光呼吸是植物绿色组织依赖光消耗O2、分解有机物放出CO2的过程，一定条件下光呼吸使光合效率下降25～30%。我国科研团队通过多基因转化技术将关键基因导入水稻叶绿体基因组，构建一条新的光呼吸代谢支路，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内转化为3-磷酸甘油酸（C3），提高水稻的光合效率，相关代谢过程如图1，其中Rubisco为RUBP羧化/加氧酶，虚线方框代谢过程为新构建的光呼吸代谢支路。请回答下列问题。
（1）Rubisco既能催化C5羧化，又能催化C5加氧分解。Rubisco催化C5羧化的反应称为 CO2固定CO2固定。线粒体中产生CO2的过程除图示过程外，还有 丙酮酸分解丙酮酸分解。
（2）光呼吸对植物生存也具有重要的意义。当CO2与O2分压比降低时，暗反应减慢，图1[A]中 NADPHNADPH积累导致在 类囊体（薄膜）类囊体（薄膜）（结构）产生的电子不能还原 NADP+NADP+，而与O2结合产生自由基对膜结构造成伤害。光呼吸产生的3-磷酸甘油酸和 CO2CO2可加快暗反应的进行，不仅减少上述膜的损伤，而且有利于 减少碳损失减少碳损失。
（3）光呼吸代谢支路中循环A的意义是在叶绿体中持续产生 丙酰辅酶A丙酰辅酶A，与 乙醇酸乙醇酸反应并最终转化为3-磷酸甘油酸。
（4）研究人员用具有光呼吸支路的甲、乙、丙3种转基因水稻及野生型水稻（WT）在试验田进行相关实验。与野生型水稻相比，转基因水稻的产量有所提高，结合下列实验结果，分析其原因有 提高水稻的净光合速率，增加水稻的分蘖数提高水稻的净光合速率，增加水稻的分蘖数。
【答案】CO2固定；丙酮酸分解；NADPH；类囊体（薄膜）；NADP+；CO2；减少碳损失；丙酰辅酶A；乙醇酸；提高水稻的净光合速率，增加水稻的分蘖数
【解答】
【点评】
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发布：2024/4/20 14:35:0组卷：46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
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