光呼吸是植物綠色組織依賴光消耗O2、分解有機(jī)物放出CO2的過程，一定條件下光呼吸使光合效率下降25～30%。我國科研團(tuán)隊通過多基因轉(zhuǎn)化技術(shù)將關(guān)鍵基因?qū)胨救~綠體基因組，構(gòu)建一條新的光呼吸代謝支路，使光呼吸產(chǎn)生的部分乙醇酸直接在葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸（C3），提高水稻的光合效率，相關(guān)代謝過程如圖1，其中Rubisco為RUBP羧化/加氧酶，虛線方框代謝過程為新構(gòu)建的光呼吸代謝支路。請回答下列問題。
（1）Rubisco既能催化C5羧化，又能催化C5加氧分解。Rubisco催化C5羧化的反應(yīng)稱為 CO2固定CO2固定。線粒體中產(chǎn)生CO2的過程除圖示過程外，還有 丙酮酸分解丙酮酸分解。
（2）光呼吸對植物生存也具有重要的意義。當(dāng)CO2與O2分壓比降低時，暗反應(yīng)減慢，圖1[A]中 NADPHNADPH積累導(dǎo)致在 類囊體（薄膜）類囊體（薄膜）（結(jié)構(gòu)）產(chǎn)生的電子不能還原 NADP+NADP+，而與O2結(jié)合產(chǎn)生自由基對膜結(jié)構(gòu)造成傷害。光呼吸產(chǎn)生的3-磷酸甘油酸和 CO2CO2可加快暗反應(yīng)的進(jìn)行，不僅減少上述膜的損傷，而且有利于 減少碳損失減少碳損失。
（3）光呼吸代謝支路中循環(huán)A的意義是在葉綠體中持續(xù)產(chǎn)生 丙酰輔酶A丙酰輔酶A，與 乙醇酸乙醇酸反應(yīng)并最終轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸。
（4）研究人員用具有光呼吸支路的甲、乙、丙3種轉(zhuǎn)基因水稻及野生型水稻（WT）在試驗田進(jìn)行相關(guān)實驗。與野生型水稻相比，轉(zhuǎn)基因水稻的產(chǎn)量有所提高，結(jié)合下列實驗結(jié)果，分析其原因有 提高水稻的凈光合速率，增加水稻的分蘗數(shù)提高水稻的凈光合速率，增加水稻的分蘗數(shù)。
【答案】CO2固定；丙酮酸分解；NADPH；類囊體（薄膜）；NADP+；CO2；減少碳損失；丙酰輔酶A；乙醇酸；提高水稻的凈光合速率，增加水稻的分蘗數(shù)
【解答】
【點評】
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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：45引用：2難度：0.7
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1．研究發(fā)現(xiàn)，Rubisco酶是綠色植物細(xì)胞中含量最豐富的蛋白質(zhì)，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(dāng)CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應(yīng)，完成光合作用；當(dāng)O2濃度較高時，該酶卻錯誤的催化C5與O2反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)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(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸?；卮鹣铝袉栴}：
（1）Rubisco酶在細(xì)胞的中的核糖體上合成。在較高CO2濃度環(huán)境中，Rubisco酶所催化的反應(yīng)產(chǎn)物是，其發(fā)揮作用的場所是。
（2）當(dāng)胞間CO2與O2濃度的比值減小時，有利于植物進(jìn)行光呼吸而不利于光合作用有機(jī)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(yīng)，光合植物創(chuàng)造了多種高代價的補(bǔ)救機(jī)制，如有的細(xì)胞中產(chǎn)生一種特殊蛋白質(zhì)微室，將CO2濃縮在Rubisco酶周圍。該機(jī)制形成的意義是。發(fā)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(chǎn)。
光呼吸現(xiàn)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(yīng)和加氧反應(yīng)兩種功能，其催化方向取決于CO2和O2的濃度。當(dāng)CO2濃度高而O2濃度低時，RuBP（1，5-二磷酸核酮糖，C5）與進(jìn)入葉綠體的CO2結(jié)合，經(jīng)Rubisco酶催化生成2分子的PGA（3-磷酸甘油酸，C3），進(jìn)行光合作用；當(dāng)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(guān)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(huán)合成PGA，重新加入卡爾文循環(huán)，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(yīng)的主要色素是；據(jù)圖1可推知，Rubisco酶主要分布在葉綠體基質(zhì)中，催化CO2與C5結(jié)合，生成2分子C3，影響該反應(yīng)的內(nèi)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(yīng)產(chǎn)生的NADPH將其還原，也可以催化RuBP與O2反應(yīng)；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(xiàn)快速釋放CO2的現(xiàn)象（CO2猝發(fā)），試解釋這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：。從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區(qū)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(jù)圖2中信息推測，PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力。葉肉細(xì)胞包圍在維管束鞘細(xì)胞四周，形成花環(huán)狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)此結(jié)構(gòu)特點，進(jìn)一步推測C4植物光呼吸比C3植物的。發(fā)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(xì)胞的部分生理過程示意圖。已知該植物葉肉細(xì)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(jìn)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(jié)構(gòu)中再經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化形成1個C3、1個CO2，C3再進(jìn)入卡爾文循環(huán)?；卮鹣铝袉栴}：
（1）圖中，過程②發(fā)生的場所是。
（2）該植物葉肉細(xì)胞光合作用產(chǎn)生的糖類物質(zhì)，在氧氣充足的條件下，可被氧化為（填物質(zhì)名稱）后進(jìn)入線粒體，繼而在（填場所）徹底氧化分解成CO2。
（3）據(jù)圖推測，當(dāng)CO2濃度與O2濃度的比值（填“高”或“低”）時，有利于水稻進(jìn)行光呼吸而不利于光合作用中有機(jī)物的積累，從C5的角度分析，其原因是。
（4）科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在一些藍(lán)藻中存在CO2濃縮機(jī)制：藍(lán)藻中產(chǎn)生一種特殊的蛋白質(zhì)微室，能將CO2濃縮在Rubisco酶周圍。該機(jī)制的意義是。發(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：21引用：1難度：0.7
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