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绿色植物的光合作用是地球上最重要的代谢，对于整个生物界具有重要意义。从18世纪后叶到现在，有关光合作用的研究及其发现一直是人们关注的热点，科学家们也一直不断有关于光合作用的新发现。
20世纪60年代，科学家发现在玉米、甘蔗等起源于热带的植物叶肉细胞的叶绿体内，CO2被一种叫磷酸烯醇式丙酮酸的三碳化合物（PEP）固定，形成一个四碳化合物--草酰乙酸（C4），催化该反应的酶为PEP羧化酶，其与CO2的亲和力特别强。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2，并形成一种三碳化合物--丙酮酸。释放出来的CO2再被C5固定，继续进行卡尔文循环的途径。丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEP，PEP则可以继续固定CO2，具体过程如图所示。这种以四碳化合物（C4）为光合最初产物的途径称为C4途径，而卡尔文循环这种以三碳化合物（C3）为光合最初产物的途径则称为C3途径。相应的植物被称为C4植物和C3植物。
C3植物和C4植物最主要的差别就在于CO2固定的方式和场所。研究发现，C4植物和C3植物的光反应阶段完全相同。随着研究的不断深入，光合作用的分子机制不断被人们发现，除了学术价值外，这些研究还具有重大的应用价值。
（1）C3植物和C4植物光反应主要发生的物质变化为 水的光解（水在光下分解）和ATP（及NADPH）的合成水的光解（水在光下分解）和ATP（及NADPH）的合成。
（2）C3植物CO2的固定主要发生在 叶绿体基质叶绿体基质内，在该细胞内是由CO2与 C5C5反应实现的。
（3）C4途径中PEP的再生途径是：C4释放出一个CO2，并形成丙酮酸。丙酮酸再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEPC4释放出一个CO2，并形成丙酮酸。丙酮酸再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEP。
（4）在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物气孔会关闭，此时，C4C4植物的光合强度更大，原因是 C4植物细胞内的PEP羧化酶与CO2的亲和力特别强，C4植物可以利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，而C3植物则不能。所以C4植物比C3植物具有更强的光合作用能力C4植物细胞内的PEP羧化酶与CO2的亲和力特别强，C4植物可以利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，而C3植物则不能。所以C4植物比C3植物具有更强的光合作用能力。
【答案】水的光解（水在光下分解）和ATP（及NADPH）的合成；叶绿体基质；C5；C4释放出一个CO2，并形成丙酮酸。丙酮酸再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEP；C4；C4植物细胞内的PEP羧化酶与CO2的亲和力特别强，C4植物可以利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，而C3植物则不能。所以C4植物比C3植物具有更强的光合作用能力
【解答】
【点评】
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发布：2024/6/27 10:35:59组卷：22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．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 -
3．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
