Question

【題目】科學(xué)家們在二十世紀(jì)六十年代利用同位素示蹤法研究光合作用時發(fā)現(xiàn)，玉米、高粱等植物固定二氧化碳的第一產(chǎn)物不是三碳化合物，而是一種四碳化合物，從而發(fā)現(xiàn)了C4途徑，并把這一類植物稱為C4植物。下圖是C4植物光合作用的部分過程簡圖，請回答有關(guān)問題：

（1）據(jù)圖分析，C4植物葉肉細(xì)胞中的CO2受體是___________，維管束鞘細(xì)胞中的CO2受體是______________。

（2）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)C4植物的葉肉細(xì)胞與維管束鞘細(xì)胞中的葉綠體結(jié)構(gòu)有顯著差異，這一差異導(dǎo)致只有葉肉細(xì)胞能發(fā)生光反應(yīng)。據(jù)此分析，與葉肉細(xì)胞相比，C4植物的維管束鞘細(xì)胞的葉綠體在結(jié)構(gòu)上最顯著的特點(diǎn)是__________________________________。

（3）C4植物葉肉細(xì)胞內(nèi)催化CO2固定的酶活性很高，且生成的蘋果酸通常很少流失到細(xì)胞外。若假設(shè)不同植物在相同環(huán)境條件下的呼吸速率基本一致，則C4植物的二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)________（大于、等于、小于）C3途徑的植物，判斷的主要理由是________________。

Answer 1

【答案】PEP C5化合物 沒有基粒/類囊體 小于 C4植物固定CO2的效率更高，利用低濃度CO2的能力更強(qiáng)

【解析】

據(jù)圖分析，C4植物通過磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）固定二氧化碳的反應(yīng)是在葉肉細(xì)胞中進(jìn)行的，生成的四碳化合物在NADPH的作用下生成蘋果酸，然后轉(zhuǎn)移到維管束鞘薄壁細(xì)胞中，蘋果酸放出二氧化碳并產(chǎn)生三碳化合物，其中二氧化碳參與卡爾文循環(huán)形成糖類，而三碳化合物進(jìn)入葉肉細(xì)胞并在ATP的作用下生成PEP。

（1）由圖可知C4植物的葉肉細(xì)胞中CO2首先與PEP反應(yīng)生成C4化合物；維管束鞘細(xì)胞中的CO2進(jìn)入卡爾文循環(huán)，與C5化合物反應(yīng)生成C3化合物。

（2）題干提示“只有葉肉細(xì)胞能發(fā)生光反應(yīng)”，可知維管束鞘細(xì)胞的葉綠體不能發(fā)生光反應(yīng)，又由光反應(yīng)的場所是類囊體可推測維管束鞘細(xì)胞的葉綠體缺少類囊體結(jié)構(gòu)。

（3）根據(jù)題意可知，C4植物固定二氧化碳的能力很強(qiáng)，固定后生成的蘋果酸不易流失，暗示了蘋果酸的積累可以起到“積累二氧化碳”的作用，因而可在外界二氧化碳濃度較低的情況下仍為維管束鞘細(xì)胞提供較多的二氧化碳，從而使C4植物在外界二氧化碳不足時仍保持較強(qiáng)的光合作用，因此C4植物的二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)小于C3途徑的植物。