光合作用的暗反应过程被称为碳同化。植物在长期进化过程中逐渐形成了多种碳同化途径。如图1所示，玉米、甘蔗等C4植物，长期生活在热带地区，其PEP羧化酶与CO2有强亲和力，可以将环境中低浓度的CO2固定下来，集中到维管束鞘细胞。而景天科等CAM（景天酸代谢）植物，长期生活在干旱或半干旱环境中，它们在夜晚捕获CO2，然后转变成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于卡尔文循环。
（1）在显微镜下观察玉米叶片结构发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，推测其可能缺少 基粒基粒（填“基粒”或“基质”）结构。CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要 低低（填“高”或“低”）。
（2）蝴蝶兰因其花姿优美、花色艳丽成为国际花卉市场最受欢迎的兰花之一，被誉为“兰花皇后”。图2为蝴蝶兰叶片净CO2吸收速率和有机酸含量的昼夜变化。据图2推测，蝴蝶兰 存在存在（填“存在”或“不存在”）CAM途径，判断依据是 由图可知蝴蝶兰叶片吸收CO2主要发生在夜间，白天吸收 CO2较少（或白天的净CO2吸收速率较低，夜晚的净CO2吸收速率较高）；蝴蝶兰叶片中白天有机酸的含量下降，夜晚有机酸 的含量升高，符合CAM植物的光合特性由图可知蝴蝶兰叶片吸收CO2主要发生在夜间，白天吸收 CO2较少（或白天的净CO2吸收速率较低，夜晚的净CO2吸收速率较高）；蝴蝶兰叶片中白天有机酸的含量下降，夜晚有机酸 的含量升高，符合CAM植物的光合特性。
（3）Rubisco酶是卡尔文循环中催化CO2固定的酶。Rubisco酶对CO2和O2都有亲和力，在光照条件下，当CO2O2比值高时，Rubisco酶可催化C5固定CO2合成有机物，当CO2O2比值低时，Rubisco酶可催化C5结合O2发生氧化分解，消耗有机物，此过程称为光呼吸，它会导致光合效率下降。有人认为，景天酸代谢（CAM）途径是景天科植物长期进化得到的一种可以抑制光呼吸的碳浓缩机制。你认为这种说法 合理合理（填“合理”或“不合理”），理由是 CAM 植物的叶肉细胞可以在夜晚吸收大量的 CO2，转变为苹果酸储存在液泡中，在白天苹果酸脱羧释放CO2，使得叶绿体中Rubisco酶周围的CO2浓度升高，在与O2竞争Rubisco酶时有优势，抑制了光呼吸CAM 植物的叶肉细胞可以在夜晚吸收大量的 CO2，转变为苹果酸储存在液泡中，在白天苹果酸脱羧释放CO2，使得叶绿体中Rubisco酶周围的CO2浓度升高，在与O2竞争Rubisco酶时有优势，抑制了光呼吸。
（4）科学研究发现：Rubisco酶是一种双功能酶，在较强光照下，它既催化C5与CO2的羧化反应进行光合作用，同时又催化C5的加氧反应进行光呼吸，羧化和加氧反应的相对速率完全取决于CO2与O2的相对浓度。如图3所示为光合作用暗反应和光呼吸的部分过程。
为探究光呼吸的产物与场所，某研究团队利用同位素标记法设计了如下实验，验证上述图示过程光呼吸的终产物和场所，请简要补全实验思路和预期实验结果。
①甲组：将小麦叶肉细胞置于光照较强和C18O浓度较高的环境中培养一段时间后，检测18O出现的场所及物质；
乙组：将小麦叶肉细胞置于光照较强和18O2浓度较高的环境中培养一段时间后检测18O出现的场所及物质将小麦叶肉细胞置于光照较强和18O2浓度较高的环境中培养一段时间后检测18O出现的场所及物质。
②预期实验结果：
甲组中的 18O出现在叶绿体基质中，在糖类中可以检测到18O18O出现在叶绿体基质中，在糖类中可以检测到18O；
乙组中的 18O出现在线粒体和叶绿体基质中，在二氧化碳和糖类中可以检测到18O18O出现在线粒体和叶绿体基质中，在二氧化碳和糖类中可以检测到18O。
C
O
2
O
2
C
O
2
O
2
【答案】基粒；低；存在；由图可知蝴蝶兰叶片吸收CO2主要发生在夜间，白天吸收 CO2较少（或白天的净CO2吸收速率较低，夜晚的净CO2吸收速率较高）；蝴蝶兰叶片中白天有机酸的含量下降，夜晚有机酸 的含量升高，符合CAM植物的光合特性；合理；CAM 植物的叶肉细胞可以在夜晚吸收大量的 CO2，转变为苹果酸储存在液泡中，在白天苹果酸脱羧释放CO2，使得叶绿体中Rubisco酶周围的CO2浓度升高，在与O2竞争Rubisco酶时有优势，抑制了光呼吸；将小麦叶肉细胞置于光照较强和18O2浓度较高的环境中培养一段时间后检测18O出现的场所及物质；18O出现在叶绿体基质中，在糖类中可以检测到18O；18O出现在线粒体和叶绿体基质中，在二氧化碳和糖类中可以检测到18O
【解答】
【点评】
声明：本试题解析著作权属菁优网所有，未经书面同意，不得复制发布。
发布：2025/1/16 8:0:1组卷：38引用：1难度：0.5
相似题
-
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
