题目内容
【题目】回答光合作用有关的问题：
I、紫花苜蓿是具有世界栽培意义的蛋白质含量高、营养全面的优质牧草，被誉为“牧草之王”。公农1号是我国培育出的产量高、抗逆性强的紫花苜蓿品种。科研人员在北京市海淀区的试验基地对当年播种且水肥适中、正处于分枝期的公农1号进行了光合作用的日变化观测。请回答问题：
（1）紫花苜蓿捕获光能的物质分布在__________上，暗反应利用光反应产生的_______，将CO2转化为三碳糖（C3），进而形成有机物。
（2）经测定，紫花苜蓿的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度分别如图1、2、3，11：30光照强度最强时，净光合速率反而最低，说明紫花苜蓿存在“光合午休”现象。请结合图1、图2解释这一现象对紫花苜蓿生存的意义___________________。
有研究表明，引起叶片光合速率降低的植物自身因素包括气孔部分关闭引起的气孔限制和叶肉细胞活性下降引起的非气孔限制两类，前者使胞间CO2浓度降低，后者使胞间CO2浓度升高。当两种因素同时存在时，胞间CO2浓度变化的方向依赖于占优势的因素，因此可根据胞间CO2浓度变化的方向来判断哪个因素占优势。请据图3判断植物自身因素中引起紫花苜蓿“光合午休”的主要因素是____________。
II：水稻和玉米都是我国重要的粮食品种，科研工作者利用基因工程改造水稻，使其种植范围、适应性更广。
（3）C4植物叶片结构中有类似“花环状结构”，据图2说明理由：________________________________；研究发现C4植物固定CO2途径如图3，先在________________________________，再在维管束细胞进行卡尔文循环，且P酶活性比R酶高很多。
（4）科研人员将玉米（C4植物）的P酶基因转入水稻（C3植物）后，测得相关数据如下：
光强大于8时，转基因水稻与原种水稻的气孔导度变化趋势__________，而光合速率比原种水稻高的原因是____________________________________。
（5）综上所述，结合图4和图5的曲线变化，分析C4植物适合在何种环境下生长并解释原因_________________________________。
【答案】类囊体膜 ATP和NADPH 中午部分气孔的关闭可避免植物因水分过度散失而造成的损伤 叶肉细胞活性下降引起的非气孔限制 内层维管束鞘细胞，外层叶肉细胞 叶肉细胞将CO2固定成C4化合物（四碳酸） 一致 气孔导度减小得少（相对更大），且P酶活性（与CO2亲和力）很强 高温干旱、强光照；高温干旱会导致植物的气孔关闭，而C4植物的气孔开放程度相对大，提高CO2吸收量利于光合作用，强光照引起C4植物气孔关闭时，还能用P酶固定胞间低浓度的CO2，保证光合作用
【解析】
据图分析，图1和图2中净光合速率和蒸腾速率都先升高后降低、再升高再降低；图3中胞间二氧化碳浓度先降低后逐渐升高。
I、（1）紫花苜蓿捕获光能的物质是光合色素，分布于类囊体薄膜上；光反应为暗反应提供的物质是ATP和NADPH，在叶绿体基质中将CO2转化为三碳糖，进而形成有机物。
（2）图1和图2的曲线在中午都出现了下降的现象，即午休现象，此时光照强度太高，部分气孔的关闭可避免植物因水分过度散失而造成的损伤。已知引起叶片光合速率降低的植物自身因素包括气孔部分关闭引起的气孔限制和叶肉细胞活性下降引起的非气孔限制两类，前者使胞间CO2浓度降低，后者使胞间CO2浓度升高。当两种因素同时存在时，胞间CO2浓度变化的方向依赖于占优势的因素。据图分析，紫花苜蓿叶片净光合速率午间降低时，胞间CO2浓度升高，表明净光合速率午间降低主要是由叶肉细胞活性下降引起的，即植物自身因素中引起紫花苜蓿“光合午休”的主要因素是叶肉细胞活性下降引起的非气孔限制。
II、（3）对比图2和图1可知，C4植物叶片结构中内层为维管束鞘细胞，外层为叶肉细胞，形成类似“花环状结构”，由图3可知，C4植物先在叶肉细胞将CO2固定成C4化合物（四碳酸），再在维管束细胞进行卡尔文循环，且P酶活性比R酶高很多。
（4）由图可知，光强大于8时，转基因水稻与原种水稻的气孔导度变化趋势一致，均为减小。但转基因水稻的气孔导度减小得比原种水稻少（相对更大），且P酶活性（与CO2亲和力）很强，所以转基因水稻的光合速率比原种水稻的高。
（5）由图4可知，在光照强度为0-14之间转基因水稻的气孔导度均大于原种水稻，根据图5可知，在较高光照强度下转基因水稻的光合速率更大，说明C4植物适合在高温干旱、强光照条件下生长；原因是高温干旱会导致植物的气孔关闭，而C4植物的气孔开放程度相对大，提高CO2吸收量利于光合作用，强光照引起C4植物气孔关闭时，还能用P酶固定胞间低浓度的CO2，保证光合作用的进行。
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