Question

【題目】人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類，相關(guān)裝置及過程如下圖所示，其中甲、乙表示物質(zhì)，模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。

（1）該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是________________，模塊3中的甲可與CO2結(jié)合，甲為________________。

（2）若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則短時(shí)間內(nèi)乙的含量將________________ （填：增加或減少）。若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長，模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變，原因是________________。

（3）在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量________________ （填：高于、低于或等于）植物，原因是________________。

（4）干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________。人工光合作用系統(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。

Answer 1

【答案】模塊1和模塊2 五碳化合物（或：C5） 減少 模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足 高于 人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類(或：植物呼吸作用消耗糖類) 葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少

【解析】

1、光合作用中光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較：

比較項(xiàng)目	光反應(yīng)	暗反應(yīng)
場所	類囊體薄膜	葉綠體基質(zhì)
條件	色素、光、酶、水、ADP、Pi	多種酶、CO2、ATP、[H]
反應(yīng)產(chǎn)物	[H]、O2、ATP	有機(jī)物、ADP、Pi、NADP+、水
物質(zhì)變化	水的光解：2H2O4[H]+O2 ATP的生成：ADP+Pi+光能ATP	CO2的固定：CO2+C52C3 C3的還原：2C3（CH2O）+C5
能量變化	光能→電能→ATP中活躍的化學(xué)能	ATP中活躍的化學(xué)能→糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能
實(shí)質(zhì)	光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，水光解產(chǎn)生O2和[H]	同化CO2形成（CH2O）
聯(lián)系	①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供[H]和ATP； ②暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+； ③光反應(yīng)與暗反應(yīng)相互偶聯(lián)，離開了彼此均會(huì)受阻，即無光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行。若無暗反應(yīng)，有機(jī)物無法合成，同樣光反應(yīng)也會(huì)停止。

2、分析題圖，模塊1將光能轉(zhuǎn)化為電能，模塊2將電能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能，模塊3將活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類（穩(wěn)定的化學(xué)能），結(jié)合光合作用的過程可知，模塊1和模塊2相當(dāng)于光反應(yīng)階段，模塊3相當(dāng)于暗反應(yīng)階段。在模塊3中，CO2和甲反應(yīng)生成乙的過程相當(dāng)于暗反應(yīng)中CO2的固定，因此甲為C5，乙為C3。

（1）葉綠體中光反應(yīng)階段是將光能轉(zhuǎn)化成電能，再轉(zhuǎn)化成ATP中活躍的化學(xué)能，題圖中模塊1將光能轉(zhuǎn)化為電能，模塊2將電能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能，兩個(gè)模塊加起來相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)的功能。在模塊3中，CO2和甲反應(yīng)生成乙的過程相當(dāng)于暗反應(yīng)中CO2的固定，因此甲為五碳化合物（或C5）。

（2）據(jù)分析可知乙為C3，氣泵突然停轉(zhuǎn)，大氣中CO2無法進(jìn)入模塊3，相當(dāng)于暗反應(yīng)中CO2濃度降低，短時(shí)間內(nèi)CO2濃度降低，C3的合成減少，而C3仍在正常還原，因此C3的量會(huì)減少。若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長，模塊3中CO2的量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致暗反應(yīng)的產(chǎn)物ADP、Pi和NADP+不足，無法正常供給光反應(yīng)的需要，因此模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變。

（3）糖類的積累量=產(chǎn)生量-消耗量，在植物中光合作用產(chǎn)生糖類，呼吸作用消耗糖類，而在人工光合作用系統(tǒng)中沒有呼吸作用進(jìn)行消耗，因此在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量要高于植物。

（4）在干旱條件下，植物為了保住水分會(huì)將葉片氣孔開放程度降低，導(dǎo)致二氧化碳的吸收量減少，因此光合作用速率降低。