Question

【题目】科研人员研究了周期节律对拟南芥光合作用的影响。

（1）科研人员使用化学诱变剂处理野生型拟南芥，诱导拟南芥发生_______，筛选得到周期节律改变的纯合突变体Z和T，在正常光照下条件下测定突变体和野生型植株的气孔导度（气孔开放程度），得到图1所示结果。据图可知，突变体Z的周期节律比野生型________，突变体T的周期节律则________。

（2）研究者推测植物生物钟周期与环境昼夜周期可能共同影响光合作用。

①科研人员检测了野生型拟南芥在T20（光照和黑暗各10h）、T24（光照和黑暗各12h）和T28（光照和黑暗各14h）条件下叶片的叶绿素含量，图2结果表明_____。

②科研人员继续进行了图3所示的实验，该实验目的是探究_____。该实验方案有不足之处，请写出对该实验的改进措施：_____。

（3）CO2浓度是影响光合作用的重要因素。研究人员发现，与野生型拟南芥相比，节律异常突变体C在 T24光照条件下碳固定量仅为前者一半。据图4和图5所示研究结果推测，突变体C碳固定量低的原因可能是生物节律异常使植物短期持续光照条件下________，减小了____，从而导致较低的碳固定量。

（4）植物具有“周期共鸣”的特点，即植物内在的生物节律与外界昼夜的时间变化（正常昼夜周期为24小时）相互匹配。研究人员发现两者的完全“周期共鸣”可使拟南芥在35天内的干重增加明显高于其他“周期共鸣”匹配不完全的处理组。综合上述研究，请阐述“周期共鸣”对光合作用起调节作用的机制：____。

Answer 1

【答案】 基因突变 短 变长 植物生物钟周期长于或短于环境周期均导致拟南芥叶片叶绿素含量减少 植物生物钟周期与环境昼夜周期之间匹配程度是否通过影响叶绿素含量而影响光合作用 补充突变体Z和T在T24条件下的实验；补充野生型植株在T20、T24和T28条件下的实验 气孔开度（气孔导度） CO2吸收量 （1）影响拟南芥叶片内的叶绿素含量，影响光反应速率，从而影响CO2固定量；（2）影响拟南芥的气孔导度，影响CO2吸收量，从而影响暗反应速率。

【解析】据图1分析，野生型的周期为24小时，其中气孔导度中午12点时最大；突变体Z的周期为18小时左右；突变体T的周期为36小时左右。据图2分析，T24的叶绿素含量最高，T20叶绿素含量次之，T28的叶绿素含量最低。据图3分析，变体T在T28条件下的叶绿素含量比T20条件下的高，而突变体Z在T28条件下的叶绿素含量比T20条件下的低。

（1）使用化学诱变剂处理野生型拟南芥，可以诱导其发生基因突变；根据以上分析可知，与野生型相比，突变体Z的周期节律较短，而突变体T的周期节律则变长。

（2）①根据以上分析已知，T24的叶绿素含量最高，T20叶绿素含量次之，T28的叶绿素含量最低，说明植物生物钟周期长于或短于环境周期均导致拟南芥叶片叶绿素含量减少。

②根据图3分析可知，该实验的自变量是突变体的种类（生物钟周期不同）、环境昼夜周期，因变量是叶绿素含量，因此该实验的目的是探究植物生物钟周期与环境昼夜周期之间匹配程度是否通过影响叶绿素含量而影响光合作用。该实验环境昼夜周期只有T20、T28,而没有T24，且没有野生型的实验情况，所以应该补充突变体Z和T在T24条件下的实验，并补充野生型植株在T20、T24和T28条件下的实验。

（3）根据图4、5分析可知，短期持续光照条件下突变体C的气孔导度低，减小了二氧化碳的吸收量，进而导致了其较低的碳固定量。

（4）根据题意分析，两者的完全“周期共鸣”可使拟南芥在35天内的干重增加明显高于其他“周期共鸣”匹配不完全的处理组，结合以上分析可知，“周期共鸣”对光合作用起调节作用的机制为：影响拟南芥叶片内的叶绿素含量，影响光反应速率，从而影响CO2固定量；影响拟南芥的气孔导度，影响CO2吸收量，从而影响暗反应速率。