Question

【題目】科學家們在二十世紀六十年代利用同位素示蹤法研究光合作用時發現，玉米、高粱等植物固定二氧化碳的第一產物不是三碳化合物，而是一種四碳化合物，從而發現了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，請回答有關問題：

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

（2）科學家發現C4植物的葉肉細胞與維管束鞘細胞中的葉綠體結構有顯著差異，這一差異導致只有葉肉細胞能發生光反應。據此分析，與葉肉細胞相比，C4植物的維管束鞘細胞的葉綠體在結構上最顯著的特點是__________________________________。

（3）C4植物葉肉細胞內催化CO2固定的酶活性很高，且生成的蘋果酸通常很少流失到細胞外。若假設不同植物在相同環境條件下的呼吸速率基本一致，則C4植物的二氧化碳補償點應________（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

【解析】

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

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

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

（3）根據題意可知，C4植物固定二氧化碳的能力很強，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的光合作用，因此C4植物的二氧化碳補償點應小于C3途徑的植物。