Question

【題目】甘蔗是我國(guó)南方熱帶地區(qū)廣泛種植的植物。比較甘蔗和小麥的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，小麥的維管束鞘細(xì)胞幾乎不含葉綠體，光合作用的全過(guò)程在葉肉細(xì)胞的葉綠體中完成。而甘蔗的維管束鞘細(xì)胞和葉肉細(xì)胞緊密排列，葉肉細(xì)胞的葉綠體中含發(fā)達(dá)基粒，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中無(wú)基�；蚧�粒發(fā)育不良。甘蔗細(xì)胞暗反應(yīng)中碳同化的過(guò)程先后發(fā)生在葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中（如下圖所示），其中催化葉肉細(xì)胞葉綠體中碳同化過(guò)程的PEP羧化酶對(duì)CO2具有很高的親和力，使葉肉細(xì)胞能有效地固定和濃縮較低濃度的CO2；而發(fā)生在維管束鞘細(xì)胞葉綠體中的碳同化過(guò)程（又稱(chēng)卡爾文循環(huán)）只有在CO2濃度較高時(shí)才能在RuBP羧化酶催化下固定CO2。

（1）圖中，碳同化過(guò)程中CO2的受體是______；光反應(yīng)主要發(fā)生在______（填“葉肉細(xì)胞”“維管束鞘細(xì)胞”或“葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞”）的葉綠體中，它能夠?yàn)榭�爾文循環(huán)中C3還原提供______。

（2）將甘蔗置于適宜光照下一段時(shí)間后，取一片正常葉片，脫色處理后滴加碘液，做葉片的橫切面裝片，放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)葉肉細(xì)胞不變藍(lán)而維管束鞘細(xì)胞變藍(lán)，原因是______。

（3）通常情況下，植物在干旱、強(qiáng)光、高溫條件下，為了防止水分過(guò)度蒸發(fā)，葉片上的氣孔常常關(guān)閉，導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)的CO2含量減少，有機(jī)物的合成量隨之下降，但甘蔗有機(jī)物的合成量受上述條件的影響不大，原因是______。

（4）1963年，Jagendorf等科學(xué)家通過(guò)酸堿磷酸化實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光反應(yīng)過(guò)程中ATP的產(chǎn)生機(jī)理。現(xiàn)有某研究小組利用甘蔗葉肉細(xì)胞離體的葉綠體作實(shí)驗(yàn)材料模擬了酸堿磷酸化實(shí)驗(yàn)：在黑暗條件下，將離體的葉肉細(xì)胞葉綠體放在pH為4的弱酸性溶液中，使類(lèi)囊體膜腔內(nèi)的pH下降至4，然后將葉綠體轉(zhuǎn)移到pH為8的溶液中，并均分為兩組：一組立即加入ADP和Pi，結(jié)果檢測(cè)到有ATP生成：另一組待類(lèi)囊體膜腔內(nèi)外pH平衡后再加入ADP和Pi，結(jié)果檢測(cè)不到有ATP生成。據(jù)此推測(cè)影響光反應(yīng)過(guò)程中ATP產(chǎn)生的關(guān)鍵因素是______；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在黑暗條件下進(jìn)行操作的目的是______。研究小組采用小麥葉肉細(xì)胞離體的葉綠體作實(shí)驗(yàn)材料重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果兩組實(shí)驗(yàn)均檢測(cè)不到有ATP生成，原因是______。

Answer 1

【答案】C3和C5 （或PEP和RuBP） 葉肉細(xì)胞 NADPH（或[H]）和ATP 葉肉細(xì)胞中不能進(jìn)行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉，而維管束鞘細(xì)胞中能進(jìn)行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉 甘蔗葉肉細(xì)胞中催化碳同化過(guò)程的PEP羧化酶對(duì)CO2具有很高的親和力，使葉肉細(xì)胞能有效地固定和濃縮較低濃度的CO2產(chǎn)生C4，C4進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中分解產(chǎn)生CO2，用于卡爾文循環(huán)合成有機(jī)物 類(lèi)囊體膜腔內(nèi)外H+的濃度（電化學(xué)勢(shì)）差驅(qū)動(dòng)了ATP的生成 排除光對(duì)ATP生成的影響 小麥基粒中產(chǎn)生的ATP在葉綠體基質(zhì)中被消耗

【解析】

分析圖中C4植物進(jìn)行光含作用的過(guò)程，在葉肉細(xì)胞中PEP將CO2固定生成C4，而后轉(zhuǎn)變?yōu)樘O(píng)果酸，蘋(píng)果酸進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞，釋放出CO2，參與卡爾文循環(huán)并生成有機(jī)物。

（1）圖中，葉肉細(xì)胞的葉綠體中與二氧化碳結(jié)合的是C3化合物，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中與二氧化碳結(jié)合的是C5化合物，所以碳同化過(guò)程中CO2的受體是C3和C5；葉肉細(xì)胞的葉綠體中含發(fā)達(dá)基粒，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中無(wú)基粒或基粒發(fā)育不良，所以光反應(yīng)主要發(fā)生在葉肉細(xì)胞的葉綠體中，它能夠?yàn)榭�爾文循環(huán)中C3還原提供NADPH（或[H]）和ATP。
（2）淀粉遇碘液變藍(lán)，由于葉肉細(xì)胞中不能進(jìn)行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉，而維管束鞘細(xì)胞中能進(jìn)行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉，所以將甘蔗置于適宜光照下一段時(shí)間后，取一片正常葉片，脫色處理后滴加碘液，做葉片的橫切面裝片，放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)葉肉細(xì)胞不變藍(lán)而維管束鞘細(xì)胞變藍(lán)。
（3）由于甘蔗葉肉細(xì)胞中催化碳同化過(guò)程的PEP羧化酶對(duì)CO2具有很高的親和力，使葉肉細(xì)胞能有效地固定和濃縮較低濃度的CO2產(chǎn)生C4，C4進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中分解產(chǎn)生CO2，用于卡爾文循環(huán)合成有機(jī)物，所以通常情況下，甘蔗在干旱、強(qiáng)光、高溫條件下，氣孔關(guān)閉，對(duì)甘蔗有機(jī)物的合成量影響不大。
（4）在黑暗條件下，將離體的葉肉細(xì)胞葉綠體放在pH為4的弱酸性溶液中，使類(lèi)囊體膜腔內(nèi)的pH下降至4，然后將葉綠體轉(zhuǎn)移到pH為8的溶液中，并均分為兩組：一組立即加入ADP和Pi，結(jié)果檢測(cè)到有ATP生成：另一組待類(lèi)囊體膜腔內(nèi)外pH平衡后再加入ADP和Pi，結(jié)果檢測(cè)不到有ATP生成。據(jù)此推測(cè)影響光反應(yīng)過(guò)程中ATP產(chǎn)生的關(guān)鍵因素是類(lèi)囊體膜腔內(nèi)外H+的濃度（電化學(xué)勢(shì)）差驅(qū)動(dòng)了ATP的生成；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在黑暗條件下進(jìn)行操作的目的是排除光對(duì)ATP生成的影響。研究小組采用小麥葉肉細(xì)胞離體的葉綠體作實(shí)驗(yàn)材料重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果兩組實(shí)驗(yàn)均檢測(cè)不到有ATP生成，可能是小麥基粒中產(chǎn)生的ATP在葉綠體基質(zhì)中被消耗。