Question

【題目】玉米葉肉細胞中有一種酶，通過系列反應將CO2“泵”入維管束鞘細胞，使維管束鞘細胞積累較高濃度的CO2，保證卡爾文循環順利進行，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表示進行自然種植的大棚和人工一次性施加CO2的大棚內玉米光合速率變化曲線。請回答下列相關問題：

(1)白天時，玉米植株消耗 NADPH的場所為______________________。與水稻(已知水稻沒有“CO2泵”的這種機制)相比，當環境中光照增強，溫度過高時，玉米光合作用速率不會明顯下降甚至會提高，其原因是_______________________________________________________。

(2)與水稻(已知水稻沒有“CO2泵”的這種機制)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。請從暗反應酶的角度分析可能的原因：______________________。

(3)由圖2可知，15時以后限制玉米光合速率的主要因素是___________，17時與15時相比，自然種植大棚內玉米植株C5的合成速率_________。由圖2中兩條曲線的變化規律可知：人工施加CO2的最佳時間是_________時左右，兩個大棚同時通風的時間宜在________時左右。

Answer 1

【答案】玉米葉肉維管束鞘細胞內葉綠體基質 細胞內有“CO2泵"，在氣孔因高溫關閉時，仍可以維持維管束鞘細胞內較高濃度的CO2，此時光照強度增強，促使光合作用加強 水稻暗反應相關的酶活性比玉米的高(或水稻暗反應相關的酶數量比玉米的多) 光照強度 降低 8 10

【解析】

據圖1可知，玉米的葉肉細胞可以在較低濃度CO2條件下，通過“CO2泵”將外界較低濃度的CO2“泵”入維管束鞘細胞，使維管束鞘細胞積累較高濃度的CO2，然后在維管束鞘細胞中利用。圖2表示進行自然種植的大棚和人工一次性施加CO2的大棚內玉米光合速率變化曲線，從8點～12點，人工一次性施加CO2的大棚內玉米光合速率高于自然種植的大棚。

（1）光合作用產生的NADPH供暗反應利用，據圖1可知暗反應發生在維管束鞘細胞中，因此玉米植株消耗NADPH的場所為維管束鞘細胞內葉綠體基質。已知水稻沒有“CO2泵”的這種機制，當環境中光照增強，溫度過高時，水稻葉肉細胞氣孔開度降低，CO2進入葉肉細胞受阻，導致光合作用速率明顯下降，但玉米細胞內有“CO2泵”，在氣孔因高溫開度降低時，玉米細胞可通過“CO2泵”將較低濃度的CO2“泵”入維管束鞘細胞，仍可以維持維管束鞘細胞內較高濃度的CO2，因此光照增強，溫度過高時，玉米光合作用速率不會明顯下降甚至會提高。

（2）水稻沒有“CO2泵”的這種機制，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，可能是水稻暗反應相關的酶活性比玉米的高，或水稻暗反應相關的酶數量比玉米的多。

（3）白天15時以后光照減弱，光合速率下降，故15時以后限制玉米光合速率的主要因素是光照強度；17時與15時相比，自然種植大棚內玉米植株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律可知：從8點～12點，人工一次性施加CO2的大棚內玉米光合速率高于自然種植的大棚，因此人工施加CO2的最佳時間是8時左右；圖2顯示在10點后人工施加CO2的大棚內玉米CO2吸收速率下降，而自然種植大棚內10點后玉米光合速率增大，說明自然種植大棚內玉米在低濃度CO2條件下利用“CO2泵”將較低濃度的CO2“泵”入維管束鞘細胞，因此10點時兩個大棚內的CO2濃度都較低，故兩個大棚同時通風的時間宜在10時左右。