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跟踪植物的C、H、O的转移提高解题速度
068350 河北省丰宁县实验中学 马娟
植物体内一切生化反应的能量来源于呼吸作用。通过对葡萄糖（Glucose）的有氧氧化或无氧酵解而产生大量的生物能量（三磷酸腺苷，ATP），以提供其他的生化反应使用。
光合作用与呼吸作用不同，但并不相反也不矛盾。因为这两种作用是完全不同的生化模式：光合作用是通过光照来供能并释放氧气的，即光解水的过程，产生氧气和还原当量（烟酰胺腺嘌呤二磷酸核苷酸还原态，NADPH）。还原当量从某种意义上说就相当于生物能量，这些能量用来固定二氧化碳来合成葡萄糖等有机物。光合作用的场所主要是叶组织细胞内的叶绿体。
植物体的光合作用与呼吸作用并存，各自行使着生物学功能和使命，互相协同。表观为光合作用释放氧气，吸收二氧化碳；呼吸作用释放二氧化碳，吸收氧气。
“光照=能量” 这种论断很直接的阐明了光合作用的意义：把非生物体的能量转化为生物能，并合成复杂的有机物来供生物界的有机物循环。生成的有机物又可以通过呼吸作用产生更多的生物能量，为众多的生化反应奠定了基础。所以说，光合作用是呼吸作用的基础，光合作用仅存在于含有叶绿体的生物体中，而呼吸作用则广泛存在于生物界。
研究光合作用与呼吸作用中物质之间的互相转化的最佳方案就是用同位素示踪法。同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的放射性，对生物体内各种复杂的生理、生化过程进行追踪的方法，就是放射性同位素示踪法。
课本中给出光合作用的反应式：
CO2 ＋ H2O （CH2O）＋ O2↑
该反应式只表明了光合作用的场所、条件、原料和产物，并没有反应也反应物和生成物之间的物质转换关系。
利用同位素18O作为示踪原子，分别标记水和二氧化碳。
⑴首先用18O标记水（H218O），生成的氧气全部具有放射性18O。
⑵用18O标记二氧化碳（C18O2），除了（CH2O）含有放射性外，部分水分子也具有放射性，释放的氧气全部无放射性，而在还原三碳化合物时所产生的水中的氧全部来自原料二氧化碳中的O。
因此，光合作用的总反应式又应该写成：
根据根据同位素示踪法判断C、H、O的转移途径：
⑴光合作用释放6O2来自光反应阶段原料水的分解；
⑵光反应阶段12H2O，光解产生24个[H]，在暗反应中用于还原6CO2，并产生6H2O
⑶光合作用产物C6H12O6中的C和O来自原料CO2，氢来自水；
⑷生成物6H2O中的氢来自原料水，氧来自原料CO2。
同理看呼吸作用中的C、H、O的转移方向：
例1、1940年S.Ruben等发现当标记物为H218O时，植物光合作用释放的Ｏ2是????? ，而标记物为C18O2时，在短期内释放的Ｏ2则是????? 。这清楚地指出光合作用中释放的Ｏ2来自于?????? 。
答案：18O2，Ｏ2，H2O
例2、在光合作用实验里，如果所用的水中有0.20%的水分子含18O，二氧化碳有0.68%的二氧化碳分子含18O，那么，植物进行光合作用释放的氧气中，含18O的比例为（ ）
A、0.20% B、0.44% C、0.64% D、0.88%
答案：A
巩固练习：
1．在光合作用过程中，以分子态释放氧及ATP的产生都离不开（ ）
A．叶绿素和CO2 B．水和CO2
C．水、叶绿素和光能 D．水、光能和CO2
2．下列有关光合作用的叙述，正确的一组是（ ）
①光反应需光不需要酶 ②光合作用有水生成 ③最后阶段有氧气的释放 ④葡萄糖中的氢来自水 ⑤将不含能量的CO2转变成富含能量的有机物。
A.①③ B．①②⑤ C．③④ D．②④⑤
3．将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处，则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量的变化是（ ）
A.C3增加，葡萄糖减少 B．C3与葡萄糖都减少
C.C3与葡萄糖都增加 D．C3突然减少，葡萄糖突然增加
4．生长在较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合作用速度并未随之增加，主要限制因子是（ ）
A．呼吸作用和暗反应 B．光反应
C．暗反应 D．呼吸作用
5.将一株植物培养在中进行光照，过一段时间后，可能存在于（ ）
①葡萄糖中 ②光合作用生成的水中 ③周围的水蒸气中 ④周围空气中的二氧化碳中 ⑤周围空气中的氧气中
A. ①②⑤ B. ①④⑤ C. ③④⑤ D. ①②③④⑤
6．图5-30所示在光照条件下，植物叶肉细胞中发生的生理过程，请分析回答：
图5-30
(1)写出图中有关字母所代表的物质：
a_________，b_________，c_________。
(2)图中所示的生理过程，在细胞中的具体进行部位是_________。
(3)若有12mol光反应所产生的[H]，经暗反应生成的b完全氧化分解，则有_________kJ的能量被储存在ATP中。
(4)用含14O2作原料进行光合作用，一段时间后，检验该植物呼吸作用的产物中含有14C的是___________________________。
7.下图所示为在不同温度条件下被测植物光合作用同化二氧化碳量和呼吸作用释放二氧化碳量的曲线，据图回答：
（1）在该实验条件下，植物体中有机物增加量最快的温度是_________。
（2）在该实验条件下，植物体中有机物开始减少的温度是_________。
（3）要使该植物有机物减少时的温度降低，可以改变实验中的________两个条件。
答案：1、C 2、D 3、A 4、B 5、D 6．（1）H2O C4H12O6 CH3COCOOH （2）叶绿体、细胞质基质线粒体 （3）1225 （4）CO2 7.（1）25℃ （2）40℃ （3）光照强度和二氧化碳浓度

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