Question

仙人掌耐热、抗旱，茎肉质、内含叶绿素可以进行光合作用，叶子退化为特殊针型，能减少水分散失，其特殊的固定CO₂的方式如下图所示。

（1）仙人掌在夜间气孔开放吸收CO₂，CO₂被PEP（磷酸稀醇式丙酮酸）固定形成________，再还原为苹果酸，后者储存于________中，从而导致细胞液酸度上升。白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO₂用于________。这种特殊的代谢方式是仙人掌经过________结果。

（2）科研人员测定了仙人掌在24小时内CO₂的吸收率和细胞液的酸度，结果如下图所示。

据图结果可知，水分充足和水分缺乏下，CO₂吸收特点分别是________；液泡细胞液酸度下降，二者曲线变化趋势相同，原因________________________。

（3）综合以上分析，科研人员想进一步测定仙人掌的光合速率，他们在白天测定单位时间内单位面积吸收CO₂的量是不准确的，理由是______________。你认为该小组测定光合速率应该测定的实验数据是________。

（4）据本文信息结合你学过的知识对比分析仙人掌和你学过植物光合作用的相同点和区别______________。

Answer

OAA 液泡 光合作用的碳反应（卡尔文循环） 进化适应的结果 水分充足时，白天和晚上都能吸收CO2，而水分缺乏时，晚上吸收CO2，白天气孔关闭 原因是：白天苹果酸通过转化为丙酮酸和CO2 理由一：植物在水分缺乏时，大部分时间不吸收CO2；理由二：苹果酸脱羧产生的CO2也用于光合作用 单位时间内单位面积有机物的增量 相同点：白天进行光反应和碳反应

区别：水分充足时，仙人掌气孔白天晚上后张开，能吸收co2，在水分缺乏时，白天气孔关闭，晚上打开吸收co2；普通植物白天气孔打开吸收固定co2，但是中午阳光过强气孔也会导度下降，光合速率下降。

【解析】

光合作用分为两个阶段进行，在这两个阶段中，第一阶段是直接需要光的称为光反应，第二阶段不需要光直接参加，是二氧化碳转变为糖的反过程称为暗反应。光合作用在叶绿体中进行，光反应的场所位于类囊体膜，暗反应的场所在叶绿体基质。光反应的发生需要叶绿体类囊体膜上的色素、酶参与。光合作用和呼吸作用是植物两大重要的代谢反应，光合作用与呼吸作用的差值称为净光合作用。

（1）从图中可知，仙人掌在夜间气孔开放吸收CO2，CO2被PEP（磷酸稀醇式丙酮酸）固定形成OAA，再还原为苹果酸，后者储存于液泡中，从而导致细胞液酸度上升。白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用的碳反应（卡尔文循环）。这种特殊的代谢方式是仙人掌经过进化适应的结果，可以帮助仙人掌抵御低CO2或干旱的环境。
（2）据图结果可知，水分充足和水分缺乏下，CO2吸收特点分别是水分充足时，白天和晚上都能吸收CO2，而水分缺乏时，晚上吸收CO2，白天气孔关闭；白天苹果酸通过转化为丙酮酸和CO2，因此液泡细胞液酸度下降，二者曲线变化趋势相同。
（3）综合以上分析，科研人员想进一步测定仙人掌的光合速率，他们在白天测定单位时间内单位面积吸收CO2的量是不准确的，理由是植物在水分缺乏时，大部分时间不吸收CO2；苹果酸脱羧产生的CO2也用于光合作用。该小组测定光合速率应该测定的实验数据是单位时间内单位面积有机物的增量。
（4）植物光合作用的相同点：白天进行光反应和碳反应，区别：水分充足时，仙人掌气孔白天晚上后张开，能吸收CO2，在水分缺乏时，白天气孔关闭，晚上打开吸收CO2；普通植物白天气孔打开吸收固定CO2，但是中午阳光过强气孔也会导度下降，光合速率下降。