Question

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

（1）在植物的葉肉細胞中存在著圖1所示的代謝過程：在光照條件下，CO2被固定成C3之后，利用光反應產生的________將其還原。研究發現，RuBP羧化加氧酶還可催化C5與O2反應產生乙醇酸，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/促進了/不影響）光合作用效率，同時使細胞內O2 /CO2的比值________，有利于生物適應高氧低碳的環境。

（2）根據對光呼吸機理的研究，科研人員利用基因編輯手段設計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生CO2的能力）。同時，利用RNA干擾技術，降低葉綠體膜上乙醇酸轉運蛋白的表達量，進而降低________，從而影響光呼吸。檢測三種不同類型植株的光合速率，實驗結果如圖2所示。據此回答：

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

②當胞間CO2濃度較高時，三種類型植株光合速率的大小關系為________。分析其原因是________。

（3）基于上述研究，請你提出一個可以進一步深入研究的問題：________。

Answer 1

【答案】［H］和ATP 降低了 降低（減小） 乙醇酸從葉綠體向細胞質（過氧化物酶體）的轉運 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生CO2，促進光合作用過程，且當乙醇酸轉運蛋白減少（葉綠體內乙醇酸濃度高）時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，是否會影響其他功能；篩選與利用光呼吸突變體對光呼吸代謝及其功能進行研究

【解析】

結合題干信息可知，圖1葉綠體中氧氣與五碳化合物反應生成了乙醇酸，乙醇酸經過一系列反應有生成了二氧化碳和三碳化合物，進而參與光合作用暗反應過程（卡爾文循環）。圖2顯示，胞間CO2濃度較高時，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）光反應產生的［H］和ATP用于暗反應過程中三碳化合物的還原；根據題意分析，光呼吸過程，C5與O2反應產生了乙醇酸，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，同時使細胞內O2 /CO2的比值降低，有利于生物適應高氧低碳的環境。

（2）圖1顯示乙醇酸在葉綠體產生后需要運輸到線粒體，因此若利用RNA干擾技術，降低葉綠體膜上乙醇酸轉運蛋白的表達量，則乙醇酸從葉綠體向細胞質（過氧化物酶體）的轉運會減少。

①據圖2分析，當胞間CO2濃度較低時，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據圖2分析，當胞間CO2濃度較高時，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生CO2，促進光合作用過程，且當乙醇酸轉運蛋白減少（葉綠體內乙醇酸濃度高）時AP途徑更高效。

（3）根據題意，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，是否會影響其他功能；篩選與利用光呼吸突變體對光呼吸代謝及其功能進行研究。