1.(2024·湖南模擬)(8分)植物吸收的光能超過(guò)光合作用所能利用的量時(shí)引起光能轉(zhuǎn)化效率下降的現(xiàn)象稱(chēng)為光抑制。光抑制主要發(fā)生在葉肉細(xì)胞的PSⅡ系統(tǒng),該系統(tǒng)吸收光能,將水分解為O2和H+并釋放電子,但電子積累過(guò)多時(shí)會(huì)產(chǎn)生活性氧破壞PSⅡ系統(tǒng)的功能,使光合速率下降。番茄葉肉細(xì)胞中存在非光化學(xué)淬滅(NPQ)機(jī)制,可通過(guò)葉黃素將過(guò)剩光能以熱能形式散失。完成下列問(wèn)題。
(1)PSⅡ系統(tǒng)存在于葉肉細(xì)胞的 (結(jié)構(gòu))。
(2)強(qiáng)光條件下,NPQ機(jī)制將葉綠體吸收的過(guò)剩光能轉(zhuǎn)化為熱能散失,減少了PSⅡ系統(tǒng)產(chǎn)生的 、 ,從而減輕其對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)的破壞。強(qiáng)光會(huì)先抑制光合作用 階段,減少 的產(chǎn)生,其中后者作為活潑的還原劑。
(3)為研究V基因在高光條件下對(duì)NPQ機(jī)制的作用,科研人員利用V基因沉默型番茄,與野生型番茄經(jīng)過(guò)相同高光處理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖,說(shuō)明高光條件下V基因的表達(dá) 。
答案(1)(葉綠體)類(lèi)囊體薄膜
(2)電子 活性氧 光反應(yīng) ATP和NADPH
(3)促進(jìn)NPQ機(jī)制的激活
解析(1)PSⅡ系統(tǒng)吸收光能,將水分解為O2和H+并釋放電子,是光反應(yīng)水的光解過(guò)程,發(fā)生在葉綠體的類(lèi)囊體薄膜,因此PSⅡ系統(tǒng)存在于葉肉細(xì)胞的類(lèi)囊體薄膜。
(2)NPQ機(jī)制將葉綠體吸收的過(guò)剩光能轉(zhuǎn)化為熱能散失,PSⅡ系統(tǒng)吸收的光能減少,釋放的電子減少,產(chǎn)生的活性氧減少,從而減輕其對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)的破壞。PSⅡ系統(tǒng)進(jìn)行水的光解過(guò)程,強(qiáng)光破壞PSⅡ系統(tǒng)的功能,會(huì)先抑制光合作用的光反應(yīng)階段,減少ATP和NADPH的產(chǎn)生,其中NADPH作為活潑的還原劑。
(3)結(jié)合題圖可知,野生型經(jīng)高光處理后NPQ的激活程度明顯增高,而V基因沉默型在黑暗和高光處理?xiàng)l件下NPQ的激活程度均較低,說(shuō)明V基因的表達(dá)能夠促進(jìn)NPQ機(jī)制的激活。根據(jù)以上信息推測(cè)V基因表達(dá)增強(qiáng)更有利于在強(qiáng)光下激活NPQ機(jī)制,保護(hù)PSⅡ系統(tǒng),適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境。
2.(2024·湖南衡陽(yáng)模擬)(14分)馬拉松長(zhǎng)跑過(guò)程中,約有60%的能量由脂肪提供,運(yùn)動(dòng)員往往出現(xiàn)心跳加快、呼吸加深、大量出汗、口渴等生理反應(yīng)。圖1為運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)部分物質(zhì)和能量代謝關(guān)系示意圖,請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
圖1
(1)馬拉松長(zhǎng)跑過(guò)程中,細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的二氧化碳量和消耗氧氣量的比值 (填“大于”“小于”或“等于”)1,葡萄糖儲(chǔ)存的能量經(jīng)有氧呼吸釋放后,其主要去向是 。
(2)[H]的本質(zhì)是 ,在有氧呼吸的第二階段,是否需要氧氣的存在,請(qǐng)?zhí)岢鲆环N合理的解釋: 。
(3)有氧呼吸過(guò)程中,[H]中的H+需要經(jīng)過(guò)一系列過(guò)程才能傳遞給分子氧,氧與之結(jié)合生成水,圖2為其傳遞過(guò)程的兩條途徑,真核生物體內(nèi)存在其中的一條或兩條途徑?；卮鹣嚓P(guān)問(wèn)題。
圖2
