Question

7．同位素示蹤法是利用放射元素作為示蹤劑，對研究對象進行標記的分析方法，用以研究化學、生物或其他過程．同位素示蹤法的應用，使人們可以從分子水平動態地觀察生物體內或細胞內生理過程，認識生命活動的物質基礎．例如，用¹⁴C（一種質子數和中子數之和為14的碳原子）、¹⁸O（一種質子數和中子數之和為18的氧原子）等同位素研究光合作用，可以詳細地闡明葉綠體如何利用二氧化碳和水，這些簡單分子形成糖類等大分子的中間產物是什么，以及影響每步生物合成的反應條件等．
（1）1941年，魯賓和卡門用同位素標記法追蹤光合作用中O₂的來源．
①魯賓和卡門用H₂¹⁸O和普通的CO₂進行小球藻光合作用實驗，見A圖．
②魯賓和卡門用C¹⁸O₂和普通的H₂O進行小球藻光合作用實驗，見B圖．
③綜合實驗A、B，結論是植物光合作用產生的氧氣中的氧元素來源于水．
（2）1940年，魯賓和卡門發現了碳的同位素¹⁴C，使卡爾文有了一種理想的工具，來追蹤CO₂是如何轉變成糖類的．卡爾文給小球藻懸浮液通入¹⁴CO₂，光照一定時間（從1秒到數分鐘）后殺死小球藻，同時提取產物并分析．實驗發現，僅僅30秒的時間，二氧化碳已經轉化為許多種類的化合物．想要探究CO₂轉化成的第一個產物是什么，可能的實驗思路是縮短光照時間，當檢測到的化合物只有一種時，該化合物就是第一產物．

Answer 1

分析 放射性同位素標記法在生物學中具有廣泛的應用，如：魯賓和卡門用用H₂¹⁸O和普通的CO₂、C¹⁸O₂和普通的H₂O進行小球藻光合作用實驗，證明光合作用所釋放的氧氣全部來自于水．據此解答．

解答 解：（1）1941年，魯賓和卡門用同位素標記法追蹤光合作用中O₂的來源．①魯賓和卡門用H₂¹⁸O和普通的CO₂進行小球藻光合作用實驗，由A圖可知產生的氧氣中的氧原子是¹⁸O．②魯賓和卡門用C¹⁸O₂和普通的H₂O進行小球藻光合作用實驗，由B圖可知產生的氧氣中的氧原子是O．③綜合實驗A、B，結論是植物光合作用產生的氧氣中的氧元素來源于水（H₂O）．
（2）CO₂是光合作用暗反應的原料，而暗反應的場所是葉綠體基質，所以在有光條件下，¹⁴C標記CO₂進入細胞后，首先在葉綠體基質發生反應，在該結構中含¹⁴C的系列產物有¹⁴C3、（¹⁴CH₂O）．該結構產生的含14C的有機物主要在線粒體徹底氧化分解，為細胞生命活動提供能量．
故答案為：（1）水；
（2）縮短光照時間，當檢測到的化合物只有一種時，該化合物就是第一產物．

點評 本題以同位素標記法為背景，要求考生掌握噬識記光合作用過程．