甘蔗是我国南方热带地区广泛种植的植物。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞几乎不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞的叶绿体中完成。而甘蔗的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列，叶肉细胞的叶绿体中含发达基粒，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒或基粒发育不良。甘蔗细胞暗反应中碳同化的过程先后发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中（如下图所示），其中催化叶肉细胞叶绿体中碳同化过程的 PEP 羧化酶对 CO₂ 具有很高的亲和力，使叶肉细胞能有效地固定和浓缩较低浓度的 CO₂；而发生在维管束鞘细胞叶绿体中的碳同化过程（又称卡尔文循环）只有在 CO₂ 浓度较高时才能在 RuBP 羧化酶催化下固定 CO₂。

（1）右图中，碳同化过程中 CO₂ 的受体是               ；光反应主要发生在          （填“叶肉细胞”“维管束鞘细胞”或“叶肉 细胞和维管束鞘细胞”）的叶绿体中，它能够为卡尔文循环中 C₃ 还原提供              。

（2）将甘蔗置于适宜光照下一段时间后，取一片正常叶片，脱色处理后滴加碘液，做叶片的横切面装片，放在显微镜下观察，发现叶肉细胞不变蓝而维管束鞘细胞变蓝，原因是              。

（3）通常情况下，植物在干旱、强光、高温条件下，为了防止水分过度蒸发，叶片上的气孔常常关闭，导致植物细胞内的 CO₂ 含量减少，有机物的合成量随之下降，但甘蔗有机物的合成量受上述条件的影响不大，原因是       。

（4）1963 年，Jagendorf 等科学家通过酸碱磷酸化实验证实了光反应过程中 ATP 的产生机理。现有某研究小组利用甘蔗叶肉细胞离体的叶绿体作实验材料模拟了酸碱磷酸化实验：在黑暗条件下，将离体的叶肉细胞叶绿体放在 pH 为 4 的弱酸性溶液中，使类囊体膜腔内的 pH 下降至 4，然后将叶绿体转移到 pH 为 8 的溶液中，并均分为两组：一组立即加入 ADP 和 Pi，结果检测到有 ATP 生成：另一组待类囊体膜腔内外 pH 平衡后再加入 ADP和 Pi，结果检测不到有 ATP 生成。据此推测影响光反应过程中 ATP 产生的关键因素是           ；实验过程中在黑暗条件下进行操作的目的是       。研究小组采用小麦叶肉细胞离体的叶绿体作实验材料重复上述实验，结果两组实验均检测不到有 ATP 生成，原因是           。

答案

（1）C₃ 和 C₅ （或 PEP 和 RuBP）        叶肉细胞         NADPH（或[H]）和 ATP  

（2）叶肉细胞中不能进行卡尔文循环产生淀粉，而维管束鞘细胞中能进行卡尔文循环产生淀粉

（3）甘蔗叶肉细胞中催化碳同化过程的 PEP 羧化酶对 CO₂ 具有很高的亲和力，使叶肉细胞能有效地固定和浓缩较低浓度的 CO₂ 产生 C₄，C₄ 进入维管束鞘细胞的叶绿体中分解产生 CO₂，用于卡尔文循环合成有机物

（4）类囊体膜腔内外 H⁺的浓度（电化学势）差驱动了 ATP 的生成   

排除光对 ATP 生成的影响

小麦基粒中产生的 ATP 在叶绿体基质中被消耗