Question

【題目】農(nóng)作物的產(chǎn)量與光合作用的效率緊密相關(guān)，科研人員嘗試通過多種方式提高農(nóng)作物的光合效率。

（1）在植物的葉肉細(xì)胞中存在著圖1所示的代謝過程：在光照條件下，CO2被固定成C3之后，利用光反應(yīng)產(chǎn)生的________將其還原。研究發(fā)現(xiàn)，RuBP羧化加氧酶還可催化C5與O2反應(yīng)產(chǎn)生乙醇酸，乙醇酸中75%的碳又重新生成CO2和C3的光呼吸過程。該過程________（降低了/促進(jìn)了/不影響）光合作用效率，同時(shí)使細(xì)胞內(nèi)O2 /CO2的比值________，有利于生物適應(yīng)高氧低碳的環(huán)境。

（2）根據(jù)對(duì)光呼吸機(jī)理的研究，科研人員利用基因編輯手段設(shè)計(jì)了只在葉綠體中完成的光呼吸替代途徑AP（依然具有降解乙醇酸產(chǎn)生CO2的能力）。同時(shí)，利用RNA干擾技術(shù)，降低葉綠體膜上乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)量，進(jìn)而降低________，從而影響光呼吸。檢測(cè)三種不同類型植株的光合速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。據(jù)此回答：

①當(dāng)胞間CO2濃度較低時(shí)，野生型植株與替代途徑植株的光合速率相比________。

②當(dāng)胞間CO2濃度較高時(shí)，三種類型植株光合速率的大小關(guān)系為________。分析其原因是________。

（3）基于上述研究，請(qǐng)你提出一個(gè)可以進(jìn)一步深入研究的問題：________。

Answer 1

【答案】［H］和ATP 降低了 降低（減�。� 乙醇酸從葉綠體向細(xì)胞質(zhì)（過氧化物酶體）的轉(zhuǎn)運(yùn) 無明顯差異 AP+RNA干擾>AP>野生型 AP途徑能夠更快速高效地降解乙醇酸產(chǎn)生CO2，促進(jìn)光合作用過程，且當(dāng)乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白減少（葉綠體內(nèi)乙醇酸濃度高）時(shí)AP途徑更高效 光呼吸替代途徑是否具有普適性；該研究替代了光呼吸代謝途徑，是否會(huì)影響其他功能；篩選與利用光呼吸突變體對(duì)光呼吸代謝及其功能進(jìn)行研究

【解析】

結(jié)合題干信息可知，圖1葉綠體中氧氣與五碳化合物反應(yīng)生成了乙醇酸，乙醇酸經(jīng)過一系列反應(yīng)有生成了二氧化碳和三碳化合物，進(jìn)而參與光合作用暗反應(yīng)過程（卡爾文循環(huán)）。圖2顯示，胞間CO2濃度較高時(shí)，與野生型相比，AP組的光合速率較高，AP+RNA干擾組的光合速率最高。

（1）光反應(yīng)產(chǎn)生的［H］和ATP用于暗反應(yīng)過程中三碳化合物的還原；根據(jù)題意分析，光呼吸過程，C5與O2反應(yīng)產(chǎn)生了乙醇酸，而乙醇酸中僅有75%的碳又重新生成CO2和C3，說明該過程降低了光合作用效率，同時(shí)使細(xì)胞內(nèi)O2 /CO2的比值降低，有利于生物適應(yīng)高氧低碳的環(huán)境。

（2）圖1顯示乙醇酸在葉綠體產(chǎn)生后需要運(yùn)輸?shù)骄�粒體，因此若利用RNA干擾技術(shù)，降低葉綠體膜上乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)量，則乙醇酸從葉綠體向細(xì)胞質(zhì)（過氧化物酶體）的轉(zhuǎn)運(yùn)會(huì)減少。

①據(jù)圖2分析，當(dāng)胞間CO2濃度較低時(shí)，野生型植株與替代途徑植株的光合速率相比無明顯差異。

②據(jù)圖2分析，當(dāng)胞間CO2濃度較高時(shí)，AP+RNA干擾的光合速率最高，AP組次之，而野生型組光合速率最弱。其原因可能是AP途徑能夠更快速高效地降解乙醇酸產(chǎn)生CO2，促進(jìn)光合作用過程，且當(dāng)乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白減少（葉綠體內(nèi)乙醇酸濃度高）時(shí)AP途徑更高效。

（3）根據(jù)題意，可以提出的問題有：光呼吸替代途徑是否具有普適性；該研究替代了光呼吸代謝途徑，是否會(huì)影響其他功能；篩選與利用光呼吸突變體對(duì)光呼吸代謝及其功能進(jìn)行研究。