Question

【題目】科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在光照、高氧和低CO2情況下，葉肉細(xì)胞在進行光合作用的同時會發(fā)生“光呼吸”作用，它是光合作用時發(fā)生的一個損耗能量的副反應(yīng)。即催化C5與CO2結(jié)合生成C3的Rubisco酶同時還可以使C5與O2結(jié)合，形成一個同樣的C3和另一個C2，C2可參與線粒體的有氧呼吸，其部分中間產(chǎn)物經(jīng)ATP和[H]還原轉(zhuǎn)變成C3參與暗反應(yīng)，過程如圖甲所示。在圖乙實驗裝置中，已知通過配制不同濃度CO2緩沖液X可以調(diào)節(jié)并維持空氣中不同濃度的CO2，而空氣中CO2濃度值可以通過CO2濃度感應(yīng)器測定。

（1）據(jù)圖甲分析，Rubisco酶發(fā)揮作用的場所是______________，圖中ATP的水解與細(xì)胞內(nèi)的_______（填“吸能”或“放能”）反應(yīng)相聯(lián)系。

（2）已知ATP和[H]的積累會對葉綠體造成傷害，依據(jù)圖甲信息，解釋植物在干旱天氣和過強光照下，光呼吸的積極意義是______________。

（3）利用圖乙裝置，提供高氧和低濃度CO2緩沖液，給予一定光照發(fā)現(xiàn)紅色液滴向左移動，結(jié)合圖甲信息，分析液滴向左移動的具體原因是_____________________。

（4）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可利用圖乙裝置測定CO2濃度對于植物凈光合速率的影響，為給大棚種植戶提供增產(chǎn)的科學(xué)數(shù)據(jù)，請簡述利用該裝置測定植物達到最大凈光合速率時對應(yīng)的最小CO2濃度的實驗思路是______________。

Answer 1

【答案】葉綠體基質(zhì) 吸能 “光呼吸”作用可以消耗多余的NADPH和ATP，對細(xì)胞起到保護作用。 光呼吸消耗了裝置中的氧氣導(dǎo)致的液滴左移 首先取長勢相同的待研究植物若干株并分別置于已經(jīng)準(zhǔn)備好的若干裝置乙（提前準(zhǔn)備相同的裝置乙若干）中；然后將配制好的不同濃度的CO2緩沖液X置于上述準(zhǔn)備好的裝置乙中，以調(diào)節(jié)并維持裝置乙中不同濃度梯度的CO2濃度，給上述裝置相同且適宜的光照，記錄各組裝置中液滴移動的速率并統(tǒng)計，通過分析實驗結(jié)果找到該植物最大凈光合速率時對應(yīng)的最小CO2濃度。（或?qū)⑴渲坪玫牟煌瑵舛鹊腃O2緩沖液X置于上述準(zhǔn)備好的裝置乙中，以調(diào)節(jié)并維持裝置乙中不同濃度梯度的CO2濃度，給上述裝置相同且適宜的光照，記錄各組裝置中液滴移動的速率并統(tǒng)計，通過分析實驗結(jié)果找到該植物最大凈光合速率時對應(yīng)的最小CO2濃度。）

【解析】

1.光合作用的具體的過程：
①光反應(yīng)階段：場所是類囊體薄膜
a．水的光解：2H2O4[H]+O2 b．ATP的生成：ADP+PiATP
②暗反應(yīng)階段：場所是葉綠體基質(zhì)
a．CO2的固定：CO2 +C52C3 b．三碳化合物的還原：2C3 （CH2O）+C5+H2O
2. 細(xì)胞中的吸能反應(yīng)往往與ATP的水解相聯(lián)系，而放能反應(yīng)往往與ATP的合成相聯(lián)系。

（1）圖甲顯示，Rubisco酶既能催化C5和CO2反應(yīng)，又能催化C5和O2反應(yīng)，由光合作用的過程可推測，Rubisco酶發(fā)揮作用的場所是葉綠體基質(zhì)，ATP的水解過程要釋放能量，故應(yīng)該與細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)相聯(lián)系。

（2）植物在干旱天氣和過強光照下，植物的自我調(diào)節(jié)性的適應(yīng)會導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，氣孔關(guān)閉引起CO2供應(yīng)不足，會導(dǎo)使CO2的固定產(chǎn)物C3減少，進而引起.NADPH和ATP的消耗減少，造成NADPH和ATP在葉綠體內(nèi)積累，對葉綠體造成傷害，而“光呼吸”作用可以消耗多余的NADPH和ATP，對細(xì)胞起到保護作用。

（3）題意顯示“光呼吸是所有進行光合作用的細(xì)胞在光照和高氧與低二氧化碳情況下發(fā)生的一個生化過程”，而圖乙裝置，提供高氧和低濃度CO2緩沖液，并給予一定光照條件，顯然裝置中的植物可進行光呼吸作用，結(jié)合圖甲可知，光呼吸過程中消耗O2并釋放出CO2，而裝置乙中的CO2緩沖液X會維持CO2濃度的穩(wěn)定，也就是說引起液滴移動的原因是氧氣濃度的變化，而紅色液滴向左移動，是因為光呼吸消耗了裝置中的氧氣導(dǎo)致的。

（4）實驗?zāi)康臑橛脠D乙裝置測定CO2濃度對于植物凈光合速率的影響，由實驗?zāi)康目芍獙嶒灥膯我蛔兞渴?/span>CO2濃度的不同，因變量是凈光合速率的變化，這里應(yīng)該是裝置中液滴移動的距離，因此利用該裝置測定植物達到最大凈光合速率時對應(yīng)的最小CO2濃度的實驗思路為：首先取長勢相同的待研究植物若干株并分別置于已經(jīng)準(zhǔn)備好的若干裝置乙（提前準(zhǔn)備相同的裝置乙若干）中；然后將配制好的不同濃度的CO2緩沖液X置于上述準(zhǔn)備好的裝置乙中，以調(diào)節(jié)并維持裝置乙中不同濃度梯度的CO2濃度，給上述裝置相同且適宜的光照，記錄各組裝置中液滴移動的速率并統(tǒng)計，通過分析實驗結(jié)果找到該植物最大凈光合速率時對應(yīng)的最小CO2濃度。