高考专题复习：光呼吸现象一、光呼吸发现简史 1920年，德国的奥托瓦布（Otto Warburg）发现光合速率会因为氧分压的升高而降低，后来这现象就被命名为瓦布效应。约翰德柯尔（John Decker）在1955年偶然通过实验，观察到烟草叶在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳。他当时称之为“二氧化碳的猝发”，并认为这是在光照条件下发生的“呼吸”。光呼吸有此得名。 60年代初，科学家应用红外CO2分析仪和同位素示踪技术更深入地了解了光呼吸。 1972年，由爱德华托尔伯特（Nathan Edward Tolbert）正式阐明光呼吸机制。二、光呼吸简介 光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳 在光呼吸过程中，参与光合作用的一对组合：反应物1,5-二磷酸核酮糖（简称为RuBP）和催化剂1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（简称为Rubisco）发生了与其在光合作用中不同的反应。RuBP在Rubisco的作用下增加两个氧原子，再经过一系列反应，最终生成3-磷酸甘油酸。后者再经过部分光合作用过程，可再次重新生成为RuBP。 换言之，Rubisco对RuBP有两种作用，既可将之导入生成能量获得碳素的光合作用，也能使之进入消耗能量释放碳素的光呼吸。 光呼吸不是一个纯粹消耗能量的过程，其功能是：在光呼吸时细胞线粒体中进行甘氨酸转变为丝氨酸反应时能形成3-磷酸腺甙(ATP)； 光呼吸可以将光合作用的副产品磷酸乙醇酸和乙醇酸转变为碳水化合物； 在水分亏缺及高光照条件下，叶片气孔关闭，光呼吸释放的CO2能被再固定， 可保护光合作用的反应中心， 以免被强光所破坏。1. 光呼吸是进行光合作用的细胞为适应O2/CO2气体环境变化，提高抗逆性而形成的一条代谢途径。该过程是叶肉细胞在Rubisco酶的催化下，消耗O2生成CO2，并消耗能量的反应，过程如下图所示（NADPH即为H）。下列说法错误的是（ ） A.环境中O2/CO2的比值升高，有利于有机物的积累B.光呼吸和有氧呼吸相似，都能消耗O2并产生CO2C.从能量利用角度看，光呼吸与暗反应都消耗ATPD.光呼吸是植物在不利条件下，对细胞的一种保护措施2.（11分）研究发现，植物的Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2 ， 这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸请回答：（1）Rubisco酶的存在场所为_ ，Rubisco酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应，这与酶的专一性相矛盾，其“两面性”可能因为在不同环境中酶_发生变化导致其功能变化。（2）在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶所催化反应的产物是_，该产物进一步反应还需要_ （物质）。（3）夏季中午，水稻会出现“光合午休”，此时光合作用速率明显减弱，而CO2释放速率明显增强，其原因是_. （4）研究表明，光呼吸会消耗光合作用新形成有机物的1/4 ， 因此提高农作物产量需降低光呼吸小李同学提出了如下减弱光呼吸，提高农作物产量的措施：适当降低温度；适当提高CO2浓度；不能达到目的措施是_（填序号），理由是_。（5）与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”，从反应条件和场所两方面，列举光呼吸与暗呼吸的不同_。参考答案：（1）叶绿体基质（1分） 空间结构（1分） （2）C3、 H和ATP（3）气孔关闭，CO2浓度降低，O2浓度较高，光呼吸增强（2分）；（4）（1分）、温度降低，酶活性减弱，光呼吸减弱的同时，光合作用也减弱，达不到提高农作物产量的目的（2分）。（5）光呼吸需要光，暗呼吸有光无光均可以；光呼吸的场所是叶绿体基质和线粒体，暗呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。（2分）3.光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常情况下发生的一个生理过程，该过程借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成(如下图所示),是光合作用伴随的一个损耗能量的副反应。光呼吸过程中O2被消耗，并且会生成CO2。光呼吸损耗能量大约抵消了30%的光合作用储备能量，因此降低光呼吸速率曾一度被认为是提高光合作用效率的途径之一。但是后来研究者发现，光呼吸其实对细胞有着很重要的保护作用。 （1)据图可知，光呼吸与光合作用都利用了_为原料，但光合作用在_反应阶段实现了该物质的再生，而光呼吸最终将该物质彻底氧化分解并产生_。(2)“Rubisco”是一种酶的名称,这种酶既能催化物质“C-C-C-C-C”和O2反应，也能催化物质“C-C-C-C-C”和CO2反应，你推测O2/ CO2值_(高、低)时利于光呼吸而不利于光合作用。(3)有观点指出，光呼吸的生理作用在于干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭, _供应减少。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的_，而光呼吸产生的_又可以作为暗反应阶段的原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。(4)光呼吸被冠以“呼吸”二字，你认为理由_。(提示:从与有氧呼吸进行比较的角度回答)答案：(1)五碳化合物(C-C-C-C-C或C5) 暗 CO2 (2)高 (3) CO2 H和ATPCO2 (4)光呼吸过程中消耗O2并生成CO2，与有氧呼吸过程相似4.光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和 O2/CO2值异常情况下发生的一个生理过程，该过程借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成（如图1所示），是光合作用伴随的一个损耗能量的副反应。表 1 是研究人员对某植物在不同环境条件下氧气的吸收量和释放量进行测定的实验结果。（1）据图1可知，光呼吸与光合作用都利用了_为原料，但光合作用在暗反应阶段实现了该物质的再生，而光呼吸最终将该物质彻底氧化分解并产生_。（2）有观点指出，光呼吸的生理作用在于干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，_供应减少。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的_，而光呼吸产生的_又可以作为暗反应阶段的原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。（3）“Rubisco”是一种酶的名称，这种酶既能催化物质“CCCCC”和 O2反应，也能催化物质“CCCCC”和CO2反应， 推测O2/CO2值_（高、低）时利于光呼吸而不利于光合作用。（4）据表1分析，该实验的自变量是_。若将该植物在10 、10 klx光照48小时后，转入20 黑暗环境192小时，氧气的积累量为_mg。参考答案：（1）C5（2分） CO2 （2分） （2）CO2（2分） H和ATPCO2（3）高 （4）温度和光照强度、0