请回答下列有关光合作用的问题:
(1)在植物的叶肉细胞中存在着图1所示的代谢过程:
在光照条件下,CO2被固定生成C3过程中_______(需要/不需要)利用光反应产生的ATP。研究发现,RuBP羧化加氧酶还可催化C5与O2反应产生乙醇酸,乙醇酸中75%的碳又重新生成CO2和C3的光呼吸过程。该过程______(降低了/促进了/不影响)光合作用效率,同时使细胞内O2/CO2的比值_______,有利于生物适应高氧低碳的环境。
(2)根据对光呼吸机理的研究,科研人员利用基因编辑手段设计了只在叶绿体中完成的光呼吸替代途径AP(依然具有降解乙醇酸产生CO2的能力)。同时,利用RNA干扰技术,抑制了某基因表达的翻译过程,降低了_________,进而降低了过氧化物酶体中乙醇酸的含量,从而影响光呼吸。检测三种不同类型植株的光合速率,实验结果如图2所示。据此回答:
当胞间CO2浓度较高时,三种类型植株光合速率的大小关系为____。分析其原因是__。
不需要 降低了 降低(减小) 叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量 AP+RNA干扰>AP>野生型 AP途径能够更快速高效地降解乙醇酸产生CO2,促进光合作用过程,且当乙醇酸转运蛋白减少(叶绿体内乙醇酸浓度高)时AP途径更高效
【分析】
结合题干信息可知,图1叶绿体中氧气与五碳化合物反应生成了乙醇酸,乙醇酸经过一系列反应有生成了二氧化碳和三碳化合物,进而参与光合作用暗反应过程(卡尔文循环)。图2显示,胞间CO2浓度较高时,与野生型相比,AP组的光合速率较高,AP+RNA干扰组的光合速率最高。
【详解】
(1)根据暗反应过程分析可知,二氧化碳与五碳化合物生成三碳化合物的过程不需要消耗光反应产生的ATP,而三碳化合物的还原需要;根据题意分析,光呼吸过程中,C5与O2反应产生了乙醇酸,而乙醇酸中仅有75%的碳又重新生成CO2和C3,说明该过程降低了光合作用效率,同时使细胞内O2/CO2的比值降低,有利于生物适应高氧低碳的环境。
(2)图1显示乙醇酸在叶绿体产生后需要运输到线粒体,因此若利用RNA干扰技术,降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量,则乙醇酸从叶绿体向细胞质(过氧化物酶体)的转运会减少。据图2分析,当胞间CO2浓度较高时,AP+RNA干扰组的光合速率最高,AP组次之,而野生型组光合速率最弱,其原因可能是AP途径能够更快速高效地降解乙醇酸产生CO2,促进光合作用过程,且当乙醇酸转运蛋白减少(叶绿体内乙醇酸浓度高)时AP途径更高效。
【点睛】
解答本题的关键是掌握光合作用的过程,能够分析图中光呼吸利用氧气的的特殊过程,并能够根据对照性原则分析图2中两个实验组的实验结果、得出相应的实验结论。
知识点拨:
1、植物组织培养的注意事项:
(1)接种时应注意的事项:①接种室要消毒;②无菌操作;③接种时要防止交叉污染;④接种完立刻盖好瓶口。
(2)外植体接种前,需要将接种室、接种箱灭菌和对外植体消毒的操作:
①接种前一天,将接种室的四个角落用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸。
②接种前1小时,在接种室内用喷雾器喷洒来苏水;桌椅也用来苏水擦拭;接种箱内用甲醛溶液和高锰酸钾熏蒸。
③将灭菌室和接种箱内用紫外灯灭菌。
④接种前,操作者用肥皂清洗双手,擦干,再用酒精棉球擦拭双手。
⑤用次氯酸钠溶液将外植体消毒。
2、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,需要的条件:①消毒灭菌;②一定浓度的植物激素;③适宜的温度;④充足的养料。
3、影响植物组织培养的因素:①培养基配制;②外植体选取;③激素的运用;④消毒;⑤温度、pH、光照。
4、植物组织培养中植物激素使用:物组织培养中关键性激素是生长素和细胞分裂素;同时使用生长素和细胞分裂素时,两者用量的比例影响植物细胞的发育方向;先使用细胞分裂素,后使用生长素,细胞既分裂5、植物组织培养过程中分化成的幼苗需要移栽,移栽时,应先将培养瓶的封口膜打开一段时间,让试管苗在培养间生长几日;移栽时需用流水清洗根部的培养基;最后幼苗需移植到消过毒的新环境下生活一段时间,等幼苗长壮后再移栽到土壤中。
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Bt 毒素是由苏云金芽胞杆菌产生的一种毒蛋白,对多种昆虫具有较强的杀伤力,而对人和其它脊椎动物没有毒性。
(1)以Bt毒蛋白为有效成分的农药长期使用,会导致害虫种群____,使药效减弱直至丧失,无法在生产中继续使用。
(2)以家蚕为材料,研究昆虫抗药性遗传特性。测定生命力大致相同的多品种家蚕幼虫致死50%的Bt浓度(LC50),结果如下:
家蚕品种 | A | B | C | D | E | F | G | H |
LC50(mg/L) | 59.4 | 37.5 | 94.2 | 118.6 | 118.6 | 118.7 | 129.0 | >375 |
①研究人员欲选择敏感型和抗药型家蚕为亲本进行杂交实验,据上表结果,最好选择家蚕品种是_______。
②杂交实验及结果如下表:
亲本 | 实验一 ♀抗药型×♂敏感型 | 实验二 ♀敏感型×♂抗药型 | 实验三 实验一的F1×抗药型 | 实验四 实验二F1×敏感型 | 实验五 实验一F1自交 | 实验六 实验二F1自交 | |
子代 | 抗药型 | 0 | 0 | 67 | 0 | 37 | 34 |
敏感型 | 80 | 80 | 83 | 150 | 113 | 116 |
实验一和实验二的结果表明,家蚕抗药型是由位于_____染色体上的_____性基因控制的;实验___ 的结果表明,F1产生两种配子且比例为1:1
(3)Bt毒蛋白与家蚕幼虫的中肠细胞特异性受体结合,使细胞膜穿孔,细胞裂解,幼虫死亡。为从分子水平上阐明家蚕产生抗药性的原因,研究人员从实验一亲本_____细胞中提取总RNA,获取cDNA,测定亲本受体基因碱基序列如图。
起始密码子 | 终止密码子 | 酪氨酸密码子 |
AUG/GUG | UAA/UAG | UAU/UAC |
从分子水平推测家蚕抗药性产生的原因____________________________
(4)依据Bt受体基因设计的靶向sgRNA,可以与限制酶Cas9结合,定点切除受体基因的39个核苷酸。sgRNA 和 Cas9 mRNA 的混合物注射到______型家蚕受精卵中,若其发育成的家蚕幼虫表现为________,则进一步证明上述推测成立。
(5)基因编辑技术能精确靶向修饰生物体基因组特定位点,人为改造生物体的遗传信息。请从利弊两方面说明该技术的应用是一把“双刃剑”__________