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【光合作用的影响因素及应用】
第10讲　光合作用的影响因素及其应用
SHENG WU XUE
概念图
①植物自身的遗传特性，如植物品种不同，以阴生植物、阳生植物为例
<
<
（1）内部因素
1.影响光合作用强度的因素及应用
②植物叶片的叶龄
活性
性
活
（1）内部因素
1.影响光合作用强度的因素及应用
叶绿素含量、
酶的活性和数量、
有机物的输出情况 、
气孔导度等
生产实践中，可适时喷施植物激素中的__ ，起到调节气孔开度的作用
叶片的有机物输出越多快，其光合速率越快。若将一株植物的果实去除，则去除的果实越多，其光合速率就_________，两片相邻的叶片，若一片遮光，则另一片叶子的光合速率会________。
越慢
增强
②有机物的输出情况 、气孔导度、RuBP含量等
（1）内部因素
1.影响光合作用强度的因素及应用
脱落酸
③植物叶面积指数
不再增加
合理密植
（1）内部因素
1.影响光合作用强度的因素及应用
（2）外因：“三度”：光照强度、温度、CO2浓度、
1.影响光合作用强度的因素及应用
光合作用强度：一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造糖类的量（即光合作用速率）来衡量。
2.光合作用强度
①其他表示方法：以单位时间内单位面积光合作用固定（消耗）CO2量、产生O2量、制造有机物量来衡量。
②测定方法：一般能测定净光合速率。所以可以推导出：真正的光合作用速率 = 净光合作用速率 + 呼吸作用速率。
①对象：叶绿体：直接总光合。
②对象：植株、叶片、细胞：见下表
检测指标 呼吸速率 净光合速率 真正(总) 光合速率
CO2
O2
有机物
释放量
(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、
消耗量
吸收量
(黑暗)
释放量
产生量
消耗量
(黑暗)
积累量
制造量、产生量
(2)三种速率的表示方法：
二.光合作用的影响因素及其应用
2.光合作用强度
例3.以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示．正确的是（ ）
A．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等
B．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
B
二.光合作用的影响因素及其应用
图甲表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示植物光合速率与光照强度的关系曲线。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列说法正确的是( )
A.若图甲代表水稻，图乙代表蓝藻，则图甲的c时与图乙的c时细胞中产生ATP的场所都有细胞质基质、线粒体和叶绿体
B.若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的b相当于图乙的b点
C.图甲植物的d时单位时间内细胞从周围环境吸收2个单位的CO2
D.适当降低环境CO2浓度，图乙中b点将向左移动
C
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
①光照强度
大于
二.光合作用的影响因素及其应用
①光照强度【单位：勒克斯（lx）】
思考1：（植物体）在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于）
总结：叶绿体吸收CO2的速率是总光合速率，叶肉细胞和植物体吸收CO2的速率是净光合速率，当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸
（不定项）如图表示20 ℃时玉米CO2吸收量与光照强度的关系，SA、SB、SC依次表示有关物质量的相对值，下列说法中正确的是（ ）
A.SA＋SB＋SC 表示光合作用总量
B.SC－SA 表示净光合作用量
C.光照强度从B 到D 点变化过程中，
C3相对含量减少
D.若提高CO2浓度，则B点左移
BCD
解题思路：
用数学式子表达生物学意思
[2018·高考全国卷工,T30(2)]甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如下图所示。甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 ,
判断的依据是 。
甲
种植密度过大,植株接受的光照强度减弱，导致甲植株净光合速率下降幅度度比乙大。
温室生产中，适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产；
光照强度
温室大棚一般选无色透明塑料薄膜
遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予红光或蓝紫光。
C.应用
二.光合作用的影响因素及其应用
①光照强度【单位：勒克斯（lx）】
玉米--大豆
板栗--茶 P选二32
桃树--甘蓝
原因是：
（1）两种植物的根系深浅搭配，合理的利用了不同层次土壤内水分和养分。
（2）两种植物高矮结合，充分利用了不同层次的阳光
（与P选二25，群落的垂直结构联系，P选二32，立体农业联系）
C.应用
二.光合作用的影响因素及其应用
①光照强度【单位：勒克斯（lx）】
阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低农业生产上一般 间作 。
例4.2020，全国1卷(3)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表，从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物
是 。选择这两种作物的理由是 。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/umol·m-2·s-1 1200 1180 560 623
