5.5光呼吸与作物增产机制（拓展）课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学高考复习课件聚焦光合作用专题，覆盖光合色素提取与分离、光合作用原理及光呼吸机制等核心考点，依据高考评价体系分析了光反应与暗反应、光呼吸对净光合速率影响等高频考点的权重分布，归纳了实验分析、原因解释等常考题型，构建了系统的备考知识网络。 课件亮点在于“考情精解+真题实战+素养提升”的复习模式，以2025陕晋青宁卷R酶双重催化实验题为例，深入解析底物竞争机制及净光合速率变化的分析方法，培养学生科学思维和探究实践素养，提供田间管理与生态农业增产措施的答题模板，助力学生掌握解题技巧，教师可据此精准指导高考冲刺复习。

光合作用 高考生物专题拓展 光呼吸与作物增产机制 学科： 生 物 年级： 高 二 教师：孟德尔学长 part one 考情精解 剖析考情动向，精研考点分布 01 考点频次总结 考点 2025年 2024年 2023年 光合作用 河南卷T1，3分 河北卷T1，3分 甘肃卷T1，3分 甘肃卷T1，3分 浙江6月卷T1，2分 浙江1月卷T1，2分 浙江1月卷T1，2分 山东卷T1，2分 天津卷T1，3分 细胞呼吸和光合作用的影响因素 四川卷T3，3分 北京卷T6，3分 广西卷T3，3分 甘肃卷T4，3分 全国新课标T7，6分 湖南卷T1，3分 福建卷T1，3分 命题预测 预计在2026年高考中，2026年细胞呼吸和光合作用的命题考查方向将紧扣真实情境、跨模块整合、素养落地三大核心，具体可精简为以下三点：以农业抗逆（如基因调控提升作物耐涝性）、生态修复（如藻菌协同降解污染物）、碳中和（植物固碳与呼吸平衡）为载体，考查知识在实际问题中的迁移。打通分子（基因、酶）—细胞（光合/呼吸过程）—生态（种间关系、物质循环）的知识壁垒，构建 “基因表达→酶活性→代谢速率→生物性状” 的逻辑链条。聚焦实验探究（实验设计、方案评价）、数据处理（光合/呼吸速率计算、曲线关键点分析）、逆向推理（根据代谢产物推导路径），强化科学思维与探究能力的落地。 析·考情精解 part TWO 核心架构 搭建知识网络，整合能力体系 02 任务一 ：回归教材 光合色素的提取与分离 色素 颜色 含量 溶解度 扩散速度 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 最少 较少 最多 较多 1.实验原理 (1)色素的提取用： (2)色素的分离用： 无水乙醇 层析液 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 O2 2C3 C5 NADPH ATP ADP+Pi NADP+ CO2 CH2O H2O 光反应 暗反应 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 2．光合作用的反应式： 2. 场所：______________________ 场所：_______________________ 3. 能量转化：______ → ____________________________________→ ______________________ 类囊体薄膜 叶绿体基质中 光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 糖类等有机物中稳定的化学能 1 3 2 反应1：____________ 反应2 ：____________ 反应3 ：____________ 水的光解 CO2的固定 C3的还原 任务一 ：回归教材 光合作用的原理 part TWO 光合作用的应用 搭建知识网络，整合能力体系 03 资料一（改编自2025·陕晋青宁卷·17） 叶绿体中的 Rubisco 酶，既能催化CO2固定（CO₂ + C₅ → 2C₃），也能催化C5与O2反应（O₂ + C₅ → C₃ + C₂），CO₂和O₂两种底物竞争 R 酶同一活性位点。加氧反应产生的 C₂（乙醇酸）进入过氧化物酶体转化为甘氨酸后进入线粒体，在线粒体中产生丝氨酸。丝氨酸回到过氧化物酶体转化为暗反应所能利用的 C₃。C₃重新进入卡尔文循环，光呼吸过程消耗 ATP 和 NADPH 1. R酶分布在叶绿体的哪个部位？ 光呼吸主要涉及哪几个细胞结构？ 思考讨论： 叶绿体基质 主要涉及：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 任务二 ：光呼吸的过程 资料一（改编自2025·陕晋青宁卷·17） 思考讨论： 3.保持环境中CO₂浓度不变，当O₂浓度从21%升高到40%时，该植株的净光合速率如何变化？ 4. R酶的双重催化作用是否违背酶的专一性？ 2. R酶催化CO2固定（CO₂ + C₅ → 2C₃），还是催化C5与O2反应（O₂ + C₅ → C₃ + C₂）取决于什么？ 取决于CO₂和O₂的相对浓度 净光合速率下降。 酶的专一性是指一种酶通常催化一种或一类相似反应，但并非绝对只能催化唯一底物。 原因：O₂浓度升高 → 光呼吸增强 → 消耗更多有机物（ATP和NADPH），同时碳固定效率降低。 光呼吸的原理总结 光呼吸现象产生的分子机制是 O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中,Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定;在光下,当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会与CO2竞争Rubisco酶,在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。 ①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。 [名师解读] 资料二分析： 科学研究表明，植物积累的有机物，有四分之一左右被光呼吸“无效消耗”。既然有害，植物为什么进化出这一途径？ 结合以下材料分析。 