精做03 与光合作用和呼吸作用有关的综合问题分析-备战2021年高考生物大题精做（北京专用）

精做03 与光合作用和呼吸作用有关的综合问题分析 3．（2020·北京高三零模）为提高粮食产量，科研工作者以作物甲为材料，探索采用生物工程技术提高光合作用效率的途径。 （1）图 1 是叶肉细胞中部分碳代谢过程 ______________的模式图。其中环形代谢途径表示的是光合作用中的反应。 （2）如图 1 所示，在光合作用中 R 酶催化 C5 与 CO2 形成 2 分子 3-磷酸甘油酸。在某些条件下，R 酶还可以催化 C5 和 O2 反应生成 1 分子 C3 和 1 分子 2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下转换为______后通过膜上的载体（T）离开叶绿体。再经过代谢途径Ⅰ最终将 2 分子乙醇酸转换为 1 分子甘油酸，并释放 1 分子 CO2。 （3）为了减少叶绿体内碳的丢失，研究人员利用转基因技术将编码某种藻类 C 酶（乙醇酸脱氢酶）的基因和某种植物的 M 酶（苹果酸合成酶）基因转入作物甲，与原有的代谢途径Ⅲ相连，人为地在叶绿体中建立一个新的乙醇酸代谢途径（图 2 中的途径Ⅱ）。 ①将 C 酶和 M 酶的编码基因转入作物甲，能够实现的目的是：利用途径Ⅱ，通过 _______ ，降低叶绿体基质中该物质的含量，减少其对叶绿体的毒害作用。 ②转基因操作后，途径Ⅲ能够提高光合作用效率的原因是_______。 （4）在图 2 所述研究成果的基础上，有人提出“通过敲除 T 蛋白基因来进一步提高光合作用效率”的设想。你认为该设想是否可行并阐述理由___________。 【答案】碳（暗） 乙醇酸 将乙醇酸转换为苹果酸 由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量，使叶绿体基质内CO2的浓度增加，直接增加了碳（暗）反应的反应（底）物 该设想可行。理由是：叶绿体膜上的载体 T 仍有可能输出部分乙醇酸，造成叶绿体中碳的丢失。找到并敲除载体 T 的基因，即可减少这一部分碳的丢失，进一步提高光合作用效率。 【分析】 2.根据题意和图示可知，如图1叶绿体中所示的环形反应的生理过程为卡尔文循环，该循环过程中发生的反应为：在光合作用中R酶催化C5与CO2 形成2分子3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸转化成C3，然后C3接受来自光反应产生的NADPH的还原剂氢以及酶的催化作用下形成有机物和C5。除外在某些条件下，R酶还可以催化C5和O2反应生成1分子C3和1分子 2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下转换为乙醇酸后通过膜上的载体（T）离开叶绿体。再经过代谢途径Ⅰ最终将2分子乙醇酸转换为1分子甘油酸，并释放1分子 CO2。 结合题意分析图2可知，通过转基因技术人为地在叶绿体中建立一个新的乙醇酸代谢途径，即将乙醇酸通过C酶和M酶的催化作用转化为苹果酸的途径Ⅱ，由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量，苹果酸通过代谢途径Ⅲ，使叶绿体基质内CO2的浓度增加，有利于提高光合速率。 【详解】 （1）根据以上分析可知，图1是叶肉细胞中部分碳代谢过程表示暗反应的过程图。 （2）根据以上分析可知，图1中在某些条件下，R酶还可以催化C5和O2反应生成1分子 C3和1分子2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下转换为乙醇酸后通过膜上的载体（T）离开叶绿体。 （3）①根据以上对图2的分析可知，通过转基因技术将C酶和M酶的编码基因转入作物甲，增加了途径Ⅱ，通过该途径将乙醇酸转换为苹果酸，降低叶绿体基质中乙醇酸的含量，减少其对叶绿体的毒害作用。 ②转基因操作后，通过途径Ⅱ提高了叶绿体中苹果酸的含量，然后苹果酸经过途径Ⅲ代谢产生了CO2，从而使叶绿体基质内CO2的浓度增加，提高暗反应所需的底物浓度，有利于提高光合速率。 （4）根据题意和识图分析可知，T蛋白是膜上的将乙醇酸运出叶绿体的载体，乙醇酸运出叶绿体造成叶绿体中碳的丢失。因此找到并敲除载体 T 的基因，即可减少这一部分碳的丢失，进一步提高光合作用效率。所以“通过敲除 T 蛋白基因来进一步提高光合作用效率”的设想是可行的。 叶绿体是进行光合作用的场所，光合作用分为光反应和暗反应，联系见下表： 项目 光反应 碳反应（暗反应） 实质 光能→化学能，释放O2 同化CO2形成（CH2O）（酶促反应） 时间 短促，以微秒计 较缓慢 条件 需色素、光、ADP、和酶 不需色素和光，需多种酶 场所 在叶绿体内囊状结构薄膜上进行 在叶绿体基质中进行 物质转化 2H2O→4[H]+O2↑（在光和叶绿体中的色素的催化下） ADP+Pi+能量→ATP（在酶的催化下） CO2+C5→2C3（在酶的催化下）C3+【H】→（CH2O）+C5（在ATP供能和酶的催化下） 能量转化 叶绿素把光能先转化为电能再转化为活跃的化学能并储存在ATP中 ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能 这类题考查光合作用的知