2022年7月22日，中国农业科学院作物科学研究所周文彬领衔的研究成果在国际著名学术期刊《科学》杂志以研究长文的形式在线发表。周文彬团队在水稻中研究发现了高产基因（OsDREBIC），此基因可同步实现高产早熟，被誉为基因界的“尖子生”。进行田间试验时，发现OsDREB1C基因过表达系植株的产量比野生型植株高41.3%~68.3%，具体的实验结果参数如下表。比较 OsDREB1C基因表达情况光合碳同化速率氮的吸收和运输速率抽穗开花产量野生型 + ++ ++ 早 +++ OsDREB1C基因过表达系 +++ ++++ ++++ 更早 ++++++ OsDREBIC基因敲除突变系

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1. 2022年7月22日，中国农业科学院作物科学研究所周文彬领衔的研究成果在国际著名学术期刊《科学》杂志以研究长文的形式在线发表。周文彬团队在水稻中研究发现了高产基因（OsDREBIC），此基因可同步实现高产早熟，被誉为基因界的“尖子生”。进行田间试验时，发现OsDREB1C基因过表达系植株的产量比野生型植株高41.3%~68.3%，具体的实验结果参数如下表。

比较	OsDREB1C基因表达情况	光合碳同化速率	氮的吸收和运输速率	抽穗开花	产量
野生型	+	++	++	早	+++
OsDREB1C基因过表达系	+++	++++	++++	更早	++++++
OsDREBIC基因敲除突变系	-	+	+	迟	+

（注：+的数目代表程度或者数量变化）

(1) 水稻属于短日照植物，叶片中的能感受光周期的变化，控制其开花（抽穗）。根据实验结果可知，OsDREB1C基因过表达植株提前抽穗，缩短整个生育周期，抽穗具体能提前的时间除了OsDREB1C基因过表达量可能还受（答出两点即可）等因素的影响。

(2) 科学家通过特殊的实验手段发现OsDREB1C基因主要参与调控多个其他相关基因的表达，从而促进以及抽穗开花，进而解析了OsDREB1C促进水稻高产早熟的分子机理。

(3) 光合碳同化主要发生在水稻叶肉细胞的，可以为此过程提供能量和还原剂。OsDREB1C基因过表达植株在光下生长速度更快，光合碳同化形成的产物一部分转化成，通过韧皮部运输到水稻各处细胞供其利用，并且在生殖生长阶段将大量的碳氮同化产物分配至中，最终使水稻产量显著提升。此过程中可以运用方法研究光合碳同化形成产物的去向。

(4) 氮参与了下列等光合作用中相关物质的组成，是作物生长发育必需的大量元素。

A．叶绿素 B．光合酶 C．三碳酸 D．磷脂

根据实验结果可知，OsDREB1C基因过表达植株氮的吸收和运输活性高，氮素高效利用，实现了“减氮不减产”，可以切实解决问题（环境保护方面的意义）。请大家简要设计一个实验思路验证OsDREB1C基因过表达能实现水稻“减氮不减产”。

【考点】

光合作用的过程和意义;

【答案】

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实验探究题困难

1. 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。

(1) 该实验的自变量为。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有（答出2个因素即可）。

(2) 根据本实验，（填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是。

(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。

实验探究题普通

2. 为选择合理的整形修剪技术以及栽培优质高产的薄壳山核桃提供科学依据，某科研小组以5年生薄壳山核桃幼树为研究对象，采用不处理（CK）、环割（T1，刻伤枝条基部一圈，破坏表皮和韧皮部）和摘心（T2，摘去枝顶端幼嫩部分）3种修剪措施处理当年生枝条，再对其枝条进行光合作用及相关参数的测定，结果如下表所示。

处理	净光合速率（μmoL·m^-2·s^-1）	气孔导度（mmoL·m^-2·s^-1）	胞间CO₂浓度/（μmoL·moL^-1）	表观量子效率/（moL·moL^-1）
CK	3.52	0.26	321.24	0.029
T1	3.21	0.21	349.66	0.022
T2	3.66	0.29	302.55	0.032

注：表观量子效率反映了植物叶片对光能尤其是弱光的利用能力以及光适应的范围。

回答下列问题：

(1) 由表可知，不同处理对薄壳山核桃幼树光合作用的影响是。

(2) 据表推测，环割可能导致叶肉细胞中叶绿素含量下降，可能是因为韧皮部破坏，光合产物不能运输至根部，导致根部。光合色素位于叶绿体的，可利用原理提取光合色素，测定光合色素的含量。

(3) 除光合色素含量变化外，环割引起光合作用速率的变化还可能因为光合产物不能向下运输，造成，通过作用抑制光合速率。T1组胞间CO₂浓度最高的主要原因是。

(4) 据表分析，T2组对弱光的利用能力T1和CK。光反应中吸收的光能可用于驱动的分解，最终转变为中的化学能，用于碳反应。

(5) 摘心对光合速率的影响可能是因为。

实验探究题普通

3. 古有“五谷者，万民之命，国之重宝”，今有“端牢饭碗”等粮食大事。研究人员发现某突变体水稻的叶绿素含量约为野生型水稻的50%，但在光饱和条件、不同浓度氮处理下叶片光合速率均比野生型高。为探究其作用机制，研究人员对该突变体和野生型水稻分别施不同浓度的氮肥0kg·N·hm^-2、120kg·N·hm^-2、240kg·N·hm^-2 ，并标记为0N、120N、240N，实验结果如图。回答下列问题。

(1) 实验时，水稻根部通气良好有助于其细胞以方式吸收氮肥。氮被运输到叶肉细胞后，既可合成具有功能的叶绿素，也可用于合成Rubisco酶。Rubisco酶能催化CO₂与C₅生成C₃ ，其作用的场所是，随着氮肥浓度升高，突变体和野生型水稻光合速率均有所提高。

(2) 据实验结果推测，突变体提高光合速率的机制主要是N元素促进反应，进而提高光合速率。其依据是：施用氮肥时，与野生型相比，突变体的，能从环境中吸收更多CO₂；。

(3) 若实验条件改为低光照强度，突变体的光合速率会略低于野生型，原因是。

实验探究题普通