Question

卡尔文以小球藻为实验材料，采用同位素标记的方法，发现了光合作用的暗反应过程。某研究小组借鉴卡尔文的实验研究，进行了以下不同的实验，根据所学知识，回答下列相关问题：

(1)研究小组验证卡尔文的实验研究，发现光照 30 秒，¹⁴C 出现在三碳化合物、五碳化合物、六碳化合物等20 余种化合物中，而当把光照时间缩短为 5 秒时，¹⁴C 主要出现在一种三磷酸甘油酸(C₃)中，这说明_____。

(2)研究小组用高速离心法破坏小球藻的叶绿体膜后，类囊体薄膜和基质都释放出来。然后再用离心法去掉类囊体薄膜。黑暗条件下，在去掉类囊体薄膜的基质中加入 ATP、NADPH 和CO₂，结果在这种基质中检出含¹⁴C 的光合产物。在基质中加入 ATP、NADPH 等物质主要用于暗反应中_________，如果不加入上述物质而只给予光照，能否检测出含¹⁴C的五碳化合物和六碳化合物等物质？  ______(填“能”或“不能”)。原因是_____。

(3)研究小组将小球藻放在加有适宜培养液的大试管中，以人工白炽灯作为光源，先将试管与白炽灯离开一段距离，然后每隔一段时间移动改变白炽灯与大试管的距离，测定在不同距离下小球藻释放气泡的速率(其他环境条件适宜且保持不变)，结果如下图所示。

本实验探究的问题是_____。除外界因素外，限制 c 点光合速率的因素可能是__________ (写出两点即可)。与 b 点相比，尽管 a 点也有光照，但并没有气泡的释放，原因是______。

Answer

CO2 固定的第一个产物是 C3，然后由 C3 转变成其他化合物 C3 的还原 不能 叶绿体基质中不含光合色素，光照条件下也不能产生 ATP 和还原氢，不能为暗反应提供能量和还原剂，因此检测不到含14C的五碳化合物和六碳化合物等物质 光照强度对光合作用强度的影响 叶绿体中光合色素含量、酶的数量等 光合作用产生的氧气全部用于了细胞呼吸

【解析】

植物在光照条件下进行光合作用，光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解，产生ATP和[H]，同时释放氧气，ATP和[H]用于暗反应阶段三碳化合物的还原，细胞的呼吸作用不受光照的限制，有光无光都可以进行，为细胞的各项生命活动提供能量。据此分析解答。

（1）与光照30秒相比，光照时间缩短为5秒时，14C主要出现在一种三磷酸甘油酸(C3)中，说明光照时间较短时，CO2固定的第一个产物是C3，还未进行下一步C3的还原。

（2）光合作用过程的学习，我们知道暗反应中C3的还原需要光反应阶段合成的ATP、NADPH，暗反应发生在叶绿体基质中，叶绿体基质中不含光合色素，光照条件下也不能产生 ATP 和还原氢，不能为暗反应提供能量和还原剂，则C3的还原无法进行，所以检测不到含14C的五碳化合物和六碳化合物等物质。

（3）移动改变白炽灯与大试管的距离改变的是光照强度，所以探究的是光照强度对光合作用强度的影响。由题意可知，环境条件适宜且保持不变。所以此影响因素只能考虑内因，即叶绿体中光合色素含量、酶的数量等。与b点相比，a点光照较弱，光合作用产生的氧气全部用于了细胞呼吸。