Question

【題目】玉米葉肉細胞中有一種酶，可通過一系列反應將CO2“泵”入維管束鞘細胞，使維管束鞘細胞積累較高濃度的CO2，保證卡爾文循環順利進行，這種酶被形象地稱為“CO2泵”。圖1表示玉米CO2同化途徑，圖2表示進行自然種植的大棚和人工一次性施加CO2后的大棚內玉米光合速率變化曲線。回答下列相關問題：

（1）卡爾文循環離不開光照，理由是_______________。當環境中光照增強，溫度過高時，玉米光合作用速率不會明顯下降甚至可能會提高，其原因是________________________。

（2）由圖2可知，15時以后限制玉米光合速率的主要環境因素是_______________。17時與15時相比，自然種植大棚內玉米植株C5的合成速率________（填“升高”、“不變”或“降低”）。由圖2中兩條曲線的變化規律可知：人工施加CO2的最佳時間是_______時左右，兩個大棚同時通風的時間是______時左右。

（3）已知水稻沒有“CO2泵”這種機制，但隨著胞間CO2濃度的升高，玉米的光合速率不再變化，而水稻的光合速率可以逐漸上升。請從暗反應中酶的角度分析可能的原因是__________________________________________________________。

Answer 1

【答案】有光才能進行光反應，從而為暗反應提供ATP和[H] 玉米葉肉細胞內有“CO2泵”，在氣孔因高溫關閉時，仍可以維持維管束鞘細胞內較高濃度的CO2，且此時光照增強，有可能使NADPH和ATP生成增加 光照強度 降低 8 10 水稻暗反應相關的酶活性比玉米的高（或水稻暗反應相關的酶數量比玉米的多）

【解析】

分析圖1可以看出，玉米的葉肉細胞可以在較低濃度二氧化碳的條件下，通過二氧化碳泵固定二氧化碳，然后在維管束鞘細胞中利用。圖2為自然種植的大棚和人工一次性施加CO2的大棚內玉米光合速率變化曲線，從8點～13點，人工一次性施加CO2的大棚內玉米光合速率快于自然種植的大棚。

（1）卡爾文循環是暗反應的一部分，需要光反應為其提供ATP和[H]。在氣孔因高溫關閉時，由于玉米葉肉細胞內有“CO2泵”，其仍可以維持維管束鞘細胞內較高濃度的CO2，且此時光照增強，NADPH和ATP生成增加，因此玉米光合作用速率不會明顯下降甚至可能會提高。

（2）由圖2可知，15時以后限制玉米光合速率的主要環境因素是光照強度，下午光照強度開始減弱。光照是光合作用的能量來源，17時與15時相比，光照強度降低，所以自然種植大棚內玉米植株C5的合成速率降低。由圖2中兩條曲線的變化規律可知：人工施加CO2的最佳時間是8時左右，因為此時人工一次性施加CO2后的大棚內玉米吸收CO2的速率迅速增大。兩個大棚同時通風的時間是10時左右，因為此時自然種植的大棚內的玉米吸收CO2的速率也增大。

（3）玉米、水稻的光合速率變化與酶有關。隨著胞間CO2濃度的升高，玉米的光合速率不再變化，而水稻雖然沒有“CO2泵”這種機制，但光合速率可以逐漸上升，原因可能是水稻暗反應相關的酶活性比玉米的高（或水稻暗反應相關的酶數量比玉米的多）。