Question

【題目】科學研究發現，在光照、高氧和低CO2情況下，葉肉細胞在進行光合作用的同時會發生“光呼吸”作用，它是光合作用時發生的一個損耗能量的副反應。即催化C5與CO2結合生成C3的Rubisco酶同時還可以使C5與O2結合，形成一個同樣的C3和另一個C2，C2可參與線粒體的有氧呼吸，其部分中間產物經ATP和[H]還原轉變成C3參與暗反應，過程如圖甲所示。在圖乙實驗裝置中，已知通過配制不同濃度CO2緩沖液X可以調節并維持空氣中不同濃度的CO2，而空氣中CO2濃度值可以通過CO2濃度感應器測定。

（1）據圖甲分析，Rubisco酶發揮作用的場所是______________，圖中ATP的水解與細胞內的_______（填“吸能”或“放能”）反應相聯系。

（2）已知ATP和[H]的積累會對葉綠體造成傷害，依據圖甲信息，解釋植物在干旱天氣和過強光照下，光呼吸的積極意義是______________。

（3）利用圖乙裝置，提供高氧和低濃度CO2緩沖液，給予一定光照發現紅色液滴向左移動，結合圖甲信息，分析液滴向左移動的具體原因是_____________________。

（4）在農業生產上可利用圖乙裝置測定CO2濃度對于植物凈光合速率的影響，為給大棚種植戶提供增產的科學數據，請簡述利用該裝置測定植物達到最大凈光合速率時對應的最小CO2濃度的實驗思路是______________。

Answer 1

【答案】葉綠體基質 吸能 “光呼吸”作用可以消耗多余的NADPH和ATP，對細胞起到保護作用。 光呼吸消耗了裝置中的氧氣導致的液滴左移 首先取長勢相同的待研究植物若干株并分別置于已經準備好的若干裝置乙（提前準備相同的裝置乙若干）中；然后將配制好的不同濃度的CO2緩沖液X置于上述準備好的裝置乙中，以調節并維持裝置乙中不同濃度梯度的CO2濃度，給上述裝置相同且適宜的光照，記錄各組裝置中液滴移動的速率并統計，通過分析實驗結果找到該植物最大凈光合速率時對應的最小CO2濃度。（或將配制好的不同濃度的CO2緩沖液X置于上述準備好的裝置乙中，以調節并維持裝置乙中不同濃度梯度的CO2濃度，給上述裝置相同且適宜的光照，記錄各組裝置中液滴移動的速率并統計，通過分析實驗結果找到該植物最大凈光合速率時對應的最小CO2濃度。）

【解析】

1.光合作用的具體的過程：
①光反應階段：場所是類囊體薄膜
a．水的光解：2H2O4[H]+O2 b．ATP的生成：ADP+PiATP
②暗反應階段：場所是葉綠體基質
a．CO2的固定：CO2 +C52C3 b．三碳化合物的還原：2C3 （CH2O）+C5+H2O
2. 細胞中的吸能反應往往與ATP的水解相聯系，而放能反應往往與ATP的合成相聯系。

（1）圖甲顯示，Rubisco酶既能催化C5和CO2反應，又能催化C5和O2反應，由光合作用的過程可推測，Rubisco酶發揮作用的場所是葉綠體基質，ATP的水解過程要釋放能量，故應該與細胞內的吸能反應相聯系。

（2）植物在干旱天氣和過強光照下，植物的自我調節性的適應會導致氣孔關閉，氣孔關閉引起CO2供應不足，會導使CO2的固定產物C3減少，進而引起.NADPH和ATP的消耗減少，造成NADPH和ATP在葉綠體內積累，對葉綠體造成傷害，而“光呼吸”作用可以消耗多余的NADPH和ATP，對細胞起到保護作用。

（3）題意顯示“光呼吸是所有進行光合作用的細胞在光照和高氧與低二氧化碳情況下發生的一個生化過程”，而圖乙裝置，提供高氧和低濃度CO2緩沖液，并給予一定光照條件，顯然裝置中的植物可進行光呼吸作用，結合圖甲可知，光呼吸過程中消耗O2并釋放出CO2，而裝置乙中的CO2緩沖液X會維持CO2濃度的穩定，也就是說引起液滴移動的原因是氧氣濃度的變化，而紅色液滴向左移動，是因為光呼吸消耗了裝置中的氧氣導致的。

（4）實驗目的為用圖乙裝置測定CO2濃度對于植物凈光合速率的影響，由實驗目的可知實驗的單一變量是CO2濃度的不同，因變量是凈光合速率的變化，這里應該是裝置中液滴移動的距離，因此利用該裝置測定植物達到最大凈光合速率時對應的最小CO2濃度的實驗思路為：首先取長勢相同的待研究植物若干株并分別置于已經準備好的若干裝置乙（提前準備相同的裝置乙若干）中；然后將配制好的不同濃度的CO2緩沖液X置于上述準備好的裝置乙中，以調節并維持裝置乙中不同濃度梯度的CO2濃度，給上述裝置相同且適宜的光照，記錄各組裝置中液滴移動的速率并統計，通過分析實驗結果找到該植物最大凈光合速率時對應的最小CO2濃度。