Question

【題目】科研人員研究了周期節律對擬南芥光合作用的影響。

（1）科研人員使用化學誘變劑處理野生型擬南芥，誘導擬南芥發生_______，篩選得到周期節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度（氣孔開放程度），得到圖1所示結果。據圖可知，突變體Z的周期節律比野生型________，突變體T的周期節律則________。

（2）研究者推測植物生物鐘周期與環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結果表明_____。

②科研人員繼續進行了圖3所示的實驗，該實驗目的是探究_____。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。研究人員發現，與野生型擬南芥相比，節律異常突變體C在 T24光照條件下碳固定量僅為前者一半。據圖4和圖5所示研究結果推測，突變體C碳固定量低的原因可能是生物節律異常使植物短期持續光照條件下________，減小了____，從而導致較低的碳固定量。

（4）植物具有“周期共鳴”的特點，即植物內在的生物節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。研究人員發現兩者的完全“周期共鳴”可使擬南芥在35天內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”對光合作用起調節作用的機制：____。

Answer 1

【答案】 基因突變 短 變長 植物生物鐘周期長于或短于環境周期均導致擬南芥葉片葉綠素含量減少 植物生物鐘周期與環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（氣孔導度） CO2吸收量 （1）影響擬南芥葉片內的葉綠素含量，影響光反應速率，從而影響CO2固定量；（2）影響擬南芥的氣孔導度，影響CO2吸收量，從而影響暗反應速率。

【解析】據圖1分析，野生型的周期為24小時，其中氣孔導度中午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）使用化學誘變劑處理野生型擬南芥，可以誘導其發生基因突變；根據以上分析可知，與野生型相比，突變體Z的周期節律較短，而突變體T的周期節律則變長。

（2）①根據以上分析已知，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境周期均導致擬南芥葉片葉綠素含量減少。

②根據圖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）根據圖4、5分析可知，短期持續光照條件下突變體C的氣孔導度低，減小了二氧化碳的吸收量，進而導致了其較低的碳固定量。

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