Question

【題目】回答光合作用有關的問題：

I、紫花苜蓿是具有世界栽培意義的蛋白質含量高、營養全面的優質牧草，被譽為“牧草之王”。公農1號是我國培育出的產量高、抗逆性強的紫花苜蓿品種。科研人員在北京市海淀區的試驗基地對當年播種且水肥適中、正處于分枝期的公農1號進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分布在__________上，暗反應利用光反應產生的_______，將CO2轉化為三碳糖（C3），進而形成有機物。

（2）經測定，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光照強度最強時，凈光合速率反而最低，說明紫花苜蓿存在“光合午休”現象。請結合圖1、圖2解釋這一現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閉引起的氣孔限制和葉肉細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。當兩種因素同時存在時，胞間CO2濃度變化的方向依賴于占優勢的因素，因此可根據胞間CO2濃度變化的方向來判斷哪個因素占優勢。請據圖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、適應性更廣。

（3）C4植物葉片結構中有類似“花環狀結構”，據圖2說明理由：________________________________；研究發現C4植物固定CO2途徑如圖3，先在________________________________，再在維管束細胞進行卡爾文循環，且P酶活性比R酶高很多。

（4）科研人員將玉米（C4植物）的P酶基因轉入水稻（C3植物）后，測得相關數據如下：

光強大于8時，轉基因水稻與原種水稻的氣孔導度變化趨勢__________，而光合速率比原種水稻高的原因是____________________________________。

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

Answer 1

【答案】類囊體膜 ATP和NADPH 中午部分氣孔的關閉可避免植物因水分過度散失而造成的損傷 葉肉細胞活性下降引起的非氣孔限制 內層維管束鞘細胞，外層葉肉細胞 葉肉細胞將CO2固定成C4化合物（四碳酸） 一致 氣孔導度減小得少（相對更大），且P酶活性（與CO2親和力）很強 高溫干旱、強光照；高溫干旱會導致植物的氣孔關閉，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，強光照引起C4植物氣孔關閉時，還能用P酶固定胞間低濃度的CO2，保證光合作用

【解析】

據圖分析，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是光合色素，分布于類囊體薄膜上；光反應為暗反應提供的物質是ATP和NADPH，在葉綠體基質中將CO2轉化為三碳糖，進而形成有機物。

（2）圖1和圖2的曲線在中午都出現了下降的現象，即午休現象，此時光照強度太高，部分氣孔的關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閉引起的氣孔限制和葉肉細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。當兩種因素同時存在時，胞間CO2濃度變化的方向依賴于占優勢的因素。據圖分析，紫花苜蓿葉片凈光合速率午間降低時，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胞活性下降引起的，即植物自身因素中引起紫花苜蓿“光合午休”的主要因素是葉肉細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植物葉片結構中內層為維管束鞘細胞，外層為葉肉細胞，形成類似“花環狀結構”，由圖3可知，C4植物先在葉肉細胞將CO2固定成C4化合物（四碳酸），再在維管束細胞進行卡爾文循環，且P酶活性比R酶高很多。

（4）由圖可知，光強大于8時，轉基因水稻與原種水稻的氣孔導度變化趨勢一致，均為減小。但轉基因水稻的氣孔導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，所以轉基因水稻的光合速率比原種水稻的高。

（5）由圖4可知，在光照強度為0-14之間轉基因水稻的氣孔導度均大于原種水稻，根據圖5可知，在較高光照強度下轉基因水稻的光合速率更大，說明C4植物適合在高溫干旱、強光照條件下生長；原因是高溫干旱會導致植物的氣孔關閉，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，強光照引起C4植物氣孔關閉時，還能用P酶固定胞間低濃度的CO2，保證光合作用的進行。