专题07 分子与细胞相关经典实验-【实验专攻】备战2025年高考生物教材实验梳理与突破

专题07 分子与细胞相关经典实验 实验概览 实验1 细胞膜的流动性 实验2 恩格尔曼光合作用实验 实验3 鲁宾卡门实验 实验4 卡尔文实验 【实验1 细胞膜的流动性】 1.流动镶嵌模型的基本内容： （1）组成成分： ①磷脂：脂双层为基本骨架（内部疏水，屏障）。 ②蛋白质：镶嵌、嵌入、贯穿于脂双层中（大多数蛋白质是可以运动的）。 ③糖类（少）：分布于细胞表面（由信息传递等功能）。 （2）结构特点：流动性（影响因素是温度: 一定范围内，温度升高，膜流动性加快） （3）功能特点：选择透过性（影响因素是：①内因是生物膜(如细胞膜)上载体的种类和数量；②外因主要是温度、O2、pH等影响呼吸作用的因素。） （4）脂质体：由磷脂分子构成的脂质体,它可以作为药物的运载体,将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中,能在水中结晶的药物被包在 磷脂双分子层 中,脂溶性的药物被包在 两层磷脂分子 之间。由于脂质体是 磷脂双分子层 构成的,到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生 融合 ,也可能会以 胞吞 的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。 ①脂质体是一种人工膜，是根据磷脂分子可在水中形成稳定磷脂双分子层的原理制成的，是很多药物的理想载体，其结构示意图如图所示。其中的胆固醇有比磷脂更长的尾部，可使膜的通透性降低，对于维持脂质体结构的稳定性有重要作用。 ②能在水中结晶的药物和脂溶性药物分别被包裹在何处？两类药物的包裹位置不相同的原因是什么？ 提示：水溶性药物——包裹在磷脂双分子层内部（甲） 脂溶性药物——包裹在两层磷脂分子之间（乙） 2.小鼠细胞和人细胞融合实验 （1）实验准备 材料：培养细胞（如HeLa细胞）、荧光染料（如NBD-PE或DiI）、PBS缓冲液、显微镜载玻片、盖玻片等。 设备：荧光显微镜、恒温培养箱、离心机、移液器等。 （2） 细胞培养 在培养皿中培养细胞至适当密度。 用PBS缓冲液清洗细胞，去除培养基。 （3）荧光标记 将荧光染料（如NBD-PE或DiI）加入PBS缓冲液，浓度通常为1-10 µM。 将染料溶液加入细胞培养皿，在37°C下孵育10-30分钟。 孵育后，用PBS缓冲液清洗细胞，去除未结合的染料。 （4）荧光漂白恢复（FRAP） 将细胞转移到载玻片上，盖上盖玻片。 使用荧光显微镜选择目标区域，用高强度激光进行光漂白，使该区域荧光消失。 记录漂白区域荧光恢复过程，通常持续几分钟至几十分钟。 （5）数据分析 使用图像分析软件（如ImageJ）测量荧光恢复曲线。 计算荧光恢复率，评估细胞膜流动性。 （6）结果解释 荧光恢复速度快，表明细胞膜流动性高；恢复慢则流动性低。 比较不同条件下的恢复率，分析影响流动性的因素。 （7）注意事项 控制染料浓度和孵育时间，避免过度标记。 保持恒温，避免温度波动影响流动性。 确保显微镜设置一致，避免实验误差。 通过这些步骤，可以准确评估细胞膜的流动性。 3.细胞膜流动性的生理意义 （1）跨膜运输基础：为物质跨膜运输提供了必要条件。例如，在协助扩散和主动运输中，载体蛋白需要在膜内移动来运输相应物质，细胞膜的流动性保证了载体蛋白能够在磷脂双分子层中自由移动，使物质进出细胞得以顺利进行。 （2）胞吞胞吐实现：细胞摄取大分子物质或颗粒性物质依靠胞吞作用，如白细胞吞噬细菌。细胞膜流动性能使细胞膜变形，包裹外界物质形成囊泡进入细胞；而细胞分泌物质时，也依赖细胞膜流动将囊泡中的物质排出细胞，即胞吐过程。 （3）受体移动与识别：膜上的受体蛋白可在膜内移动，当细胞外信号分子与受体蛋白结合后，受体蛋白需要通过在膜内的移动来激活下游信号通路。例如 G 蛋白偶联受体与膜外信号分子结合后，受体构象改变，引发一系列变化都依赖于膜的流动性。 （4）信号传递效率：流动性使信号分子能快速在膜表面扩散，与相应受体结合，提高信号传导的速度和效率，使细胞能够快速对外部信号做出反应，协调细胞的各种生理活动。 （5）免疫识别：在免疫过程中，免疫细胞如 T 细胞、B 细胞等通过细胞膜上的糖蛋白等分子来识别抗原。细胞膜的流动性保证了这些识别分子能够在膜表面自由移动，更好地与抗原结合，启动免疫反应。 （6）细胞间相互作用：细胞之间通过细胞膜表面的蛋白质、糖蛋白等进行相互识别和作用，流动性有助于这些分子在细胞表面的分布和定位，使细胞间的识别更加准确和高效，如精子与卵子的识别与结合。 （7）细胞生长、分化与融合方面 ①细胞生长：细胞生长过程中需要不断地从外界摄取营养物质和排出代谢废物，细胞膜的流动性保证了细胞能够不断地与外界环境进行物质交换，为细胞的生长提供必要的物质基础。 ②细胞分化：细胞分化过程中，细胞膜的成分和流动性会发生变化，这种变化影响着细胞间的信号传递和细胞对信号的响应，从而调控细胞的分化方向和进程。 ③细胞融合：如受精过程中精子和卵子的融合、肌肉细胞形成过程中肌细胞的融合等，都依赖于细胞膜的流动性，使两个细胞的细胞膜能够相互融合，实现细胞的融合过程。 （8）磷脂分子相关 ①脂肪酸链的不饱和程度：饱和脂肪酸链呈直线形，链间排列紧密，如动物脂肪中的棕榈酸和硬脂酸，以此为主要成分的细胞膜流动性小。而不饱和脂肪酸链有双键呈弯曲形，如植物油中的油酸、亚麻酸等，以这类脂肪酸为主要成分的细胞膜，分子间排列疏松，流动性大。像植物在低温环境下，细胞膜中不饱和脂肪酸含量相对增加，就是为了保持膜的流动性。 ②脂肪酸链的长度：长链脂肪酸相变温度高，流动性降低。深海鱼类的细胞膜中含有较多短链不饱和脂肪酸，在深海低温环境下仍能保持较好的流动性，使细胞能正常进行物质交换等生理活动；而一些热带动物细胞膜中长链脂肪酸相对较多，以适应高温环境下对膜稳定性的需求。 ③卵磷脂与鞘磷脂的比例：鞘磷脂粘度比卵磷脂大，若细胞中鞘磷脂含量高，如神经细胞的髓鞘中，膜流动性就低；而在一些代谢活跃、需要频繁进行物质交换和信号传递的细胞，如肝细胞中，卵磷脂含量相对较高，卵磷脂 / 鞘磷脂比值高，膜流动性较大。 （9）膜蛋白 膜蛋白含量和运动方式会影响膜的流动性。膜蛋白嵌入脂双层越多，对磷脂分子的运动限制越大，膜流动性越小。如在一些紧密连接的上皮细胞中，存在大量的跨膜蛋白形成紧密连接结构，限制了膜的流动性，以保证细胞层的屏障功能；而在免疫细胞如巨噬细胞中，膜蛋白可快速移动，便于巨噬细胞通过变形运动来吞噬病原体，其细胞膜流动性相对较大。 （10）温度 温度升高，膜的流动性增加；温度降低，膜的流动性减弱。比如在寒冷的冬天，植物细胞会通过增加不饱和脂肪酸含量等方式来降低膜的相变温度，防止细胞膜因低温而固化，保持一定的流动性以维持细胞正常生理功能；而在夏天高温时，细胞也会通过一些机制适当降低膜的流动性，防止膜过于 fluid123。 4.细胞膜的流动性与选择透过性有以下区别： （1）概念不同 ①流动性：是指细胞膜的脂质分子和蛋白质分子在膜中自由扩散和运动的特性。磷脂双分子层像轻油般的液体，具有流动性，且大多数蛋白质分子也是可以运动的。 ②选择透过性：是指细胞膜能够有选择地让某些物质通过，不让其他物质通过的特性。 （2）特性不同 ①流动性：是细胞膜的结构特点。比如变形虫的胞吞胞吐、受热时膜厚度变化等都体现了细胞膜的流动性8。 ②选择透过性：是细胞膜的功能特点。主要通过膜上载体蛋白有选择地让小分子物质出入细胞等体现，如细胞吸收氨基酸、无机盐等8。 （3）影响因素不同 流动性： ①温度：在一定范围内，温度升高，膜的流动性加大；温度过低，膜流动性下降；温度过高，膜流动性过大，会破坏膜结构。 ②胆固醇含量：适量的胆固醇可以增加膜脂的流动性，但过多会降低流动性，影响膜蛋白的活性。 ③脂肪酸饱和度：饱和脂肪酸含量高，膜流动性小；不饱和脂肪酸含量高，膜流动性大。 选择透过性： ①膜上转运蛋白：转运蛋白的种类和数量决定了能被运输的物质种类和数量，是影响选择透过性的关键因素。 ②能量：主动运输等需要能量的物质运输方式，能量供应情况会影响物质能否通过细胞膜7。 ③膜两侧物质浓度差：在一定程度上影响物质运输的速率和方向，但不是决定选择透过性的根本因素。 作用不同 ①流动性：是细胞进行物质交换、能量转换、信息传递等生命活动的基础。例如，动物细胞融合、植物原生质体融合都依赖细胞膜的流动性。 ②选择透过性：是细胞维持正常代谢活动所必需的，使细胞能够选择性地吸收营养物质，排出代谢废物等，保证细胞内环境的稳定。如植物细胞的质壁分离和质壁分离复原现象，体现了细胞膜的选择透过性对细胞渗透作用的影响。 【实验2 恩格尔曼光合作用实验】 恩格尔曼光合作用经典实验介绍 一、实验原理 实验背景：1880 年，德国科学家恩格尔曼通过实验证明了叶绿体是光合作用的场所，并揭示了光合作用需要光照。 （1）核心思路： ①水绵的结构优势：水绵的叶绿体呈螺旋状分布，便于观察不同部位的反应。 ②好氧细菌的指示作用：好氧细菌会聚集在氧气浓度高的区域，从而间接反映光合作用的强度。 ③光照的控制：通过极细光束照射水绵的局部区域，对比光照区与非光照区的差异。 二、操作步骤 （1）实验材料准备：水绵（新鲜、活性良好）、好氧细菌悬浮液、显微镜、载玻片、盖玻片、三棱镜（可选）。 （2）具体步骤： ①步骤 1：将水绵置于载玻片上，滴加少量培养液，制成临时装片。 ②步骤 2：用极细光束（如激光笔或聚焦手电筒）照射水绵的叶绿体部分，同时设置遮光对照组（用锡箔纸遮挡部分区域）。 ③步骤 3：滴加好氧细菌悬浮液，覆盖盖玻片，避免气泡产生。 ④步骤 4：在显微镜下观察并记录好氧细菌在水绵周围的分布情况。 ⑤拓展实验：若使用三棱镜，可将白光分解为不同波长的光，分析光质对光合作用的影响。 三、注意事项 （1）实验材料处理： ①水绵需提前光照培养以增强活性，避免处于饥饿状态。 ②好氧细菌需新鲜制备，确保对氧气敏感。 （2）操作细节： ①光束需极细且聚焦，避免光照扩散影响实验结果。 ②装片制作时需避免水绵干燥，可滴加少量凡士林密封边缘。 （3）环境控制： ①实验需在黑暗环境中进行，减少自然光干扰。 ②控制温度（约 25℃）以维持酶活性。 四、实验结果及评价 （1）实验现象： ①光照区：好氧细菌大量聚集在叶绿体受光照部位。 ②遮光区：细菌分布稀疏或无聚集。 ③拓展实验：红光和蓝紫光区域细菌最多，绿光区域最少。 （2）结论： ①叶绿体是光合作用的场所，光合作用需要光照。 ②叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少。 （3）实验评价： ①优点：实验设计巧妙，通过细菌分布直观反映氧气产生，证明叶绿体功能。 ②局限性：水绵为低等植物，结论需通过高等植物实验验证。未直接测量氧气浓度，依赖细菌间接指示。 五、实验变量分析 变量类型 具体内容 自变量 光照条件（有无光照、光质 / 波长） 因变量 好氧细菌的分布密度（反映氧气释放量） 无关变量 温度、CO₂浓度、水绵生理状态、光束强度、细菌活性、装片厚度等 控制方法 恒温培养、使用缓冲液维持 CO₂浓度、选择生长状态一致的水绵、统一光束强度等 总结：恩格尔曼实验通过巧妙的设计和严谨的操作，为光合作用的研究奠定了基础。实验中变量控制、对照设置和结果分析的思路，对培养学生科学探究能力具有重要价值。 回扣教材 恩格尔曼的实验： ①极细光束照射水绵：需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位。 ②完全曝光：需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。 实验一结论：叶绿体光合作用释放氧气。 ③用透过三棱镜的光照射水绵：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 实验二结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。 资料1：恩格尔曼实验 实验结论1：叶绿体能吸收光能 用于光合作用释放O2 恩格尔曼实验设计的巧妙之处： (1)实验材料用 水绵和需氧细菌 ，水绵的叶绿体 呈螺旋带状 分布，便于观察，用需氧细菌可确定 释放氧气 的部位。 (2)没有空气的黑暗环境排除了 氧气和光 的干扰。 (3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为 有光照 和 无光照 的部位，相当于一组对比实验。 (4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 综合两个实验可以得出：叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 资料2 :在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。 实验结论2：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 特别提醒 1.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析： 恩格尔曼的实验示意图 恩格尔曼第二个实验的示意图 (1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是______________。 (2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是________________。 (3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 2.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 （1）实验思路：________________________________。 （2）预期结果：_____________________________________。 【实验3 鲁宾卡门实验】 鲁宾卡门经典实验 一、实验原理 （1）同位素标记法：利用放射性同位素（如 ¹⁸O）追踪物质的来源和去路。 光合作用反应式：6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O 关键假设：氧气（O₂）中的氧原子可能来自水（H₂O）或二氧化碳（CO₂）。 （2）实验设计逻辑： 对照组 1：用 ¹⁸O 标记 H₂O（H₂¹⁸O），正常 CO₂。 对照组 2：用 ¹⁸O 标记 CO₂（C¹⁸O₂），正常 H₂O。 通过检测 O₂中 ¹⁸O 的含量，判断其来源。 二、实验操作步骤 （1）实验材料： ①小球藻（单细胞藻类，光合作用效率高）。 ②同位素标记的 H₂¹⁸O 和 C¹⁸O₂。 ③密闭透明容器、光源、氧气检测设备。 （2）操作流程： ①步骤 1：将小球藻分为两组，分别置于两个密闭容器中。 ②步骤 2：实验组 A：加入 H₂¹⁸O 和普通 CO₂。实验组 B：加入普通 H₂O 和 C¹⁸O₂。 ③步骤 3：给予充足光照，维持适宜温度（如 25℃）。 ④步骤 4：收集两组产生的 O₂，检测其中 ¹⁸O 的比例。 三、实验结果 ①实验组 A（标记 H₂O）：O₂中 ¹⁸O 含量显著升高，与 H₂¹⁸O 中的 ¹⁸O 比例一致。 ②实验组 B（标记 CO₂）：O₂中 ¹⁸O 含量与自然丰度（未标记时）无显著差异。 ③结论：光合作用释放的氧气完全来自水（H₂O），而非二氧化碳（CO₂）。 四、注意事项 ①同位素安全：操作需佩戴防护装备，避免直接接触放射性物质。 ②装置密封性：确保容器密闭，防止外界气体干扰实验结果。 ③光照与温度控制：保持光照强度和温度恒定，避免对光合作用速率产生影响。 ④实验周期：小球藻需提前培养至对数生长期，以保证实验效率。 五、实验评价 ①优点：同位素标记法直观揭示物质转化路径，结论严谨。对照组设计科学，排除其他变量干扰。 ②局限性：同位素成本高，操作复杂，需专业设备。实验条件（如光照、温度）需严格控制，否则影响结果准确性。 六、实验变量分析 变量类型 具体内容 自变量 标记的物质（H₂¹⁸O 或 C¹⁸O₂） 因变量 O₂中 ¹⁸O 的含量 控制变量 光照强度、温度、藻类浓度、CO₂/H₂O 总量 总结：鲁宾卡门实验通过同位素标记法，为光合作用的物质转化提供了直接证据，是生物学史上的经典实验。在教学中可结合动画演示和小组讨论，帮助学生理解科学探究的逻辑与方法。 【实验4 卡尔文实验】 一、实验原理 ①研究目标：探索光合作用中 CO₂的固定路径及碳化合物转化过程（即卡尔文循环）。 ②核心方法：同位素标记法：使用放射性同位素 ¹⁴C 标记 CO₂，追踪其在植物体内的转移路径。纸层析法：分离并检测不同时间点生成的含 ¹⁴C 的化合物。 ③关键假设：植物通过暗反应（不依赖光的反应）将 CO₂转化为有机物，且该过程存在中间产物。 二、实验步骤 （1）实验材料：单细胞绿藻（如小球藻），¹⁴C 标记的 CO₂气体，酒精、纸层析设备、放射性检测仪 （2）操作流程 ①光照处理：将绿藻置于光照条件下，通入 ¹⁴CO₂，使其进行光合作用。 ②暗处理：在不同时间点（如 5 秒、30 秒、2 分钟）将绿藻转移至暗室，终止光反应。 ③杀死细胞：迅速用热酒精杀死细胞，防止酶促反应继续进行。 ④提取与分离：提取细胞内的化合物，通过纸层析法分离不同碳化合物。 ⑤放射性检测：使用扫描仪检测层析纸上的放射性标记，确定含 ¹⁴C 的化合物种类及含量。 三、实验变量分析 变量类型 具体内容 自变量 光照时间（5 秒、30 秒、2 分钟）、CO₂浓度 因变量 含 ¹⁴C 的化合物种类及放射性强度 控制变量 温度、光照强度、绿藻种类与数量 变量控制目的：确保实验结果仅由自变量（光照时间）引起，排除其他因素干扰。 四、实验结果及分析 （1）实验结果 ①5 秒：主要检测到 ³- 磷酸甘油酸（PGA）含 ¹⁴C 标记。 ②30 秒：¹⁴C 出现在 PGA、三碳糖（G3P）、葡萄糖等化合物中。 ③2 分钟：¹⁴C 广泛分布于多种碳化合物，包括 RuBP（核酮糖二磷酸）。 （2）结果分析 ①碳固定路径：CO₂首先与 RuBP 结合生成 PGA（三碳化合物），随后通过一系列反应生成 G3P 和葡萄糖。 ②暗反应存在：暗处理后仍能检测到 ¹⁴C 标记，说明 CO₂的固定不依赖光照。 循环特性：RuBP 在实验后期重新出现，表明其在循环中被再生利用。 （3）结论 卡尔文实验首次揭示了光合作用中 CO₂的固定路径（卡尔文循环），证明暗反应是独立于光反应的碳同化过程。 1.(2021·浙江6月选考)细胞膜的流动镶嵌模型如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.磷脂和糖脂分子形成的磷脂双分子层是完全对称的 B.胆固醇镶嵌或贯穿在膜中利于增强膜的流动性 C.物质进出细胞方式中的被动运输过程与膜蛋白无关 D.有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学信号 2.（2009·浙江理综）对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，其基本过程： ①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点． ②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）． ③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点． 上述实验不能说明的是（　　） A、细胞膜具有流动性 B、荧光染料能与细胞膜组成成分结合 C、根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率 D、根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率 3.(2022·湖南卷，13)在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是(　　) A.叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少 B.光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的 CO2量 C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低 D.光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降 4．（2021·广东·高考真题）在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是（    ） A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 5．（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是 过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 和 （填生理过程）。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 。据图3中的数据 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 。 5.(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________，又能保证____________正常进行。 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 6．（2023·全国·高考真题）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K⁺．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。 (1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 （答出2点即可）等生理过程。 (2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是 。 (3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 。 (4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 （填“能”或“不能”）维持一定的开度。 A组 基础练 1.荧光漂白恢复技术在细胞生物学中有着非常重要的应用，包括三个步骤:将绿色荧光蛋白共价结合在膜蛋白上，细胞膜呈现一定强度的绿色；激光照射漂白膜上部分区域绿色荧光， 被照射部分荧光蛋白将不会再发出荧光；检测漂白部位荧光再现速率。实验过程如下图甲，结果如图乙。下列说法错误的是 A. 图乙结果说明细胞膜具有一定的流动性 B. 应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的流动速率 C. 降低实验温度，漂白区域荧光强度恢复到F2的时间将延长 D. 理论分析，源白区域恢复足够长的时间荧光强度F2仍小于F1 2．生物科学史蕴含着科学家的思维和智慧。下列有关经典实验的叙述错误的是（　　） A．恩格尔曼实验发现叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用 B．希尔的实验说明了水的光解与糖的合成属于同一个化学反应 C．小鼠细胞和人细胞融合实验运用了荧光染料标记技术 D．欧文顿用多种化学物质对植物细胞的通透性进行实验，推测细胞膜是由脂质组成的 3．在光合作用的探索历程中，许多科学家设计了巧妙的实验。下列说法错误的是（    ） A．鲁宾和卡门通过实验证明光合作用释放的氧气中的氧来自二氧化碳 B．恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光 C．离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气，称作希尔反应 D．阿尔农发现，在光照下叶绿体可合成ATP，此过程总伴随着水的光解 4．根据科学家对光合作用的探索历程部分实验的分析，下列有关叙述正确的是（    ） A．希尔反应模拟了叶绿体光合作用中的光反应阶段，说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水 B．鲁宾和卡门通过两组对比实验证明了光合作用释放的氧气来自H2O而不来源于CO2，并检测到了具有放射性的18O2 C．阿尔农的实验说明ATP的合成总是与水的光解相伴随 D．希尔反应中氧化态电子受体变为还原态电子受体，其实质是NADP+与H+结合形成NADH 5．生物科学的进步离不开科学技术的发展，下列实验中科学家没有使用同位素标记法的是：（    ） A．探究豚鼠胰腺细胞分泌蛋白的合成和运输过程 B．希尔通过实验说明水的光解会产生氧气 C．卡尔文通过实验探明了中的碳在光合作用中转化为有机物中碳的途径 D．鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧气来自于水 6．下列关于光合作用发现历程的叙述，错误的是 A．普利斯特利通过实验证明了植物可以更新空气 B．恩格尔曼通过实验证明了叶绿体是光合作用的场所 C．鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧来自CO2 D．萨克斯通过实验证明了绿色叶片光合作用中产生了淀粉 7．美国科学家卡尔文等用小球藻做实验，探明了CO2中的碳在光合作用中转化为有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。随着研究的深入，发现卡尔文循环为植物光合作用的基本途径。示意图如下： 下列相关叙述错误的是（　　） A．卡尔文循环的整个过程发生在叶绿体基质中 B．光反应产生的ATP可用于卡尔文循环的还原和更新阶段 C．加速蔗糖和淀粉输出细胞可在一定程度上提高光合速率 D．若突然停止光照，则短时间内叶绿体中RuBP的含量将增加 8．科学家们历经一个半世纪，做了许多实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。下列有关几个著名实验的相关叙述，错误的是（    ） A．萨克斯证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉 B．卡尔文的实验，最终探明了光合作用需要原料CO2 C．恩格尔曼证明了光合作用的场所是叶绿体和光照下O2是由叶绿体释放的 D．鲁宾和卡门利用放射性同位素同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O 9．下列有关实验的叙述，正确的是（ ） A．通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌呼吸方式 B．恩格尔曼的水绵实验和卡尔文的小球藻实验均用到同位素标记 C．制备细胞膜的实验中，置于清水中的红细胞细胞质的浓度逐渐变小直至涨破 D．验证光合作用需要光照的实验中，需将叶片的一半遮光，以控制无关变量 10（多选）．为了探索光合作用原理，科学家进行了一系列的实验，以下实验方法和结论正确的是（　　） A．恩格尔曼通过实验发现叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用 B．希尔的实验表明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应 C．鲁宾和卡门采用放射性同位素标记法证明氧气中的氧全部来自水 D．卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳 11．荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用，包括三个步骤：荧光染料与膜上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定强度的荧光；激光照射淬灭（漂白）膜上部分荧光；检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲，结果如图乙所示。 （1）本实验所采用的实验方法是 ，其实验现象有力的反驳了罗伯特森的 观点。 （2）研究发现，若去除动物细胞膜中的胆固醇，膜结构上蛋白质分子停泊的“平台”拆解，淬灭区域荧光恢复到F2的时间缩短，说明胆固醇对膜中分子运动具有 作用（促进或抑制）。 （3）降低温度，淬灭区域荧光强度恢复到F2的时间则会 （延长或缩短）；在适宜温度下，F2后再进行一次激光照射淬灭，请在图中展示出再次淬灭及之后的荧光强度变化 。 （4）细胞膜的出现是原始生命向细胞进化所获得的重要形态特征之一，是生命物质外面出现了一层膜性结构。请结合所学的知识，从“生命系统”的角度分析细胞膜出现的意义 。 （5）细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白和通道蛋白。