Question

20．在科幻電影《星際穿越》展現(xiàn)的世界末日中，強(qiáng)光、干旱席卷全球，我們熟悉的小麥、水稻不見了蹤影，玉米成為人類的主要作物．電影中之所以有這樣的情景設(shè)定，是因為科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：小麥、水稻等作物在強(qiáng)光、干旱時會發(fā)生比較強(qiáng)的光呼吸作用，而玉米則不會．光呼吸指在光照條件下，植物在光合作用的同時，吸收O₂釋放CO₂的過程．在光呼吸過程中，葉綠體基質(zhì)中的Rubisco酶起到重要作用，該酶在O₂濃度較高時，可催化五碳化合物與O₂結(jié)合生成一個三碳化合物和一個二碳化合物，此二碳化合物不參與光合作用，而是在消耗一定ATP和NADPH的基礎(chǔ)上，重新形成五碳化合物，并釋放出CO₂．此外，光合作用過程中，Rubisco酶也可催化五碳化合物與CO₂結(jié)合，進(jìn)行CO₂固定．
（1）光呼吸是某些植物發(fā)生在光照（強(qiáng)光、干旱）條件下，在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的生理反應(yīng)．
（2）結(jié)合題干信息和暗反應(yīng)過程，預(yù)測氧氣濃度升高時，葡萄糖生成量應(yīng)該如何變化 （填“上升”“下降”或“不變”）？其原因是什么？下降；O₂ 與五碳化合物結(jié)合增多，只產(chǎn)生1個用于還原的三碳化合物，減少了暗反應(yīng)過程中三碳化合物含量，使得暗反應(yīng)速率下降
（3）研究發(fā)現(xiàn)塑料大棚內(nèi)的CO₂濃度由0.03%升高到0.24%時，水稻會增產(chǎn)約89%，請從光合作用的原理和
Rubisco酶促反應(yīng)的特點解釋其原因．CO₂ 的濃度升高可促進(jìn)光合作用的暗反應(yīng)；同時可促進(jìn)Rubisco 酶催化更多的五碳化合物與CO₂結(jié)合，而減少與O₂ 的結(jié)合，從而降低光呼吸．

Answer 1

分析 光呼吸被冠以“呼吸”二字，是因為光呼吸與細(xì)胞呼吸（在行光呼吸細(xì)胞中稱為暗呼吸）的投入產(chǎn)出一樣，都是消耗O₂、釋放CO₂的過程．但除了這一點之外，光呼吸可以說完全不同于細(xì)胞呼吸．光呼吸只在綠色細(xì)胞中進(jìn)行，而且只能在光照下發(fā)生；而細(xì)胞呼吸在植物的每個活細(xì)胞中都能進(jìn)行，而且有光無光都行．光呼吸過程要消耗ATP和NADPH；而細(xì)胞呼吸過程產(chǎn)生ATP和NADH．光呼吸發(fā)生的場所為葉綠體基質(zhì)；而細(xì)胞呼吸在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體發(fā)生．

解答 解：（1）光呼吸是某些植物發(fā)生在光照條件下，在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的生理反應(yīng)．
（2）結(jié)合題干信息和暗反應(yīng)過程，氧氣濃度升高時，O₂ 與五碳化合物結(jié)合增多，只產(chǎn)生1個用于還原的三碳化合物，減少了暗反應(yīng)過程中三碳化合物含量，使得暗反應(yīng)速率下降，葡萄糖生成量下降．
（3）CO₂ 的濃度升高可促進(jìn)光合作用的暗反應(yīng)；同時可促進(jìn)Rubisco 酶催化更多的五碳化合物與CO₂結(jié)合，而減少與O₂ 的結(jié)合，從而降低光呼吸．因此塑料大棚內(nèi)的CO₂濃度由0.03%升高到0.24%時，水稻會增產(chǎn)約89%．
故答案為：
（1）光照（強(qiáng)光、干旱）      葉綠體基質(zhì)
（2）下降         O₂ 與五碳化合物結(jié)合增多，只產(chǎn)生1個用于還原的三碳化合物，減少了暗反應(yīng)過程中三碳化合物含量，使得暗反應(yīng)速率下降
（3）CO₂ 的濃度升高可促進(jìn)光合作用的暗反應(yīng)；同時可促進(jìn)Rubisco 酶催化更多的五碳化合物與CO₂結(jié)合，而減少與O₂ 的結(jié)合，從而降低光呼吸

點評 本題結(jié)合材料，考查光呼吸的相關(guān)知識，要求考生掌握光呼吸的過程、原理和影響因素，意在考查考生能運(yùn)用所學(xué)知識與觀點，通過比較、分析與綜合等方法對某些生物學(xué)問題進(jìn)行解釋、推理，做出合理的判斷或得出正確的結(jié)論能力．光合作用和呼吸作用過程是考查的重點和難點．光合作用合成有機(jī)物，而呼吸作用分解有機(jī)物．光合作用為呼吸作用提供有機(jī)物和氧氣，呼吸作用為光合作用提供二氧化碳和水．凈光合作用速率=真光合作用速率-呼吸作用速率．