Question

突变体水稻叶绿素含量仅为野生型水稻的51%，但在饱和光照条件下，无论低氮（0N）、中氮（120N）、高氮（240N）处理，其光合速率均比野生型水稻高。为了探究其生理学机制，科研人员在大田实验中，对不同氮肥水平下，突变体水稻与野生型水稻的叶片Rubisco酶（暗反应中的关键酶，催化CO₂的固定）含量进行了测定。图1为中氮水平条件下，不同光照强度对突变体和野生型水稻光合速率的影响。图2为不同氮处理下突变体和野生型水稻Rubisco酶含量测定结果。回答下列相关问题：

（1）叶绿素的合成需要N、Mg等元素，通过其吸收、传递和转化光能，促进了叶绿体类囊体薄膜上_____________________的合成，用于暗反应。合成叶绿素和Rubisco酶都需要消耗氮素，上述实验结果表明：与野生型水稻相比，突变体水稻更倾向于将氮素用于合成______________。

（2）与高光照强度条件下相比，低光照强度下（小于600单位）野生型水稻的光合速率略高于突变体，据题分析，其原因可能是__________________________。

（3）在现有大气CO₂浓度下，饱和光照强度下的光合速率不再受光能限制，主要受Rubisco酶催化效率影响，推测突变体水稻在240N条件下最大光合速率较120N时__________（高，不变，低）。

（4）饱和光照强度下水稻的光能利用效率只有1．9%，根据上述信息，提出一种有利于氮素在光合系统内合理重新分配、以提高光合速率的措施（或思路）：___________________。

Answer

ATP和[H] Rubisco酶 高光照强度条件下的限制性因素是Rubisco酶的数量，而低光照强度条件下，限制性因素是光照强度，野生型因叶绿素含量较高，光合速率较高 高 适当降低水稻叶片中叶绿素的含量

【解析】

据图该实验的目的是探究中氮水平条件下，光照强度对野生型和突变型水稻光合速率的影响及施氮量不同对野生型和突变型水稻Rubisco酶含量的影响。图1中两种水稻的光合速率都随光照强度的增加而增加，但突变型在光照强度较高时增加更明显。图2中，随着氮肥量增加，两种水稻的Rubisco酶含量都提高，但突变体的Rubisco酶含量提高较多。据此分析作答。

（1）叶绿素的合成需要N、Mg等元素，通过其吸收、传递和转化光能，促进了叶绿体类囊体薄膜上光反应的进行，进而促进了ATP和[H]的合成，用于暗反应C3的还原。据图2分析，突变体的Rubisco酶含量高，同时突变体叶绿素含量低但产量与野生型差别不大，说明突变体更倾向于将氮素用于Rubisco酶的合成，而不是叶绿素的合成。

（2）高光照强度条件下的限制性因素是Rubisco酶的数量，而低光照强度条件下，限制性因素是光照强度，野生型因叶绿素含量较高，在低光强下高叶绿素含量有利于叶片对光的吸收，所以较低光强下野生型的光合速率略高于突变体。

（3）突变体水稻在240N条件下的Rubisco酶含量大于最大120N时，而在现有大气CO2浓度下，饱和光照强度下的光合速率不再受光能限制，主要受Rubisco酶催化效率影响，所以突变体水稻在240N条件下最大光合速率较120N时高。

（4）氮素既可以用于合成叶绿素也可用于合成Rubisco酶，在饱和光照强度下，光合速率的限制因素主要是Rubisco酶的含量，所以在饱和光照强度下，适当降低水稻叶片中叶绿素的含量，可提高氮素合成Rubisco酶的含量，从而提高水稻的光能利用效率。