Question

【題目】卡爾文以小球藻為實驗材料，采用同位素標記的方法，發現了光合作用的暗反應過程。某研究小組借鑒卡爾文的實驗研究，進行了以下不同的實驗，根據所學知識，回答下列相關問題：

(1)研究小組驗證卡爾文的實驗研究，發現光照 30 秒，14C 出現在三碳化合物、五碳化合物、六碳化合物等20 余種化合物中，而當把光照時間縮短為 5 秒時，14C 主要出現在一種三磷酸甘油酸(C3)中，這說明_____。

(2)研究小組用高速離心法破壞小球藻的葉綠體膜后，類囊體薄膜和基質都釋放出來。然后再用離心法去掉類囊體薄膜。黑暗條件下，在去掉類囊體薄膜的基質中加入 ATP、NADPH 和CO2，結果在這種基質中檢出含14C 的光合產物。在基質中加入 ATP、NADPH 等物質主要用于暗反應中_________，如果不加入上述物質而只給予光照，能否檢測出含14C的五碳化合物和六碳化合物等物質？ ______(填“能”或“不能”)。原因是_____。

(3)研究小組將小球藻放在加有適宜培養液的大試管中，以人工白熾燈作為光源，先將試管與白熾燈離開一段距離，然后每隔一段時間移動改變白熾燈與大試管的距離，測定在不同距離下小球藻釋放氣泡的速率(其他環境條件適宜且保持不變)，結果如下圖所示。

本實驗探究的問題是_____。除外界因素外，限制 c 點光合速率的因素可能是__________ (寫出兩點即可)。與 b 點相比，盡管 a 點也有光照，但并沒有氣泡的釋放，原因是______。

Answer 1

【答案】CO2 固定的第一個產物是 C3，然后由 C3 轉變成其他化合物 C3 的還原 不能 葉綠體基質中不含光合色素，光照條件下也不能產生 ATP 和還原氫，不能為暗反應提供能量和還原劑，因此檢測不到含14C的五碳化合物和六碳化合物等物質 光照強度對光合作用強度的影響 葉綠體中光合色素含量、酶的數量等 光合作用產生的氧氣全部用于了細胞呼吸

【解析】

植物在光照條件下進行光合作用，光合作用分為光反應階段和暗反應階段，光反應階段在葉綠體的類囊體薄膜上進行水的光解，產生ATP和[H]，同時釋放氧氣，ATP和[H]用于暗反應階段三碳化合物的還原，細胞的呼吸作用不受光照的限制，有光無光都可以進行，為細胞的各項生命活動提供能量。據此分析解答。

（1）與光照30秒相比，光照時間縮短為5秒時，14C主要出現在一種三磷酸甘油酸(C3)中，說明光照時間較短時，CO2固定的第一個產物是C3，還未進行下一步C3的還原。

（2）光合作用過程的學習，我們知道暗反應中C3的還原需要光反應階段合成的ATP、NADPH，暗反應發生在葉綠體基質中，葉綠體基質中不含光合色素，光照條件下也不能產生 ATP 和還原氫，不能為暗反應提供能量和還原劑，則C3的還原無法進行，所以檢測不到含14C的五碳化合物和六碳化合物等物質。

（3）移動改變白熾燈與大試管的距離改變的是光照強度，所以探究的是光照強度對光合作用強度的影響。由題意可知，環境條件適宜且保持不變。所以此影響因素只能考慮內因，即葉綠體中光合色素含量、酶的數量等。與b點相比，a點光照較弱，光合作用產生的氧氣全部用于了細胞呼吸。