A和C
作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用。
二.光合作用的影响因素及其应用
延长光合作用时间，通过 轮作或套作 。
轮作：在同一块田地上，按预定的种植计划，轮换种植不同的作物【连作：在同一块地上长期连年种植一种作物】
玉米，轮作花生
水稻，蘑菇轮作
原因是：
（1）不同作物吸收土壤中的营养元素的种类、数量及比例各不相同，根系深浅与吸收水肥的能力也各不相同，轮作还可以均衡利用土壤中的矿质元素。
（2）每种作物都有一些专门为害的病虫杂草，轮作能够改变原有的食物链，防止病虫害；抑制杂草生长，减轻草害。
C.应用
二.光合作用的影响因素及其应用
①光照强度【单位：勒克斯（lx）】
套作：在同一块田地上，在前季作物的生育后期，在其株行间播种或移栽后季作物的种植方式
玉米套种花生
果园套种油菜
延长光合作用时间，通过 轮作或套作 。
C.应用
二.光合作用的影响因素及其应用
①光照强度【单位：勒克斯（lx）】
②CO2浓度
A.原理：CO2影响 反应阶段，
制约 的形成。
B.曲线分析:
暗
C3
图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的横坐标都表示CO2饱和点。
（2）外部因素：单因子对光合速率的影响及应用
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
C.应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高CO2浓度增加产量的方法。合理灌溉、施肥，可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合速率。
生产上使用农家肥：原因是有机物在微生物的分解下产生了大量的 CO2和无机盐 ，同时释放了热能。
③温度
A.原理：温度通过影响 影响
光合作用。
B.曲线分析:
酶的活性
（2）外部因素：单因子对光合速率的影响及应用
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
AB段 在B点之前，随着温度升高，光合速率_____
B点 酶的 温度，光合速率最大
BC段 随着温度升高，酶的活性下降，光合速率 ，50 ℃左右光合速率几乎为零
增大
最适
减小
③温度
A.原理：温度通过影响 影响
光合作用。
B.曲线分析:
酶的活性
（2）外部因素：单因子对光合速率的影响及应用
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
C.应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当 温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
降低
④水分
A.原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的 ，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
介质
（2）外部因素：单因子对光合速率的影响及应用
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
B.曲线分析:
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。
图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了 的供应。
CO2
光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
（3）外部因素：多因子对光合速率的影响及应用
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断 。
Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
提高
光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
（3）外部因素：多因子对光合速率的影响及应用
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加 ，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加 和CO2浓度以提高光合速率。
CO2浓度
光照强度
(1)停止供水后，光合速率下降。这是由于水既是_________的原料，又是光合产物在植物体内_____的主要介质。
例5：某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如图所示。请回答下列问题：
光合作用
运输
二.光合作用的影响因素及其应用
(2)在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是___点，其主要原因是___________________________。
B
气孔开度降低，CO2吸收减少
(3)停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是_________________________________________。
此时类囊体结构被破坏，提供给暗反应的__________________减少。
叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来
[H](或NADPH)和ATP
例6.（2021，原创）为探究环境条件对幼苗光合作用的影响，某同学将同品种燕麦幼苗分为甲、乙两组，一组培养在CO2浓度始终保持在300 L L-1的气候室中，另一组培养在CO2浓度始终保持在800 L L-1的气候室中.在相同且适宜的温度等条件下，测定两组幼苗净光合速率随光照强度的变化，如图所示，请回答：
