Question

【题目】小球藻是一种单细胞的绿藻，它是生物实验室中一种重要的实验植物。美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，发现了有关植物光合作用的“卡尔文循环”，卡尔文因此获得了 1961 年诺贝尔化学奖。如图为卡尔文循环反应示意图。回答下列问题：

（1）卡尔文循环的反应场所为____________________________。由图可知，卡尔文循环可分为三个阶段：CO2 的摄取期（羧化阶段）、碳还原期和 RuBP 再生期，结合所学的知识分析，其中属于暗反应中 CO2 的固定阶段的是图中的 CO2 的摄取期，这一步反应的意义是把原本并不活泼的____________分子活化；属于暗反应中 C3 的还原阶段的是图中的__________________，该阶段所需的 ATP 和 NADPH 来自____________________________，6 分子 CO2 经过一次循环后最终可得到______________分子葡萄糖。

（2）实验人员用小球藻、绿色植物作实验材料，以甲、乙装置来研究光合作用速率（以 CO2 吸收速率表示）与 NaHCO3 溶液浓度之间的关系，实验结果如图丙、丁所示。回答下列问题：

①丙图为甲装置中小球藻的 CO2 吸收速率曲线，c 点以后 CO2 吸收速率下降的最可能原因是________________________。

②丁图为乙装置中绿色植物的 CO2 吸收速率曲线，B点以后限制 CO2 吸收速率的主要外界因素是______________。若乙装置中的 NaHCO3 溶液的量一定，则随着测试时 间 的 延 长 ， 绿色植物的光合速率逐渐下降，原 因 是 密 闭 的 钟 罩 中______________________，此时，叶绿体中的_____（填“C3”或“C5”）含量下降。

Answer 1

【答案】叶绿体基质 二氧化碳 碳还原期和RuBP再生期 光反应 1 NaHCO3溶液浓度升高会导致小球藻失水，影响其代谢水平，从而影响光合作用速率 温度、光照强度等 CO 2浓度逐渐降低 C3

【解析】

卡尔文循环是光合作用中碳反应的一部分，反应场所为叶绿体内的基质。循环可分为三个阶段：羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物会将吸收到的一分子二氧化碳通过一种叫1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一个五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上，此过程称为二氧化碳的固定，这一步反应的意义是，把原本并不活泼的二氧化碳分子活化，使之随后能被还原，但这种六碳化合物极不稳定，会立刻分解为两分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。后者在光反应中生成的NADPH+H还原，此过程需要消耗ATP，产物是3-磷酸丙糖。后来经过一系列复杂的生化反应，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环。剩下的五个碳原子经一系列变化，最后再生成一个1，5-二磷酸核酮糖，循环重新开始，循环运行六次，生成一分子的葡萄糖。

（1）卡尔文循环研究的是CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，因此属于光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体基质。分析题图可知，CO2的固定阶段对应的是图中的CO2的摄取期，这一步反应的意义是把原本并不活泼的CO2分子活化；属于暗反应中C3的还原阶段的是图中的碳还原期和RuBP再生期，该阶段所需的ATP和NADPH来自光反应，6分子CO2经过一次循环后最终可得到1分子葡萄糖。

（2）①c点以后随NaHCO3溶液浓度升高，光合作用吸收的CO2速率反而下降，最可能的原因是高浓度的NaHCO3溶液会导致小球藻失水，影响其代谢水平，从而影响光合作用速率。

②B点的确切含义是植物光合作用速率达到最大时的最小CO2浓度，这一点以后，影响因素还有其他因素，如温度、光照强度等。若乙装置中的NaHCO3溶液的量一定，随着测试时间的延长，绿色植物光合速率逐渐下降，原因是密闭的钟罩中CO2浓度逐渐降低，此时由于C3的生成量减少，而光照强度不变，即C3的消耗量不变，故叶绿体中C3的含量下降。