Question

（16分）玉米的碳同化效率明显高于水稻，PEPC酶是玉米进行CO₂固定的关键酶。请回答相关问题：（1）PEPC酶基因的表达与其功能有关。为培育转PEPC酶基因水稻，科学家应从玉米的        细胞中获取PEPC酶的mRNA，然后在       酶的作用下合成目的基因。

（2）科研工作者测得光照强度对转PEPC酶基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响结果，如下图所示（注：气孔导度越大，气孔开放程度越高）。

图1                                    图2

①水稻细胞产生和消耗O₂的具体场所依次是        。

②据图分析，光照强度低于8×10²μmol·m^-2·s^-1时，影响原种水稻光合速率的主要环境因素是           。

③根据图1、图2，光照强度为10×10²μmol·m^-2·s^-1时，转基因水稻的光合速率高于原种水稻，其主要原因是               ；光照强度为14×10²μmol·m^-2·s^-1时，转基因水稻依然比原种水稻光合速率高，推测在强光下PEPC酶催化固定CO₂的能力      。

④根据研究结果，转基因水稻更适宜栽种在          环境中。

（3）以上的研究不能证明转PEPC酶基因植物的光合速率都比原种的植物高。要得到此结论应如何进一步设计实验？                            。

Answer

（1）叶肉细胞；逆转录（1分）

（2）①叶绿体类囊体薄膜、线粒体内膜②光照强度③气孔导度大，CO2供给充分；增强 ④强光

（3）将PEPC酶基因转入不同种类的植物，测量并比较转基因植物与非转基因植物的光合速率的大小（3分）

【解析】

试题分析：（1）玉米进行CO2固定在叶肉细胞，故CO2固定的PEPC酶基因在叶肉细胞表达生成PEPC酶的mRNA。以mRNA为模板生成DNA需要逆转录酶。

（2）①水稻细胞通过在叶绿体类囊体薄膜进行光合作用的光反应产生O2，通过有氧呼吸在线粒体内膜消耗O2生成水。

②光照强度低于8×102μmol·m-2·s-1时，随着光强增加，气孔导度增加，光合速率逐渐增加，故影响原种水稻光合速率的主要环境因素是光强。

③光照强度为10×102μmol·m-2·s-1时，转基因水稻气孔导度高于原种水稻，即供应光合作用的CO2浓度较高，故光合速率高。PEPC酶能够利用低浓度CO2，光照强度为14×102μmol·m-2·s-1时，转基因水稻依然比原种水稻光合速率高，推测在强光下PEPC酶催化固定CO2的能力增强。

④根据研究结果，转基因水稻含有PEPC酶，在强光下，气孔导度下降，能够利用低浓度CO2进行光合作用，更适宜栽种在强光环境。

（3）要证明转PEPC酶基因植物的光合速率都比原种的植物高，需要多做几组其他转PEPC酶基因植物和原种植物光合速率比较实验。

考点：本题考查光合作用相关知识和实验设计，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，做出合理的判断或得出正确的结论能力；具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法能力。