高中生物2023年高考生物一輪復(fù)習(xí)（新人教新高考） 第3單元 解惑練2　光呼吸

光呼吸解惑練2

光呼吸是所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞(該處“細(xì)胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有這些細(xì)胞都能運(yùn)行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情況下發(fā)生的一個(gè)生化過(guò)程。該過(guò)程以光合作用的中間產(chǎn)物為底物，吸收氧、釋放二氧化碳。其生化途徑和在細(xì)胞中的發(fā)生部位也與一般呼吸(也稱暗呼吸)不同。1.光呼吸的起因(1)植物體為什么會(huì)發(fā)生光呼吸呢？主要原因是在生物體的進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生了一種具有雙功能的酶，這個(gè)酶的名字叫做RuBP羧化/加氧酶，就是核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶，這個(gè)酶可以縮寫為Rubisco。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡爾文循環(huán)中的C5。(2)二氧化碳和氧氣競(jìng)爭(zhēng)性與Rubisco結(jié)合，當(dāng)二氧化碳濃度高時(shí)，Rubisco催化RuBP與二氧化碳形成兩分子3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡爾文循環(huán)中的C3，進(jìn)行卡爾文循環(huán)；當(dāng)氧氣濃度高時(shí)，Rubisco催化RuBP與氧氣形成1分子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA進(jìn)入卡爾文循環(huán)，而磷酸乙醇酸脫去磷酸基團(tuán)形成乙醇酸，乙醇酸就離開葉綠體，走上了光呼吸的征途，這條路艱難而曲折，有害也有利。基本過(guò)程見(jiàn)右圖。(3)由圖可見(jiàn)，光呼吸和光合作用關(guān)系密切，它們之間的關(guān)系可以作一形象的理解：糖工廠內(nèi)(進(jìn)行光合作用細(xì)胞，特別是植物)的葡萄糖生產(chǎn)線(光合作用)因一部機(jī)器(核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶)構(gòu)造不完善，一部分原材料(核酮糖－1,5－二磷酸)不斷被錯(cuò)誤加工，產(chǎn)出次品(磷酸乙醇酸)，雖然有一補(bǔ)救措施，可將次品重加工并再次投入生產(chǎn)線，但是整個(gè)過(guò)程卻是非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。這個(gè)錯(cuò)誤加工和補(bǔ)救的過(guò)程就是光呼吸。2.光呼吸的過(guò)程(1)發(fā)生光呼吸的細(xì)胞需要三個(gè)細(xì)胞器的協(xié)同作用才能將光呼吸起始階段產(chǎn)生的“次品”修復(fù)，耗時(shí)耗能。這也是早期光呼吸被人們稱作“卡爾文循環(huán)中的漏逸”，“Rubisco的構(gòu)造缺陷”的原因。(2)右圖展示了卡爾文循環(huán)和光呼吸的詳細(xì)過(guò)程。光合碳循環(huán)中催化CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同時(shí)具有加氧酶的功能，催化RuBP的加氧反應(yīng)，生成磷酸乙醇酸和3－磷酸甘油酸(PGA)，磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成乙醇酸，后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸；乙醛酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨反應(yīng)變?yōu)楦拾彼岷?，由兩分子甘氨酸生成絲氨酸、CO2和NH3各一分子。這便是光呼吸的釋放CO2的反應(yīng)。絲氨酸以后轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基丙酮酸，再被還原及磷酸化成為PGA，后者又進(jìn)入光合碳循環(huán)。3.光呼吸的危害如果在較強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，使得C5氧化分解加強(qiáng)，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。其次，光呼吸過(guò)程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的損耗。4.光呼吸的意義其實(shí)光呼吸和卡爾文循環(huán)是一種動(dòng)態(tài)平衡，適當(dāng)?shù)墓夂粑鼘?duì)植物體有一定積極意義，這也許是進(jìn)化過(guò)程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意義如下：(1)回收碳元素。就是2分子的C2形成1分子的C3和CO2，那1分子C3通過(guò)光呼吸過(guò)程又返回到卡爾文循環(huán)中，不至于全部流失掉。即通過(guò)光呼吸回收了3/4的碳元素。(2)防止強(qiáng)光對(duì)葉綠體的破壞。強(qiáng)光時(shí)，由于光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率，因此，葉肉細(xì)胞中會(huì)積累ATP和NADPH，這些物質(zhì)積累會(huì)產(chǎn)生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，會(huì)消耗光反應(yīng)過(guò)程中積累的ATP和NADPH，從而減輕對(duì)葉綠體的傷害。當(dāng)然植物體還有很多避免強(qiáng)光下?lián)p傷葉綠體的機(jī)制。光呼吸算是其中之一。(3)消除乙醇酸對(duì)細(xì)胞的毒害。歸納總結(jié)光呼吸與暗呼吸的比較比較項(xiàng)目光呼吸暗呼吸(有氧呼吸)底物乙醇酸糖、脂肪、蛋白質(zhì)發(fā)生部位葉綠體、過(guò)氧化物酶體、線粒體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體反應(yīng)條件光照光或暗都可以能量消耗能量(消耗ATP和NADPH)產(chǎn)生能量共同點(diǎn)消耗氧氣，放出二氧化碳1.(2022·濰坊高三一模)光呼吸是O2/CO2偏高時(shí)與光合作用同時(shí)發(fā)生的生理過(guò)程，是經(jīng)長(zhǎng)期進(jìn)化形成的適應(yīng)機(jī)制。光呼吸和暗反應(yīng)關(guān)系密切，機(jī)理如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是A.光呼吸可保證CO2不足時(shí)，暗反應(yīng)仍能正常進(jìn)行B.光合作用的光反應(yīng)強(qiáng)于暗反應(yīng)容易導(dǎo)致光呼吸

