Question

【題目】突變體水稻葉綠素含量僅為野生型水稻的51%，但在飽和光照條件下，無論低氮（0N）、中氮（120N）、高氮（240N）處理，其光合速率均比野生型水稻高。為了探究其生理學(xué)機(jī)制，科研人員在大田實(shí)驗(yàn)中，對(duì)不同氮肥水平下，突變體水稻與野生型水稻的葉片Rubisco酶（暗反應(yīng)中的關(guān)鍵酶，催化CO2的固定）含量進(jìn)行了測(cè)定。圖1為中氮水平條件下，不同光照強(qiáng)度對(duì)突變體和野生型水稻光合速率的影響。圖2為不同氮處理下突變體和野生型水稻Rubisco酶含量測(cè)定結(jié)果�；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題：

（1）葉綠素的合成需要N、Mg等元素，通過其吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，促進(jìn)了葉綠體類囊體薄膜上_____________________的合成，用于暗反應(yīng)。合成葉綠素和Rubisco酶都需要消耗氮素，上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與野生型水稻相比，突變體水稻更傾向于將氮素用于合成______________。

（2）與高光照強(qiáng)度條件下相比，低光照強(qiáng)度下（小于600單位）野生型水稻的光合速率略高于突變體，據(jù)題分析，其原因可能是__________________________。

（3）在現(xiàn)有大氣CO2濃度下，飽和光照強(qiáng)度下的光合速率不再受光能限制，主要受Rubisco酶催化效率影響，推測(cè)突變體水稻在240N條件下最大光合速率較120N時(shí)__________（高，不變，低）。

（4）飽和光照強(qiáng)度下水稻的光能利用效率只有1．9%，根據(jù)上述信息，提出一種有利于氮素在光合系統(tǒng)內(nèi)合理重新分配、以提高光合速率的措施（或思路）：___________________。

Answer 1

【答案】ATP和[H] Rubisco酶 高光照強(qiáng)度條件下的限制性因素是Rubisco酶的數(shù)量，而低光照強(qiáng)度條件下，限制性因素是光照強(qiáng)度，野生型因葉綠素含量較高，光合速率較高 高 適當(dāng)降低水稻葉片中葉綠素的含量

【解析】

據(jù)圖該實(shí)驗(yàn)的目的是探究中氮水平條件下，光照強(qiáng)度對(duì)野生型和突變型水稻光合速率的影響及施氮量不同對(duì)野生型和突變型水稻Rubisco酶含量的影響。圖1中兩種水稻的光合速率都隨光照強(qiáng)度的增加而增加，但突變型在光照強(qiáng)度較高時(shí)增加更明顯。圖2中，隨著氮肥量增加，兩種水稻的Rubisco酶含量都提高，但突變體的Rubisco酶含量提高較多。據(jù)此分析作答。

（1）葉綠素的合成需要N、Mg等元素，通過其吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，促進(jìn)了葉綠體類囊體薄膜上光反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而促進(jìn)了ATP和[H]的合成，用于暗反應(yīng)C3的還原。據(jù)圖2分析，突變體的Rubisco酶含量高，同時(shí)突變體葉綠素含量低但產(chǎn)量與野生型差別不大，說明突變體更傾向于將氮素用于Rubisco酶的合成，而不是葉綠素的合成。

（2）高光照強(qiáng)度條件下的限制性因素是Rubisco酶的數(shù)量，而低光照強(qiáng)度條件下，限制性因素是光照強(qiáng)度，野生型因葉綠素含量較高，在低光強(qiáng)下高葉綠素含量有利于葉片對(duì)光的吸收，所以較低光強(qiáng)下野生型的光合速率略高于突變體。

（3）突變體水稻在240N條件下的Rubisco酶含量大于最大120N時(shí)，而在現(xiàn)有大氣CO2濃度下，飽和光照強(qiáng)度下的光合速率不再受光能限制，主要受Rubisco酶催化效率影響，所以突變體水稻在240N條件下最大光合速率較120N時(shí)高。

（4）氮素既可以用于合成葉綠素也可用于合成Rubisco酶，在飽和光照強(qiáng)度下，光合速率的限制因素主要是Rubisco酶的含量，所以在飽和光照強(qiáng)度下，適當(dāng)降低水稻葉片中葉綠素的含量，可提高氮素合成Rubisco酶的含量，從而提高水稻的光能利用效率。