20.閱讀以下材料,回答(1)~(4)題。
創(chuàng)建D1合成新途徑,提高植物光合效率
植物細(xì)胞中葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所,高溫或強(qiáng)光常抑制光合作用過程,導(dǎo)致作物嚴(yán)重減產(chǎn)。光合復(fù)合體PSII是光反應(yīng)中吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化光能的一個(gè)重要場(chǎng)所,D1是PSII的核心蛋白。高溫或強(qiáng)光會(huì)造成葉綠體內(nèi)活性氧(ROS)的大量累積。相對(duì)于組成PSII的其他蛋白,D1對(duì)ROS尤為敏感,極易受到破壞。損傷的D1可不斷被新合成的D1取代,使PSII得以修復(fù)。因此,D1在葉綠體中的合成效率直接影響PSII的修復(fù),進(jìn)而影響光合效率。
葉綠體為半自主性的細(xì)胞器,具有自身的基因組和遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)。葉綠體中的蛋白一部分由葉綠體基因編碼,一部分由核基因編碼。核基因編碼的葉綠體蛋白在N端的轉(zhuǎn)運(yùn)肽引導(dǎo)下進(jìn)入葉綠體。編碼D1的基因psbA 位于葉綠體基因組,葉綠體中積累的ROS也會(huì)顯著抑制psbA mRNA的翻譯過程,導(dǎo)致PSII修復(fù)效率降低。如何提高高溫或強(qiáng)光下PSII的修復(fù)效率,進(jìn)而提高作物的光合效率和產(chǎn)量,是長(zhǎng)期困擾這一領(lǐng)域科學(xué)家的問題。
近期我國科學(xué)家克隆了擬南芥葉綠體中的基因psbA,并將psbA與編碼轉(zhuǎn)運(yùn)肽的DNA片段連接,構(gòu)建融合基因,再與高溫響應(yīng)的啟動(dòng)子連接,導(dǎo)入擬南芥和水稻細(xì)胞的核基因組中。檢測(cè)表明,與野生型相比,轉(zhuǎn)基因植物中D1的mRNA和蛋白在常溫下有所增加,高溫下大幅增加;在高溫下,PSII的光能利用能力也顯著提高。在南方育種基地進(jìn)行的田間實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與野生型相比,轉(zhuǎn)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,增產(chǎn)幅度在8.1%~21.0%之間。
該研究通過基因工程手段,在擬南芥和水稻中補(bǔ)充了一條由高溫響應(yīng)啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的D1合成途徑,從而建立了植物細(xì)胞D1合成的“雙途徑”機(jī)制,具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。隨著溫室效應(yīng)的加劇,全球氣候變暖造成的高溫脅迫日益成為許多地區(qū)糧食生產(chǎn)的嚴(yán)重威脅,該研究為這一問題提供了解決方案。
(1)光合作用的
反應(yīng)在葉綠體類囊體膜上進(jìn)行,類囊體膜上的蛋白與
形成的復(fù)合體吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化光能。
(2)運(yùn)用文中信息解釋高溫導(dǎo)致D1不足的原因
。
(3)若從物質(zhì)和能量的角度分析,選用高溫響應(yīng)的啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)psbA基因表達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是:
。
(4)對(duì)文中轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞D1合成“雙途徑”的理解,正確的敘述包括
。
A.細(xì)胞原有的和補(bǔ)充的psbA基因位于細(xì)胞不同的部位
B.細(xì)胞原有的和補(bǔ)充的D1的mRNA轉(zhuǎn)錄場(chǎng)所不同
C.細(xì)胞原有的和補(bǔ)充的D1在不同部位的核糖體上翻譯
D.細(xì)胞原有的和補(bǔ)充的D1發(fā)揮作用的場(chǎng)所不同
E.細(xì)胞原有的和補(bǔ)充的D1發(fā)揮的作用不同