Question

光合能力是作物产量的重要决定因素。为研究水稻控制光合能力的基因，科研人员获得了种植株高度和籽粒重量都明显下降的水稻突变体，并对其进行了相关实验。

(l)叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，能够 ___和利用光能．光反应阶段生成的 ATP和[H]参与在____（场所）中进行的C₃____过程，该过程的产物可以有 一系列酶的作用下转化为蔗糖和淀粉。

(2)科研人员用电镜观察野生型和突变体水稻的叶绿体，结果如下图所示，与野生型相比，突变体的叶绿体出现了两方面的明显变化：① ___；②____。此实验从________水平分析了突变体光合产量变化的原因。

(3)半乳糖脂是类囊体膜的主要脂质成分，对于维持类囊体结构具有重要作用，酶G参与其合成过程。测序发现，该突变体的酶G基因出现异常。科研人员测定了野生型、突变体和转入酶G基因的突变体中的半乳糖脂及叶绿素含量，结果如下表所示。

对比三种拟南芥的测定结果可知，____。

(4)综合上述研究，请解释在相同光照条件下，突变体产量下降的原因____。

(5)若要利用酶G基因培育高产水稻，一种可能的思路是：将酶G基因转入____（选填“野生型”或“突变体”）水稻，检测 ___是否提高。

Answer

吸收 叶绿体基质 还原 类囊体结构散乱 淀粉粒数量减少 细胞 突变体的半乳糖脂和叶绿素含量均低于野生型，转入酶G基因后两者含量恢复 酶G基因异常，半乳糖脂和叶绿素含量降低，影响类囊体结构，进而影响光反应，导致暗（碳）反应合成的蔗糖和淀粉减少 野生型 产量（或“光合速率”）

【解析】

1、光合作用的过程：

2、影响光合作用的因素有：（1）环境因素：光照的影响、温度的影响、CO2浓度的影响、水分含量的影响和矿质元素的影响；（2）内部因素的影响：叶绿素的含量、酶的含量以及C5的含量。

3、分析题意可知，该题以突变体水稻为材料研究控制光合能力的基因，比较电镜下观察到的野生型和突变体水稻的叶绿体结构可知，与野生型水稻的叶绿体相比，突变体水稻的叶绿体中类囊体结构分布散乱，且叶绿体中合成的淀粉粒数量明显减少；根据测序发现，突变体的酶G基因出现异常，科研人员测定了野生型、突变体和转入酶G基因的突变体中的半乳糖脂及叶绿素含量，根据结果可知酶G基因影响了叶绿体的结构和色素含量。

（1）叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，色素的作用能够吸收、传递和转化光能。光反应产生的[H]和ATP参与叶绿体基质中的暗反应过程，用于的C3还原形成以糖为代表的有机物。

（2）科研人员用电镜观察野生型和突变体水稻的叶绿体，比较二者的叶绿体结构可知：①突变体的叶绿体与野生型的叶绿体相比，类囊体结构分布散乱；②图中可以明显看到，突变体的叶绿体比野生型的叶绿体中的淀粉粒减少。此实验从通过对比叶绿体的结构组成分析了光合作用的变化原因，因此属于细胞水平上的研究。

（3）科研人员测定了野生型、突变体和转入酶G基因的突变体中的半乳糖脂及叶绿素含量，分析表中的结果，对比三种拟南芥的测定结果可知：突变体的半乳糖脂和叶绿素含量均低于野生型，而转入酶G基因后表中数据显示，两者含量均恢复到野生型水平上。

（4）根据上述研究可知，突变体由于酶G基因异常，导致半乳糖脂和叶绿素含量降低，影响类囊体结构，进而影响光反应，而光反应可以为暗反应提供[H]和ATP，进而影响暗反应，导致暗（碳）反应合成的蔗糖和淀粉减少，从而使突变体产量下降。

（5）根据以上研究可知，酶G基因可以有助于提高叶绿素的含量和增加类囊体的数量，从而提高产量。若要利用酶G基因培育高产水稻，根据基因工程的方法，可以将酶G基因转入野生型水稻中，检测野生型水稻的产量是否提高。