光呼吸与作物增产机制（拓展）-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

光合作用高考生物专题拓展光呼吸与作物增产机制partTWO核心架构搭建知识网络，整合能力体系02任务一：回归教材光合色素的提取与分离色素颜色含量溶解度扩散速度橙黄色黄色蓝绿色黄绿色最少较少最多较多1.实验原理(1)色素的提取用：(2)色素的分离用：无水乙醇层析液胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b最高较高较低最低最快较快较慢最慢O22C3C5NADPHATPADP+PiNADP+CO2CH2OH2O光反应暗反应CO2+H2O

(CH2O)+O2叶绿体光能2．光合作用的反应式：2.场所：______________________场所：_______________________3.能量转化：______→____________________________________→______________________类囊体薄膜叶绿体基质中光能ATP和NADPH中活跃的化学能糖类等有机物中稳定的化学能132反应1：____________反应2：____________反应3：____________水的光解CO2的固定C3的还原任务一：回归教材光合作用的原理partTWO光合作用的应用搭建知识网络，整合能力体系03资料一（改编自2025·陕晋青宁卷·17）叶绿体中的Rubisco酶，既能催化CO2固定（CO₂+C₅→2C₃），也能催化C5与O2反应（O₂+C₅→C₃+C₂），CO₂和O₂两种底物竞争R酶同一活性位点。加氧反应产生的C₂（乙醇酸）进入过氧化物酶体转化为甘氨酸后进入线粒体，在线粒体中产生丝氨酸。丝氨酸回到过氧化物酶体转化为暗反应所能利用的C₃。C₃重新进入卡尔文循环，光呼吸过程消耗ATP和NADPH1.R酶分布在叶绿体的哪个部位？光呼吸主要涉及哪几个细胞结构？思考讨论：叶绿体基质主要涉及：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体任务二：光呼吸的过程资料一（改编自2025·陕晋青宁卷·17）思考讨论：3.保持环境中CO₂浓度不变，当O₂浓度从21%升高到40%时，该植株的净光合速率如何变化？4.

R酶的双重催化作用是否违背酶的专一性？2.R酶催化CO2固定（CO₂+C₅→2C₃），还是催化C5与O2反应（O₂+C₅→C₃+C₂）取决于什么？取决于CO₂和O₂的相对浓度净光合速率下降。酶的专一性是指一种酶通常催化一种或一类相似反应，但并非绝对只能催化唯一底物。原因：O₂浓度升高→光呼吸增强→消耗更多有机物（ATP和NADPH），同时碳固定效率降低。

光呼吸的原理总结光呼吸现象产生的分子机制是

O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中,Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定;在光下,当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会与CO2竞争Rubisco酶,在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。[名师解读]资料二分析：科学研究表明，植物积累的有机物，有四分之一左右被光呼吸“无效消耗”。既然有害，植物为什么进化出这一途径？结合以下材料分析。高温强光下，气孔关闭，暗反应速率降低，如果光反应积累的过剩能量（ATP、NADPH）无法耗散，会产生活性氧，直接损伤光合系统，造成“光抑制”甚至“光破坏”。在干旱和强光下，因为温度高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。CO2吸收减少，光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的过剩的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏，保护光合系统免受损伤。又可以为暗反应阶段提供原料.任务三：如何促进暗反应，降低光呼吸，实现农作物增产光呼吸的效率远低于常规的卡尔文循环。假如你是洋县黑米的“守护者”，那么我们应该如何降低黑米水稻的光呼吸，从而增加黑米产量，实现经济效益最大化？请为黑米的增产提出你的想法？1、田间管理措施背景：假如你是洋县黑米的“守护者”，结合资料从水、气、肥的角度思考我们可以采取哪些田间管理措施来降低光呼吸，提高黑米的产量和品质？资料一：农民在种植黑米过程中发现种植过稀，土地光能利用不够，总产量不高；种植过密，田间郁闭、通风差，叶片互相遮挡，产量反而下降。资料二：洋县黑米坚持有机种植、不使用化肥农药。资料三：稻农中流传一句谚语“浅水栽秧，湿润活棵，薄水分蘖（niè），够苗晒田，湿润壮粒，干湿到老”。合理密植施用有机肥“干湿交替”灌溉长期深水淹灌会导致土壤缺氧，根系活力下降，叶片早衰，光合能力减弱。任务三：如何促进暗反应，降低光呼吸，实现农作物增产2、生态农业措施根系作用方面解释“稻鸭共生”田能增加作物产量的原因：

鸭粪→

鸭子活动增加水中溶解氧→作为有机肥在土壤微生物分解过程中会释放CO₂，为光合作用提供更充足的原料，分解还会为水稻提供N,P,K等营养元素促进根系的有氧呼吸，有利于水稻根系主动吸收无机盐。任务三：如何促进暗反应，降低光呼吸，实现农作物增产鸭子还可以除草（增加光能利用率），降低种间竞争，调整能量流动的关系，使能量更多的流向对人类最有益的部分从生态系统的角度分析：针对训练1.（2025·陕晋青宁卷）叶绿体中R酶既能催化CO₂固定，也能催化C₅与O₂反应，CO₂和O₂两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的

，产物

C3在光反应生成的

参与下合成糖类等有机物

。(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是

。基质ATP、NADPH植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快针对训练(3)保持环境中CO2，浓度不变，当02浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率

(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度

(填“大”“小”或“无法判断”)。(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：

。（4）实验思路：以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和

构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。预期结果：减小小(相较于植株W，植株S在相同条件下气孔开度相对较大，有利于二氧化碳的吸收，因此植株S的净光合速率变化幅度较小)植株S净光合速率

大于

植株W大于植株T课堂小结01.回归教材光合色素的提取与分离光合作用的原理/过程/场所02.光合作用的应用光呼吸的过程光呼吸详解如何实现农作物增产03.高考真题训练（2025·陕晋青宁卷）课后作业：完成2025·黑吉辽蒙卷·高考真题课后巩固1.（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率（如下图）和产量潜力。回答下列问题。课后巩固(1)Rubisco在叶绿体的

中催化

与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是

。(2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于

不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是

。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是

。(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。