1988年，彼德·阿格雷从人红细胞及肾小管细胞的膜中分离出一种“水通道蛋白”——CHIP28。 请利用纯磷脂制成“脂质体”作为细胞模型，设计甲和乙两组实验验证CHIP28是一种“水通道蛋白”。 （注：①乙组为对照组；②已知“脂质体”置于清水中一段时间后，其形态、体积都没有变化。） 实验思路： 。 预期实验结果： 。 实验结论： 。 12．德国科学家恩格尔曼利用一种绿藻（这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体）研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一张载有细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移向氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如下图所示：    (1)描述B情况下细菌的分布情况如何： ，如此分布是因为光合作用释放了 。 (2)该实验证实了光合作用的场所是 ，吸收光能的色素分布在 。 (3)恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是找出不同颜色的光对光合作用的影响，在 点的细菌特别多。 13．阅读下列材料，请完成以下探究过程： 材料1　1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。 材料2　如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图（鲁宾、卡门实验）。 材料3　1946年后，美国的卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物（C3）中。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。 (1)材料1希尔的实验说明水的光解产生氧气，能否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ (2)材料2鲁宾、卡门实验的实验思路：用 法来研究光合作用中氧气的来源。实验结论：光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自 。 (3)材料3卡尔文的实验，14C标记的CO2进入叶绿体后，最先出现放射性的物质是 ，卡尔文循环的过程需要光反应为其提供 。上述实验中卡尔文是通过控制 来探究CO2中碳原子转移路径的。 14．光合作用的探索历程伴随着许多经典研究和发现，阅读以下材料，分析回答问题： (1)1941年，鲁宾和卡门用小球藻做了三组实验，每一组提供给小球藻的水和碳酸氢盐中都含有比例不等的18O，分析每组产生的氧气中18O比例，结果如下表所示： 水中18O比例 碳酸氢盐中的18O的比例 产生的氧气中的18O比例 实验1 0.85% 0.61% 0.86% 实验2 0.20% 0.40% 0.20% 实验3 0.20% 0.57% 0.20% 实验中碳酸氢盐的作用是 ，从实验结果可以得出的实验结论是 。 (2)20世纪40年代，卡尔文发现，光照下小球藻叶绿体中C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。若突然停止光照， （填“C3”或“C5”）的浓度急速升高，同时 （填“C3”或“C5”）的浓度急速降低。若突然中断CO2的供应，C5开始积累，C3却几乎消失了，由此得出结论，C5是 的物质。 (3)某兴趣小组参考高中课本中“绿叶中色素提取和分离”实验，用 （试剂）溶解，并用 法分离，分离色素的原理是不同色素在层析液中的 不同，随层析液在滤纸上扩散的速度不同。该兴趣小组想通过实验验证菠菜与水稻的叶绿素含量存在差异，请简要写出相关的实验思路 。 B组 提升练 1．Simons在流动镶嵌模型基础上提出脂筏模型（如下图所示），脂筏是一种相对稳定、分子排列较紧密、流动性较低的结构。脂筏可以参与信号转导，细菌及其毒素等可利用细胞表面的锚定蛋白等受体进入宿主细胞。下列有关说法错误的是（　　） A．该图所示细胞膜的结构模型为物理模型 B．脂筏的存在会增强细胞膜的流动性 C．在图示细胞膜的结构模型中，代表细胞膜外侧的是B D．脂筏可能在细胞间的信息交流过程中发挥重要作用 2．温度降低到一定程度时，细胞膜会发生相变，即从流动的液晶态转变为固化的凝胶态。细胞膜中不饱和脂肪酸链比值越高，相变温度越低。下列相关叙述错误的是（　　） A．细胞膜的流动性对细胞的生长、分裂至关重要 B．温度不但影响细胞膜的结构特点，还影响细胞膜的功能特点 C．深海鱼可以常年生活在冷水环境中，与不饱和脂肪酸比值高有关 D．正常发育温度下，向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞 3．下图是某肌肉细胞细胞膜的结构示意图。下列有关该结构叙述正确的是（    ） A．②在肌肉细胞细胞膜两侧分布是均匀的 B．图中②③共同构成肌肉细胞膜的基本支架 C．肌肉细胞的运动与细胞膜的流动性有关 D．心肌细胞膜与骨骼肌细胞膜的功能不同只与①有关 4．如图为分泌蛋白的合成和分泌过程，①②表示细胞器。下列有关叙述错误的是（　　） A．图中①表示粗面内质网 B．蛋白质在②处被进一步修饰加工 C．图示分泌蛋白的合成过程中高尔基体膜面积增大 D．蛋白质的分泌过程与细胞膜的流动性有关 5．有效抑制肿瘤细胞的增殖，脂质体是一种类似于细胞膜结构的微型囊泡体，将紫杉醇药物包裹在脂质体内部，能减少药物的使用剂量和降低药物的毒副作用。研究人员在脂质体外包裹上聚乙二醇保护层，并镶嵌上相应的抗体，制造出一种能定向运送药物的“隐形脂质体”（如图）。目前这种“隐形脂质体”已在癌症治疗中得到应用。下列说法正确的是（    ） A．脂质体的主要成分为磷脂，含有C、H、O、N、P B．脂质体中药物A是脂溶性药物，药物B是水溶性药物 C．脂质体与细胞膜的融合体现了细胞膜有一定的流动性 D．脂质体膜上镶嵌的抗体能够特异性识别癌细胞，可减少对正常细胞的伤害 6．生物学研究中常用到对照实验和预实验。下列有关叙述错误的是（    ） A．在进行研究时，有时需要在正式实验前进行一个可减小实验误差的预实验 B．探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度，进行预实验时需要设置空白对照 C．在鲁宾和卡门探究光合作用氧气来源的实验中，两组实验均为实验组 D．切除小鼠甲状腺后再补充甲状腺激素来探究甲状腺激素作用的实验中存在自身前后对照 7（多选）．细胞膜的流动性与其组成成分密不可分，例如有些膜蛋白与膜下细胞骨架相结合，使其流动受细胞骨架的限制。胆固醇对膜的流动性具有调节作用，当磷脂分子运动过快时它可与磷脂分子结合限制其运动，当磷脂分子运动受限时它也可将磷脂分子隔开使其易于流动。下列说法正确的是（    ） A．若增加某些膜蛋白的数量，则膜的流动性可能会降低 B．若用药物阻断细胞骨架的形成，则膜的流动性可能会提高 C．若降低植物细胞膜中胆固醇的数量，则膜的流动性可能会降低 D．胆固醇既可以提高膜的流动性，又可以降低膜的流动性 8．研究人员用一定的分离技术从大鼠肝脏中获得细胞膜碎片和呈小泡状的内质网（粗面内质网），再进一步分离出不同密度的组分，并测定各组分中磷脂、蛋白质和RNA的含量，如下图所示。请回答下列相关问题： (1)研究人员采用 法分离出不同大小颗粒的细胞组分。为了将细胞膜碎片和小泡状内质网分开，采取的措施是 。 (2)研究人员获得了一个密度为1.23g·cm-3的组分，据表分析，该组分 （填“是”或“不是”）小泡状内质网，判断的依据是 。 (3)大鼠肝脏细胞细胞膜的基本支架是 ，其细胞膜上还含有少量的 ，该物质能够调节细胞膜的流动性并参与血液中脂质的运输。 (4)大鼠肝脏细胞含有较多的蛋白质和众多的细胞器，其中高尔基体的主要作用是 ；检测细胞匀浆中是否含有蛋白质，常使用的试剂是 。 9．卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2，每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用纸层析法使标记化合物分离。 实验结果:若光照30s后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物(C3、C4、C5、C6等);若将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中;在5s的光照后，同时检测到了含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。 请根据材料分析下列问题: (1)从CO2到糖类等有机物的转化发生在光合作用的 阶段。若无光照，该转化 （能/否）进行，原因是 。 (2)用纸层析法分离出各种化合物，这种方法的原理是 。 (3)卡尔文猜测实验中最初出现放射性的三碳化合物(C3)是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当 后，发现C5的含量快速升高，由此推测固定CO2的物质不是二碳分子而是C5。卡尔文根据上述实验结果推测出CO2中的C的转移途径为 。 10．同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，生物学上经常使用的同位素有14C、3H、18O、15N、32P、35S等。 (1)20世纪 70年代，科学家詹姆森等在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射3H 标记的亮氨酸。3min后被标记的亮氨酸出现在附有核糖体的 中； 17min 后， 出现在 中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的 中及释放到细胞外的分泌物中。由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径。 (2)1941年，鲁宾和卡门利用18O进行了两组对比实验：第一组为植物提供 ，第二组为相同植物提供于 。在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为 O2，第二组全部为18O2，有力地证明了植物释放的 O2 来自于 。 (3)20世纪 40年代美国生物学家卡尔文等用单细胞的小球藻做实验：用含14C标记的 供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径为光合作用的 阶段。 11．黑藻是多年生沉水植物,适合室内水体绿化,是装饰水族箱的良好材料,全草可做猪饲料,亦可作为绿肥使用,亦能入药,具利尿祛湿之功效,也是生物实验的理想选材。请分析回答下列问题： (1)破坏黑藻细胞质膜后，采用差速离心法分离得到叶绿体，再将叶绿体破坏后分离得到类囊体膜和叶绿体基质，将其分别装入下列试管中，试管①②置于光下，试管③④置于黑暗环境，其他条件保持相同且适宜，含有与光合作用有关酶的试管有 （填序号），经检测有O2产生的试管是 （填序号）。 (2)科研人员模拟了卡尔文循环的实验过程,以期追踪暗反应中的碳的转移途径：在密闭环境中用14C标记的NaHCO3饲喂新制备的黑藻悬浮细胞（其他条件相同且适宜），光照30s后将黑藻细胞迅速加入煮沸的甲醇中，同时检测到了多种带有14C标记的化合物。 ①该实验中的NaHCO3作用主要是 ，将黑藻细胞迅速加入煮沸的甲醇中的目的是使细胞中的代谢停止以便检测 。 ②为确认最先生成的含14C标记化合物种类，科研人员应如何改进实验操作: 。 ③实验发现最先生成含14C标记化合物是C3,有人推测是“CO2+C2→C3”，也有人推测是“CO2+C5→2C3”。但是突然降低14C标记的NaHCO3的浓度，检测发现C5的含量明显升高，由此可以初步确认 。 (3)叶绿体在黑藻细胞内的分布依照光照情况而变化：光照较弱时，叶绿体会聚集到细胞顶面，其意义是 ；如长期处于光照较弱的条件下，叶绿体还会发生的适应性变化有 ；而光照较强时，叶绿体则移到细胞的侧面，以避免强光的伤害，这种叶绿体在细胞内位置和分布受到的动态调控称为叶绿体定位。为验证叶绿体的这种移动和新位置上的“锚定”离不开细胞质基质的微丝骨架的参与，可用相应的化学物质破坏 ，镜检叶绿体定位是否出现异常。 (4)下列物质可用来提取黑藻叶绿体中色素的试剂有 （填字母：a.无水乙醇　b.丙酮　c.健那绿）。叶绿素含量可以根据色素中的Mg的量来计算,其原因是 。 12．科学家对光合作用的研究经历了漫长的探索过程，希尔、鲁宾和卡门、卡尔文等科学家作出了重要贡献。 (1)希尔从细胞中分离出叶绿体，在加入铁盐或其他氧化剂的条件下照光后发现，即使不提供CO2，叶绿体也可以释放O2，这一过程被称为希尔反应。希尔反应证明光合作用可分为 两个阶段。 (2)鲁宾和卡门用同位素标记的方法进一步研究了光合作用中氧气的来源，下图是他们利用小球藻进行光合作用的实验示意图。将甲乙两组同时置于充足的光照条件下，短时间内检测产生的气体A、B中含18O的是B。光照一段时间后，甲乙两组均停止二氧化碳供应，再将其同时置于同一密闭黑暗条件下，一段时间后产生的气体A、B中含18O的是 。 (3)卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2，每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用纸层析法使标记化合物分离。实验结果：若光照30s后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物（C3，C4，C5，C6等）；若将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中；在5s的光照后，同时检测到了含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖（C6）。 请根据材料分析下列问题： ①用纸层析法分离出各种化合物，这种方法的原理是 。 ②卡尔文猜测实验中最初出现放射性的三碳化合物（C3）是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当 后，发现C5的含量快速升高，由此推测固定CO2的物质不是二碳分子而是C5。 (4)某研究小组在CO2浓度为0.03%的适宜温度下，测得某绿色植物CO2的吸收量与光照强度（白光照射）的关系如图甲所示。