Question

如图为叶绿体结构的模式图，它是进行光合作用的场所．光合作用光反应所需的PS I、PSⅡ、Cytb₆/f、ATP酶四类蛋白复合体存在于图中③上，同化CO₂的全部酶类则存在于图中④中，为了“验证CO₂的同化场所是在叶绿体的基质而不是在叶绿体的被膜或类囊体的膜上”，某小组设计了下列实验，请你协助完成．
（1）设计思路：
首先提取出完整的叶绿体，然后把

 

分开，分别检测暗反应活性．
（2）实验步骤：
①在适宜的条件下，提取具有生理活性的完整叶绿体．
②将提取的完整叶绿体放入

 

溶液中，然后高速离心，上清液中含有

 

，沉淀物为

 

．
③采用以下方法判定CO₂的同化场所：
i．分别在上清液和沉淀物中加入

 

，检测有无¹⁴C一光合产物的生成．
ii．也可将步骤②获得的上清液和沉淀物分别进行蛋白质电泳，只有从上清液中能分离得到

 

．
（3）预期实验结果并得出结论：
如果在上清液中检测到¹⁴C一光合产物，而沉淀物中检测不到¹⁴C一光合产物，证实

 

．

Answer 1

考点：线粒体、叶绿体的结构和功能,光合作用的发现史

专题：

分析：叶绿体是进行光合作用的细胞器．叶绿体中的类囊体是光反应的场所，在类囊体膜上存在PSⅠ、PSⅡ、Cytb6/f、ATP酶四类蛋白复合体．叶绿体中的基质是暗反应的场所，内含同化CO₂的全部酶类．要证实CO₂同化场所是在叶绿体的基质而不是在叶绿体的被膜或类囊体的膜，首先要提取出完整的叶绿体，然后把叶绿体的基质和叶绿体的被膜或类囊体的膜分开，在基质和膜上分别检测光反应和暗反应活性，如果在分离的叶绿体的基质中做出了有暗反应活性而无光反应活性的实验，就能证实CO₂同化场所是在叶绿体的基质而不是在叶绿体的被膜或类囊体的膜．
实验可按下列步骤进行：
（1）在适宜的条件下，提取具有生理活性的完整叶绿体．
（2）将提取的完整叶绿体放入低渗液中，让叶绿体被膜破裂，然后高速离心，上清液中含有叶绿体的基质，沉淀为叶绿体的被膜和类囊体的膜．采用以下测定可判别CO₂同化场所．
（3）分别在上清液和沉淀中加入¹⁴C-CO₂同化底物，看在哪里能同化¹⁴C-CO₂，结果是只有上清液能进行CO₂同化反应，生成含有¹⁴C-光合产物；
（4）将上清液和沉淀电泳，看在哪里有同化CO₂的酶类，结果是只有上清液中含有同化CO₂的酶类．而从类囊体的膜上仅分离出PSⅠ、PSⅡ、Cytb6/f、ATP酶等蛋白复合体和其他组分．

解答： 解：（1）本实验的目的是“验证C0₂同场所是在叶绿体的基质而不是在叶绿体的类囊体的膜上”，所以要将光反应的场所类囊体薄膜和暗反应的场所叶绿体基质分开．
（2）②分离的方法是用差速离心法，所以在使用差速离心法之前，要先用渗透作用的原理，将叶绿体放在低渗溶液中使得叶绿体吸水，导致内膜和外膜破裂，让类囊体薄膜和叶绿体基质分开．
③测定有2种方法，一是在类囊体薄膜和叶绿体基质中测定同化C0₂的酶类；另一种方法是在上清液和沉淀物中均加入¹⁴C0₂同化底物，然后测定光合作用的产物出现在哪里．
（3）如果在上清液中检测到暗反应活性，而沉淀物中检测不到暗反应活性，则证明了实验的目的，即“C0₂同化场所是在叶绿体的基质而不是在叶绿体的类囊体的膜上”．
故答案为：
（1）叶绿体的基质和叶绿体的被膜或类囊体的膜      
（2）②低渗  叶绿体的基质  叶绿体的被膜或类囊体的膜
③¹⁴CO₂的同化底物（或五碳化合物、ATP、NADPH等）   同化CO₂的酶类  
（3）CO₂的同化场所是在叶绿体的基质而不是在叶绿体的被膜或类囊体的膜上

点评：本题知识点是光合作用的光反应和暗反应分别发生了那些生理过程，通过设计实验考查了光合作用的光反应和暗反应的场所和生理过程等知识，要牢记；本实验是验证性的实验，实验的结论是唯一的．