請(qǐng)學(xué)習(xí)下面短文,并回答下列問(wèn)題:
綠色植物的光合作用是地球上最重要的代謝,對(duì)于整個(gè)生物界具有重要意義。從18世紀(jì)后葉到現(xiàn)在,有關(guān)光合作用的研究及其發(fā)現(xiàn)一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn),科學(xué)家們也一直不斷有關(guān)于光合作用的新發(fā)現(xiàn)。
20世紀(jì)60年代,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在玉米、甘蔗等起源于熱帶的植物葉肉細(xì)胞的葉綠體內(nèi),CO2被一種叫磷酸烯醇式丙酮酸的三碳化合物(PEP)固定,形成一個(gè)四碳化合物--草酰乙酸(C4),催化該反應(yīng)的酶為PEP羧化酶,其與CO2的親和力特別強(qiáng)。C4進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中,釋放出一個(gè)CO2,并形成一種三碳化合物--丙酮酸。釋放出來(lái)的CO2再被C5固定,繼續(xù)進(jìn)行卡爾文循環(huán)的途徑。丙酮酸則再次進(jìn)入葉肉細(xì)胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過(guò)ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP,PEP則可以繼續(xù)固定CO2,具體過(guò)程如圖所示。這種以四碳化合物(C4)為光合最初產(chǎn)物的途徑稱為C4途徑,而卡爾文循環(huán)這種以三碳化合物(C3)為光合最初產(chǎn)物的途徑則稱為C3途徑。相應(yīng)的植物被稱為C4植物和C3植物。
C3植物和C4植物最主要的差別就在于CO2固定的方式和場(chǎng)所。研究發(fā)現(xiàn),C4植物和C3植物的光反應(yīng)階段完全相同。隨著研究的不斷深入,光合作用的分子機(jī)制不斷被人們發(fā)現(xiàn),除了學(xué)術(shù)價(jià)值外,這些研究還具有重大的應(yīng)用價(jià)值。
(1)C3植物和C4植物光反應(yīng)主要發(fā)生的物質(zhì)變化為 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的固定主要發(fā)生在 葉綠體基質(zhì)葉綠體基質(zhì)內(nèi),在該細(xì)胞內(nèi)是由CO2與 C5C5反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。
(3)C4途徑中PEP的再生途徑是:C4釋放出一個(gè)CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進(jìn)入葉肉細(xì)胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過(guò)ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEPC4釋放出一個(gè)CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進(jìn)入葉肉細(xì)胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過(guò)ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP。
(4)在高溫、光照強(qiáng)烈和干旱的條件下,綠色植物氣孔會(huì)關(guān)閉,此時(shí),C4C4植物的光合強(qiáng)度更大,原因是 C4植物細(xì)胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強(qiáng),C4植物可以利用葉片內(nèi)細(xì)胞間隙中含量很低的CO2進(jìn)行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強(qiáng)的光合作用能力C4植物細(xì)胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強(qiáng),C4植物可以利用葉片內(nèi)細(xì)胞間隙中含量很低的CO2進(jìn)行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強(qiáng)的光合作用能力。
【考點(diǎn)】光合作用原理——光反應(yīng)、暗反應(yīng)及其區(qū)別與聯(lián)系.
【答案】水的光解(水在光下分解)和ATP(及NADPH)的合成;葉綠體基質(zhì);C5;C4釋放出一個(gè)CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進(jìn)入葉肉細(xì)胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過(guò)ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP;C4;C4植物細(xì)胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強(qiáng),C4植物可以利用葉片內(nèi)細(xì)胞間隙中含量很低的CO2進(jìn)行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強(qiáng)的光合作用能力
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:22引用:1難度:0.7
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1.如圖是某植物葉肉細(xì)胞的部分生理過(guò)程示意圖。已知該植物葉肉細(xì)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(guò)程①,也能催化過(guò)程②,可同時(shí)進(jìn)行光合作用和光呼吸。光呼吸是指在O2濃度高,CO2濃度低時(shí),Rubisco酶可催化C5(RuBp)加O2形成1個(gè)C3、1個(gè)C2,2個(gè)C2在線粒體等結(jié)構(gòu)中再經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化形成1個(gè)C3、1個(gè)CO2,C3再進(jìn)入卡爾文循環(huán)。回答下列問(wèn)題:
(1)圖中,過(guò)程②發(fā)生的場(chǎng)所是
(2)該植物葉肉細(xì)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
(3)據(jù)圖推測(cè),當(dāng)CO2濃度與O2濃度的比值
(4)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在一些藍(lán)藻中存在CO2濃縮機(jī)制:藍(lán)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?chē)?。該機(jī)制的意義是發(fā)布:2025/1/16 8:0:1組卷:21引用:1難度:0.7 -
2.研究發(fā)現(xiàn),Rubisco酶是綠色植物細(xì)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(shí),該酶催化C5與CO2反應(yīng),完成光合作用;當(dāng)O2濃度較高時(shí),該酶卻錯(cuò)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?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)Rubisco酶在細(xì)胞的
(2)當(dāng)胞間CO2與O2濃度的比值減小時(shí),有利于植物進(jìn)行光呼吸而不利于光合作用有機(jī)物的積累。請(qǐng)從C5的角度分析,原因是
(3)為糾正Rubisco酶的錯(cuò)誤反應(yīng),光合植物創(chuàng)造了多種高代價(jià)的補(bǔ)救機(jī)制,如有的細(xì)胞中產(chǎn)生一種特殊蛋白質(zhì)微室,將CO2濃縮在Rubisco酶周?chē)?。該機(jī)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 -
3.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(gè)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(shí),RuBP(1,5-二磷酸核酮糖,C5)與進(jìn)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(jìn)行光合作用;當(dāng)CO2濃度低而O2濃度高時(shí),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(guò)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(guò)程如圖1所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)在紅光照射條件下,參與光反應(yīng)的主要色素是
(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(huì)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:
(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(cè),PEP羧化酶比Rubisco酶對(duì)CO2的親和力發(fā)布:2025/1/16 8:0:1組卷:21引用:3難度:0.5
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