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非选择题-解答题 适中0.65 引用2 组卷150
我国某科学家团队根据自然光合作用的化学本质设计并创建了从二氧化碳到淀粉合成的非自然途径(ASAP),颠覆了自然光合作用固定二氧化碳合成淀粉的复杂生化过程,使淀粉生产从传统种植模式向工业车间生产模式转变成为可能,取得原创性突破。该途径首先通过光伏发电将光能转变为电能,光伏电解水产生氢气,然后通过催化剂利用氢气将二氧化碳还原成甲醇,最终合成淀粉,相关过程如图所示。据图回答下列问题:

(1)人工合成淀粉的系统通过光伏发电技术实现光能的捕获,那么绿色植物是通过____________(相关结构)上光合素色捕获光能,叶绿体中ATP的移动方向是____________。若CO2供应不足,则短时间内,叶肉细胞中C5的含量将____________(填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)图中模块二模拟的是绿色植物光合作用的____________过程,暗反应为光反应提供的物质条件有____________
(3)与植物光合作用淀粉积累量相等的情况下,该系统消耗的CO2量要____________(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是____________
(4)实验室人工合成淀粉技术的成功是一项重大突破,若该技术未来能够大面积推广应用,你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题?(至少写出两项)_____________
21-22高二下·广东茂名·期末
知识点:光反应、暗(碳)反应的物质变化和能量变化总、净光合与呼吸 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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学习下面的资料,完成(1)~(4)题。
淀粉人工合成从“0”到“1”
淀粉是粮食的主要成分,也是重要的工业原料。2021年,我国科学家在人工合成淀粉方面取得了重大颠覆性和独创性的突破,第一次在实验室里实现二氧化碳到淀粉的从头合成。
我国科学家模拟和借鉴了植物的光合作用过程,从动物、植物、微生物等31个物种中选择合适的酶,在无细胞系统中构建了一条只有11步反应的人工淀粉合成途径(ASAP),利用太阳能成功实现了淀粉的人工合成,大致流程如图所示。

简单来说,首先将二氧化碳还原成甲醇(C1),然后将甲醇转化为三碳化合物(C3),再转化为六碳化合物(C6),最后聚合成淀粉。ASAP途径合成的淀粉与天然淀粉在结构上是基本一致的。自然界中淀粉的合成过程涉及60多个化学反应及复杂的调控机制,ASAP显著降低了合成淀粉的复杂度。初步测试显示,人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下,按照目前的技术参数,理论上1立方米大小的生物反应器的淀粉年产量相当于中国五亩玉米田的淀粉年产量。这条路线使淀粉生产方式从传统的农业种植向工业制造转变成为可能,也为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线。
在实现了从“0”到“1”的突破后,这项科学成果还需要尽快实现从“1”到“10”和“10”到“100”的转换,最终成为解决人类发展面临重大问题的有效手段和工具!
(1)在植物体内,淀粉储存于植物种子、块茎或根等部位,是CO2参与光合作用_____________阶段合成的,该反应阶段需要的条件还包括__________________________、C5、多种酶等。
(2)根据文中信息,下列叙述正确的是_____________。
A.适合的酶是确保ASAP有序进行的关键
B.ASAP过程与细胞内一样能循环进行
C.ASAP中碳的转移途径为CO2→C1→C3→C6→淀粉
D.ASAP过程中CO2转变为淀粉储存了能量
(3)假设在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,人工合成过程中糖类的积累量___________(填“高于”“低于”或“等于”)植物,其原因可能是___________
(4)请从资源利用、生态环境保护等方面提出本研究可能的应用前景____
中国科学院天津工业生物所在淀粉人工光合成方面取得重大突破性进展。该研究由天津工业生物所与我所李灿院士团队等联合攻关完成,创制了一条利用二氧化碳、水和阳光合成淀粉的人工路线——ASAP路线,在实验室首次实现了从二氧化碳到淀粉的从头全合成。专家认为,不依赖植物光合作用,设计人工生物系统固定二氧化碳,合成淀粉,有望成为影响世界的重大颠覆性技术之一。
这一技术过程中,利用人工光电催化将高浓度二氧化碳在高密度太阳能和绿氢作用下还原成甲醇化合物(也称液态阳光),完成光能——化学能的转化与存储。然后通过设计构建的碳一聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三化合物,最后通过生物途径优化,将碳三化合物又聚合成碳六化合物,再进一步合成支链和直链淀粉。该过程“道法自然”,实现人工光合成淀粉,通过发展高效的人工催化剂和生物酶,科学设计反应途径,这条化学生物杂合新途径的淀粉合成效率比自然光合作用提高8倍以上,为解决粮食和饲料等问题提供了重要的理论支撑和技术储备。
请根据以上资料,完成以下内容。
(1)在绿色植物中光合作用过程中光反应的产物为__________,而人工途径的光能到化学能的产物为__________
(2)写出人工合成支链和直链淀粉的暗反应路径为:______________________________
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,人工合成过程中糖类的积累量__________(选填“高于”“低于”“等于”)植物的积累量。与利用植物获得有机物相比,利用人工合成途径获得有机物的好处有________________________________________(答出两点)
2021年,我国科学家在人工合成淀粉方向取得重大颠覆性和独创性的突破——在实验室成功构建出一条从CO2到淀粉的人工合成途径,具体过程如下图所示。这是世界上第一次实现从头设计和构建了从CO2到淀粉合成只有11步生化反应的人工途径,该过程在自然界植物中涉及了60多个生化反应及复杂的调控机制。

   

回答下列问题:
(1)实验室中人工合成淀粉的整个过程类似于植物细胞______(填细胞器名称)中发生的过程,植物细胞进行类似上述①~③过程需要光反应提供______
(2)过程①中H2的作用是作为______。自然界中并不存在甲醇转化为淀粉的生命过程,所以对于人工合成淀粉的生化反应过程,关键的要求是______(多选题)。
A.确定各种参与反应物质的比例             
B.保证关键性酶活性的稳定
C.提供无菌的O2                        
D.反应容器足够大
(3)若人工合成淀粉和绿色植物固定等量的CO2,人工合成过程的淀粉积累量______(填“大于”“等于”或“小于”)绿色植物,原因是______
(4)在人工合成淀粉的过程中,若因某种原因CO2供应不足,短时间内图中C3化合物的含量将(填“增加”“减少”或“无法判断”。植物叶绿体中的三碳糖除来自卡尔文循环外,还可来自(填物质名称)的转化。
(5)请从资源利用、生态环境保护等方面,谈谈该研究成果的重大意义______。(请写出2点)

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