Question

植物接受过多光照可能对进行光合作用的相关细胞器造成损害，因此植物需要一种名为“非光化学淬灭”（NPQ）的机制来保护自身，在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如图一所示，其中符号“”代表抑制作用。

（1）NPQ直接作用于光合作用的_________（光反应/暗反应）阶段。

（2）由图一推测，在光照强度以及其他环境因素均相同的情况下，状态③比状态①的光合作用强度__________（强/弱/相等）。关于NPQ机制从开启到缓慢关闭过程中的一系列生理变化中，导致上述差异的因素可能有：______________、___________。（写二点）

（3）科学研究者研发了一种转基因烟草（VPZ），相比野生烟草（WT），其在由强光转为弱光后NPQ机制关闭的时间缩短。图二为分别在恒定光强和波动光强下测得的两种烟草的CO₂最大固定速率。

①农作物一半的光合作用是在有各种阴影时进行的。结合图一推断，同样环境条件下VPZ的产量比WT的产量_________（高/低）。

②由图二分析可知，转基因烟草（VPZ）相比野生烟草（WT）的优势是：__________________。因此，在自然环境中，VPZ的种植有利于提高光合作用产量。

Answer

光反应 弱 [H]（NADPH、还原氢）下降 ATP的合成量下降 高 在波动光强下，VPZ的最大光合速率（CO2最大固定率）比WT高

【解析】试题分析：以题意信息和图示中的“文字信息和箭头指向”为切入点，准确把握NPQ机制，结合反映实验结果的柱形图并围绕光合作用过程及其影响因素的相关知识，对各问题情境进行分析作答。

(1)分析图一可知：NPQ机制在光照充足时迅速启动，可以安全去除多余阳光，在云层飘过等因素导致阳光减少的时候，该机制会关闭，因此NPQ直接作用于光合作用的光反应阶段。

(2)图一显示：在NPQ的作用下，状态③的部分光能会以热能的形式散失，导致状态③的光反应较状态①弱，光反应产生的[H]（NADPH、还原氢）下降、ATP的合成量下降，所以状态③比状态①的光合作用强度弱。

(3) ①相比野生烟草（WT），转基因烟草（VPZ）在由强光转为弱光后NPQ机制关闭的时间缩短，说明同样环境条件下，VPZ的光合作用效率比WT的高，因此VPZ的产量比WT的产量高。

②图二显示：在恒定光强下，VPZ和WT的CO2最大固定率无差异，但在波动光强下，VPZ的CO2最大固定率明显高于WT。据此可知，转基因烟草（VPZ）相比野生烟草（WT）的优势是：在波动光强下，VPZ的最大光合速率（CO2最大固定率）比WT高，因此，在自然环境中，VPZ的种植有利于提高光合作用产量。