Question

13．研究者发现，将玉米的PEPC基因导入水稻后，水稻在高光强下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．
实验一：研究者调节25W灯泡与叶室之间的距离，测定不同光强下的气孔导度和光合速率，结果如图所示．（注：气孔导度越大，气孔开放程度越高）

（1）光强低于800μmol/m^-2/s^-1时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是光照强度．在光强700～1000μmol/m^-2/s^-1条件下，转基因水稻比原种水稻的气孔导度增加最大可达到100%，但光合速率未明显增加．在大于1000μmol/m^-2/s^-1光强下，两种水稻气孔导度开始下降，但转基因水稻的光合速率明显增加，推测光合速率增加的原因不是通过气孔导度增加使进入叶片细胞内的CO₂量增加．
实验二：向叶室充入N₂以提供无CO₂的实验条件，在高光强条件下，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50μmol/m^-2/s^-1．
（2）此时，两种水稻的净光合速率分别为0μmol/m^-2/s^-1和0μmol/m^-2/s^-1，说明在高光强下转基因水稻叶肉细胞内的线粒体（部位）释放的CO₂较多地被叶绿体固定．
（3）实验三：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（促进）CA酶基因的表达，进而使细胞利用低浓度CO₂的能力提高．

Answer 1

分析 根据题意和图示分析可知：表示光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响结果． 左图中，在一定范围内，相同的光照强度下转基因水稻的气孔导度比原种水稻更大．右图中，光照强度低于800μmol•m^-2•s^-1时，光照强度对转基因水稻和原种水稻光合速率的影响相同；光照强度高于800μmol•m^-2•s^-1时，相同光照强度下，转基因水稻的光合速率比原种水稻更快．

解答 解：（1）光强低于800μmol•m^-2•s^-1时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是光照强度．实验一：研究者调节25W灯泡与叶室之间的距离，测定不同光强下的气孔导度和光合速率．在光强700～1000μmol•m^-2•s^-1条件下，转基因水稻比原种水稻的气孔导度从0.4到0.8，增加最大可达到100%，但光合速率未明显增加．在大于1000μmol•m^-2•s^-1光强下，两种水稻气孔导度开始下降，转基因水稻的光合速率明显增加，推测光合速率增加的原因不是通过气孔导度增加使进入叶片细胞内的CO₂量增加．
（2）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50μmol•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．从而说明在高光强下转基因水稻叶肉细胞内有氧呼吸过程中，线粒体释放的CO₂较多地被固定．
（3）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）光照强度   100   未明显增加    进入叶片细胞内的CO₂量
（2）0     0    线粒体     叶绿体固定（或“叶绿体同化”）
（3）转入PEPC基因引起（促进）CA酶基因的表达，进而使细胞利用低浓度CO₂的能力提高

点评 本题以实验为背景，以坐标曲线为载体，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，能准确判断曲线图中各点或各区段的含义，能分析题图提取有效信息答题．