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(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(jīng)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 葉綠素（或葉綠素a和b）葉綠素（或葉綠素a和b）；據(jù)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 Rubisco酶活性、Rubisco酶含量、C5含量，pH等Rubisco酶活性、Rubisco酶含量、C5含量，pH等（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 高高時，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)象產生的原因：葉綠體基質中剩余的C5加氧反應產生CO2葉綠體基質中剩余的C5加氧反應產生CO2。從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區(qū)別是 光呼吸消耗ATP，有氧呼吸產生ATP光呼吸消耗ATP，有氧呼吸產生ATP。
（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 強強。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(jù)此結構特點，進一步推測C4植物光呼吸比C3植物的 弱弱。
【答案】葉綠素（或葉綠素a和b）；Rubisco酶活性、Rubisco酶含量、C5含量，pH等；高；葉綠體基質中剩余的C5加氧反應產生CO2；光呼吸消耗ATP，有氧呼吸產生ATP；強；弱
【解答】
【點評】
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發(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：21引用：3難度：0.5
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1．研究發(fā)現(xiàn)，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(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產生CO2的現(xiàn)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引用：5難度：0.6 -
2．科研人員利用紅外線CO2分析技術發(fā)現(xiàn)煙草、大豆等作物的葉照光后移至黑暗環(huán)境，短時間內（約1分鐘）出現(xiàn)CO2釋放量急劇增高的現(xiàn)象，隨后釋放量減少至與黑暗環(huán)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(shù)據(jù)表明，植物體在低濃度CO2情況下，葉綠體內
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：NADPHNADP+
（1）Rubisco是一種存在于的酶，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將其還原；也可以催化C5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）比較細胞呼吸和光呼吸的區(qū)別，寫出你進行比較的角度（至少寫出兩個方面）。結合本文內容提出光呼吸對植物體的意義。
（3）請寫出驗證某植物存在光呼吸現(xiàn)象的實驗設計思路，并預期實驗結果。。發(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：20引用：1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(jīng)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(jù)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(xiàn)，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引用：1難度：0.7
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