Question

【題目】研究發(fā)現(xiàn)，植物的Rubisco酶具有“兩面性”，CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應，完成光合作用；O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應，產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中會產(chǎn)生CO2，這種植物在光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸。請回答：

（1）Rubisco酶的存在場所為________，Rubisco酶既可催化C5與CO2反應，也可催化C5與O2反應，這與酶的專一性相矛盾，其“兩面性”可能因為在不同環(huán)境中酶________發(fā)生變化導致其功能變化。

（2）在較高CO2濃度環(huán)境中，Rubisco酶所催化反應的產(chǎn)物是________，該產(chǎn)物進一步反應還需要______________（物質(zhì)）。

（3）夏季中午，水稻會出現(xiàn)“光合午休”，此時光合作用速率明顯減弱，而CO2釋放速率明顯增強，其原因是________。

（4）研究表明，光呼吸會消耗光合作用新形成有機物的1/4，因此提高農(nóng)作物產(chǎn)量需降低光呼吸。小李同學提出了如下減弱光呼吸，提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施：

①適當降低溫度；②適當提高CO2濃度；不能達到目的措施是_________（填序號），理由是__________________。

（5）與光呼吸相區(qū)別，研究人員常把細胞呼吸稱為“暗呼吸”，從反應條件和場所兩方面，列舉光呼吸與暗呼吸的不同___________________________________。

Answer 1

【答案】葉綠體基質(zhì) 空間結(jié)構(gòu) C3 [H]、ATP 氣孔關(guān)閉，CO2濃度降低，O2濃度較高，光呼吸增強 ① 溫度降低，酶活性減弱，光呼吸減弱的同時光合作用也減弱，達不到提高農(nóng)作物產(chǎn)量的目的。 光呼吸需要光，暗呼吸有光無光均可；光呼吸的場所為葉綠體和線粒體，暗呼吸的場所為細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。

【解析】

1.光合作用的具體的過程：

①光反應階段：場所是類囊體薄膜

a．水的光解：2H2O4[H]+O2 b．ATP的生成：ADP+PiATP

②暗反應階段：場所是葉綠體基質(zhì)

a．CO2的固定：CO2 +C52C3 b．三碳化合物的還原：2C3 （CH2O）+C5+H2O

（1）題意顯示Rubisco酶能催化C5與CO2反應，該反應進行的場所是葉綠體基質(zhì)，故該酶存在場所應為葉綠體基質(zhì)，Rubisco酶既可催化C5與CO2反應，也可催化C5與O2反應，這與酶的專一性相矛盾，根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應的原理可知，其“兩面性”的原因可能是在不同環(huán)境中酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導致的。

（2）在較高CO2濃度環(huán)境中，Rubisco酶催化C5與CO2反應生成C3 ，接下來進行C3的還原，該反應的進行還需要光反應提供的[H]、ATP。

（3）夏季中午，由于溫度太高，氣孔關(guān)閉，CO2濃度降低，O2濃度較高，光呼吸增強，所以水稻會出現(xiàn)“光合午休”，表現(xiàn)為光合作用速率明顯減弱，而CO2釋放速率明顯增強。

（4）①適當降低溫度，酶活性減弱，光呼吸減弱的同時，光合作用也減弱，達不到增產(chǎn)的目的，因此不能通過①適當降低溫度來達到增產(chǎn)的目的；而可以通過②適當提高CO2濃度，Rubisco酶催化C5與CO2反應，完成光合作用，進而提高了光合作用速率而到處增產(chǎn)的目的。

（5）與光呼吸與細胞呼吸區(qū)別表現(xiàn)為兩個方面，從反應條件來看，光呼吸需要在光下進行，而細胞呼吸（暗呼吸）有光無光均可；從反應場所來看，光呼吸的場所為葉綠體和線粒體，暗呼吸的場所為細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。