资源简介

解惑练1
光系统及电子传递链
1.光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。
2.电子传递过程是高电势到低电势,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，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。
3.类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
ADP＋Pi＋能量
2.(2023·河北保定市高三模拟预测)下图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程，其中运输H＋的载体蛋白有两种类型，从而实现H＋在膜两侧间的穿梭。下列分析不正确的是
A.图中过程产生了O2、ATP和NADPH等
B.H＋可由叶绿体基质进入类囊
体腔，该过程属于主动运输，
但消耗的能量不是由ATP提
供的
C.通过类囊体膜转运H＋的两种
机制不相同
D.据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3层生物膜
跟踪训练
√
解惑练2
光呼吸和光抑制
2.光抑制：植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。
(1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。
(2)光抑制的主要防御机制
①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动
(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这
种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。
②进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。
1.光呼吸的发现
（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。
二、光呼吸

2.光呼吸的起因
光呼吸：
（1）卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有双功能
（2）Rubisco即RuBP羧化加氧酶
①高CO2浓度、低O2时，进行羧化（暗反应）
②低CO2浓度、高O2时，进行加氧（光呼吸）
C5+CO2
2C3
Rubisco
C5+O2
C2+C3
Rubisco
2C2+O2
C3+CO2
ATP、[H]
酶
C3进入卡尔文循环
C3进入卡尔文循环
二、光呼吸

3.光呼吸的危害
（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NADPH，即造成了能量的损耗。
二、光呼吸

4.光呼吸的意义
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NADPH，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NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。

