2026届高三生物二轮复习课件光呼吸、光抑制与光保护

5-3　光呼吸、光抑制与光保护 专题5 细胞呼吸与光合作用 一、光呼吸 (1) 发生条件： ①外因：____________条件下→气孔______→阻止______进入和______逸出。 ②内因：Rubisco具有______性（双功能：RuBP羧化加氧酶） 高温、干旱 高CO2浓度、低O2时，进行羧化 低CO2浓度、高O2时，进行加氧 C5+CO2 2C3 Rubisco C5+O2 C2+C3 Rubisco 关闭 O2 CO2 两面 光呼吸的概念： 指绿色植物在光照下吸收氧气释放二氧化碳的过程。 光呼吸的特点： 消耗有机物，消耗能量(消耗ATP和NADPH) 一、光呼吸 (2) 过程： 叶绿体：起点与初步转化 ①C5(RuBP)+O₂→C2 (磷酸乙醇酸)+C3(3-磷酸甘油酸/3-PGA)； ②磷酸乙醇酸去磷酸→乙醇酸，转运至过氧化物酶体； ③C3直接进入卡尔文循环。 C2 C2 C3 C3 一、光呼吸 (2) 过程： 过氧化物酶体：解毒与转氨基 ①乙醇酸→乙醛酸(需要氧化酶，产H2O2；H2O2被过氧化氢酶分解)； ②乙醛酸转氨→甘氨酸，转运至线粒体。 C2 C2 C3 C3 一、光呼吸 (2) 过程： 线粒体：释放CO₂ ①甘氨酸→丝氨酸+CO2+NH3（放 CO2的核心步骤）； ②NH3经谷氨酰胺-谷氨酸循环快速回收，消耗ATP与NADPH。 C2 C2 C3 C3 一、光呼吸 (2) 过程： 过氧化物酶体→叶绿体：再生C3(3-磷酸甘油酸/3-PGA) ①丝氨酸回运到过氧化物酶体→羟基丙酮酸→甘油酸； ②甘油酸入叶绿体→3-PGA，进入卡尔文循环。 C2 C2 C3 C3 一、光呼吸 (2) 过程： (3)发生场所： 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 C2 C2 C3 C3 一、光呼吸 (4)意义/有利影响： ①强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累________________，这些物质积累会产生自由基，从而损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的这些物质，从而减轻对叶绿体的伤害。 ②在干旱和高光强等环境中，气孔______，胞间CO2浓度______，会导致光合作用减弱；此时光呼吸释放______，用于光合作用，减少碳损失。 ③光呼吸是进行光合作用的细胞在_______________________的条件下，为提高抗逆性而形成的一条代谢途径。 ATP和NADPH　 关闭 降低 高温、干旱、高光强 CO2 一、光呼吸 (5)不利影响：消耗掉暗反应的底物_____，导致光合作用______，作物 产量______，已同化的碳（以 释放） 减弱 降低 C5 植物如何应对？ CO2 提高CO2的浓度 CO2浓缩机制 C4途径 CAM途径等 C2 C2 C3 C3 20%-50% 一、光呼吸 (6)光呼吸与细胞呼吸的比较 比较项目 光呼吸 细胞呼吸 底物 乙醇酸 糖类、脂肪、蛋白质 发生部位 叶绿体、过氧化物 酶体、线粒体 细胞质基质、 线粒体 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量(消耗 ATP和NADPH) 释放能量，生成ATP 共同点 消耗氧气，放出二氧化碳 1.(2025·山西省部分学校三模)光呼吸是植物在光照条件下，Rubisco酶催化RuBP(核酮糖-1,5-二磷酸)与O2结合，消耗有机物的过程。该过程与光合作用密切相关。调控光呼吸对提高农作物产量至关重要。如图为植物叶肉细胞中卡尔文循环和光呼吸过程示意图。请回答下列问题： (1)能够为植物叶肉细胞中卡尔文循环提供CO2的生理过程有___________ __________。 (2)卡尔文循环和光呼吸的共同场所是___________。由图可知，RuBP的分配方向直接影响光合效率。降低光呼吸速率可促使RuBP优先参与卡尔文循环中的___________过程，从而实现作物增产。 (3)结合植物对逆境的响应机制，试分析干旱条件下光呼吸增强的原因是______________________________________________________________________ __________________________。 (4)强光下，过剩的ATP和NADPH会产生破坏叶绿体膜的超氧阴离子自由基，推测在强光下光呼吸存在的意义是______________________________ ______________________________________________________________________。 光呼吸可以消耗强光下过剩的ATP和NADPH，减少超氧阴离子自由基的产生，从而保护叶绿体膜 干旱条件下，叶片上气孔大量关闭，CO2吸收减少，RuBP更容易与O2结合，从而使光呼吸增强 细胞呼吸 光呼吸 叶绿体基质 CO2的固定 (1)图5中，类囊体膜直接参与的代谢途径有______（从①-⑦中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是_________。 (2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的_______在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。  叶绿素 ①⑥ H2O2 2.(2022江苏)C5氧化产生的乙醇酸（C2）在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环，如图5所示。 2.(2022江苏)C5氧化产生的乙醇酸（C2）在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环，如图5所示。  (3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓 度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度 的变化,获得曲线a、b，如图6所示。 ①曲线a,0-t1时段释放的CO2源于__________； t1-t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的 CO2源于_____________________。 ②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是__________________________________________________________________。  细胞呼吸 细胞呼吸、光呼吸 光合作用固定的CO2等于细胞呼吸和光呼吸释放的CO2 （科研和固碳）  (4)光呼吸可使光合效率下降20%-50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶,形成了图7代谢途径，通过___________________降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的______________价值。 2.