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文档简介
(2023·山东高考21题)
当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ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(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。
已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。
科研人员以拟南芥的野生型和H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PSⅡ均造成了损伤。拓展一光系统
光系统是指由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物,具有吸收、传递和转化光能的作用,包括光系统Ⅰ和光系统Ⅱ;
光系统Ⅰ(PSⅠ)主要发生NADP+的还原;
光系统Ⅱ(PSⅡ)主要发生水的光解和放氧;
光系统中的光吸收色素的功能像是一种天线,将捕获的光能传递给中心的一对叶绿素a,由叶绿素a激发一个电子,并进入光合作用的电子传递链。拓展二光合电子传递链1.非循环式电子传递(线性电子传递)问题1:电子供体为____,电子受体为_____;问题2:有没有生成NADPH?_______________问题3:ATP合成的能量来源是?___________________H2ONADP+有质子(H+)电化学梯度电子传递途径为:H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ→Fd(铁氧还蛋白)→FNR(Fd-NADP+还原酶)→NADP+1.非循环式电子传递(线性电子传递)问题4:有助于H+浓度梯度建立的途径?①电子传递过程中释放能量,质体醌利用这部分能量将质子(H+)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H+);③在类囊体的基质侧H+和NADP+形成NADPH;电子传递途径为:H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ→Fd(铁氧还蛋白)→FNR(Fd-NADP+还原酶)→NADP+2.循环式电子传递(环式电子传递)问题1:有没有生成NADPH?_______________问题2:该过程中有没有形成H+浓度梯度?______问题3:该过程中有没有生成ATP?______电子传递途径为:PSⅠ→Fd→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ该途径电子传递从PSⅠ出发,不发生H2O的氧化,但有H+的跨膜运输;没有形成了生成了2.循环式电子传递(环式电子传递)问题4:与线性电子传递相比,环式电子传递_____了ATP/NADPH的值;问题5:研究发现光反应产生ATP与NADPH数量比是2.57:2,而暗反应消耗的ATP与NADPH数量比是3:2,据信息推测,环式电子传递有什么意义?___________________________电子传递途径为:PSⅠ→Fd→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ该途径电子传递从PSⅠ出发,不发生H2O的氧化,但有H+的跨膜运输;提高降低NADPH积累对光合作用的限制*此外,环式电子传递可以增加热耗散;(模拟考·第5题)
巨噬细胞吞噬病原体后会消耗大量氧气,这一过程被称为“呼吸爆发”。当有病原信号刺激时,巨噬细胞消耗GTP使细胞质基质中的p47蛋白磷酸化,解除其自抑制状态,并与膜上NOX2结合,激活NOX2,进而将细胞质中NADPH携带的电子跨膜传递给吞噬小泡中的氧气,使其还原为氧自由基,导致氧气快速消耗。氧自由基在SOD和MPO的催化下,产生更具杀伤活力的过氧化氢、次氯酸等物质,杀死包裹在吞噬小泡中的病原体。3.假循环式电子传递问题1:O2-(超氧阴离子)属于ROS(活性氧),是一种自由基,试推测O2-对光合作用有什么影响?电子传递途径为:H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ→Fd→O2O2O2-①攻击类囊体膜上的磷脂分子,造成膜结构的损伤;②攻击光系统中的蛋白质分子,使其失去活性;③攻击叶绿体中的DNA,导致光反应所需酶的合成受阻;3.假循环式电子传递问题2:SOD(超氧化物歧化酶)可以清除O2-,在强光下,试推测该酶的活性会如何变化?有何意义?电子传递途径为:H2O→PSⅡ→PQ→Cytb6/f→PC→PSⅠ→Fd→O2O2O2-活性升高;及时清除O2-,减少其对类囊体膜结构的损伤,缓解对光合作用的抑制;(2023·山东高考21题)
当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ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(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。
已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。
科研人员以拟南芥的野生型和H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PSⅡ均造成了损伤。拓展二光抑制1.光抑制原理
