阅读以下材料,回答(1)~(4)题。
创建D1合成新途径,提高植物光合效率
植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PSII是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PSII的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PSII的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PSII得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSII的修复,进而影响光合效率。
叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA 位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程,导致PSII修复效率降低。如何提高高温或强光下PSII的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。
近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSII的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。
该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。
(1)光合作用的__________ 反应在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与__________ 形成的复合体吸收、传递并转化光能。
(2)运用文中信息解释高温导致D1不足的原因___________ 。
(3)若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是:________________ 。
(4)对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括__________ 。
A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位
B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同
C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译
D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同
E.细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同
创建D1合成新途径,提高植物光合效率
植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PSII是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PSII的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PSII的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PSII得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSII的修复,进而影响光合效率。
叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA 位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程,导致PSII修复效率降低。如何提高高温或强光下PSII的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。
近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSII的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。
该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。
(1)光合作用的
(2)运用文中信息解释高温导致D1不足的原因
(3)若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是:
(4)对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括
A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位
B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同
C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译
D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同
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更新时间:2020-08-31 15:28:44
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【推荐1】菊苣是生长在林下、高产优质的饲用牧草。巨桉凋落叶在分解过程中会释放某些小分子有机物。为研究这些物质对菊苣幼苗生长的影响,科研人员先将长势一致的菊苣幼苗移植到巨桉凋落叶含量不同的土壤中,一段时间后测定菊苣各项生理指标,结果见下表。请分析回答
(1)菊苣幼苗细胞内参与光反应、暗反应的酶分别分布在叶绿体的___________ 、____ 。
(2)实验组1与对照组相比,菊苣幼苗的净光合速率_______ 。可能的原因是:土壤中的巨桉凋落叶释放的某些小分子有机物使_______ 含量降低,直接导致 ________ 反应减弱。
(3)实验组2与实验组1相比,菊苣幼苗净光合速率受影响的原因还可能是:当______________ 时,其释放的高浓度小分子有机物能抑制酶活性或影响CO2的吸收过程,使暗反应中的_________ 过程受阻,导致光合速率下降。
分组处理 | 菊苣生理指标 | ||||
土壤中凋落叶含量(g/盆) | 植株干重 (g/10株) | 光合色素含量 (mg/g叶) | 形成C3的效率 (μmolCO2/m/s) | 净光合速率 (μmolCO2/m/s) | |
对照组 | 0 | 7.78 | 2.74 | 0.040 | 9.77 |
实验组1 | |30 | 3.60 | 2.28 | 0.040 | 7.96 |
实验组2 | |90 | 1.14 | 1.20 | 0.028 | 4.76 |
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【推荐2】图1为适宜情况下某植物幼苗叶绿体中某两种化合物的变化。图2为a、b两种植物在其他条件均适宜的情况下,光照强度对光合速率和呼吸速率的影响。根据所学知识回答下列问题。
(1)光合作用中ATP的消耗及有氧呼吸中[H]的消耗分别发生在___________ 和__________ (填具体的结构)。
(2)若T1时突然增加CO2浓度,则短时间内物质A、B分别指的是_________ 、______ ([H]、ADP、C3或C5)。
(3)图2中阴影部分的纵向值代表相应光照强度时的__________ ,______ (填“a”或“b”)植物可能更适宜生活于弱光照环境中。当植物长时间处于黑暗条件下时,叶片会变为黄色,其原因是________________ 。
(4)将a植物放在常温下暗处理2h,重量减少4mg,再用适当光照射2h,测其重量比暗处理前增加4mg,则该植物的实际光合速率是___________ mg/h。
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【推荐3】研究人员在密闭广口瓶中用二氧化碳缓冲液培养小球藻,在适宜温度条件下,先给予6小时适宜光照然后再置于黑暗条件下6小时,溶液pH的变化情况并如下图所示,回答下列有关问题:
(1)AC段与CE段比较,小球藻细胞中直接产生ATP的不同部位是________________ 。
(2)AB、BC段线段的“斜率”不同,你认为主要的影响因素有________________________________ 。
(3)在小球藻的叶绿体基质中,AB、BC、CD三线段对应的时间段内,_________________ 时间段内C3化合物的相对含量最多。
(4)研究人员加大二氧化碳缓冲液的浓度(仍将pH调到7),结果发现小球藻的光合速率并没有提高反而降低,造成该现象的主要原因可能是______________________________ 。
(5)如果继续延长实验时间,最终细胞中产生二氧化碳的主要场所是_______________ 。
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