Question

14．玉米的碳同化效率明顯高于水稻，PEPC酶是玉米進行CO₂固定的關鍵酶．請回答相關問題：
（1）PEPC酶基因的表達與其功能有關．為培育轉PEPC酶基因水稻，科學家應從玉米的葉肉細胞細胞中獲取PEPC酶的mRNA，然后在逆轉錄酶的作用下合成目的基因．
（2）科研工作者測得光照強度對轉PEPC酶基因水稻和原種水稻的氣孔導度及光合速率的影響結果，如圖所示（注：氣孔導度越大，氣孔開放程度越高）．

①水稻細胞產生和消耗O₂的具體場所依次是葉綠體類囊體薄膜、線粒體內膜．
②據圖分析，光照強度低于8×10²μmol•m^-2•s^-1時，影響原種水稻光合速率的主要環境因素是光照強度．
③根據圖1、圖2，光照強度為10×10²μmol•m^-2•s^-1時，轉基因水稻的光合速率高于原種水稻，其主要原因是氣孔導度大，CO₂供給充分；光照強度為14×10²μmol•m^-2•s^-1時，轉基因水稻依然比原種水稻光合速率高，推測在強光下PEPC酶催化固定CO₂的能力增強．
④根據研究結果，轉基因水稻更適宜栽種在強光環境中．
（3）以上的研究不能證明轉PEPC酶基因植物的光合速率都比原種的植物高．要得到此結論應如何進一步設計實驗？將PEPC酶基因轉入不同種類的植物，測量并比較轉基因植物與非轉基因植物的光合速率的大小．

Answer 1

分析 分析圖示，表示光照強度對轉基因水稻和原種水稻的氣孔導度及光合速率的影響結果．左圖中，在一定范圍內，相同的光照強度下轉基因水稻的氣孔導度比原種水稻更大．右圖中，光照強度低于8×10²μmol•m^-2•s^-1時，光照強度對轉基因水稻和原種水稻光合速率的影響相同；光照強度高于8×10²μmol•m^-2•s^-1時，相同光照強度下，轉基因水稻的光合速率比原種水稻更快．

解答 解：（1）為培育轉PEPC酶基因水稻，科學家應從玉米的葉肉細胞細胞中獲取PEPC酶的mRNA，然后在逆轉錄酶的作用下合成目的基因．
（2）①水稻葉肉細胞進行光合作用的場所是葉綠體，葉綠體類囊體薄膜捕獲光能進行水的光解產生氧氣．線粒體進行有氧呼吸，有氧呼吸的第三階段線粒體內膜將[H]與氧氣結合24[H]+6O$\stackrel{酶}{→}$12H₂O+能量．
②分析題圖曲線可知，當光照強度低于8×10²μmol•m^-2•s^-1時，隨光照強度增加，氣孔導度和光合作用速率增強，說明影響光合作用的因素主要是光照強度．
③當光照強度大于10×10²μmol•s^-1時，影響原種水稻光合速率的內在因素是色素、酶的含量；光照強度為10～14×10²μmol•s^-1時，由于酶的活性等光照強度增加與CO₂供應不足對光合速率的正負影響相互抵消，所以原種水稻的氣孔導度下降但光合速率基本不變．
④由氣孔導度與光強度關系曲線可看出轉基因水稻較普通水稻的氣孔度大，其原因為轉基因水稻導入了PEPC酶的因素，說明此酶有促進氣孔打開或增大作用，同時轉基因水稻在較強光照下光合速率卻更強說明更能適應較強光照環境．
（3）為證明轉PEPC酶基因植物的光合速率都比原種的植物高，進一步設計實驗：將PEPC酶基因轉入不同種類的植物，測量并比較轉基因植物與非轉基因植物的光合速率的大小．
故答案為：
（1）葉肉細胞；逆轉錄
（2）①葉綠體類囊體薄膜、線粒體內膜
②光照強度
③氣孔導度大，CO₂供給充分；增強
④強光
（3）將PEPC酶基因轉入不同種類的植物，測量并比較轉基因植物與非轉基因植物的光合速率的大小

點評 本題以實驗為背景，以坐標曲線為載體，考查影響光合作用的因素及光合作用，要求考生識記光合作用和細胞呼吸的過程，掌握影響光合作用速率的因素，能準確判斷曲線圖中各點或各區段的含義，能分析題圖提取有效信息答題．