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 一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。

（1）叶绿体中的光合色素分布在_______上，能够_____________光能，光反应阶段 生成的____参与在叶绿体基质中进行的__过程，该过程的产物可以在一系列酶的 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。

	野生型	突变体	转入酶 G 基因的突变体
半乳糖脂相对值	34	26	33
叶绿素含量相对值	3.42	2.53	3.41

对比三种拟南芥的测定结果，请解释在相同光照条件下，突变体产量下降的原因________。

（4）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

类囊体膜 吸收和利用 ATP 和 NADPH 三碳酸的还原 类囊体结构散乱 淀粉粒数量减少 细胞 突变体酶 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】

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三碳酸还原过程，形成淀粉和蔗糖。

（2）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）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，所以推测突变体产量下降的原因是突变体酶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，导致碳反应合成的蔗糖和淀粉减少。

（4）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。