Question

【题目】研究发现，植物的Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2，这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。请回答：

（1）Rubisco酶的存在场所为________，Rubisco酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应，这与酶的专一性相矛盾，其“两面性”可能因为在不同环境中酶________发生变化导致其功能变化。

（2）在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶所催化反应的产物是________，该产物进一步反应还需要______________（物质）。

（3）夏季中午，水稻会出现“光合午休”，此时光合作用速率明显减弱，而CO2释放速率明显增强，其原因是________。

（4）研究表明，光呼吸会消耗光合作用新形成有机物的1/4，因此提高农作物产量需降低光呼吸。小李同学提出了如下减弱光呼吸，提高农作物产量的措施：

①适当降低温度；②适当提高CO2浓度；不能达到目的措施是_________（填序号），理由是__________________。

（5）与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”，从反应条件和场所两方面，列举光呼吸与暗呼吸的不同___________________________________。

Answer 1

【答案】叶绿体基质 空间结构 C3 [H]、ATP 气孔关闭，CO2浓度降低，O2浓度较高，光呼吸增强 ① 温度降低，酶活性减弱，光呼吸减弱的同时光合作用也减弱，达不到提高农作物产量的目的。 光呼吸需要光，暗呼吸有光无光均可；光呼吸的场所为叶绿体和线粒体，暗呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。

【解析】

1.光合作用的具体的过程：

①光反应阶段：场所是类囊体薄膜

a．水的光解：2H2O4[H]+O2 b．ATP的生成：ADP+PiATP

②暗反应阶段：场所是叶绿体基质

a．CO2的固定：CO2 +C52C3 b．三碳化合物的还原：2C3 （CH2O）+C5+H2O

（1）题意显示Rubisco酶能催化C5与CO2反应，该反应进行的场所是叶绿体基质，故该酶存在场所应为叶绿体基质，Rubisco酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应，这与酶的专一性相矛盾，根据结构与功能相适应的原理可知，其“两面性”的原因可能是在不同环境中酶空间结构发生变化导致的。

（2）在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶催化C5与CO2反应生成C3 ，接下来进行C3的还原，该反应的进行还需要光反应提供的[H]、ATP。

（3）夏季中午，由于温度太高，气孔关闭，CO2浓度降低，O2浓度较高，光呼吸增强，所以水稻会出现“光合午休”，表现为光合作用速率明显减弱，而CO2释放速率明显增强。

（4）①适当降低温度，酶活性减弱，光呼吸减弱的同时，光合作用也减弱，达不到增产的目的，因此不能通过①适当降低温度来达到增产的目的；而可以通过②适当提高CO2浓度，Rubisco酶催化C5与CO2反应，完成光合作用，进而提高了光合作用速率而到处增产的目的。

（5）与光呼吸与细胞呼吸区别表现为两个方面，从反应条件来看，光呼吸需要在光下进行，而细胞呼吸（暗呼吸）有光无光均可；从反应场所来看，光呼吸的场所为叶绿体和线粒体，暗呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。