2024北京生物高考专题复习--微专题　光合作用调节机制与应用.docxVIP

第 第 PAGE 15 页 共 NUMPAGES 15 页 微专题　光合作用调节机制与应用 　　近三年来光合作用试题的考查情境越来越复杂,考查内容集中在光合作用调节机制与应用。 一、光抑制与光保护作用 　　光是驱动光合作用进行的能量来源,也是形成和维持叶绿素、叶绿体及正常叶片结构完整所必需的重要环境因素。 　　光是光合作用所必需的,但不同的季节、一天中不同时刻,光的变化很大。当光能超过光合系统所能利用的数量时,光合效率下降,这个现象称为光抑制。光抑制主要发生于光系统Ⅱ(PSⅡ),光抑制主要是为了减轻过量的光反应产物如活性氧(ROS)对细胞造成的损伤,减少其对PSⅡ反应中心的破坏,达到保护光合系统的目的。此过程涉及清除ROS,修复或替换PSⅡ中的受损组分(如D1蛋白)。 　　应用1:细胞通过NPQ降低光抑制,促进光合作用。 例1　(2023山东,21节选)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。 (3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量　　　　(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? 答案　(3)少　突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多 　　应用2:通过基因工程促进叶绿体中D1蛋白的表达,加快光合复合体PSⅡ的修复,降低光抑制效应。 例2　(2020北京,19节选)阅读以下材料,回答(2)~(4)题。 创建D1合成新途径,提高植物光合效率 　　植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PSⅡ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PSⅡ的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PSⅡ得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSⅡ的修复,进而影响光合效率。 叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbAmRNA的翻译过程,导致PSⅡ修复效率降低。如何提高高温或强光下PSⅡ的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。 近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSⅡ的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。 该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。 (2)运用文中信息解释高温导致D1不足的原因。 (3)若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是:? ? 　。? (4)对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括　　　　。? A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位 B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同 C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译 D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同 E.细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同 答案　(2)高温会造成叶绿体内ROS 的积累,ROS 既破坏D1 蛋白,又抑制psbAmRNA 的翻译。　(3)高温时,高温响应的启动子驱动psbA基因高水平表达,补充高温造成的D1不足,修复PSⅡ,提高光能利用率;非高温时低水平表达,