必修1·分子與細胞浙科版高中生物1.光合作用和呼吸作用的物質變化(1)細胞呼吸是將葡萄糖中的C氧化為CO2,游離的O2則被還原為H2O中的O。

第五節

光合作用將光能轉化為化學能必備知識清單破知識點1光合作用與呼吸作用的關系(2)光合作用則是將CO2還原為糖,將H2O中的O氧化為O2。2.光合作用和呼吸作用的能量變化(1)細胞呼吸是一個放能反應,它將儲存在葡萄糖中的化學能釋放出來,供細胞利用。(2)光合作用是一個吸能反應,它利用太陽能將二氧化碳轉變為糖,并將能量儲存在糖分子內,

即光合作用是一個將光能轉化為化學能的過程。特別提醒

盡管光合作用從總反應上看好像是細胞呼吸的逆轉,但光合作用不是細胞呼吸的逆反

應。與細胞呼吸比較,光合作用過程更加復雜,并不像它的反應式所表示的那樣簡單。1.適用生物:主要為綠色植物。2.同位素標記法探究光合作用氧氣來源:運用氧的同位素18O標記的CO2和H2O進行實驗。6C18O2+12H2O

C6

O6+6

O+6O26CO2+12

O

C6H12O6+6H2O+618O2結果發現,只有供給

O時,光合作用釋放的才是18O2,由此證實了光合作用釋放的氧氣來自H2O中的O。3.葉綠體的結構與功能(1)結構①兩層膜:內膜、外膜。②基粒:由類囊體堆疊而成,組成類囊體的膜被稱為光合膜。知識點2光合作用在葉綠體中進行a.光合膜上分布著葉綠素和其他光合色素及可將光能轉化為化學能的多種蛋白質。b.類囊體的空腔內含有多種酶,這些酶與H2O的裂解有關。③基質:類囊體懸浮在其中。基質中含有與光合作用有關的酶、少量的DNA。(2)功能:綠色植物進行光合作用的場所。4.葉綠體中光合色素的種類、顏色和功能(1)光合色素的種類及顏色①葉綠素a(藍綠色)和葉綠素b(黃綠色)都是含鎂的有機分子,主要吸收紅光和藍紫光。②葉綠體中還有類胡蘿卜素,其中最多的是胡蘿卜素(橙色)和葉黃素(黃色),它們都是由碳氫

鏈組成的分子,主要吸收藍紫光。(2)光合色素的功能:吸收可見光,將光能轉化為化學能,用于有機物的合成。1.實驗原理(1)提取色素原理:光合色素是一類脂溶性物質,可用酒精等脂溶劑溶解、提取色素。(2)分離色素原理:各種色素在層析液中的溶解度不同,溶解度大的色素隨層析液在濾紙條上

擴散得快,反之則擴散得慢,從而使各種色素分離。知識點3光合色素的提取與分離2.實驗步驟及現象(1)實驗步驟(2)實驗現象濾紙條上呈現四條顏色、寬度不同的色素帶,如圖所示:3.實驗結果分析(1)從色素帶的寬度可推知色素含量大小:葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。(2)從色素帶的位置可推知色素在層析液中的溶解度大小:胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。(3)在濾紙上相鄰色素帶間,距離最近的色素帶是葉綠素a與葉綠素b,距離最遠的是胡蘿卜素

與葉黃素。知識拓展

若為圓形濾紙,則色素的分離結果如圖所示。

1.光反應與碳反應的比較知識點4光反應和碳反應

光反應碳反應場所光合膜葉綠體基質物質變化a.水的光解:H2O

H++O2+e-;b.NADPH的合成:H++e-+NADP+

NADPH;c.ATP的合成:ADP+Pi

ATPa.CO2的固定:CO2+五碳糖

三碳酸;b.三碳酸的還原:三碳酸

三碳糖;c.五碳糖的再生:三碳糖

五碳糖能量變化光能轉化為ATP、NADPH中活躍的化學能ATP、NADPH中活躍的化學能轉化為有機物中穩定的化學能聯系a.光反應產生的NADPH和ATP是碳反應中將二氧化碳還原為糖的能源物質;b.NADPH在碳反應中是還原劑;c.碳反應雖然不直接需要光,但只有在有光的條件下才能一輪一輪地循環歸納總結

