Question

【題目】科學(xué)家對(duì)光合作用的研究經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索過(guò)程，英國(guó)生物學(xué)家羅伯特·希爾做出了重要貢獻(xiàn)。他從細(xì)胞中分離出葉綠體，在適宜條件下照光后發(fā)現(xiàn)，即使不提供CO2，葉綠體也可以釋放O2，這一過(guò)程被稱為希爾反應(yīng)。

（1）①希爾反應(yīng)證明了光合作用釋放的O2來(lái)自于______（物質(zhì)），后來(lái)美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門利用_________法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了該結(jié)論。

②希爾反應(yīng)證明光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，暗反應(yīng)在黑暗條件下可以進(jìn)行，但需要光反應(yīng)提供__________。

（2）很多肉質(zhì)植物如仙人掌以氣孔白天關(guān)閉、夜間開(kāi)放的特殊方式適應(yīng)高溫干旱環(huán)境。下圖為仙人掌葉肉細(xì)胞內(nèi)部分生理過(guò)程示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答：

RuBP：核酮糖二磷酸 PGA：3-磷酸甘油酸 PEP：磷酸烯醇式丙酮酸

OAA：草酰乙酸 酶1：RuBP羧化酶 酶2：PEP羧化酶

①仙人掌葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用時(shí)，酶1和酶2固定CO2的場(chǎng)所分別是_____和______。

②夜間，仙人掌細(xì)胞液的pH通常會(huì)下降，請(qǐng)說(shuō)明原因：__________________________。

③若光照條件從適宜到突然減弱，仙人掌葉綠體中PGA/RuBP的值在短期內(nèi)會(huì)_____（填“上升”“下降”或“基本不變”）。

Answer 1

【答案】水（H20） 同位素標(biāo)記 ATP和[H] 葉綠體基質(zhì) 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 夜間氣孔開(kāi)放，葉肉細(xì)胞可以從外界吸收CO2，酶2可以將CO2轉(zhuǎn)化為蘋果酸，再運(yùn)輸至液泡，使細(xì)胞液pH降低 上升

【解析】

根據(jù)題干信息分析，希爾反應(yīng)實(shí)際上是光合作用的光反應(yīng)，在沒(méi)有二氧化碳的參與下，水的光解產(chǎn)生了[H]和氧氣。據(jù)圖分析，夜晚植物氣孔開(kāi)放，二氧化碳與PEP在酶2的作用下發(fā)生二氧化碳的固定生成OAA，進(jìn)而生成蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中；白天液泡中的蘋果酸進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，一方面釋放二氧化碳，另一方面產(chǎn)生A（丙酮酸）進(jìn)入線粒體參與有氧呼吸并釋放二氧化碳；前面兩種來(lái)源的二氧化碳都進(jìn)入葉綠體基質(zhì)，在酶1的作用下與RuPB結(jié)合生成PGA，再還原生成有機(jī)物（CH2O）。

（1）①希爾反應(yīng)認(rèn)為沒(méi)有二氧化碳的情況下，葉綠體也能夠產(chǎn)生氧氣，證明了光合作用釋放的O2來(lái)自于水；后來(lái)美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法分別標(biāo)記了二氧化碳和水，也證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。

②希爾反應(yīng)證明光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，暗反應(yīng)在黑暗條件下可以進(jìn)行，但需要光反應(yīng)提供ATP和[H]。

（2）①據(jù)圖分析可知，酶1和酶2都可以催化二氧化碳的固定，發(fā)生的場(chǎng)所分別是葉綠體基質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。

②夜間仙人掌氣孔開(kāi)放，葉肉細(xì)胞可以從外界吸收CO2，酶2可以將CO2轉(zhuǎn)化為蘋果酸，再運(yùn)輸至液泡，進(jìn)而使細(xì)胞液pH降低。

③若光照條件從適宜到突然減弱，則光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP不足，導(dǎo)致PGA還原受阻，因此仙人掌葉綠體中PGA/RuBP的值在短期內(nèi)會(huì)上升。