發(fā)生C.光呼吸過(guò)程雖消耗有機(jī)物，但不產(chǎn)生ATPD.抑制光呼吸能大幅度提高光合作用強(qiáng)度跟蹤訓(xùn)練√跟蹤訓(xùn)練2.某研究小組測(cè)得在適宜條件下某植物葉片遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后釋放CO2的速率。吸收或釋放CO2的速率隨時(shí)間變化趨勢(shì)的示意圖如下(吸收或釋放CO2的速率是指單位面積葉片在單位時(shí)間內(nèi)吸收或釋放CO2的量)，回答下列問(wèn)題：跟蹤訓(xùn)練(1)在光照條件下，圖形A＋B＋C的面積表示_______________，該植物在一定時(shí)間內(nèi)單位面積葉片光合作用，其中圖形B的面積表示_________________________，從圖形C可推測(cè)該植物存在另一個(gè)________的途徑，CO2進(jìn)出葉肉細(xì)胞都是通過(guò)________的方式進(jìn)行的。固定的CO2總量呼吸作用釋放出的CO2量釋放CO2自由擴(kuò)散跟蹤訓(xùn)練根據(jù)坐標(biāo)圖分析，A的面積為葉肉細(xì)胞吸收外界CO2的量，而B＋C的面積總和則是植物自身產(chǎn)生CO2的量，兩部分的CO2都會(huì)被植物的葉肉細(xì)胞所吸收，即光合作用固定的CO2總量。遮光之后，植物主要進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生CO2，根據(jù)遮光后平穩(wěn)段的直線的變化趨勢(shì)可以推出B的面積表示這段時(shí)間內(nèi)植物呼吸作用放出的CO2量，而圖形C則表示植物可能通過(guò)其他途徑產(chǎn)生CO2。CO2屬于小分子，進(jìn)出細(xì)胞都是通過(guò)自由擴(kuò)散的方式進(jìn)行的。跟蹤訓(xùn)練(2)在上述實(shí)驗(yàn)中，若提高溫度、降低光照，則圖形____(填“A”或“B”)的面積變小，圖形____(填“A”或“B”)的面積增大，原因是__________________________