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20世紀40年代,美國科學家卡爾文用經(jīng)過14C標記的CO2供小球藻進行光合作用,然后追蹤放射性14C的去向,最終探明了光合作用的暗反應階段CO2中的碳是如何轉化為有機物中的碳。因此暗反應階段也稱作卡爾文循環(huán)。
20世紀60年代,科學家發(fā)現(xiàn)在玉米、甘蔗等起源于熱帶的植物葉肉細胞的葉綠體內,在有關酶的催化作用下,CO2首先被一種三碳化合物(PEP)固定,形成一個四碳化合物(C4)。C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中,釋放出一個CO2,并形成另一種三碳化合物——丙酮酸。釋放出來的CO2進入卡爾文循環(huán);丙酮酸則再次進入葉肉細胞中的葉綠體內,在有關酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉化成PEP,繼續(xù)固定CO2,具體過程如圖所示。這種以四碳化合物(C4)為光合最初產物的途徑稱為C4途徑,而卡爾文循環(huán)這種以三碳化合物(C3)為光合最初產物的途徑則稱為C3途徑。相應的植物被稱為C4植物和C3植物。
(注:維管束主要作用是為植物體輸導水分、無機鹽和有機養(yǎng)料等)
C4途徑的生物學意義在于,熱帶植物為了防止水分過度蒸發(fā),常常關閉葉片上的氣孔,這樣空氣中的CO2就不易進入葉肉細胞,不能滿足光合作用對CO2的需求。而C4途徑中能固定CO2的那種酶對CO2有很高的親和力,使葉肉細胞能有效地固定和濃縮CO2,供維管束鞘細胞中葉綠體內的C3途徑利用。
(1)光合作用光反應階段生成的產物有 O2、[H]和ATPO2、[H]和ATP,發(fā)生的場所是 類囊體薄膜類囊體薄膜。
(2)若用14C標記的CO2供玉米進行光合作用,首先出現(xiàn)放射性的化合物是 四碳化合物(C4)四碳化合物(C4)。
(3)C4途徑中PEP的再生途徑是:C4釋放出一個CO2后形成的丙酮酸,在有關酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉化成PEPC4釋放出一個CO2后形成的丙酮酸,在有關酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉化成PEP。
(4)圖甲、乙表示夏季晴朗的白天,兩種不同植物葉片光合作用強度的曲線圖,其中屬于C4植物的是 圖甲圖甲。請說出理由。
【答案】O2、[H]和ATP;類囊體薄膜;四碳化合物(C4);C4釋放出一個CO2后形成的丙酮酸,在有關酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉化成PEP;圖甲
【解答】
【點評】
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