Question

【题目】番茄植株不耐高温，其生长发育适宜温度及光照分别为15～32℃，500～800μmol·m-2s-1。我国北方日光温室夏季栽培生产过程中常遭遇35℃亚高温并伴有强光辐射的环境，会造成作物减产。

（1）PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。

图1

如图1所示PSII中的色素吸收光能后，一方面将H2O分解为_________和H+，同时产生的电子传递给PSⅠ用于将NADP+和H+结合形成NADPH。另一方面，在ATP合成酶的作用下，H+_________（填写顺或逆）浓度梯度转运提供能量，促进ADP和Pi合成ATP。光反应过程实现了能量由光能转换为活跃化学能的过程。

（2）为研究亚高温高光对番茄光合作用的影响，研究者将番茄植株在不同培养环境下培养5天后测定相关指标如下表。

组别	温度(℃)	光照强度(μmol·m-2s-1)	净光合速率(μmol·m-2s-1)	气孔导度(mmol·m-2s-1)	胞间CO2浓度（ppm）	Rubisco活性(U·ml-1)
对照组（CK）	25	500	12．1	114．2	308	189
亚高温高光组（HH）	35	1000	1．8	31．2	448	61

从表中数据可见亚高温高光条件下净光合速率的下降并不是气孔因素引起的，请说出理由_________。Rubisco是催化图1中过程②_________的关键酶，该酶活性的下降导致②速率下降，光反应产物NADPH([H])和ATP在细胞中的含量__________（填写增加、降低或不变），进而引起光能的转化效率降低，而此时强光下植物吸收的光能已经是过剩光能了，从而对植物产生危害。

（3）植物通常会有一定的应对机制来适应逆境。D1蛋白是PSII复合物的组成部分，对维持PSII的结构和功能起重要作用，已有研究表明，在高温高光下，过剩的光能可使D1蛋白失活。研究者对D1蛋白与植物应对亚高温高光逆境的关系进行了研究。

①利用番茄植株进行了三组实验，①组的处理同（2）中的CK，③组用适量的SM（SM可抑制D1蛋白的合成）处理番茄植株并在亚高温高光（HH）下培养。定期测定各组植株的净光合速率（Pn）。实验结果如下图： 　

图2

请写出②组的处理：_________。根据实验结果分析植物如何缓解亚高温高光对光合作用的抑制的。_________

②Deg蛋白酶位于类囊体腔侧，主要负责受损D1蛋白的降解，如果抑制Deg蛋白酶的活性，请你预测在亚高温高光下番茄光合作用受抑制程度并说明理由：____________。

Answer 1

【答案】氧气 顺 气孔导度下降，但胞间CO2浓度却上升 CO2固定 增加 ②组在亚高温高光（HH）下培养 图中结果表明，当用SM处理抑制D1蛋白合成后，在亚高温高光下，③组比②组净光合速率下降的更明显，因此番茄植株通过合成新的D1蛋白以缓解亚高温高光对光合作用的抑制 抑制程度会加剧，因为Deg蛋白酶的活性被抑制后不能把失活的D1蛋白降解，新合成的D1蛋白无法修复PS的结构和功能

【解析】

1.光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应的场所为类囊体薄膜，包括水的光解生成还原氢和氧气，以及ATP、NADPH的合成；暗反应的场所为叶绿体基质，包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原两个过程。

2.分析表格：实验的自变量是温度和光照强度，表中数据显示亚高温高光组与对照组相比，净光合速率、气孔导度、Rubisco活性都下降，但胞间CO2浓度却上升。

3.分析坐标图形：实验的自变量是番茄是否用SM处理、培养条件是否为亚高温高光，因变量是净光合速率，坐标曲线显示净光合速率①组＞②组＞③组。

（1）光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用。光合作用的光反应阶段，发生在类囊体薄膜上，PSII中的光合色素吸收光能后，将水光解为氧气和H+，同时产生的电子传递给PSⅠ，可用于NADP+和H+结合形成NADPH。同时在ATP酶的作用下，氢离子顺浓度梯度转运提供分子势能，促使ADP与Pi反应形成ATP。

（2）为研究亚高温高光对番茄光合作用的影响，实验的自变量是温度和光照强度，表中数据显示亚高温高光组与对照组相比，净光合速率、气孔导度、Rubisco活性都下降，但胞间CO2浓度却上升，说明亚高温高光条件下净光合速率的下降并不是气孔因素引起的。图1中Rubisco催化的过程②是CO2固定，发生的反应是CO2+C5→C3。该酶活性下降导致C3的合成减少，C3还原需要的光反应产物NADPH([H])和ATP减少，而光反应产物NADPH([H])和ATP生成不变，所以细胞中两者含量会增加，进而引起光能转化率降低。

（3）①利用番茄植株进行的三组实验种，实验的自变量是番茄是否用SM处理、培养条件是否为亚高温高光，因变量是净光合速率。①组、②组都是未用SM处理、D1蛋白的合成正常的番茄，不同是①在常温、适宜光照下培养，②组是在亚高温高光下培养，图中结果显示②组净光合速率下降，说明亚高温高光对光合作用有抑制效应。③组用适量的SM（SM可抑制SM处理）处理番茄植株，在亚高温高光（HH）下培养，与②组相比，净光合速率下降更明显，说明亚高温高光对番茄植株净光合速率的抑制是因为抑制了D1蛋白的合成，所以通过合成新的D1蛋白可以缓解亚高温高光对光合作用的抑制。

②由题干信息可知，D1蛋白是PSII复合物的组成部分，对维持PSII的结构和功能起重要作用，失活的D1蛋白被降解随后由新合成的D1蛋白质来替换。如果抑制Deg蛋白酶的活性，失活的D1蛋白不能降解，新合成的D1蛋白无法替换，从而不能修复PS的结构和功能，在亚高温高光下番茄光合作用受抑制程度会加剧。