Question

科学探究是研究生物学的重要方法，为了探究绿色植物的呼吸作用和光合作用，某生物兴趣小组的同学在老师指导下设计了图甲所示的装置，图乙为C装置叶片在晴朗的夏季天内呼吸作用和光合作用的变化曲线。请据图回答下列问题：（提示：B、C瓶中的液体为CO₂缓冲液，NaOH溶液具有吸收CO₂的作用。）

（1）图甲装置处于适宜的光照强度下，C瓶叶肉细胞中线粒体可以为叶绿体提供____________。

（2）图甲所示的实验设计能探究____________（任写两个）因素对光合作用的影响。

（3）D装置玻璃管中红墨水的移动方向是____________（填“向左”向右”或“不动”），请写出O₂直接参与该过程的反应式____________________________________。

（4）图乙中的曲线___________可以表示C装置内叶片与D装置内叶片不同的生理活动，理由是__________。

（5）对图甲C装置中的叶片进行脱水称重，欲使其质量最大，结合图乙中的曲线应选择_________点左右摘取叶片。

Answer

CO2和H2O 水、光照、二氧化碳 向左 Ⅰ D装置内叶片只有呼吸作用，而C装置内叶片还有光合作用图乙中曲线有为0的时间段，由于无光条件下不能进行光合作用，故曲线1表示的光合作用与D装置内叶片的生理活动不同（或曲线Ⅰ主要在有光时才有相关生理活动进行，故曲线Ⅰ表示的光合作用，与之不同）（或曲Ⅱ在0—24点都能进行，曲线Ⅱ表示呼吸作用，故曲线Ⅰ表示的光合作用，与之不同） 18

【解析】

1、光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，

①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；

②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。

2、有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜，有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，合成少量ATP，第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和[H]，合成少量ATP，第三阶段是氧气和[H]反应生成水，合成大量ATP。

3、无氧呼吸第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全相同，第二阶段是丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，其场所是细胞质基质。

（1）线粒体可以将丙酮酸彻底氧化分解生成CO2，并在有氧呼吸第三阶段产生H2O，H2O可以参与光合作用光反应，CO2可以参与光合作用暗反应。

（2）图甲中，A叶片割断主叶脉，导管被切断，这样A叶片的前端部分就得不到从根运输来的水分，因此，A叶片割断处的前端和后端部分就形成以水为唯一变量的对照实验组；

B叶片和C叶片，唯一不同的变量是光，是以光为变量的对照实验；

C叶片和D叶片，唯一不同的变量是二氧化碳，是以二氧化碳为变量的对照实验。

因此，图甲所示的实验设计能探究水、光、二氧化碳等因素对光合作用的影响。

（3））D装置中叶片进行呼吸作用吸收氧气、释放二氧化碳，而释放的二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收了，导致D装置中气体减少，气压降低，因此D装置弯玻璃管中红墨水的移动方向是向左移动。O2参与有氧呼吸第三阶段的反应，和[H]结合生成水，并释放大量能量，其反应式为：。

（4）C装置的植株既可以进行光合作用，又可以进行呼吸作用，而D装置植株由于缺少光照，所以只进行呼吸作用，或曲线Ⅰ主要在有光时才有相关生理活动进行，故曲线Ⅰ表示的光合作用，曲Ⅱ在0—24点都能进行，曲线Ⅱ表示呼吸作用，所以C装置内叶片与D装置内叶片不同的生理活动的曲线是曲线Ⅰ。

（5）光合作用制造有机物，光合作用的时间越长，制造的有机物越多，叶片脱水后质量越大。因此，“对图甲C装置中的叶片进行脱水称重，欲使其质量最大”，结合图乙中的曲线应选择18点左右摘取叶片，因为此时植物叶片的光合强度等于呼吸强度，叶片内有机物不再积累增加。