Question

高等植物光自养型细胞是研究植物光合作用的一种新材料．研究人员通过不断降低植物组织培养基中蔗糖浓度以达到对愈伤组织的“诱导、驯化”，最终获得了光自养型胡萝卜细胞愈伤组织．下面是围绕本研究的相关问题，请回答：
（1）研究人员在获取胡萝卜组织及进行植物组织培养的过程中，均注意进行无菌化操作，其原因是

 

．研究人员发现当使愈伤组织培养到一定时间后，必须转移到不加任何生长调节剂的培养基中培养否则愈伤组织将会经

 

过程长出芽和小叶．
（2）下表是实验过程中胡萝卜愈伤组织光合速率的变化（表中数据单位均为μmolO₂/mg叶绿素/min）．

实验步骤	培养基中蔗糖浓度和诱导时间	净光合速率	呼吸速率	总光合速率	色素含量
第一步	20g/L（3周）	-1.59	2.55	0.96	69.5
第二步	10g/L（2周）	-0.63	1.44	0.81	72.3
第三步	5g/L（1周）	0	0.90	0.90	74.1
第四步	0g/L（1周）	X	0.70	1.96	76.9
对照	正常叶片	0.42	0.26	0.68	2484.3

①实验结果数据表中“X”代表的数值为

 

．实验结果表明当愈伤组织完全实现自养（培养基中蔗糖浓度为0）时，细胞中叶绿素含量远比正常叶片中少但总光合速率却比正常叶片高，这可能与愈伤组织细胞中

 

有关．
②在测量光珍合速率时，愈伤组织块或正常叶片小块的反应液成分是含0.025mol/LNaHCO₃的、pH为7.4的缓冲液其中NaHCO₃的作用是

 

，它的浓度直接影响光合作用暗反应阶段

 

过程，缓冲液的作用是

 

．
（3）在将愈伤组织依次转接到蔗糖浓度逐渐降低的培养液中培养[图中A：20g/L（3周），B：10g/L （2周），C：5g/L（1周），D：0g/L（1周），E：叶片]，测定细胞中叶绿素a和叶绿素b的含量，结果如图所示．据图可知，随着培养基中蔗糖浓度的下降愈伤组织细胞中叶绿素a/叶绿素b呈

 

趋势，叶绿体中叶绿素a/叶绿素b的变化可能影响着光合作用阶段叶绿体对不同

 

波长光的利用．
（4）科研人员同时观察愈伤组织光合自养过程中叶绿体类囊体垛叠情况后发现：随着培养液中蔗糖浓度的下降，类囊体数量及类囊体膜的垛叠层数会逐渐增加．这种结构变化的意义在于

 

．

Answer 1

考点：植物培养的条件及过程,光反应、暗反应过程的能量变化和物质变化

专题：

分析：1、植物组织培养过程是：离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，然后再分化生成根、芽，最终形成植物体．植物组织培养依据的原理是植物细胞的全能性．
2、光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程．光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成．光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO₂被C₅固定形成C₃，C₃在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物．

解答： 解：（1）研究人员在获取胡萝卜组织及进行植物组织培养的过程中，均注意进行无菌化操作，其原因是各种微生物在培养基上生长、繁殖不仅与植物细胞竞争营养，而且可能产生有毒物质抑制植物细胞的分裂、脱分化等过程．研究人员发现当使愈伤组织培养到一定时间后，必须转移到不加任何生长调节剂的培养基中培养否则愈伤组织将会经再分化过程长出芽和小叶．
（2）①根据净光合速率=总光合速率-呼吸速率，故实验结果数据表中“X”代表的数值为1.96-0.70=1.26．实验结果表明当愈伤组织完全实现自养（培养基中蔗糖浓度为0）时，细胞中叶绿素含量远比正常叶片中少但总光合速率却比正常叶片高，这可能与愈伤组织细胞中光合作用酶活性高有关．
②NaHCO₃的作用是供应光合作用需要的CO₂，它的浓度直接影响光合作用暗反应阶段CO₂的固定过程，缓冲液的作用是防止pH变化影响愈伤组织细胞的生命活动（光合作用和呼吸作用）．
（3）据图可知，随着培养基中蔗糖浓度的下降愈伤组织细胞中叶绿素a/叶绿素b呈下降趋势，叶绿体中叶绿素a/叶绿素b的变化可能影响着光合作用阶段叶绿体对不同光反应波长光的利用．
（4）随着培养液中蔗糖浓度的下降，类囊体数量及类囊体膜的垛叠层数会逐渐增加．这种结构变化的意义在于增加了光合作用光反应场所，有利于提高光能利用率．
故答案为：
（1）各种微生物在培养基上生长、繁殖不仅与植物细胞竞争营养，而且可能产生有毒物质抑制植物细胞的分裂、脱分化等过程           再分化
（2）①1.26         光合作用酶活性高
    ②供应光合作用需要的CO₂          CO₂的固定     防止pH变化影响愈伤组织细胞的生命活动（光合作用和呼吸作用）
（3）下降          光反应
（4）增加了光合作用光反应场所，有利于提高光能利用率

点评：本题综合考查了植物组织培养和光合作用的相关知识，意在考查考生能运用所学知识与观点，通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理，做出合理的判断的能力．