Question

在绿色植物体内存在一种RUBP羧化酶。该酶在CO₂浓度较高时，催化C₅与CO₂反应，生成C₃化合物；在O₂浓度较高时，催化C₅与O₂反应，部分产物经一系列变化后转移到线粒体中会产生CO₂，我们把这一过程又称为光呼吸（如图所示）。

光呼吸会消耗光合作用过程中新形成的有机物，还能消耗细胞内过多的ATP和还原剂[H]，以防止它们的积累影响细胞的正常代谢。为了与光呼吸相区别，研究人员把细胞通常进行的呼吸成为“暗呼吸”。请回答：

（1）RUBP羧化酶的存在场所为_____________________，它的催化作用机理是____________________。

（2）在较高CO₂浓度环境中，RUBP羧化酶所催化反应的产物是C₃，该产物的还原还需要光反应提供_______________。

（3）光呼吸会降低农作物产量，但是在长期进化过程中却被保留下来，那么光呼吸存在的意义可能是________________、_____________________等。

（4）夏季中午，水稻出现“光合午休”现象，有机物的积累速率明显下降，其原因可能是因为叶片气孔的大量关闭使CO₂浓度下降进而导致______________________________________________________。（从两个方面回答）

Answer

叶绿体基质 降低反应的活化能 ATP和[H] 防止光反应积累过多的ATP和还原剂[H]影响细胞正常代谢；在CO2浓度低时补充光合作用所需的CO2；补充暗反应需要的C3化合物 光合速率下降，有机物合成速率减慢 光呼吸增强有机物消耗加快

【解析】

光合作用分为两个阶段进行，在这两个阶段中，第一阶段是直接需要光的称为光反应，第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变为糖的反过程称为暗反应。光合作用在叶绿体中进行，光反应的场所位于类囊体膜，暗反应的场所在叶绿体基质。光反应的发生需要叶绿体类囊体膜上的色素、酶参与。

（1）RUBP羧化酶是催化C5和CO2生成C3的酶，而该过程发生在叶绿体基质。它的催化作用机理是降低反应的活化能，使反应更容易发生。

（2）C3在ATP和[H]的作用下被还原为三碳糖，ATP和[H]是光反应的产物。

（3）光呼吸是在O2浓度较高时，催化C5与O2反应，部分产物经一系列变化后转移到线粒体中会产生CO2，C5与O2结合降低了C5与CO2结合，从而降低农作物产量，但是在长期进化过程中却被保留下来，光呼吸存在的意义可能是防止光反应积累过多的ATP和[H]影，进而影响细胞的正常代谢；在CO2浓度低时补充光合作用所需的CO2；补充暗反应需要的C3化合物等。

（4）夏季中午，水稻出现“光合午休”现象，可能是叶片气孔的大量关闭使CO2浓度下降，导致光合速率下降，有机物合成速率减慢；也可能光呼吸增强，有机物消耗加快，最终导致有机物的积累速率明显下降。