高考生物一轮复习课件光合作用情境拓展

（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