Question

【題目】某農(nóng)場種植大量經(jīng)濟作物煙草。科研人員為了探究煙草的生長和光照之間的關(guān)系，通過實驗探究了煙草的光合作用強度與呼吸作用強度等生理過程。圖甲是他們在適宜條件下測得一晝夜自然環(huán)境中煙草凈光合作用的相關(guān)曲線。

（1）圖測凈光合作用速率通�？梢杂�________________________來表示，請寫出光合作用總的化學反應(yīng)式：______________________。

（2）研究發(fā)現(xiàn)，煙草光合作用過程中的的關(guān)鍵酶Rubisco酶具有“兩面性”，CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應(yīng)，完成光合作用；O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中會產(chǎn)生CO2，這種植物在光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸。圖甲中煙草在11時因“光合午休”出現(xiàn)波谷，此時光合作用速率明顯減弱，但是測到CO2產(chǎn)生速率明顯增強，其中CO2產(chǎn)生速率明顯增強原因是最可能的原因是__________________。與光呼吸相區(qū)別，研究人員常把有氧呼吸稱為“暗呼吸”，從反應(yīng)場所上看，兩者的區(qū)別是_______________。

（3）鎂是植物光合作用過程中不可缺少的一種大量元素，煙草光合細胞中的鎂元素主要分布于________。已知CCCP（一種化學物質(zhì)）能抑制煙草的光合作用。為探究CCCP、缺鎂兩種因素對煙草光合作用的影響及其相互關(guān)系，科研人員分別設(shè)置了用完全培養(yǎng)液和缺鎂培養(yǎng)液在適宜條件下培養(yǎng)煙草，一定時間后檢測其光合作用速率的實驗。為達到實驗?zāi)康模�他們還需增設(shè)兩組實驗，兩組培養(yǎng)液應(yīng)為____________和_______________。

Answer 1

【答案】氧氣的釋放速率、二氧化碳的吸收速率或有機物的積累速率 光合午休現(xiàn)象與氣孔關(guān)閉有關(guān)，氣孔關(guān)閉會阻止O2溢出葉片，高氧濃度下產(chǎn)生光呼吸現(xiàn)象，導(dǎo)致CO2產(chǎn)生速率明顯增強 光呼吸發(fā)生在葉綠體和線粒體中，暗呼吸發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中 類囊體薄膜 完全培養(yǎng)液中加CCCP 缺鎂培養(yǎng)液加CCCP

【解析】

光合作用是綠色植物在葉綠體內(nèi)，利用光照將二氧化碳和水合成有機物，同時釋放氧氣的過程，反應(yīng)式是；光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段，光反應(yīng)是水光解產(chǎn)生氧氣和NADPH，同時合成ATP；暗反應(yīng)包括二氧化碳固定和三碳化合物還原，二氧化碳與五碳化合物結(jié)合形成三碳化合物，三碳化合物被光反應(yīng)產(chǎn)生的還原氫還原形成有機物和五碳化合物，該過程需要光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP。

（1）凈光合速率可以用氧氣的釋放速率、二氧化碳的吸收速率或有機物積累速率表示；光合作用的總的反應(yīng)式為：。

（2）由題圖可知，11時光合速率明顯降低，此時光照強度很強，屬于光合午休現(xiàn)象，光合午休現(xiàn)象的原因是氣孔關(guān)閉，二氧化碳不能進入葉肉細胞間隙，導(dǎo)致暗反應(yīng)減弱；而光反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣由于氣孔關(guān)閉不能釋放到細胞外，導(dǎo)致葉肉細胞內(nèi)的氧氣濃度高，由題意知，O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中會產(chǎn)生CO2，"光合午休”時光合作用速率明顯減弱，但是測到CO2產(chǎn)生速率明顯增強。由于光呼吸是葉綠體產(chǎn)生的氧氣不釋放到細胞外，經(jīng)過一系列變化進入線粒體中產(chǎn)生二氧化碳，因此光呼吸的場所是葉綠體和線粒體；暗呼吸的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。

（3）Mg是葉綠素的組成元素之一，葉綠素存在于葉綠體的類囊體膜上，因此光合細胞的Mg主要存在于葉綠體的類囊體膜上；該實驗的目的是探究CCCP、缺鎂兩種因素對煙草光合作用的影響及其相互關(guān)系，實驗的自變量是加入的物質(zhì)種類不同，實驗組為3組，一組在加入CCCP的完全培養(yǎng)液、一組缺Mg完全培養(yǎng)液、一組加入CCCP的缺Mg的培養(yǎng)液，還有一組空白對照（完全培養(yǎng)液）。