魯賓和卡門實驗的拓展延伸

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1、魯賓和卡門實驗的拓展延伸湖北恩施清江外國語學校彭邦鳳　　　　20世紀30年代，美國科學家魯賓和卡門()采用同位素標記法研究了“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它生物知識的綜合考查。為綜合檢測考生對同位素標記、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運用能力，打破經(jīng)典實驗對師生思維的禁錮，培養(yǎng)學生精細審題、準確答題的能力。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

2、色植物提供H218O和CO2。⑴不同光照強度下，根據(jù)處理一段時間后的情況，完成下表：光照強度空氣中能檢測到的放射性物質(zhì)對相關(guān)結(jié)論的解釋＞光補償點＝光補償點＜光補償點　?、瞥?，植物體內(nèi)可能含有18O的物質(zhì)有哪些？簡要說明來源。⑶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？⑷當體內(nèi)檢測不到放射性物質(zhì)后，其它條件不變的情況下，提供H2O和C18O2，完成下表。光照強度空氣中檢測到的新形成的放射性物質(zhì)對相關(guān)結(jié)論的解釋＞光補償點＝光補償點＜光補償點　　在原實驗基礎(chǔ)上的幾點改進：一是將“正常光合作用”改為“有條件的光合作用”；二是將“檢測釋放出

3、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C18O2中18O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：①H218O在光合作用中作為原料被光解生成[H]和18O2。②H218O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H218O。③植物吸收的H218O有95%以

4、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)及其它生命活動。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

5、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；當光照強度小于補償點光強時，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，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。⑤H218O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

6、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?！薄岸虝r間”“先出現(xiàn)”等關(guān)鍵詞。答案：⑴光照強度空氣中能檢測到的放射性物質(zhì)對相關(guān)結(jié)論的解釋＞光補償點H218O和18O2蒸騰作用釋放H218O；光合作用強于呼吸作用凈生成18O2而釋放，凈消耗C18O2無釋放＝光補償點H218O蒸騰作用釋放H218O；光合作用與呼吸作用對18O2和C18O2的生成與消耗等量，故無這兩種物質(zhì)釋放。＜光補償點H218O和C18O2蒸騰作用釋放H218O；光合作用弱于呼吸作用凈消耗18O2無釋放，凈生成并釋放C18O2　　⑵水光解形成18O2

7、；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、二糖、氨基酸、脂肪酸、磷酸、含氮堿基等產(chǎn)物。⑶隨著蒸騰作用、呼吸作用、…生命活動的持續(xù)進行，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。⑷經(jīng)過較長時間后光照強度空氣中檢測到的新形成的放射性物質(zhì)對相關(guān)結(jié)論的解釋＞光補償點H218O和18O2C18O2在暗反應(yīng)中傳遞給H218O，蒸騰作用使空氣中含H218O，H218O光解形成18O2，時間稍長，即可能釋放出18O2＝光補償點