Question

某农场种植大量经济作物烟草。科研人员为了探究烟草的生长和光照之间的关系，通过实验探究了烟草的光合作用强度与呼吸作用强度等生理过程。图甲是他们在适宜条件下测得一昼夜自然环境中烟草净光合作用的相关曲线。

（1）图测净光合作用速率通常可以用________________________来表示，请写出光合作用总的化学反应式：______________________。

（2）研究发现，烟草光合作用过程中的的关键酶Rubisco酶具有“两面性”，CO₂浓度较高时，该酶催化C₅与CO₂反应，完成光合作用；O₂浓度较高时，该酶催化C₅与O₂反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO₂，这种植物在光下吸收O₂产生CO₂的现象称为光呼吸。图甲中烟草在11时因“光合午休”出现波谷，此时光合作用速率明显减弱，但是测到CO₂产生速率明显增强，其中CO₂产生速率明显增强原因是最可能的原因是__________________。与光呼吸相区别，研究人员常把有氧呼吸称为“暗呼吸”，从反应场所上看，两者的区别是_______________。

（3）镁是植物光合作用过程中不可缺少的一种大量元素，烟草光合细胞中的镁元素主要分布于________。已知CCCP（一种化学物质）能抑制烟草的光合作用。为探究CCCP、缺镁两种因素对烟草光合作用的影响及其相互关系，科研人员分别设置了用完全培养液和缺镁培养液在适宜条件下培养烟草，一定时间后检测其光合作用速率的实验。为达到实验目的，他们还需增设两组实验，两组培养液应为____________和_______________。

Answer

氧气的释放速率、二氧化碳的吸收速率或有机物的积累速率 光合午休现象与气孔关闭有关，气孔关闭会阻止O2溢出叶片，高氧浓度下产生光呼吸现象，导致CO2产生速率明显增强 光呼吸发生在叶绿体和线粒体中，暗呼吸发生在细胞质基质和线粒体中 类囊体薄膜 完全培养液中加CCCP 缺镁培养液加CCCP

【解析】

光合作用是绿色植物在叶绿体内，利用光照将二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程，反应式是；光合作用分为光反应和暗反应阶段，光反应是水光解产生氧气和NADPH，同时合成ATP；暗反应包括二氧化碳固定和三碳化合物还原，二氧化碳与五碳化合物结合形成三碳化合物，三碳化合物被光反应产生的还原氢还原形成有机物和五碳化合物，该过程需要光反应产生的ATP。

（1）净光合速率可以用氧气的释放速率、二氧化碳的吸收速率或有机物积累速率表示；光合作用的总的反应式为：。

（2）由题图可知，11时光合速率明显降低，此时光照强度很强，属于光合午休现象，光合午休现象的原因是气孔关闭，二氧化碳不能进入叶肉细胞间隙，导致暗反应减弱；而光反应产生的氧气由于气孔关闭不能释放到细胞外，导致叶肉细胞内的氧气浓度高，由题意知，O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2，"光合午休”时光合作用速率明显减弱，但是测到CO2产生速率明显增强。由于光呼吸是叶绿体产生的氧气不释放到细胞外，经过一系列变化进入线粒体中产生二氧化碳，因此光呼吸的场所是叶绿体和线粒体；暗呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。

（3）Mg是叶绿素的组成元素之一，叶绿素存在于叶绿体的类囊体膜上，因此光合细胞的Mg主要存在于叶绿体的类囊体膜上；该实验的目的是探究CCCP、缺镁两种因素对烟草光合作用的影响及其相互关系，实验的自变量是加入的物质种类不同，实验组为3组，一组在加入CCCP的完全培养液、一组缺Mg完全培养液、一组加入CCCP的缺Mg的培养液，还有一组空白对照（完全培养液）。