Question

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

（1）圖中，碳同化過程中CO2的受體是______；光反應主要發(fā)生在______（填“葉肉細胞”“維管束鞘細胞”或“葉肉細胞和維管束鞘細胞”）的葉綠體中，它能夠為卡爾文循環(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)葉肉細胞不變藍而維管束鞘細胞變藍，原因是______。

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

（4）1963年，Jagendorf等科學家通過酸堿磷酸化實驗證實了光反應過程中ATP的產(chǎn)生機理�，F(xiàn)有某研究小組利用甘蔗葉肉細胞離體的葉綠體作實驗材料模擬了酸堿磷酸化實驗：在黑暗條件下，將離體的葉肉細胞葉綠體放在pH為4的弱酸性溶液中，使類囊體膜腔內(nèi)的pH下降至4，然后將葉綠體轉移到pH為8的溶液中，并均分為兩組：一組立即加入ADP和Pi，結果檢測到有ATP生成：另一組待類囊體膜腔內(nèi)外pH平衡后再加入ADP和Pi，結果檢測不到有ATP生成。據(jù)此推測影響光反應過程中ATP產(chǎn)生的關鍵因素是______；實驗過程中在黑暗條件下進行操作的目的是______。研究小組采用小麥葉肉細胞離體的葉綠體作實驗材料重復上述實驗，結果兩組實驗均檢測不到有ATP生成，原因是______。

Answer 1

【答案】C3和C5 （或PEP和RuBP） 葉肉細胞 NADPH（或[H]）和ATP 葉肉細胞中不能進行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉，而維管束鞘細胞中能進行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉 甘蔗葉肉細胞中催化碳同化過程的PEP羧化酶對CO2具有很高的親和力，使葉肉細胞能有效地固定和濃縮較低濃度的CO2產(chǎn)生C4，C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中分解產(chǎn)生CO2，用于卡爾文循環(huán)合成有機物 類囊體膜腔內(nèi)外H+的濃度（電化學勢）差驅(qū)動了ATP的生成 排除光對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植物進行光含作用的過程，在葉肉細胞中PEP將CO2固定生成C4，而后轉變?yōu)樘O果酸，蘋果酸進入維管束鞘細胞，釋放出CO2，參與卡爾文循環(huán)并生成有機物。

（1）圖中，葉肉細胞的葉綠體中與二氧化碳結合的是C3化合物，維管束鞘細胞的葉綠體中與二氧化碳結合的是C5化合物，所以碳同化過程中CO2的受體是C3和C5；葉肉細胞的葉綠體中含發(fā)達基粒，維管束鞘細胞的葉綠體中無基粒或基粒發(fā)育不良，所以光反應主要發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體中，它能夠為卡爾文循環(huán)中C3還原提供NADPH（或[H]）和ATP。
（2）淀粉遇碘液變藍，由于葉肉細胞中不能進行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉，而維管束鞘細胞中能進行卡爾文循環(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)葉肉細胞不變藍而維管束鞘細胞變藍。
（3）由于甘蔗葉肉細胞中催化碳同化過程的PEP羧化酶對CO2具有很高的親和力，使葉肉細胞能有效地固定和濃縮較低濃度的CO2產(chǎn)生C4，C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中分解產(chǎn)生CO2，用于卡爾文循環(huán)合成有機物，所以通常情況下，甘蔗在干旱、強光、高溫條件下，氣孔關閉，對甘蔗有機物的合成量影響不大。
（4）在黑暗條件下，將離體的葉肉細胞葉綠體放在pH為4的弱酸性溶液中，使類囊體膜腔內(nèi)的pH下降至4，然后將葉綠體轉移到pH為8的溶液中，并均分為兩組：一組立即加入ADP和Pi，結果檢測到有ATP生成：另一組待類囊體膜腔內(nèi)外pH平衡后再加入ADP和Pi，結果檢測不到有ATP生成。據(jù)此推測影響光反應過程中ATP產(chǎn)生的關鍵因素是類囊體膜腔內(nèi)外H+的濃度（電化學勢）差驅(qū)動了ATP的生成；實驗過程中在黑暗條件下進行操作的目的是排除光對ATP生成的影響。研究小組采用小麥葉肉細胞離體的葉綠體作實驗材料重復上述實驗，結果兩組實驗均檢測不到有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。