a.光合作用中光反應和碳反應不是獨立的,而是息息相關的兩個過程,沒有光反應,碳反應也

無法進行。b.光合作用的場所在真核生物中一定為葉綠體,在原核生物中為細胞質中含有光合色素的光

合膜。c.光合作用過程中,ATP提供能量;NADPH提供能量并作為還原劑。2.光合產物在植物細胞中的利用

三碳糖是CO2分子進入卡爾文循環后形成的第一個糖,其形成標志著光合作用合成糖的

過程已經完成。在葉綠體內,三碳糖作為原料用于淀粉、蛋白質和脂質的合成。大部分三碳

糖運至葉綠體外,并且轉變成蔗糖,供植物體所有細胞利用。1.光合速率(光合強度):一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時間內進行的光合作用,如釋

放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。光合作用的強弱一般用光合速率來表示。2.表觀光合速率(凈光合速率):光照條件下,人們測得的CO2吸收量,即植物從外界環境吸收的

CO2總量。3.真正光合速率(總光合速率):光照條件下,植物從外界環境中吸收的CO2的量+細胞呼吸釋放

的CO2的量。4.影響光合速率的重要因素(1)光強度:光合速率隨光強度的增加而增加,但在強度達到全日照之前,光合作用已達到光飽

和點時的速率,即光強度再增加,光合速率也不會增加。因為在光飽和點的光強度下,光合作

用的光反應已達到最快的速率,所以光強度再增加也不能使光合速率增加。知識點5光合作用受環境因素的影響

(2)溫度:一定范圍內光合速率隨溫度的升高而加快。光合作用對溫度比較敏感,溫度過高則

酶的活性減弱或喪失,所以光合作用有一個最適溫度。(3)CO2濃度:CO2直接影響碳反應速率。空氣中CO2濃度的增加會使光合速率加快。1.在提取液中加入無水CaCO3可提高光合色素的溶解度,加入SiO2可以防止色素被破壞,這種

說法正確嗎?2.濾紙條上的色素從上至下的順序是葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素b、葉綠素a,這種說法正確嗎?3.類胡蘿卜素中僅包含胡蘿卜素和葉黃素,它們都是由碳氫鏈組成的分子,主要吸收藍紫光,

這種說法正確嗎?4.水在光下裂解形成的H+和e-在光下將NADP+還原為NADPH,光照停止后,碳反應在消耗完

光反應的ATP和NADPH后停止,這種說法正確嗎?知識辨析提示提示提示提示不正確。在提取液中加入無水CaCO3可防止光合色素被破壞,加入SiO2使研磨充分。不正確。濾紙條上的色素從上至下的順序是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。不正確。類胡蘿卜素中最多的是胡蘿卜素和葉黃素,它們都是由碳氫鏈組成的分子,主要吸收藍紫光。正確。水在光下裂解為H+、O2和電子,H+和e-在光下將NADP+還原為NADPH,若沒有光反應提供的ATP和NADPH,碳反應無法進行。5.1分子的二氧化碳與1個五碳糖結合,1個六碳分子,這個六碳分子隨即分解成2個三碳酸,然

后2個三碳酸被還原成2分子三碳糖,這個過程需要經過1輪卡爾文循環,這種說法正確嗎?6.離開卡爾文循環的三碳糖大部分運至葉肉細胞外,轉變成蔗糖,再運至其他細胞,供植物體

所有細胞利用,這種說法正確嗎?7.在一定范圍內,光合速率隨光強度的增加而增加,在強度達到全日照時,光合作用才剛達到

光飽和點時的速率,這種說法正確嗎?提示提示提示正確。1分子的二氧化碳與1個五碳糖結合,形成1個六碳分子,這個六碳分子隨即分解成2個三碳酸分子,然后這2個三碳酸分子被還原成2分子三碳糖,該過程經過1輪卡爾文循環。不正確。離開卡爾文循環的三碳糖在葉綠體內能作為合成淀粉、蛋白質、脂質的原料。大部分三碳糖運至葉綠體外,轉變成蔗糖,才能從葉肉細胞運至其他細胞,供植物體所有細胞利用。不正確。在一定范圍內,光合速率隨光強度的增加而增加,在強度達到全日照之前,光合作

