Question

【題目】請閱讀科普短文，并回答問題。

綠色植物及光合細(xì)菌都靠葉綠素進(jìn)行光合作用，但一種生長在鹽湖里的嗜鹽菌，雖沒有葉綠素，也能在厭氧光照條件下同化CO2。

美國加州大學(xué)科學(xué)家施特克尼斯通過長期的研究，發(fā)現(xiàn)嗜鹽菌在低氧和日光下生長，其質(zhì)膜可產(chǎn)生明顯的斑塊。因為斑塊的顏色與人眼的感光物質(zhì)視紫紅質(zhì)很相似，所以叫紫膜。紫膜中僅含一種蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)也與視紫紅質(zhì)相似，因而被命名細(xì)菌視紫紅質(zhì)。它能把接受到的陽光大約10%變成其他形式的能，這比葉綠素能夠轉(zhuǎn)換約30%的光能要低。

細(xì)菌視紫紅質(zhì)在冰凍撕裂復(fù)制物中，具有清楚可認(rèn)的六角形晶格。紫膜中，細(xì)菌視紫紅質(zhì)占75%（另有25%為類脂），分子量為26，000道爾頓。每一分子細(xì)菌視紫紅質(zhì)含有一分子視黃醛，由它吸收光子并引起一系列光化學(xué)反應(yīng)循環(huán)。這種蛋白質(zhì)分子以7個α螺旋跨膜，每個螺旋長約4nm（如下圖）。紫膜蛋白嗜鹽菌紫膜中細(xì)菌視紫紅質(zhì)七螺旋跨膜示意圖在吸收光子引起光化學(xué)反應(yīng)循環(huán)的同時，能產(chǎn)生跨紫膜的質(zhì)子泵作用，即當(dāng)光照射時，視黃醛放出H＋到細(xì)胞膜外，失去H＋的視黃醛又從細(xì)胞質(zhì)內(nèi)獲得H＋，在光照下又被排出。這樣反復(fù)進(jìn)行，形成膜內(nèi)外H'梯度，當(dāng)膜外的H＋通過膜中的H＋-ATP酶返回時，合成ATP，用于同化CO2。在太陽照射時，每個細(xì)胞在一秒鐘內(nèi)大約可以使250個H＋轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜外。嗜鹽菌就這樣依靠光能生活著。

（1）將你學(xué)過的植物光合作用知識與本文中介紹的新知識進(jìn)行比較，將不同之處填入下表。

?	捕獲光能的場所	捕獲光能的物質(zhì)
教材知識	①_____________	②_____________
本文知識	③_____________	④_____________

?

?

（2）你認(rèn)為上述材料中該生物體內(nèi)進(jìn)行的代謝過程能稱作光合作用嗎？請陳述理由________________。

（3）如果采用基因工程技術(shù)改造植物，使植物葉肉細(xì)胞的類囊體膜上同時表達(dá)出細(xì)菌視紫紅質(zhì)和葉綠素，能否提高植物的光合作用效率？寫出你的判斷依據(jù)__________________________。

（4）基于上述資料內(nèi)容，你認(rèn)為可圍繞生物代謝進(jìn)行哪些方面的研究_____________。

Answer 1

【答案】類囊體膜??? 葉綠素（和類胡蘿卜素）??? 紫膜??? 細(xì)菌視紫紅質(zhì)??? 能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成有機物，把光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，儲存在有機物中??? 能，增加光反應(yīng)產(chǎn)物的供給?? 不能，缺乏暗反應(yīng)條件支持??? 對植物進(jìn)行改造，提高植物體捕獲光能的效率???

【解析】

分析題干可知，一種嗜鹽菌雖沒有葉綠素，也能在厭氧光照條件下同化CO2，故該細(xì)菌能進(jìn)行光合作用，屬于自養(yǎng)生物。

（1）植物細(xì)胞內(nèi)捕獲光能的場所在葉綠體的類囊體薄膜，捕獲光能的物質(zhì)為光合色素葉綠素和類胡蘿卜素；由題干信息“紫膜中僅含一種蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)也與視紫紅質(zhì)相似，因而被命名細(xì)菌視紫紅質(zhì)。它能把接受到的陽光大約10%變成其他形式的能，這比葉綠素能夠轉(zhuǎn)換約30%的光能要低”可知文中所述生物捕獲光能的場所為紫膜，捕獲光能的物質(zhì)為細(xì)菌視紫紅質(zhì)。

（2）光合作用的定義為“能把二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成有機物，把光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，儲存在有機物中”，上述材料中該生物體內(nèi)能進(jìn)行“在厭氧光照條件下同化CO2、產(chǎn)生H＋、ATP”等過程，進(jìn)行的代謝過程可稱為光合作用。

（3）植物的光合作用效率是由光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個過程決定的，若使植物葉肉細(xì)胞的類囊體膜上同時表達(dá)出細(xì)菌視紫紅質(zhì)和葉綠素，可提高光反應(yīng)產(chǎn)物的供給，故可提高光合效率（或者說不能，因為缺乏缺乏暗反應(yīng)條件支持）。

（4）文中所述過程同光合作用的光反應(yīng)階段類似，故可依據(jù)材料對植物進(jìn)行改造，提高植物體捕獲光能的效率。