Question

【題目】番茄植株不耐高溫，其生長發(fā)育適宜溫度及光照分別為15～32℃，500～800μmol·m-2s-1。我國北方日光溫室夏季栽培生產過程中常遭遇35℃亞高溫并伴有強光輻射的環(huán)境，會造成作物減產。

（1）PSⅡ和PSⅠ是由蛋白質和光合色素組成的復合物，具有吸收、傳遞、轉化光能的作用。

圖1

如圖1所示PSII中的色素吸收光能后，一方面將H2O分解為_________和H+，同時產生的電子傳遞給PSⅠ用于將NADP+和H+結合形成NADPH。另一方面，在ATP合成酶的作用下，H+_________（填寫順或逆）濃度梯度轉運提供能量，促進ADP和Pi合成ATP。光反應過程實現了能量由光能轉換為活躍化學能的過程。

（2）為研究亞高溫高光對番茄光合作用的影響，研究者將番茄植株在不同培養(yǎng)環(huán)境下培養(yǎng)5天后測定相關指標如下表。

組別	溫度(℃)	光照強度(μmol·m-2s-1)	凈光合速率(μmol·m-2s-1)	氣孔導度(mmol·m-2s-1)	胞間CO2濃度（ppm）	Rubisco活性(U·ml-1)
對照組（CK）	25	500	12．1	114．2	308	189
亞高溫高光組（HH）	35	1000	1．8	31．2	448	61

從表中數據可見亞高溫高光條件下凈光合速率的下降并不是氣孔因素引起的，請說出理由_________。Rubisco是催化圖1中過程②_________的關鍵酶，該酶活性的下降導致②速率下降，光反應產物NADPH([H])和ATP在細胞中的含量__________（填寫增加、降低或不變），進而引起光能的轉化效率降低，而此時強光下植物吸收的光能已經是過剩光能了，從而對植物產生危害。

（3）植物通常會有一定的應對機制來適應逆境。D1蛋白是PSII復合物的組成部分，對維持PSII的結構和功能起重要作用，已有研究表明，在高溫高光下，過剩的光能可使D1蛋白失活。研究者對D1蛋白與植物應對亞高溫高光逆境的關系進行了研究。

①利用番茄植株進行了三組實驗，①組的處理同（2）中的CK，③組用適量的SM（SM可抑制D1蛋白的合成）處理番茄植株并在亞高溫高光（HH）下培養(yǎng)。定期測定各組植株的凈光合速率（Pn）。實驗結果如下圖： 　

圖2

請寫出②組的處理：_________。根據實驗結果分析植物如何緩解亞高溫高光對光合作用的抑制的。_________

②Deg蛋白酶位于類囊體腔側，主要負責受損D1蛋白的降解，如果抑制Deg蛋白酶的活性，請你預測在亞高溫高光下番茄光合作用受抑制程度并說明理由：____________。

Answer 1

【答案】氧氣 順 氣孔導度下降，但胞間CO2濃度卻上升 CO2固定 增加 ②組在亞高溫高光（HH）下培養(yǎng) 圖中結果表明，當用SM處理抑制D1蛋白合成后，在亞高溫高光下，③組比②組凈光合速率下降的更明顯，因此番茄植株通過合成新的D1蛋白以緩解亞高溫高光對光合作用的抑制 抑制程度會加劇，因為Deg蛋白酶的活性被抑制后不能把失活的D1蛋白降解，新合成的D1蛋白無法修復PS的結構和功能

【解析】

1.光合作用的過程分為光反應和暗反應兩個階段，光反應的場所為類囊體薄膜，包括水的光解生成還原氫和氧氣，以及ATP、NADPH的合成；暗反應的場所為葉綠體基質，包括二氧化碳的固定和三碳化合物的還原兩個過程。

2.分析表格：實驗的自變量是溫度和光照強度，表中數據顯示亞高溫高光組與對照組相比，凈光合速率、氣孔導度、Rubisco活性都下降，但胞間CO2濃度卻上升。

3.分析坐標圖形：實驗的自變量是番茄是否用SM處理、培養(yǎng)條件是否為亞高溫高光，因變量是凈光合速率，坐標曲線顯示凈光合速率①組＞②組＞③組。

（1）光系統(tǒng)是由蛋白質和葉綠素等光合色素組成的復合物，具有吸收、傳遞和轉化光能的作用。光合作用的光反應階段，發(fā)生在類囊體薄膜上，PSII中的光合色素吸收光能后，將水光解為氧氣和H+，同時產生的電子傳遞給PSⅠ，可用于NADP+和H+結合形成NADPH。同時在ATP酶的作用下，氫離子順濃度梯度轉運提供分子勢能，促使ADP與Pi反應形成ATP。

（2）為研究亞高溫高光對番茄光合作用的影響，實驗的自變量是溫度和光照強度，表中數據顯示亞高溫高光組與對照組相比，凈光合速率、氣孔導度、Rubisco活性都下降，但胞間CO2濃度卻上升，說明亞高溫高光條件下凈光合速率的下降并不是氣孔因素引起的。圖1中Rubisco催化的過程②是CO2固定，發(fā)生的反應是CO2+C5→C3。該酶活性下降導致C3的合成減少，C3還原需要的光反應產物NADPH([H])和ATP減少，而光反應產物NADPH([H])和ATP生成不變，所以細胞中兩者含量會增加，進而引起光能轉化率降低。

（3）①利用番茄植株進行的三組實驗種，實驗的自變量是番茄是否用SM處理、培養(yǎng)條件是否為亞高溫高光，因變量是凈光合速率。①組、②組都是未用SM處理、D1蛋白的合成正常的番茄，不同是①在常溫、適宜光照下培養(yǎng)，②組是在亞高溫高光下培養(yǎng)，圖中結果顯示②組凈光合速率下降，說明亞高溫高光對光合作用有抑制效應。③組用適量的SM（SM可抑制SM處理）處理番茄植株，在亞高溫高光（HH）下培養(yǎng)，與②組相比，凈光合速率下降更明顯，說明亞高溫高光對番茄植株凈光合速率的抑制是因為抑制了D1蛋白的合成，所以通過合成新的D1蛋白可以緩解亞高溫高光對光合作用的抑制。

②由題干信息可知，D1蛋白是PSII復合物的組成部分，對維持PSII的結構和功能起重要作用，失活的D1蛋白被降解隨后由新合成的D1蛋白質來替換。如果抑制Deg蛋白酶的活性，失活的D1蛋白不能降解，新合成的D1蛋白無法替換，從而不能修復PS的結構和功能，在亞高溫高光下番茄光合作用受抑制程度會加劇。