Question

【題目】植物接受過多光照可能對(duì)進(jìn)行光合作用的相關(guān)細(xì)胞器造成損害，因此植物需要一種名為“非光化學(xué)淬滅”（NPQ）的機(jī)制來保護(hù)自身，在NPQ的作用下多余的光能會(huì)以熱能的形式散失。該機(jī)制的啟動(dòng)和關(guān)閉特點(diǎn)如圖一所示，其中符號(hào)“”代表抑制作用。

（1）由圖一推測(cè)，在光照強(qiáng)度以及其他環(huán)境因素均相同的情況下，狀態(tài)③比狀態(tài)①的光合作用強(qiáng)度_____（強(qiáng)/弱/相等）。關(guān)于NPQ機(jī)制從開啟到緩慢關(guān)閉過程中的一系列生理變化中，導(dǎo)致上述差異的內(nèi)部原因主要是：_____、_____。

（2）科學(xué)研究者研發(fā)了一種轉(zhuǎn)基因煙草（VPZ），相比野生煙草（WT）其在由強(qiáng)光轉(zhuǎn)為弱光后NPQ機(jī)制關(guān)閉的時(shí)間縮短。圖二為分別在恒定光強(qiáng)和波動(dòng)光強(qiáng)下測(cè)得的兩種煙草的CO2最大固定速率。

①農(nóng)作物一半的光合作用是在有各種陰影時(shí)進(jìn)行的。結(jié)合圖一推斷，同樣環(huán)境條件下VPZ的產(chǎn)量比WT的產(chǎn)量_____（高/低）

②由圖二分析可知，轉(zhuǎn)基因煙草（VPZ）相比野生煙草（WT）的優(yōu)勢(shì)是：_____。

（3）如圖三所示裝置是研究光合作用和呼吸作用常用的實(shí)驗(yàn)裝置之一（實(shí)驗(yàn)室除自變量外其他條件相同且適宜）。若A內(nèi)為水培陽(yáng)生植物，請(qǐng)用多套該裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)初步估測(cè)A植物的光補(bǔ)償點(diǎn)大小（已知實(shí)驗(yàn)所用光照強(qiáng)度分別為200Lux、500Lux、800Lux、1100Lux、1400Lux、1700Lux，用液滴移動(dòng)的距離來表示氣體變化量）寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，并從數(shù)學(xué)模型角度進(jìn)行結(jié)果分析。_____。

Answer 1

【答案】弱[H] （NADPH、還原氫）下降 ATP的合成量下降 高 在波動(dòng)光強(qiáng)下，VPZ的最大光合速率（CO2最大固定率）比WT高 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：取7套裝置在B中各加入一定濃度的二氧化碳緩沖液（或一定濃度NaHCO3溶液）將整個(gè)裝罝分別放在 OLux、200Lux、500Lux、800Lux、1100Lux、1400Lux、1700LUX光照下相同時(shí)間，記錄液滴移動(dòng)的距離

結(jié)果以橫坐標(biāo)表示光照強(qiáng)度，縱坐標(biāo)表示O2的吸收或釋放量，用描點(diǎn)作圖法將所得數(shù)據(jù)連接成曲線。曲線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)處的光照強(qiáng)度即為該植物的光補(bǔ)償點(diǎn)大小

【解析】

根據(jù)題干信息分析，NPQ是一種“非光化學(xué)淬滅”的機(jī)制，能將多余的光能會(huì)以熱能的形式散失，說明其影響的是光合作用的光反應(yīng)階段。據(jù)圖分析，圖一中①到②為多云轉(zhuǎn)晴，NPQ機(jī)制迅速啟動(dòng)，而②到③為晴轉(zhuǎn)多云，NPQ機(jī)制緩慢關(guān)閉，NPQ機(jī)制從啟動(dòng)到緩慢關(guān)閉的過程中，很多光能以熱能的形式散失了，導(dǎo)致光反應(yīng)減弱，進(jìn)而抑制了二氧化碳的利用。根據(jù)圖二分析可知，波動(dòng)光照條件下，VPZ的最大二氧化碳固定率比WT要高。

（1）由圖一推測(cè)，在光照強(qiáng)度以及其它環(huán)境因素均相同的情況下，狀態(tài)③中雖然NPQ受到抑制，但是關(guān)閉比較緩慢，仍然有少部分光能被轉(zhuǎn)化成熱能散失，最終導(dǎo)致狀態(tài)③比狀態(tài)①的光合作用強(qiáng)度弱。由于NPQ機(jī)制關(guān)閉過程緩慢，導(dǎo)致色素吸收的光能減少，光反應(yīng)減弱，導(dǎo)致類囊體內(nèi)還原氫濃度下降，光反應(yīng)減弱，從而導(dǎo)致ATP的合成量下降，由于部分光能仍以熱能形式散失，從而使光合作用強(qiáng)度減弱。

（2）根據(jù)題意可知，轉(zhuǎn)基因煙草（VPZ）與野生煙草（WT）相比，其在由強(qiáng)光轉(zhuǎn)為弱光后NPQ機(jī)制關(guān)閉的時(shí)間縮短；并且柱形圖中看出，恒定光強(qiáng)時(shí)兩種植物的CO2最大固定速率相等，而波動(dòng)光照下轉(zhuǎn)基因煙草CO2最大固定速率高，因此同樣環(huán)境條件下VPZ的產(chǎn)量比WT的產(chǎn)量高。

（3）該實(shí)驗(yàn)的目的是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)初步估測(cè)A植物的光補(bǔ)償點(diǎn)大小，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路為：取7套裝置在B中各加入一定濃度的二氧化碳緩沖液（或一定濃度NaHCO3溶液），將整個(gè)裝罝分別放在 OLux、200Lux、500Lux、800Lux、1100Lux、1400Lux、1700LUX光照下相同時(shí)間，記錄液滴移動(dòng)的距離。然后以橫坐標(biāo)表示光照強(qiáng)度，縱坐標(biāo)表示O2的吸收或釋放量，用描點(diǎn)作圖法將所得數(shù)據(jù)連接成曲線，曲線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)處的光照強(qiáng)度即為該植物的光補(bǔ)償點(diǎn)大小。