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試題詳情
科研人員利用紅外線CO2分析技術發現煙草、大豆等作物的葉照光后移至黑暗環境，短時間內（約1分鐘）出現CO2釋放量急劇增高的現象，隨后釋放量減少至與黑暗環境一致，由此提出，植物的葉肉細胞在光下必有一個與呼吸作用不同的生理過程。這種植物在光下吸收O2產生CO2的現象稱為光呼吸，是一種借助葉綠體、線粒體等多種細胞器共同完成的消耗能量的反應。研究發現，植物的Rubisco酶具有“兩面性”，其催化方向取決于CO2和O2的濃度。有數據表明，植物體在低濃度CO2情況下，葉綠體內NADPHNADP+比值較高，會導致更多自由基生成，使葉綠體的結構和功能受到損傷。請回答下列問題：
（1）Rubisco是一種存在于葉綠體基質葉綠體基質的酶，在光照條件下，可以催化C5與CO2生成C3，再利用光反應產生的[H]（[H]、ATP）[H]（[H]、ATP）將其還原；也可以催化C5與O2反應，推測O2與CO2比值高高時，有利于光呼吸而不利于光合作用。
（2）比較細胞呼吸和光呼吸的區別，寫出你進行比較的角度（至少寫出兩個方面）反應場所，反應條件，能量狀況反應場所，反應條件，能量狀況。結合本文內容提出光呼吸對植物體的意義光呼吸可減少自由基的形成，對植物有保護作用；光呼吸過程產生的CO2可保持CO2濃度低時暗反應的運轉等光呼吸可減少自由基的形成，對植物有保護作用；光呼吸過程產生的CO2可保持CO2濃度低時暗反應的運轉等。
（3）請寫出驗證某植物存在光呼吸現象的實驗設計思路，并預期實驗結果。設計思路：在適宜條件下先測定光照時該植物CO2吸收速率，一段時間后對該植物進行遮光（完全黑暗）處理，遮光后每10秒測定一次CO2釋放速率（或短時間內多次測定CO2釋放速率），直到CO2釋放速率不變
預期結果：光照時植物表現為吸收CO2，遮光后CO2釋放速率急劇增加，隨后CO2釋放速率逐漸減少，最后CO2釋放速率不變設計思路：在適宜條件下先測定光照時該植物CO2吸收速率，一段時間后對該植物進行遮光（完全黑暗）處理，遮光后每10秒測定一次CO2釋放速率（或短時間內多次測定CO2釋放速率），直到CO2釋放速率不變
預期結果：光照時植物表現為吸收CO2，遮光后CO2釋放速率急劇增加，隨后CO2釋放速率逐漸減少，最后CO2釋放速率不變。
NADPH
NAD
P
+
預期結果：光照時植物表現為吸收CO2，遮光后CO2釋放速率急劇增加，隨后CO2釋放速率逐漸減少，最后CO2釋放速率不變
預期結果：光照時植物表現為吸收CO2，遮光后CO2釋放速率急劇增加，隨后CO2釋放速率逐漸減少，最后CO2釋放速率不變
【答案】葉綠體基質；[H]（[H]、ATP）；高；反應場所，反應條件，能量狀況；光呼吸可減少自由基的形成，對植物有保護作用；光呼吸過程產生的CO2可保持CO2濃度低時暗反應的運轉等；設計思路：在適宜條件下先測定光照時該植物CO2吸收速率，一段時間后對該植物進行遮光（完全黑暗）處理，遮光后每10秒測定一次CO2釋放速率（或短時間內多次測定CO2釋放速率），直到CO2釋放速率不變
預期結果：光照時植物表現為吸收CO2，遮光后CO2釋放速率急劇增加，隨后CO2釋放速率逐漸減少，最后CO2釋放速率不變
預期結果：光照時植物表現為吸收CO2，遮光后CO2釋放速率急劇增加，隨后CO2釋放速率逐漸減少，最后CO2釋放速率不變
【解答】
【點評】
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發布：2025/1/16 8:0:1組卷：20引用：1難度：0.6
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1．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?；卮鹣铝袉栴}：
（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 -
2．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 -
3．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?；卮鹣铝袉栴}：
（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