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        一道創(chuàng)新題的設(shè)計與解析

        2009-04-20 06:28:18彭邦鳳陳益忠
        中學(xué)生物學(xué) 2006年9期
        關(guān)鍵詞:放射性物質(zhì)光合作用消耗

        彭邦鳳 陳益忠

        20世紀(jì)30年代,美國科學(xué)家魯賓和卡門采用同位素標(biāo)記法研究了“光合作用中釋放出的氧到底來自水,還是來自二氧化碳”這個問題,得到了氧氣全部來自于水的結(jié)論。時至今日,這一實驗仍被眾多命題者所引用,但由于命題時往往只局限于光合作用,一定程度上限制了對考生思維能力和其他生物知識(如呼吸、水解和蒸騰等)的綜合考查。為綜合檢測考生對同位素標(biāo)記、光合作用、呼吸作用、水解反應(yīng)和蒸騰作用等生物知識的理解與掌握情況,打破經(jīng)典實驗對師生思維的禁錮,培養(yǎng)學(xué)生精細(xì)審題、準(zhǔn)確答題的能力。筆者在原有實驗的基礎(chǔ)上拓展延伸,設(shè)計創(chuàng)新實驗題如下。

        向一組生長正常的綠色植物提供H218O和CO2(設(shè)植物體內(nèi)的O2和CO2優(yōu)先滿足植物自身的需要)。

        (1) 不同光照強度下,根據(jù)處理一段(較短)時間后的情況,完成表1。

        (2) 除水外,植物體內(nèi)可能含有18O的物質(zhì)有哪些?簡要說明來源。

        (3) 一段時間后,停止供給H218O和CO2,簡要說明體內(nèi)含18O的物質(zhì)如何變化?

        (4) 當(dāng)體內(nèi)檢測不到放射性物質(zhì)后,其他條件不變的情況下,提供H2O和C18O2,完成表2。

        在原實驗基礎(chǔ)上的幾點改進(jìn):一是將“正常光合作用”改為“有條件(不同光照強度下)的光合作用”;二是將“檢測釋放出的氧”改為“空氣中能檢測到的放射性物質(zhì)”、“空氣中檢測到的新形成的放射性物質(zhì)”;三是將“針對光合作用”改為“除光合作用外,還涉及呼吸、蒸騰及水解”;四是將“兩組平行對比”改為“一組前后對比”;五是由原來“只研究氧的來源”改為“H218O和C18O218O的傳遞途徑及可能傳遞到的物質(zhì)”。

        試題解答時涉及的相關(guān)知識:

        ① H218O在光合作用中作為原料被光解生成[H]和18O2。

        ② H218O在呼吸作用中作為原料參與三羧酸循環(huán)將18O傳遞給C18O2,C18O2參與光合作用的暗反應(yīng)將18O傳遞給C3化合物、C5化合物、CH2O等有機物和H318O。

        ③ 植物吸收的H218O有95%以上通過蒸騰作用散失到空氣中,只有1%~5%的部分在體內(nèi)參與光合作用、呼吸作用、水解反應(yīng)及其他生命活動。因而,H218O將因蒸騰作用出現(xiàn)在周圍空氣中。

        ④ 光合作用中形成的18O2和呼吸作用中形成的C18O2能否釋放到空氣中,直接取決于光照強度。當(dāng)光照強度超過補償點光強時,光合作用強于呼吸作用,光合作用中生成的氧氣多于呼吸消耗而釋放出18O2,呼吸作用產(chǎn)生的C18O2少于光合作用中對CO2的消耗而不會排放,故周圍空氣中能檢測到18O2,不能檢測到C18O2;當(dāng)光照強度等于補償點光強時,光合作用與呼吸作用強度相同,光合作用中生成的O2和消耗的CO2與呼吸作用中消耗的O2和生成的CO2的量相等,因此,既無O2也無CO2的釋放,故周圍空氣中既不能檢測到18O2,也不能檢測到C18O2;當(dāng)光照強度小于補償點光強時(極限情況為黑暗),光合作用弱于呼吸作用,光合作用中生成的18O2少于呼吸消耗表現(xiàn)為對O2的吸收(無釋放),呼吸作用產(chǎn)生的C18O2多于光合作用中對C18O2的消耗,凈生成并釋放C18O2,故周圍空氣中不能檢測到18O2,能夠檢測到C18O2。

        ⑤ H218O還參與淀粉等多糖、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸的水解而出現(xiàn)在單糖、脂肪酸、氨基酸、五碳糖、磷酸基團和含氮堿基中。

        ⑥ 改用H2O和C18O2時,因C18O2在光合作用暗反應(yīng)階段可將18O傳遞給H218O,時間稍長可能出現(xiàn)類似于供給H218O和CO2時的情況,因此無論提供H2O和C18O2、還是H218O和CO2均需關(guān)注“正?!薄ⅰ岸虝r間”、“先出現(xiàn)”等關(guān)鍵詞。

        參考答案:(1)

        (2) 水光解形成18O2;呼吸作用三羧酸循環(huán)階段形成C18O2;光合作用暗反應(yīng)階段形成C3化合物、C5化合物和CH218O等有機物;水解反應(yīng)中形成的單糖(包含核酸水解形成的五碳糖)、二糖、氨基酸、脂肪酸、磷酸、含氮堿基等產(chǎn)物。

        (3) 隨著蒸騰作用、呼吸作用等生命活動的持續(xù)進(jìn)行,伴隨體內(nèi)物質(zhì)的更新,將以H2O、CO2等代謝終產(chǎn)物的形式排出,體內(nèi)的18O將不斷減少,直到消失。

        (4) 經(jīng)過較長時間后(相對于第一組而言)

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