非选择题-实验题 适中0.65 引用2 组卷254
2022年7月22日,中国农业科学院作物科学研究所周文彬领衔的研究成果在国际著名学术期刊《科学》杂志以研究长文的形式在线发表。周文彬团队在水稻研究中发现了高产基因(OsDREB1C),此基因可同步实现高产早熟,被誉为基因界的“尖子生”。进行田间试验时,发现OsDREB1C基因过表达系植株的产量比野生型植株高41.3%~68.3%,具体实验结果参数如下表。
(注:+的数目代表程度或者数量变化)
(1)水稻叶片中的______ (物质)能感受光周期的变化,控制其抽穗开花。据实验结果可知,OsDREB1C基因过表达植株提前抽穗,缩短整个生育周期,抽穗具体能提前的时间除了受OsDREB1C基因过表达的影响,可能还受_______ (答出两点即可)等因素的影响。
(2)科学家通过特殊的实验手段发现OsDREB1C基因主要参与调控多个其他相关基因的表达,从而促进____________ 以及抽穗开花,进而解析了OsDREB1C促进水稻高产早熟的分子机理。
(3)光合碳同化主要发生在水稻叶肉细胞的______ ,NADPH可以为此过程提供______ 。OsDREB1C基因过表达植株在光下生长速度更快,光合碳同化形成的产物一部分转化成蔗糖,通过韧皮部运输到植株各处;并且在生殖生长阶段将大量的碳氮同化产物分配至籽粒中,最终使水稻产量显著提升。此过程中可运用______ 方法研究光合碳同化产物的去向。
(4)氮参与了下列______等光合作用中相关物质的组成,是作物生长发育必需的大量元素。
(5)根据实验结果可知,OsDREB1C基因过表达植株氮的吸收和运输能力强,氮素高效利用,实现了“减氮不减产”,可以切实解决氮肥对环境造成的污染问题。请简要设计一个实验思路,验证OsDREB1C基因过表达能实现水稻“减氮不减产”。__________
比较 | OsDREB1C基因表达情况 | 光合碳同化速率 | 氮的吸收和运输速率 | 抽穗开花 | 产量 |
野生型 | + | ++ | ++ | 早 | +++ |
OsDREB1C基因过表达系 | +++ | ++++ | ++++ | 更早 | ++++++ |
OsDREB1C基因敲除突变系 | - | + | + | 迟 | + |
(1)水稻叶片中的
(2)科学家通过特殊的实验手段发现OsDREB1C基因主要参与调控多个其他相关基因的表达,从而促进
(3)光合碳同化主要发生在水稻叶肉细胞的
(4)氮参与了下列______等光合作用中相关物质的组成,是作物生长发育必需的大量元素。
A.叶绿素 | B.3-磷酸甘油酸 | C.光合酶 | D.ATP |
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学习以下材料,回答问题。
植物的共生固氮调控:氮(N)元素在自然界中存在多种形式,包括NH4+、N2、NO2-和NO3-。植物氮同化是指植物吸收环境里的NO3-或NH4+,合成氨基酸等含氮有机物的过程。大气中的N2是地球上最大的氨库,但植物无法直接利用它,需要依赖固氮微生物将其转化为离子形式才能吸收。而共生固氮根瘤菌可以侵染某些植物的根系,进行共生固氮。
固氮菌同化N2,形成NH4+并最终转化为有机物,是一个高耗能的还原反应过程。这个过程需要植物与固氮菌的协同作用才能完成。以豆科植物和中华根瘤菌为例,光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必需的,光信号是促进地下根瘤发育的关键因子。当根瘤菌侵染植物时,会释放化学物质诱导植物根瘤形成基因的表达,植物细胞分裂并形成根瘤原基,最终形成包含类菌体的共生细胞(即根瘤细胞,如下图)。
根瘤菌是一类好氧细菌,它们在侵入植物后形成的类菌体进行呼吸作用时需要O2来维持。然而,O2会抑制固氮酶的活性。根瘤外侧形成皮质层,一定程度上阻碍O2进入根瘤。同时,豆科植物合成豆血红蛋白(Lb)与游离的O2结合,形成LbO2储存,再通过LbO2将O2传递给类菌体和根细胞的线粒体(如图)。这样,两个相互矛盾的反应在共生系统中均得以正常进行。
根瘤的固氮能力与豆科植物提供碳源和能量水平相协调,以平衡共生固氮和其它生命过程的碳消耗,保证植物在不同环境下正常生长。最近,我国科学家发现大豆根瘤中的能量感受器蛋白S和P可通过调控根瘤碳源的重新分配来调整根瘤的固氮能力。当根瘤细胞处于碳源供应上升的高能状态,AMP含量降低,使得蛋白S和P从与AMP结合形成的S-P异源二聚体状态,转变为S-S和P-P的同源二聚体。同源二聚体与转录因子Y(Y可促进上图中PK酶基因的转录)结合,并将Y锚定到线粒体上,使其不能入核,减少了植物细胞有氧呼吸对碳源的消耗,进而增强类菌体的碳源供应和根瘤固氮能力。
利用固氮生物提高土壤肥力可减少施用工业氮肥带来的土壤、水体等污染,对发展绿色农业具有重要意义。
(1)植物利用吸收的N元素可合成的两类生物大分子是________ 。
