Question

14．玉米的碳同化效率明顯高于水稻，PEPC酶是玉米進(jìn)行CO₂固定的關(guān)鍵酶．請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：
（1）PEPC酶基因的表達(dá)與其功能有關(guān)．為培育轉(zhuǎn)PEPC酶基因水稻，科學(xué)家應(yīng)從玉米的葉肉細(xì)胞細(xì)胞中獲取PEPC酶的mRNA，然后在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成目的基因．
（2）科研工作者測(cè)得光照強(qiáng)度對(duì)轉(zhuǎn)PEPC酶基因水稻和原種水稻的氣孔導(dǎo)度及光合速率的影響結(jié)果，如圖所示（注：氣孔導(dǎo)度越大，氣孔開(kāi)放程度越高）．

①水稻細(xì)胞產(chǎn)生和消耗O₂的具體場(chǎng)所依次是葉綠體類(lèi)囊體薄膜、線粒體內(nèi)膜．
②據(jù)圖分析，光照強(qiáng)度低于8×10²μmol•m^-2•s^-1時(shí)，影響原種水稻光合速率的主要環(huán)境因素是光照強(qiáng)度．
③根據(jù)圖1、圖2，光照強(qiáng)度為10×10²μmol•m^-2•s^-1時(shí)，轉(zhuǎn)基因水稻的光合速率高于原種水稻，其主要原因是氣孔導(dǎo)度大，CO₂供給充分；光照強(qiáng)度為14×10²μmol•m^-2•s^-1時(shí)，轉(zhuǎn)基因水稻依然比原種水稻光合速率高，推測(cè)在強(qiáng)光下PEPC酶催化固定CO₂的能力增強(qiáng)．
④根據(jù)研究結(jié)果，轉(zhuǎn)基因水稻更適宜栽種在強(qiáng)光環(huán)境中．
（3）以上的研究不能證明轉(zhuǎn)PEPC酶基因植物的光合速率都比原種的植物高．要得到此結(jié)論應(yīng)如何進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？將PEPC酶基因轉(zhuǎn)入不同種類(lèi)的植物，測(cè)量并比較轉(zhuǎn)基因植物與非轉(zhuǎn)基因植物的光合速率的大�。�

Answer 1

分析 分析圖示，表示光照強(qiáng)度對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻和原種水稻的氣孔導(dǎo)度及光合速率的影響結(jié)果．左圖中，在一定范圍內(nèi)，相同的光照強(qiáng)度下轉(zhuǎn)基因水稻的氣孔導(dǎo)度比原種水稻更大．右圖中，光照強(qiáng)度低于8×10²μmol•m^-2•s^-1時(shí)，光照強(qiáng)度對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻和原種水稻光合速率的影響相同；光照強(qiáng)度高于8×10²μmol•m^-2•s^-1時(shí)，相同光照強(qiáng)度下，轉(zhuǎn)基因水稻的光合速率比原種水稻更快．

解答 解：（1）為培育轉(zhuǎn)PEPC酶基因水稻，科學(xué)家應(yīng)從玉米的葉肉細(xì)胞細(xì)胞中獲取PEPC酶的mRNA，然后在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成目的基因．
（2）①水稻葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所是葉綠體，葉綠體類(lèi)囊體薄膜捕獲光能進(jìn)行水的光解產(chǎn)生氧氣．線粒體進(jìn)行有氧呼吸，有氧呼吸的第三階段線粒體內(nèi)膜將[H]與氧氣結(jié)合24[H]+6O$\stackrel{酶}{→}$12H₂O+能量．
②分析題圖曲線可知，當(dāng)光照強(qiáng)度低于8×10²μmol•m^-2•s^-1時(shí)，隨光照強(qiáng)度增加，氣孔導(dǎo)度和光合作用速率增強(qiáng)，說(shuō)明影響光合作用的因素主要是光照強(qiáng)度．
③當(dāng)光照強(qiáng)度大于10×10²μmol•s^-1時(shí)，影響原種水稻光合速率的內(nèi)在因素是色素、酶的含量；光照強(qiáng)度為10～14×10²μmol•s^-1時(shí)，由于酶的活性等光照強(qiáng)度增加與CO₂供應(yīng)不足對(duì)光合速率的正負(fù)影響相互抵消，所以原種水稻的氣孔導(dǎo)度下降但光合速率基本不變．
④由氣孔導(dǎo)度與光強(qiáng)度關(guān)系曲線可看出轉(zhuǎn)基因水稻較普通水稻的氣孔度大，其原因?yàn)檗D(zhuǎn)基因水稻導(dǎo)入了PEPC酶的因素，說(shuō)明此酶有促進(jìn)氣孔打開(kāi)或增大作用，同時(shí)轉(zhuǎn)基因水稻在較強(qiáng)光照下光合速率卻更強(qiáng)說(shuō)明更能適應(yīng)較強(qiáng)光照環(huán)境．
（3）為證明轉(zhuǎn)PEPC酶基因植物的光合速率都比原種的植物高，進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：將PEPC酶基因轉(zhuǎn)入不同種類(lèi)的植物，測(cè)量并比較轉(zhuǎn)基因植物與非轉(zhuǎn)基因植物的光合速率的大�。�
故答案為：
（1）葉肉細(xì)胞；逆轉(zhuǎn)錄
（2）①葉綠體類(lèi)囊體薄膜、線粒體內(nèi)膜
②光照強(qiáng)度
③氣孔導(dǎo)度大，CO₂供給充分；增強(qiáng)
④強(qiáng)光
（3）將PEPC酶基因轉(zhuǎn)入不同種類(lèi)的植物，測(cè)量并比較轉(zhuǎn)基因植物與非轉(zhuǎn)基因植物的光合速率的大小

點(diǎn)評(píng) 本題以實(shí)驗(yàn)為背景，以坐標(biāo)曲線為載體，考查影響光合作用的因素及光合作用，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，能準(zhǔn)確判斷曲線圖中各點(diǎn)或各區(qū)段的含義，能分析題圖提取有效信息答題．