①研究發(fā)現(xiàn),“物質(zhì)6→物質(zhì)7”過(guò)程易被氰化物抑制。若小鼠氰化物中毒,則其細(xì)胞呼吸全被抑制,導(dǎo)致小鼠死亡;而對(duì)天南星科植物用氰化物處理,會(huì)使其呼吸速率降低,但其細(xì)胞呼吸并未完全被抑制。結(jié)果表明:天南星科植物存在 (填“途徑1”“途徑2”或“途徑1和途徑2”)。
②天南星在開(kāi)花時(shí),其花序會(huì)釋放大量能量,花序溫度比周?chē)鷾囟雀?5~35 ℃,促使惡臭物質(zhì)散發(fā)以吸引昆蟲(chóng)進(jìn)行傳粉。研究發(fā)現(xiàn),此時(shí)花序中ATP生成量并沒(méi)有明顯增加。花序溫度升高但ATP生成沒(méi)有明顯增加的原因是 。
答案(1)小于 以熱能的形式散失
(2)NADH 需要,只有在氧氣存在的情況下,丙酮酸才能進(jìn)入線粒體
(3)途徑1和途徑2 途徑2增強(qiáng),物質(zhì)氧化分解釋放的能量?jī)?chǔ)存在ATP中的較少,大部分以熱能形式散失
解析(1)馬拉松長(zhǎng)跑過(guò)程中,需要消耗大量的能量,只依靠糖類(lèi)氧化分解不足以維持,所以需要消耗脂肪提供能量。因?yàn)榕c糖類(lèi)相比,脂肪中氫的含量多,氧的含量少,脂肪的氧化分解需要消耗更多的氧,同時(shí)釋放大量的氧氣,因此運(yùn)動(dòng)員在馬拉松長(zhǎng)跑過(guò)程中,細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的二氧化碳量小于消耗的氧氣量,所以其比值小于1。葡萄糖儲(chǔ)存的能量經(jīng)有氧呼吸釋放后,能量主要以熱能的形式散失。(2)[H]的本質(zhì)是NADH。因?yàn)橹挥性谘鯕獯嬖诘那闆r下,丙酮酸才能進(jìn)入線粒體,所以在有氧呼吸的第二階段需要氧氣。(3)①“物質(zhì)6→物質(zhì)7”過(guò)程易被氰化物抑制。若小鼠氰化物中毒,則其細(xì)胞呼吸作用全被抑制,導(dǎo)致小鼠死亡,說(shuō)明小鼠只存在途徑1;對(duì)天南星科植物用氰化物處理,會(huì)使其呼吸速率降低,但其細(xì)胞呼吸并未完全被抑制,說(shuō)明天南星科植物存在途徑1和途徑2。②天南星在開(kāi)花時(shí),花序溫度升高但ATP生成沒(méi)有明顯增加的原因是途徑2增強(qiáng),物質(zhì)氧化分解釋放的能量?jī)?chǔ)存在ATP中較少,大量以熱能形式散失。
3.(2024·重慶二模)(14分)植物含有葉綠體的細(xì)胞在光照下不僅能進(jìn)行CO2同化,而且存在依賴(lài)光的消耗O2釋放CO2的耗能反應(yīng),稱(chēng)為光呼吸。其大致過(guò)程如圖所示。
(1)由圖可知,光呼吸過(guò)程中消耗O2的細(xì)胞器是 ,判斷依據(jù)是 。產(chǎn)生CO2的細(xì)胞器是 。
(2)引起光呼吸作用的基礎(chǔ)是光合作用中固定CO2的酶Rubisc具有雙重功能,既能催化CO2固定又能催化O2與C5結(jié)合,形成C3和C2,導(dǎo)致光合效率下降。CO2和O2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Rubisc的同一活性位點(diǎn)。據(jù)此推測(cè),在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò) (至少填一種措施)增加作物產(chǎn)量。
(3)當(dāng)CO2和O2分壓比降低時(shí),暗反應(yīng)減慢, 積累導(dǎo)致H2O光解產(chǎn)生的電子與O2結(jié)合產(chǎn)生自由基對(duì)膜結(jié)構(gòu)造成傷害。光呼吸途徑的存在可減輕這種傷害,其機(jī)理是 。
(4)嘗試從能量和反應(yīng)條件(光)兩方面說(shuō)明光呼吸和細(xì)胞呼吸的不同點(diǎn): 。
答案(1)葉綠體 光呼吸過(guò)程中O2需要與葉綠體中的RuBP結(jié)合 線粒體
(2)適當(dāng)提高CO2濃度
(3)NADPH 光呼吸產(chǎn)生的C3和CO2可加快暗反應(yīng)的進(jìn)行,促進(jìn)水光解產(chǎn)生的電子與NADP+結(jié)合,減少與O2結(jié)合(產(chǎn)生自由基),從而避免其對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)造成傷害
(4)光呼吸不產(chǎn)生ATP,需要光;細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP,有光無(wú)光均能進(jìn)行
