Question

5．如圖一所示，白光透過三棱鏡后會按波長不同分散成為七色條帶．現有多個圖二所示的裝置，A是活塞，B是玻璃罩，C是某植物，D是清水，E是紅色水滴，F是帶刻度尺的水平玻璃管，各個裝置中植物的大小、生理狀態都相同．將7套上述裝置分別放在圖一的1、2、3、4、5、6、7處，除光照外其他條件都完全相同且處于嚴格的最適狀態，24小時后讀取數據．每個裝置紅色液滴對應的初始刻度為0，零刻度右側記為正值，零刻度左側記為負值．請回答：

（1）圖二裝置實際上無法準確得到想要的數據，請在此基礎上進行改進，使其能用于該實驗測量植物的凈光合速率和呼吸速率．需要改動或添加的地方有：
①將7個裝置中D里的清水改為CO₂緩沖液．
②為排除無關變量的影響，增加將裝置中的C換成已經死亡的同樣大小的植物的對照組．
③添加一個相同裝置用于測量呼吸速率，D里的溶液應為NaOH溶液，且將裝置置于黑暗環境中．
（2）如果改進①中的某裝置在某條件光照下所讀數據是0，說明在此光照條件下，該植物的光合作用速率等于（填“大于”、“等于”、“小于”）呼吸作用速率．如果改動①中的某裝置在某條件光照下所讀數據是3，③添加的裝置中所讀數據是-2，則該植物在該光照條件下的總光合速率是5．
（3）圖三中若Ⅰ～Ⅴ表示該植物細胞某些代謝過程，a～e表示相關過程中的代謝產物．則能在破傷風芽孢桿菌細胞中進行的過程是Ⅴ（用圖中數字表示）．
（4）該實驗目的是探究不同波長的光對光合作用速率的影響．

Answer 1

分析 本題考查了光合作用和呼吸作用具體過程和物質變化的相關內容．
1、光合作用包括光反應階段和暗反應階段：
（1）光反應階段在葉綠體囊狀結構薄膜上進行，此過程必須有光、色素、化合作用的酶．具體反應步驟：①水的光解，水在光下分解成氧氣和還原氫．②ATP生成，ADP與Pi接受光能變成ATP．此過程將光能變為ATP活躍的化學能．
（2）暗反應在葉綠體基質中進行，有光或無光均可進行，反應步驟：①二氧化碳的固定，二氧化碳與五碳化合物結合生成兩個三碳化合物．②二氧化碳的還原，三碳化合物接受還原氫、酶、ATP生成有機物．此過程中ATP活躍的化學能轉變成化合物中穩定的化學能．光反應為暗反應提供了[H]和ATP，[H]和ATP能夠將三碳化合物還原形成有機物．
2、有氧呼吸是指植物細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量的能量的過程．具體過程分三個階段進行：①C₆H₁₂O$\stackrel{酶}{→}$2丙酮酸+2ATP+4[H]（在細胞質中）②2丙酮酸+6H₂$\stackrel{酶}{→}$6CO₂+20[H]+2ATP（線粒體中）③24[H]+6O$\stackrel{酶}{→}$12H₂O+34ATP（線粒體中）．
分析圖三，Ⅰ表示光反應，Ⅱ表示暗反應，Ⅴ表示有氧呼吸的第一階段，Ⅳ表示有氧呼吸的第二階段，Ⅲ表示有氧呼吸的第三階段．光反應水的光解產生氧氣，故a表示氧氣，c表示水，暗反應消耗有氧呼吸釋放的二氧化碳，故b表示二氧化碳，光反應為暗反應提供ATP和[H]，故d表示ATP和[H]．

解答 解：（1）要探究“在不同波長的光下，該植物的凈光合速率和真光合速率的變化情況”則需要分別測得凈光合速率和呼吸速率．測凈光合速率需要把①將7個裝置中D里的清水改為二氧化碳緩沖液或碳酸氫鈉緩沖液．③測呼吸速率需要把添加一個相同裝置用于測量呼吸量，置于黑暗中，且該裝置中D里的溶液為氫氧化鈉．
（2）如果改動①中的某裝置在某條件光照下所讀數據是3，為凈光合速率；③添加的裝置中所讀數據是-2，為呼吸速率．根據真光合速率=凈光合速率+呼吸速率可知，該植物在該光照條件下的真光合速率是3+2=5．如果改進①中的某裝置在某條件光照下所讀數據是0，即凈光合速率為0，說明在此光照條件下，該植物的光合作用速率等于呼吸作用速率．
（3）分析題圖可知，產生ATP的反應是光反應，有氧呼吸的第一、第二、第三階段，即圖中的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，破傷風芽孢桿菌的代謝類型是異養厭氧型，所以能在細胞中進行的只能是圖中的Ⅴ．
（4）實驗裝置是放在經過三棱鏡后按波長不同分散成七色條帶的1、2、3、4、5、6、7處，因此該實驗目的是探究不同波長的光（或光的波長）對光合速率的影響．
故答案為：
（1）①CO₂緩沖液（或NaHCO₃溶液）   ③NaOH溶液     黑暗環境
（2）等于   5
（3）Ⅴ
（4）不同波長的光

點評 本題以圖形為載體，考查了學生識圖、析圖能力，運用所學知識分析和解決問題的能力．細胞呼吸和光合作用過程是考查的重點和難點，可以通過流程圖分析，表格比較，典型練習分析強化學生的理解．影響光合作用的因素主要有：光照強度、二氧化碳濃度和溫度．