Question

13．同位素标记法在光合作用研究中发挥了重要作用．
（1）氧气是光合作用光反应阶段的产物．已知天然水、空气等物质中，99.76%的氧原子为¹⁶O，仅0.20%氧原子为¹⁸O．为确定光合作用释放氧气的来源，科研人员给小球藻提供标记水（¹⁸O含量为0.85%）、天然CO₂，在适宜条件下培养，然后测定其释放的氧气中¹⁸O的含量，若释放的氧气中¹⁸O的含量约为0.85%，则证明光合作用释放的氧来源于水，为实验更为严密，可设置一对照实验，实验思路是给小球藻提供标记CO₂（¹⁸O含量显著大于0.2%即可）、天然水，在适宜条件下培养，然后测定其释放的氧气中¹⁸O含量．
（2）CO₂转化为有机物的过程在叶绿体基质中完成．为研究光合作用中CO₂的转化过程，在藻类培养液中通入¹⁴CO₂，实验开始后每隔一定的时间取样，立即加热杀死样液中藻类，对其细胞化学成分用纸层析法分离，将结果与已知标准比对，下图显示不同取样时间部分放射性产物的层析结果：各化合物在滤纸上位置不同是因为各化合物在层析液中溶解度不同，光照30秒样品中出现含¹⁴C的葡萄糖，而两图中C₃和C₅变化不大，原因是暗反应中通过不断固定CO₂产生C₃，C₃被经一系列变化，形成葡萄糖等产物，这一过程一部分的C₃经过转化为C₅（这一过程中同时产生C₅）．

Answer 1

分析 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程．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]的作用下还原生成糖类等有机物．光合作用过程中，释放的氧气全部来自于水，有机物中的氧来自于二氧化碳．

解答 解：（1）光合作用的光反应阶段水的光解产生[H]与氧气．光合作用过程中释放的氧气全部来自于水，标记水（¹⁸O含量为0.85%），故释放的氧气中¹⁸O的含量约为0.85%．实验设计时遵循对照原则和单一变量原则，因此为实验更为严密，可设置一对照实验，实验思路是给小球藻提供标记CO₂（¹⁸O含量显著大于0.2%即可）、天然水，在适宜条件下培养，然后测定其释放的氧气中¹⁸O含量．
（2）光合作用的暗反应阶段CO₂转化为有机物，场所是叶绿体基质．为研究光合作用中CO₂的转化过程，在藻类培养液中通入¹⁴CO₂，实验开始后每隔一定的时间取样，立即加热杀死样液中藻类，对其细胞化学成分用纸层析法分离，将结果与已知标准比对，下图显示不同取样时间部分放射性产物的层析结果：各化合物在滤纸上位置不同是因为各化合物在层析液中溶解度不同，光照30秒样品中出现含¹⁴C的葡萄糖，而两图中C₃和C₅变化不大，原因是暗反应中通过不断固定CO₂产生C₃，C₃被经一系列变化，形成葡萄糖等产物，这一过程一部分的C₃经过转化为C₅．
故答案为：
（1）光反应       0.85%        给小球藻提供标记CO₂（¹⁸O含量显著大于0.2%即可）、天然水，在适宜条件下培养，然后测定其释放的氧气中¹⁸O含量
（2）基质       各化合物在层析液中溶解度不同       通过不断固定CO₂产生C₃，C₃被经一系列变化，形成葡萄糖等产物，这一过程一部分的C₃经过转化为C₅（这一过程中同时产生C₅）

点评 本题结合图示，考查光合作用的过程和相关的实验设计，意在考查考生的识记能力和理解所学知识要点，把握知识间内在联系，形成知识网络结构的能力；能运用所学知识，准确判断问题的能力，属于考纲理解和应用层次的考查．