用已達到光飽和點時的速率。1.提高實驗效果的操作及目的定點1光合色素的提取與分離關鍵能力定點破過程操作操作目的提取色素選材取新鮮綠色的葉片放入40~50℃的烘箱中烘干使濾液中色素含量高實驗試劑研磨時加95%的酒精溶解葉片中的色素研磨時加少量SiO2和CaCO3使研磨充分和保護葉綠素實驗操作迅速、充分研磨防止溶劑揮發,充分溶解色素盛放濾液的試管管口加棉塞防止溶劑揮發和色素分子被氧化過程操作操作目的分離色素濾紙條濾紙預先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴散濾紙條的一端剪去兩角防止層析液在濾紙條的邊緣擴散過快濾液細線濾液細線要直、細、勻使分離出的色素帶平整不重疊濾液細線干燥后再重復畫,共畫3~4次增加色素量,使分離的色素帶清晰分明濾液細線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中2.異常現象分析(1)收集到的濾液綠色過淺①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置數天的綠葉,色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的酒精,提取液濃度過低(正確做法:分次加入少量酒精)。④未加或加入碳酸鈣過少,葉綠素被破壞。(2)濾紙條色素帶重疊:濾液細線過粗或連續畫濾液細線。(3)濾紙條上無色素帶①忘記畫濾液細線或沒有提取出色素。②濾液細線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中。定點2環境改變時,短時間內光合作用的中間產物和終產物含量的變化條件過程變化模型分析光照由強到弱,CO2供應不變①過程減弱,隨ATP、NADPH減少②③過程減弱,④過程正常進行

條件過程變化模型分析光照由弱到強,CO2供應不變①過程增強,隨ATP、NADPH增加②③過程增強,④過程正常進行

光照不變,CO2由充足到不足④過程減弱,隨三碳酸減少②③過程減弱,①過程正常進行

光照不變,CO2由不足到充足④過程增強,隨三碳酸增加②

③過程增強,①過程正常進行

特別提醒

a.以上分析只表示條件改變后短時間內各物質相對含量的變化,而非長時間。b.以上各物質變化中,三碳酸和五碳糖含量的變化是相反的,NADPH和ATP含量的變化是一

致的。典例在適宜反應條件下,用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后,突然改用光照強度與

白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發生變化的物質,組合正確的是

(

)A.紅光,ATP下降B.紅光,三碳酸上升C.綠光,NADPH下降D.綠光,五碳糖上升C思路點撥

光源的改變→光能的吸收量改變→光反應產物(NADPH和ATP)量變化→碳反應

過程中物質含量變化。解析

在適宜反應條件下,用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后,突然改用光照強度與

白光相同的紅光照射,光反應增強,產生NADPH和ATP的速率加快,三碳酸還原加快,而二氧

化碳固定速率暫時不變,因此三碳酸含量減少,五碳糖、ATP、NADPH含量增加;在適宜反應

條件下,用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后,突然改用光照強度與白光相同的綠光照

射,光反應減弱,產生NADPH和ATP的速率減慢,三碳酸還原減慢,而二氧化碳固定速率暫時

不變,因此三碳酸的含量增加,五碳糖、ATP、NADPH含量減少,C正確。1.光強度、CO2濃度、溫度對光合作用的影響分析(1)光強度

①曲線解讀a.A點:只進行細胞呼吸。b.AB段:隨光強度增大,光合速率也逐漸增大,但光合速率小于細胞呼吸速率。定點3影響光合作用的環境因素c.B點:光合速率等于細胞呼吸速率,B點時的光強度稱為光補償點(細胞呼吸釋放的CO2全部

用于光合作用)。d.BC段:光強度不斷加強,光合速率不斷增加,光合速率大于細胞呼吸速率。e.C點對應的光強度為光飽和點(光合速率達到最大時的最低光強度)。C點以后光強度加強,

