Question

在化石燃料日趋耗竭的未来，清洁、丰富的太阳能转化成“液态阳光”将成为人类的重要能量来源，这为人工光合系统的研究提供了发展方向。2019年4月，我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP)，成功模拟了自然光合系统的部分过程。回答问题：

(1)光合作用是整个生物圈的物质基础和能量基础。在自然光合系统的光反应中所发生的能量转化是______________________________________。

(2)卡尔文循环是指____________________________________________________，其发生的场所是_______________，影响它的主要环境因素有___________________。该循环在黑暗中不能正常进行的原因是________________________________________________。

(3)向培养某植物的温室内通入¹⁴CO₂光照一段时间后，发现CO₂转化成多种化合物。欲探究CO₂转化成的第一种产物是什么物质，简要写出实验的设计思路及结果分析。

____________________________________________________。

(4)人工设计的光敏蛋白是引入光敏剂二苯甲酮和CO₂光还原剂三联吡啶镍配合物改造而成的杂合蛋白质，不像自然光合系统那样只能还原__________，而是在光照条件下能够将______________直接还原成CO，使电子传递效率和CO₂还原效率明显提高。由此推测，光敏蛋白与自然光合系统中____________________等物质的功能相似。

Answer

光能→ATP和[H]中活跃的化学能 光合作用中CO2中的碳转化成有机物中碳的途径 叶绿体基质 CO2浓度、光照强度和温度 没有光反应提供的ATP和[H]，吸收的CO2不能持续被还原 将该植物分成不同的实验组，逐渐缩短光照时间分别照射，停止光照后迅速杀死植物并提取细胞产物进行分析 当只检测到一种含14C的转化物时，说明该物质是CO2转化成的第一种产物 三碳化合物（C3） CO2 光合色素、NADPH和ATP

【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、从题中可知，实验采用同位素标记法,发现短时间内CO2就已转化为许多种类的化合物，如缩短光照时间，CO2转化的化合物的种类就少，因此，逐渐缩短光照时间，当只检测到一种含 14C的转化物时，该物质即是CO2转化成的第一个产物。

（1）在自然光合系统的光反应中发生了水的光解和ATP的合成，在光反应过程中的能量转化是：光能→ATP和[H]中活跃的化学能。

（2）在光合作用的暗反应过程中，CO与C5结合生成C3，C3还原成有机物以及C5的途径称为卡尔文循环反应，发生的场所是叶绿体基质中，由于暗反应需要光反应提供ATP和[H]，因此影响光反应的因素也会影响暗反应， 暗反应过程中需要多种酶的参与，故CO浓度、光照强度和温度都会影响暗反应的发生。因为暗反应发生需要光反应提供ATP和[H]，因此在黑暗中光反应不能进行，无法提供ATP和[H]，导致暗反应也不能正常进行。

（3）暗反应中碳循环是二氧化碳→三碳化合物→有机物，如果向培养该植物的温室内通入14CO2，光照一定时间（数分钟）后杀死该植物，同时提取产物并分析。实验发现，短时间内CO2就已经转化为许多种类的化合物，说明含有放射性二氧化碳已经形成多种中间产物、最终有机物，可以通过逐渐缩短光照时间，当只检测到一种含14C的转化物时，该物质即是CO2转化成的第一个产物。因此思路是：将该植物分成不同的实验组，逐渐缩短光照时间分别照射，停止光照后迅速杀死植物并提取细胞产物进行分析。

（4）在自然光合系统中，暗反应先发生CO2与C5结合生成C3，再发生C3的还原反应，根据题意人工设计的光敏蛋白使电子传递效率和CO2还原效率明显提高，则该蛋白可以直接将CO2还原成CO，此时该蛋白相当于是ATP和[H]的作用，且该蛋白还能提高电子传递效率，则该蛋白还能起到光合色素的作用，吸收、传递和转化光能。