光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝,因此人們曾對光合作用過程展開了多項研究,請結(jié)合以下研究內(nèi)容回答相關(guān)問題:
(一)為研究葉綠體的完整性與光反應(yīng)的關(guān)系,研究人員用物理、化學(xué)方法制備了4種結(jié)構(gòu)完整性不同的葉綠體,在離體條件下進行實驗,用Fecy或DCIP替代NADP+為電子受體,以相對放氧量表示光反應(yīng)速率,實驗結(jié)果如下表所示:
實驗項目/相對值/葉綠體類型 |
葉綠體A:雙層膜結(jié)構(gòu)完整 |
葉綠體B:雙層膜局部受損,類囊體略有損傷 |
葉綠體C:雙層膜瓦解,類囊體松散但未斷裂 |
葉綠體D:所有膜結(jié)構(gòu)解體破裂成顆?;蚱?/td>
|
實驗一:以Fecy為電子受體時的放氧量 |
100 |
167.0 |
425.1 |
281.3 |
實驗二:以DCIP為電子受體時的放氧量 |
100 |
106.7 |
471.1 |
109.6 |
注:Fecy具有親水性,DCIP具有親脂性。
(1)葉綠體A和葉綠體B的實驗結(jié)果表明,葉綠體雙層膜對以
Fecy
Fecy
(填“Fecy”或“DCIP”)為電子受體的光反應(yīng)有明顯阻礙作用;葉綠體C和葉綠體D的實驗結(jié)果表明,當葉綠體雙層膜瓦解,類囊體松散但未斷裂的情況下,
親脂性
親脂性
(填“親水性”或“親脂性”)電子受體的光反應(yīng)速率快。
(2)類囊體上分布著參與光合作用的兩類色素是
葉綠素和類胡蘿卜素
葉綠素和類胡蘿卜素
,該實驗中光反應(yīng)速率最高的是葉綠體C,表明在無雙層膜阻礙、類囊體又松散的條件下,更有利于
類囊體上的色素吸收光能(或電子傳遞)
類囊體上的色素吸收光能(或電子傳遞)
,從而提高光反應(yīng)速率。
(二)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),Rubisco酶是綠色植物細胞中含量豐富的蛋白質(zhì),由核基因控制合成的小亞基和葉綠體基因控制合成的大亞基組成,功能上屬于雙功能酶。當CO
2濃度較高時,該酶催化C
5與CO
2反應(yīng),完成光合作用;當O
2濃度較高時,該酶卻錯誤的催化C
5與O
2反應(yīng),產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中生成CO
2。人們將植物在光下吸收O
2產(chǎn)生CO
2的現(xiàn)象稱為光呼吸,它是光合作用一個損耗能量的副反應(yīng)。
(1)Rubisco酶在細胞的
細胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體
細胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體
中的核糖體上合成。在較高CO
2濃度環(huán)境中,Rubisco酶所催化的反應(yīng)產(chǎn)物是
C3(三碳化合物)
C3(三碳化合物)
,其發(fā)揮作用的場所是
葉綠體基質(zhì)
葉綠體基質(zhì)
。
(2)為糾正Rubisco酶的錯誤反應(yīng),光合植物創(chuàng)造了多種高代價的補救機制,如有的細胞中產(chǎn)生一種特殊蛋白質(zhì)微室,將CO
2濃縮在Rubisco酶周圍。該機制形成的意義是
提高局部CO2濃度可抑制光呼吸,增加光合作用有機物的產(chǎn)量
提高局部CO2濃度可抑制光呼吸,增加光合作用有機物的產(chǎn)量
。