光合速率不再增加。②在生產上的應用:間作套種的農作物合理搭配,可充分利用光能。(2)CO2濃度

①曲線解讀a.圖1和圖2都表示在一定范圍內,光合速率隨CO2濃度的增加而增大,但當CO2濃度增加到一

定范圍后,光合速率不再增加。b.圖1中A點表示光合速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度,即CO2補償點;圖2中的A'點表示進

行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1中的B點和圖2中的B'點都表示CO2飽和點。②在生產上的應用:施用有機肥增加產量;溫室栽培植物時,可以適當提高室內CO2濃度;大田

生產“正其行,通其風”,即提高CO2濃度,增加產量。(3)溫度①曲線解讀:溫度主要通過影響與光合作用有關酶的活性進而影響光合速率。②在生產上的應用:冬季種植蔬菜用大棚來提高溫度,保證光合作用的進行。2.水和營養元素對光合作用的影響分析(1)水:既是光合作用重要的反應物,又可影響氣孔的開閉,間接影響CO2的吸收,還可影響光合

產物的運輸,從而影響光合速率。(2)營養元素:影響細胞內許多化合物的合成,從而影響植物體的光合作用,如氮是構成細胞內葉綠素、酶、ATP等物質的基本元素之一,可以影響葉面積和葉片數量,從而影響光合作用。3.多因素對光合作用的影響分析

(1)曲線解讀①P點及P點之前,限制光合速率的因素主要是橫坐標所示因素,隨該因素的不斷增強,光合速

率不斷提高。②Q點及Q點之后,橫坐標所示因素不再影響光合速率,若要提高光合速率,可采取適當提高圖

中其他因素的方法。(2)應用①溫室栽培植物時,在光強度一定條件下,白天適當提高溫度,可增加與光合作用有關的酶的

活性,提高光合速率,也可同時適當補充CO2進一步提高光合速率。②當溫度適宜時,可適當增加光強度和CO2濃度以提高光合速率。典例將桑樹和大豆分別單獨種植(單作)或兩種隔行種植(間作),測得兩種植物的光合速率

如圖所示(注:光飽和點是光合速率達到最大值時所需的最低光強度)。據圖分析,下列敘述正

確的是

(

)

AA.大豆植株開始積累有機物時的最低光強度單作大于間作B.與單作相比,間作時兩種植物光合作用的光飽和點均增大C.間作雖然提高了桑樹的光合速率但降低了大豆的光合速率D.與單作相比,間作時兩種植物的呼吸強度均沒有受到影響思路點撥

解析

據題圖分析可知,大豆植株開始積累有機物時的最低光強度單作大于間作,A正確;與

單作相比,間作時桑樹光合作用的光飽和點增大,而大豆的光飽和點減小,B錯誤;由題圖可知,

大豆在弱光時的光合速率間作大于單作,C錯誤;題圖中的曲線顯示大豆間作時呼吸強度比單

作時小,D錯誤。1.凈光合速率、真正光合速率和細胞呼吸速率(1)圖示

定點4測定綠色植物光合速率與呼吸速率項目表示方法真正光合速率(總光合速率)光照下,單位時間O2的產生量、CO2的固定量、有機物的制造量細胞呼吸速率黑暗下,單位時間CO2的釋放量、O2的消耗量、有機物的消耗量凈光合速率(表觀光合速率)光照下,單位時間O2的釋放量、CO2的吸收量、有機物的積累量(2)表示方法①植物總光合速率=植物呼吸速率+植物凈光合速率。②植物光合作用固定的CO2總量=呼吸作用產生的CO2量+從外界吸收的CO2量。③光合作用產生的O2量=呼吸作用消耗的O2量+釋放到外界的O2量。2.液滴移動法——測定呼吸速率和凈光合速率