二、光呼吸

通过光呼吸回收了的碳元素，释放C02。
4.光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程，是经长期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切，机理如图所示。下列叙述错误的是
A.光呼吸可保证CO2不足时，暗反应仍能
正常进行
B.光合作用的光反应强于暗反应容易导致
光呼吸发生
C.光呼吸过程虽消耗有机物，但不产生ATP
D.抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度
跟踪训练
√
解惑练3
C3植物、C4植物和CAM植物
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。
一、C3植物、C4植物和CAM植物
2.C4途径：某些植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2在PEP羧化酶的作用下被整合到C4化合物中，随后C4化合物被运输进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物分解释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。
一、C3植物、C4植物和CAM植物
C4植物具有耐高温、光照强烈、干旱的能力，
原因是：PEP羧化酶（CO2泵）与CO2亲和力大且不与O2亲和，它提高了C4植物固定CO2的能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
3.CAM途径
CAM植物夜间气孔开放吸进CO2，CO2经一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中。白天气孔关闭，苹果酸经一系列反应转化为CO2，进入C3途径合成淀粉；
一、C3植物、C4植物和CAM植物
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。
7.卡尔文循环是植物界普遍存在的共同规律。水
稻的叶绿体基质中核酮糖 ?1 ， 5 二磷酸羧化酶
Rubisco 能够催化 CO2 与 C5 结合生成两分子的
C3 ，再发生一系列反应，最终合成糖类等有机物。
?
C
A. 卡尔文运用了荧光标记法追踪了碳元素的转移途径
B. 甘蔗固定二氧化碳的第一产物为三碳化合物
C. 若 CO2 突然中断，则短期内 C5 增多、 C3 减少
D. 与甘蔗相比，水稻更适应在低浓度的二氧化碳条件下生长
?
甘蔗与水稻的 CO2 的浓缩固定机制有所不同（如图所示），研究发现 PEP 与 CO2
的亲和力远高于 Rubisco 。下列相关叙述正确的是( )
?
10.玉米是我国重要的粮食作物，研究其光合特性
有利于促进高产。玉米的维管束内层细胞是维管束
鞘细胞，外层细胞是叶肉细胞，这两种细胞有不同
的叶绿体。玉米能利用较低浓度的 CO2 ，并将其固
定储存在苹果酸中，玉米细胞进行光合作用的相关
反应如下图所示。下列叙述错误的是( )
?
A
A. 玉米叶肉细胞进行细胞呼吸在线粒体中产生的丙酮酸能在光合作用中被消耗
B. 玉米叶肉细胞的叶绿体能利用较低浓度的 CO2 ，可能是 PEP 羧化酶的活性较高
C. 维管束鞘细胞能合成淀粉等光合产物，抑制苹果酸的生成会导致光合产物减少
D. 在适宜条件下，较低浓度的 CO2 就能使玉米的光合速率与呼吸速率达到平衡
?
素养突破P407 (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。
跟踪训练
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
(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___________________________________________________
____________________________________。
跟踪训练
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
(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_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________。
跟踪训练
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
(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
3 下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是(　　)
B
A.自然界中能发生光合作用的生物，不
一定具备PSⅡ和PSⅠ系统
B.光反应过程将吸收的光能转换为活跃
的化学能全部储存在ATP中
C.在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯
度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP
D.PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH
解析　分析图示可知，光反应过程将吸收的一部分光能转换为活跃的化学能储存在ATP中，还有一部分储存在NADPH中，B错误。
5.自然界的植物丰富多样，对环境的
适应各有差异，自卡尔文发现光合作
用中碳元素的行踪后，又有科学家发
现碳元素行踪的其他路径。请据图回
答下列问题：
跟踪训练
(1)图1是C3植物碳元素代谢途径的示意图。①②③④代表的是物质，A、B、C、D代表的是生理过程，则①④依次是______、_____；D过程是_____________________，ATP的合成除发生在A过程外，还发生在_____
(填字母)过程。
跟踪训练
氧气
C5
有氧呼吸第二、三阶段
C、D
(2)C3植物在干旱、炎热的环境中，由于气孔关闭造成________________
________________________，从而不利于光合作用。
跟踪训练
CO2不能进入叶片，
(3)图2是C4植物和CAM植物利用CO2途径的示意图。据图分析，这两类植物固定CO2的酶比C3植物多一种________酶，该酶比Rubisco对CO2的亲和力大且不与O2亲和，具有该酶的植物更能适应___________的环境。
跟踪训练
PEP羧化
低CO2浓度
(4)由图2可知，C4植物是在不同_____进行CO2的固定，而CAM植物是在不同_____进行CO2固定。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2能否立即用于C3途径？_______
(填“能”或“不能”)，可能的原因是___________________________
_______________________________________。
跟踪训练
细胞
时间
不能
没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够ATP和NADPH
6 (2022·全国甲卷)根据光合作用中 CO2 的固定方式不同，可将植物分为 C3 植物
和 C4 植物等类型。 C4 植物的 CO2 补偿点比 C3 植物的低。 CO2 补偿点通常是指环境
CO2 浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境 CO2 浓度。回答下列问题：
