《2025年资源库高中生物人教版》

例108 [黑吉辽2024·21]在光下叶绿体中的C₅能与CO₂反应形成C₃；当$\frac{CO₂}{O₂}$比值低时，C₅也能与O₂反应形成C₂等化合物。C₂在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1-5-68。
在叶绿体中$:C₅+CO₂\xrightarrow{酶R}2C₃ ①$
$C₅+O₂\xrightarrow{酶R}C₃+C₂ ②$
在线粒体中$:2C₂+NAD⁺\xrightarrow{酶}C₃+CO₂+NADH+H⁺ ③$
注:C₂表示不同种类的二碳化合物,C₃也类似。
图1-5-68
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题:
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图1-5-69、图1-5-70。图1-5-69中植物光合作用CO₂的来源除了有外界环境外,还可来自 和 (填生理过程)。7-10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是 。据图1-5-70中的数据 (填"能"或"不能")计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是 。

答案：
(1)CO₂的固定
(2)细胞质基质 线粒体基质
(3)光呼吸 细胞呼吸 与WT相比,随着光照的增强,改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢,从而使其净光合速率增长较快 不能 总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率,由题图1-5-70中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率,因此不能计算出株系1的总光合速率
(4)相同光照强度或CO₂浓度下,株系1的净光合速率比株系2和WT的更高

(4)图1-5-66中光照强度为500μmol·m⁻²·s⁻¹时,黑藻和金鱼藻的光合速率相同,且相对较高,所以对照组的实验材料为①(金鱼藻),且控制光照强度为500μmol·m⁻²·s⁻¹。根据题干信息可知,题述3种草本沉水植物中只有黑藻属于C₄光合作用途径,使其在CO₂受限的水体中仍可有效地进行光合作用,因此控制条件为CO₂浓度较低且相同。该实验的因变量是两种藻类的光合速率,可用O₂释放量作为测量指标。

答案： 实验设计方案
实验材料 对照组:①(金鱼藻) 实验组:黑藻
实验条件 控制光照强度为500μmol·m⁻²·s⁻¹
营养及环境条件相同且适宜,培养时间相同
控制条件 CO₂浓度较低且相同
测量指标 O₂释放量