(1)裝置甲測定呼吸速率①燒杯中的NaOH溶液用于吸收細胞呼吸產生的CO2。②將裝置甲置于黑暗條件下,植物只進行細胞呼吸,單位時間內紅色液滴左移的距離表示植

物O2的消耗速率,可代表呼吸速率。(2)裝置乙測定凈光合速率①燒杯中的CO2緩沖液保證了容器內CO2濃度的恒定,也滿足了光合作用需求。②將裝置乙置于光照條件下,植物進行光合作用和細胞呼吸,單位時間內紅色液滴右移的距

離表示植物的O2釋放速率,可代表凈光合速率。(3)為防止氣壓、溫度等物理因素引起實驗誤差,應設置對照實驗,即用死亡的相同大小的同

種綠色植物進行相關實驗,根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。1.自然環境中一晝夜植物光合作用曲線

定點5光合作用的日變化曲線分析b點開始進行光合作用c點光合作用強度=呼吸作用強度d點“光合午休”e點光合作用強度=呼吸作用強度,有機物積累量最大bf段制造有機物ce段積累有機物2.密閉容器中一晝夜植物光合作用曲線AB段無光照,植物只進行呼吸作用BC段無光照,植物只進行呼吸作用,溫度降低,呼吸作用減弱C點有光照,開始進行光合作用CD段光照較弱,光合作用強度<呼吸作用強度D點光合作用強度=呼吸作用強度DH段光照增強,光合作用強度>呼吸作用強度(FG段表示“光合午休”)H點光合作用強度=呼吸作用強度,有機物積累量最大HI段光照減弱,光合作用強度<呼吸作用強度,直至光合作用停止該植物一晝夜表現為生長,其原因是I點時玻璃罩內CO2濃度低于A點時玻璃罩內CO2濃

度,說明經過一晝夜,密閉容器中CO2濃度減小,即植物光合作用制造的有機物總量>呼吸作用

消耗的有機物量,植物有有機物積累。典例如圖是大棚番茄在24h內測得CO2含量和CO2吸收速率的變化曲線圖,下列有關敘述錯

誤的是

(

)A.OA段CO2釋放速率降低可能是因為夜晚溫度降低使細胞呼吸減弱B.D時光合速率降低的直接限制條件可能是胞間二氧化碳濃度C.如果N點低于M點,說明經過24h,植物的表觀光合作用量為正值D.番茄通過光合作用制造有機物的時間是CE段D解析

OB段大棚番茄只進行呼吸作用,OA段溫度降低導致細胞呼吸減弱,CO2釋放速率降低,

A正確;D時氣溫高,蒸騰作用過強導致部分氣孔關閉,CO2供應不足,光合速率下降,B正確;如

果N點低于M點,說明經過一晝夜,植物體內的有機物總量增加,C正確;番茄通過光合作用制

造有機物的時間是BF段,CE段是有機物的積累,D錯誤。學科素養題型破素養1生命觀念——主動轉運的能量來源情境探究主動轉運可通過ATP驅動泵、協同轉運蛋白或光驅動泵逆濃度梯度或電化學梯度進行,