解析(1)植物含有葉綠體的細(xì)胞在光照下不僅能進(jìn)行CO2同化,而且存在依賴(lài)光的消耗O2釋放CO2的耗能反應(yīng),稱(chēng)為光呼吸。根據(jù)圖示信息可知,光呼吸過(guò)程中O2需要與葉綠體中的RuBP結(jié)合并在酶的作用下生成乙醇酸,所以消耗O2的場(chǎng)所在葉綠體。產(chǎn)生CO2的細(xì)胞器是線粒體。(2)根據(jù)題意可知,Rubisc具有雙重功能,既能催化CO2固定又能催化O2與C5結(jié)合,形成C3和C2,導(dǎo)致光合效率下降。CO2和O2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Rubisc的同一活性位點(diǎn),因此可通過(guò)適當(dāng)提高CO2濃度,促進(jìn)CO2和Rubisc的活性位點(diǎn)結(jié)合,進(jìn)而提高光合作用,增加作物產(chǎn)量。(3)當(dāng)CO2和O2分壓比降低時(shí),暗反應(yīng)減慢,NADPH的消耗速率減慢,光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH會(huì)積累,導(dǎo)致H2O光解產(chǎn)生的電子與O2結(jié)合產(chǎn)生自由基對(duì)膜結(jié)構(gòu)造成傷害。光呼吸產(chǎn)生的C3和CO2可加快暗反應(yīng)的進(jìn)行,促進(jìn)水光解產(chǎn)生的電子與NADP+結(jié)合,減少與O2結(jié)合(產(chǎn)生自由基),從而避免其對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)造成傷害。(4)從能量的角度來(lái)看,光呼吸不產(chǎn)生ATP,細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP;從反應(yīng)條件(光)的角度來(lái)看,光呼吸需要光才能進(jìn)行,細(xì)胞呼吸有光無(wú)光均能進(jìn)行。
4.(2024·山西晉中模擬)(15分)圖1是擬南芥進(jìn)行光合作用的示意圖,PSⅠ(光系統(tǒng)Ⅰ)和PSⅡ(光系統(tǒng)Ⅱ)是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物。回答下列問(wèn)題。
圖1
(1)光反應(yīng)過(guò)程中光能轉(zhuǎn)換成電能,最終轉(zhuǎn)換為 。若CO2濃度降低,則圖中電子傳遞速率會(huì) (填“升高”或“降低”),原因是 。
(2)強(qiáng)光條件下,過(guò)剩的光能會(huì)對(duì)PSⅡ復(fù)合體造成損傷,導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度減弱。遭受強(qiáng)光損傷的擬南芥幼葉細(xì)胞中,葉綠素酶(CLH)基因表達(dá)量明顯上升,科研人員為研究幼葉應(yīng)對(duì)強(qiáng)光影響的機(jī)制,分別測(cè)定野生型(WT)、CLH基因缺失的突變型(clh-1)和CLH基因過(guò)量表達(dá)的突變型(clh-2)擬南芥在強(qiáng)光照射后的生存率,結(jié)果如圖2所示。據(jù)圖可知,CLH基因可以 擬南芥在強(qiáng)光照射后的生存能力。
圖2
圖3
(3)科研人員研究發(fā)現(xiàn),擬南芥的H基因突變體在22 ℃下生長(zhǎng)與野生型無(wú)差別,而30 ℃下生長(zhǎng)則葉片呈白色。
①30 ℃時(shí),葉片呈白色的原因是葉綠體發(fā)育異常, 合成受阻。
②科研人員用特定抗體檢測(cè)H蛋白在葉綠體內(nèi)的分布,結(jié)果如圖3所示(各泳道的蛋白質(zhì)樣量均保持一致),依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出的結(jié)論是 。
③H蛋白是一種熱應(yīng)激蛋白(溫度升高時(shí)表達(dá)),調(diào)控葉綠體基因編碼的RNA聚合酶的活性。據(jù)此推測(cè),H基因突變體在30 ℃時(shí)葉片呈白色的原因是 。
答案(1)ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能 降低 CO2濃度降低,C3生成量減少,用于還原C3的NADPH消耗量減少,生產(chǎn)的NADP+減少,接受的e-減少
(2)提高
(3)葉綠素 H蛋白主要分布于類(lèi)囊體上 H基因突變導(dǎo)致H蛋白在30 ℃時(shí)不表達(dá)(H蛋白失活),葉綠體中RNA聚合酶活性降低,影響類(lèi)囊體上與光合色素合成相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄,使光合色素合成受阻
