Question

4．某学习小组用黑藻进行光合作用实验，他们将黑藻浸在加有适宜培养液的大试管中（室温20℃），可观察到光下黑藻放出气泡．他们以日光灯作光源，移动日光灯使之与大试管的距离不同，结果如图1中曲线1，请回答：

（1）该实验研究的是光照强度（因素）对光合速率的影响，B点时的含义是光合速率等于呼吸速率．若用缺镁培养液培养黑藻，其他条件不变，B点应向左移．
（2）而后，该小组又在室温10℃和30℃时分别进行了上述实验，结果如图1中曲线2和3，据图可知，D点的限制因素是温度．
（3）该小组又绘制了叶绿体进行光合作用过程和场所的图解（图2），在B中发生的能量转换为ATP、NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能，除此之外，能为黑藻生命活动提供能量的场所还有细胞溶胶、线粒体．
（4）将黑藻叶片放在特定的实验装置中，研究在10℃和20℃的温度下，分别置于不同光照强度和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用．实验结果如下表所示：

	黑暗时O2吸收量/h	5000勒克斯光照 O2释放量/h	20000勒克斯光照 O2释放量/h
20℃	1.5mg	2.5mg	6.5mg
10℃	0.5mg	3.5mg	5.5mg

①该叶片在20℃、20000勒克斯光照下，如果光合作用合成的有机物都是葡萄糖，每小时产生的葡萄糖为7.5mg．
②②如果将该叶片先在10℃、5000勒克斯的条件下放置1h，然后置于20℃黑暗条件下6小时，要使此时叶的干物质量与照射前一样，则还需要在20000勒克斯、10℃条件下光照1小时．

Answer 1

分析 分析图1，改变日光灯与大试管的距离，故自变量为光照强度．因此该实验研究的是光照强度对光合速率的影响，以单位时间气泡产生数目（或气泡产生速率）衡量光合速率．可看出日光灯与大试管的距离为45cm-90cm之间时，光照强度是光合速率的限制因素，15cm-45cm之间限制因素是温度．
分析图2，图中A表示基粒，是光合作用光反应阶段的场所，B表示叶绿体基质，是暗反应的场所．整个光合作用过程中，能量变化为：光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能．
表格中，黑暗时O₂吸收量∕h表示的是呼吸速率，而光照下O₂释放量表示净光合速率，在计算时注意公式的运用，即总光合速率=净光合速率+呼吸速率．

解答 解：（1）以日光灯作光源，移动日光灯使之与大试管的距离不同可以表示不同的光照强度，因此该实验研究的是光照强度对光合速率的影响．B点时氧气的释放量为0，即表示净光合速率为0，而净光合速率=总光合速率-呼吸速率，因此该点表示光合速率等于呼吸速率．镁是合成叶绿素的元素，若用缺镁培养液培养黑藻，其他条件不变，导致光合速率下降，因此会导致光补偿点B点应向左移．
（2）据图1分析，D点时已经达到光饱和点，限制光合作用的因素不再是光照强度，而是温度．
（3）B表示叶绿体基质，是光合作用暗反应的场所，暗反应过程中能量转换为ATP、NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能．除此之外，有氧呼吸能为黑藻生命活动提供能量，有氧呼吸的场所有细胞溶胶、线粒体．
（4）①表格中，黑暗时O₂吸收量∕h表示的是呼吸速率，而光照下O₂释放量表示净光合速率，因此光合作用产生的O₂总量=1.5+6.5=8mg/h，因此每小时产生的葡萄糖=$\frac{180}{32×6}×8$=7.5mg．
②如果将该叶片先在10℃、5000勒克斯的条件下放置1h，O₂释放量3.5mg；然后置于20℃黑暗条件下6小时，O₂吸收量=1.5mg×6=9mg，即7小时氧气共吸收5.5mg，要使此时叶的干物质量与照射前一样，则还需要在20000勒克斯、10℃条件下光照1小时．
故答案为：
（1）光照强度    光合速率等于呼吸速率   左
（2）温度
（3）ATP、NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
细胞溶胶、线粒体
（4）①7.5   ②1

点评 本题结合图示主要考查影响光合作用的环境因素、叶绿体的结构及光合作用的过程，意在强化学生对相关知识的理解与运用．题目难度中等．