Question

18．I．图1是甲、乙两种植物在不同光照强度下的光合作用速率的曲线；图2表示将甲植物放在CO₂浓度不同的环境条件下，光合速率受光照强度影响的变化曲线．请分析回答：

（1）图1的a点表示甲植物呼吸作用强度，在c点时，叶绿体中ATP的移动方向是从类囊体薄膜向叶绿体基质方向移动．
图2中e点与d点相比较，e点的叶肉细胞中C₃的含量低；e点与f点相比较，e点时叶肉细胞中C₃的含量高．
（2）图1中，如果甲、乙两种植物较长时间处在连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的是甲植物，光照强度为10千勒克斯时，甲、乙植物的实际光合作用速率差值为6mg CO₂/（100cm²•h）．
II．为进一步探究KHCO₃对甲植物光合作用的影响，称取3g甲植物叶片，均分为两份，分别做如下实验．（实验中使用的氧电极可测量溶液中O₂变化的速率）
实验一：采用差速离心法将一份叶片制备叶绿体，均分为4组，分别置于不同浓度的KHCO₃溶液中，在适宜光照、20℃恒温条件下，分别用氧电极测定其O₂释放速率．
实验二：将另一份叶片切成约1.0mm×1.0mm小块，均分为4组，其他步骤与实验一相同．
实验结果如图，请据图回答问题．

（1）在实验的浓度范围内，随着KHCO₃溶液浓度的升高，叶绿体、叶切片的O₂释放速率均上升，原因是光合作用所需的CO₂增加．
（2）在相同的KHCO₃溶液浓度下，叶切片的O₂释放速率小于（填大于、小于或等于）叶绿体的O₂释放速率，原因可能是叶切片光合作用产生的O₂一部分被呼吸作用消耗．
（3）为探究第（2）题的原因分析是否正确，设计以下实验方案，请补充：
称取1.5g甲植物叶片，切成约1.0mm×1.0mm小块，均分为4组，分别置于浓度为0mol•L^-1、0.01mol•L^-1、0.05mol•L^-1、0.1mol•L^-1的KHCO₃溶液中，在黑暗、20℃恒温条件下，分别用氧电极测定其O₂消耗速率．

Answer 1

分析 1、分析题图1：该图是甲乙两种植物光合作用速率随光照强度变化而变化的曲线，纵轴是光合作用速率，用光照强度为0时，光合作用速率是最大负值，为呼吸速率，因此纵轴表示的是净光合作用强度；由曲线可知，乙植物光的补偿点和饱和点都比甲植物低，因此乙植物较适宜在弱光下生长．
2、图2是二氧化碳浓度、光照强度对光合作用的影响，由题图可知，在二氧化碳浓度一定的条件下，光合作用强度随光照强度的增大而增大，光照强度一定的情况下，二氧化碳浓度为1%时比二氧化碳浓度为0.03%时高．
3、叶绿体是光合作用的场所，线粒体是有氧呼吸的主要场所，光合作用产生的氧气可以被线粒体利用，因此实验中叶绿体释放的氧气表示实际光合作用强度，叶片含有线粒体，进行有氧呼吸消耗一部分氧气，因此叶片释放的氧气是净光合作用速率，实际光合作用速率=净光合速率+呼吸作用速率．

解答 解：Ⅰ（1）图1的a点的光照强度为0时，甲植物光合作用速率曲线与纵轴的交点，为甲植物的呼吸作用强度；c点是甲植物光的饱和点，此时植物细胞类囊体膜上进行光合作用光反应产生的ATP，移向叶绿体基质，被暗反应利用；图2中，d、e两点二氧化碳浓度相同，e点光照强，产生的还原氢和ATP多，三碳化合物被还原速度快，二氧化碳固定形成三碳化合物的速度不变，因此细胞中三碳化合物含量降低；e、f两点光照强度相同，光反应速率相同，e点二氧化碳浓度大，二氧化碳固定形成的三碳化合物多，因此细胞内三碳化合物含量升高．
（2）由题图可知，甲植物光的补偿点和饱和点都高，适宜较强光照条件，如果处于较长时间处在连续阴雨的环境中，生长会受到显著影响；光照强度为10千勒克斯时，甲、乙植物的实际光合作用速率分别是12+4=16mg CO₂/（100cm²•h）、8+2=10mg CO₂/（100cm²•h），差值是6mg CO₂/（100cm²•h）．
Ⅱ（1）由题图曲线可知，在实验的浓度范围内，随着KHCO₃溶液浓度的升高，叶绿体、叶切片的O₂释放速率均上升；原因是光合作用的原料之一是二氧化碳，KHCO₃溶液浓度高，提供的二氧化碳多，二氧化碳通过影响暗反应进一步影响光反应进行，产生更多的氧气．
（2）由题图曲线可知，在相同的KHCO₃溶液浓度下，叶切片的O₂释放速率小于叶绿体释放氧气的速率，可能是原因是叶片中含有线粒体，进行有氧呼吸消耗了部分氧气．
（3）如果（2）原因分析正确，叶绿体释放的氧气是实际光合作用，叶片释放的是氧气代表净光合作用，实际光合作用=净光合作用+呼吸作用，因此应该测定呼吸作用强度，方法是：再称取1.5 g甲植物叶片，切成约1.0mm×1.0mm小块，均分为4组，分别置于浓度为0mol•L^-1、0.01mol•L^-1、0.05mol•L^-1、0.1mol•L^-1的KHCO₃溶液中，在 黑暗、20℃恒温件下，分别用氧电极测定其O₂消耗速率．
故答案为：
I．（1）甲植物呼吸作用强度　从类囊体薄膜向叶绿体基质方向移动　低　高
（2）甲植物　  6
II．（1）上升　      CO₂
（2）小于     　呼吸作用消耗
（3）1.5 g甲植物叶片　     黑暗、20℃恒温

点评 本题旨在考查学生理解光反应和暗反应之间的关系，光合作用、呼吸作用之间的关系，影响光合作用的环境因素，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识的内在联系，形成知识网络，并学会分析题图和题干获取信息，利用相关知识进行推理、综合解答问题．