解析(1)在光反應(yīng)的過(guò)程中:光能轉(zhuǎn)換為電能,電能再轉(zhuǎn)換為活躍的化學(xué)能,存儲(chǔ)在ATP和NADPH中,在暗反應(yīng)過(guò)程中,ATP和NADPH中的活躍化學(xué)能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)能存儲(chǔ)在有機(jī)物中。分析圖1可知,若CO2濃度降低,C3生成量減少,用于還原C3的NADPH消耗量減少,生產(chǎn)的NADP+減少,接受的e-減少,則圖1中電子傳遞速率會(huì)降低。
(2)圖2曲線顯示野生型擬南芥(WT)在強(qiáng)光照射時(shí)間超過(guò)一天后,生存率開(kāi)始降低;CLH基因缺失的突變型擬南芥(clh-1)在強(qiáng)光照射時(shí)間超過(guò)一天后,生存率也開(kāi)始降低,且降低幅度大于野生型擬南芥;CLH基因過(guò)量表達(dá)的突變型擬南芥(clh-2)在強(qiáng)光照射時(shí)間超過(guò)一天后,生存率不變,推測(cè)CLH基因可以提高擬南芥在強(qiáng)光照射后的生存能力。
(3)①在正常情況下,葉片呈綠色是因?yàn)槿~綠體中含有葉綠素,30 ℃時(shí),葉片呈白色的原因是葉綠體發(fā)育異常,這是由葉綠素合成受阻所致。②由圖3可知,H蛋白在葉綠體基質(zhì)中含量低,而在類(lèi)囊體中含量高,故根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,H蛋白主要分布于類(lèi)囊體上。③H蛋白是一種熱應(yīng)激蛋白(溫度升高時(shí)表達(dá)),調(diào)控葉綠體基因編碼的RNA聚合酶的活性。據(jù)此推測(cè),H基因突變體在30 ℃時(shí)葉片呈白色的原因是H基因突變導(dǎo)致H蛋白在30 ℃時(shí)不表達(dá)(H蛋白失活),葉綠體中RNA聚合酶活性降低,影響類(lèi)囊體上光合色素合成相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄,使光合色素合成受阻。
5.(2024·山東棗莊二模)(12分)小麥、水稻等大多數(shù)植物,在暗反應(yīng)階段,CO2被C5固定以后形成C3,進(jìn)而被還原成(CH2O),這類(lèi)植物稱(chēng)為C3植物。而玉米、甘蔗等原產(chǎn)在熱帶的植物,CO2中的碳首先轉(zhuǎn)移到草酰乙酸(C4)中,然后轉(zhuǎn)移到C3中,這類(lèi)植物稱(chēng)為C4植物,其固定CO2的途徑如圖1所示。蘆薈、仙人掌等植物白天氣孔關(guān)閉,夜間氣孔開(kāi)放,這類(lèi)植物在進(jìn)化中形成了特殊的固碳途徑,如圖2所示,這類(lèi)植物稱(chēng)為CAM植物。(注:PEP羧化酶比RuBP羧化酶對(duì)CO2的親和力更強(qiáng))
圖1
圖2
(1)C4植物的光反應(yīng)發(fā)生在 細(xì)胞中。在夏季炎熱干旱的中午,C4植物比C3植物的優(yōu)越性表現(xiàn)為 。
(2)CAM植物參與卡爾文循環(huán)的CO2直接來(lái)源于 過(guò)程,夜晚其葉肉細(xì)胞能產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所是 。
(3)蝴蝶蘭因花色艷麗、花姿優(yōu)美、開(kāi)花期長(zhǎng),一直以來(lái)深受愛(ài)花者的青睞。有人想在室內(nèi)大量培養(yǎng)蝴蝶蘭,又擔(dān)心植物多,在夜晚會(huì)釋放大量的CO2不利于健康。請(qǐng)你根據(jù)圖1、圖2的固碳途徑,利用CO2傳感器,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究蝴蝶蘭是否屬于CAM植物。
實(shí)驗(yàn)思路: 。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論: 。
答案(1)葉肉 夏季炎熱干旱的中午,植物氣孔大量關(guān)閉,使得空氣中的CO2不易進(jìn)入細(xì)胞,細(xì)胞內(nèi)CO2濃度較低,而C4植物的PEP羧化酶比RuBP羧化酶對(duì)CO2的親和力更強(qiáng),可以利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用
(2)蘋(píng)果酸分解和細(xì)胞呼吸(有氧呼吸) 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體
