Question

【題目】丹參( Salvia miltiorrhiza Bunge)為中國重要的傳統(tǒng)中草藥之一，其藥用成分主要為次生代謝物。植物次生代謝物主要在逆境下大量產(chǎn)生，而干旱是重要的環(huán)境脅迫因子之一，對植物的生長和產(chǎn)量都有巨大的影響。下圖是丹參葉肉細(xì)胞中光合作用的過程，圖中字母代表相應(yīng)物質(zhì)，請回答下列問題：

（1）丹參葉肉細(xì)胞中捕獲光能的物質(zhì)是________，光照等條件適宜時(shí)，A物質(zhì)的去路是___________________________。

（2）夏季的早晨，在忽然增強(qiáng)光照的情況下檢測到圖中A物質(zhì)的產(chǎn)生量忽然增多，但不久又恢復(fù)到正常水平，使A物質(zhì)無法維持在一個(gè)較高水平的最可能的外界因素是_____________________，在同一過程中C3的變化情況是______________________。

（3）研究顯示，干旱脅迫下丹參葉片凈光合速率和胞間CO2濃度均呈現(xiàn)下降趨勢，這種相關(guān)性說明丹參光合速率降低的可能原因是__________________________________。澆水可解除干旱脅迫，請用文字和箭頭的形式說明給丹參澆灌H218O形成C6H1218O6的過程中，氧原子的轉(zhuǎn)移途徑：_____________________________________。

（4）科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，植物在光照條件下，進(jìn)行光合作用的同時(shí)會發(fā)生“光呼吸”作用，它是所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞均會發(fā)生的一個(gè)生化過程，即在光照下葉肉細(xì)胞的葉綠體能夠吸收O2，釋放CO2。若對植物進(jìn)行光照，突然停止，短時(shí)間內(nèi)（約1分鐘）CO2釋放量會處于一個(gè)較高水平。請結(jié)合題干信息，簡要寫出驗(yàn)證丹參植株存在“光呼吸”現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。__________________________。

Answer 1

【答案】光合色素 同一細(xì)胞的線粒體利用、釋放到細(xì)胞外 環(huán)境中CO2供應(yīng)量未能同步增加 先忽然減少，不久又恢復(fù)到正常水平 氣孔導(dǎo)度下降（氣孔關(guān)閉） H218O→C18O2→C6H1218O6 先將丹參植株完全黑暗處理一段時(shí)間，測定其細(xì)胞呼吸的CO2釋放速率，再將丹參置于光下一段時(shí)間，然后對其進(jìn)行遮光（完全黑暗）處理，遮光后每隔10秒測定一次CO2釋放速率，直到CO2釋放速率不變。若遮光后短時(shí)間內(nèi)測定的CO2釋放速率高于細(xì)胞呼吸CO2的釋放速率，則丹參植株存在光呼吸現(xiàn)象

【解析】

光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，光反應(yīng)階段包括水的光解和ATP的合成，暗反應(yīng)包括CO2的固定和C3的還原；A是氧氣，B是[H]，C是ATP，D是ADP和Pi，E是CO2，F是C5。

（1）葉肉細(xì)胞中的光合色素可以吸收（捕獲）光能，光照適宜時(shí)，光合作用大于呼吸作用，則氧氣的產(chǎn)生量大于消耗量，去向有被同一細(xì)胞的線粒體利用和釋放到細(xì)胞外。

（2）光照增強(qiáng)，光反應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致氧氣濃度增加，但暗反應(yīng)沒有增加，所以氧氣濃度又恢復(fù)到正常水平，限制暗反應(yīng)速率的因素主要是環(huán)境中CO2供應(yīng)量未能同步增加，光照增強(qiáng)，[H]和ATP增加，C3的消耗量增加，短時(shí)間內(nèi)CO2的固定量不變，所以C3含量降低，隨后光合作用速率恢復(fù)正常，所以C3含量又恢復(fù)到正常水平。

（3）干旱條件下，由于缺少水分，植物葉肉細(xì)胞氣孔導(dǎo)度下降，吸收的CO2降低，造成凈光合速率和胞間CO2濃度均下降。水既是光合作用的原料也是呼吸作用的原料，水參與呼吸作用第二階段的反應(yīng)生成CO2，CO2參與光合作用生成有機(jī)物，所以去路是H218O→C18O2→C6H1218O6。

（4）根據(jù)光呼吸的過程能夠吸收O2，釋放CO2，同時(shí)光照，突然停止，短時(shí)間內(nèi)（約1分鐘）CO2釋放量會處于一個(gè)較高水平，所以可以比較沒有光呼吸和有光呼吸時(shí)CO2的含量；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：先將丹參植株完全黑暗處理一段時(shí)間，測定其細(xì)胞呼吸的CO2釋放速率，再將丹參置于光下一段時(shí)間，然后對其進(jìn)行遮光（完全黑暗）處理，遮光后每隔10秒測定一次CO2釋放速率，直到CO2釋放速率不變。若遮光后短時(shí)間內(nèi)測定的CO2釋放速率高于細(xì)胞呼吸CO2的釋放速率，則丹參植株存在光呼吸現(xiàn)象。