Question

【題目】回答光合作用有關(guān)的問題：

I、紫花苜蓿是具有世界栽培意義的蛋白質(zhì)含量高、營養(yǎng)全面的優(yōu)質(zhì)牧草，被譽(yù)為“牧草之王”。公農(nóng)1號(hào)是我國培育出的產(chǎn)量高、抗逆性強(qiáng)的紫花苜蓿品種�？蒲腥藛T在北京市海淀區(qū)的試驗(yàn)基地對當(dāng)年播種且水肥適中、正處于分枝期的公農(nóng)1號(hào)進(jìn)行了光合作用的日變化觀測。請回答問題：

（1）紫花苜蓿捕獲光能的物質(zhì)分布在__________上，暗反應(yīng)利用光反應(yīng)產(chǎn)生的_______，將CO2轉(zhuǎn)化為三碳糖（C3），進(jìn)而形成有機(jī)物。

（2）經(jīng)測定，紫花苜蓿的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度分別如圖1、2、3，11：30光照強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)，凈光合速率反而最低，說明紫花苜蓿存在“光合午休”現(xiàn)象。請結(jié)合圖1、圖2解釋這一現(xiàn)象對紫花苜蓿生存的意義___________________。

有研究表明，引起葉片光合速率降低的植物自身因素包括氣孔部分關(guān)閉引起的氣孔限制和葉肉細(xì)胞活性下降引起的非氣孔限制兩類，前者使胞間CO2濃度降低，后者使胞間CO2濃度升高。當(dāng)兩種因素同時(shí)存在時(shí)，胞間CO2濃度變化的方向依賴于占優(yōu)勢的因素，因此可根據(jù)胞間CO2濃度變化的方向來判斷哪個(gè)因素占優(yōu)勢。請據(jù)圖3判斷植物自身因素中引起紫花苜蓿“光合午休”的主要因素是____________。

II：水稻和玉米都是我國重要的糧食品種，科研工作者利用基因工程改造水稻，使其種植范圍、適應(yīng)性更廣。

（3）C4植物葉片結(jié)構(gòu)中有類似“花環(huán)狀結(jié)構(gòu)”，據(jù)圖2說明理由：________________________________；研究發(fā)現(xiàn)C4植物固定CO2途徑如圖3，先在________________________________，再在維管束細(xì)胞進(jìn)行卡爾文循環(huán)，且P酶活性比R酶高很多。

（4）科研人員將玉米（C4植物）的P酶基因轉(zhuǎn)入水稻（C3植物）后，測得相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

光強(qiáng)大于8時(shí)，轉(zhuǎn)基因水稻與原種水稻的氣孔導(dǎo)度變化趨勢__________，而光合速率比原種水稻高的原因是____________________________________。

（5）綜上所述，結(jié)合圖4和圖5的曲線變化，分析C4植物適合在何種環(huán)境下生長并解釋原因_________________________________。

Answer 1

【答案】類囊體膜 ATP和NADPH 中午部分氣孔的關(guān)閉可避免植物因水分過度散失而造成的損傷 葉肉細(xì)胞活性下降引起的非氣孔限制 內(nèi)層維管束鞘細(xì)胞，外層葉肉細(xì)胞 葉肉細(xì)胞將CO2固定成C4化合物（四碳酸） 一致 氣孔導(dǎo)度減小得少（相對更大），且P酶活性（與CO2親和力）很強(qiáng) 高溫干旱、強(qiáng)光照；高溫干旱會(huì)導(dǎo)致植物的氣孔關(guān)閉，而C4植物的氣孔開放程度相對大，提高CO2吸收量利于光合作用，強(qiáng)光照引起C4植物氣孔關(guān)閉時(shí)，還能用P酶固定胞間低濃度的CO2，保證光合作用

【解析】

據(jù)圖分析，圖1和圖2中凈光合速率和蒸騰速率都先升高后降低、再升高再降低；圖3中胞間二氧化碳濃度先降低后逐漸升高。

I、（1）紫花苜蓿捕獲光能的物質(zhì)是光合色素，分布于類囊體薄膜上；光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的物質(zhì)是ATP和NADPH，在葉綠體基質(zhì)中將CO2轉(zhuǎn)化為三碳糖，進(jìn)而形成有機(jī)物。

（2）圖1和圖2的曲線在中午都出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象，即午休現(xiàn)象，此時(shí)光照強(qiáng)度太高，部分氣孔的關(guān)閉可避免植物因水分過度散失而造成的損傷。已知引起葉片光合速率降低的植物自身因素包括氣孔部分關(guān)閉引起的氣孔限制和葉肉細(xì)胞活性下降引起的非氣孔限制兩類，前者使胞間CO2濃度降低，后者使胞間CO2濃度升高。當(dāng)兩種因素同時(shí)存在時(shí)，胞間CO2濃度變化的方向依賴于占優(yōu)勢的因素。據(jù)圖分析，紫花苜蓿葉片凈光合速率午間降低時(shí)，胞間CO2濃度升高，表明凈光合速率午間降低主要是由葉肉細(xì)胞活性下降引起的，即植物自身因素中引起紫花苜�！肮夂衔缧荨钡闹饕�因素是葉肉細(xì)胞活性下降引起的非氣孔限制。

II、（3）對比圖2和圖1可知，C4植物葉片結(jié)構(gòu)中內(nèi)層為維管束鞘細(xì)胞，外層為葉肉細(xì)胞，形成類似“花環(huán)狀結(jié)構(gòu)”，由圖3可知，C4植物先在葉肉細(xì)胞將CO2固定成C4化合物（四碳酸），再在維管束細(xì)胞進(jìn)行卡爾文循環(huán)，且P酶活性比R酶高很多。

（4）由圖可知，光強(qiáng)大于8時(shí)，轉(zhuǎn)基因水稻與原種水稻的氣孔導(dǎo)度變化趨勢一致，均為減小。但轉(zhuǎn)基因水稻的氣孔導(dǎo)度減小得比原種水稻少（相對更大），且P酶活性（與CO2親和力）很強(qiáng)，所以轉(zhuǎn)基因水稻的光合速率比原種水稻的高。

（5）由圖4可知，在光照強(qiáng)度為0-14之間轉(zhuǎn)基因水稻的氣孔導(dǎo)度均大于原種水稻，根據(jù)圖5可知，在較高光照強(qiáng)度下轉(zhuǎn)基因水稻的光合速率更大，說明C4植物適合在高溫干旱、強(qiáng)光照條件下生長；原因是高溫干旱會(huì)導(dǎo)致植物的氣孔關(guān)閉，而C4植物的氣孔開放程度相對大，提高CO2吸收量利于光合作用，強(qiáng)光照引起C4植物氣孔關(guān)閉時(shí)，還能用P酶固定胞間低濃度的CO2，保證光合作用的進(jìn)行。