净光合作用速率可用单位时间内CO2的吸收量表示，假设实验过程中植物的呼吸速率不变。请回答下列问题： ①在P点，产生ATP的场所有 ；在Q点，叶肉细胞中叶绿体和线粒体之间的CO2和O2的交换情况如图乙中的 所示。 ②在光照强度为5klx时，研究小组测得光合作用固定CO2的速率是1mol·h-1，请简要说明该数值是如何测得的？ 。 13．采用特定的方法分离得到小球藻细胞中的叶绿体和线粒体后，进行了如下实验：将叶绿体和线粒体分物加入甲、乙两支试管中，甲试管中盛有适宜浓度的NaHCO3，溶液，乙试管中盛有适宜浓度的丙酮酸溶液，当处于充足光照且其他条件适宜的环境中，两支试管内都会产生气泡。请分析回答： (1)小球藻含丰富的叶绿素，叶绿素位于 ，分离叶绿素的方法是 ，叶绿素主要吸收 光，其分子中含有 （填“Fe”“Ca”或“Mg”）。 (2)从小球藻细胞中分离得到叶绿体和线粒体的常用方法是 。卡尔文用小球藻做实验探明了CO2中碳原子在光合作用中的转移途径是 ，卡尔文所采用的实验方法叫是 。 (3)乙试管中的气泡产生于 （填场所）。 14．图为叶绿体与线粒体部分气体交换示意图，表1为研究叶绿体中发生的光合作用过程。回答下列问题：     反应时间 带14C标记的化合物 30 s 多种 5 s 14C314C514C6 <1 s 90% 14C3 (1)图中B产生O2是通过 （填生理过程）完成的，光能转化为ATP中的化学能是在 （填场所）完成的。 (2)给小球藻提供C18O2和H2O，一段时间后，释放的氧气中含有18O。氧气中含有18O是由于 。 (3)如表，卡尔文利用法进行了如下实验，如表所示，以14CO2作为小球藻光合作用的原料，通过不断缩短用煮沸的甲醇杀死小球藻的时间，再将提取物经过 法进行分离，根据带14C标记的化合物出现时间的先后顺序，推测出了C的转移过程为 （用箭头表示）。 (4)在此实验之后，卡尔文通过类似的实验方法进一步找出了与CO2反应的物质，请根据暗反应中物质的变化规律，推测出卡尔文所用的实验方案（简要写出实验思路即可）。 15．小球藻是一种单细胞的绿藻，它是生物实验室中一种重要的实验植物。美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，发现了有关植物光合作用的“卡尔文循环”，卡尔文因此获得了 1961 年诺贝尔化学奖。如图为卡尔文循环反应示意图。回答下列问题： （1）卡尔文循环的反应场所为 。由图可知，卡尔文循环可分为三个阶段：CO2 的摄取期（羧化阶段）、碳还原期和 RuBP 再生期，结合所学的知识分析，其中属于暗反应中 CO2 的固定阶段的是图中的 CO2 的摄取期，这一步反应的意义是把原本并不活泼的 分子活化；属于暗反应中 C3 的还原阶段的是图中的 ，该阶段所需的 ATP 和 NADPH 来自 ，6 分子 CO2 经过一次循环后最终可得到 分子葡萄糖。 （2）实验人员用小球藻、绿色植物作实验材料，以甲、乙装置来研究光合作用速率（以 CO2 吸收速率表示）与 NaHCO3 溶液浓度之间的关系，实验结果如图丙、丁所示。回答下列问题： ①丙图为甲装置中小球藻的 CO2 吸收速率曲线，c 点以后 CO2 吸收速率下降的最可能原因是 。 ②丁图为乙装置中绿色植物的 CO2 吸收速率曲线，B点以后限制 CO2 吸收速率的主要外界因素是 。若乙装置中的 NaHCO3 溶液的量一定，则随着测试时 间 的 延 长 ， 绿色植物的光合速率逐渐下降，原 因 是 密 闭 的 钟 罩 中 ，此时，叶绿体中的 （填“C3”或“C5”）含量下降。 16．卡尔文给小球藻悬浮液中通入14CO2，光照不同的时间（从1秒到数分钟）后杀死小球藻，提取产物并分析。实验发现，在RuBP羧化酶的作用下，一分子的14CO2首先结合一分子的C5（核酮糖二磷酸RuBP），生成一分子不稳定的C6，随后这一分子的C6分解生成两分子C3（3–磷酸甘油酸），之后3–磷酸甘油酸在NADPH、ATP以及酶的作用下，形成三碳糖，经过一系列复杂的生化反应，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环，剩下的五个碳原子经一系列变化，再生成一个C5，循环重新开始。循环运行六次，生成一分子的葡萄糖。这一过程被称为卡尔文循环，结合材料回答下列问题： （1）卡尔文实验的研究目的是 。该实验的自变量是 ，因变量是 。 （2）在光合作用开始后，二氧化碳可快速转化为许多种类的化合物。若要探究14CO2转化成的第一个产物是否为C6，可对植物进行极短时间的光照，并检测叶绿体中 。 （3）暗反应阶段发生的能量转化过程是 。夏季晴天中午时分，由于气孔关闭， 供应不足，某些植物叶片的光合速率会明显降低。 1 / 28 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题07 分子与细胞相关经典实验 实验概览 实验1 细胞膜的流动性 实验2 恩格尔曼光合作用实验 实验3 鲁宾卡门实验 实验4 卡尔文实验 【实验1 细胞膜的流动性】 1.流动镶嵌模型的基本内容： （1）组成成分： ①磷脂：脂双层为基本骨架（内部疏水，屏障）。 ②蛋白质：镶嵌、嵌入、贯穿于脂双层中（大多数蛋白质是可以运动的）。 ③糖类（少）：分布于细胞表面（由信息传递等功能）。 （2）结构特点：流动性（影响因素是温度: 一定范围内，温度升高，膜流动性加快） （3）功能特点：选择透过性（影响因素是：①内因是生物膜(如细胞膜)上载体的种类和数量；②外因主要是温度、O2、pH等影响呼吸作用的因素。） （4）脂质体：由磷脂分子构成的脂质体,它可以作为药物的运载体,将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中,能在水中结晶的药物被包在 磷脂双分子层 中,脂溶性的药物被包在 两层磷脂分子 之间。由于脂质体是 磷脂双分子层 构成的,到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发生 融合 ,也可能会以 胞吞 的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。 ①脂质体是一种人工膜，是根据磷脂分子可在水中形成稳定磷脂双分子层的原理制成的，是很多药物的理想载体，其结构示意图如图所示。其中的胆固醇有比磷脂更长的尾部，可使膜的通透性降低，对于维持脂质体结构的稳定性有重要作用。 ②能在水中结晶的药物和脂溶性药物分别被包裹在何处？两类药物的包裹位置不相同的原因是什么？ 提示：水溶性药物——包裹在磷脂双分子层内部（甲） 脂溶性药物——包裹在两层磷脂分子之间（乙） 2.小鼠细胞和人细胞融合实验 （1）实验准备 材料：培养细胞（如HeLa细胞）、荧光染料（如NBD-PE或DiI）、PBS缓冲液、显微镜载玻片、盖玻片等。 设备：荧光显微镜、恒温培养箱、离心机、移液器等。 （2） 细胞培养 在培养皿中培养细胞至适当密度。 用PBS缓冲液清洗细胞，去除培养基。 （3）荧光标记 将荧光染料（如NBD-PE或DiI）加入PBS缓冲液，浓度通常为1-10 µM。 将染料溶液加入细胞培养皿，在37°C下孵育10-30分钟。 孵育后，用PBS缓冲液清洗细胞，去除未结合的染料。 （4）荧光漂白恢复（FRAP） 将细胞转移到载玻片上，盖上盖玻片。 使用荧光显微镜选择目标区域，用高强度激光进行光漂白，使该区域荧光消失。 记录漂白区域荧光恢复过程，通常持续几分钟至几十分钟。 （5）数据分析 使用图像分析软件（如ImageJ）测量荧光恢复曲线。 计算荧光恢复率，评估细胞膜流动性。 （6）结果解释 荧光恢复速度快，表明细胞膜流动性高；恢复慢则流动性低。 比较不同条件下的恢复率，分析影响流动性的因素。 （7）注意事项 控制染料浓度和孵育时间，避免过度标记。 保持恒温，避免温度波动影响流动性。 确保显微镜设置一致，避免实验误差。 通过这些步骤，可以准确评估细胞膜的流动性。 3.细胞膜流动性的生理意义 （1）跨膜运输基础：为物质跨膜运输提供了必要条件。例如，在协助扩散和主动运输中，载体蛋白需要在膜内移动来运输相应物质，细胞膜的流动性保证了载体蛋白能够在磷脂双分子层中自由移动，使物质进出细胞得以顺利进行。 （2）胞吞胞吐实现：细胞摄取大分子物质或颗粒性物质依靠胞吞作用，如白细胞吞噬细菌。细胞膜流动性能使细胞膜变形，包裹外界物质形成囊泡进入细胞；而细胞分泌物质时，也依赖细胞膜流动将囊泡中的物质排出细胞，即胞吐过程。 （3）受体移动与识别：膜上的受体蛋白可在膜内移动，当细胞外信号分子与受体蛋白结合后，受体蛋白需要通过在膜内的移动来激活下游信号通路。例如 G 蛋白偶联受体与膜外信号分子结合后，受体构象改变，引发一系列变化都依赖于膜的流动性。 （4）信号传递效率：流动性使信号分子能快速在膜表面扩散，与相应受体结合，提高信号传导的速度和效率，使细胞能够快速对外部信号做出反应，协调细胞的各种生理活动。 （5）免疫识别：在免疫过程中，免疫细胞如 T 细胞、B 细胞等通过细胞膜上的糖蛋白等分子来识别抗原。细胞膜的流动性保证了这些识别分子能够在膜表面自由移动，更好地与抗原结合，启动免疫反应。 （6）细胞间相互作用：细胞之间通过细胞膜表面的蛋白质、糖蛋白等进行相互识别和作用，流动性有助于这些分子在细胞表面的分布和定位，使细胞间的识别更加准确和高效，如精子与卵子的识别与结合。 （7）细胞生长、分化与融合方面 ①细胞生长：细胞生长过程中需要不断地从外界摄取营养物质和排出代谢废物，细胞膜的流动性保证了细胞能够不断地与外界环境进行物质交换，为细胞的生长提供必要的物质基础。 ②细胞分化：细胞分化过程中，细胞膜的成分和流动性会发生变化，这种变化影响着细胞间的信号传递和细胞对信号的响应，从而调控细胞的分化方向和进程。 ③细胞融合：如受精过程中精子和卵子的融合、肌肉细胞形成过程中肌细胞的融合等，都依赖于细胞膜的流动性，使两个细胞的细胞膜能够相互融合，实现细胞的融合过程。 （8）磷脂分子相关 ①脂肪酸链的不饱和程度：饱和脂肪酸链呈直线形，链间排列紧密，如动物脂肪中的棕榈酸和硬脂酸，以此为主要成分的细胞膜流动性小。而不饱和脂肪酸链有双键呈弯曲形，如植物油中的油酸、亚麻酸等，以这类脂肪酸为主要成分的细胞膜，分子间排列疏松，流动性大。像植物在低温环境下，细胞膜中不饱和脂肪酸含量相对增加，就是为了保持膜的流动性。 ②脂肪酸链的长度：长链脂肪酸相变温度高，流动性降低。深海鱼类的细胞膜中含有较多短链不饱和脂肪酸，在深海低温环境下仍能保持较好的流动性，使细胞能正常进行物质交换等生理活动；而一些热带动物细胞膜中长链脂肪酸相对较多，以适应高温环境下对膜稳定性的需求。 ③卵磷脂与鞘磷脂的比例：鞘磷脂粘度比卵磷脂大，若细胞中鞘磷脂含量高，如神经细胞的髓鞘中，膜流动性就低；而在一些代谢活跃、需要频繁进行物质交换和信号传递的细胞，如肝细胞中，卵磷脂含量相对较高，卵磷脂 / 鞘磷脂比值高，膜流动性较大。 （9）膜蛋白 膜蛋白含量和运动方式会影响膜的流动性。膜蛋白嵌入脂双层越多，对磷脂分子的运动限制越大，膜流动性越小。如在一些紧密连接的上皮细胞中，存在大量的跨膜蛋白形成紧密连接结构，限制了膜的流动性，以保证细胞层的屏障功能；而在免疫细胞如巨噬细胞中，膜蛋白可快速移动，便于巨噬细胞通过变形运动来吞噬病原体，其细胞膜流动性相对较大。 （10）温度 温度升高，膜的流动性增加；温度降低，膜的流动性减弱。比如在寒冷的冬天，植物细胞会通过增加不饱和脂肪酸含量等方式来降低膜的相变温度，防止细胞膜因低温而固化，保持一定的流动性以维持细胞正常生理功能；而在夏天高温时，细胞也会通过一些机制适当降低膜的流动性，防止膜过于 fluid123。 4.细胞膜的流动性与选择透过性有以下区别： （1）概念不同 ①流动性：是指细胞膜的脂质分子和蛋白质分子在膜中自由扩散和运动的特性。磷脂双分子层像轻油般的液体，具有流动性，且大多数蛋白质分子也是可以运动的。 ②选择透过性：是指细胞膜能够有选择地让某些物质通过，不让其他物质通过的特性。 （2）特性不同 ①流动性：是细胞膜的结构特点。比如变形虫的胞吞胞吐、受热时膜厚度变化等都体现了细胞膜的流动性8。 ②选择透过性：是细胞膜的功能特点。主要通过膜上载体蛋白有选择地让小分子物质出入细胞等体现，如细胞吸收氨基酸、无机盐等8。 （3）影响因素不同 流动性： ①温度：在一定范围内，温度升高，膜的流动性加大；温度过低，膜流动性下降；温度过高，膜流动性过大，会破坏膜结构。 ②胆固醇含量：适量的胆固醇可以增加膜脂的流动性，但过多会降低流动性，影响膜蛋白的活性。 ③脂肪酸饱和度：饱和脂肪酸含量高，膜流动性小；不饱和脂肪酸含量高，膜流动性大。 选择透过性： ①膜上转运蛋白：转运蛋白的种类和数量决定了能被运输的物质种类和数量，是影响选择透过性的关键因素。 ②能量：主动运输等需要能量的物质运输方式，能量供应情况会影响物质能否通过细胞膜7。 ③膜两侧物质浓度差：在一定程度上影响物质运输的速率和方向，但不是决定选择透过性的根本因素。 作用不同 ①流动性：是细胞进行物质交换、能量转换、信息传递等生命活动的基础。例如，动物细胞融合、植物原生质体融合都依赖细胞膜的流动性。 ②选择透过性：是细胞维持正常代谢活动所必需的，使细胞能够选择性地吸收营养物质，排出代谢废物等，保证细胞内环境的稳定。如植物细胞的质壁分离和质壁分离复原现象，体现了细胞膜的选择透过性对细胞渗透作用的影响。 【实验2 恩格尔曼光合作用实验】 恩格尔曼光合作用经典实验介绍 一、实验原理 实验背景：1880 年，德国科学家恩格尔曼通过实验证明了叶绿体是光合作用的场所，并揭示了光合作用需要光照。 （1）核心思路： ①水绵的结构优势：水绵的叶绿体呈螺旋状分布，便于观察不同部位的反应。 ②好氧细菌的指示作用：好氧细菌会聚集在氧气浓度高的区域，从而间接反映光合作用的强度。 ③光照的控制：通过极细光束照射水绵的局部区域，对比光照区与非光照区的差异。 二、操作步骤 （1）实验材料准备：水绵（新鲜、活性良好）、好氧细菌悬浮液、显微镜、载玻片、盖玻片、三棱镜（可选）。 （2）具体步骤： ①步骤 1：将水绵置于载玻片上，滴加少量培养液，制成临时装片。 ②步骤 2：用极细光束（如激光笔或聚焦手电筒）照射水绵的叶绿体部分，同时设置遮光对照组（用锡箔纸遮挡部分区域）。 ③步骤 3：滴加好氧细菌悬浮液，覆盖盖玻片，避免气泡产生。 ④步骤 4：在显微镜下观察并记录好氧细菌在水绵周围的分布情况。 ⑤拓展实验：若使用三棱镜，可将白光分解为不同波长的光，分析光质对光合作用的影响。 三、注意事项 （1）实验材料处理： ①水绵需提前光照培养以增强活性，避免处于饥饿状态。 ②好氧细菌需新鲜制备，确保对氧气敏感。 （2）操作细节： ①光束需极细且聚焦，避免光照扩散影响实验结果。 ②装片制作时需避免水绵干燥，可滴加少量凡士林密封边缘。 （3）环境控制： ①实验需在黑暗环境中进行，减少自然光干扰。 ②控制温度（约 25℃）以维持酶活性。 四、实验结果及评价 （1）实验现象： ①光照区：好氧细菌大量聚集在叶绿体受光照部位。 ②遮光区：细菌分布稀疏或无聚集。 ③拓展实验：红光和蓝紫光区域细菌最多，绿光区域最少。 （2）结论： ①叶绿体是光合作用的场所，光合作用需要光照。 ②叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少。 （3）实验评价： ①优点：实验设计巧妙，通过细菌分布直观反映氧气产生，证明叶绿体功能。 ②局限性：水绵为低等植物，结论需通过高等植物实验验证。未直接测量氧气浓度，依赖细菌间接指示。 五、实验变量分析 变量类型 具体内容 自变量 光照条件（有无光照、光质 / 波长） 因变量 好氧细菌的分布密度（反映氧气释放量） 无关变量 温度、CO₂浓度、水绵生理状态、光束强度、细菌活性、装片厚度等 控制方法 恒温培养、使用缓冲液维持 CO₂浓度、选择生长状态一致的水绵、统一光束强度等 总结：恩格尔曼实验通过巧妙的设计和严谨的操作，为光合作用的研究奠定了基础。实验中变量控制、对照设置和结果分析的思路，对培养学生科学探究能力具有重要价值。 回扣教材 恩格尔曼的实验： ①极细光束照射水绵：需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位。 ②完全曝光：需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。 实验一结论：叶绿体光合作用释放氧气。 ③用透过三棱镜的光照射水绵：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 实验二结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。 资料1：恩格尔曼实验 实验结论1：叶绿体能吸收光能 用于光合作用释放O2 恩格尔曼实验设计的巧妙之处： (1)实验材料用 水绵和需氧细菌 ，水绵的叶绿体 呈螺旋带状 分布，便于观察，用需氧细菌可确定 释放氧气 的部位。 (2)没有空气的黑暗环境排除了 氧气和光 的干扰。 (3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为 有光照 和 无光照 的部位，相当于一组对比实验。 (4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 综合两个实验可以得出：叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。 资料2 :在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。 实验结论2：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 特别提醒 1.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析： 恩格尔曼的实验示意图 恩格尔曼第二个实验的示意图 (1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是______________。 (2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是________________。 (3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ （1）选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位 （2）排除氧气和极细光束外的其他光的干扰 （3）这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。 2.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 （1）实验思路：________________________________。 （2）预期结果：_____________________________________。 （1）将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带 （2）甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带 【实验3 鲁宾卡门实验】 鲁宾卡门经典实验 一、实验原理 （1）同位素标记法：利用放射性同位素（如 ¹⁸O）追踪物质的来源和去路。 光合作用反应式：6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O 关键假设：氧气（O₂）中的氧原子可能来自水（H₂O）或二氧化碳（CO₂）。 （2）实验设计逻辑： 对照组 1：用 ¹⁸O 标记 H₂O（H₂¹⁸O），正常 CO₂。 对照组 2：用 ¹⁸O 标记 CO₂（C¹⁸O₂），正常 H₂O。 通过检测 O₂中 ¹⁸O 的含量，判断其来源。 二、实验操作步骤 （1）实验材料： ①小球藻（单细胞藻类，光合作用效率高）。 ②同位素标记的 H₂¹⁸O 和 C¹⁸O₂。 ③密闭透明容器、光源、氧气检测设备。 （2）操作流程： ①步骤 1：将小球藻分为两组，分别置于两个密闭容器中。 ②步骤 2：实验组 A：加入 H₂¹⁸O 和普通 CO₂。实验组 B：加入普通 H₂O 和 C¹⁸O₂。 ③步骤 3：给予充足光照，维持适宜温度（如 25℃）。 ④步骤 4：收集两组产生的 O₂，检测其中 ¹⁸O 的比例。 三、实验结果 ①实验组 A（标记 H₂O）：O₂中 ¹⁸O 含量显著升高，与 H₂¹⁸O 中的 ¹⁸O 比例一致。 ②实验组 B（标记 CO₂）：O₂中 ¹⁸O 含量与自然丰度（未标记时）无显著差异。 ③结论：光合作用释放的氧气完全来自水（H₂O），而非二氧化碳（CO₂）。 四、注意事项 ①同位素安全：操作需佩戴防护装备，避免直接接触放射性物质。 ②装置密封性：确保容器密闭，防止外界气体干扰实验结果。 ③光照与温度控制：保持光照强度和温度恒定，避免对光合作用速率产生影响。 ④实验周期：小球藻需提前培养至对数生长期，以保证实验效率。 五、实验评价 ①优点：同位素标记法直观揭示物质转化路径，结论严谨。对照组设计科学，排除其他变量干扰。 ②局限性：同位素成本高，操作复杂，需专业设备。实验条件（如光照、温度）需严格控制，否则影响结果准确性。 六、实验变量分析 变量类型 具体内容 自变量 标记的物质（H₂¹⁸O 或 C¹⁸O₂） 因变量 O₂中 ¹⁸O 的含量 控制变量 光照强度、温度、藻类浓度、CO₂/H₂O 总量 总结：鲁宾卡门实验通过同位素标记法，为光合作用的物质转化提供了直接证据，是生物学史上的经典实验。在教学中可结合动画演示和小组讨论，帮助学生理解科学探究的逻辑与方法。 【实验4 卡尔文实验】 一、实验原理 ①研究目标：探索光合作用中 CO₂的固定路径及碳化合物转化过程（即卡尔文循环）。 ②核心方法：同位素标记法：使用放射性同位素 ¹⁴C 标记 CO₂，追踪其在植物体内的转移路径。纸层析法：分离并检测不同时间点生成的含 ¹⁴C 的化合物。 ③关键假设：植物通过暗反应（不依赖光的反应）将 CO₂转化为有机物，且该过程存在中间产物。 二、实验步骤 （1）实验材料：单细胞绿藻（如小球藻），¹⁴C 标记的 CO₂气体，酒精、纸层析设备、放射性检测仪 （2）操作流程 ①光照处理：将绿藻置于光照条件下，通入 ¹⁴CO₂，使其进行光合作用。 ②暗处理：在不同时间点（如 5 秒、30 秒、2 分钟）将绿藻转移至暗室，终止光反应。 ③杀死细胞：迅速用热酒精杀死细胞，防止酶促反应继续进行。 ④提取与分离：提取细胞内的化合物，通过纸层析法分离不同碳化合物。 ⑤放射性检测：使用扫描仪检测层析纸上的放射性标记，确定含 ¹⁴C 的化合物种类及含量。 三、实验变量分析 变量类型 具体内容 自变量 光照时间（5 秒、30 秒、2 分钟）、CO₂浓度 因变量 含 ¹⁴C 的化合物种类及放射性强度 控制变量 温度、光照强度、绿藻种类与数量 变量控制目的：确保实验结果仅由自变量（光照时间）引起，排除其他因素干扰。 四、实验结果及分析 （1）实验结果 ①5 秒：主要检测到 ³- 磷酸甘油酸（PGA）含 ¹⁴C 标记。 ②30 秒：¹⁴C 出现在 PGA、三碳糖（G3P）、葡萄糖等化合物中。 ③2 分钟：¹⁴C 广泛分布于多种碳化合物，包括 RuBP（核酮糖二磷酸）。 （2）结果分析 ①碳固定路径：CO₂首先与 RuBP 结合生成 PGA（三碳化合物），随后通过一系列反应生成 G3P 和葡萄糖。 ②暗反应存在：暗处理后仍能检测到 ¹⁴C 标记，说明 CO₂的固定不依赖光照。 循环特性：RuBP 在实验后期重新出现，表明其在循环中被再生利用。 （3）结论 卡尔文实验首次揭示了光合作用中 CO₂的固定路径（卡尔文循环），证明暗反应是独立于光反应的碳同化过程。 1.(2021·浙江6月选考)细胞膜的流动镶嵌模型如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.磷脂和糖脂分子形成的磷脂双分子层是完全对称的 B.胆固醇镶嵌或贯穿在膜中利于增强膜的流动性 C.物质进出细胞方式中的被动运输过程与膜蛋白无关 D.有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学信号 【解析】D　磷脂双分子层不包括膜蛋白，是在有水的环境中自发形成的，由磷脂分子的物理性质和化学性质决定的，但具有识别作用的糖脂分子只分布在细胞膜的外侧，故磷脂双分子层是不完全对称的，A错误；磷脂的尾部与胆固醇一起存在于磷脂双分子层的内部，而非镶嵌或贯穿在膜中，且由于胆固醇是“刚性的”，会限制膜的流动性，B错误；物质进出细胞方式中的被动运输包括自由扩散和协助扩散，其中协助扩散需要转运蛋白，即与膜蛋白有关，C错误。 2.（2009·浙江理综）对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，其基本过程： ①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点． ②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）． ③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点． 上述实验不能说明的是（　　） A、细胞膜具有流动性 B、荧光染料能与细胞膜组成成分结合 C、根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率 D、根据荧光恢复的速率可推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率 【解析】C 据题意可知，用激光束照射该细胞表面的某一区域的荧光淬灭后会逐渐恢复，说明被荧光标记的某种化学成分在运动，证明细胞膜具有流动性，故A正确；用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点，说明荧光染料能与细胞膜上的某种组成成分的结合，故B正确；该实验过程中并没有发生物质的跨膜运输，所以从荧光恢复的速率无法推算出物质跨膜运输的速率，故C错误；从荧光消失到恢复的这段过程可以计算出荧光恢复的速率，同时也可以根据荧光恢复的速率推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率. 3.(2022·湖南卷，13)在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是(　　) A.叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少 B.光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的 CO2量 C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低 D.光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降 【解析】AD　夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，而非叶绿体内膜上，C错误；夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D正确。 4．（2021·广东·高考真题）在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是（    ） A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 【解析】D Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。 5．（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是 过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 和 （填生理过程）。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 。据图3中的数据 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 。 【解析】（1）在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。 （2）有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。 （3）由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程，因此与WT相比，株系1和2的净光合速率较高。总光合速率=净光合速率+呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，因此无法得出呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。 （4）由图2、图3可知，与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。 【答案】(1)CO2的固定 (2) 细胞质基质 线粒体基质 (3) 光呼吸 呼吸作用 7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 不能 总光合速率=净光合速率+呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，无法得出呼吸速率， (4)与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 5.(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________，又能保证____________正常进行。 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 【解析】　(1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天储存在液泡中的苹果酸脱羧释放出CO2可用于光合作用，同时叶肉细胞也进行呼吸作用，呼吸作用释放出来的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水；夜间气孔打开吸收CO2，通过生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸脱羧释放的CO2为光合作用的进行提供原料，保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式，根据题干信息晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性，由白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。 【答案】(1)叶绿体、细胞质基质、线粒体　细胞呼吸 (2)蒸腾作用过强导致植物失水　光合作用 (3)实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天 6．（2023·全国·高考真题）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K⁺．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。 (1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 （答出2点即可）等生理过程。 (2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是 。 (3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 。 (4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 （填“能”或“不能”）维持一定的开度。 【解析】（1）气孔是植物体与外界气体交换的通道，光合作用、呼吸作用与蒸腾作用中氧气、二氧化碳和水蒸气都是经过气孔进出植物叶肉细胞的，故气孔开闭影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理过程。 （2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的有机物，使细胞的渗透压，促进保卫细胞吸水，细胞体积膨涨，气孔开放。 （3）题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高了细胞的渗透压，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开放，因此，在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大。 （4）保卫细胞渗透压的调节有光合作用产生有机物的因素，还有非光合作用因素----蓝光照射引起钾离子的吸收。所以当光合作用被阻断，钾离子在蓝光的调节下仍可以进入细胞，提高细胞的渗透压，引起细胞吸水，气孔维持一定开度。 【答案】(1)光合作用和呼吸作用。 (2)叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光合作用制造有机物，使保卫细胞的渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔开放。 (3)蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔张开。 (4)能 A组 基础练 1.荧光漂白恢复技术在细胞生物学中有着非常重要的应用，包括三个步骤:将绿色荧光蛋白共价结合在膜蛋白上，细胞膜呈现一定强度的绿色；激光照射漂白膜上部分区域绿色荧光， 被照射部分荧光蛋白将不会再发出荧光；检测漂白部位荧光再现速率。实验过程如下图甲，结果如图乙。下列说法错误的是 A. 图乙结果说明细胞膜具有一定的流动性 B. 应用该技术可以测定膜上单个蛋白质的流动速率 C. 降低实验温度，漂白区域荧光强度恢复到F2的时间将延长 D. 理论分析，源白区域恢复足够长的时间荧光强度F2仍小于F1 【解析】B 由题意可知，激光处理会使照射部位绿色荧光消失，过一段时间后，荧光强度又可以恢复，说明细胞膜具有一定的流动性。图乙中，激光照射部位荧光强度先降后升，说明细胞膜具有一定的流动性，A正确；应用该技术可以测定膜蛋白整体的流动速率，不能测定单个蛋白质的流动速率，B错误；降低实验温度，细胞膜的流动性会减慢，漂白区域荧光强度恢复到F2的时间将延长，C正确；由于激光照射导致一部分荧光消失，故理论分析，源白区域恢复足够长的时间荧光强度F2仍小于F1，D正确。 对某动物细胞进行荧光标记实验，如图所示，其基本过程：①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失） 2．生物科学史蕴含着科学家的思维和智慧。下列有关经典实验的叙述错误的是（　　） A．恩格尔曼实验发现叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用 B．希尔的实验说明了水的光解与糖的合成属于同一个化学反应 C．小鼠细胞和人细胞融合实验运用了荧光染料标记技术 D．欧文顿用多种化学物质对植物细胞的通透性进行实验，推测细胞膜是由脂质组成的 【解析】B 恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，由此证明叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用释放氧气，A 正确；希尔发现，在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放氧气，希尔的实验说明了水的光解与糖的合成不属于同一个化学反应，B错误；1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧 光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子；这一 实验以及相关的其他实验证据表明，细胞膜具有流动性，C正确；1895 年， 欧文顿用 500 多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞 膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。据此推测：细胞膜是由脂质组成的，D正确。 3．在光合作用的探索历程中，许多科学家设计了巧妙的实验。下列说法错误的是（    ） A．鲁宾和卡门通过实验证明光合作用释放的氧气中的氧来自二氧化碳 B．恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光 C．离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气，称作希尔反应 D．阿尔农发现，在光照下叶绿体可合成ATP，此过程总伴随着水的光解 【解析】A 鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O 和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2，在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2，证明光合作用释放的氧气中的氧来自水，而不是来自二氧化碳，A错误；恩格尔曼用透过三棱镜的光照射含有水绵和需氧细菌的临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光，B正确；英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应，C正确；美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随，D正确。 4．根据科学家对光合作用的探索历程部分实验的分析，下列有关叙述正确的是（    ） A．希尔反应模拟了叶绿体光合作用中的光反应阶段，说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水 B．鲁宾和卡门通过两组对比实验证明了光合作用释放的氧气来自H2O而不来源于CO2，并检测到了具有放射性的18O2 C．阿尔农的实验说明ATP的合成总是与水的光解相伴随 D．希尔反应中氧化态电子受体变为还原态电子受体，其实质是NADP+与H+结合形成NADH 【解析】C 该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移，故不能证明氧气中的氧全部来自于水，A错误；18O是一种稳定同位素，不属于放射性同位素，B错误；阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随，C正确；希尔反应中氧化态电子受体变为还原态电子受体，其实质是NADP+与H+结合形成NADPH，D错误。 5．生物科学的进步离不开科学技术的发展，下列实验中科学家没有使用同位素标记法的是：（    ） A．探究豚鼠胰腺细胞分泌蛋白的合成和运输过程 B．希尔通过实验说明水的光解会产生氧气 C．卡尔文通过实验探明了中的碳在光合作用中转化为有机物中碳的途径 D．鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧气来自于水 【解析】B 科学家利用同位素标记法对探究豚鼠胰腺细胞分泌蛋白的合成和运输过程，发现3H标记的亮氨酸在细胞内出现的先后顺序分别是核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜外，A不符合题意；希尔在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气，没有用到同位素标记法，B符合题意；卡尔文利用同位素标记法探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即14CO2→14C3→(14CH2O)，C不符合题意；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，即H218O→4[H] +18O2，D不符合题意。 6．下列关于光合作用发现历程的叙述，错误的是 A．普利斯特利通过实验证明了植物可以更新空气 B．恩格尔曼通过实验证明了叶绿体是光合作用的场所 C．鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧来自CO2 D．萨克斯通过实验证明了绿色叶片光合作用中产生了淀粉 【解析】C 普利斯特利通过玻璃钟罩实验证明了植物可以更新空气，A正确；恩格尔曼通过利用海绵和好氧细菌实验证明了叶绿体是光合作用的场所，B正确；鲁宾和卡门通过同位素标记实验证明了光合作用释放的氧来自水，C错误；萨克斯通过饥饿处理叶片和碘液检测实验证明了绿色叶片光合作用中产生了淀粉，D正确。 7．美国科学家卡尔文等用小球藻做实验，探明了CO2中的碳在光合作用中转化为有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。随着研究的深入，发现卡尔文循环为植物光合作用的基本途径。示意图如下： 下列相关叙述错误的是（　　） A．卡尔文循环的整个过程发生在叶绿体基质中 B．光反应产生的ATP可用于卡尔文循环的还原和更新阶段 C．加速蔗糖和淀粉输出细胞可在一定程度上提高光合速率 D．若突然停止光照，则短时间内叶绿体中RuBP的含量将增加 【解析】D 卡尔文循环的整个过程发生在叶绿体基质中，A正确；由图可知，光反应产生的ATP可用于卡尔文循环的还原和更新阶段，B正确；蔗糖和淀粉是光合作用的产物，加速产物的输出，可在一定程度上提高光合速率，C正确；若突然停止光照，则光反应停止，NADPH和ATP合成减少，C3的还原受阻，但短时间内CO2的固定仍在正常进行，故C5减少，C3增多，D错误。 8．科学家们历经一个半世纪，做了许多实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。下列有关几个著名实验的相关叙述，错误的是（    ） A．萨克斯证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉 B．卡尔文的实验，最终探明了光合作用需要原料CO2 C．恩格尔曼证明了光合作用的场所是叶绿体和光照下O2是由叶绿体释放的 D．鲁宾和卡门利用放射性同位素同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O 【解析】B 萨克斯的实验利用碘蒸气检测了淀粉的产生情况，证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉，A正确；卡尔文在实验过程中，已知二氧化碳是光合作用的原料，通过同位素标记法，证明CO2中的C的去向，最终转移到有机物中，B错误；恩格尔曼的实验中，利用好氧细菌观察水绵光合作用生成氧气的部位，发现好氧细菌集中在叶绿体被光照射的区域，证明光合作用的场所是叶绿体和光照下O2是由叶绿体释放的，C正确；鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记CO2和H2O，进行对比实验，证明了光合作用产生的氧气全部来自于H2O，而非CO2，D正确。 