分為ATP直接驅動、ATP間接驅動和光驅動三種類型,如圖所示。

問題1

通道蛋白與ATP驅動泵、協同轉運蛋白、光驅動泵在物質運輸特點上的不同之處

是什么?提示

通道蛋白運輸物質的方向是順濃度梯度或電化學梯度,不消耗能量。問題2

已知小腸絨毛上皮細胞外是高Na+環境,小腸絨毛上皮細胞膜上的協同轉運蛋白將

Na+轉運進細胞的同時完成了葡萄糖進入細胞的過程,協同轉運蛋白運輸Na+和葡萄糖的方式

一樣嗎?提示

不一樣。細胞外Na+濃度高于細胞內,Na+順濃度梯度進入細胞不消耗能量,運輸方式

是易化擴散;小腸絨毛上皮細胞吸收葡萄糖是伴隨著Na+易化擴散進入細胞發生的,即Na+運

輸驅動了葡萄糖的主動轉運。問題3

協同轉運蛋白可以運輸不止一種物質,能否說明膜轉運蛋白運輸物質不具有特異性?提示

不能。協同轉運蛋白在運輸物質時,物質與蛋白質特定部位特異性結合才能實現轉

運,運輸具有特異性。問題4

從進行主動轉運的不同方式的結構基礎談談你對蛋白質是生命活動的主要承載者

的認識。提示

主動轉運是細胞獲取生命活動所需營養物質的重要方式之一,圖示3種類型的主動轉

運都需要載體蛋白,體現了膜蛋白在生命活動中的重要地位。主動轉運的三種類型(1)ATP直接驅動:直接利用ATP水解提供的能量,實現離子或小分子逆濃度梯度或電化學梯

度的跨膜運輸。如Na+-K+泵,又稱鈉鉀ATP酶,不僅是載體蛋白,也是催化ATP水解的酶。(2)ATP間接驅動:需要借助協同轉運蛋白進行。協同轉運蛋白分為同向協同轉運蛋白和反

向協同轉運蛋白。講解分析

同向協同轉運反向協同轉運特點兩種物質運輸方向相同,一種物質順濃度梯度(或電化學梯度)的轉運為另一種物質逆濃度梯度(或電化學梯度)的轉運提供驅動力兩種物質運輸方向相反,一種物質順濃度梯度(或電化學梯度)的轉運為另一種物質逆濃度梯度(或電化學梯度)的轉運提供驅動力

同向協同轉運反向協同轉運舉例

a.H+通過質子泵逆濃度梯度運輸到細胞外,從而使細胞外H+濃度高于細胞內;b.細胞膜上的SU載體將H+由細胞外順濃度梯度運輸到細胞內的同時,將蔗糖主動轉運到細胞內

a.H+消耗能量逆濃度梯度進入液泡,液泡中H+濃度高于細胞質基質;b.液泡膜上的NHX載體將H+由液泡順濃度梯度運輸到細胞質基質的同時將Na+主動轉運到液泡中(3)光驅動泵:主要發現于細菌細胞,光驅動泵可以利用光能逆濃度梯度運輸物質。典例呈現例題鈉鉀ATP酶(Na+/K+-ATPase)普遍存在于動物細胞膜上,能夠利用ATP水解釋放的能量

將細胞內的Na+泵出細胞,而相應地將細胞外的K+泵入細胞,從而維持膜內外一定的電化學梯

度。該電化學梯度能驅動葡萄糖同向轉運載體以同向協同轉運的方式將葡萄糖運入細胞,然

后膜上的轉運載體GLUT2將葡萄糖運至細胞外液,完成對葡萄糖的吸收。如圖為人小腸上

皮細胞吸收葡萄糖的過程示意圖,下列相關分析正確的是

(

)

A.葡萄糖進出小腸絨毛上皮細胞的方式不同,但運輸的載體相同B.Na+通過Na+/K+-ATPase的跨膜運輸是主動轉運,K+通過Na+/K+-ATPase的跨膜運輸是易化擴散C.圖示細胞的膜蛋白有物質運輸、信息交流等功能D.當細胞內外Na+濃度相等時,Na+和葡萄糖的協同轉運不能進行D解題思路

