Question

【題目】突變體水稻葉綠素含量僅為野生型水稻的51%，但在飽和光照條件下，無論低氮（0N）、中氮（120N）、高氮（240N）處理，其光合速率均比野生型水稻高。為了探究其生理學(xué)機(jī)制，科研人員在大田實驗中，對不同氮肥水平下，突變體水稻與野生型水稻的葉片Rubisco酶（暗反應(yīng)中的關(guān)鍵酶，催化CO2的固定）含量進(jìn)行了測定。圖1為中氮水平條件下，不同光照強(qiáng)度對突變體和野生型水稻光合速率的影響。圖2為不同氮處理下突變體和野生型水稻Rubisco酶含量測定結(jié)果�；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題：

（1）葉綠素的合成需要N、Mg等元素，通過其吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，促進(jìn)了葉綠體類囊體薄膜上_____________________的合成，用于暗反應(yīng)。合成葉綠素和Rubisco酶都需要消耗氮素，上述實驗結(jié)果表明：與野生型水稻相比，突變體水稻更傾向于將氮素用于合成______________。

（2）與高光照強(qiáng)度條件下相比，低光照強(qiáng)度下（小于600單位）野生型水稻的光合速率略高于突變體，據(jù)題分析，其原因可能是__________________________。

（3）在現(xiàn)有大氣CO2濃度下，飽和光照強(qiáng)度下的光合速率不再受光能限制，主要受Rubisco酶催化效率影響，推測突變體水稻在240N條件下最大光合速率較120N時__________（高，不變，低）。

（4）飽和光照強(qiáng)度下水稻的光能利用效率只有1．9%，根據(jù)上述信息，提出一種有利于氮素在光合系統(tǒng)內(nèi)合理重新分配、以提高光合速率的措施（或思路）：___________________。

Answer 1

【答案】ATP和[H] Rubisco酶 高光照強(qiáng)度條件下的限制性因素是Rubisco酶的數(shù)量，而低光照強(qiáng)度條件下，限制性因素是光照強(qiáng)度，野生型因葉綠素含量較高，光合速率較高 高 適當(dāng)降低水稻葉片中葉綠素的含量

【解析】

據(jù)圖該實驗的目的是探究中氮水平條件下，光照強(qiáng)度對野生型和突變型水稻光合速率的影響及施氮量不同對野生型和突變型水稻Rubisco酶含量的影響。圖1中兩種水稻的光合速率都隨光照強(qiáng)度的增加而增加，但突變型在光照強(qiáng)度較高時增加更明顯。圖2中，隨著氮肥量增加，兩種水稻的Rubisco酶含量都提高，但突變體的Rubisco酶含量提高較多。據(jù)此分析作答。

（1）葉綠素的合成需要N、Mg等元素，通過其吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，促進(jìn)了葉綠體類囊體薄膜上光反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而促進(jìn)了ATP和[H]的合成，用于暗反應(yīng)C3的還原。據(jù)圖2分析，突變體的Rubisco酶含量高，同時突變體葉綠素含量低但產(chǎn)量與野生型差別不大，說明突變體更傾向于將氮素用于Rubisco酶的合成，而不是葉綠素的合成。

（2）高光照強(qiáng)度條件下的限制性因素是Rubisco酶的數(shù)量，而低光照強(qiáng)度條件下，限制性因素是光照強(qiáng)度，野生型因葉綠素含量較高，在低光強(qiáng)下高葉綠素含量有利于葉片對光的吸收，所以較低光強(qiáng)下野生型的光合速率略高于突變體。

（3）突變體水稻在240N條件下的Rubisco酶含量大于最大120N時，而在現(xiàn)有大氣CO2濃度下，飽和光照強(qiáng)度下的光合速率不再受光能限制，主要受Rubisco酶催化效率影響，所以突變體水稻在240N條件下最大光合速率較120N時高。

（4）氮素既可以用于合成葉綠素也可用于合成Rubisco酶，在飽和光照強(qiáng)度下，光合速率的限制因素主要是Rubisco酶的含量，所以在飽和光照強(qiáng)度下，適當(dāng)降低水稻葉片中葉綠素的含量，可提高氮素合成Rubisco酶的含量，從而提高水稻的光能利用效率。