小麦和玉米是两种主要的粮食作物，但其产量一直存在明显差异，玉米的光合速率约为小麦的1.5倍。科学家对小麦和玉米的光合作用过程进行研究，发现小麦和玉米在CO2固定的过程中存在差异。给小麦提供14CO2，检测其体内物质的放射性情况，发现最早出现14C标记的是C3酸，然后是C5、丙糖磷酸、葡萄糖等；给玉米提供14CO2时，最早出现14C标记的有机物却是C4酸。玉米光合作用部分过程如图所示。
（1）玉米叶片的叶肉细胞围绕维管束鞘细胞整齐排列呈“花环”状，光合作用时，CO2先在叶肉细胞中被固定，图中a代表的物质是C4酸C4酸，该物质进一步转化成苹果酸后转移到与其相邻的维管束鞘细胞中再释放CO2CO2参与光合作用的碳反应。小麦进行光合作用时所吸收的CO2则直接参与碳反应。
（2）玉米叶肉细胞中的叶绿体结构正常，而维管束鞘细胞中的叶绿体无正常的基粒，将C3还原成丙糖磷酸所需的ATP和[H]ATP和[H]主要由周围的叶肉细胞产生提供。
（3）叶绿体膜上分布有一种磷酸转运体TPT，在将丙糖磷酸运出叶绿体的同时，将相同数量的无机磷酸（Pi）运入叶绿体，因此，当细胞质基质中的Pi水平降低时，磷酸丙糖磷酸丙糖的合成会减少，原因是合成磷酸丙糖的原料Pi减少合成磷酸丙糖的原料Pi减少。
（4）科研人员对13个玉米品种和7个小麦品种的CO2补偿点进行了检测，前者平均为5mg/cm3，后者平均为51mg/cm3，因此，玉米玉米能更有效地利用低浓度的CO2，请你根据小麦和玉米光合作用过程的差异推测出现这一现象的原因可能是玉米叶肉细胞中固定CO2的酶对CO2有更强的亲和力，能更有效地利用低浓度CO2玉米叶肉细胞中固定CO2的酶对CO2有更强的亲和力，能更有效地利用低浓度CO2。
（5）有人认为可将玉米的高效光合基因转入到小麦中，以期提高小麦的产量，请评价该方案的合理性并说明理由。
【答案】C4酸；CO2；ATP和[H]；磷酸丙糖；合成磷酸丙糖的原料Pi减少；玉米；玉米叶肉细胞中固定CO2的酶对CO2有更强的亲和力，能更有效地利用低浓度CO2
【解答】
【点评】
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发布：2024/4/20 14:35:0组卷：45引用：2难度：0.7
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1．研究发现，Rubisco酶是绿色植物细胞中含量最丰富的蛋白质，由核基因控制合成的小亚基和叶绿体基因控制合成的大亚基组成，功能上属于双功能酶。当CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用；当O2浓度较高时，该酶却错误的催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中生成CO2，这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。回答下列问题：
（1）Rubisco酶在细胞的中的核糖体上合成。在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶所催化的反应产物是，其发挥作用的场所是。
（2）当胞间CO2与O2浓度的比值减小时，有利于植物进行光呼吸而不利于光合作用有机物的积累。请从C5的角度分析，原因是。
（3）为纠正Rubisco酶的错误反应，光合植物创造了多种高代价的补救机制，如有的细胞中产生一种特殊蛋白质微室，将CO2浓缩在Rubisco酶周围。该机制形成的意义是。发布：2025/1/16 8:0:1组卷：50引用：5难度：0.6 -
2．光呼吸可使水稻和小麦等作物的光合效率降低20%至50%，造成减产。
光呼吸现象存在的根本原因在于Rubisco,酶是一个双功能的酶，具有催化羧化反应和加氧反应两种功能，其催化方向取决于CO2和O2的浓度。当CO2浓度高而O2浓度低时，RuBP（1，5-二磷酸核酮糖，C5）与进入叶绿体的CO2结合，经Rubisco酶催化生成2分子的PGA（3-磷酸甘油酸，C3），进行光合作用；当CO2浓度低而O2浓度高时，RuBP与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），后者在相关酶的作用下生成乙醇酸（光呼吸的底物），乙醇酸通过光呼吸代谢循环合成PGA，重新加入卡尔文循环，而1/4的PG则以CO2的形式释放，具体过程如图1所示。请回答下列问题：
（1）在红光照射条件下，参与光反应的主要色素是；据图1可推知，Rubisco酶主要分布在叶绿体基质中，催化CO2与C5结合，生成2分子C3，影响该反应的内部因素有（写出2点即可）。在光照条件下，Rubisco酶可以催化RuBP与CO2生成PGA，再利用光反应产生的NADPH将其还原，也可以催化RuBP与O2反应；推测O2与CO2比值时，有利于光呼吸而不利于光合作用。
（2）从图1看出，正常光合作用的叶片，突然停止光照后叶片会出现快速释放CO2的现象（CO2猝发），试解释这一现象产生的原因：。从能量代谢分析，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是。
（3）水稻、小麦属于C3植物，而高粱、玉米属于C4植物，其特有的C4途径如图2所示。根据图2中信息推测，PEP羧化酶比Rubisco酶对CO2的亲和力。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物的。发布：2025/1/16 8:0:1组卷：21引用：3难度：0.5 -
3．如图是某植物叶肉细胞的部分生理过程示意图。已知该植物叶肉细胞在适宜光照、较高的氧气浓度条件下由于Rubisco酶既能催化过程①，也能催化过程②，可同时进行光合作用和光呼吸。光呼吸是指在O2浓度高，CO2浓度低时，Rubisco酶可催化C5（RuBp）加O2形成1个C3、1个C2，2个C2在线粒体等结构中再经一系列转化形成1个C3、1个CO2，C3再进入卡尔文循环。回答下列问题：
（1）图中，过程②发生的场所是。
（2）该植物叶肉细胞光合作用产生的糖类物质，在氧气充足的条件下，可被氧化为（填物质名称）后进入线粒体，继而在（填场所）彻底氧化分解成CO2。
（3）据图推测，当CO2浓度与O2浓度的比值（填“高”或“低”）时，有利于水稻进行光呼吸而不利于光合作用中有机物的积累，从C5的角度分析，其原因是。
（4）科学研究发现，在一些蓝藻中存在CO2浓缩机制：蓝藻中产生一种特殊的蛋白质微室，能将CO2浓缩在Rubisco酶周围。该机制的意义是。发布：2025/1/16 8:0:1组卷：21引用：1难度：0.7
