Question

【题目】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（参与碳（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____________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，Rubisco酶含量____________，而碳反应速率无明显增长，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，一方面可以催化碳反应中________________的过程；另一方面可以催化C5与CO2结合成_____________________，进而完成过氧化氢体内反应，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。有人提出，光呼吸速率增强也是导致光合速率下降的原因之一，请结合以上材料阐明其理由_____________。

Answer 1

【答案】主动运输 光合色素、酶、ATP、ADP 升高 降低（酶活性降低） 叶绿体基质 CO2 与C5结合形成C3（CO2的固定） 磷酸乙醇酸和C3 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

【解析】

根据题干信息分析，Rubisco酶是一种参与光合作用碳反应的酶，该酶的含量或活性升高，可能会增加碳反应的速率，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（参与碳（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；植物细胞中参与光合作用的含氮物质有光合色素、酶、ATP、ADP。

（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，但是碳反应速率变化不明显，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；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。