(3)在密閉裝置內(nèi)種植蝴蝶蘭,利用CO2傳感器測(cè)定其白天和夜晚CO2含量變化的差異 若密閉容器內(nèi)白天CO2含量不變,晚上CO2含量下降,則為CAM植物;若白天CO2含量下降,晚上CO2含量增多,則不是CAM植物
解析(1)結(jié)合圖1可知,葉肉細(xì)胞的葉綠體中有類(lèi)囊體沒(méi)有RuBP羧化酶,因此可以進(jìn)行光反應(yīng),不能進(jìn)行暗反應(yīng);C4植物的PEP羧化酶活性較強(qiáng),對(duì)CO2的親和力很大,這種酶就起一個(gè)“二氧化碳泵”的作用,把外界CO2“壓”進(jìn)維管束鞘薄壁細(xì)胞中去,增加維管束鞘薄壁細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度。所以,在炎熱干旱環(huán)境中,葉片關(guān)閉氣孔以減少水分的喪失,導(dǎo)致葉片中CO2濃度大大下降,因此在這樣的環(huán)境中,C4植物在較低CO2濃度時(shí)光合速率高于C3植物。(2)結(jié)合圖2可知,CAM植物參與卡爾文循環(huán)的CO2直接來(lái)源于呼吸過(guò)程(有氧呼吸)釋放和蘋(píng)果酸分解;夜晚其葉肉細(xì)胞能產(chǎn)生ATP的過(guò)程是細(xì)胞呼吸,場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。(3)CAM植物白天氣孔關(guān)閉,夜間氣孔開(kāi)放,因此要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究蝴蝶蘭是否屬于CAM植物,可從密閉容器內(nèi)白天和晚上CO2的濃度變化可知,將蝴蝶蘭培養(yǎng)在透明的密閉容器內(nèi),置于自然環(huán)境中,若白天CO2含量不變,晚上CO2含量下降,則為CAM植物;若白天CO2含量下降,晚上CO2含量增多,則不是CAM植物。
6.(2024·河南模擬)(16分)光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ是植物光合作用的捕光復(fù)合物、放氧復(fù)合物和電子傳遞復(fù)合物等。藻藍(lán)蛋白是海洋藻類(lèi)中吸收光能的一類(lèi)蛋白質(zhì),能吸收550~650 nm內(nèi)不同波長(zhǎng)的光,影響光合作用的效率。為研究藻藍(lán)蛋白的功能,研究人員以缺失細(xì)胞壁的萊茵衣藻突變體(cc849)、基于cc849制備的高表達(dá)藻藍(lán)蛋白FACHB314的轉(zhuǎn)基因萊茵衣藻藻株(Cr-PC)和高表達(dá)藻藍(lán)蛋白FACHB314及FACHB314合成酶的萊茵衣藻藻株(Cr-PCHP)為材料,研究相關(guān)光合參數(shù),結(jié)果如圖1和圖2所示?；卮鹣铝袉?wèn)題。
圖1
圖2
(1)萊茵衣藻屬于單細(xì)胞真核生物。光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ分布在葉綠體的 上,捕光復(fù)合物中的葉綠素主要吸收可見(jiàn)光中的 。不能用低滲溶液培養(yǎng)cc849藻株,原因是 。
(2)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,藻藍(lán)蛋白FACHB314吸收的光 (填“能”或“不能”)輸入光合作用系統(tǒng),判斷依據(jù)是 。
(3)檢測(cè)以上三種萊茵衣藻的生長(zhǎng)曲線和干重(有機(jī)干物質(zhì)量),結(jié)果如圖3和圖4所示。
圖3
圖4
在培養(yǎng)過(guò)程中,檢測(cè)培養(yǎng)液中萊茵衣藻的細(xì)胞數(shù)量時(shí),可采用的方法是 。重組藻藍(lán)蛋白FACHB314的表達(dá)對(duì)萊茵衣藻生長(zhǎng)和有機(jī)物的積累具有 作用,基于上述研究,原因是 。
答案(1)類(lèi)囊體薄膜 紅光和藍(lán)紫光 cc849藻株的細(xì)胞壁缺失,在低滲溶液中會(huì)吸水漲破
(2)能 Cr-PC和Cr-PCHP藻株均高表達(dá)藻藍(lán)蛋白FACHB314,兩者的光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ的電子傳遞速率均高于cc849藻株
(3)抽樣檢測(cè)法(或顯微鏡直接計(jì)數(shù)法) 促進(jìn) 藻藍(lán)蛋白FACHB314能提高光系統(tǒng)的電子傳遞速率,提高光合速率,增加有機(jī)物的積累量
