Question

【題目】葉綠體中催化CO2固定的酶R由葉綠體DNA編碼的大亞基（L）和細胞核DNA編碼的小亞基（S）共同組裝而成，其合成過程及部分相關代謝途徑如下圖所示。請分析回答：

（1）地球上生命活動所需的能量主要來源于植物細胞________上色素吸收的光能。在碳（暗）反應中，RuBP羧化酶（R酶）可催化CO2與________（X）結合，生成C3化合物，影響該反應的外部因素，除CO2濃度外還包括________。

（2）據圖分析，葉綠體DNA與________生物的DNA結構相似，合成酶R時細胞核DNA編碼小亞基的遺傳信息轉錄到________上，進入細胞質基質后指導多肽鏈合成。RuBP羧化酶（R酶）中的大亞基可在葉綠體基質中合成，是由于葉綠體基質中含細胞器________。

（3）研究發現，原核生物藍藻（藍細菌）R酶的活性高于高等植物。有研究團隊設想通過基因工程技術將藍藻R酶的S、L基因轉入高等植物，以提高后者的光合作用效率。研究人員將藍藻S、L基因轉入某高等植物，轉基因植株能夠存活并生長。檢測結果表明，轉基因植株中的R酶活性高于未轉基因的正常植株。

①某學習小組認為上述實驗并不能得出“轉基因植株中有活性的R酶是由藍藻的S、L基因表達組裝而成”，請說明理由：________。

②若將該轉基因植物放置于密閉容器中光照一小時，通過儀器測定CO2的變化計算該轉基因植物每小時的實際光合作用強度，還需進行的實驗操作為________。

Answer 1

【答案】類囊體薄膜 C5 溫度、光照強度 原核 mRNA 核糖體 轉入藍藻S、L基因的同時沒有去除葉綠體中的L基因和細胞核中的S基因 將該密閉容器放置在黑暗條件下處理1小時

【解析】

分析圖示：細胞核中的DNA通過轉錄形成RNA，RNA通過核孔出細胞核，進入細胞質，在核糖體上進行翻譯形成小亞基。葉綠體中的DNA通過轉錄形成RNA，在葉綠體中的核糖體上進行翻譯形成大亞基。大亞基和小亞基組合形成的酶R催化二氧化碳的固定過程，二氧化碳的固定是指CO2與圖中X所示的C5結合形成C3的過程。

(1) 地球上生命活動所需的能量主要來源于植物細胞通過光合作用固定的光能。在光合作用過程中，吸收光能的色素分子分布在葉綠體的類囊體薄膜上。在碳（暗）反應中，RuBP羧化酶（R酶）可催化CO2與C5（X）結合，生成C3化合物。外界環境的CO2濃度，直接影響CO2的固定，間接影響C3的還原；光照強度直接影響光反應產生的[H]（NADPH）和ATP，進而影響碳（暗）反應中的C3的還原；溫度通過影響酶的活性而影響碳（暗）反應。可見，影響碳（暗）反應的外部因素，除CO2濃度外，還包括溫度、光照強度。

(2) 據圖分析，葉綠體DNA為環狀，沒有和蛋白質結合，與原核生物的DNA結構相似，合成酶R時，細胞核DNA編碼小亞基的遺傳信息轉錄到mRNA上，mRNA通過核孔進入細胞質基質后指導多肽鏈合成。RuBP羧化酶（R酶）中的大亞基的化學本質是肽鏈，肽鏈的合成場所是核糖體，該大亞基可在葉綠體基質中合成，說明葉綠體基質中含有核糖體。

(3) ①依題意可知：研究人員在轉入藍藻S、L基因的同時沒有去除葉綠體中的L基因和細胞核中的S基因，因此轉基因植株中的R酶活性高于未轉基因的正常植株，并不能得出“轉基因植株中有活性的R酶是由藍藻的S、L基因表達組裝而成”。

②若將該轉基因植物放置于密閉容器中光照一小時，則通過儀器測定CO2的變化量是由該轉基因植物光合作用固定的CO2量與呼吸作用產生的CO2量的差值引起，表示的是凈光合作用強度，而實際光合作用強度＝凈光合作用強度＋呼吸作用強度�？梢�，計算該轉基因植物每小時的實際光合作用強度，還需要知道該轉基因植物的呼吸作用強度，所以還需進行的實驗操作為：將該密閉容器放置在黑暗條件下處理1小時。