根據上圖分析,A、B錯誤;圖示細胞的膜蛋白具有物質運輸功能,并未體現具有信息交流功

能,C錯誤;細胞利用細胞膜兩側Na+濃度梯度主動轉運葡萄糖,當細胞內外Na+濃度相等時,Na+

濃度梯度消失,Na+和葡萄糖的協同轉運停止,D正確。Rubisco是普遍分布于玉米、大豆等作物葉綠體中的一種雙功能酶,它既是光呼吸中不

可缺少的加氧酶,也是卡爾文循環中固定CO2最關鍵的羧化酶。在較強光照下,Rubisco以五

碳化合物(RuBP)為底物,在CO2/O2的值高時,催化RuBP結合CO2發生羧化;在CO2/O2的值低時,

催化RuBP結合O2發生氧化產生光呼吸,具體過程如圖所示。

素養2生命觀念——光合作用的特殊類型情境探究問題1

從物質變化的角度看,光呼吸和需氧呼吸的共同點是什么?提示

光呼吸和需氧呼吸都需要消耗O2,都產生CO2。問題2

在天氣晴朗、氣候干燥的中午,大豆葉肉細胞中光呼吸的強度較通常條件下會升高

還是降低?為什么?提示

升高。在天氣晴朗、氣候干燥的中午,光強度較強,植物部分氣孔關閉,CO2/O2的值較

低,此時Rubisco催化RuBP結合O2發生氧化產生光呼吸,故光呼吸強度升高。問題3

光呼吸的存在會明顯降低作物產量,原因是什么?提示

光呼吸存在時,光呼吸消耗參與碳反應的ATP、NADPH和RuBP,使碳反應速率降低,

從而使光合作用合成有機物減少。問題4

研究表明,光呼吸是植物在長期進化過程中為適應環境變化、提高抗逆性而形成的

一條代謝途徑。據圖推測,光呼吸提高抗逆性的作用機理是什么?提示

光呼吸可以為光合作用提供CO2。1.光呼吸與光合作用碳反應的比較講解分析

光合作用碳反應光呼吸過程CO2+C5

2C3;2C3

C5+(CH2O)C5+O2

C2+C3;C2+C3

C5+CO2反應物C5、CO2C5、O2條件CO2/O2的值高CO2/O2的值低意義合成糖類,儲存能量消耗能量,生成的CO2可用于光合作用2.一些植物在進化中形成了特殊的固定和濃縮CO2的機制,能夠在高溫、干旱導致氣孔開放

度下降的情況下,有效利用葉肉細胞間隙低濃度的CO2進行光合作用,如C4植物和CAM植物。(1)C4植物:CO2在葉肉細胞被PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)固定,生成C4,C4通過胞間連絲進入維管

束鞘細胞生成CO2,CO2被C5固定,從而進入卡爾文循環。

(2)CAM植物:夜晚,植物氣孔開放吸收CO2,CO2在葉肉細胞被固定為蘋果酸,儲存在液泡中;白

天,蘋果酸出液泡,在細胞質基質中分解并釋放CO2,CO2被C5固定,從而進入卡爾文循環。

C3植物C4植物CAM植物植物類型典型溫帶植物典型熱帶或亞熱帶植物典型干旱地區植物主要CO2固定酶RubiscoPEP羧化酶、RubiscoPEP羧化酶、Rubisco發生CO2固定的細胞葉肉細胞葉肉細胞和維管束鞘細胞葉肉細胞卡爾文循環的場所葉肉細胞的葉綠體基質維管束鞘細胞的葉綠體基質葉肉細胞的葉綠體基質最初CO2接受體RuBP(C5)PEP光下:RuBP(C5);黑暗中:PEPCO2固定的最初產物C3C4光下:C3;黑暗中:草酰乙酸(C4)3.C3植物、C4植物和CAM植物的比較C3途徑是碳同化的基本途徑,C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用,最終還是通過C3

途徑合成有機物。典例呈現例題植物的葉肉細胞在光下有一個與呼吸作用不同的生理過程,即在光照下葉肉細胞吸收

O2,釋放CO2。由于這種反應需葉綠體參與,并與光合作用同時發生,故稱光呼吸。Rubisco是

一個雙功能的酶,具有催化羧化反應和加氧反應兩種功能。RuBP(C5)既可與CO2結合,經此酶

催化生成PGA(C3),進行光合作用;又可與O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),進行

光呼吸。具體過程如圖1:

(1)在光照條件下,Rubisco催化RuBP與CO2生成PGA的過程稱為

,該過程發生在

(填場所)中。Rubisco也可以催化RuBP與O2反應,推測O2與CO2比值

(填“高”或“低”)時,有利于光呼吸而不利于光合作用。(2)分析表格,

遮光比例條件下植物積累的有機物最多。結合已學的生物學知識和圖

中的信息,從兩個方面解釋為什么該條件下比不遮光條件下積累的有機物多?

。遮光比例(%)葉綠素含量(mg/g)凈光合速率(μmol·m-2·s-1)植株干重(g)02.18.07.5102.39.69.9302.48.99.2502.65.07.2702.92.74.8903.003.2CO2的固定葉綠體基質高

10%適當遮光可以提高葉綠