阅读以下材料,回答(1) ~(4)题。 创建D1合成新途径…——2020 高考生物第 19 题答案解析

2020_北京卷

2020 北京 第 19 题 解答题 区分题
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19. 阅读以下材料,回答(1)\~(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psbA

mRNA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,是长期困扰这一领城科学家的问题。

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。随着溫室效应的加剧,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。

(1)光合作用的 反应在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与形成的复合体吸收、传递并转化光能。

(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】 (1). 光反应 (2). 叶绿体的色素 (3).

①高温导致ROS积累,使D1受到破坏;②ROS积累抑制了psbAmRNA的翻译,影响了D1的合成 (4).

提高了光能利用率和植物的净光合作用速率,使植物增产 (5). ABC

参考答案

(1) 光反应; (2) 叶绿体的色素; (3) ①高温导致ROS积累,使D1受到破坏;②ROS积累抑制了psbA mRNA的翻译,影响了D1的合成; (4) ABC

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