Question

【題目】科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：植物的Rubisco酶具有“兩面性”。在較強(qiáng)光照下，當(dāng)CO2濃度較高時(shí)，該酶催化C5與CO2反應(yīng)，完成光合作用的暗反應(yīng)；當(dāng)O2濃度較高時(shí)，該酶卻催化C5與O2反應(yīng)生成一個(gè)C3和一個(gè)C2，C2經(jīng)一系列變化后到線粒體中會(huì)生成CO2，這種植物在較強(qiáng)光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸。下圖為光合作用暗反應(yīng)和光呼吸的部分過(guò)程。現(xiàn)以小麥葉肉細(xì)胞為研究材料，請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題：

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

（2）為探究光呼吸的產(chǎn)物與場(chǎng)所，請(qǐng)利用同位素標(biāo)記法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證上述圖示過(guò)程光呼吸的終產(chǎn)物和場(chǎng)所，簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果_____。（要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組，分別用18O標(biāo)記O2和CO2）

Answer 1

【答案】C5 ATP和NADPH（或[H]） 實(shí)驗(yàn)思路

甲組：將小麥葉肉細(xì)胞置于光照較強(qiáng)和18O2濃度較高的環(huán)境中培養(yǎng)一段時(shí)間后，檢測(cè)18O出現(xiàn)的場(chǎng)所及物質(zhì)。

乙組：將小麥葉肉細(xì)胞置于光照較強(qiáng)和C18O2濃度較高的環(huán)境中一段時(shí)間后，檢測(cè)18O出現(xiàn)的場(chǎng)所及物質(zhì)。

頂期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

甲組中的18O出現(xiàn)在線粒體和葉綠體基質(zhì)中，在CO2和糖類中均可檢測(cè)到18O。

乙組中的18O出現(xiàn)在葉綠體基質(zhì)中，在糖類中可檢測(cè)到18O

【解析】

根據(jù)題意分析，植物的Rubisco酶具有兩方面的作用：當(dāng)CO2濃度較高時(shí)，該酶催化C5與CO2反應(yīng)，生成C3，C3在ATP和[H]的作用下完成光合作用；當(dāng)O2濃度較高時(shí)，該酶催化C5與O2反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中會(huì)產(chǎn)生CO2，這種植物在光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)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(yīng)相比，兩者均利用了C5作為原料；除圖中所示物質(zhì)及酶外，光合作用光反應(yīng)還為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH，用于三碳化合物的還原。

（2）為探究光呼吸的產(chǎn)物與場(chǎng)所，驗(yàn)證上述圖示過(guò)程光呼吸的終產(chǎn)物和場(chǎng)所，可采取的實(shí)驗(yàn)思路為：

甲組：將小麥葉肉細(xì)胞置于光照較強(qiáng)和18O2濃度較高的環(huán)境中培養(yǎng)一段時(shí)間后，檢測(cè)18O出現(xiàn)的場(chǎng)所及物質(zhì)。

乙組：將小麥葉肉細(xì)胞置于光照較強(qiáng)和C18O2濃度較高的環(huán)境中一段時(shí)間后，檢測(cè)18O出現(xiàn)的場(chǎng)所及物質(zhì)。

頂期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

甲組中的18O出現(xiàn)在線粒體和葉綠體基質(zhì)中，在CO2和糖類中均可檢測(cè)到18O。

乙組中的18O出現(xiàn)在葉綠體基質(zhì)中，在糖類中可檢測(cè)到18O