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光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个代谢过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。即绿色植物在照光条件下的呼吸作用。特点是有机物在被分解转化过程中虽也放出CO2,但不能生...
题目内容:
光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个代谢过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。即绿色植物在照光条件下的呼吸作用。特点是有机物在被分解转化过程中虽也放出CO2,但不能生成ATP,使光合产物被白白地耗费掉。所以光呼吸越强,光合生产率相对就低。
光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中,Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定,而当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会竞争Rubisco酶。Rubisco酶以O2为底物,对五碳化合物进行加氧氧化。光呼吸使光合作用产物损失的具体过程如图所示。
水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著,通过光呼吸损耗光合作用新形成有机物的1/4,而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗很少,只占光合作用新形成有机物的2%~5%。与C3植物相比,C4植物代谢的不同点是,C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶,它催化如下反应:PEP+HCO3—→苹果酸(C4)+Pi。苹果酸进入维管束鞘细胞,生成CO2用于暗反应,再生出的丙酮酸(C3)回到叶肉细胞中,进行循环利用。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周,形成花环状结构。PEP羧化酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍,也就是PEP羧化酶能固定低浓度的CO2。
水稻和小麦作为养活全世界几乎40%人口的主要作物,它们的产量近几年越来越难满足全球快速增长的食物需求。目前,国际上有很多科研人员致力于提高水稻、小麦的光合速率的研究,旨在提高粮食作物产量。
(1)在光呼吸过程中,有机物被氧化分解,却无ATP生成,而ATP能应用于___________________(写出三条)等生命活动中,故会造成有机物浪费的结果。
(2)有观点指出,光呼吸的生理作用在于高温天气和过强光照下,蒸腾作用过强,植物失水过多,____________大量关闭,导致CO2供应减少。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的____________,并且光呼吸的最终产物还可以作为暗反应阶段的原料,这是有重要正面意义的。
(3)综合文中信息,请解释C4植物光呼吸比C3植物小很多的原因__________。
(4)请根据高中所学知识和本文中的信息,在基因水平上写出两条具体的提高水稻、小麦光合作用的研究思路__________。
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