（1）光照强度为a klx时，甲组幼苗叶肉细胞中能合成ATP的生物膜结构有 、 。光照强度大于a klx时，限制乙组光合作用的环境因素主要是 。
类囊体膜
线粒体内膜
CO2浓度
二.光合作用的影响因素及其应用
（2）CO2浓度为800 L L-1的气候室中，幼苗净光合速率随光照强度的变化是图中的 （填“甲”或“乙”）曲线，做出此判断的理由是 。
甲
图中相同光照强度和温度条件下，甲的净光合速率大于乙的，这与环境中CO2浓度的升高有利于幼苗吸收CO2进行光合作用的观点相吻合
（3）实验发现，与乙组相比，甲组所产生的种子粒大饱满；甲组所产生的种子萌发后，将幼苗按照乙组的条件进行培养，再产生的种子与乙组相同。对上述实验现象最合理的解释是：
与乙组的种子相比，甲组所产生的种子粒大饱满是由环境中CO2浓度高导致光合作用强引起的，而非遗传物质不同造成的
二.光合作用的影响因素及其应用
（4）光合作用产物积累对光合作用强度的影响
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
光合产物（蔗糖）从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。
光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因有∶
①反馈抑制。例如蔗糖的积累会反馈抑制合成蔗糖的磷酸蔗糖合成酶的活性，使细胞质以及叶绿体中磷酸丙糖含量增加，从而影响CO2的固定;
②淀粉粒的影响。叶肉细胞中蔗糖的积累会促进叶绿体基质中淀粉的合成与淀粉粒的形成，过多的淀粉粒一方面会压迫与损伤类囊体，另一方面，由于淀粉粒对光有遮挡，从而直接阻碍光合膜对光的吸收。
（4）光合作用产物积累对光合作用强度的影响
2.影响光合作用强度的因素及应用
二.光合作用的影响因素及其应用
（2021年CS8月摸底）下图是不同条件对番茄光合作用的影响。如图是研究人员测定的在不同土壤含水量条件下番茄叶片的气孔导度(气孔开放程度）和胞间CO2浓度的结果。请据图回答下列问题。
（3）图乙显示随着土壤含水量降低，番茄的气孔导度降低，但胞间CO2浓度并未因光合作用的消耗而降低，反而逐渐升高，对此有两种不同观点：观点一认为光合产物的输出变慢，导致细胞内光合产物积累，最后阻碍了CO2的吸收利用；观点二认为细胞内水分亏缺导致叶绿体片层结构破坏，从而直接影响光反应，而且不能恢复。为验证上述观点，将培养在________________条件下的番茄幼苗分为两组，实验组番茄幼苗进行_____________处理，对照组保持原有状态。若实验组番茄幼苗光合速率_____________________，则观点一不成立。
低土壤含水量
正常供水
不能恢复
（或与对照组基本相同）
二.光合作用的影响因素及其应用
例7.（答题规范，培优4）入侵植物A给许多地区带来了较大危害，使用除草剂对其进行防治的同时，难免会影响本地植物的生长。为此，研究人员研究了低浓度除草剂处理前后植物A和本地植物B的光合特性，结果如下图。回答下列问题：
二.光合作用的影响因素及其应用
（1）科研人员通过大量实验测得除草剂处理前后叶绿体色素的含量变化以及膜上ATP酶的活力，实验结果见下表，据此分析除草剂抑制植物生长发育的原因是__________________。
除草剂的使用能使光合色素含量下降，抑制光反应中光能的吸收，传递，转化，光能的利用率降低；
ATP酶的活性下降，抑制光反应中ATP的合成、ATP的合成量下降，从而影响了植物生长发育
叶片处理浓度 叶绿素的量（dmp） 胡萝卜素的量（dmp） 叶黄素的量（dmp）
0 14285 14263 13058
0.1 mM 4816 6218 5900
1.0 mM 3215 5425 4843
表1 除草剂对叶绿体色素的影响
表2 除草剂对膜上ATP酶活力的影响
处理浓度（mM） ATP酶活力（μmol ATP·mg-1·chl-1·h-1）
对照 52.7
5 27.5
6 20.5
二.光合作用的影响因素及其应用
（2）净光合速率是植物光合能力的重要指标，其大小决定物质积累能力。当光照较弱时，植物A与B的净光合速率均为负值，原因是_______________________。
净光合速率=总光合速率-呼吸速率；当光照较弱时，总光合速率较低且小于呼吸速率，因此两种植物的净光合速率为负值。
二.光合作用的影响因素及其应用
（3）对比图中“对照组”曲线，植物A相比植物B更有生长优势的原因是__________________。
相同光照强度下，与植物B对照组相比，植物A对照组净光合速率较大，说明植物A对光的利用效率更高，更具生长优势。
二.光合作用的影响因素及其应用
（4）结合图中数据分析，施用低浓度的除草剂是否能达到有效防治植物A入侵的目的，并阐述理由：___________________________。
不能
施用低浓度的除草剂后，植物A和植物B的净光合速率均下降，但植物A的净光合速率依旧大于植物B，所以不能起到有效防治入侵物种的目的
二.光合作用的影响因素及其应用
填空默写：
2.农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是_________
______________________________________________________________________
施肥时，肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收
二.光合作用的影响因素及其应用
3.请分析下图中限制P点和Q点光合速率的因素
下述图1、2、3中的曲线分析：P点时，限制光合速率的主要因素应为___________________，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。当达到Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取适当提高 的方法。
横坐标所表示的因子
图示中的其他因子
二.光合作用的影响因素及其应用