9．下列有关实验的叙述，正确的是（ ） A．通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌呼吸方式 B．恩格尔曼的水绵实验和卡尔文的小球藻实验均用到同位素标记 C．制备细胞膜的实验中，置于清水中的红细胞细胞质的浓度逐渐变小直至涨破 D．验证光合作用需要光照的实验中，需将叶片的一半遮光，以控制无关变量 【解析】C 酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，所以不能通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式，A错误；恩格尔曼的水绵实验没有用到同位素标记，B错误；制备细胞膜实验中，置于清水中的红细胞细胞质的浓度逐渐变小直至涨破，C正确；验证光合作用产物是淀粉的实验中，需将叶片的一半遮光，以控制无关变量。 10（多选）．为了探索光合作用原理，科学家进行了一系列的实验，以下实验方法和结论正确的是（　　） A．恩格尔曼通过实验发现叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用 B．希尔的实验表明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应 C．鲁宾和卡门采用放射性同位素标记法证明氧气中的氧全部来自水 D．卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳 【解析】ABD 恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，表明叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用释放氧气，A正确；希尔的实验中没有加入CO2，但仍有氧气释放，表明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应，B正确；同位素18O没有放射性，C错误；卡尔文用14C标记CO2，追踪放射性14C的去向，探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳，D正确。 11．荧光漂白恢复技术在细胞生物学中具有重要的应用，包括三个步骤：荧光染料与膜上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定强度的荧光；激光照射淬灭（漂白）膜上部分荧光；检测淬灭部位荧光再现速率。实验过程如图甲，结果如图乙所示。 （1）本实验所采用的实验方法是 ，其实验现象有力的反驳了罗伯特森的 观点。 （2）研究发现，若去除动物细胞膜中的胆固醇，膜结构上蛋白质分子停泊的“平台”拆解，淬灭区域荧光恢复到F2的时间缩短，说明胆固醇对膜中分子运动具有 作用（促进或抑制）。 （3）降低温度，淬灭区域荧光强度恢复到F2的时间则会 （延长或缩短）；在适宜温度下，F2后再进行一次激光照射淬灭，请在图中展示出再次淬灭及之后的荧光强度变化 。 （4）细胞膜的出现是原始生命向细胞进化所获得的重要形态特征之一，是生命物质外面出现了一层膜性结构。请结合所学的知识，从“生命系统”的角度分析细胞膜出现的意义 。 （5）细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白和通道蛋白。1988年，彼德·阿格雷从人红细胞及肾小管细胞的膜中分离出一种“水通道蛋白”——CHIP28。 请利用纯磷脂制成“脂质体”作为细胞模型，设计甲和乙两组实验验证CHIP28是一种“水通道蛋白”。 （注：①乙组为对照组；②已知“脂质体”置于清水中一段时间后，其形态、体积都没有变化。） 实验思路： 。 预期实验结果： 。 实验结论： 。 【解析】（1）荧光漂白恢复技术中，首先需要将荧光染料与蛋白质结合，这个就是运用荧光标记的方法，淬灭后部分又出现荧光，说明膜具有一定的流动性，反驳了罗伯特森的静态统一的观点。 （2）胆固醇是是构成动物细胞膜的成分之一，可以稳定膜的流动性。结合题干信息，除去胆固醇，淬灭区恢复时间变短，说明胆固醇降低了膜的流动性，即胆固醇对膜中分子运动具有抑制作用。 （3）温度会影响分子运动，低温时分子运动降低，故而淬灭区之外的荧光蛋白移动到淬灭区时间延长。同时，随着激光淬灭处理的次数增加，荧光蛋白的分子数量越少，荧光强度将减弱，图如下： （4）结合题干，生命物质外面出现膜结构，从而出现最小的生命系统，那么，细胞膜就是该系统的边界。 （5）实验设计遵循单一变量原则和对照性原则分析。实验目的是验证CHIP28是一种“水通道蛋白”，应进行有无CHIP28的对照实验，因变量是“脂质体”的形态、体积的变化。 实验思路：可将“脂质体”均分为两组，分别标记为实验组甲、对照组乙，在甲组中加入CHIP28。将甲乙两组置于清水中，一段相同时间后，观察并比较甲乙两组“脂质体”体积变化情况。 预期实验结果：由于水通道蛋白能加快水的运输，预测甲组脂质体吸水速率更快，甲组“脂质体”体积大于乙组。 实验结论：含有CHIP28的脂质体体积变化更快，说明 CHIP28是一种“水通道蛋白”。 【答案】（1）荧光标记 静态统一 （2）限制（或降低） 延长 （3） 细胞膜是（最小生命系统）系统的边界 将“脂质体”均分为两组，分别标记为实验组甲、对照组乙，在甲组中加入CHIP28。将甲乙两组置于清水中，一段相同时间后，观察并比较甲乙两组“脂质体”体积变化情况 预期实验结果：甲组“脂质体”体积大于乙组 实验结论： CHIP28是一种“水通道蛋白” 【分析】荧光染料与膜上的蛋白质结合，细胞膜上呈现一定强度的荧光；激光照射淬灭（漂白）膜上部分荧光，淬灭部位荧光再现速率反映了细胞膜上蛋白质的移动速率。 12．德国科学家恩格尔曼利用一种绿藻（这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体）研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一张载有细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移向氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如下图所示：    (1)描述B情况下细菌的分布情况如何： ，如此分布是因为光合作用释放了 。 (2)该实验证实了光合作用的场所是 ，吸收光能的色素分布在 。 (3)恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是找出不同颜色的光对光合作用的影响，在 点的细菌特别多。 【解析】（1）B状态光照条件下，叶绿体受光均匀，叶绿体进行光合作用，生成O2，所以好养菌分布在带状叶绿体周围； （2）通过螺旋状的叶绿体与好养细菌的关系可以看出进行光合作用的场所在叶绿体上，吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体的薄膜上。 （3）C图控制的是不同光质作用于叶绿体，目的是探究不同光质对光合作用的影响；实验中主要有红、绿、蓝三区，而在红光和蓝光光点的好氧细菌远远多于绿光光点。 【答案】(1)细菌集中分布在叶绿体周围 O2 (2)叶绿体 类囊体的薄膜 (3)红光和蓝光 13．阅读下列材料，请完成以下探究过程： 材料1　1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。 材料2　如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图（鲁宾、卡门实验）。 材料3　1946年后，美国的卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物（C3）中。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。 (1)材料1希尔的实验说明水的光解产生氧气，能否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ (2)材料2鲁宾、卡门实验的实验思路：用 法来研究光合作用中氧气的来源。实验结论：光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自 。 (3)材料3卡尔文的实验，14C标记的CO2进入叶绿体后，最先出现放射性的物质是 ，卡尔文循环的过程需要光反应为其提供 。上述实验中卡尔文是通过控制 来探究CO2中碳原子转移路径的。 【解析】（1）将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出，希尔实验不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，因为该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。希尔反应没用放入CO2，而糖的生成必须需要CO2，故能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，因为悬浮液中没有合成糖的另一种必需原料——CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联。 （2）鲁宾和卡门利用了同位素标记法，用18O分别标记了水和二氧化碳，证明了光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自于水。 （3）CO2被C5固定形成C3，14C标记的CO2进入叶绿体后，最先出现放射性的物质是三碳化合物；光反应产生ATP和NADPH，ATP可为暗反应提供能量，NADPH可为暗反应提供能量也可做还原剂。卡尔文控制了反应时间，在不同的反应时间得到了不同的产物。 【答案】(1)希尔实验不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，因为该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。希尔反应能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，因为悬浮液中没有合成糖的另一种必需原料——CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联 (2) 同位素示踪 水 (3) 三碳化合物（C3） ATP和NADPH 反应时间 14．光合作用的探索历程伴随着许多经典研究和发现，阅读以下材料，分析回答问题： (1)1941年，鲁宾和卡门用小球藻做了三组实验，每一组提供给小球藻的水和碳酸氢盐中都含有比例不等的18O，分析每组产生的氧气中18O比例，结果如下表所示： 水中18O比例 碳酸氢盐中的18O的比例 产生的氧气中的18O比例 实验1 0.85% 0.61% 0.86% 实验2 0.20% 0.40% 0.20% 实验3 0.20% 0.57% 0.20% 实验中碳酸氢盐的作用是 ，从实验结果可以得出的实验结论是 。 (2)20世纪40年代，卡尔文发现，光照下小球藻叶绿体中C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。若突然停止光照， （填“C3”或“C5”）的浓度急速升高，同时 （填“C3”或“C5”）的浓度急速降低。若突然中断CO2的供应，C5开始积累，C3却几乎消失了，由此得出结论，C5是 的物质。 (3)某兴趣小组参考高中课本中“绿叶中色素提取和分离”实验，用 （试剂）溶解，并用 法分离，分离色素的原理是不同色素在层析液中的 不同，随层析液在滤纸上扩散的速度不同。该兴趣小组想通过实验验证菠菜与水稻的叶绿素含量存在差异，请简要写出相关的实验思路 。 【解析】（1）光合作用需要消耗二氧化碳，碳酸氢盐可以为小球藻提供CO2，二氧化碳可作为暗反应的原料；从表格中看出，O2中18O的比例与水中18O比例相同，故可得出结论：光合作用产生的氧气中的氧全部来自于水。 （2）若突然停止光照，光反应不能进行，无ATP和NADPH产生，影响C3的还原和C5的产生，而CO2的固定仍然进行，即C5的消耗以及C3的合成仍然进行，故C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低；若突然中断CO2的供应，光反应产生ATP和NADPH不变，C3的还原不变，而CO2的固定因缺少原料不能进行，会使C5的量积聚起来，C3消失，由此得出结论，固定CO2的物质是C5。 （3）色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水酒精等提取色素；不同色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的速度不同，故可用纸层析法分离色素；欲通过实验验证菠菜与水稻的叶绿素含量存在差异，可取同等重量的两种植物叶片，通过分离色素实验，观察对比叶绿素色素带的宽度来验证。具体实验设计思路及结果：分别称取等量的两种植物叶片，分别提取色素，再用纸层析法进行分离，比较叶绿素a、叶绿素b色素带的宽度。 【答案】(1) 提供二氧化碳 光合作用产生的氧气中的氧全部来自于水 (2) C3 C5 固定CO2的物质 (3) 无水酒精（乙醇） 纸层析 溶解度 分别称取等量的两种植物叶片，分别提取色素，再用纸层析法进行分离，比较叶绿素a、叶绿素b色素带的宽度 B组 提升练 1．Simons在流动镶嵌模型基础上提出脂筏模型（如下图所示），脂筏是一种相对稳定、分子排列较紧密、流动性较低的结构。脂筏可以参与信号转导，细菌及其毒素等可利用细胞表面的锚定蛋白等受体进入宿主细胞。下列有关说法错误的是（　　） A．该图所示细胞膜的结构模型为物理模型 B．脂筏的存在会增强细胞膜的流动性 C．在图示细胞膜的结构模型中，代表细胞膜外侧的是B D．脂筏可能在细胞间的信息交流过程中发挥重要作用 【解析】B 认识对象的特征，这种模型就是物理模型。该图所示的细胞膜结构模型属于图画形式，所以是物理模型，A正确；根据文本信息“脂筏是一种相对稳定、分子排列较紧密、流动性较低的结构”，可知脂筏的存在会降低细胞膜的流动性，而不是增强，B错误；在细胞膜的结构中，糖蛋白位于细胞膜外侧，图中B侧有糖蛋白，所以代表细胞膜外侧的是B，C正确；由“脂筏可以参与信号转导”可知，脂筏可能在细胞间的信息交流过程中发挥重要作用，因为信号转导与细胞间信息交流密切相关，D正确。 