光呼吸，是植物細胞依賴光照，吸收O2氧化分解有機物釋放CO2的過程。其是光合作用伴隨的一個損耗能量的副反應(yīng)，降低光呼吸途徑被視為提高農(nóng)作物產(chǎn)量的手段之一。
（1）圖1是葉肉細胞中部分碳代謝過程的模式圖：其中B酶既可以催化暗反應(yīng)中CO2的固定CO2的固定階段，又可以催化C5和O2反應(yīng)。進入光呼吸途徑。代謝產(chǎn)生的乙醇酸通過運載體離開葉綠體葉綠體，在其他細胞器經(jīng)過代謝最終釋放1分子CO2。
（2）研究人員利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將G酶（乙醇酸氧化酶）、O酶（草酸氧化酶）和C酶（過氧化氫酶）基因?qū)胨救~綠體，構(gòu)建一條新的光呼吸代謝支路，簡稱GOC支路（圖1），通過檢測三種酶的表達速率、酶的濃度、酶的活性表達速率、酶的濃度、酶的活性篩選出GOC型水稻。
（3）用電鏡觀察野生型和GOC型水稻的葉肉細胞超薄切片圖像。結(jié)果如圖2所示。與野生型相比，GOC型的葉肉細胞中出現(xiàn)了明顯變化（至少寫出兩點）：①淀粉粒增多，淀粉粒增大淀粉粒增多，淀粉粒增大；②細胞增大，葉綠體增大，葉綠體增多細胞增大，葉綠體增大，葉綠體增多，表現(xiàn)出了類似于長期生長在高CO2環(huán)境條件下的表型
（4）在光照條件下?？蒲腥藛T檢測了GOC型水稻的光呼吸代謝物水平。結(jié)果如圖3所示，你認為GOC型水稻是否構(gòu)建成功，并簡述理由。
（5）科研人員通過檢測凈光合速率。發(fā)現(xiàn)GOC型水稻產(chǎn)量顯著高于野生型綜上所述。請闡述GOC型水稻高產(chǎn)的分子機制。
【答案】CO2的固定；葉綠體；農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化；表達速率、酶的濃度、酶的活性；淀粉粒增多，淀粉粒增大；細胞增大，葉綠體增大，葉綠體增多
【解答】
【點評】
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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：24引用：2難度：0.7
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1．研究發(fā)現(xiàn)，Rubisco酶是綠色植物細胞中含量最豐富的蛋白質(zhì)，由核基因控制合成的小亞基和葉綠體基因控制合成的大亞基組成，功能上屬于雙功能酶。當(dāng)CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應(yīng)，完成光合作用；當(dāng)O2濃度較高時，該酶卻錯誤的催化C5與O2反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中生成CO2，這種植物在光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸。回答下列問題：
（1）Rubisco酶在細胞的中的核糖體上合成。在較高CO2濃度環(huán)境中，Rubisco酶所催化的反應(yīng)產(chǎn)物是，其發(fā)揮作用的場所是。
（2）當(dāng)胞間CO2與O2濃度的比值減小時，有利于植物進行光呼吸而不利于光合作用有機物的積累。請從C5的角度分析，原因是。
（3）為糾正Rubisco酶的錯誤反應(yīng)，光合植物創(chuàng)造了多種高代價的補救機制，如有的細胞中產(chǎn)生一種特殊蛋白質(zhì)微室，將CO2濃縮在Rubisco酶周圍。該機制形成的意義是。發(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：50引用：5難度：0.6 -
2．光呼吸可使水稻和小麥等作物的光合效率降低20%至50%，造成減產(chǎn)。
光呼吸現(xiàn)象存在的根本原因在于Rubisco,酶是一個雙功能的酶，具有催化羧化反應(yīng)和加氧反應(yīng)兩種功能，其催化方向取決于CO2和O2的濃度。當(dāng)CO2濃度高而O2濃度低時，RuBP（1，5-二磷酸核酮糖，C5）與進入葉綠體的CO2結(jié)合，經(jīng)Rubisco酶催化生成2分子的PGA（3-磷酸甘油酸，C3），進行光合作用；當(dāng)CO2濃度低而O2濃度高時，RuBP與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），后者在相關(guān)酶的作用下生成乙醇酸（光呼吸的底物），乙醇酸通過光呼吸代謝循環(huán)合成PGA，重新加入卡爾文循環(huán)，而1/4的PG則以CO2的形式釋放，具體過程如圖1所示。請回答下列問題：
（1）在紅光照射條件下，參與光反應(yīng)的主要色素是；據(jù)圖1可推知，Rubisco酶主要分布在葉綠體基質(zhì)中，催化CO2與C5結(jié)合，生成2分子C3，影響該反應(yīng)的內(nèi)部因素有（寫出2點即可）。在光照條件下，Rubisco酶可以催化RuBP與CO2生成PGA，再利用光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH將其還原，也可以催化RuBP與O2反應(yīng)；推測O2與CO2比值時，有利于光呼吸而不利于光合作用。
（2）從圖1看出，正常光合作用的葉片，突然停止光照后葉片會出現(xiàn)快速釋放CO2的現(xiàn)象（CO2猝發(fā)），試解釋這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：。從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區(qū)別是。
（3）水稻、小麥屬于C3植物，而高粱、玉米屬于C4植物，其特有的C4途徑如圖2所示。根據(jù)圖2中信息推測，PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力。葉肉細胞包圍在維管束鞘細胞四周，形成花環(huán)狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)此結(jié)構(gòu)特點，進一步推測C4植物光呼吸比C3植物的。發(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：21引用：3難度：0.5 -
3．如圖是某植物葉肉細胞的部分生理過程示意圖。已知該植物葉肉細胞在適宜光照、較高的氧氣濃度條件下由于Rubisco酶既能催化過程①，也能催化過程②，可同時進行光合作用和光呼吸。光呼吸是指在O2濃度高，CO2濃度低時，Rubisco酶可催化C5（RuBp）加O2形成1個C3、1個C2，2個C2在線粒體等結(jié)構(gòu)中再經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化形成1個C3、1個CO2，C3再進入卡爾文循環(huán)?；卮鹣铝袉栴}：
（1）圖中，過程②發(fā)生的場所是。
（2）該植物葉肉細胞光合作用產(chǎn)生的糖類物質(zhì)，在氧氣充足的條件下，可被氧化為（填物質(zhì)名稱）后進入線粒體，繼而在（填場所）徹底氧化分解成CO2。
（3）據(jù)圖推測，當(dāng)CO2濃度與O2濃度的比值（填“高”或“低”）時，有利于水稻進行光呼吸而不利于光合作用中有機物的積累，從C5的角度分析，其原因是。
（4）科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在一些藍藻中存在CO2濃縮機制：藍藻中產(chǎn)生一種特殊的蛋白質(zhì)微室，能將CO2濃縮在Rubisco酶周圍。該機制的意義是。發(fā)布：2025/1/16 8:0:1組卷：21引用：1難度：0.7
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