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綠色植物的光合作用是地球上最重要的代謝,對于整個生物界具有重要意義。從18世紀后葉到現(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,科學家們也一直不斷有關(guān)于光合作用的新發(fā)現(xiàn)。
20世紀60年代,科學家發(fā)現(xiàn)在玉米、甘蔗等起源于熱帶的植物葉肉細胞的葉綠體內(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。C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中,釋放出一個CO2,并形成一種三碳化合物--丙酮酸。釋放出來的CO2再被C5固定,繼續(xù)進行卡爾文循環(huán)的途徑。丙酮酸則再次進入葉肉細胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP,PEP則可以繼續(xù)固定CO2,具體過程如圖所示。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,光合作用的分子機制不斷被人們發(fā)現(xiàn),除了學術(shù)價值外,這些研究還具有重大的應(yīng)用價值。
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(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),在該細胞內(nèi)是由CO2
C5
C5
反應(yīng)實現(xiàn)的。
(3)C4途徑中PEP的再生途徑是:
C4釋放出一個CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP
C4釋放出一個CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP
。
(4)在高溫、光照強烈和干旱的條件下,綠色植物氣孔會關(guān)閉,此時,
C4
C4
植物的光合強度更大,原因是
C4植物細胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強,C4植物可以利用葉片內(nèi)細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力
C4植物細胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強,C4植物可以利用葉片內(nèi)細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力
。
【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CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP;C4;C4植物細胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強,C4植物可以利用葉片內(nèi)細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:22引用:1難度:0.7
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    (1)下列反應(yīng)可能與光合色素有關(guān)的是
     
    。(多選)
    A.光能的捕獲與轉(zhuǎn)換
    B.水的光解
    C.儲能化合物的消耗
    D.ATP的合成
    (2)提取黑藻中色素所用的試劑及對色素進行分離的方法分別是
     
    。
    A.清水、高速離心法
    B.無水乙醇、紙層析法
    C.75%乙醇、分光光度計法
    D.蘇丹Ⅳ溶液、密度梯度離心法
    (3)根據(jù)題干和圖示信息分析,黑藻細胞中固定CO2的場所有
     
    、
     
    。
    (4)據(jù)圖分析,低濃度CO2條件下,用14CO2培養(yǎng)黑藻,14C的主要轉(zhuǎn)移途徑是
     
    。
    A.CO2→PEPC→草酰乙酸→蘋果酸→C3→(CH2O)
    B.CO2→草酰乙酸→蘋果酸→丙酮酸→C3→(CH2O)
    C.CO2→PEPC→草酰乙酸→CO2→C3→(CH2O)
    D.CO2→草酰乙酸→蘋果酸→CO2→C3→(CH2O)
    (5)圖中C3的還原需要的能量是由哪一反應(yīng)過程提供,這一反應(yīng)的場所是
     
    。
    A.光反應(yīng)類囊體
    B.糖酵解細胞質(zhì)基質(zhì)
    C.無氧呼吸細胞質(zhì)基質(zhì)
    D.三羧酸循環(huán)線粒體基質(zhì)
    (二)為了探究低濃度CO2誘導(dǎo)黑藻光合途徑改變的機理,研究人員將實驗組黑藻在密閉玻璃缸中培養(yǎng)20天,同時設(shè)置對照組(向培養(yǎng)液加入適量的NaHCO3),20天后,測定PEPC的酶活力,并提取RNA采用RT-PCR擴增PEPC基因后進行電冰,結(jié)果如圖2所示。
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    注:RT-PCR是經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶的作用從RNA合成cDNA(與RNA互補的DNA鏈),再以cDNA為模板,擴增合成大量目的基因片段的過程。本實驗中的電泳技術(shù)是指使DNA分子(一般帶負電)在電場中因移動速度不同而分離的技術(shù)。
    (1)實驗組密閉培養(yǎng)的目的是
     
    。
    (2)據(jù)實驗結(jié)果分析,黑藻能利用低濃度CO2的機理是
     

    (三)黑藻葉片小而薄,葉肉細胞內(nèi)有大而呈綠色的葉綠體,可作為觀察細胞質(zhì)環(huán)流的標志物。細胞質(zhì)環(huán)流速率可以在一定程度上反映出細胞代謝的程度。某實驗小組利用黑藻的葉肉細胞,探究了光照強度對黑藻細胞質(zhì)環(huán)流速率的影響,實驗結(jié)果如表所示。
    測量指標\實驗條件 2000lx 40001x 6000lx
    光照前 光照后 光照前 光照后 光照前 光照后
    S/μm 10.23 17.01 8.49 20.97 9.09 15.18
    T/S 3 3 3 3 3 3
    V/(μm?s-1 3.41 5.67 2.83 6.99 3.03 5.06
    注:S表示環(huán)流路程,T表示環(huán)流時間,V表示環(huán)流速率,V=S/T
    (1)根據(jù)實驗分析,下列說法錯誤的是
     

    A.除光照強度外,各組溫度以及溶液的pH應(yīng)保持相同且適宜
    B.可用蠶豆根尖成熟區(qū)細胞代替黑藻葉肉細胞觀察細胞質(zhì)環(huán)流
    C.若在顯微鏡下環(huán)流方向為順時針,則實際環(huán)流方向也為順時針
    D.根據(jù)結(jié)果可知,光照強度過強或過弱都會使黑藻細胞代謝減弱
    發(fā)布:2024/10/17 22:0:2組卷:9引用:1難度:0.5
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