Question

3．回答下列有关光合作用的两个问题：
Ⅰ．科学家在黑暗时，把叶绿素基粒放在pH=4的溶液中，让基粒类囊体膜腔的pH下降至4，然后将基粒移入pH=8并含有ADP和Pi的缓冲溶液中．一段时间后，有ATP产生．该实验结果表明，基粒类囊体合成ATP的原因是膜内外存在氢离子浓度差．据此推测叶绿体在自然状态下产生ATP的过程中，光能的作用是使水分解产生氢离子，使类囊体内外之间产生氢离子浓度差．
Ⅱ．某兴趣小组做了如下实验（实验过程中温度适宜，氧气、二氧化碳在水中的溶解度忽略不计）：
步骤一：摘取生长旺盛的菠菜叶，在叶片上用打孔器打出直径为1厘米的小叶圆片30片．
步骤二：用适当方法使小圆形叶片内部的气体全部逸出，放入黑暗处盛有蒸馏水的烧杯待用，此时叶片全部沉在水底；
步骤三：取三个小烧杯，分别倒入20mL二氧化碳缓冲液（维持实验过程中的二氧化碳的相对稳定），然后各放入10片小圆形叶片；
步骤四：分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照．观察并记录实验结果．
请回答：
（1）本实验的因变量是单位时间内叶圆片上浮的数量，即净光合速率．
（2）将步骤二中烧杯置于光照强度等均适宜的条件下，结果发现小圆形叶片仍然全部沉在水底，其原因是
缺少CO₂，不能进行光合作用，不能产生氧气．
（3）实验过程中叶圆片上浮的原因是光合强于呼吸，有净的氧气产生．

Answer 1

分析 分析信息Ⅰ：表示在黑暗时把叶绿体基粒放在pH=4的溶液中，让基粒类囊体膜腔的pH值下降至4，然后将基粒移入pH=8并含有ADP和Pi的缓冲溶液中，一段时间后，有ATP产生是由于膜内外存在H⁺梯度（H⁺浓度差）使水分解．
信息Ⅱ、本题3个实验装置进行强、中、弱三种光照，可以推知：实验中的自变量是光照强度，因变量是单位时间内叶圆片上浮的数量，即净光合速率．据此分析作答．

解答 解：Ⅰ、由题意可知，基粒类囊体膜内外存在H⁺浓度差，这是合成ATP的主要原因．叶绿体在自然状态下光能的作用是使水分解产生H⁺，使类囊体膜内外之间产生H⁺梯度（H⁺浓度差）而产生ATP．
Ⅱ、（1）根据题意可知，该实验中的自变量是光照强度，所以探究的题目是光照强度对光合作用速率（强度）的影响．实验的因变量是单位时间内叶圆片上浮的数量，即净光合速率．（2）步骤二中所用的是蒸馏水，其中缺乏CO₂和O₂，置于光照强度等均适宜的条件下，叶片不能进行光合作用和有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片全部沉在水底．
（3）实验过程中光合速率强于呼吸速率，有净的氧气产生，使叶圆片上浮．
故答案为：
Ⅰ．膜内外存在氢离子浓度差    使水分解产生氢离子，使类囊体内外之间产生氢离子浓度差
Ⅱ．（1）单位时间内叶圆片上浮的数量，即净光合速率        
（2）缺少CO₂，不能进行光合作用，不能产生氧气
（3）光合强于呼吸，有净的氧气产生

点评 本题结合图示主要考查影响光合作用的因素和探究光合作用的场所的实验，意在考查学生理解所学知识的要点和综合运用所学知识分析问题的能力，具备对实验现象和结果进行解释、分析的能力．