例8.(2021·北京，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
B
二.光合作用的影响因素及其应用
2.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较
盛夏一天24小时中，植物吸收和释放CO2量的变化
CO2吸收量
CO2释放量
0
时间
A
C
D
E
F
G
H
I
B
J
6
12
18
24
自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。
1.C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
2.C4途径：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(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管
二.C3植物、C4植物和CAM植物
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(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
二.C3植物、C4植物和CAM植物
3.CAM途径：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。
而白天气孔关闭，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。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。
二.C3植物、C4植物和CAM植物
C3植物
C4植物
CAM植物
如：水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。
如甘蔗、玉米、高粱等。
如:菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰花等。
二.C3植物、C4植物和CAM植物
总结： C3植物、C4植物和CAM植物的比较
特征 C3植物 C4植物 CAM植物
与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP
CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸
CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天
光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质
有无光合午休 有 无 无
二.C3植物、C4植物和CAM植物
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
（1）C3植物与C4植物对CO2浓度的响应
①C4植物CO2补偿点低，几乎接近0
②C3植物CO2补偿点高
二.C3植物、C4植物和CAM植物
③C4植物CO2饱和点低，说明C4植物具有有效的CO2浓缩机制。
④C3植物CO2饱和点高，因为RuBP羧化酶固定CO2能力弱。
例2.百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析错误的是（ ）
A.图中B物质可能是葡萄糖
B.线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C.PEP、RuBP均能与CO2结合
D.夜间细胞液pH可能会下降
A
二.C3植物、C4植物和CAM植物
例3.（2021·河北模拟）不同植物的光合作用过程有所不同，图1是三种不同类型植物的CO2同化方式示意图，图2表示生活在不同地区的上述三种植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日变化曲线。已知玉米叶肉细胞叶绿体中固定CO2的酶对CO2的亲和力高于水稻，请据图分析并回答∶
（1）吸收光能的色素分布在叶绿体 上。以光合色素的
为纵坐标，以波长为横坐标，所得曲线就是光合色素的吸收光谱。
类囊体薄膜
吸收光能的百分比（吸光率）
二.C3植物、C4植物和CAM植物
例3.（2021·河北模拟）不同植物的光合作用过程有所不同，图1是三种不同类型植物的CO2同化方式示意图，图2表示生活在不同地区的上述三种植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日变化曲线。已知玉米叶肉细胞叶绿体中固定CO2的酶对CO2的亲和力高于水稻，请据图分析并回答∶
（2）图1水稻、玉米和景天科植物中，最适应炎热干旱环境的植物是 ，原因是 。
该类植物白天气孔关闭，可以减少水分的散失，夜晚吸收CO2，不影响光合作用的进行
二.C3植物、C4植物和CAM植物
景天科植物
（3）图2中，在10点到12点期间，B植物的光合速率下降，原因是 ;
而C植物的光合速率继续升高，原因是 。
该时间段温度较高，水稻植株部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应强度减弱，为光反应提供的NADP+、ADP、Pi减少，光反应强度减弱，导致光合速率下降。
可以利用低浓度的CO2，此时光照强度不断增强，所以光合速率继续升高
二.C3植物、C4植物和CAM植物
（4）图2中，在4点时，A植物的光合速率为 μmol/（m ·s）;在12点时该植物能不能进行光合作用 。
能
0
二.C3植物、C4植物和CAM植物
1.光呼吸的发现
1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发”
三.光呼吸
（1）A表示光下净光合速率。
（2）B和C表示光下时植物呼吸速率。
（3）B表示无论是光下还是暗处都可进行的呼吸速率。
（4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。
