Question

2016年，我国神舟十一号载人飞船首次在太空进行了人工栽培生菜实验，每天宇航员做一些常规照料工作，包括检测栽培基质的含水率、养分含量，灯光照射以及用注射器往基质推入空气。此次太空中种出的生菜暂时不会让航天员食用。航天员将把植物采样带回来，进行生物安全性检测，只有检测合格后，才会在下次实验中考虑让航天员食用栽培的蔬菜。

（1）正常情况下栽培基质的溶液含水率应该____________（填“大于”或“等于”或“小于”）植物细胞的含水率。栽培基质中含有的与光合作用直接相关的大量元素除C,H,O外主要有___________ 三种。

（2）生菜叶肉细胞中合成ATP的场所有______________________。

（3）将生菜放在温度适宜的密闭容器内，如图曲线表示该容器内氧气量的变化情况。

①灯光照射B点时，叶片的光合作用速率_______（填“大于”、“小于”或“等于”）呼吸作用速率。A点以后的短时间内，叶片细胞内三碳化合物的量将___________。

②0～5min时，密闭容器内氧气量减少的原因是_____________。5～15 min时，密闭容器内氧气量增加的速率逐渐减小，这是因为_______________________。

③如果生菜的呼吸速率自始至终不变，则在5～15 min（），生菜的平均光合作用速率(用氧气产生量表示)是________________________mol／min。

Answer

大于 N,P,Mg 叶绿体、线粒体、细胞质基质 等于 减少 呼吸作用消耗氧气 光合作用使密闭容器内的CO2浓度逐渐减少，光合作用速率逐渐下降 6 ×10-8

【解析】分析图解：在0～5min之间，容器处于黑暗条件下，此时植物只进行呼吸作用，因此氧气的减少量可表示呼吸作用消耗量，同时也可以计算出呼吸速率；5min 之后，给予光照，此时植物同时进行光合作用和呼吸作用，因此氧气的减少量可以表示净光合作用量，由此可以计算净光合速率。其中5～15 min时，植物光合速率大于呼吸速率，所以密闭容器内氧气量减少；15 min后，容器内氧气总量不变，说明此阶段植物光合速率等于呼吸速率，即净光合速率=0。

（1）正常情况下为了保证植物细胞能通过渗透作用吸收水分，所以栽培基质的溶液含水率应该大于植物细胞的含水率。与光合作用直接相关的物质有色素、酶以及ADP、磷酸和NADPH，这些化合物所含的大量元素除C、H、O外，还有N、P、Mg三种。

（2）生菜叶肉细胞既可以进行光合作用也可以进行呼吸作用，产生ATP的场所有叶绿体(类囊体薄膜)、线粒体、细胞质基质。

（3）①B点时，植物光合作用和呼吸作用同时进行，呼吸作用消耗光合作用产生的氧气，B点时容器内氧气量不再发生变化，说明光合作用产生的氧气正好被呼吸作用消耗掉，即呼吸作用速率等于光合作用速率。A点给予光照，植物开始进行光反应，导致C3化合物开始还原，C3化合物合成不变，由于C3化合物被还原最终C3化合物在短时间内减少。

②在0～5min之间，小球藻在暗室中进行呼吸作用，不进行光合作用，细胞进行呼吸作用，吸收氧气，释放CO2。因此密闭容器内氧气量减少；5～15min给予光照后，小球藻进行光合作用，产生了大量氧气。光合作用的原料之一是CO2，小球藻进行光合作用使容器内的CO2浓度逐渐减少，光合作用的强度逐渐下降，因此氧气量增加的速率逐渐减少。

③据图可知，0～5min之间，生菜在暗室中只进行呼吸作用，所以呼吸作用每分钟消耗氧气量＝（5－4）×10-7mol/5min＝0.2×10-7mol/min；5～15min之间，生菜的净光合作用速率＝（8－4）×10-7mol/10min＝0.4×10-7mol/min；故5～15min生菜的平均光合作用速率＝净光合作用速率+呼吸消耗＝0.4×10-7mol/min+0.2×10-7mol/min＝6×10-8mol/min。