Question

7．如图一所示，白色光透过三棱镜后会按波长不同分散成为七色条带．现有多个图二所示的装置，A是活塞，B是玻璃罩，C是某植物，D是清水，E是红色水滴，F是带刻度尺的水平玻璃管，各个装置中植物的大小、生理状态都相同．将7套上述装置分别放在图一的1、2、3、4、5、6、7处，除光照外其他条件都完全相同且处于严格的最适状态，24小时后读取数据．每个装置红色液滴对应的初始刻度为0，零刻度右侧记为正值，零刻度左侧记为负值．

（1）该实验目的是探究不同波长的光对光合作用速率的影响．
（2）图二装置实际上无法准确得到想要的数据．请在此基础上进行改进，使其能用于该实验测量植物的净光合速率和真光合速率．需要改动或添加的地方有：
①将7个装置中D里的清水改为CO₂缓冲液．
②为排除无关变量的影响，增加将装置中的C换成已死亡的同样大小的植物的对照组．
③添加一个相同装置用于测量呼吸速率，D里的溶液应为氢氧化钠溶液且将其置于黑暗环境中．
（3）如果改动①中的某装置在某条件光照下所读数据是3，③添加的装置中所读数据是-2，则该植物在该光照条件下的真光合速率是5；如果改进①中的某装置在某条件光照下所读数据是0，说明在此光照条件下，该植物的光合作用速率等于（填“大于”、“等于”、“小于”）呼吸作用速率．
（4）图三中Ⅰ～Ⅴ表示该植物细胞代谢过程，a～e表示相关物质．请据图回答问题：
①图三中Ⅰ～Ⅴ过程，能产生ATP的是Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ （用图中数字表示），能在破伤风芽孢杆菌细胞中进行的过程是Ⅴ （用图中数字表示）．
②请写出Ⅰ、Ⅱ过程的总反应式：．

Answer 1

分析 本题考查了光合作用和呼吸作用具体过程和物质变化的相关内容．
1、光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段：
（1）光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜上进行，此过程必须有光、色素、化合作用的酶．具体反应步骤：①水的光解，水在光下分解成氧气和还原氢．②ATP生成，ADP与Pi接受光能变成ATP．此过程将光能变为ATP活跃的化学能．
（2）暗反应在叶绿体基质中进行，有光或无光均可进行，反应步骤：①二氧化碳的固定，二氧化碳与五碳化合物结合生成两个三碳化合物．②二氧化碳的还原，三碳化合物接受还原氢、酶、ATP生成有机物．此过程中ATP活跃的化学能转变成化合物中稳定的化学能．光反应为暗反应提供了[H]和ATP，[H]和ATP能够将三碳化合物还原形成有机物．
2、有氧呼吸是指植物细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量的能量的过程．具体过程分三个阶段进行：①C₆H₁₂O₆$\stackrel{酶}{→}$2丙酮酸+2ATP+4[H]（在细胞质中）②2丙酮酸+6H₂O$\stackrel{酶}{→}$6CO₂+20[H]+2ATP（线粒体中）③24[H]+6O₂$\stackrel{酶}{→}$12H₂O+34ATP（线粒体中）．
分析图三，Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示暗反应，Ⅴ表示有氧呼吸的第一阶段，Ⅳ表示有氧呼吸的第二阶段，Ⅲ表示有氧呼吸的第三阶段．光反应水的光解产生氧气，故a表示氧气，c表示水，暗反应消耗有氧呼吸释放的二氧化碳，故b表示二氧化碳，光反应为暗反应提供ATP和[H]，故d表示ATP和[H]．

解答 解：（1）实验装置是放在经过三棱镜后按波长不同分散成七色条带的1、2、3、4、5、6、7处，因此该实验目的是探究不同波长的光（或光的波长）对光合速率的影响．
（2）要探究“在不同波长的光下，该植物的净光合速率和真光合速率的变化情况”则需要分别测得净光合速率和呼吸速率．测净光合速率需要把①将7个装置中D里的清水改为二氧化碳缓冲液或碳酸氢钠缓冲液．③测呼吸速率需要把添加一个相同装置用于测量呼吸量，置于黑暗中，且该装置中D里的溶液为氢氧化钠．
（3）如果改动①中的某装置在某条件光照下所读数据是3，为净光合速率；③添加的装置中所读数据是-2，为呼吸速率．根据真光合速率=净光合速率+呼吸速率可知，该植物在该光照条件下的真光合速率是3+2=5．如果改进①中的某装置在某条件光照下所读数据是0，即净光合速率为0，说明在此光照条件下，该植物的光合作用速率等于呼吸作用速率．
（4）①分析题图可知，产生ATP的反应是光反应，有氧呼吸的第一、第二、第三阶段，即图中的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，破伤风芽孢杆菌的代谢类型是异养厌氧型，所以能在细胞中进行的只能是图中的Ⅴ．
②分析题图可知，Ⅰ、Ⅱ过程是光合作用，反应式是：
故答案为：
（1）不同波长的光（或光的波长）
（2）①CO₂缓冲液（或碳酸氢钠溶液）       
③氢氧化钠溶液       黑暗环境（无光环境）
（3）5           等于
（4）①Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、ⅤⅤ
②

点评 本题以图形为载体，考查了学生识图、析图能力，运用所学知识分析和解决问题的能力．细胞呼吸和光合作用过程是考查的重点和难点，可以通过流程图分析，表格比较，典型练习分析强化学生的理解．影响光合作用的因素主要有：光照强度、二氧化碳浓度和温度．