(2022江苏)C5氧化产生的乙醇酸（C2）在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环，如图5所示。 直接和间接 将乙醇酸转化为苹果酸 C2 C2 C3 C3 二、光抑制与光保护 （1）光抑制现象： 光能超过光合系统所能利用的量时，光合生物会启动自我保护机制， 光合功能______，这就是光抑制现象。 （2）光抑制的机理： 光合系统的破坏，_______是光破坏的主要场所，发生光破坏后的结 果：______传递受阻，光合效率_______。 （3）光保护的三道防线： 下降 PS Ⅱ 电子 下降 二、光抑制与光保护 1.(2025·郑州二模)高温、干旱、盐碱和强 光等非生物胁迫是影响小麦光合作用的主 要因素。请回答相关问题： 植物的光反应系统由PSⅠ和PSⅡ构成， 二者均由光合色素和相关蛋白质构成。小麦的PSⅡ(D1蛋白是PSⅡ的重要组成成分)更易受高温胁迫影响，机理如图所示：一方面，高温使________膜流动性增强，PSⅡ从膜上脱落；另一方面，高温引起活性氧ROS含量增多，可通过__________________和________________________ __________________两条途径使PSⅡ失活抑制光反应。 类囊体 抑制D1蛋白合成 直接损伤D1蛋白(破坏D1 蛋白的空间结构) 2.（2024·山东卷，T21）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的 Ⅱ复合体（Ⅱ）造成损伤，使 Ⅱ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭 将过剩的光能耗散，减少多余光能对Ⅱ的损伤。已知拟南芥的蛋白有2个功能：①修复损伤的 Ⅱ；②参与的调节。科研人员以拟南芥的野生型和 基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的 Ⅱ均造成了损伤。 (1)该实验的自变量为_______________。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有_____________（答出2个因素即可）。 光、拟南芥种类 浓度、温度 19 2.（2024·山东卷，T21）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的 Ⅱ复合体（Ⅱ）造成损伤，使 Ⅱ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭 将过剩的光能耗散，减少多余光能对Ⅱ的损伤。已知拟南芥的蛋白有2个功能：①修复损伤的 Ⅱ；②参与的调节。科研人员以拟南芥的野生型和 基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的 Ⅱ均造成了损伤。 (2)根据本实验，______（填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的 Ⅱ活性强弱，理由是_________________________________________。 不能 强光照射下突变体的NPQ强度较高，但突变体无H蛋白，所以突变体中Ⅱ损伤小但不能修复，野生型中Ⅱ损伤大但能修复。 20 2.（2024·山东卷，T21）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的 Ⅱ复合体（Ⅱ）造成损伤，使 Ⅱ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭 将过剩的光能耗散，减少多余光能对Ⅱ的损伤。已知拟南芥的蛋白有2个功能：①修复损伤的 Ⅱ；②参与的调节。科研人员以拟南芥的野生型和 基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的 Ⅱ均造成了损伤。 (3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量___（填“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是_____________________________________________________。 少 突变体高，Ⅱ损伤小，虽无蛋白修复但Ⅱ活性高，光反应产物多 21 三、光合产物及运输 （1）_________是光合作用中最先产生的糖。 （2）光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成_____，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的___________运出叶绿体，在细胞质基质中合成_____。合成的蔗糖或临时储藏于____内，或从光合细胞中输出，经_______装载长距离运输到其他部位。 磷酸丙糖 淀粉 磷酸转运器 蔗糖 液泡 韧皮部 (2024·黑吉辽卷，21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 图1 (1)反应①是____________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 ______________和_____________。 CO2的固定 细胞质基质 线粒体基质 图2 图3 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和__________(填生理过程)。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是_____________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是___________________________________________________________________ __________________________________________________。 光呼吸 呼吸作用 净光合速率＝总光合速率－呼吸速率(包含光呼吸)，7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，又因光呼吸与暗反应竞争结合C5，所以会促进暗反应中CO2的固定，提高光合作用速率 不能 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率(包含光呼吸)，因横坐标CO2浓度的改变，光呼吸释放CO2也在改变，无法算出总光合速率 图2 图3 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是_________________________________________________。 与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 在叶绿体中：C5＋CO22C3① C5＋O2C3＋C2② 在线粒体中：2C2＋BAD′C3＋CO2＋NADH＋H＋③ 注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。 $