Question

【题目】科学研究发现，在光照、高氧和低CO2情况下，叶肉细胞在进行光合作用的同时会发生“光呼吸”作用，它是光合作用时发生的一个损耗能量的副反应。即催化C5与CO2结合生成C3的Rubisco酶同时还可以使C5与O2结合，形成一个同样的C3和另一个C2，C2可参与线粒体的有氧呼吸，其部分中间产物经ATP和[H]还原转变成C3参与暗反应，过程如图甲所示。在图乙实验装置中，已知通过配制不同浓度CO2缓冲液X可以调节并维持空气中不同浓度的CO2，而空气中CO2浓度值可以通过CO2浓度感应器测定。

（1）据图甲分析，Rubisco酶发挥作用的场所是______________，图中ATP的水解与细胞内的_______（填“吸能”或“放能”）反应相联系。

（2）已知ATP和[H]的积累会对叶绿体造成伤害，依据图甲信息，解释植物在干旱天气和过强光照下，光呼吸的积极意义是______________。

（3）利用图乙装置，提供高氧和低浓度CO2缓冲液，给予一定光照发现红色液滴向左移动，结合图甲信息，分析液滴向左移动的具体原因是_____________________。

（4）在农业生产上可利用图乙装置测定CO2浓度对于植物净光合速率的影响，为给大棚种植户提供增产的科学数据，请简述利用该装置测定植物达到最大净光合速率时对应的最小CO2浓度的实验思路是______________。

Answer 1

【答案】叶绿体基质 吸能 “光呼吸”作用可以消耗多余的NADPH和ATP，对细胞起到保护作用。 光呼吸消耗了装置中的氧气导致的液滴左移 首先取长势相同的待研究植物若干株并分别置于已经准备好的若干装置乙（提前准备相同的装置乙若干）中；然后将配制好的不同浓度的CO2缓冲液X置于上述准备好的装置乙中，以调节并维持装置乙中不同浓度梯度的CO2浓度，给上述装置相同且适宜的光照，记录各组装置中液滴移动的速率并统计，通过分析实验结果找到该植物最大净光合速率时对应的最小CO2浓度。（或将配制好的不同浓度的CO2缓冲液X置于上述准备好的装置乙中，以调节并维持装置乙中不同浓度梯度的CO2浓度，给上述装置相同且适宜的光照，记录各组装置中液滴移动的速率并统计，通过分析实验结果找到该植物最大净光合速率时对应的最小CO2浓度。）

【解析】

1.光合作用的具体的过程：
①光反应阶段：场所是类囊体薄膜
a．水的光解：2H2O4[H]+O2 b．ATP的生成：ADP+PiATP
②暗反应阶段：场所是叶绿体基质
a．CO2的固定：CO2 +C52C3 b．三碳化合物的还原：2C3 （CH2O）+C5+H2O
2. 细胞中的吸能反应往往与ATP的水解相联系，而放能反应往往与ATP的合成相联系。

（1）图甲显示，Rubisco酶既能催化C5和CO2反应，又能催化C5和O2反应，由光合作用的过程可推测，Rubisco酶发挥作用的场所是叶绿体基质，ATP的水解过程要释放能量，故应该与细胞内的吸能反应相联系。

（2）植物在干旱天气和过强光照下，植物的自我调节性的适应会导致气孔关闭，气孔关闭引起CO2供应不足，会导使CO2的固定产物C3减少，进而引起.NADPH和ATP的消耗减少，造成NADPH和ATP在叶绿体内积累，对叶绿体造成伤害，而“光呼吸”作用可以消耗多余的NADPH和ATP，对细胞起到保护作用。

（3）题意显示“光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧与低二氧化碳情况下发生的一个生化过程”，而图乙装置，提供高氧和低浓度CO2缓冲液，并给予一定光照条件，显然装置中的植物可进行光呼吸作用，结合图甲可知，光呼吸过程中消耗O2并释放出CO2，而装置乙中的CO2缓冲液X会维持CO2浓度的稳定，也就是说引起液滴移动的原因是氧气浓度的变化，而红色液滴向左移动，是因为光呼吸消耗了装置中的氧气导致的。

（4）实验目的为用图乙装置测定CO2浓度对于植物净光合速率的影响，由实验目的可知实验的单一变量是CO2浓度的不同，因变量是净光合速率的变化，这里应该是装置中液滴移动的距离，因此利用该装置测定植物达到最大净光合速率时对应的最小CO2浓度的实验思路为：首先取长势相同的待研究植物若干株并分别置于已经准备好的若干装置乙（提前准备相同的装置乙若干）中；然后将配制好的不同浓度的CO2缓冲液X置于上述准备好的装置乙中，以调节并维持装置乙中不同浓度梯度的CO2浓度，给上述装置相同且适宜的光照，记录各组装置中液滴移动的速率并统计，通过分析实验结果找到该植物最大净光合速率时对应的最小CO2浓度。