Question

温室效应是全球环境变化研究的热点问题之一。据预计，大气中CO₂浓度到下世纪中后期将是现在的两倍。研究人员对玉米和大豆所处环境的CO₂浓度分别进行如下控制：甲组为大气CO₂浓度（375μmol•mol^-1）、乙组模拟倍增的CO₂浓度（750μmol•mol^-1）、丙组是倍增后恢复到大气CO₂浓度（先在倍增CO₂浓度下生活60天，再转入大气CO₂浓度下生活），两种作物的三种处理均设置重复组，测得实验结果如下表。请分析回答：

项目	甲组	乙组	丙组
玉米	大豆	玉米	大豆	玉米	大豆
净光合速率（μmol·m^-2·s^-1）	29.88	21.24	30.95	33.79	25.33	18.24
蒸腾速率（mmol·m^-2·s^-1）	3.18	6.01	1.69	5.90	3.18	6.01
水分利用效率（mmol·mol^-1）	9.40	3.53	18.31	5.73	7.97	3.03

注：水分利用效率=净光合速率／蒸腾速率

（1）实验中设置重复组的目的是________。

（2）植物叶肉细胞中能够消耗水并伴随ATP生成的部位是________（填细胞结构）。

（3）CO₂浓度倍增条件下，玉米和大豆的净光合速率均升高，可能的原因是________。

但是CO₂浓度倍增时，光合速率并未倍增，此时限制光合速率增加的因素可能是________（写出两点即可）。

（4）净光合速率提高和蒸腾速率降低均会使水分利用效率升高，根据表中甲、乙两组数据分析，玉米和大豆对水分利用效率升高的原因分别是____。

（5）有人认为：化石燃料使用能升高大气CO₂浓度，有利于提高农作物光合速率，对农业增产有利，因此没有必要限制化石燃料的使用。请你对此观点做出简要评述。____

Answer

减少实验误差，避免偶然性的发生 类囊体薄膜、线粒体基质 CO2 浓度升高使暗反应中 CO2的固定增强，C3的还原增强 NADPH和ATP的供应限制，固定CO2的酶活性不够高，C5的再生速率不足，有机物在叶绿体中积累较多……（写出两点即可） 玉米主要通过降低蒸腾速率来提高水分利用效率，大豆主要通过提高净光合速率来提高水分利用效率 此观点不合理。首先，不能只从光合作用效率可能提高的角度来看待温室效应，大气CO2浓度升高后造成温室效应，会导致大气温度升高、冰川融化、海平面上升等环境问题。其次，影响光合作用的因素不只是CO2浓度，还有光照强度、温度、水分和酶活性等其他因素。大气CO2浓度升高及温度升高，可能使某些酶的含量和活性降低；高温会引起蒸腾作用增强从而影响水分供应，还会引起细胞呼吸增强而消耗更多的有机物。因此温室效应不一定提高作物的产量。（其他合理回答也给分）

【解析】

本实验是研究人员对玉米和大豆所处环境的CO2浓度，故实验的自变量是植物的种类及CO2浓度，因变量（观测指标）为净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率。

（1）为减少实验误差，避免偶然性的发生，实验中需要设置重复组求平均值；

（2）在叶绿体的类囊体薄膜上进行的光反应阶段能够进行水的光解，并伴随ATP生成；此外在线粒体基质中进行的有氧呼吸的第二阶段，其过程是丙酮酸与水一起被彻底分解生成CO2和[H]，释放少量的能量，产生少量的ATP；

（3）在CO2浓度倍增条件下，因CO2 浓度升高，使暗反应中的CO2固定过程增强，产生的C3增加，进而引起 C3 的还原增强，所以玉米和大豆的净光合速率均升高；CO2浓度倍增时，光合速率并未倍增，此时限制光合速率增加的因素可能是NADPH和ATP的供应限制，固定CO2的酶活性不够高，C5的再生速率不足，有机物在叶绿体中积累较多等；

（4）表中信息显示：无论是大气CO2浓度条件下，还是CO2浓度倍增条件下，玉米的蒸腾速率均低于大豆，说明玉米主要通过降低蒸腾速率来提高水分利用效率。但对于大豆而言，大气CO2浓度条件下的净光合速率低于玉米，而CO2浓度倍增条件下的净光合速率却高于玉米，说明大豆主要通过提高净光合速率来提高水分利用效率；

（5）此观点不合理。首先，不能只从光合作用效率可能提高的角度来看待温室效应，大气CO2浓度升高后造成温室效应，会导致大气温度升高、冰川融化、海平面上升等环境问题。其次，影响光合作用的因素不只是CO2浓度，还有光照强度、温度、水分和酶活性等其他因素。大气CO2浓度升高及温度升高，可能使某些酶的含量和活性降低；高温会引起蒸腾作用增强从而影响水分供应，还会引起细胞呼吸增强而消耗更多的有机物。因此温室效应不一定提高作物的产量。