光呼吸：
（1）卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两面性(或双功能)
（2）Rubisco即RuBP羧化加氧酶
①高CO2浓度、低O2时，进行羧化
②低CO2浓度、高O2时，进行加氧
C5+CO2
2C3
Rubisco
C5+O2
C2+C3
Rubisco
C2+O2
C2+CO2
ATP、[H]
酶
C3进入卡尔文循环
C3进入卡尔文循环
2.光呼吸的起因
三.光呼吸
光照强度增强
↓
产生的O2增多
↓
光呼吸增强
3.卡尔文循环与光呼吸
三.光呼吸
（1）如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，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和还原氢，即造成了能量的损耗。
4.光呼吸的危害
三.光呼吸
防止强光对叶绿体的破坏
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ATP和还原氢，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和还原力，从而减轻对叶绿体的伤害。
当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。
5.光呼吸的意义
三.光呼吸
比较项目 光呼吸 细胞呼吸
底物 C2化合物 糖类等有机物
发生部位 叶绿体、线粒体等 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 产生能量
共同点 消耗O2、释放CO2
6.光呼吸与细胞呼吸的比较
三.光呼吸
绿色植物中RuBP羧化酶（Rubisco）具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应（如图1所示）。过氧物酶体为单层膜结构，有特定的功能，负责将光合作用的副产物C2（乙醇酸）氧化为乙醛酸和过氧化氢。
（1）据图1中的信息，绿色植物在Rubisco催化下__________与C5反应，形成的 __________ 中的C原子最终进入线粒体放出CO2，完成光呼吸的过程。参与此过程的细胞器有 。研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。据上述信息推测，细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是____________________________。
O2
C2（乙醇酸）
叶绿体、线粒体、过氧物酶体
高浓度CO2可减少Rubisco与O2结合，减少光呼吸
（2）水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有机物很少，C4途经如图2所示。
与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化CO2和C3反应形成C4（苹果酸）。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3（丙酮酸），其中的CO2参与_______________，C3（丙酮酸）回到叶肉细胞中，进行循环利用。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisco酶对CO2的亲和力____________。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物低很多的原因是：
，从而使CO2在与O2竞争Rubisco中有优势，抑制光呼吸。
更强
卡尔文循环
C4植物叶肉细胞中高效的PEP羧化酶能够利用极低浓度的CO2,且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高
例11.(2021·山东，21)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。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。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
二.光合作用的影响因素及其应用
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的_____中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是___________________________________________________
_____________________________________。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
基质
光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多
二.光合作用的影响因素及其应用
(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度____(填“高”或“低”)，据表分析，原因是____________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
低
喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等
二.光合作用的影响因素及其应用
(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。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
100～300
二.光合作用的影响因素及其应用

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