Question

【題目】植物接受過多光照可能對進行光合作用的相關細胞器造成損害，因此植物需要一種名為“非光化學淬滅”（NPQ）的機制來保護自身，在NPQ的作用下多余的光能會以熱能的形式散失。該機制的啟動和關閉特點如圖一所示，其中符號代表抑制作用。

（1）NPQ直接作用于光合作用的_________________（光反應/暗反應）階段。

（2）由圖一推測，在光照強度以及其他外部環境因素均相同的情況下，狀態丙比狀態甲的光合作用強度___________（強/弱/相等），導致上述差異的內因可能有____________、____________。

（3）科學研究者研發了一種轉基因煙草（VPZ），相比野生煙草（WT），其在由強光轉為弱光后NPQ機制關閉的時間縮短。圖二為分別在恒定光強和波動光強下測得的兩種煙草CO2最大固定速率。

①農作物一半的光合作用是在有各種陰影時進行的。結合圖一推斷，同樣環境條件下VPZ的產量比WT的產量____________（高/低）。

②由圖二分析可知，轉基因煙草（VPZ）相比野生煙草（WT）的優勢是____________。因此，在自然環境中，VPZ的種植有利于提高光合作用產量。

Answer 1

【答案】光反應弱[H]（NADPH、還原氫）下降ATP的合成量下降高在波動光強下，VPZ的最大光合速率（CO2最大固定率）比WT高

【解析】

根據題意，NPQ是一種“非光化學淬滅”機制，NPQ能將多余的光能會以熱能的形式散失，故NPQ影響的是光反應階段；據圖一顯示，甲變成乙過程時，多云轉晴天過程中，NPQ機制會迅速啟動，丙圖顯示，即晴天轉多云時，NPQ機制會關閉緩慢，使很多的光轉化為熱能散失了，且該過程抑制了CO2的利用，故圖丙比圖甲的光合作用強度弱；NPQ機制從開啟到緩慢關閉的過程中，很多光能轉化為熱能散失，導致光反應減弱，H2O光解速率下降，類囊體膜產生的[H]減少，光能轉化為ATP減少。根據圖二可知，VPZ條件下CO2最大固定率比WT的要高，由于農作物一半的光合作用是在有各種陰影時進行的，即在波動光強條件下，VPZ的產量比WT的產量高。

（1）在NPQ的作用下多余的光能會以熱能的形式散失，因此NPQ作用于光合作用的光反應階段。

（2）狀態丙比狀態甲的光合作用強度弱，導致上述差異的內因可能有類囊體膜產生的[H]減少，光能轉化為ATP減少。

（3）①據圖可知，在波動光強條件下，VPZ條件下CO2最大固定率比WT的要高，即同樣環境條件下VPZ的產量比WT的產量高。

②轉基因煙草（VPZ）相比野生煙草（WT）的優勢是在波動光強下，VPZ的最大光合速率比WT高。