植物的光系统所接受的光能超过光合作用所能利用的能量时,光合作用降低的现象,称为光抑制;可能的机理主要是光能过剩时,NADP+不足使电子传递给O2,形成超氧阴离子自由基(O2-)生成;另一方面会导致还原态电子(e-)的积累,形成三线态叶绿素,其与分子氧反应生成单线态氧(氧分子的一种激发态,ROS的一种),破坏叶绿素和PSII反应中心的D1蛋白(PSII的核心亚基蛋白),从而损伤光系统;近年一些学者认为,光抑制不一定是光合结构被破坏的结果,它仅仅是一些防御性的激发能热耗散过程加强的反映;热耗散过程虽然能耗散过剩光能,保护植物不被强光破坏,但却不可避免地降低了光合速率,由此可见,光破坏的防御机制也使光抑制的一种形式,实际上在自然条件下,大多数的光抑制都是由光破坏防御机制造成的;(2023·山东高考21题)
据上图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量___;少2.植物的光抑制解决策略①通过叶片及叶绿素运动来避开强光直射,通过叶片表面的蜡质层和表皮毛等反射光,减少对光的吸收;②通过加强热耗散过程,如叶黄素循环,调节能量的流向;③通过增加活性氧清除系统如超氧化物歧化酶SOD等酶的量和活性,防御活性氧对光合系统的破坏;④通过加强光合系统的修复来保护光合机构;⑤通过光呼吸等代谢耗散过多的能量;?拓展三光呼吸1.光呼吸发生原因
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会竞争Rubisco酶,在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水;磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸2.光呼吸过程
问题1:光呼吸消耗___,生成___(CO2或O2);问题2:光呼吸发生的场所有哪些?_______________________________O2CO2叶绿体(基质)、过氧化物酶体、线粒体2.光呼吸过程
问题3:试推测,为什么光呼吸可以缓解光抑制?光呼吸会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH,减少自由基的生成,减少对光系统的损伤;3.光呼吸危害
试总结,光呼吸有什么危害?①一部分碳以CO2的形式散失,从而减少了光合产物的形成和积累;②光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH,即造成了能量的损耗;那是否需要彻底抑制光呼吸?(2021·山东高考21题节选)向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,据表分析,应在_______mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。100-3004.光呼吸意义
那光呼吸有什么意义?①回收碳元素,2分子的C2形成1分子的C3和CO2,1分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中,不至于全部流失掉;②防止强光对叶绿体的破坏,消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH,减少自由基的生成,减少对光系统的损伤;③消除乙醇酸对细胞的毒害;4.抑制光呼吸危害的思路
根据过程分析,能提出几种降低光呼吸危害的思路吗?①适当增大CO2浓度;②改造相关酶对CO2的亲和力;植物也是这么做的!拓展四C4植物和CAM植物1.C4植物特点
常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等;
研究玉米的叶片结构发现,玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列:
叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应,无Rubisco,但是有PEP酶,其对CO2的亲和力更高,CO2被整合到C4化合物中,随后C4化合物进入维管束鞘细胞
维管束鞘细胞的叶绿体没有类囊体,但有Rubisco,在维管束鞘细胞中,C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环,进而生成有机物;2.CAM植物特点
常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等;
CAM植物夜间吸进CO2,淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下,CO2与PEP结合,生成草酰乙酸,进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少,苹果酸增加,细胞液pH下降;
白天气孔关闭,苹果酸转移到细胞质中脱羧,放出CO2,进入C3途径合成淀粉;形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖,最后合成淀粉或者转移到线粒体,进一步氧化释放CO2,又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加,苹果酸减少,细胞液pH上升;3.思考
思考1:C4植物和CAM植物有“光合午休”吗?_____思考2:CAM植物多生长在热带及亚热带干旱及半干旱地区,试推测景天酸代谢途径将植物固定和利用CO2在时间上分隔开的意义?__________________________没有减少水分散失,从而适应干旱环境C3途径
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