Question

【題目】玉米葉肉細(xì)胞中有一種酶，通過系列反應(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”。如圖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的大棚內(nèi)玉米光合速率變化曲線。請(qǐng)回答下列相關(guān)問題：

(1)白天時(shí)，玉米植株消耗 NADPH的場(chǎng)所為______________________。與水稻(已知水稻沒有“CO2泵”的這種機(jī)制)相比，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?xí)�提高，其原因�?/span>_______________________________________________________。

(2)與水稻(已知水稻沒有“CO2泵”的這種機(jī)制)相比，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)酶的角度分析可能的原因：______________________。

(3)由圖2可知，15時(shí)以后限制玉米光合速率的主要因素是___________，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_________。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)間宜在________時(shí)左右。

Answer 1

【答案】玉米葉肉維管束鞘細(xì)胞內(nèi)葉綠體基質(zhì) 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，此時(shí)光照強(qiáng)度增強(qiáng)，促使光合作用加強(qiáng) 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) 光照強(qiáng)度 降低 8 10

【解析】

據(jù)圖1可知，玉米的葉肉細(xì)胞可以在較低濃度CO2條件下，通過“CO2泵”將外界較低濃度的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，然后在維管束鞘細(xì)胞中利用。圖2表示進(jìn)行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)～12點(diǎn)，人工一次性施加CO2的大棚內(nèi)玉米光合速率高于自然種植的大棚。

（1）光合作用產(chǎn)生的NADPH供暗反應(yīng)利用，據(jù)圖1可知暗反應(yīng)發(fā)生在維管束鞘細(xì)胞中，因此玉米植株消耗NADPH的場(chǎng)所為維管束鞘細(xì)胞內(nèi)葉綠體基質(zhì)。已知水稻沒有“CO2泵”的這種機(jī)制，當(dāng)環(huán)境中光照增強(qiáng)，溫度過高時(shí)，水稻葉肉細(xì)胞氣孔開度降低，CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞受阻，導(dǎo)致光合作用速率明顯下降，但玉米細(xì)胞內(nèi)有“CO2泵”，在氣孔因高溫開度降低時(shí)，玉米細(xì)胞可通過“CO2泵”將較低濃度的CO2“泵”入維管束鞘細(xì)胞，仍可以維持維管束鞘細(xì)胞內(nèi)較高濃度的CO2，因此光照增強(qiáng)，溫度過高時(shí)，玉米光合作用速率不會(huì)明顯下降甚至?xí)�提�?/span>。

（2）水稻沒有“CO2泵”的這種機(jī)制，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，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。

（3）白天15時(shí)以后光照減弱，光合速率下降，故15時(shí)以后限制玉米光合速率的主要因素是光照強(qiáng)度；17時(shí)與15時(shí)相比，自然種植大棚內(nèi)玉米植株CO2吸收速率降低，生成C3的速率也降低，因此C5的合成速率下降。由圖2中兩條曲線的變化規(guī)律可知：從8點(diǎn)～12點(diǎn)，人工一次性施加CO2的大棚內(nèi)玉米光合速率高于自然種植的大棚，因此人工施加CO2的最佳時(shí)間是8時(shí)左右；圖2顯示在10點(diǎn)后人工施加CO2的大棚內(nèi)玉米CO2吸收速率下降，而自然種植大棚內(nèi)10點(diǎn)后玉米光合速率增大，說明自然種植大棚內(nèi)玉米在低濃度CO2條件下利用“CO2泵”將較低濃度的CO2“泵”入維管束鞘細(xì)胞，因此10點(diǎn)時(shí)兩個(gè)大棚內(nèi)的CO2濃度都較低，故兩個(gè)大棚同時(shí)通風(fēng)的時(shí)間宜在10時(shí)左右。