Question

【题目】生物是如何“感知”光的？

光为植物提供光合作用的能量，也调控植物的生长、发育、繁殖，如茎的伸长、开花诱 导、对病虫害的防御等。早期研究中，科学家用红光及远红光短时间交替照射莴苣的种子， 然后放在黑暗中三、四天，发现最后一次照射红光的种子绝大部分都能发芽，且生长得非常 好，而最后一次照射远红光的，绝大部分都不能发芽，因此推测种子里含有一种能区分红光 和远红光的物质。后来的研究发现这种物质就是光敏色素。

光敏色素是一类红光/远红光受体，在自然光照条件下，植物体内同时存在非活化、活 化的光敏色素（分别简写为 Pr、Pfr）。光敏色素蛋白一旦被红光激活，暴露出核定位信号， 即可参与基因表达的调控。

科研人员提取了红光处理前、后的野生型及光敏色素突变体植株的 RNA，通过比对发 现，光敏色素调控表达的基因种类发生了改变，并且部分 mRNA 发生了选择性剪接。科研 人员还发现，光敏色素还诱导了部分基因启动子的选择性使用，即转录起点发生了变化，产 生的 mRNA 比正常情况下多了一段 5’端序列。对部分不同长度的 mRNA 翻译产物定位研究 表明，较短肽链折叠的蛋白质大多定位于细胞质基质，而更长肽链折叠形成的蛋白质在胞内 的定位主要在叶绿体，也有部分蛋白质定位在细胞核、细胞膜结构等以适应环境变化带来的 “震荡”。研究光敏色素作用机理，有利于理解光信号对植物体生命活动的精密而有序的调 节过程，从而进一步理解植物对环境的适应过程。

在细菌基因组内也存在类似光敏色素的感光蛋白，可以帮助细菌产生趋光性以获得能量， 还参与昼夜节律、生物膜形成、致病性等生理过程。对各类生物的“光敏色素”的研究，从 进化角度认识生物对于光的感知，利于人类深入理解生物体适应环境的精妙之处。

（1）光敏色素的基本组成单位是_______。由于远红光诱导光敏色素发生_________ 变化，使其转化为________（Pr 或 Pfr）形式，因此最后一次照射远红光的莴苣种子，绝 大部分都不能发芽。

（2）根据资料所示，以下说法或推测正确的是_____（选填下列字母）。

a．光敏色素能同时接收红光和远红光的信号诱导，说明该受体不具有特异性

b．Pr 暴露核定位信号，可以被相应分子转运并且通过核孔的选择作用进入细胞核，发挥作用

c．光敏色素介导的基因转录过程中启动子的选择性使用是长期自然选择的结果

（3）根据文中信息，概括光敏色素介导的调控植物体生命活动的三种方式____________。

（4）对光敏色素的相关研究可以应用于_____（选填下列字母）。

a．用于培育富含花青素的蔬菜品种，促进新物种的产生

b．通过不同波长的光的组合，促进药材中特定有效成分的生成和积累

c．提高特定波长的光的循环利用效率，减少资源的浪费

d．通过研究光敏色素在不同物种的异同，为进化提供依据

e．细菌的致病性机理以及相关药物的研发

Answer 1

【答案】氨基酸??? 逆转??? Pr??? bc??? 基因调节、光信号调节、化学信号调节??? bcde???

【解析】

本题依托植物生命活动的调节，考查学生阅读资料，提取信息的能力，同时能根据提取的信息分析解决问题。

（1）光敏色素的化学本质是蛋白质，基本组成单位为氨基酸；光敏色素在远红光（730nm）照射下，会发生逆转变化，使其转化为Pr。

（2）a、光敏色素是一类物质，有的可以接收红光，有的可以接收远红光，故单独来看仍具有特异性，a错误；

b、光敏色素蛋白是大分子，故可以通过核孔的选择作用进入细胞核，发挥作用，b正确；

c、光敏色素介导的基因转录过程中启动子的选择性使用，是植物适应环境的一种方式，为长期自然选择的结果，c正确。

故选bc。

（3）根据文中信息，光敏色素介导的调控植物体生命活动的三种方式有基因调节、光信号调节、化学信号调节。

（4） a、用于培育富含花青素的蔬菜品种，最终形成的是新品种而不是新物种，a错误；

b、通过不同波长的光的组合，使光敏色素发生不同的变化，从而促进药材中特定有效成分的生成和积累，b正确；

c、不同的光敏色素利用光的情况不同，故可提高特定波长的光的循环利用效率，减少资源的浪费，c正确；

d、可以通过研究光敏色素在不同物种的异同，为进化提供依据，d正确；

e、根据文中信息可知，研究光敏色素有利于细菌的致病性机理以及相关药物的研发，e正确。

故选bcde。