Question

农民为了达到高产目的通常在水稻种植时使用氮肥，然而在生产上常常会出现随施氮量的增加而增产效果不显著的现象。科研人员为了研究不同施氮量对Rubisco酶（参与暗反应的关键酶）及作物光合作用的影响，进行了相关实验研究。请回答问题

（1）NO₃^–和NH₄^＋是土壤中主要的氮素，可以逆浓度梯度通过___________的方式吸收进入植物根系运送到植物体各个部位，用以合成含氮物质，如光合作用过程中所需的酶等。

（2）科研人员研究高施氮量条件下Rubisco酶及碳反应速率变化，实验结果如图1所示，据图1分析，在高施氮量条件下，随着施氮量的增加，推测Rubisco酶催化碳反应的效率___________。

（3）科研人员研究发现，Rubisco酶是一种双功能酶，其作用过程如图2所示。

图中①代表的细胞结构是_______________。据图2分析，Rubisco酶作为双功能酶，一方面可以催化暗反应中HCO₃^–和C₅结合形成C₃的过程；另一方面可以催化C₅与O₂结合成___________的过程，进而完成过氧化氢体内的反应，最终在线粒体产生CO₂并释放，此过程在生物学上称为光呼吸。据图可知参与光呼吸的细胞器有___________，光呼吸速率增强会导致光合速率下降，理由是____________。

Answer

主动运输 降低（酶活性降低） 叶绿体基质 磷酸乙醇酸和C3 叶绿体、过氧化氢体、线粒体 光呼吸消耗了暗反应的底物，将其氧化后最终形成CO2释放出细胞，从而降低了光合速率

【解析】

根据题干信息分析，Rubisco酶是一种参与光合作用暗（碳）反应的酶，该酶的含量或活性升高，可能会增加暗（碳）反应的速率，进而提高水稻的光合速率；该实验的目的是研究不同施氮量对Rubisco酶（参与暗反应的关键酶）及作物光合作用的影响，因此该实验的自变量是不同施氮量，因变量是Rubisco酶的活性、光合速率。

（1）根据题意分析，NO3-和NH4+进入植物根系是逆浓梯度进行的，说明其跨膜运输方式为主动运输。

（2）图中a为Rubisco酶，b是碳反应速率，图中曲线显示，在高施氮量条件下，随着施氮量的增加，Rubisco酶含量增加，但是碳反应速率增加不明显，说明Rubisco酶催化碳反应的效率降低。

（3）据图分析，图2中①为叶绿体基质，是碳反应的场所；图中显示Rubisco酶一方面可以催化碳反应中的CO2的固定（CO2与C5结合形成C3）过程，另一方面可以催化C5与CO2结合成磷酸乙醇酸和C3，进而完成过氧化氢体内反应，最终在线粒体产生CO2并释放，该过程在生物学上称为光呼吸；据图可知参与光呼吸的细胞器有叶绿体、过氧化氢体、线粒体。根据以上分析可知，光呼吸消耗了碳反应的底物，将其氧化后最终形成CO2释放出细胞，从而降低了光合速率，所以光呼吸速率增强也是导致光合速率下降的原因之一。