高中生物知识笔记：光合作用相关的生僻概念

 

来源公众号：侨中生物大课堂 

在光合作用这一复杂的生物学过程中，除了教材中详细阐述的基本概念外，高考中有时也会出现一些较为生僻的概念。包括光呼吸、光系统、光抑制、碳同化、光合磷酸化、Rubisco酶、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、光合作用的日变化及季节变化、C3植物和C4植物等。以下是对光合作用相关生僻概念的进一步详细解析：

一、光呼吸（2024年辽宁卷）

光呼吸是指绿色植物在光照条件下吸收O₂，导致叶绿体中的C₅被分解并产生CO₂的过程。这一现象产生的分子机制在于O₂和CO₂会竞争性地与Rubisco酶结合：在暗反应阶段，Rubisco酶能有效地以CO₂为底物进行固定；然而，在光照条件下，若O₂浓度较高而CO₂浓度较低，O₂便会与CO₂竞争Rubisco酶的结合位点，并在光的驱动下促使碳水化合物氧化，最终生成CO₂和水。

二、光系统（2023年湖北卷）

光系统是植物进行光吸收的功能单位，由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质等组成的复合物。光系统分为光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ），它们分别具有不同的结构和功能。光系统Ⅰ主要参与光合作用的电子传递链，将光能转化为化学能；而光系统Ⅱ则负责水的光解，产生氧气和质子。光系统中的捕光复合物负责捕获光能，并将其传递给光反应中心复合物，从而驱动电子传递和ATP的合成。

三、光抑制（多个省份的高考卷）

光抑制是指当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，光合功能下降的现象。光抑制会导致PSII反应中心的破坏，使光合效率降低。光抑制是植物本身的保护性反应，但并非一种光保护机制。在强光下，植物会通过一系列的光保护机制来减轻光抑制的影响，如增加热耗散、调整叶绿素含量等。

四、碳同化（近几年的高考生物卷）

碳同化是指植物利用光反应中形成的同化力（ATP和NADPH），将CO₂转化为碳水化合物的过程。碳同化是光合作用的暗反应阶段，包括C3途径、C4途径和CAM途径。C3途径是植物中最常见的碳同化途径，它主要发生在叶绿体的基质中，通过一系列酶促反应将CO₂转化为有机物。C4途径和CAM途径则主要发生在一些特殊的植物中，它们具有更高的光合效率和耐旱性。

五、光合磷酸化（2024年高考生物试题（安徽卷）

光合磷酸化是指由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程。光合磷酸化发生在叶绿体的类囊体膜上，通过一系列电子传递链和质子泵的作用，将光能转化为化学能并合成ATP。光合磷酸化可以分为循环式和非循环式两种类型，非循环式光合磷酸化在光合作用中占主要地位。循环式光合磷酸化则主要发生在一些特殊的生物中，如蓝藻和绿藻等。

六、Rubisco酶（2021年广东卷）

Rubisco酶（核酮糖-1,5-二磷酸羧化加氧酶）是光合作用中最重要的酶之一，它催化了CO₂的固定和加氧反应。Rubisco酶在卡尔文循环中起着关键作用，它能够将大气中的CO₂与核酮糖-1,5-二磷酸反应生成甘油酸-3-磷酸，这是光合作用中碳固定的第一步。Rubisco酶的活性受到多种因素的调节，如温度、光照、pH值等。通过遗传改良提高Rubisco酶的活性，可以显著提高植物的光合效率和产量。

七、胞间CO₂浓度（2013年江苏高考卷）

胞间CO₂浓度（Ci）是指植物细胞间隙中CO₂的含量。胞间二氧化碳浓度的大小取决于叶片周围空气的CO₂浓度、气孔导度、叶肉细胞的光合活性等多个因素。胞间CO₂浓度与光合速率之间的关系呈正相关，即胞间CO₂浓度越高，光合速率越高。在农业生产中，通过优化通风条件、增加CO₂浓度等措施，可以提高作物的光合效率和产量。

八、气孔导度（2014年安徽卷）

气孔导度是指植物叶片上气孔的开启程度，它决定了气体和水分的进出速度。气孔导度的高低直接影响植物的光合作用效率和水分的保持能力。气孔导度的调节是植物适应环境变化、维持生命活动的关键。在干旱、高温等不利条件下，植物会通过关闭气孔来减少水分的蒸发和气体的交换，从而保护自身免受伤害。然而，气孔关闭也会导致光合速率的降低和CO₂供应的不足。因此，在农业生产中需要合理调控气孔导度，以平衡光合作用和蒸腾作用之间的关系。

九、光合作用的日变化(2024年河北卷）

光合作用的日变化是指光合作用强度在一天中的变化。早晨随着光照增强、气温上升，光合作用强度不断增强；至正午前后，虽然光照、温度继续升高，但光合强度却出现下降趋势（称为“午睡现象”）；午后，光合强度稍有回升，但随着光照减弱和气温下降，光合强度逐渐减弱。光合作用的日变化受到多种因素的调节，如光照强度、温度、水分等。了解光合作用的日变化有助于制定合理的灌溉、施肥等农业管理措施，以提高作物的产量和品质。

十、光合作用的季节变化(2022年全国卷）

光合作用的季节变化与温度、光照、水分等环境因素密切相关。一般来说，在春季和夏季，随着温度和光照的增强，光合作用强度也会增加；而在秋季和冬季，随着温度和光照的减弱，光合作用强度则会降低。光合作用的季节变化对植物的生长发育和产量形成具有重要影响。在农业生产中，需要根据季节变化调整农业管理措施，如合理施肥、灌溉、修剪等，以优化光合作用效率并提高作物产量。

十一、C3植物和C4植物(2024年全国甲卷）

C3植物和C4植物是根据其光合作用中碳同化的途径来区分的。C3植物通过C3途径进行碳同化，主要发生在叶绿体的基质中；而C4植物则通过C4途径进行碳同化，主要发生在叶肉细胞的细胞质中。C4植物相比C3植物具有更高的光合效率和耐旱性。这是因为C4植物能够更有效地利用低浓度的二氧化碳和强光条件进行光合作用，从而提高了水分利用效率和产量。在农业生产中，通过选育和推广C4作物品种，可以显著提高作物的产量和适应性。

 十二、非光化学猝灭（2023年山东卷）

当植物叶片吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，为了避免光合机构受到光破坏，植物会启动非光化学猝灭机制。这一机制通过将过剩的激发能量以热能的形式耗散掉，从而降低光合机构中的激发态能量水平，保护光合机构免受光抑制的损害。非光化学猝灭主要发生在叶绿体的类囊体膜上，尤其是光系统II（PSII）的捕光复合体（LHCII）中。当植物感知到过剩的光能时，会通过一系列复杂的调控机制，如PsbS蛋白的参与，增强非光化学猝灭过程，从而有效地耗散过剩的激发能量。

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