Question

【題目】德國(guó)景天可以生活在高溫、干旱的環(huán)境中，科研人員對(duì)其進(jìn)行了研究。

（1）植物適應(yīng)不同環(huán)境有不同代謝途徑，圖1為兩類常見(jiàn)的碳固定模式。

據(jù)圖分析，模式一和二都在多種酶的催化作用下，將_______轉(zhuǎn)變成糖類。除此以外，模式一和模式二的整個(gè)光合作用過(guò)程還有許多共同點(diǎn)，請(qǐng)列舉出其中的兩點(diǎn)：_______。

（2）為確定德國(guó)景天的碳固定模式，研究人員將德國(guó)景天分為甲、乙兩組，一次性澆足水后，甲組正常澆水，乙組停止?jié)菜�，每�?/span>10天，測(cè)定葉片的胞間CO2濃度和PEP羧化酶的活性，結(jié)果如圖2。

據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，德國(guó)景天的碳固定模式為________，請(qǐng)從下列證據(jù)中，選出所有支持判斷的證據(jù)_______。

①甲組的胞間CO2濃度較高，且無(wú)明顯變化

②乙組胞間CO2濃度明顯降低，且低于實(shí)驗(yàn)初期

③甲組的PEP羧化酶活性較低，且無(wú)明顯變化

④乙組PEP羧化酶活性明顯升高，且高于實(shí)驗(yàn)初期

（3）綜合上述研究，請(qǐng)對(duì)德國(guó)景天為何能適應(yīng)高溫、干旱作出解釋：_______。

Answer 1

【答案】CO2 都分解水產(chǎn)生氧氣；暗（碳）反應(yīng)都需要光反應(yīng)提供ATP和[H]；都在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行暗（碳）反應(yīng)；暗（碳）反應(yīng)都包括 CO2的固定和還原過(guò)程；都可將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存 模式一、模式二 ①③、②④ 夜間氣孔打開(kāi)，PEP羧化酶活性高，固定CO2形成蘋果酸，儲(chǔ)存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉、減少水分散失，但蘋果酸分解提供暗（碳）反應(yīng)所需的二氧化碳，不影響光合作用進(jìn)行

【解析】

題意模式一是正常的暗反應(yīng)過(guò)程，即包括二氧化碳的固定和C3的還原過(guò)程；模式二顯示應(yīng)對(duì)干旱、高溫環(huán)境條件下的二氧化碳固定模式，在晚上，氣孔張開(kāi)，吸收二氧化碳，二氧化碳以蘋果酸的形式儲(chǔ)存起來(lái)，到了白天，光反應(yīng)進(jìn)行，此時(shí)氣孔盡管呈關(guān)閉狀態(tài)，但在細(xì)胞內(nèi)，蘋果酸可以分解產(chǎn)生二氧化碳用于暗反應(yīng)的正常進(jìn)行，這樣彌補(bǔ)了氣孔關(guān)閉帶來(lái)的不利影響。

（1）不管哪種模式其本質(zhì)都是在多種酶的催化作用下，將CO2轉(zhuǎn)變成糖類。據(jù)圖可知，模式一和模式二的整個(gè)光合作用過(guò)程有許多共同點(diǎn)，如都分解水產(chǎn)生氧氣；暗（碳）反應(yīng)都需要光反應(yīng)提供ATP和[H]；都在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行暗（碳）反應(yīng)；暗（碳）反應(yīng)都包括 CO2的固定和還原過(guò)程；都可將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存等。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，甲組的胞間CO2濃度較高，且無(wú)明顯變化，并且甲組的PEP羧化酶活性較低，且無(wú)明顯變化，因此根據(jù)①③可知德國(guó)景天在正常澆水的情況下會(huì)通過(guò)模式一固定二氧化碳，對(duì)于乙組來(lái)講，隨著干旱程度的加深，胞間CO2濃度明顯降低，且低于實(shí)驗(yàn)初期，乙組PEP羧化酶活性明顯升高，且高于實(shí)驗(yàn)初期，因此根據(jù)②④可推測(cè)當(dāng)?shù)聡?guó)景天處于干旱環(huán)境中時(shí)，會(huì)通過(guò)模式二進(jìn)行二氧化碳的固定，綜合分析可知德國(guó)景天的碳固定模式為模式一、模式二，前者是在正常環(huán)境條件下的固定二氧化碳的模式，后者是在高溫、干旱條件下固定二氧化碳的模式，這樣生理特性能夠提高德國(guó)景天對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)能力。

（3）綜合上述研究發(fā)現(xiàn)，在白天高溫、干旱的情況下，德國(guó)景天氣孔關(guān)閉導(dǎo)致二氧化碳無(wú)法進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，但是在夜間已經(jīng)完成了二氧化碳的儲(chǔ)存，即夜間氣孔打開(kāi)，PEP羧化酶活性高，固定CO2形成蘋果酸，儲(chǔ)存在液泡中；到了白天，氣孔雖然關(guān)閉，但可以利用儲(chǔ)存的二氧化碳進(jìn)化光合作用，即蘋果酸分解提供暗（碳）反應(yīng)所需的二氧化碳，不影響光合作用進(jìn)行，同時(shí)白天氣孔關(guān)閉、也能減少水分散失，因此德國(guó)景天能順利度過(guò)干旱、高溫環(huán)境。