“特殊”的光合作用

精彩教師之家 2012-01-06

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生命活動有共同的規(guī)律，但生物的多樣性又決定了在這種共同的規(guī)律之外普遍存在著“特殊”。光合作用的過程中也體現(xiàn)實這種“特殊”。

[例]景天科植物A有一個很特殊的CO₂同化方式，夜間氣孔開放，吸收的CO₂生成蘋果酸儲存在液泡中，如圖一所示；白天氣孔關(guān)閉，液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO₂用于光合作用，如圖二所示。十字花科植物B的CO₂同化過程如圖三所示，請回答下列問題：

（1）白天，影響植物A光合作用強度的環(huán)境因素有　。

（2）植物A夜晚能吸收CO₂，卻不能合成C₆H₁₂O₆的原因是　 ,白天植物A進行光合作用所需的CO₂的來源有和。

（3）在上午10：00點時，突然降低環(huán)境中CO₂濃度后的一小段時間內(nèi)，植物A和植物B細胞中C₃含量變化的差異是　。

（4）植物A氣孔開閉的特點，與其生活的環(huán)境是相適應(yīng)的，推測植物A生活的環(huán)境最可能是。

分析：光合作用的暗反應(yīng)中CO₂的固定是CO₂與C₅結(jié)合形成C₃的過程，這一過程不需要光，但由于暗反應(yīng)需要光反應(yīng)提供的[H]與ATP，在沒有光的情況下暗反應(yīng)是不能持續(xù)進行的。因此，植物白天有光時進行光合作用，包括CO₂的固定。這是我們學(xué)習(xí)過的經(jīng)典光合作用的類型。題中植物B光合作用的類型符合這種情形。

但植物A的光合作用就明顯與之不同了。從題中信息可知，植物A的光合作用特點是：環(huán)境中的CO₂于晚間被固定到蘋果酸儲存于液泡中，白天蘋果酸通過脫羧釋放出CO₂，釋放的CO₂再被C₅固定。

我們知道，植物葉片的氣孔既是吸收CO₂的通道，也是水分蒸騰的通道。A植物白天關(guān)閉氣孔，說明這種植物是在炎熱干旱的環(huán)境中生存的，白天關(guān)閉氣孔是它保存水分的生存策略。但白天氣孔閉后需要解決光合作用所需的CO₂的獲得問題，在進化中這類植物形成了夜間將其固定在液泡中，白天再釋放的迂回策略。看似這樣的光合作用方式成本高了，效率也低了，但卻是植物在極端環(huán)境中進化形成的與環(huán)境相適應(yīng)的光合方式。由此可見，“特殊”的光合作用其實并不特殊。

（1）影響光合強度的環(huán)境因素包括光照強度、CO2濃度、溫度、水分等，但對A植物來講白天氣孔是關(guān)閉的，CO2濃度對其沒有影響。

（2）暗反應(yīng)對光反應(yīng)的依賴是在C3還原的階段，如果沒有光反應(yīng)的進行，C3的還原就停止，當(dāng)然也就無法合成C₆H₁₂O₆了。通常，白天光合作用所需要的CO2來自于細胞呼吸以及環(huán)境中吸收，但A植物白天氣孔關(guān)閉不能利用大氣中的CO2，而是來自于蘋果酸的脫羧。

（3）上午10時突然降低CO2的濃度，對A植物光合作用利用CO2不會產(chǎn)生影響，因此對C3的含量也不產(chǎn)生影響；但B植物可利用的CO2下降，將導(dǎo)致C3合成量的減少。

（4）A植物氣孔開閉的特點說明其是適應(yīng)炎熱干旱環(huán)境的，前面已作分析。

答案：（1）溫度、光照強度、水分等（2）沒有光照，光反應(yīng)不能正常進行，無法為暗反應(yīng)提供所需的ATP、[H] 蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放的呼吸作用產(chǎn)生的（3）植物A基本不變，植物B下降的（4）炎熱干旱

下面的一題是2011年廣東高考題，題中的蝴蝶蘭的光合作用方式也是相對“特殊”的，同學(xué)們不妨試試，看能否分析得出正確的答案。

題目：

觀賞植物蝴蝶蘭可通過改變CO2，吸收方式以適應(yīng)環(huán)境變化長期干旱條件下，蝴蝶蘭在夜間吸收CO2，并貯存在細胞中。

(1)依上左圖分析，長期干旱條件下的蝴蝶蘭在O～4時 (填“有”或“無”)ATP和[H]的合成，原因是；此時段 (填“有”或“無”)光合作用的暗反應(yīng)發(fā)生，原因是；10～16時無明顯CO2吸收的直接原因是。