解析(1)萊茵衣藻屬于單細(xì)胞真核生物。光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ參與光反應(yīng),存在于萊茵衣藻葉綠體的類(lèi)囊體薄膜上。葉綠素主要吸收可見(jiàn)光中的紅光和藍(lán)紫光。cc849藻株的細(xì)胞壁缺失,在低滲溶液中容易吸水漲破,因而不能用低滲溶液培養(yǎng)cc849藻株。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,Cr-PC和Cr-PCHP藻株均高表達(dá)藻藍(lán)蛋白FACHB314,二者的光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ的電子傳遞速率均高于cc849藻株,說(shuō)明藻藍(lán)蛋白FACHB314吸收的光能輸入光合作用系統(tǒng),從而能提高光合速率。(3)在培養(yǎng)過(guò)程中,檢測(cè)培養(yǎng)液中萊茵衣藻的細(xì)胞數(shù)量時(shí),可采用抽樣檢測(cè)法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,Cr-PC和Cr-PCHP藻株均高表達(dá)藻藍(lán)蛋白FACHB314,其細(xì)胞密度和干重均大于cc849藻株,說(shuō)明重組藻藍(lán)蛋白的表達(dá)對(duì)萊茵衣藻生長(zhǎng)和有機(jī)物的積累具有促進(jìn)作用,原因是藻藍(lán)蛋白吸收光能,提高了光系統(tǒng)的電子傳遞速率,提高了光合速率。
7.(2024·廣東韶關(guān)二模)(14分)研究人員發(fā)現(xiàn)大豆細(xì)胞中GmPLP1(一種光受體蛋白)的表達(dá)量在強(qiáng)光下顯著下降。據(jù)此,他們作出GmPLP1參與強(qiáng)光脅迫響應(yīng)的假設(shè)。為驗(yàn)證該假設(shè),他們選用WT(野生型)、GmPLP1-x(GmPLP1過(guò)表達(dá))和GmPLP1-i(GmPLP1低表達(dá))轉(zhuǎn)基因大豆幼苗為材料進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖1所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
圖1
(1)強(qiáng)光脅迫時(shí),過(guò)剩的光能會(huì)對(duì)光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白復(fù)合體(PSⅡ)造成損傷,并產(chǎn)生活性氧(影響PSⅡ的修復(fù)),進(jìn)而影響 和ATP的供應(yīng),導(dǎo)致暗反應(yīng)中 (填生理過(guò)程)減弱,生成的有機(jī)物減少,致使植物減產(chǎn)。
(2)圖1中,光照強(qiáng)度大于1 500 μml/(m2·s)時(shí),隨著光照強(qiáng)度的增加,三組實(shí)驗(yàn)大豆幼苗的凈光合速率均增加緩慢,分析其原因可能是 (試從暗反應(yīng)角度答出2點(diǎn))。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明GmPLP1參與強(qiáng)光脅迫響應(yīng),判斷依據(jù)是 。
(3)研究小組在進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn),強(qiáng)光會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)GmVTC2b的表達(dá)。為探究GmVTC2b是否參與大豆對(duì)強(qiáng)光脅迫的響應(yīng),他們測(cè)量了弱光和強(qiáng)光下WT(野生型)和GmVTC2b-x(GmVTC2b過(guò)表達(dá))轉(zhuǎn)基因大豆幼苗中抗壞血酸(可清除活性氧)的含量,結(jié)果如圖2所示。
圖2
依據(jù)結(jié)果可推出在強(qiáng)光脅迫下GmVTC2b增強(qiáng)了大豆幼苗對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性(生物對(duì)強(qiáng)光脅迫的忍耐程度),其原理是 。
