Question

【題目】某農場種植大量經濟作物煙草。科研人員為了探究煙草的生長和光照之間的關系，通過實驗探究了煙草的光合作用強度與呼吸作用強度等生理過程。圖甲是他們在適宜條件下測得一晝夜自然環境中煙草凈光合作用的相關曲線。

（1）圖測凈光合作用速率通常可以用________________________來表示，請寫出光合作用總的化學反應式：______________________。

（2）研究發現，煙草光合作用過程中的的關鍵酶Rubisco酶具有“兩面性”，CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應，完成光合作用；O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應，產物經一系列變化后到線粒體中會產生CO2，這種植物在光下吸收O2產生CO2的現象稱為光呼吸。圖甲中煙草在11時因“光合午休”出現波谷，此時光合作用速率明顯減弱，但是測到CO2產生速率明顯增強，其中CO2產生速率明顯增強原因是最可能的原因是__________________。與光呼吸相區別，研究人員常把有氧呼吸稱為“暗呼吸”，從反應場所上看，兩者的區別是_______________。

（3）鎂是植物光合作用過程中不可缺少的一種大量元素，煙草光合細胞中的鎂元素主要分布于________。已知CCCP（一種化學物質）能抑制煙草的光合作用。為探究CCCP、缺鎂兩種因素對煙草光合作用的影響及其相互關系，科研人員分別設置了用完全培養液和缺鎂培養液在適宜條件下培養煙草，一定時間后檢測其光合作用速率的實驗。為達到實驗目的，他們還需增設兩組實驗，兩組培養液應為____________和_______________。

Answer 1

【答案】氧氣的釋放速率、二氧化碳的吸收速率或有機物的積累速率 光合午休現象與氣孔關閉有關，氣孔關閉會阻止O2溢出葉片，高氧濃度下產生光呼吸現象，導致CO2產生速率明顯增強 光呼吸發生在葉綠體和線粒體中，暗呼吸發生在細胞質基質和線粒體中 類囊體薄膜 完全培養液中加CCCP 缺鎂培養液加CCCP

【解析】

光合作用是綠色植物在葉綠體內，利用光照將二氧化碳和水合成有機物，同時釋放氧氣的過程，反應式是；光合作用分為光反應和暗反應階段，光反應是水光解產生氧氣和NADPH，同時合成ATP；暗反應包括二氧化碳固定和三碳化合物還原，二氧化碳與五碳化合物結合形成三碳化合物，三碳化合物被光反應產生的還原氫還原形成有機物和五碳化合物，該過程需要光反應產生的ATP。

（1）凈光合速率可以用氧氣的釋放速率、二氧化碳的吸收速率或有機物積累速率表示；光合作用的總的反應式為：。

（2）由題圖可知，11時光合速率明顯降低，此時光照強度很強，屬于光合午休現象，光合午休現象的原因是氣孔關閉，二氧化碳不能進入葉肉細胞間隙，導致暗反應減弱；而光反應產生的氧氣由于氣孔關閉不能釋放到細胞外，導致葉肉細胞內的氧氣濃度高，由題意知，O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應，產物經一系列變化后到線粒體中會產生CO2，"光合午休”時光合作用速率明顯減弱，但是測到CO2產生速率明顯增強。由于光呼吸是葉綠體產生的氧氣不釋放到細胞外，經過一系列變化進入線粒體中產生二氧化碳，因此光呼吸的場所是葉綠體和線粒體；暗呼吸的場所是細胞質基質和線粒體。

（3）Mg是葉綠素的組成元素之一，葉綠素存在于葉綠體的類囊體膜上，因此光合細胞的Mg主要存在于葉綠體的類囊體膜上；該實驗的目的是探究CCCP、缺鎂兩種因素對煙草光合作用的影響及其相互關系，實驗的自變量是加入的物質種類不同，實驗組為3組，一組在加入CCCP的完全培養液、一組缺Mg完全培養液、一組加入CCCP的缺Mg的培養液，還有一組空白對照（完全培養液）。