Question

17．研究發(fā)現(xiàn)，將玉米的PEPC酶基因?qū)�入水稻后，水稻的光合速率顯著增加．為研究轉(zhuǎn)基因水稻光合速率增加的機(jī)理，將水稻葉片放入葉室中進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)．
（1）正常生長(zhǎng)的水稻幼苗，葉肉細(xì)胞中捕獲光能的色素中含量最少的是胡蘿卜素．其植株干重增加最主要的物質(zhì)來(lái)源是CO₂（填“土壤中的無(wú)機(jī)鹽”、“H₂O”、“CO₂”或“從農(nóng)家肥中吸收的有機(jī)物”）．
（2）照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，突然停止光照，此時(shí)水稻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)可能產(chǎn)生的現(xiàn)象是ACD（多選）
A．O₂的產(chǎn)生停止              B．CO₂的固定加快           C．$\frac{ATP}{ADP}$比值下降
D．$\frac{NADPH}{NAD{P}^{+}}$比值下降    E．$\frac{NADH}{NA{D}^{+}}$比值下降     F．$\frac{{C}_{3}}{{C}_{5}}$比值下降
（3）實(shí)驗(yàn)一：向葉室充入N₂以提供無(wú)CO₂的實(shí)驗(yàn)條件，測(cè)得原種水稻和轉(zhuǎn)基因水稻葉肉細(xì)胞間隙的CO₂濃度分別穩(wěn)定在62μmol•m^-2和40μmol•m^-2．此時(shí)，兩種水稻葉肉細(xì)胞的凈光合速率分別為0μmol•m^-2•s^-1 和0μmol•m^-2•s^-1．
實(shí)驗(yàn)二：研磨水稻葉片，獲得酶粗提取液，分離得到水稻葉片中的各種酶蛋白，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因水稻中不僅出現(xiàn)了PEPC酶，而且CA酶（水稻細(xì)胞中與CO₂固定有關(guān)的酶）含量顯著增加．結(jié)合實(shí)驗(yàn)一的結(jié)果進(jìn)行推測(cè)，轉(zhuǎn)基因水稻光合速率提高的原因可能是轉(zhuǎn)入PEPC酶基因引起CA酶基因的表達(dá)加強(qiáng)，進(jìn)而使細(xì)胞利用低濃度CO₂．

Answer 1

分析 光反應(yīng)和暗反應(yīng)：

比較項(xiàng)目	光反應(yīng)	暗反應(yīng)
場(chǎng)所	基粒類囊體膜上	葉綠體的基質(zhì)
條件	色素、光、酶、水、ADP	多種酶、CO2、ATP、[H]
反應(yīng)產(chǎn)物	[H]、O2、ATP	有機(jī)物、ADP、Pi、水
物質(zhì)變化	2H2$\stackrel{光}{→}$4[H]+O2↑ ADP+Pi$\stackrel{酶}{→}$ATP	①CO2的固定： CO2+C5$\stackrel{酶}{→}$2C3 ②C3的還原：（CH2O）+C5+H2O
能量變化	光能→電能→ATP 中活躍的化學(xué)能	ATP中活躍的化學(xué)能→糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能
實(shí)質(zhì)	光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，水光解產(chǎn)生O2和[H]	同化CO2形成 （CH2O）
聯(lián)系	①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供[H]（以NADPH形式存在）和ATP ②暗反應(yīng)產(chǎn)生的ADP和Pi為光反應(yīng)合成ATP提供原料 ③沒(méi)有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，沒(méi)有暗反應(yīng)，有機(jī) 物無(wú)法合成．

解答 解：（1）葉肉細(xì)胞中捕獲光能的色素中含量最少的是胡蘿卜素，植株通過(guò)光合作用積累有機(jī)物，主要利用的是二氧化碳．
（2）正常生長(zhǎng)的水稻，照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，突然停止光照，光反應(yīng)產(chǎn)生O₂的過(guò)程停止，[H]和ATP含量減少，被還原的C₃減少，生成的C₅減少，CO₂的固定變慢，ATP：ADP比值和NADPH：NADP⁺比值均下降．故選：ACD．
（3）由于測(cè)得原種水稻和轉(zhuǎn)基因水稻葉肉細(xì)胞間隙的CO₂濃度分別穩(wěn)定到62μmol•m^-2•s^-1和40μmol•m^-2•s^-1，說(shuō)明此時(shí)光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度，兩種水稻的凈光合速率都為0，研磨水稻葉片，獲得酶粗提取液，利用電泳技術(shù)分離水稻葉片中的各種酶蛋白，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因水稻中PEPC以及CA（與CO₂濃縮有關(guān)的酶）含量顯著增加．結(jié)合實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果進(jìn)行推測(cè)，轉(zhuǎn)基因水稻光合速率提高的原因可能是轉(zhuǎn)入PEPC基因引起CA酶基因的表達(dá)，進(jìn)而使細(xì)胞利用低濃度CO₂的能力提高．
故答案為：
（1）胡蘿卜素   CO₂
（2）ACD  
（3）0 0  轉(zhuǎn)入PEPC酶基因引起CA酶基因的表達(dá)加強(qiáng)，進(jìn)而使細(xì)胞利用低濃度CO₂

點(diǎn)評(píng) 本題以實(shí)驗(yàn)為背景，考查影響光合作用的因素及光合作用和細(xì)胞呼吸的綜合計(jì)算，要求考生識(shí)記光合作用和細(xì)胞呼吸的過(guò)程，掌握影響光合作用速率的因素，能分析題干、提取有效信息答題．