Question

【題目】玉米葉肉細(xì)胞中有一種酶，可通過一系列反應(yīng)將CO2“泵”入維管束鞘細(xì)胞，使維管束鞘細(xì)胞積累較高濃度的CO2，保證卡爾文循環(huán)順利進(jìn)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(jìn)行自然種植的大棚和人工一次性施加CO2后的大棚內(nèi)玉米光合速率變化曲線。回答下列相關(guān)問題：

（1）卡爾文循環(huán)離不開光照，理由是_______________。當(dāng)環(huán)境中光照增強(qiáng)，溫度過高時(shí)，玉米光合作用速率不會(huì)明顯下降甚至可能會(huì)提高，其原因是________________________。

（2）由圖2可知，15時(shí)以后限制玉米光合速率的主要環(huán)境因素是_______________。17時(shí)與15時(shí)相比，自然種植大棚內(nèi)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(guī)律可知：人工施加CO2的最佳時(shí)間是_______時(shí)左右，兩個(gè)大棚同時(shí)通風(fēng)的時(shí)間是______時(shí)左右。

（3）已知水稻沒有“CO2泵”這種機(jī)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(qǐng)從暗反應(yīng)中酶的角度分析可能的原因是__________________________________________________________。

Answer 1

【答案】有光才能進(jìn)行光反應(yīng)，從而為暗反應(yīng)提供ATP和[H] 玉米葉肉細(xì)胞內(nèi)有“CO2泵”，在氣孔因高溫關(guān)閉時(shí)，仍可以維持維管束鞘細(xì)胞內(nèi)較高濃度的CO2，且此時(shí)光照增強(qiáng)，有可能使NADPH和ATP生成增加 光照強(qiáng)度 降低 8 10 水稻暗反應(yīng)相關(guān)的酶活性比玉米的高（或水稻暗反應(yīng)相關(guān)的酶數(shù)量比玉米的多）

【解析】

分析圖1可以看出，玉米的葉肉細(xì)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(xì)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(nèi)玉米光合速率變化曲線，從8點(diǎn)～13點(diǎn)，人工一次性施加CO2的大棚內(nèi)玉米光合速率快于自然種植的大棚。

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

（2）由圖2可知，15時(shí)以后限制玉米光合速率的主要環(huán)境因素是光照強(qiáng)度，下午光照強(qiáng)度開始減弱。光照是光合作用的能量來源，17時(shí)與15時(shí)相比，光照強(qiáng)度降低，所以自然種植大棚內(nèi)玉米植株C5的合成速率降低。由圖2中兩條曲線的變化規(guī)律可知：人工施加CO2的最佳時(shí)間是8時(shí)左右，因?yàn)榇藭r(shí)人工一次性施加CO2后的大棚內(nèi)玉米吸收CO2的速率迅速增大。兩個(gè)大棚同時(shí)通風(fēng)的時(shí)間是10時(shí)左右，因?yàn)榇藭r(shí)自然種植的大棚內(nèi)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(guān)。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(jī)制，但光合速率可以逐漸上升，原因可能是水稻暗反應(yīng)相關(guān)的酶活性比玉米的高（或水稻暗反應(yīng)相關(guān)的酶數(shù)量比玉米的多）。