Question

【題目】在化石燃料日趨耗竭的未來(lái)，清潔、豐富的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成“液態(tài)陽(yáng)光”將成為人類的重要能量來(lái)源，這為人工光合系統(tǒng)的研究提供了發(fā)展方向。2019年4月，我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種可以基因編碼的光敏蛋白(PSP)，成功模擬了自然光合系統(tǒng)的部分過(guò)程。回答問(wèn)題：

(1)光合作用是整個(gè)生物圈的物質(zhì)基礎(chǔ)和能量基礎(chǔ)。在自然光合系統(tǒng)的光反應(yīng)中所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化是______________________________________。

(2)卡爾文循環(huán)是指____________________________________________________，其發(fā)生的場(chǎng)所是_______________，影響它的主要環(huán)境因素有___________________。該循環(huán)在黑暗中不能正常進(jìn)行的原因是________________________________________________。

(3)向培養(yǎng)某植物的溫室內(nèi)通入14CO2光照一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)CO2轉(zhuǎn)化成多種化合物。欲探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一種產(chǎn)物是什么物質(zhì)，簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路及結(jié)果分析。

____________________________________________________。

(4)人工設(shè)計(jì)的光敏蛋白是引入光敏劑二苯甲酮和CO2光還原劑三聯(lián)吡啶鎳配合物改造而成的雜合蛋白質(zhì)，不像自然光合系統(tǒng)那樣只能還原__________，而是在光照條件下能夠?qū)?/span>______________直接還原成CO，使電子傳遞效率和CO2還原效率明顯提高。由此推測(cè)，光敏蛋白與自然光合系統(tǒng)中____________________等物質(zhì)的功能相似。

Answer 1

【答案】光能→ATP和[H]中活躍的化學(xué)能 光合作用中CO2中的碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑 葉綠體基質(zhì) CO2濃度、光照強(qiáng)度和溫度 沒(méi)有光反應(yīng)提供的ATP和[H]，吸收的CO2不能持續(xù)被還原 將該植物分成不同的實(shí)驗(yàn)組，逐漸縮短光照時(shí)間分別照射，停止光照后迅速殺死植物并提取細(xì)胞產(chǎn)物進(jìn)行分析 當(dāng)只檢測(cè)到一種含14C的轉(zhuǎn)化物時(shí)，說(shuō)明該物質(zhì)是CO2轉(zhuǎn)化成的第一種產(chǎn)物 三碳化合物（C3） CO2 光合色素、NADPH和ATP

【解析】

1、光合作用的過(guò)程：

2、影響光合作用的因素有：（1）環(huán)境因素：光照的影響、溫度的影響、CO2濃度的影響、水分含量的影響和礦質(zhì)元素的影響；（2）內(nèi)部因素的影響：葉綠素的含量、酶的含量以及C5的含量。

3、從題中可知，實(shí)驗(yàn)采用同位素標(biāo)記法,發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)CO2就已轉(zhuǎn)化為許多種類的化合物，如縮短光照時(shí)間，CO2轉(zhuǎn)化的化合物的種類就少，因此，逐漸縮短光照時(shí)間，當(dāng)只檢測(cè)到一種含 14C的轉(zhuǎn)化物時(shí)，該物質(zhì)即是CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物。

（1）在自然光合系統(tǒng)的光反應(yīng)中發(fā)生了水的光解和ATP的合成，在光反應(yīng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化是：光能→ATP和[H]中活躍的化學(xué)能。

（2）在光合作用的暗反應(yīng)過(guò)程中，CO與C5結(jié)合生成C3，C3還原成有機(jī)物以及C5的途徑稱為卡爾文循環(huán)反應(yīng)，發(fā)生的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)中，由于暗反應(yīng)需要光反應(yīng)提供ATP和[H]，因此影響光反應(yīng)的因素也會(huì)影響暗反應(yīng)， 暗反應(yīng)過(guò)程中需要多種酶的參與，故CO濃度、光照強(qiáng)度和溫度都會(huì)影響暗反應(yīng)的發(fā)生。因?yàn)榘捣磻?yīng)發(fā)生需要光反應(yīng)提供ATP和[H]，因此在黑暗中光反應(yīng)不能進(jìn)行，無(wú)法提供ATP和[H]，導(dǎo)致暗反應(yīng)也不能正常進(jìn)行。

（3）暗反應(yīng)中碳循環(huán)是二氧化碳→三碳化合物→有機(jī)物，如果向培養(yǎng)該植物的溫室內(nèi)通入14CO2，光照一定時(shí)間（數(shù)分鐘）后殺死該植物，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，短時(shí)間內(nèi)CO2就已經(jīng)轉(zhuǎn)化為許多種類的化合物，說(shuō)明含有放射性二氧化碳已經(jīng)形成多種中間產(chǎn)物、最終有機(jī)物，可以通過(guò)逐漸縮短光照時(shí)間，當(dāng)只檢測(cè)到一種含14C的轉(zhuǎn)化物時(shí)，該物質(zhì)即是CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物。因此思路是：將該植物分成不同的實(shí)驗(yàn)組，逐漸縮短光照時(shí)間分別照射，停止光照后迅速殺死植物并提取細(xì)胞產(chǎn)物進(jìn)行分析。

（4）在自然光合系統(tǒng)中，暗反應(yīng)先發(fā)生CO2與C5結(jié)合生成C3，再發(fā)生C3的還原反應(yīng)，根據(jù)題意人工設(shè)計(jì)的光敏蛋白使電子傳遞效率和CO2還原效率明顯提高，則該蛋白可以直接將CO2還原成CO，此時(shí)該蛋白相當(dāng)于是ATP和[H]的作用，且該蛋白還能提高電子傳遞效率，則該蛋白還能起到光合色素的作用，吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。