(2)据上述文字及图中信息分析,下列叙述不合理 的是______。
(3)结合文中图示信息,解释植物-类菌体共生系统保障固氮酶活性的原因:_________ 。
(4)据文中信息,从光合产物与光信号两方面,概括植物调控生物固氮的机制:_______ 。
(5)据文中信息结合图中植物根共生细胞代谢过程,从稳态与平衡的角度,分析植物调控高耗能生物固氮过程的分子机制:植物通过能量感受器蛋白S和P感知自身能量状态,_______ ,使PEP更多转化为苹果酸供应给类菌体,从而更高效利用植物光合作用合成的有机物作为碳源,实现碳-氮平衡。
(6)一些禾本科植物是重要的粮食作物,种植过程需要施加无机氮肥。有人尝试将固氮酶基因导入这些作物以提升产量,但效果不佳。请结合上述研究,提出利用共生固氮菌进行改造以提高禾本科植物粮食产量的思路________ 。
植物的共生固氮调控:氮(N)元素在自然界中存在多种形式,包括NH4+、N2、NO2-和NO3-。植物氮同化是指植物吸收环境里的NO3-或NH4+,合成氨基酸等含氮有机物的过程。大气中的N2是地球上最大的氨库,但植物无法直接利用它,需要依赖固氮微生物将其转化为离子形式才能吸收。而共生固氮根瘤菌可以侵染某些植物的根系,进行共生固氮。
固氮菌同化N2,形成NH4+并最终转化为有机物,是一个高耗能的还原反应过程。这个过程需要植物与固氮菌的协同作用才能完成。以豆科植物和中华根瘤菌为例,光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必需的,光信号是促进地下根瘤发育的关键因子。当根瘤菌侵染植物时,会释放化学物质诱导植物根瘤形成基因的表达,植物细胞分裂并形成根瘤原基,最终形成包含类菌体的共生细胞(即根瘤细胞,如下图)。
根瘤菌是一类好氧细菌,它们在侵入植物后形成的类菌体进行呼吸作用时需要O2来维持。然而,O2会抑制固氮酶的活性。根瘤外侧形成皮质层,一定程度上阻碍O2进入根瘤。同时,豆科植物合成豆血红蛋白(Lb)与游离的O2结合,形成LbO2储存,再通过LbO2将O2传递给类菌体和根细胞的线粒体(如图)。这样,两个相互矛盾的反应在共生系统中均得以正常进行。
根瘤的固氮能力与豆科植物提供碳源和能量水平相协调,以平衡共生固氮和其它生命过程的碳消耗,保证植物在不同环境下正常生长。最近,我国科学家发现大豆根瘤中的能量感受器蛋白S和P可通过调控根瘤碳源的重新分配来调整根瘤的固氮能力。当根瘤细胞处于碳源供应上升的高能状态,AMP含量降低,使得蛋白S和P从与AMP结合形成的S-P异源二聚体状态,转变为S-S和P-P的同源二聚体。同源二聚体与转录因子Y(Y可促进上图中PK酶基因的转录)结合,并将Y锚定到线粒体上,使其不能入核,减少了植物细胞有氧呼吸对碳源的消耗,进而增强类菌体的碳源供应和根瘤固氮能力。
利用固氮生物提高土壤肥力可减少施用工业氮肥带来的土壤、水体等污染,对发展绿色农业具有重要意义。
(1)植物利用吸收的N元素可合成的两类生物大分子是
(2)据上述文字及图中信息分析,下列叙述
A.光合作用和呼吸作用均可为N同化过程提供还原剂 |
B.根通过主动运输从土壤中吸收NH4+、N2、O2、NO3- |
C.叶片合成的有机物主要以蔗糖的形式运输到根部 |
D.植物根细胞有氧呼吸释放的能量为固氮酶催化的反应供能 |
E.光合作用所固定的太阳能是生物固氮作用能量的根本来源 |
(4)据文中信息,从光合产物与光信号两方面,概括植物调控生物固氮的机制:
(5)据文中信息结合图中植物根共生细胞代谢过程,从稳态与平衡的角度,分析植物调控高耗能生物固氮过程的分子机制:植物通过能量感受器蛋白S和P感知自身能量状态,
(6)一些禾本科植物是重要的粮食作物,种植过程需要施加无机氮肥。有人尝试将固氮酶基因导入这些作物以提升产量,但效果不佳。请结合上述研究,提出利用共生固氮菌进行改造以提高禾本科植物粮食产量的思路
中国农科院周文彬团队在水稻研究中发现了高产基因( OsDREBIC),此基因可同步实现高产早熟。试验时发现OsDREBIC过表达系植株的产量比野生型植株高约50%,具体结果如下表。下列说法错误的是( )
比较 | OsDREBIC表达情况 | 光合成同化速率 | 氮的吸收和运输速率 | 抽穗开花 | 产量 |
野生型 | + | ++ | ++ | 早 | +++ |
OsDREBIC过表达系 | +++ | ++++ | ++++ | 更早 | ++++++ |
OsDREBIC敲除突变系 | + | + | 迟 | + |
A.OsDREBIC过表达系植株提前抽穗与基因过表达有关,可能还受光照、温度影响 |
B.OsDREBIC可能调控多个基因表达,来促进光合碳同化、氮的吸收和运输 |
C.光合碳同化主要发生在叶肉细胞的叶绿体基质,NADH为此过程提供能量和还原剂 |
D.OsDREBIC过表达系植株可能将大量碳同化产物分配至谷粒中以实现高产 |
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