(4)經(jīng)進(jìn)一步的研究,研究人員發(fā)現(xiàn)GmPLP1通過(guò)抑制GmVTC2b的功能,減弱大豆幼苗對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性。若在第(3)小題實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行驗(yàn)證,該實(shí)驗(yàn)組的選材為 的轉(zhuǎn)基因大豆幼苗(提示:可通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到相應(yīng)基因過(guò)表達(dá)和低表達(dá)的植物)。根據(jù)以上信息,試提出一個(gè)可提高大豆對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性,從而達(dá)到增產(chǎn)目的的思路: (答出1點(diǎn)即可)。
答案(1)NADPH C3的還原
(2)受胞間CO2濃度的限制;受光合作用有關(guān)酶的數(shù)量(活性)的限制;受溫度的影響 一定范圍內(nèi),光照較強(qiáng)時(shí),與WT相比,GmPLP1的表達(dá)量增加會(huì)抑制大豆幼苗的光合作用,GmPLP1的表達(dá)量減少會(huì)促進(jìn)大豆幼苗的光合作用
(3)GmVTC2b通過(guò)增加抗壞血酸含量進(jìn)而提高大豆清除活性氧的能力,從而增加植株對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性
(4)GmVTC2b過(guò)表達(dá)和GmPLP1過(guò)表達(dá)(或GmVTC2b過(guò)表達(dá)和GmPLP1低表達(dá)) 抑制大豆細(xì)胞中GmPLP1的表達(dá);促進(jìn)大豆細(xì)胞中GmVTC2b的表達(dá);增加大豆細(xì)胞中抗壞血酸的含量
解析(1)強(qiáng)光脅迫時(shí),過(guò)剩的光能會(huì)對(duì)光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白復(fù)合體(PSⅡ)造成損傷,光反應(yīng)減弱,光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少,而暗反應(yīng)階段中C3的還原需要光反應(yīng)提供ATP和NADPH,因此會(huì)導(dǎo)致暗反應(yīng)中C3的還原減弱,生成的有機(jī)物減少,致使植物減產(chǎn)。(2)由于胞間CO2濃度的限制,二氧化碳吸收速率有限,光合作用有關(guān)酶的數(shù)量(活性)的限制以及溫度的影響等,導(dǎo)致光照強(qiáng)度大于1 500 μml/(m2·s)時(shí),隨著光照強(qiáng)度的增加,三組實(shí)驗(yàn)大豆幼苗的凈光合速率均增加緩慢。由圖1可知一定范圍內(nèi),光照較強(qiáng)時(shí),與WT相比,GmPLP1的表達(dá)量增加(GmPLP1-x組)會(huì)抑制大豆幼苗的光合作用,GmPLP1的表達(dá)量減少(GmPLP1-i組)會(huì)促進(jìn)大豆幼苗的光合作用,該結(jié)果表明GmPLP1參與強(qiáng)光脅迫響應(yīng)。(3)由圖2可知,GmVTC2b通過(guò)增加抗壞血酸含量進(jìn)而提高大豆清除活性氧的能力,從而增加植株對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性,因此在強(qiáng)光脅迫下GmVTC2b增強(qiáng)了大豆幼苗對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性(生物對(duì)強(qiáng)光脅迫的忍耐程度)。(4)為了驗(yàn)證GmPLP1通過(guò)抑制GmVTC2b的功能,減弱大豆幼苗對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性,因此可通過(guò)設(shè)置GmVTC2b過(guò)表達(dá)和GmPLP1過(guò)表達(dá)(或GmVTC2b過(guò)表達(dá)和GmPLP1低表達(dá))的轉(zhuǎn)基因大豆幼苗來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)以上信息,可通過(guò)抑制大豆細(xì)胞中GmPLP1的表達(dá),促進(jìn)大豆細(xì)胞中GmVTC2b的表達(dá),增加大豆細(xì)胞中抗壞血酸的含量等方法,提高大豆對(duì)強(qiáng)光脅迫的耐受性,達(dá)到增產(chǎn)的目的。

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