?
（1）不同植物（如 C3 植物和 C4 植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反
应阶段的产物是__________________（答出3点即可）。
?
NADPH 、ATP、 O2
?
[解析] 光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化
包括水的光解以及ATP、 NADPH的 形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有
O2 、 NADPH 和ATP。
?
（2）正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是_______
________________________________________________________________________
____________________________（答出1点即可）。
叶片（叶肉细胞及叶片其他细胞）的细胞呼吸需要消耗一部分光合产物（或叶片的生长发育需要消耗一部分光合产物）
[解析] 叶片光合产物一部分用于植物体结构建造和自身呼吸消耗，其余部分被运输到植物体的储藏器官储存起来，用于植物自身的生长、发育和繁殖。因此，正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。
（3）干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下， C4 植物比 C3 植
物生长得好。从两种植物 CO2 补偿点的角度分析，可能的原因是________________
________________________________________________________________________
____________。
?
C4 植物的 CO2 补偿点比 C3 植物的低， C4 植物在低浓度 CO2 条件下就能合成生长所需的有机物，因此生长得好
?
[解析] 由于 C4 植物的 CO2 补偿点低于 C3 植物的，因此 C4 植物能够利用较低浓度的
CO2 ，在低浓度 CO2 条件下，光合作用受影响较小的植物是 C4 植物，因此在同等程
度干旱条件下， C4 植物比 C3 植物生长得好。
?
7 (2022·永州二模)光合作用暗反应阶段中催化 CO2 固定的酶（ R 酶）具有双
功能性。当环境中 CO2 浓度高、 O2 浓度低时， R 酶催化 C5 与 CO2 形成2分子 3? 磷
酸甘油酸，进一步形成2分子 C3 ；而在 CO2 浓度低、 O2 浓度高的环境中， R 酶催化
C5 和 O2 反应生成1分子 C3 和1分子 2? 磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下转换为
乙醇酸后，通过膜上的载体离开叶绿体，再经叶绿体外代谢途径最终转换为1分子
甘油酸，并释放 1 分子 CO2 ，该过程被称为光呼吸，如下图所示。回答下列问题：
?
（1）提取和分离荷叶中色素使用的试剂分别是__________________。光合色素吸
收光能的用途是__________________________________________________________
_____________________。
无水乙醇和层析液
将水分解成氧和 H+ （或用于水的光解），在有关酶的催化作用下促进ADP和 Pi 形成ATP
?
[解析] 光合色素溶于有机溶剂，不同的色素在层析液中的溶解度不同，所以提取荷
叶中色素使用的试剂是无水乙醇，分离色素使用的试剂是层析液。光合色素吸收光
能可将水分解成氧和 H+ （或用于水的光解），在有关酶的催化作用下促进ADP和
Pi 形成ATP。
?
（2）在强光下，由于光反应速率大于暗反应速率，细胞中会积累______________，
从而损伤叶绿体，而光呼吸可以消耗多余的该物质，从而避免损伤叶绿体，且光呼
吸产生的_____又可以作为暗反应的原料，因此光呼吸对植物生长有一定的积极意
义。
ATP和 NADPH
?
CO2
?
[解析] 光反应的产物是 NADPH 和ATP，因此当光反应速率大于暗反应速率时，细
胞中会积累 NADPH 和ATP。光呼吸中 C5 与 O2 结合生成 CO2 和 C3 ， CO2 可作为暗
反应的原料。
?
（3）推测光呼吸对植物生长的不利方面表现在_______________________________
__________________。
光呼吸会消耗 C5 ，不利于植物光合作用暗反应的进行
?
[解析] 光呼吸会消耗细胞中的 C5 ，不利于植物光合作用暗反应的进行。
?
（4）下图是在不同供水条件下小麦灌浆中期叶片光呼吸速率的日变化曲线。由图
分析缺水组在 12:00?14:00 光呼吸速率较高的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
?
缺水组在 12:00?14:00 ，一方面光照较强，光反应产生的 O2 较多，另一方面
为了减少水分散失，植物气孔大多数关闭，胞间 CO2 浓度较低，当环境中 CO2 浓度
低、 O2 浓度高时，有利于提高光呼吸的速率
?
跟踪训练
8.(2023·江苏扬州高邮市模拟预测)夏季，植物经常受到高温和强光的双重胁迫。研究发现：当光照过强，植物吸收的光能超过其所需要时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。有关光抑制的机制，一般认为： 在强光下，一方面因NADP＋不足使电子传递给O2形成 ；另一方面会导致还原态电子积累，形成三线态叶绿素(3chl)，3chl与O2反应生成单线1O2。 和1O2都非常活泼，如不及时清除，会攻击叶绿素和PSⅡ反应中心的D1蛋白，从而损伤光合结构。类胡萝卜素可快速淬灭3chl，也可以直接清除1O2，起到保护叶绿体的作用。请回答下列问题：
(1)根据图1分析，PSⅡ位于_______
____________(细胞结构)；请从光反应和暗反应物质联系的角度，分析强光条件下NADP＋不足的原因：_______________________________________________________________________。
跟踪训练
类囊体薄膜
叶绿体
强光条件下，光反应产生的NADPH多于暗反应消耗的量，导致NADP＋供应不足
(2)图2是夏季连续两昼夜内，某杏树CO2吸收量和释放量的变化曲线图。S1～S5表示曲线与横轴围成的面积。造成图2中MN段波动的主要外界因素是______。经过这两昼夜，该杏树仍正常生长，则有机物的积累量在图示____(填字母)时刻达到最大值。图中S2明显小于S4，造成这种情况的主要外界因素最可能是__________。
跟踪训练
I
温度
光照强度
(3)光合作用中的Rubisco酶是一个双功能酶，在光下，它既能催化C5与CO2的羧化反应进行光合作用，又能催化C5与O2的加氧反应进行光呼吸(如图3)。羧化和加氧作用的相对速
率完全取决于CO2和O2的相对浓度。
研究发现，光呼吸也能对光合器官
起保护作用，避免产生光抑制，
请根据图3分析原因：__________
_____________________________
_____________________________________。
跟踪训练
消耗多余的ATP和NADPH，从而
对光合器官起保护作用，避免产生光抑制
光呼吸可以

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