阅读以下材料，回答（1）～（4）题
优化光呼吸途径，提高光合效率
植物的产量与光合作用效率紧密相关，提高农作物的光合作用效率就显得尤为重要，其中优化光呼吸途径被视为作物改良的手段之一。
光呼吸时进行光合作用的细胞依赖光照，吸收O2并释放CO2，同时需要叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三个细胞器来完成。在叶绿体中，固定二氧化碳的关键酶--核酮糖-1，5-双磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）同时具有加氧酶活性，在光照条件下，催化O2和C5化合物核酮糖-1，5-双磷酸生成乙醇酸，作为光呼吸底物，由转运蛋白PLGGl转运出叶绿体，在过氧化物酶体和线粒体中代谢生成CO2。此过程会氧化光合中间产物RuBP，导致部分有机碳以CO2的形式损失，而且，此代谢过程消耗ATP和NADPH，总体会抵消约30%的光合作用，是伴随光合作用的一个损耗能量的副反应，因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效率的途径之一。但是有研究表明，直接敲除光呼吸途径的基因不仅不能提高生物量，而且往往是致死的；另外，光呼吸对植物抗逆性，如高光照或干旱环境中有积极意义。可见，光呼吸也可能是植物在有氧环境中正常生长不可或缺的生化过程，只有科学优化光呼吸途径才能提高植物生物量和作物产量。
我国科学家利用水稻自身基因，通过三种酶，构建了一条新的光呼吸代谢支路（GOC支路）并成功将其导入水稻叶绿体中，由此使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被催化为草酸并最终完全分解为CO2，将原本应释放于线粒体中的光呼吸产物CO2转移到叶绿体中释放，形成了一种光合CO2浓缩机制，高浓度CO2还有效降低了Rubisco的加氧酶活性，减少光呼吸损耗。GOC工程水稻株系的光合效率、生物量、籽粒产量分别提高了15-22%、14-35%、7-27%。
本研究首次在主要粮食作物中实现了光合CO2浓缩机制与高光效种植的创新，为提高作物产量提供了新的思路，具有重要的理论意义和应用价值。
（1）光合作用中的暗反应在叶绿体基质叶绿体基质进行，其中固定二氧化碳用到的C5化合物在暗反应暗反应阶段实现再生。
（2）结合文中信息解释光呼吸降低作物产量的原因。光呼吸代谢过程氧化C5化合物，导致部分有机碳以CO2的形式损失，同时损耗能量（ATP和NADPH），降低光合作用效率，从而降低作物产量光呼吸代谢过程氧化C5化合物，导致部分有机碳以CO2的形式损失，同时损耗能量（ATP和NADPH），降低光合作用效率，从而降低作物产量。
（3）根据“GOC支路”的研究成果，从光呼吸中间产物乙醇酸的角度分析，请你提出进一步强化CO2在叶绿体浓缩的改良方案。通过抑制乙醇酸转运蛋白基因的表达或改变乙醇酸转运蛋白的空间结构或降低乙醇酸转运蛋白的活性，使更多比例的乙醇酸通过GOC支路代谢，降低植物本身光呼吸通路对乙醇酸的代谢，强化CO2在叶绿体的浓缩通过抑制乙醇酸转运蛋白基因的表达或改变乙醇酸转运蛋白的空间结构或降低乙醇酸转运蛋白的活性，使更多比例的乙醇酸通过GOC支路代谢，降低植物本身光呼吸通路对乙醇酸的代谢，强化CO2在叶绿体的浓缩。
（4）对文中优化植物光呼吸途径的理解，正确的叙述包括ABDEABDE。
A．CO2/O2值高时利于光合作用而不利于光呼吸
B．GOC支路减少了光呼吸代谢造成的损耗并形成CO2浓缩机制，可提高植物的光合效率
C．可以直接敲除光呼吸途径的基因，抑制光呼吸进而提高植物光合效率
D．GOC支路为马铃薯等其他粮食作物的高光效改良提供了重要的技术储备
E．GOC支路能有效降低由于Rubisco的加氧酶活性导致的能量损耗
【答案】叶绿体基质；暗反应；光呼吸代谢过程氧化C5化合物，导致部分有机碳以CO2的形式损失，同时损耗能量（ATP和NADPH），降低光合作用效率，从而降低作物产量；通过抑制乙醇酸转运蛋白基因的表达或改变乙醇酸转运蛋白的空间结构或降低乙醇酸转运蛋白的活性，使更多比例的乙醇酸通过GOC支路代谢，降低植物本身光呼吸通路对乙醇酸的代谢，强化CO2在叶绿体的浓缩；ABDE
【解答】
【点评】
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发布：2024/4/20 14:35:0组卷：27引用：1难度：0.7
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1．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 -
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：23引用：3难度：0.5 -
3．研究表明，植物的叶片面积、气孔状态与分布跟环境有密切的关系．以下有关叙述错误的是（ ）
发布：2026/3/20 16:0:5组卷：2引用：1难度：0.9
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