Question

【題目】小球藻是一種單細胞的綠藻，它是生物實驗室中一種重要的實驗植物。美國科學家卡爾文等用小球藻作實驗材料，發現了有關植物光合作用的“卡爾文循環”，卡爾文因此獲得了 1961 年諾貝爾化學獎。如圖為卡爾文循環反應示意圖。回答下列問題：

（1）卡爾文循環的反應場所為____________________________。由圖可知，卡爾文循環可分為三個階段：CO2 的攝取期（羧化階段）、碳還原期和 RuBP 再生期，結合所學的知識分析，其中屬于暗反應中 CO2 的固定階段的是圖中的 CO2 的攝取期，這一步反應的意義是把原本并不活潑的____________分子活化；屬于暗反應中 C3 的還原階段的是圖中的__________________，該階段所需的 ATP 和 NADPH 來自____________________________，6 分子 CO2 經過一次循環后最終可得到______________分子葡萄糖。

（2）實驗人員用小球藻、綠色植物作實驗材料，以甲、乙裝置來研究光合作用速率（以 CO2 吸收速率表示）與 NaHCO3 溶液濃度之間的關系，實驗結果如圖丙、丁所示。回答下列問題：

①丙圖為甲裝置中小球藻的 CO2 吸收速率曲線，c 點以后 CO2 吸收速率下降的最可能原因是________________________。

②丁圖為乙裝置中綠色植物的 CO2 吸收速率曲線，B點以后限制 CO2 吸收速率的主要外界因素是______________。若乙裝置中的 NaHCO3 溶液的量一定，則隨著測試時 間 的 延 長 ， 綠色植物的光合速率逐漸下降，原 因 是 密 閉 的 鐘 罩 中______________________，此時，葉綠體中的_____（填“C3”或“C5”）含量下降。

Answer 1

【答案】葉綠體基質 二氧化碳 碳還原期和RuBP再生期 光反應 1 NaHCO3溶液濃度升高會導致小球藻失水，影響其代謝水平，從而影響光合作用速率 溫度、光照強度等 CO 2濃度逐漸降低 C3

【解析】

卡爾文循環是光合作用中碳反應的一部分，反應場所為葉綠體內的基質。循環可分為三個階段：羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物會將吸收到的一分子二氧化碳通過一種叫1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一個五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上，此過程稱為二氧化碳的固定，這一步反應的意義是，把原本并不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨后能被還原，但這種六碳化合物極不穩定，會立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。后者在光反應中生成的NADPH+H還原，此過程需要消耗ATP，產物是3-磷酸丙糖。后來經過一系列復雜的生化反應，一個碳原子將會被用于合成葡萄糖而離開循環。剩下的五個碳原子經一系列變化，最后再生成一個1，5-二磷酸核酮糖，循環重新開始，循環運行六次，生成一分子的葡萄糖。

（1）卡爾文循環研究的是CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑，因此屬于光合作用的暗反應階段，場所是葉綠體基質。分析題圖可知，CO2的固定階段對應的是圖中的CO2的攝取期，這一步反應的意義是把原本并不活潑的CO2分子活化；屬于暗反應中C3的還原階段的是圖中的碳還原期和RuBP再生期，該階段所需的ATP和NADPH來自光反應，6分子CO2經過一次循環后最終可得到1分子葡萄糖。

（2）①c點以后隨NaHCO3溶液濃度升高，光合作用吸收的CO2速率反而下降，最可能的原因是高濃度的NaHCO3溶液會導致小球藻失水，影響其代謝水平，從而影響光合作用速率。

②B點的確切含義是植物光合作用速率達到最大時的最小CO2濃度，這一點以后，影響因素還有其他因素，如溫度、光照強度等。若乙裝置中的NaHCO3溶液的量一定，隨著測試時間的延長，綠色植物光合速率逐漸下降，原因是密閉的鐘罩中CO2濃度逐漸降低，此時由于C3的生成量減少，而光照強度不變，即C3的消耗量不變，故葉綠體中C3的含量下降。