例析光呼吸(Photorespiration)的产生过程

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教育光呼吸 |
分类: 试题研究和分析 |
试题中产生的疑问:怎么会有C的出现?因为植物在一定的条件下会发生光呼吸,产生CO2。
试题:某研究小组测得在适宜条件下某植物叶片遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后释放CO2的速率。吸收或释放CO2的速率随时间变化趋势的示意图如下(吸收或释放CO2的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释放CO2的量),回答下列问题:
在光照条件下,图形A+B+C的面积表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用
答案:固定CO2总量
试题分析:
图像反映了遮光前后植物吸收或释放CO2速率变化与传统题目相比较最明显区别是在遮光后短时间内CO2释放速率明显超过细胞在同等条件下细胞呼吸作用释放CO2速率,对此能否准确理解是题目的难点也是关键点。从图形可看出当遮光一段时间后二氧化碳释放速率达到稳定,由于遮光后植物没有光合作用只有呼吸作用所以y2值就应代表该植物呼吸作用释放二氧化碳速率,y3是代表在遮光短时间内释放二氧化碳速率最大值,因此y=y3-y2代表遮光后短时间内除呼吸作用释放二氧化碳外其他途径释放二氧化碳速率。在光照下植物既有暗呼吸作用(通常所指的细胞呼吸)也有光呼吸作用其指在光照依赖下植物绿色细胞吸收氧气释放二氧化碳过程,中学阶段所讲的细胞呼吸是不受光照影响的光照和黑暗条件下均可进行而光呼吸只在光照下才进行。当突然遮光在短时间内植物不仅释放出暗呼吸产生二氧化碳也会释放出光呼吸产生的二氧化碳,遮光后由于光呼吸消失只有暗呼吸存在所以二氧化碳释放速率由y3回到y2 值即y=y3-y2代表光呼吸释放二氧化碳速率。
此题所说的另一途径指的就是光呼吸,那么光呼吸是怎么发现的?光呼吸是如何发生的?这个知识点在高考中不作要求,既然出现的这张图,那就有必要搞清楚。
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。