Question

15．拟南芥由于其植株小、结实多、生命周期短、基因组简单、遗传操作简便，近四十年来由田野里不起眼的小草成为植物研究领域最耀眼的明星．如图甲、乙是拟南芥光合作用和细胞呼吸过程示意图．Ⅰ～Ⅶ代表物质，①～③代表过程．据图回答下列问题：

（1）甲图中的H₂O、CO₂消耗的场所分别是类囊体膜（叶绿体基粒）、叶绿体基质，乙图中H₂O、CO₂分别产生于第③阶段、第②阶段（填图中序号）．
（2）与马铃薯块茎细胞在缺氧时的代谢相比，乙图特有的步骤是②③（填序号），马铃薯块茎细胞在缺氧时的代谢产物是乳酸．
（3）根据上图写出根吸收无机盐离子所需能量的形成过程：
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能→用于吸收无机盐离子的能量．
（4）研究者用仪器检测拟南芥叶片在光-暗转换条件下CO₂吸收量的变化，每2s记录一个实验数据并在图丙中以点的形式呈现．
①图中显示，拟南芥叶片在照光条件下，CO₂吸收量集中在0.2～0.6μmol．m^-2s^-1范围内，在300s时CO₂释放量达到2.2μmol．m^-2s^-1．由此得出，叶片的真正光合速率大约是2.4～2.8μmol CO₂．m^-2s^-1．
②为证明叶片在光下呼吸产生的CO₂中的碳元素一部分来自叶绿体中的RuBP，可利用¹⁴C同位素示踪（同位素示踪、同位素标记）技术进行探究．

Answer 1

分析 1、有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜．有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，释放少量能量；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]，释放少量能量；第三阶段是氧气和[H]反应生成水，释放大量能量．无氧呼吸的场所是细胞质基质，无氧呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第一阶段相同．
2、光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成．光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO₂被C₅固定形成C₃，C₃在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成葡萄糖．
3、分析图甲：Ⅰ代表[H]，Ⅱ代表氧气，Ⅲ代表二氧化碳，Ⅳ代表葡萄糖，Ⅴ代表[H]，Ⅵ代表氧气，VII代表二氧化碳．
4、分析图乙：①代表有氧呼吸的第一阶段，②代表有氧呼吸的第二阶段，③代表有氧呼吸的第三阶段．
5、分析图丙：拟南芥在光照条件下二氧化碳的吸收达到最大值，黑暗条件下，二氧化碳的释放量逐渐减少并趋于稳定．

解答 解：（1）图甲表示光合作用的过程，水的光解发生在类囊体薄膜，二氧化碳固定发生在叶绿体基质．图乙表示有氧呼吸的过程，水是在③有氧呼吸第三阶段产生的，二氧化碳是在②有氧呼吸第二阶段产生的．
（2）马铃薯块茎细胞在缺氧时进行的是无氧呼吸，无氧呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第一阶段相同，故有氧呼吸特有的步骤是②③，马铃薯块茎细胞在缺氧时的进行无氧呼吸的产物是乳酸．
（3）根吸收无机盐离子所需能量的来源过程：光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能→用于吸收无机盐离子的能量．
（4）①据图分析，拟南芥叶片在照光条件下进行光合作用，CO₂吸收量在0.2～0.6μmol•m^-2•s^-1范围内，在300s时拟南芥只进行呼吸作用，所以CO₂释放量达到2.2μmol•m^-2•s^-1．真正的光合作用速率=净光合作用速率+呼吸作用速率=（0.2～0.6）+2.2=2.4～2.8μmolCO₂•m^-2•s^-1．
②为证明叶片在光下呼吸产生的CO₂中的碳元素的来源与去向可以采用¹⁴C同位素示踪技术进行研究．
故答案为：
（1）类囊体膜（叶绿体基粒）  叶绿体基质    ③②
（2）②③乳酸
（3）ATP、NADPH中活跃的化学能  有机物中稳定的化学能  ATP中活跃的化学能（稳定、活跃不写也正确）
（4）①释放量  2.4～2.8
②¹⁴C同位素示踪（同位素示踪、同位素标记）

点评 本题是知识点是呼吸作用和光反应、暗反应的反应物以及产物的考查，结合呼吸作用、光合作用的中光反应和暗反应的相关的知识点并对呼吸作用、光合作用的图解过程或者呼吸作用、光合作用中的有关方程式清楚的理解是解题的关键．理解真正的光合作用速率=净光合作用速率+呼吸作用速率．