阅读以下材料，回答（1）~（4）题。创建D1合成新途径，提高植物光合效率植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所，高温或强光常抑制光合作用过程，导致作物严重减产。光-组卷网

非选择题-解答题困难0.15 引用10 组卷4867

阅读以下材料，回答（1）~（4）题。
创建D1合成新途径，提高植物光合效率
植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所，高温或强光常抑制光合作用过程，导致作物严重减产。光合复合体PSII是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1是PSII的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧（ROS）的大量累积。相对于组成PSII的其他蛋白，D1对ROS尤为敏感，极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代，使PSII得以修复。因此，D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSII的修复，进而影响光合效率。
叶绿体为半自主性的细胞器，具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码，一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA 位于叶绿体基因组，叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程，导致PSII修复效率降低。如何提高高温或强光下PSII的修复效率，进而提高作物的光合效率和产量，是长期困扰这一领域科学家的问题。
近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA，并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接，构建融合基因，再与高温响应的启动子连接，导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明，与野生型相比，转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加，高温下大幅增加；在高温下，PSII的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明，与野生型相比，转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量（干重）均有大幅提高，增产幅度在8．1%~21．0%之间。
该研究通过基因工程手段，在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径，从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制，具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧，全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁，该研究为这一问题提供了解决方案。
（1）光合作用的__________反应在叶绿体类囊体膜上进行，类囊体膜上的蛋白与__________形成的复合体吸收、传递并转化光能。
（2）运用文中信息解释高温导致D1不足的原因___________。
（3）若从物质和能量的角度分析，选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是： ________________。
（4）对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解，正确的叙述包括__________。
A．细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位
B．细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同
C．细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译
D．细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同
E．细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同

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知识点：叶绿体的结构与功能光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化答案解析【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！

实验材料	实验处理	检测指标	实验结果
Y基因过表达植株及野生型	施加硫酸链霉素（可抑制叶绿体编码的基因翻译）后，低温处理	D1蛋白含量	Y基因过表达植株I__野生型
Y基因过表达植株及野生型	低温处理	与D1蛋白降解相关基因的转录量	Y基因过表达植株II__野生型

结果说明在番茄中过量表达Y基因增加了D1蛋白的合成，而未减少D1蛋白降解。请在上述表格I、II处将实验结果补充完整。
（3）叶绿体中淀粉粒的积累会抑制光合作用。根据Y蛋白功能特点，结合文中信息，推测细胞核中的Y蛋白低温下减少叶绿体中淀粉积累的具体机制：________。
（4）R酶在_________（场所）中催化CO₂与RuBP（C₅）结合，生成2分子_______。如图为野生型、Y基因过表达及敲除植株，4℃处理12小时后在一定光照强度下测定的净光合速率。下列相关分析合理的包括_______

A．Y基因过表达植株的CO₂饱和点大于野生型
B．CO₂浓度在100~200μmol·mol^-1之间时，三组植株净光合速率随CO₂浓度的增加而升高
C．CO₂浓度等于250μmol·mol^-1时，若突然增大光强，叶绿体内C₅将减少
D．CO₂浓度大于250μmol·mol^-1时，限制野生型和Y基因敲除植株净光合速率增加的环境因素可能是光强
E．低温下Y基因过表达植株R酶的小亚基蛋白含量高，固定CO₂能力强于野生型

温室效应导致了全球气候变暖，高温胁迫严重影响着很多地区的粮食产量。光合复合体（PSⅡ）是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1是PSⅡ的核心蛋白，研究发现高温或强光会造成叶绿体内D1遭到破坏，损伤的D1可不断被新合成的D1取代、使PSⅡ得以修复。为解决高温胁迫导致的减产，近期我国科学家通过基因工程的方法，在植物体内补充了一条由高温驱动的D1合成途径，从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制。科学家对野生型作物与转基因作物在不同条件下的生长状况进行了测定，得到如图所示的实验结果，分析并回答：

（1）叶绿体中的蛋白质是由__________________和___________________共同控制合成的，故叶绿体为半自主性的细胞器。PSⅡ位于叶绿体中的_____________（填部位），需要通过蛋白质和_____________的共同作用来行使功能。
（2）据图分析，该实验的自变量有___________________________。
（3）据图分析，与野生型作物相比，C₁T₁下转基因作物产量_____________，但科学家通过检测发现该条件下转基因作物中D1的mRNA和蛋白质含量却有所增加，推断此时转基因作物的产量很可能是受光合作用_____________阶段速率的限制。
（4）与野生型相比，高温条件下转基因作物产量_____________，原因是转基因作物______________。

光合作用有助于解决食物短缺、能源枯竭、全球气候变化等问题，研究光合作用机理提高自然光合作用效率、发展人工光合作用一直是科学研究的重点。回答下列问题：
(1)高等植物进行光合作用离不开细胞中捕获光能的色素和结构，其中，不同色素对光的吸收存在差异，若用________光照射叶绿素a的提取液，可得到该种色素的吸收光谱：叶绿体中存在光系统I（PSI）和光系统Ⅱ（PSII），能吸收、传递、转化光能，则该复合体位于________，由蛋白质、叶绿素和________组成，其吸收的能量在光反应阶段储存在________中。已知PSII中的核心蛋白D₁对叶绿体中活性氧（ROS）尤为敏感，极易受到破坏，同时叶绿体中存在编码D₁的基因psbA，使得新合成的D₁不断取代损伤的D₁，从而修复PSII，研究发现高温会造成叶绿体内的ROS大量累积，从而显著抑制psbA mRNA的翻译过程，导致PSII修复效率降低，进而降低了光合效率，由此分析高温导致D₁不足的原因是________，提高高温下PSII的修复效率成为研究的重要方向。
(2)高等植物细胞进行卡尔文循环，在核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）的催化下，CO₂与五碳糖（C₅）结合形成三碳酸分子（C₃），该酶存在的场所为________，光照下，叶肉细胞中O₂会与CO₂竞争性结合C₅，O₂与C₅结合后经一系列反应释放CO₂的过程称为光呼吸，该过程会消耗光合作用过程中的有机物，据此分析，在缺水环境中农作物减产的原因是________（答出2点）。研究发现，有些植物通过进化形成了CO₂浓缩机制，极大地提高了Rubisco附近的CO₂浓度，从而促进了________这一过程，提高了光合速率。
(3)基于光合作用原理，研究人员研发出人工叶绿体，它是一个由磷脂双分子层包裹的微小水滴，内含以类囊体膜为基础的能量转化模块和多种酶，可利用太阳能连续进行CO₂的固定与还原，是一个人工光合作用系统。相比于植物细胞中的叶绿体，该人工叶绿体在结构上的主要不同点在于________，在固定等量CO₂情况下，该系统中有机物的积累量会高于植物，原因是________。

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