Question

【題目】光合能力是作物產(chǎn)量的重要決定因素。為研究水稻控制光合能力的基因，科研人員獲得了 一種植株高度和籽粒重量都明顯下降的水稻突變體，并對其進行了相關(guān)實驗。

（1）葉綠體中的光合色素分布在_______上，能夠_____________光能，光反應(yīng)階段 生成的____參與在葉綠體基質(zhì)中進行的__過程，該過程的產(chǎn)物可以在一系列酶的 作用下轉(zhuǎn)化為蔗糖和淀粉。

（2）科研人員用電鏡觀察野生型和突變體水稻的葉綠體，結(jié)果如下圖所示。與野生型相比，突變 體的葉綠體出現(xiàn)了兩方面的明顯變化：

①_____________；②_____。此實驗 從_____水平分析了突變體光合產(chǎn)量變化的原因。

（3）半乳糖脂是類囊體膜的主要脂質(zhì)成分，對于維持類囊體結(jié)構(gòu)具有重要作用，酶 G 參與其合成 過程。測序發(fā)現(xiàn)，該突變體的酶 G 基因出現(xiàn)異常�？蒲腥藛T測定了野生型、突變體和轉(zhuǎn)入酶 G 基因的 突變體中的半乳糖脂及葉綠素含量，結(jié)果如下表所示。

	野生型	突變體	轉(zhuǎn)入酶 G 基因的突變體
半乳糖脂相對值	34	26	33
葉綠素含量相對值	3.42	2.53	3.41

對比三種擬南芥的測定結(jié)果，請解釋在相同光照條件下，突變體產(chǎn)量下降的原因________。

（4）若要利用酶 G 基因培育高產(chǎn)水稻，一種可能的思路是：將酶 G 基因轉(zhuǎn)入_________選填“野 生型”或“突變體”）水稻，檢測________是否提高。

Answer 1

【答案】類囊體膜 吸收和利用 ATP 和 NADPH 三碳酸的還原 類囊體結(jié)構(gòu)散亂 淀粉粒數(shù)量減少 細(xì)胞 突變體酶 G 基因異常，半乳糖脂和葉綠素含量降低，影響類囊體結(jié)構(gòu)，進而影響光反應(yīng)，導(dǎo) 致碳反應(yīng)合成的蔗糖和淀粉減少 野生型 產(chǎn)量（或“光合速率”）

【解析】

分析題意可知，該題以突變體水稻為材料研究控制光合能力的基因，比較電鏡下觀察到的野生型和突變體水稻的葉綠體結(jié)構(gòu)可知，與野生型水稻的葉綠體相比，突變體水稻的葉綠體中類囊體結(jié)構(gòu)分布散亂，且葉綠體中合成的淀粉粒數(shù)量明顯減少；根據(jù)測序發(fā)現(xiàn)，突變體的酶G基因出現(xiàn)異常，科研人員測定了野生型、突變體和轉(zhuǎn)入酶G基因的突變體中的半乳糖脂及葉綠素含量，根據(jù)結(jié)果可知酶G基因影響了葉綠體的結(jié)構(gòu)和色素含量。

（1）葉綠體中的光合色素分布在類囊體膜上，色素的作用能夠吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP參與葉綠體基質(zhì)中的三碳酸還原過程，形成淀粉和蔗糖。

（2）比較二者的葉綠體結(jié)構(gòu)可知：①突變體的葉綠體與野生型的葉綠體相比，類囊體結(jié)構(gòu)分布散亂；②圖中可以明顯看到，突變體的葉綠體比野生型的葉綠體中的淀粉粒減少。此實驗從通過對比葉綠體的結(jié)構(gòu)組成分析了光合作用的變化原因，因此屬于細(xì)胞水平上的研究。

（3）分析表中的結(jié)果，對比三種擬南芥的測定結(jié)果可知：突變體的半乳糖脂和葉綠素含量均低于野生型，而轉(zhuǎn)入酶G基因后表中數(shù)據(jù)顯示，兩者含量均恢復(fù)到野生型水平上，所以推測突變體產(chǎn)量下降的原因是突變體酶G基因異常，半乳糖脂和葉綠素含量降低，影響類囊體結(jié)構(gòu)，進而影響光反應(yīng)，導(dǎo)致碳反應(yīng)合成的蔗糖和淀粉減少。

（4）根據(jù)以上研究可知，酶G基因可以有助于提高葉綠素的含量和增加類囊體的數(shù)量，從而提高產(chǎn)量。若要利用酶G基因培育高產(chǎn)水稻，根據(jù)基因工程的方法，可以將酶G基因轉(zhuǎn)入野生型水稻中，檢測野生型水稻的產(chǎn)量是否提高。