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綠色植物的光合作用是地球上最重要的代謝，對于整個生物界具有重要意義。從18世紀后葉到現在，有關光合作用的研究及其發現一直是人們關注的熱點，科學家們也一直不斷有關于光合作用的新發現。
20世紀60年代，科學家發現在玉米、甘蔗等起源于熱帶的植物葉肉細胞的葉綠體內，CO2被一種叫磷酸烯醇式丙酮酸的三碳化合物（PEP）固定，形成一個四碳化合物--草酰乙酸（C4），催化該反應的酶為PEP羧化酶，其與CO2的親和力特別強。C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中，釋放出一個CO2，并形成一種三碳化合物--丙酮酸。釋放出來的CO2再被C5固定，繼續進行卡爾文循環的途徑。丙酮酸則再次進入葉肉細胞中的葉綠體內，在有關酶的催化下，通過ATP提供的能量，轉化成PEP，PEP則可以繼續固定CO2，具體過程如圖所示。這種以四碳化合物（C4）為光合最初產物的途徑稱為C4途徑，而卡爾文循環這種以三碳化合物（C3）為光合最初產物的途徑則稱為C3途徑。相應的植物被稱為C4植物和C3植物。
C3植物和C4植物最主要的差別就在于CO2固定的方式和場所。研究發現，C4植物和C3植物的光反應階段完全相同。隨著研究的不斷深入，光合作用的分子機制不斷被人們發現，除了學術價值外，這些研究還具有重大的應用價值。
（1）C3植物和C4植物光反應主要發生的物質變化為 水的光解（水在光下分解）和ATP（及NADPH）的合成水的光解（水在光下分解）和ATP（及NADPH）的合成。
（2）C3植物CO2的固定主要發生在 葉綠體基質葉綠體基質內，在該細胞內是由CO2與 C5C5反應實現的。
（3）C4途徑中PEP的再生途徑是：C4釋放出一個CO2，并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內，在有關酶的催化下，通過ATP提供的能量，轉化成PEPC4釋放出一個CO2，并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內，在有關酶的催化下，通過ATP提供的能量，轉化成PEP。
（4）在高溫、光照強烈和干旱的條件下，綠色植物氣孔會關閉，此時，C4C4植物的光合強度更大，原因是 C4植物細胞內的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強，C4植物可以利用葉片內細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用，而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力C4植物細胞內的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強，C4植物可以利用葉片內細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用，而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力。
【答案】水的光解（水在光下分解）和ATP（及NADPH）的合成；葉綠體基質；C5；C4釋放出一個CO2，并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內，在有關酶的催化下，通過ATP提供的能量，轉化成PEP；C4；C4植物細胞內的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強，C4植物可以利用葉片內細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用，而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力
【解答】
【點評】
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發布：2024/6/27 10:35:59組卷：22引用：1難度：0.7
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1．如圖是某植物葉肉細胞的部分生理過程示意圖。已知該植物葉肉細胞在適宜光照、較高的氧氣濃度條件下由于Rubisco酶既能催化過程①，也能催化過程②，可同時進行光合作用和光呼吸。光呼吸是指在O2濃度高，CO2濃度低時，Rubisco酶可催化C5（RuBp）加O2形成1個C3、1個C2，2個C2在線粒體等結構中再經一系列轉化形成1個C3、1個CO2，C3再進入卡爾文循環。回答下列問題：
（1）圖中，過程②發生的場所是。
（2）該植物葉肉細胞光合作用產生的糖類物質，在氧氣充足的條件下，可被氧化為（填物質名稱）后進入線粒體，繼而在（填場所）徹底氧化分解成CO2。
（3）據圖推測，當CO2濃度與O2濃度的比值（填“高”或“低”）時，有利于水稻進行光呼吸而不利于光合作用中有機物的積累，從C5的角度分析，其原因是。
（4）科學研究發現，在一些藍藻中存在CO2濃縮機制：藍藻中產生一種特殊的蛋白質微室，能將CO2濃縮在Rubisco酶周圍。該機制的意義是。發布：2025/1/16 8:0:1組卷：21引用：1難度：0.7 -
2．研究發現，Rubisco酶是綠色植物細胞中含量最豐富的蛋白質，由核基因控制合成的小亞基和葉綠體基因控制合成的大亞基組成，功能上屬于雙功能酶。當CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應，完成光合作用；當O2濃度較高時，該酶卻錯誤的催化C5與O2反應，產物經一系列變化后到線粒體中生成CO2，這種植物在光下吸收O2產生CO2的現象稱為光呼吸。回答下列問題：
（1）Rubisco酶在細胞的中的核糖體上合成。在較高CO2濃度環境中，Rubisco酶所催化的反應產物是，其發揮作用的場所是。
（2）當胞間CO2與O2濃度的比值減小時，有利于植物進行光呼吸而不利于光合作用有機物的積累。請從C5的角度分析，原因是。
（3）為糾正Rubisco酶的錯誤反應，光合植物創造了多種高代價的補救機制，如有的細胞中產生一種特殊蛋白質微室，將CO2濃縮在Rubisco酶周圍。該機制形成的意義是。發布：2025/1/16 8:0:1組卷：50引用：5難度：0.6 -
3．光呼吸可使水稻和小麥等作物的光合效率降低20%至50%，造成減產。
光呼吸現象存在的根本原因在于Rubisco,酶是一個雙功能的酶，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的濃度。當CO2濃度高而O2濃度低時，RuBP（1，5-二磷酸核酮糖，C5）與進入葉綠體的CO2結合，經Rubisco酶催化生成2分子的PGA（3-磷酸甘油酸，C3），進行光合作用；當CO2濃度低而O2濃度高時，RuBP與O2在Rubisco酶催化下生成1分子PGA和1分子PG（2-磷酸乙醇酸，C2），后者在相關酶的作用下生成乙醇酸（光呼吸的底物），乙醇酸通過光呼吸代謝循環合成PGA，重新加入卡爾文循環，而1/4的PG則以CO2的形式釋放，具體過程如圖1所示。請回答下列問題：
（1）在紅光照射條件下，參與光反應的主要色素是；據圖1可推知，Rubisco酶主要分布在葉綠體基質中，催化CO2與C5結合，生成2分子C3，影響該反應的內部因素有（寫出2點即可）。在光照條件下，Rubisco酶可以催化RuBP與CO2生成PGA，再利用光反應產生的NADPH將其還原，也可以催化RuBP與O2反應；推測O2與CO2比值時，有利于光呼吸而不利于光合作用。
（2）從圖1看出，正常光合作用的葉片，突然停止光照后葉片會出現快速釋放CO2的現象（CO2猝發），試解釋這一現象產生的原因：。從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區別是。
（3）水稻、小麥屬于C3植物，而高粱、玉米屬于C4植物，其特有的C4途徑如圖2所示。根據圖2中信息推測，PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力。葉肉細胞包圍在維管束鞘細胞四周，形成花環狀結構，根據此結構特點，進一步推測C4植物光呼吸比C3植物的。發布：2025/1/16 8:0:1組卷：21引用：3難度：0.5