Question

【題目】農(nóng)民為了達(dá)到高產(chǎn)目的通常在水稻種植時(shí)使用氮肥，然而在生產(chǎn)上常常會(huì)出現(xiàn)隨施氮量的增加而增產(chǎn)效果不顯著的現(xiàn)象。科研人員為了研究不同施氮量對(duì)Rubisco酶（參與碳（暗）反應(yīng)的關(guān)鍵酶）及作物光合作用的影響，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。請(qǐng)回答問(wèn)題：

（1）NO3-和NH4+是土壤中主要的氮素，可以逆濃度梯度通過(guò)_________的方式吸收進(jìn)入植物根系運(yùn)送到植物體各個(gè)部位，用以合成含氮物質(zhì)，如光合作用過(guò)程中所需的____________等。

（2）科研人員研究高施氮量條件下Rubisco酶及碳反應(yīng)速率變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，據(jù)圖1分析，在高施氮量條件下，隨著施氮量的增加，Rubisco酶含量____________，而碳反應(yīng)速率無(wú)明顯增長(zhǎng)，推測(cè)Rubisco酶催化碳反應(yīng)的效率______________。

（3）科研人員研究發(fā)現(xiàn)，Rubisco酶是一種雙功能酶，其作用過(guò)程如圖2所示。

圖中①代表的細(xì)胞結(jié)構(gòu)是 ______________。據(jù)圖2分析，Rubisco酶作為雙功能酶，一方面可以催化碳反應(yīng)中________________的過(guò)程；另一方面可以催化C5與CO2結(jié)合成_____________________，進(jìn)而完成過(guò)氧化氫體內(nèi)反應(yīng)，最終在線粒體產(chǎn)生CO2并釋放，此過(guò)程在生物學(xué)上稱(chēng)為光呼吸。有人提出，光呼吸速率增強(qiáng)也是導(dǎo)致光合速率下降的原因之一，請(qǐng)結(jié)合以上材料闡明其理由_____________。

Answer 1

【答案】主動(dòng)運(yùn)輸 光合色素、酶、ATP、ADP 升高 降低（酶活性降低） 葉綠體基質(zhì) CO2 與C5結(jié)合形成C3（CO2的固定） 磷酸乙醇酸和C3 光呼吸消耗了碳反應(yīng)的底物，將其氧化后最終形成CO2釋放出細(xì)胞，從而降低了光合速率

【解析】

根據(jù)題干信息分析，Rubisco酶是一種參與光合作用碳反應(yīng)的酶，該酶的含量或活性升高，可能會(huì)增加碳反應(yīng)的速率，進(jìn)而提高水稻的光合速率；該實(shí)驗(yàn)的目的是研究不同施氮量對(duì)Rubisco酶（參與碳（暗）反應(yīng)的關(guān)鍵酶）及作物光合作用的影響，因此該實(shí)驗(yàn)的自變量是不同施氮量，因變量是Rubisco酶的活性、光合速率。

（1）根據(jù)題意分析，NO3-和NH4+進(jìn)入植物根系是逆濃梯度進(jìn)行的，說(shuō)明其跨膜運(yùn)輸方式為主動(dòng)運(yùn)輸；植物細(xì)胞中參與光合作用的含氮物質(zhì)有光合色素、酶、ATP、ADP。

（2）圖中a為Rubisco酶，b是碳反應(yīng)速率，圖中曲線顯示，在高施氮量條件下，隨著施氮量的增加，Rubisco酶含量，但是碳反應(yīng)速率變化不明顯，說(shuō)明Rubisco酶催化碳反應(yīng)的效率降低。

（3）據(jù)圖分析，圖2中①為葉綠體基質(zhì)，是碳反應(yīng)的場(chǎng)所；圖中顯示Rubisco酶一方面可以催化碳反應(yīng)中的CO2的固定（CO2 與C5結(jié)合形成C3）過(guò)程，另一方面可以催化C5與CO2結(jié)合成磷酸乙醇酸和C3，進(jìn)而完成過(guò)氧化氫體內(nèi)反應(yīng)，最終在線粒體產(chǎn)生CO2并釋放，該過(guò)程在生物學(xué)上稱(chēng)為光呼吸；根據(jù)以上分析可知，光呼吸消耗了碳反應(yīng)的底物，將其氧化后最終形成CO2釋放出細(xì)胞，從而降低了光合速率，所以光呼吸速率增強(qiáng)也是導(dǎo)致光合速率下降的原因之一。