Question

【題目】科學研究發現：植物的Rubisco酶具有“兩面性”。在較強光照下，當CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應，完成光合作用的暗反應；當O2濃度較高時，該酶卻催化C5與O2反應生成一個C3和一個C2，C2經一系列變化后到線粒體中會生成CO2，這種植物在較強光下吸收O2產生CO2的現象稱為光呼吸。下圖為光合作用暗反應和光呼吸的部分過程。現以小麥葉肉細胞為研究材料，請結合所學知識回答下列問題：

（1）光呼吸與光合作用暗反應相比，兩者均利用了_________作為原料；除圖中所示物質及酶外，光合作用暗反應生成最終產物還需要_________（填物質名稱）的參與。

（2）為探究光呼吸的產物與場所，請利用同位素標記法設計實驗，驗證上述圖示過程光呼吸的終產物和場所，簡要寫出實驗思路和預期實驗結果_____。（要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組，分別用18O標記O2和CO2）

Answer 1

【答案】C5 ATP和NADPH（或[H]） 實驗思路

甲組：將小麥葉肉細胞置于光照較強和18O2濃度較高的環境中培養一段時間后，檢測18O出現的場所及物質。

乙組：將小麥葉肉細胞置于光照較強和C18O2濃度較高的環境中一段時間后，檢測18O出現的場所及物質。

頂期實驗結果：

甲組中的18O出現在線粒體和葉綠體基質中，在CO2和糖類中均可檢測到18O。

乙組中的18O出現在葉綠體基質中，在糖類中可檢測到18O

【解析】

根據題意分析，植物的Rubisco酶具有兩方面的作用：當CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應，生成C3，C3在ATP和[H]的作用下完成光合作用；當O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應，產物經一系列變化后到線粒體中會產生CO2，這種植物在光下吸收O2產生CO2的現象稱為光呼吸。

（1）由圖示分析可知，光呼吸與光合作用暗反應相比，兩者均利用了C5作為原料；除圖中所示物質及酶外，光合作用光反應還為暗反應提供ATP和NADPH，用于三碳化合物的還原。

（2）為探究光呼吸的產物與場所，驗證上述圖示過程光呼吸的終產物和場所，可采取的實驗思路為：

甲組：將小麥葉肉細胞置于光照較強和18O2濃度較高的環境中培養一段時間后，檢測18O出現的場所及物質。

乙組：將小麥葉肉細胞置于光照較強和C18O2濃度較高的環境中一段時間后，檢測18O出現的場所及物質。

頂期實驗結果：

甲組中的18O出現在線粒體和葉綠體基質中，在CO2和糖類中均可檢測到18O。

乙組中的18O出現在葉綠體基質中，在糖類中可檢測到18O