Question

【題目】葉綠體中催化CO2固定的酶R由葉綠體DNA編碼的大亞基（L）和細(xì)胞核DNA編碼的小亞基（S）共同組裝而成，其合成過程及部分相關(guān)代謝途徑如下圖所示。請分析回答：

（1）地球上生命活動所需的能量主要來源于植物細(xì)胞________上色素吸收的光能。在碳（暗）反應(yīng)中，RuBP羧化酶（R酶）可催化CO2與________（X）結(jié)合，生成C3化合物，影響該反應(yīng)的外部因素，除CO2濃度外還包括________。

（2）據(jù)圖分析，葉綠體DNA與________生物的DNA結(jié)構(gòu)相似，合成酶R時細(xì)胞核DNA編碼小亞基的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到________上，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)后指導(dǎo)多肽鏈合成。RuBP羧化酶（R酶）中的大亞基可在葉綠體基質(zhì)中合成，是由于葉綠體基質(zhì)中含細(xì)胞器________。

（3）研究發(fā)現(xiàn)，原核生物藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）R酶的活性高于高等植物。有研究團(tuán)隊設(shè)想通過基因工程技術(shù)將藍(lán)藻R酶的S、L基因轉(zhuǎn)入高等植物，以提高后者的光合作用效率。研究人員將藍(lán)藻S、L基因轉(zhuǎn)入某高等植物，轉(zhuǎn)基因植株能夠存活并生長。檢測結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因植株中的R酶活性高于未轉(zhuǎn)基因的正常植株。

①某學(xué)習(xí)小組認(rèn)為上述實(shí)驗(yàn)并不能得出“轉(zhuǎn)基因植株中有活性的R酶是由藍(lán)藻的S、L基因表達(dá)組裝而成”，請說明理由：________。

②若將該轉(zhuǎn)基因植物放置于密閉容器中光照一小時，通過儀器測定CO2的變化計算該轉(zhuǎn)基因植物每小時的實(shí)際光合作用強(qiáng)度，還需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作為________。

Answer 1

【答案】類囊體薄膜 C5 溫度、光照強(qiáng)度 原核 mRNA 核糖體 轉(zhuǎn)入藍(lán)藻S、L基因的同時沒有去除葉綠體中的L基因和細(xì)胞核中的S基因 將該密閉容器放置在黑暗條件下處理1小時

【解析】

分析圖示：細(xì)胞核中的DNA通過轉(zhuǎn)錄形成RNA，RNA通過核孔出細(xì)胞核，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在核糖體上進(jìn)行翻譯形成小亞基。葉綠體中的DNA通過轉(zhuǎn)錄形成RNA，在葉綠體中的核糖體上進(jìn)行翻譯形成大亞基。大亞基和小亞基組合形成的酶R催化二氧化碳的固定過程，二氧化碳的固定是指CO2與圖中X所示的C5結(jié)合形成C3的過程。

(1) 地球上生命活動所需的能量主要來源于植物細(xì)胞通過光合作用固定的光能。在光合作用過程中，吸收光能的色素分子分布在葉綠體的類囊體薄膜上。在碳（暗）反應(yīng)中，RuBP羧化酶（R酶）可催化CO2與C5（X）結(jié)合，生成C3化合物。外界環(huán)境的CO2濃度，直接影響CO2的固定，間接影響C3的還原；光照強(qiáng)度直接影響光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]（NADPH）和ATP，進(jìn)而影響碳（暗）反應(yīng)中的C3的還原；溫度通過影響酶的活性而影響碳（暗）反應(yīng)�？梢�，影響碳（暗）反應(yīng)的外部因素，除CO2濃度外，還包括溫度、光照強(qiáng)度。

(2) 據(jù)圖分析，葉綠體DNA為環(huán)狀，沒有和蛋白質(zhì)結(jié)合，與原核生物的DNA結(jié)構(gòu)相似，合成酶R時，細(xì)胞核DNA編碼小亞基的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到mRNA上，mRNA通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)后指導(dǎo)多肽鏈合成。RuBP羧化酶（R酶）中的大亞基的化學(xué)本質(zhì)是肽鏈，肽鏈的合成場所是核糖體，該大亞基可在葉綠體基質(zhì)中合成，說明葉綠體基質(zhì)中含有核糖體。

(3) ①依題意可知：研究人員在轉(zhuǎn)入藍(lán)藻S、L基因的同時沒有去除葉綠體中的L基因和細(xì)胞核中的S基因，因此轉(zhuǎn)基因植株中的R酶活性高于未轉(zhuǎn)基因的正常植株，并不能得出“轉(zhuǎn)基因植株中有活性的R酶是由藍(lán)藻的S、L基因表達(dá)組裝而成”。

②若將該轉(zhuǎn)基因植物放置于密閉容器中光照一小時，則通過儀器測定CO2的變化量是由該轉(zhuǎn)基因植物光合作用固定的CO2量與呼吸作用產(chǎn)生的CO2量的差值引起，表示的是凈光合作用強(qiáng)度，而實(shí)際光合作用強(qiáng)度＝凈光合作用強(qiáng)度＋呼吸作用強(qiáng)度�？梢�，計算該轉(zhuǎn)基因植物每小時的實(shí)際光合作用強(qiáng)度，還需要知道該轉(zhuǎn)基因植物的呼吸作用強(qiáng)度，所以還需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作為：將該密閉容器放置在黑暗條件下處理1小時。