Question

进行光合作用的植物细胞在光照和高0₂与低C0₂情况下进行的生化过程如图所示，科学家将这一过程称为光呼吸，以区别于黑暗环境中的细胞呼吸。现以小麦细胞为研究材料，请结合所学知识，回答下列相关问题：

（1）小麦在黑暗环境中进行细胞呼吸的场所是___________。如果将空气中的氧标记成¹⁸0₂，¹⁸0首先出现在___________（填物质名称）中。

（2）光呼吸与光合作用暗反应相比，两者均利用了___________作为原料；除图中所示物质及酶外，后者生成最终产物还需要___________（填物质名称）的参与。

（3）为探究光呼吸的产物与场所，请利用同位素标记法设计实验，简要写出实验思路和预期实验结果。（要求:实验包含可相互印证的甲、乙两个组）

Answer

细胞质基质和线粒体 水 C5 [H]和ATP 实验思路：甲组:将小麦细胞置于光照较强和C1802浓度较高的环境中培养一段时间后检测180出现的场所及物质。乙组:将小麦细胞置于光照较强和1802浓度较高的环境中培养一段时间后检测180出现的场所及物质。预期实验结果：甲组中的180出现在叶绿体基质中，在糖类中吋检测到180。乙组中的180出现在线粒体和叶绿体基质中，在C02和糖类中均可检测到180

【解析】

试题分析：据图分析，在高二氧化碳含量的条件下，五碳化合物与二氧化碳结合生成三碳化合物，接着参与卡尔文循环，生成糖，该过程为暗反应；在高氧气含量条件下，五碳化合物与氧气结合生成三碳化合物，三碳化合物参与卡尔文循环生成糖，或者与五碳化合物结合进入线粒体生成二氧化碳，该过程为光呼吸。

（1）小麦在黑暗环境中进行细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；如果将空气中的氧标记成1802，参与有氧呼吸第三阶段产生水，因此180首先出现在水中。

（2）根据以上分析可知，光呼吸和暗反应都利用了二氧化碳为原料，暗反应需要二氧化碳、酶等条件外，还需要光反应提供的[H]和ATP的参与。

（3）探究光呼吸的产物与场所的实验思路为：

甲组:将小麦细胞置于光照较强和C1802浓度较高的环境中培养一段时间后检测180出现的场所及物质。

乙组:将小麦细胞置于光照较强和1802浓度较高的环境中培养一段时间后检测180出现的场所及物质。

预期实验结果：甲组中的180出现在叶绿体基质中，在糖类中吋检测到180；乙组中的180出现在线粒体和叶绿体基质中，在C02和糖类中均可检测到180。