2023學年完整公開課版光呼吸

《植物與植物生理》第四單元教學子單元3：光合作用微課件4光呼吸匯報人：郭振升光呼吸的概念

光呼吸是指綠色細胞在光下吸收O2與釋放CO2的過程。光呼吸的發(fā)現(xiàn)可以追朔到1920年Warburg報告的氧對光合作用的抑制。光呼吸主要存在與C3植物中,C4植物中很弱。

1920年瓦伯格在用小球藻做實驗時發(fā)現(xiàn)，O2對光合作用有抑制作用，這種現(xiàn)象被稱為瓦伯格效應(Warburgeffect)。這實際上是氧促進光呼吸的緣故。

1.光呼吸產(chǎn)生的原因

Rubisco是一種兼性酶，具有催化羧化反應和加氧反應兩種功能。其催化方向取決于CO2和O2的分壓。當CO2分壓高而O2分壓低時,RuBP與CO2經(jīng)此酶催化生成2分子的PGA，進行光合作用；反之,則RuBP與O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子磷酸乙醇酸(C2化合物),后者在磷酸乙醇酸酯酶的作用下變成乙醇酸，是光呼吸的底物，進入C2途徑。光呼吸與光合作用是密切聯(lián)系的。光呼吸在葉綠體與過氧化體中吸收氧氣，在線粒體中放出CO2。光呼吸是一個氧化過程，被氧化的底物是乙醇酸。RuBP[O2][CO2]Rubisco3-PGA+磷酸乙醇酸乙醇酸C2—cycle23—PGAC3—cycle葉綠體乙醇酸過氧化體乙醛酸甘氨酸（吸收O2）線粒體甘氨酸絲氨酸（放出CO2）2.光呼吸的生化歷程光呼吸途徑及其在細胞內(nèi)的定位①Rubisco;②磷酸乙醇酸磷酸酯酶;③乙醇酸氧化酶;④谷氨酸乙醛酸轉(zhuǎn)氨酶;⑤絲氨酸乙醇酸轉(zhuǎn)氨酶;⑥甘氨酸脫羧酶;⑦絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶;⑧羥基丙酮酸還原酶;⑨甘油酸激酶3.光呼吸的生理功能1）回收碳素，維持C3光合碳循環(huán)的運轉(zhuǎn)。2）防止O2對碳同化的抑制，減輕Warburg效應。3）防止強光對光合機構(gòu)的破壞。4）消除乙醇酸5）氮代謝的補充

在葉片氣孔關(guān)閉或外界CO2濃度降低時,光呼吸釋放的CO2能被C3途徑再利用,以維持C3光合碳循環(huán)的運轉(zhuǎn)。通過C2碳氧化循環(huán)可回收乙醇酸中3/4的碳素(2個乙醇酸轉(zhuǎn)化1個PGA,釋放1個CO2)。Warburg效應，即氧抑光合效應。光呼吸消耗了O2，提高了RuBPcase的活性，有利于光合作用的進行。3.光呼吸的生理功能1）回收碳素，維持C3光合碳循環(huán)的運轉(zhuǎn)。2）防止O2對碳同化的抑制，減輕Warburg效應。3）防止強光對光合機構(gòu)的破壞。4）消除乙醇酸5）氮代謝的補充在強光下,光反應中形成的同化力會超過暗反應的需要,葉綠體中NADPH/NADP、ATP/ADP的比值增高,由光激發(fā)的高能電子會傳遞給O2,形成超氧陰離子自由基O2－,O2－對光合機構(gòu)具有傷害作用,而光呼吸可消耗過剩的同化力和高能電子,減少O2－的形成,從而保護光合機構(gòu)。乙醇酸對細胞有毒害作用,它的產(chǎn)生在代謝中是不可避免的。光呼吸是消除乙醇酸的代謝,使細胞免受傷害。光呼吸代謝中涉及多種氨基酸（甘