Question

【題目】為提高糧食產(chǎn)量，科研工作者以作物甲為材料，探索采用生物工程技術(shù)提高光合作用效率的途徑。

（1）圖1是葉肉細(xì)胞中部分碳代謝過(guò)程的模式圖。其中環(huán)形代謝途徑表示的是光合作用中的________ 反應(yīng)。

（2）如圖1所示，在光合作用中R酶催化C5與CO2形成2分子3-磷酸甘油酸。在某些條件下，R酶還可以催化C5和O2反應(yīng)生成1分子C3和1分子2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下轉(zhuǎn)換為___________后通過(guò)膜上的載體（T）離開(kāi)葉綠體。再經(jīng)過(guò)代謝途徑Ⅰ最終將2分子乙醇酸轉(zhuǎn)換為1分子甘油酸，并釋放1分子CO2。

（3）為了減少葉綠體內(nèi)碳的丟失，研究人員利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將編碼某種藻類C酶（乙醇酸脫氫酶）的基因和某種植物的M酶（蘋果酸合成酶）基因轉(zhuǎn)入作物甲，與原有的代謝途徑Ⅲ相連，人為地在葉綠體中建立一個(gè)新的乙醇酸代謝途徑（圖2中的途徑Ⅱ）。

①將C酶和M酶的編碼基因轉(zhuǎn)入作物甲，能夠?qū)崿F(xiàn)的目的是：利用途徑Ⅱ，通過(guò)__________，降低葉綠體基質(zhì)中該物質(zhì)的含量，減少其對(duì)葉綠體的毒害作用。

②轉(zhuǎn)基因操作后，途徑Ⅲ能夠提高光合作用效率的原因是______________。

（4）在圖2所述研究成果的基礎(chǔ)上，有人提出“通過(guò)敲除T蛋白基因來(lái)進(jìn)一步提高光合作用效率”的設(shè)想。你認(rèn)為該設(shè)想是否可行并闡述理由。_____________

Answer 1

【答案】碳（暗） 乙醇酸 將乙醇酸轉(zhuǎn)換為蘋果酸 由于途徑Ⅱ提高了蘋果酸的含量，使葉綠體基質(zhì)內(nèi) CO2 的濃度增加，直接增加了碳（暗）反應(yīng)的反應(yīng)（底）物 該設(shè)想可行。理由是：葉綠體膜上的載體 T 仍有可能輸出部分乙醇酸，造成葉綠體中碳的丟失。找到并敲除載體 T 的基因，即可減少這一部分碳的丟失，進(jìn)一步提高光合作用效率。

【解析】

分析圖1可知：葉綠體中所示的環(huán)形反應(yīng)的生理過(guò)程為卡爾文循環(huán)，該循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)為：在光合作用中R酶催化C5與CO2形成2分子3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化成C3，然后C3在來(lái)自光反應(yīng)的ATP和還原劑NADPH以及酶的催化作用下形成有機(jī)物和C5。R 酶還可以催化 C5 和 O2 反應(yīng)生成 1 分子C3 和 1 分子 2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下轉(zhuǎn)換為乙醇酸后通過(guò)膜上的載體（T）離開(kāi)葉綠體。再經(jīng)過(guò)代謝途徑最終將2分子乙醇酸轉(zhuǎn)換為1分子甘油酸，并釋放1分子CO2。

分析圖2可知：通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)人為地在葉綠體中建立一個(gè)新的乙醇酸代謝途徑Ⅱ，即將乙醇酸通過(guò)C酶和M酶的催化作用轉(zhuǎn)化為蘋果酸，由于途徑Ⅱ提高了蘋果酸的含量，蘋果酸通過(guò)代謝途徑Ⅲ，使葉綠體基質(zhì)內(nèi)CO2的濃度增加，有利于提高光合速率。

（1）分析圖1可知，圖1是葉肉細(xì)胞中部分碳代謝過(guò)程，表示碳（暗）反應(yīng)的過(guò)程圖。

（2）分析圖1可知，在某些條件下，R酶還可以催化C5 和 O2 反應(yīng)生成 1 分子C3 和 1 分子 2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下轉(zhuǎn)換為乙醇酸后通過(guò)膜上的載體（T）離開(kāi)葉綠體。

（3）①分析圖2可知，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將C酶和M酶編碼基因轉(zhuǎn)入作物甲，增加了途徑Ⅱ，通過(guò)該途徑將乙醇酸轉(zhuǎn)為蘋果酸，降低葉綠體基質(zhì)中乙醇酸的含量，減少其對(duì)葉綠體的毒害作用。

②轉(zhuǎn)基因操作后，通過(guò)途徑Ⅱ提高了葉綠體中蘋果酸的含量，然后蘋果酸經(jīng)過(guò)途徑Ⅲ代謝產(chǎn)生了CO2，從而使葉綠體基質(zhì)內(nèi)CO2的度增加，提高了碳（暗）反應(yīng)所需的反應(yīng)（底）物濃度，有利于提高光合速率。

（4）分析題圖可知，T蛋白是葉綠體內(nèi)外膜上將乙醇酸運(yùn)出葉綠體的載體，乙醇酸出葉綠體造成葉綠體中碳的丟失。因此找到并敲除該載體的基因，即可減少這一部分碳的丟失，進(jìn)一步提高光合作用效率。所以通過(guò)敲除T蛋白基因來(lái)進(jìn)一步提高光合作用效率的設(shè)想是可行的。