Question

19．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记录一个实验数据在图甲中以点的形式呈现，如图乙为拟南芥幼苗的光合速率、呼吸速率随温度变化的曲线图，请分析回答相关问题．

（1）拟南芥叶片细胞内通过光合作用固定CO₂的细胞器是叶绿体．光合作用产生的有机物主要以蔗糖的形式运输至种子．种子细胞内的蔗糖浓度比细胞外高，说明种子细胞吸收蔗糖的跨（穿）膜运输方式是主动运输．
（2）图中显示，拟南芥叶片在照光条件下，CO₂吸收量在0.2～0.6μmol•m^-2•s^-1范围内，在300s时CO₂释放达到2.2μmol•m^-2•s^-1．由此得出，叶片的总（真正）光合速率大约是2.4～2.8μmol CO₂•m^-2•s^-1．（本小题所填数值保留到小数点后一位）
（3）该植物光反应的产物中，被暗反应利用的物质是ATP[H]．A点时叶肉细胞中O₂的移动方向是部分扩散到线粒体，部分扩散出细胞．研究者用含¹⁸O的葡萄糖追踪根细胞有氧呼吸中的氧原子，其转移途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳．
（4）据图分析，温室栽培该植物，为获得最大经济效益，应控制的最低温度为20℃，图中B、D点光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍．
（5）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五碳化合物，可利用14_C同位素示踪技术进行研究．

Answer 1

分析 光合作用可以分为光反应和暗反应两个阶段．光反应阶段主要发生水的光解，生成氧气、[H]和ATP，其中[H]和ATP 可以参与暗反应．植物通过呼吸作用消耗有机物实现化学能向热能和ATP的转变．据图分析，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）固定二氧化碳的细胞器是叶绿体．种子细胞内的蔗糖浓度比细胞外高，说明种子细胞吸收蔗糖的跨（穿）膜运输方式是主动运输．
（2）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．
（3）拟南芥叶肉细胞利用光能将水光解为氧气、[H]和ATP，其中[H]和ATP 可以参与暗反应．A点时植物的光合作用等于呼吸作用，但叶肉细胞的光合作用要大于呼吸作用，故叶肉细胞中O₂的移动方向是部分扩散到线粒体，部分扩散出细胞．用含¹⁸O的葡萄糖追踪根细胞有氧呼吸中的氧原子，根据有氧呼吸的过程可知，其转移途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳．
（4）温室栽培该植物，为获得最大经济效益，图乙中20℃时二氧化碳的吸收量与有氧呼吸的耗氧量的差值最大，有机物积累最多，故应控制的最低温度为20℃．据图分析，图中B、D点是两曲线的交点，光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍．
（5）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14_C同位素示踪技术进行研究．
故答案为：
（1）叶绿体    主动运输    
（2）0.2～0.6      2.4～2.8
（3）ATP[H]部分扩散到线粒体，部分扩散出细胞   葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳   
（4）20    B、D    
（5）14_C同位素示踪

点评 本题结合图示主要考查光合作用的过程与呼吸作用的过程，意在提高学生的识图判断和分析作答及对真正的光合作用速率=净光合作用速率+呼吸作用速率的理解与运用．