Question

玉米叶肉细胞中有一种酶，可通过一系列反应将二氧化碳“泵”入维管束鞘细胞，使维管束细胞积累较高浓度的二氧化碳，保证卡尔文循环顺利进行，这种酶被形象的称为“二氧化碳泵”。图1表示玉米二氧化碳同化途径，图2表示进行自然种植的大棚和人工一次性施加二氧化碳后的大棚内玉米光合速率变化曲线。回答下列相关问题：

（1）白天时，玉米植株消耗NADPH的场所为_____________。当环境中光照增强、温度过高时，玉米光合作用速率不会明显下降甚至可能会提高。其原因是___________________________________________

（2）由图2可知，15时以后限制玉米光合速率的主要环境因素是__________，由图2中两条曲线的变化规律可知，人工施加二氧化碳的最佳时间是__________左右，两个大棚同时通风的时间是__________时左右。

（3）已知水稻没有“二氧化碳泵”这种机制，但随着胞间二氧化碳的升高，玉米的光合速率不再变化，而水稻的光合速率可以逐渐上升，请从暗反应中酶的角度分析可能的原因：__________________________。

Answer

维管束鞘细胞内叶绿体基质 细胞内有“CO2泵”，在气孔因高温关闭时，仍可以维持维管束鞘细胞内较高浓度的CO2，此时光照强度增强，促使光合作用加强 光照强度 8 10 水稻暗反应相关的酶活性比玉米的高（或水稻暗反应相关的酶数量比玉米的多）

【解析】

据图1可知，玉米的叶肉细胞可以在较低浓度CO2条件下，通过“CO2泵”将外界较低浓度的CO2泵入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，然后在维管束销细胞中利用。图2表示进行自然种植的大棚和人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率变化曲线，从8点~12点，人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率高于自然种植的大棚。

（1）光合作用产生的NADPH供暗反应利用，据图1可知暗反应发生在维管束鞘细胞中，因此玉米植株消耗NADPH的场所为维管束鞘细胞内叶绿体基质。已知水稻没有“CO2泵”的这种机制，当环境中光照增强，温度过高时，水稻叶肉细胞气孔开度降低，CO2进入叶肉细胞受阻，导致光合作用速率明显下降，但玉米细胞内有“CO2泵”，在气孔因高温开度降低时，玉米细胞可通过“CO2泵”将外界较低浓度的CO2泵入维管束鞘细胞，仍可以维持维管束鞘细胞内较高浓度的CO2，因此光照增强，温度过高时，玉米光合作用速率不会明显下降甚至会提高。

（2）白天15时以后光照减弱，光合速率下降，故15时以后限制玉米光合速率的主要因素是光照强度。由图2中两条曲线的变化规律可知：从8点~12点，人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率高于自然种植的大棚，因此人工施加CO2的最佳时间是8时左右；图2显示在10点后人工施加CO2的大棚内玉米CO2吸收速率下降，而自然种植大棚内10点后玉米光合速率增大，说明自然种植大棚内玉米在低浓度CO2条件下利用“CO2泵”将较低浓度的CO2泵入维管束鞘细胞，因此10点时两个大棚内的CO2浓度都较低，故两个大棚同时通风的时间宜在10时左右。

（3）水稻没有“CO2泵”的这种机制，随着胞间CO2浓度的升高，玉米的光合速率不再变化而水稻的光合速率可以逐渐上升，可能是水稻暗反应相关的酶活性比玉米的高，或水稻暗反应相关的酶数量比玉米的多。