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(shí)，該酶催化C5與CO2反應(yīng)，完成光合作用；O2濃度較高時(shí)，該酶催化C5與O2反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中會(huì)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(qǐng)回答：

（1）Rubisco酶的存在場(chǎng)所為________，Rubisco酶既可催化C5與CO2反應(yīng)，也可催化C5與O2反應(yīng)，這與酶的專一性相矛盾，其“兩面性”可能因?yàn)樵诓煌�環(huán)境中酶________發(fā)生變化導(dǎo)致其功能變化。

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

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

（4）研究表明，光呼吸會(huì)消耗光合作用新形成有機(jī)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(xué)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(dāng)降低溫度；②適當(dāng)提高CO2濃度；不能達(dá)到目的措施是_________（填序號(hào)），理由是__________________。

（5）與光呼吸相區(qū)別，研究人員常把細(xì)胞呼吸稱為“暗呼吸”，從反應(yīng)條件和場(chǎng)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(qiáng) ① 溫度降低，酶活性減弱，光呼吸減弱的同時(shí)光合作用也減弱，達(dá)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(chǎng)所為葉綠體和線粒體，暗呼吸的場(chǎng)所為細(xì)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(yīng)階段：場(chǎng)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(yīng)階段：場(chǎng)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(yīng)，該反應(yīng)進(jìn)行的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)，故該酶存在場(chǎng)所應(yīng)為葉綠體基質(zhì)，Rubisco酶既可催化C5與CO2反應(yīng)，也可催化C5與O2反應(yīng)，這與酶的專一性相矛盾，根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)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(dǎo)致的。

（2）在較高CO2濃度環(huán)境中，Rubisco酶催化C5與CO2反應(yīng)生成C3 ，接下來進(jìn)行C3的還原，該反應(yīng)的進(jìn)行還需要光反應(yīng)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(qiáng)，所以水稻會(huì)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(qiáng)。

（4）①適當(dāng)降低溫度，酶活性減弱，光呼吸減弱的同時(shí)，光合作用也減弱，達(dá)不到增產(chǎn)的目的，因此不能通過①適當(dāng)降低溫度來達(dá)到增產(chǎn)的目的；而可以通過②適當(dāng)提高CO2濃度，Rubisco酶催化C5與CO2反應(yīng)，完成光合作用，進(jìn)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(xì)胞呼吸區(qū)別表現(xiàn)為兩個(gè)方面，從反應(yīng)條件來看，光呼吸需要在光下進(jìn)行，而細(xì)胞呼吸（暗呼吸）有光無光均可；從反應(yīng)場(chǎng)所來看，光呼吸的場(chǎng)所為葉綠體和線粒體，暗呼吸的場(chǎng)所為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。