Rubisco是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結合，形成C3和C2，C2經一系列變化后到線粒體中會產生CO2，這是一個在光驅動下完成的高耗能反應過程，被稱為“光呼吸”，會導致光合效率下降。CO2與O2競爭性結合Rubisco酶的同一活性位點，在相同濃度下，Rubisco酶對CO2親和力更高，如果在高溫條件下對O2親和力則會更高。
（1）葉肉細胞內Rubisco酶的存在場所為 葉綠體基質葉綠體基質，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Rubisco酶 空間結構空間結構發(fā)生變化導致其功能變化。光合作用過程中光反應能為暗反應提供 ATP與NADPHATP與NADPH。
（2）與光呼吸相區(qū)別，研究人員常把有氧呼吸稱為“暗呼吸”。請從反應發(fā)生場所方面，列舉葉肉細胞中光呼吸與暗呼吸的不同：光呼吸的場所是葉綠體（基質）和線粒體，暗呼吸的場所是細胞質基質和線粒體光呼吸的場所是葉綠體（基質）和線粒體，暗呼吸的場所是細胞質基質和線粒體。
（3）藍細菌具有CO2濃縮機制，如圖所示。
注：羧化體具有蛋白質外殼，可限制氣體擴散
據圖分析，CO2依次以 自由擴散自由擴散和 主動運輸主動運輸方式通過細胞膜和光合片層膜。藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisco周圍的 CO2濃度CO2濃度，從而通過促進 CO2的固定CO2的固定和抑制 O2與C5結合O2與C5結合提高光合效率。
（4）有觀點指出，光呼吸的生理作用主要發(fā)生于高溫天氣和過強光照下，原因是植物在此條件下 植物蒸騰作用過強，失水過多，為減少水分散失，氣孔大量關閉，導致CO2供應減少，進而導致光呼吸的發(fā)生植物蒸騰作用過強，失水過多，為減少水分散失，氣孔大量關閉，導致CO2供應減少，進而導致光呼吸的發(fā)生。
【答案】葉綠體基質；空間結構；ATP與NADPH；光呼吸的場所是葉綠體（基質）和線粒體，暗呼吸的場所是細胞質基質和線粒體；自由擴散；主動運輸；CO2濃度；CO2的固定；O2與C5結合；植物蒸騰作用過強，失水過多，為減少水分散失，氣孔大量關閉，導致CO2供應減少，進而導致光呼吸的發(fā)生
【解答】
【點評】
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發(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：12引用：1難度：0.7
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1．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(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(fā)），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(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(huán)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(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：21難度：0.5 -
2．研究發(fā)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(huán)境中，Rubisco酶所催化的反應產物是，其發(fā)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(chuàng)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(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：50難度：0.6 -
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(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(fā)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(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：21難度：0.7