Question

20．在科幻电影《星际穿越》展现的世界末日中，强光、干旱席卷全球，我们熟悉的小麦、水稻不见了踪影，玉米成为人类的主要作物．电影中之所以有这样的情景设定，是因为科学研究发现：小麦、水稻等作物在强光、干旱时会发生比较强的光呼吸作用，而玉米则不会．光呼吸指在光照条件下，植物在光合作用的同时，吸收O₂释放CO₂的过程．在光呼吸过程中，叶绿体基质中的Rubisco酶起到重要作用，该酶在O₂浓度较高时，可催化五碳化合物与O₂结合生成一个三碳化合物和一个二碳化合物，此二碳化合物不参与光合作用，而是在消耗一定ATP和NADPH的基础上，重新形成五碳化合物，并释放出CO₂．此外，光合作用过程中，Rubisco酶也可催化五碳化合物与CO₂结合，进行CO₂固定．
（1）光呼吸是某些植物发生在光照（强光、干旱）条件下，在叶绿体基质中进行的生理反应．
（2）结合题干信息和暗反应过程，预测氧气浓度升高时，葡萄糖生成量应该如何变化 （填“上升”“下降”或“不变”）？其原因是什么？下降；O₂ 与五碳化合物结合增多，只产生1个用于还原的三碳化合物，减少了暗反应过程中三碳化合物含量，使得暗反应速率下降
（3）研究发现塑料大棚内的CO₂浓度由0.03%升高到0.24%时，水稻会增产约89%，请从光合作用的原理和
Rubisco酶促反应的特点解释其原因．CO₂ 的浓度升高可促进光合作用的暗反应；同时可促进Rubisco 酶催化更多的五碳化合物与CO₂结合，而减少与O₂ 的结合，从而降低光呼吸．

Answer 1

分析 光呼吸被冠以“呼吸”二字，是因为光呼吸与细胞呼吸（在行光呼吸细胞中称为暗呼吸）的投入产出一样，都是消耗O₂、释放CO₂的过程．但除了这一点之外，光呼吸可以说完全不同于细胞呼吸．光呼吸只在绿色细胞中进行，而且只能在光照下发生；而细胞呼吸在植物的每个活细胞中都能进行，而且有光无光都行．光呼吸过程要消耗ATP和NADPH；而细胞呼吸过程产生ATP和NADH．光呼吸发生的场所为叶绿体基质；而细胞呼吸在细胞质基质和线粒体发生．

解答 解：（1）光呼吸是某些植物发生在光照条件下，在叶绿体基质中进行的生理反应．
（2）结合题干信息和暗反应过程，氧气浓度升高时，O₂ 与五碳化合物结合增多，只产生1个用于还原的三碳化合物，减少了暗反应过程中三碳化合物含量，使得暗反应速率下降，葡萄糖生成量下降．
（3）CO₂ 的浓度升高可促进光合作用的暗反应；同时可促进Rubisco 酶催化更多的五碳化合物与CO₂结合，而减少与O₂ 的结合，从而降低光呼吸．因此塑料大棚内的CO₂浓度由0.03%升高到0.24%时，水稻会增产约89%．
故答案为：
（1）光照（强光、干旱）      叶绿体基质
（2）下降         O₂ 与五碳化合物结合增多，只产生1个用于还原的三碳化合物，减少了暗反应过程中三碳化合物含量，使得暗反应速率下降
（3）CO₂ 的浓度升高可促进光合作用的暗反应；同时可促进Rubisco 酶催化更多的五碳化合物与CO₂结合，而减少与O₂ 的结合，从而降低光呼吸

点评 本题结合材料，考查光呼吸的相关知识，要求考生掌握光呼吸的过程、原理和影响因素，意在考查考生能运用所学知识与观点，通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理，做出合理的判断或得出正确的结论能力．光合作用和呼吸作用过程是考查的重点和难点．光合作用合成有机物，而呼吸作用分解有机物．光合作用为呼吸作用提供有机物和氧气，呼吸作用为光合作用提供二氧化碳和水．净光合作用速率=真光合作用速率-呼吸作用速率．