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非选择题-解答题 较难0.4 引用2 组卷507
三峡库区支流通常在春夏之交和夏季爆发大规模蓝藻及绿藻水华,课题组成员对水华优势藻中蓝藻的CO2浓缩机制(CCM)进行研究。CCM包括三个部分:无机碳跨膜转运,羧体内CO2固定,逃逸CO2部分回收。蓝藻细胞中,碳酸酐酶(CA)是一种含锌的金属酶,可以催化OH-+CO2⇌互相转化,存在着α-CA、β-CA、γ-CA类型,在不同位置,CA催化方向有所差异。水体中无机碳形式主要有CO2(或H2CO3) 、等,A~D为运载体,①~⑤为生理过程, Rubisco是催化五碳化合物(RUBP)和CO2或O2反应的酶,PGA是三碳化合物,PSⅠ和PSⅡ是光合系统,请结合下图回答问题:

(1)上图蓝藻光合作用光反应场所在_____,过程_____(填①~⑤)需要提供能量。
(2)蓝藻中存在无机碳跨膜转运机制,从而能够在细胞质内积累高出细胞外500~1000倍无机碳,蓝藻细胞周层区域由于PH和外泌α/β-CA催化等原因,水体无机碳主要以_____(CO2/)形式进入细胞质,从而达到浓缩碳的目的。上图中和Na+通过运载体A进入细胞的运输方式_____(是/否)相同。利用载体C逆浓度运输的物质为_____,H+通过D运出细胞由_____提供动力。
(3)羧体在蓝藻CCM机制中起关键作用,细胞中绝大部分Rubisco位于羧体内。羧体第一个功能就是充当微室,羧体对透性强,在羧体内存在许多β/γ-CA可以将进入羧体内催化成CO2形式,使羧体内CO2浓度升高,从而抑制过程_____(填①或⑤)进行。羧体第二个功能可以防止CO2逃逸,目前有部分学者认为羧体鞘由蛋白质组成,对气体透性低,有的学者持不同意见,认为可能是羧体中Rubisco和β/γ-CA排布引起。在羧体内两者紧密排列在一起,_____排列在中间,_____排列在周围,CO2生成后立即参加①过程反应,以防CO2逃逸。
(4)逃逸CO2部分回收,科学家利用蓝藻大量吸收CO2后,很难观察到CO2泄漏现象。原因是位于细胞_____上有许多β-CA将CO2转化成,使细胞内_____(填上图中场所)处CO2浓度最低,CO2很难逃逸出细胞。
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知识点:真核细胞与原核细胞的异同主动运输光反应、暗(碳)反应的物质变化和能量变化协助扩散 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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研究人员对蓝藻的CO2浓缩机制(CCM)进行研究。CCM包括三个部分:无机碳跨膜转运,羧体内CO2固定,逃逸CO2部分回收。碳酸酐酶(CA)是一种含锌的金属酶,可以催化OH-+CO2+HCO3-互相转化,存在着α-CA、β-CA、γ-CA类型,在不同位置,CA催化方向有所差异。水体中无机碳形式主要有CO2(或H2CO3)、HCO3-等,A~D为载体,①~⑤为生理过程,Rubisco是催化RUBP(五碳化合物)和CO2或O2反应的酶。PGA是三碳化合物,PSI和PSII是光合系统,请结合下图回答问题。
   
(1)蓝藻吸收光能的色素分布在_____,过程①~⑤中需要提供能量的是_____
(2)蓝藻中存在无机碳跨膜转运机制,从而能够在细胞质内积累高出细胞外500-1000倍无机碳,蓝藻细胞周层区域由于pH和外泌α/β-CA催化等原因,水体无机碳之要以_____(CO2/HCO3-)形式进入细胞质,从而达到浓缩碳的目的。根据上图中载体B、C、D上物质的运输判断,HCO3-和Na+通过载体A进入细胞的运输方式_____(相同/不同)。
(3)羧体在蓝藻CCM机制中起关键作用,细胞中绝大部分Rubisco位于羧体内,羧体的第一个功能是充当微室,羧体对HCO3-透性强,在羧体内存在许多β/γ-CA,可将进入羧体内的HCO3-催化成CO2形式,使羧体内CO2浓度升高,从而抑制过程_____(填数字序号)进行。羧体的第二个功能可以防止CO2逃逸,有部分学者认为可能是羧体中Rubisco和β/γ-CA排布引起:在羧体内两者紧密排列在一起,_____排列在中间,另一方则排列在周围,CO2生成后立即参加_____(填数字序号)过程反应,以防CO2逃逸。
早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390umol.mol-,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成____,进而被还原生成糖类,此过程发生在____中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图所示的无机碳浓缩过程,图中HCO3-浓度最高的场所是____(填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有____

   

(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶()可将HCO3-转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了附近的CO2浓度。

   

① 由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力____(填“高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。
② 图所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是____。图中由Pyr转变为PEP的过程属于____(填“吸能反应”或“放能反应”)。
③ 若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用____技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有____。
A.改造植物的HCO3-转运蛋白基因,增强HCO3-的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
我国2050能源科学发展战略已明确将微藻固碳和能源利用作为发展方向。下图1简示了一种真核单细胞微藻的固碳机制,CO2与O2可竞争性结合Rubisco(一种酶)的同一活性位点,浓度越高结合效率越高。据图回答下列问题:

(1)微藻的暗反应过程包括______(填序号),其持续进行需要______(填场所)产生的______提供能量。
(2)O2与RuBP(C5)经Rubisco催化后通过一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸,由图1可知光呼吸发生场所主要包括______,对光合作用造成的不利影响是______
(3)水环境中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在,且叶绿体中CO2浓度是水环境中的1000倍,这得益于微藻的碳浓缩机制(CCM)。该机制中无机碳主要通过途径______(填序号)进入叶绿体,其跨膜运输方式为______,最终提高羧化体Rubisco周围的CO2浓度,从而通过促进______(填序号)和抑制______(填序号)而提高光合效率。
(4)结合题中信息,若想继续提升该微藻的固碳能力,可以考虑的研究方向有______
①改造微藻的HCO3-转运蛋白基因,提高HCO3-转运蛋白的运输能力
②提高Rubisco对CO2的固定能力(亲和力)
③提高叶绿体中HCO3-向CO2(⑬)的转化能力
(5)在适宜条件下,测得微藻遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后释放CO2的速率随时间的变化趋势如图2,则图形C的面积表示______

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