Question

【题目】玉米叶肉细胞中有一种酶，通过系列反应将CO2“泵”入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证卡尔文循环顺利进行，这种酶被形象地称为“CO2泵”。如图1表示玉米CO2同化途径，图2表示进行自然种植的大棚和人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率变化曲线。请回答下列相关问题：

(1)白天时，玉米植株消耗 NADPH的场所为______________________。与水稻(已知水稻没有“CO2泵”的这种机制)相比，当环境中光照增强，温度过高时，玉米光合作用速率不会明显下降甚至会提高，其原因是_______________________________________________________。

(2)与水稻(已知水稻没有“CO2泵”的这种机制)相比，随着胞间CO2浓度的升高，玉米的光合速率不再变化而水稻的光合速率可以逐渐上升。请从暗反应酶的角度分析可能的原因：______________________。

(3)由图2可知，15时以后限制玉米光合速率的主要因素是___________，17时与15时相比，自然种植大棚内玉米植株C5的合成速率_________。由图2中两条曲线的变化规律可知：人工施加CO2的最佳时间是_________时左右，两个大棚同时通风的时间宜在________时左右。

Answer 1

【答案】玉米叶肉维管束鞘细胞内叶绿体基质 细胞内有“CO2泵"，在气孔因高温关闭时，仍可以维持维管束鞘细胞内较高浓度的CO2，此时光照强度增强，促使光合作用加强 水稻暗反应相关的酶活性比玉米的高(或水稻暗反应相关的酶数量比玉米的多) 光照强度 降低 8 10

【解析】

据图1可知，玉米的叶肉细胞可以在较低浓度CO2条件下，通过“CO2泵”将外界较低浓度的CO2“泵”入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，然后在维管束鞘细胞中利用。图2表示进行自然种植的大棚和人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率变化曲线，从8点～12点，人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率高于自然种植的大棚。

（1）光合作用产生的NADPH供暗反应利用，据图1可知暗反应发生在维管束鞘细胞中，因此玉米植株消耗NADPH的场所为维管束鞘细胞内叶绿体基质。已知水稻没有“CO2泵”的这种机制，当环境中光照增强，温度过高时，水稻叶肉细胞气孔开度降低，CO2进入叶肉细胞受阻，导致光合作用速率明显下降，但玉米细胞内有“CO2泵”，在气孔因高温开度降低时，玉米细胞可通过“CO2泵”将较低浓度的CO2“泵”入维管束鞘细胞，仍可以维持维管束鞘细胞内较高浓度的CO2，因此光照增强，温度过高时，玉米光合作用速率不会明显下降甚至会提高。

（2）水稻没有“CO2泵”的这种机制，随着胞间CO2浓度的升高，玉米的光合速率不再变化而水稻的光合速率可以逐渐上升，可能是水稻暗反应相关的酶活性比玉米的高，或水稻暗反应相关的酶数量比玉米的多。

（3）白天15时以后光照减弱，光合速率下降，故15时以后限制玉米光合速率的主要因素是光照强度；17时与15时相比，自然种植大棚内玉米植株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。由图2中两条曲线的变化规律可知：从8点～12点，人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率高于自然种植的大棚，因此人工施加CO2的最佳时间是8时左右；图2显示在10点后人工施加CO2的大棚内玉米CO2吸收速率下降，而自然种植大棚内10点后玉米光合速率增大，说明自然种植大棚内玉米在低浓度CO2条件下利用“CO2泵”将较低浓度的CO2“泵”入维管束鞘细胞，因此10点时两个大棚内的CO2浓度都较低，故两个大棚同时通风的时间宜在10时左右。