Question

【題目】科研人員研究了周期節(jié)律對擬南芥光合作用的影響。

（1）科研人員使用化學(xué)誘變劑處理野生型擬南芥，誘導(dǎo)擬南芥發(fā)生_______，篩選得到周期節(jié)律改變的純合突變體Z和T，在正常光照下條件下測定突變體和野生型植株的氣孔導(dǎo)度（氣孔開放程度），得到圖1所示結(jié)果。據(jù)圖可知，突變體Z的周期節(jié)律比野生型________，突變體T的周期節(jié)律則________。

（2）研究者推測植物生物鐘周期與環(huán)境晝夜周期可能共同影響光合作用。

①科研人員檢測了野生型擬南芥在T20（光照和黑暗各10h）、T24（光照和黑暗各12h）和T28（光照和黑暗各14h）條件下葉片的葉綠素含量，圖2結(jié)果表明_____。

②科研人員繼續(xù)進行了圖3所示的實驗，該實驗?zāi)康氖翘骄?/span>_____。該實驗方案有不足之處，請寫出對該實驗的改進措施：_____。

（3）CO2濃度是影響光合作用的重要因素。研究人員發(fā)現(xiàn)，與野生型擬南芥相比，節(jié)律異常突變體C在 T24光照條件下碳固定量僅為前者一半。據(jù)圖4和圖5所示研究結(jié)果推測，突變體C碳固定量低的原因可能是生物節(jié)律異常使植物短期持續(xù)光照條件下________，減小了____，從而導(dǎo)致較低的碳固定量。

（4）植物具有“周期共鳴”的特點，即植物內(nèi)在的生物節(jié)律與外界晝夜的時間變化（正常晝夜周期為24小時）相互匹配。研究人員發(fā)現(xiàn)兩者的完全“周期共鳴”可使擬南芥在35天內(nèi)的干重增加明顯高于其他“周期共鳴”匹配不完全的處理組。綜合上述研究，請闡述“周期共鳴”對光合作用起調(diào)節(jié)作用的機制：____。

Answer 1

【答案】 基因突變 短 變長 植物生物鐘周期長于或短于環(huán)境周期均導(dǎo)致擬南芥葉片葉綠素含量減少 植物生物鐘周期與環(huán)境晝夜周期之間匹配程度是否通過影響葉綠素含量而影響光合作用 補充突變體Z和T在T24條件下的實驗；補充野生型植株在T20、T24和T28條件下的實驗 氣孔開度（氣孔導(dǎo)度） CO2吸收量 （1）影響擬南芥葉片內(nèi)的葉綠素含量，影響光反應(yīng)速率，從而影響CO2固定量；（2）影響擬南芥的氣孔導(dǎo)度，影響CO2吸收量，從而影響暗反應(yīng)速率。

【解析】據(jù)圖1分析，野生型的周期為24小時，其中氣孔導(dǎo)度中午12點時最大；突變體Z的周期為18小時左右；突變體T的周期為36小時左右。據(jù)圖2分析，T24的葉綠素含量最高，T20葉綠素含量次之，T28的葉綠素含量最低。據(jù)圖3分析，變體T在T28條件下的葉綠素含量比T20條件下的高，而突變體Z在T28條件下的葉綠素含量比T20條件下的低。

（1）使用化學(xué)誘變劑處理野生型擬南芥，可以誘導(dǎo)其發(fā)生基因突變；根據(jù)以上分析可知，與野生型相比，突變體Z的周期節(jié)律較短，而突變體T的周期節(jié)律則變長。

（2）①根據(jù)以上分析已知，T24的葉綠素含量最高，T20葉綠素含量次之，T28的葉綠素含量最低，說明植物生物鐘周期長于或短于環(huán)境周期均導(dǎo)致擬南芥葉片葉綠素含量減少。

②根據(jù)圖3分析可知，該實驗的自變量是突變體的種類（生物鐘周期不同）、環(huán)境晝夜周期，因變量是葉綠素含量，因此該實驗的目的是探究植物生物鐘周期與環(huán)境晝夜周期之間匹配程度是否通過影響葉綠素含量而影響光合作用。該實驗環(huán)境晝夜周期只有T20、T28,而沒有T24，且沒有野生型的實驗情況，所以應(yīng)該補充突變體Z和T在T24條件下的實驗，并補充野生型植株在T20、T24和T28條件下的實驗。

（3）根據(jù)圖4、5分析可知，短期持續(xù)光照條件下突變體C的氣孔導(dǎo)度低，減小了二氧化碳的吸收量，進而導(dǎo)致了其較低的碳固定量。

（4）根據(jù)題意分析，兩者的完全“周期共鳴”可使擬南芥在35天內(nèi)的干重增加明顯高于其他“周期共鳴”匹配不完全的處理組，結(jié)合以上分析可知，“周期共鳴”對光合作用起調(diào)節(jié)作用的機制為：影響擬南芥葉片內(nèi)的葉綠素含量，影響光反應(yīng)速率，從而影響CO2固定量；影響擬南芥的氣孔導(dǎo)度，影響CO2吸收量，從而影響暗反應(yīng)速率。