Question

【題目】植物接受過多光照可能對進行光合作用的相關細胞器造成損害，因此植物需要一種名為“非光化學淬滅”（NPQ）的機制來保護自身，在NPQ的作用下多余的光能會以熱能的形式散失。該機制的啟動和關閉特點如圖一所示，其中符號“”代表抑制作用。

（1）由圖一推測，在光照強度以及其他環境因素均相同的情況下，狀態③比狀態①的光合作用強度_____（強/弱/相等）。關于NPQ機制從開啟到緩慢關閉過程中的一系列生理變化中，導致上述差異的內部原因主要是：_____、_____。

（2）科學研究者研發了一種轉基因煙草（VPZ），相比野生煙草（WT）其在由強光轉為弱光后NPQ機制關閉的時間縮短。圖二為分別在恒定光強和波動光強下測得的兩種煙草的CO2最大固定速率。

①農作物一半的光合作用是在有各種陰影時進行的。結合圖一推斷，同樣環境條件下VPZ的產量比WT的產量_____（高/低）

②由圖二分析可知，轉基因煙草（VPZ）相比野生煙草（WT）的優勢是：_____。

（3）如圖三所示裝置是研究光合作用和呼吸作用常用的實驗裝置之一（實驗室除自變量外其他條件相同且適宜）。若A內為水培陽生植物，請用多套該裝置設計實驗初步估測A植物的光補償點大小（已知實驗所用光照強度分別為200Lux、500Lux、800Lux、1100Lux、1400Lux、1700Lux，用液滴移動的距離來表示氣體變化量）寫出實驗設計思路，并從數學模型角度進行結果分析。_____。

Answer 1

【答案】弱[H] （NADPH、還原氫）下降 ATP的合成量下降 高 在波動光強下，VPZ的最大光合速率（CO2最大固定率）比WT高 實驗設計思路：取7套裝置在B中各加入一定濃度的二氧化碳緩沖液（或一定濃度NaHCO3溶液）將整個裝罝分別放在 OLux、200Lux、500Lux、800Lux、1100Lux、1400Lux、1700LUX光照下相同時間，記錄液滴移動的距離

結果以橫坐標表示光照強度，縱坐標表示O2的吸收或釋放量，用描點作圖法將所得數據連接成曲線。曲線與橫坐標交點處的光照強度即為該植物的光補償點大小

【解析】

根據題干信息分析，NPQ是一種“非光化學淬滅”的機制，能將多余的光能會以熱能的形式散失，說明其影響的是光合作用的光反應階段。據圖分析，圖一中①到②為多云轉晴，NPQ機制迅速啟動，而②到③為晴轉多云，NPQ機制緩慢關閉，NPQ機制從啟動到緩慢關閉的過程中，很多光能以熱能的形式散失了，導致光反應減弱，進而抑制了二氧化碳的利用。根據圖二分析可知，波動光照條件下，VPZ的最大二氧化碳固定率比WT要高。

（1）由圖一推測，在光照強度以及其它環境因素均相同的情況下，狀態③中雖然NPQ受到抑制，但是關閉比較緩慢，仍然有少部分光能被轉化成熱能散失，最終導致狀態③比狀態①的光合作用強度弱。由于NPQ機制關閉過程緩慢，導致色素吸收的光能減少，光反應減弱，導致類囊體內還原氫濃度下降，光反應減弱，從而導致ATP的合成量下降，由于部分光能仍以熱能形式散失，從而使光合作用強度減弱。

（2）根據題意可知，轉基因煙草（VPZ）與野生煙草（WT）相比，其在由強光轉為弱光后NPQ機制關閉的時間縮短；并且柱形圖中看出，恒定光強時兩種植物的CO2最大固定速率相等，而波動光照下轉基因煙草CO2最大固定速率高，因此同樣環境條件下VPZ的產量比WT的產量高。

（3）該實驗的目的是設計實驗初步估測A植物的光補償點大小，實驗設計思路為：取7套裝置在B中各加入一定濃度的二氧化碳緩沖液（或一定濃度NaHCO3溶液），將整個裝罝分別放在 OLux、200Lux、500Lux、800Lux、1100Lux、1400Lux、1700LUX光照下相同時間，記錄液滴移動的距離。然后以橫坐標表示光照強度，縱坐標表示O2的吸收或釋放量，用描點作圖法將所得數據連接成曲線，曲線與橫坐標交點處的光照強度即為該植物的光補償點大小。