高温强光下，气孔关闭，暗反应速率降低，如果光反应积累的过剩能量（ATP、NADPH）无法耗散，会产生活性氧，直接损伤光合系统，造成“光抑制”甚至“光破坏”。 在干旱和强光下，因为温度高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。CO2吸收减少，光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的过剩的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏，保护光合系统免受损伤。又可以为暗反应阶段提供原料. 任务三 ：如何促进暗反应，降低光呼吸，实现农作物增产 光呼吸的效率远低于常规的卡尔文循环。 假如你是洋县黑米的“守护者”，那么我们应该如何降低黑米水稻的光呼吸，从而增加黑米产量，实现经济效益最大化？ 请为黑米的增产提出你的想法？ 1、田间管理措施 背景：假如你是洋县黑米的“守护者”，结合资料从水、气、肥的角度思考我们可以采取哪些田间管理措施来降低光呼吸，提高黑米的产量和品质？ 资料一：农民在种植黑米过程中发现种植过稀，土地光能利用不够，总产量不高；种植过密，田间郁闭、通风差，叶片互相遮挡，产量反而下降。 资料二：洋县黑米坚持有机种植、不使用化肥农药。 资料三：稻农中流传一句谚语“浅水栽秧，湿润活棵，薄水分蘖（niè），够苗晒田，湿润壮粒，干湿到老”。 合理密植 施用有机肥 “干湿交替”灌溉 长期深水淹灌会导致土壤缺氧，根系活力下降，叶片早衰，光合能力减弱。 任务三 ：如何促进暗反应，降低光呼吸，实现农作物增产 2、生态农业措施 根系作用方面解释“稻鸭共生”田能增加作物产量的原因： 鸭粪 → 鸭子活动增加水中溶解氧 → 作为有机肥在土壤微生物分解过程中会释放CO₂ ，为光合作用提供更充足的原料，分解还会为水稻提供N,P,K等营养元素 促进根系的有氧呼吸，有利于水稻根系主动吸收无机盐。 任务三 ：如何促进暗反应，降低光呼吸，实现农作物增产 鸭子还可以除草（增加光能利用率），降低种间竞争，调整能量流动的关系，使能量更多的流向对人类最有益的部分 从生态系统的角度分析： 针对训练 1. （2025·陕晋青宁卷）叶绿体中R 酶既能催化CO₂固定，也能催化C₅与O₂反应，CO₂和O₂两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G 酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图 (b)。回答下列问题。 (1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ，产物 C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机物 。 (2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是 。 基质 ATP、NADPH 植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快 针对训练 (3)保持环境中CO2，浓度不变，当02浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率 (填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度 (填“大”“小”或“无法判断”)。 (4)若需确认保卫细胞中G 酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果： 。 （4）实验思路：以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S 和 构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。 预期结果： 减小 小 (相较于植株W，植株S在相同条件下气孔开度相对较大，有利于二氧化碳的吸收，因此植株S的净光合速率变化幅度较小) 植株S净光合速率 大于 植株W 大于 植株T 课堂小结 01. 回归教材 光合色素的提取与分离 光合作用的原理/过程/场所 02.光合作用的应用 光呼吸的过程 光呼吸详解 如何实现农作物增产 03.高考真题训练（2025·陕晋青宁卷） 课后作业：完成 2025·黑吉辽蒙卷·高考真题 课后巩固 1.（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率（如下图）和产量潜力。回答下列问题。 课后巩固 (1)Rubisco在叶绿体的         中催化         与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是          。 (2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于          不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是          。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是           。 (3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。            光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高  基质 C5   有机物（CH2O）中稳定的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能转化为 光照强度 CO2浓度 曲线①光照强度高， 浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率。 用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2 THANKS $