Question

17．研究发现，将玉米的PEPC酶基因导入水稻后，水稻的光合速率显著增加．为研究转基因水稻光合速率增加的机理，将水稻叶片放入叶室中进行系列实验．
（1）正常生长的水稻幼苗，叶肉细胞中捕获光能的色素中含量最少的是胡萝卜素．其植株干重增加最主要的物质来源是CO₂（填“土壤中的无机盐”、“H₂O”、“CO₂”或“从农家肥中吸收的有机物”）．
（2）照光培养一段时间后，突然停止光照，此时水稻细胞的叶绿体内可能产生的现象是ACD（多选）
A．O₂的产生停止              B．CO₂的固定加快           C．$\frac{ATP}{ADP}$比值下降
D．$\frac{NADPH}{NAD{P}^{+}}$比值下降    E．$\frac{NADH}{NA{D}^{+}}$比值下降     F．$\frac{{C}_{3}}{{C}_{5}}$比值下降
（3）实验一：向叶室充入N₂以提供无CO₂的实验条件，测得原种水稻和转基因水稻叶肉细胞间隙的CO₂浓度分别稳定在62μmol•m^-2和40μmol•m^-2．此时，两种水稻叶肉细胞的净光合速率分别为0μmol•m^-2•s^-1 和0μmol•m^-2•s^-1．
实验二：研磨水稻叶片，获得酶粗提取液，分离得到水稻叶片中的各种酶蛋白，结果显示转基因水稻中不仅出现了PEPC酶，而且CA酶（水稻细胞中与CO₂固定有关的酶）含量显著增加．结合实验一的结果进行推测，转基因水稻光合速率提高的原因可能是转入PEPC酶基因引起CA酶基因的表达加强，进而使细胞利用低浓度CO₂．

Answer 1

分析 光反应和暗反应：

比较项目	光反应	暗反应
场所	基粒类囊体膜上	叶绿体的基质
条件	色素、光、酶、水、ADP	多种酶、CO2、ATP、[H]
反应产物	[H]、O2、ATP	有机物、ADP、Pi、水
物质变化	2H2$\stackrel{光}{→}$4[H]+O2↑ ADP+Pi$\stackrel{酶}{→}$ATP	①CO2的固定： CO2+C5$\stackrel{酶}{→}$2C3 ②C3的还原：（CH2O）+C5+H2O
能量变化	光能→电能→ATP 中活跃的化学能	ATP中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能
实质	光能转变为化学能，水光解产生O2和[H]	同化CO2形成 （CH2O）
联系	①光反应为暗反应提供[H]（以NADPH形式存在）和ATP ②暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料 ③没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机 物无法合成．

解答 解：（1）叶肉细胞中捕获光能的色素中含量最少的是胡萝卜素，植株通过光合作用积累有机物，主要利用的是二氧化碳．
（2）正常生长的水稻，照光培养一段时间后，突然停止光照，光反应产生O₂的过程停止，[H]和ATP含量减少，被还原的C₃减少，生成的C₅减少，CO₂的固定变慢，ATP：ADP比值和NADPH：NADP⁺比值均下降．故选：ACD．
（3）由于测得原种水稻和转基因水稻叶肉细胞间隙的CO₂浓度分别稳定到62μmol•m^-2•s^-1和40μmol•m^-2•s^-1，说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度，两种水稻的净光合速率都为0，研磨水稻叶片，获得酶粗提取液，利用电泳技术分离水稻叶片中的各种酶蛋白，结果显示转基因水稻中PEPC以及CA（与CO₂浓缩有关的酶）含量显著增加．结合实验二的结果进行推测，转基因水稻光合速率提高的原因可能是转入PEPC基因引起CA酶基因的表达，进而使细胞利用低浓度CO₂的能力提高．
故答案为：
（1）胡萝卜素   CO₂
（2）ACD  
（3）0 0  转入PEPC酶基因引起CA酶基因的表达加强，进而使细胞利用低浓度CO₂

点评 本题以实验为背景，考查影响光合作用的因素及光合作用和细胞呼吸的综合计算，要求考生识记光合作用和细胞呼吸的过程，掌握影响光合作用速率的因素，能分析题干、提取有效信息答题．