2．温度降低到一定程度时，细胞膜会发生相变，即从流动的液晶态转变为固化的凝胶态。细胞膜中不饱和脂肪酸链比值越高，相变温度越低。下列相关叙述错误的是（　　） A．细胞膜的流动性对细胞的生长、分裂至关重要 B．温度不但影响细胞膜的结构特点，还影响细胞膜的功能特点 C．深海鱼可以常年生活在冷水环境中，与不饱和脂肪酸比值高有关 D．正常发育温度下，向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞 【解析】D 细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都非常重要，A正确；温度不但影响细胞膜的结构特点-流动性，还影响细胞膜的功能特点-选择透过性，B正确；深海鱼可以常年生活在冷水环境中，与不饱和脂肪酸比值高有关，不饱和脂肪酸含量越高，膜的流动性越强，越能适应低温环境，C正确；因为细胞膜具有流动性，正常发育温度下，向细胞内注射物质后，细胞膜上不会留下一个空洞，D错误。 3．下图是某肌肉细胞细胞膜的结构示意图。下列有关该结构叙述正确的是（    ） A．②在肌肉细胞细胞膜两侧分布是均匀的 B．图中②③共同构成肌肉细胞膜的基本支架 C．肌肉细胞的运动与细胞膜的流动性有关 D．心肌细胞膜与骨骼肌细胞膜的功能不同只与①有关 【解析】C ②是蛋白质，在细胞膜上的分布是不对称的，有的蛋白质镶在表面、有的蛋白质嵌入磷脂双分层中、有的蛋白质贯穿整个磷脂双分子层，A错误；③是磷脂双分子层，构成细胞膜的基本支架，B错误；细胞膜的流动性有利于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等生命活动，肌肉细胞的运动与细胞膜的流动性有关，C正确；细胞膜功能的复杂程度取决于蛋白质的种类和数量，不同生物的细胞膜上①和③蛋白质的种类和数量可能不相同，D错误。 4．如图为分泌蛋白的合成和分泌过程，①②表示细胞器。下列有关叙述错误的是（　　） A．图中①表示粗面内质网 B．蛋白质在②处被进一步修饰加工 C．图示分泌蛋白的合成过程中高尔基体膜面积增大 D．蛋白质的分泌过程与细胞膜的流动性有关 【解析】C 图中①表示粗面内质网，是蛋白质加工和折叠的场所，A正确；蛋白质在②高尔基体中被进一步被修饰、加工，B正确；分泌蛋白的合成过程中高尔基体的膜面积基本不变，细胞膜的面积增大，C错误；蛋白质的分泌方式为胞吐，这过程与细胞膜的流动性有关，D正确。 5．有效抑制肿瘤细胞的增殖，脂质体是一种类似于细胞膜结构的微型囊泡体，将紫杉醇药物包裹在脂质体内部，能减少药物的使用剂量和降低药物的毒副作用。研究人员在脂质体外包裹上聚乙二醇保护层，并镶嵌上相应的抗体，制造出一种能定向运送药物的“隐形脂质体”（如图）。目前这种“隐形脂质体”已在癌症治疗中得到应用。下列说法正确的是（    ） A．脂质体的主要成分为磷脂，含有C、H、O、N、P B．脂质体中药物A是脂溶性药物，药物B是水溶性药物 C．脂质体与细胞膜的融合体现了细胞膜有一定的流动性 D．脂质体膜上镶嵌的抗体能够特异性识别癌细胞，可减少对正常细胞的伤害 【解析】B 由图可以直接看出，脂质体的基本结构是磷脂单分子层，主要成分为磷脂，含有C、H、O、N、P等，A正确；图中药物A位于脂质体内部，接近磷脂分子的头部，为水溶性药物，药物B位于磷脂双分子层中，接近磷脂分子的尾部，为脂溶性药物，B错误；脂质体基本支架是磷脂双分子层，可以与细胞膜融合，因为磷脂分子具有流动性，即脂质体与细胞膜的融合体现了细胞膜有一定的流动性，C正确；识图分析可知，图中脂质体中加入了抗体，利用抗体与抗原特异性结合的原理，抗体的存在能将药物定位在靶细胞的部位，减少对正常细胞的伤害，D正确。 6．生物学研究中常用到对照实验和预实验。下列有关叙述错误的是（    ） A．在进行研究时，有时需要在正式实验前进行一个可减小实验误差的预实验 B．探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度，进行预实验时需要设置空白对照 C．在鲁宾和卡门探究光合作用氧气来源的实验中，两组实验均为实验组 D．切除小鼠甲状腺后再补充甲状腺激素来探究甲状腺激素作用的实验中存在自身前后对照 【解析】A 在进行科学研究时，有时需要在正式实验前进行一个预实验，预实验可以为进一步的实验摸索条件，也可以检验实验设计的科学性和可行性，但不能减小误差，A错误；探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度时．预实验需要设置空白对照，以初步确定促进或抑制的生长素浓度范围，B正确；在鲁宾和卡门探究光合作用氧气来源的实验中，属于对比试验，两组实验均为实验组，C正确；切除小鼠甲状腺后再补充甲状腺激素来探究甲状腺激素作用的实验存在自身前后对照，D正确。 7（多选）．细胞膜的流动性与其组成成分密不可分，例如有些膜蛋白与膜下细胞骨架相结合，使其流动受细胞骨架的限制。胆固醇对膜的流动性具有调节作用，当磷脂分子运动过快时它可与磷脂分子结合限制其运动，当磷脂分子运动受限时它也可将磷脂分子隔开使其易于流动。下列说法正确的是（    ） A．若增加某些膜蛋白的数量，则膜的流动性可能会降低 B．若用药物阻断细胞骨架的形成，则膜的流动性可能会提高 C．若降低植物细胞膜中胆固醇的数量，则膜的流动性可能会降低 D．胆固醇既可以提高膜的流动性，又可以降低膜的流动性 【解析】ABD 有些膜蛋白与膜下细胞骨架相结合，使其流动受细胞骨架的限制，若增加某些膜蛋白的数量，则膜的流动性可能会降低，A正确；膜的流动性受到细胞骨架的限制，若用药物阻断细胞骨架的形成，则膜的流动性可能会提高，B正确；植物细胞膜中没有胆固醇，只有动物细胞膜中才有胆固醇，C错误；胆固醇对膜的流动性具有调节作用，当磷脂分子运动过快时它可与磷脂分子结合限制其运动，当磷脂分子运动受限时它也可将磷脂分子隔开使其易于流动，D正确。 8．研究人员用一定的分离技术从大鼠肝脏中获得细胞膜碎片和呈小泡状的内质网（粗面内质网），再进一步分离出不同密度的组分，并测定各组分中磷脂、蛋白质和RNA的含量，如下图所示。请回答下列相关问题： (1)研究人员采用 法分离出不同大小颗粒的细胞组分。为了将细胞膜碎片和小泡状内质网分开，采取的措施是 。 (2)研究人员获得了一个密度为1.23g·cm-3的组分，据表分析，该组分 （填“是”或“不是”）小泡状内质网，判断的依据是 。 (3)大鼠肝脏细胞细胞膜的基本支架是 ，其细胞膜上还含有少量的 ，该物质能够调节细胞膜的流动性并参与血液中脂质的运输。 (4)大鼠肝脏细胞含有较多的蛋白质和众多的细胞器，其中高尔基体的主要作用是 ；检测细胞匀浆中是否含有蛋白质，常使用的试剂是 。 【解析】（1）研究人员采用差速离心法分离出不同大小颗粒的细胞组分。为了将细胞膜碎片和小泡状内质网分开，采取的措施密度梯度离心，因为细胞膜碎片和小泡状内质网因密度不同，可通过密度梯度离心法分开，使细胞组分根据自身密度分布在不同的位置，从而实现分离。 （2）密度为1.23g·cm-3的组分主要含有RNA，核糖体的成分主要是RNA和蛋白质，所以该组分是小泡状内质网（粗面内质网）。 （3）大鼠肝脏细胞细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，其细胞膜上还含有少量的糖类，该物质能够调节细胞膜的流动性并参与血液中脂质的运输。 （4）大鼠肝脏细胞含有较多的蛋白质和众多的细胞器，其中高尔基体的主要作用是对来自内质网的蛋白质进行进一步的加工、分类、包装车间以及发送站；检测细胞匀浆中是否含有蛋白质，常使用的试剂是双缩脲试剂。 【答案】(1) 差速离心 密度梯度离心 (2) 是 密度为1.23g·cm-3的组分主要含有RNA，核糖体的成分主要是RNA和蛋白质，所以该组分是小泡状内质网（粗面内质网） (3) 磷脂双分子层 糖类 (4) 对来自内质网的蛋白质进行进一步的加工、分类、包装车间以及发送站 双缩脲试剂 9．卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2，每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用纸层析法使标记化合物分离。 实验结果:若光照30s后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物(C3、C4、C5、C6等);若将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中;在5s的光照后，同时检测到了含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。 请根据材料分析下列问题: (1)从CO2到糖类等有机物的转化发生在光合作用的 阶段。若无光照，该转化 （能/否）进行，原因是 。 (2)用纸层析法分离出各种化合物，这种方法的原理是 。 (3)卡尔文猜测实验中最初出现放射性的三碳化合物(C3)是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当 后，发现C5的含量快速升高，由此推测固定CO2的物质不是二碳分子而是C5。卡尔文根据上述实验结果推测出CO2中的C的转移途径为 。 【解析】（1）从CO2到糖类等有机物的转化包括二氧化碳的固定和C3的还原，是暗反应过程；光反应和暗反应相互影响，若无光照，则没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应的转化过程也无法进行； （2） 由于不同化合物在层析液中的溶解度不同，导致在滤纸条上的扩散速度不同，故可用纸层析法分离各种化合物，如色素。 （3）要探究C5是不是光合作用中固定CO2的物质，需要不同条件下C5含量的变化，可以控制反应原材料或所需条件来调节光合作用，故卡尔文的实验中，当突然停止供应CO2后，发现C5的含量快速升高，可推测固定CO2的物质不是二碳分子而是C5。卡尔文根据上述实验结果推测出CO2中的C的转移途径为：CO2→C3→（CH2O）。 【答案】(1) 暗反应 否 没有光反应为其提供ATP和NADPH (2)不同化合物在层析液中的溶解度不同，导致在滤纸条上的扩散速率不同 (3) 突然停止CO2供应 CO2→C3→（CH2O） 10．同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，生物学上经常使用的同位素有14C、3H、18O、15N、32P、35S等。 (1)20世纪 70年代，科学家詹姆森等在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射3H 标记的亮氨酸。3min后被标记的亮氨酸出现在附有核糖体的 中； 17min 后， 出现在 中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的 中及释放到细胞外的分泌物中。由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径。 (2)1941年，鲁宾和卡门利用18O进行了两组对比实验：第一组为植物提供 ，第二组为相同植物提供于 。在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为 O2，第二组全部为18O2，有力地证明了植物释放的 O2 来自于 。 (3)20世纪 40年代美国生物学家卡尔文等用单细胞的小球藻做实验：用含14C标记的 供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径为光合作用的 阶段。 【解析】（1）20世纪70年代，科学家詹姆森等在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，实验过程中发现，3min后被标记的亮氨酸出现在附有核糖体的内质网中；17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的囊泡中及释放到细胞外的分泌物中。由此发现了分泌蛋白的合成与分泌途径。即过程为：核糖体合成蛋白质→内质网进行粗加工→高尔基体进行再加工形成成熟的蛋白质→细胞膜，整个过程还需要线粒体提供能量。 （2）1941年，鲁宾和卡门利用18O进行了两组对比实验：第一组为植物提供H2O 和C18O2，第二组为相同植物提供H218O 和CO2。在其他条件相同情况下，分析出第一组释放的氧气全部为O2，第二组全部为18O2，根据同位素的走向可有力地证明了植物释放的O2来自于H2O。 （3）20世纪40年代美国生物学家卡尔文等用单细胞的小球藻做实验：在有光条件下，用14C标记CO2进入细胞后，首先在叶绿体基质发生反应，在该结构中含14C的系列产物有14C3、（14CH2O）。最终探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径为14CO2→14C3→（14CH2O），这一途径称为卡尔文循环，即暗反应阶段。 【答案】(1) 内质网 高尔基体 囊泡 (2) H2O和C18O2 H218O和CO2 H2O (3) CO2 暗反应 11．黑藻是多年生沉水植物,适合室内水体绿化,是装饰水族箱的良好材料,全草可做猪饲料,亦可作为绿肥使用,亦能入药,具利尿祛湿之功效,也是生物实验的理想选材。请分析回答下列问题： (1)破坏黑藻细胞质膜后，采用差速离心法分离得到叶绿体，再将叶绿体破坏后分离得到类囊体膜和叶绿体基质，将其分别装入下列试管中，试管①②置于光下，试管③④置于黑暗环境，其他条件保持相同且适宜，含有与光合作用有关酶的试管有 （填序号），经检测有O2产生的试管是 （填序号）。 (2)科研人员模拟了卡尔文循环的实验过程,以期追踪暗反应中的碳的转移途径：在密闭环境中用14C标记的NaHCO3饲喂新制备的黑藻悬浮细胞（其他条件相同且适宜），光照30s后将黑藻细胞迅速加入煮沸的甲醇中，同时检测到了多种带有14C标记的化合物。 ①该实验中的NaHCO3作用主要是 ，将黑藻细胞迅速加入煮沸的甲醇中的目的是使细胞中的代谢停止以便检测 。 ②为确认最先生成的含14C标记化合物种类，科研人员应如何改进实验操作: 。 ③实验发现最先生成含14C标记化合物是C3,有人推测是“CO2+C2→C3”，也有人推测是“CO2+C5→2C3”。但是突然降低14C标记的NaHCO3的浓度，检测发现C5的含量明显升高，由此可以初步确认 。 (3)叶绿体在黑藻细胞内的分布依照光照情况而变化：光照较弱时，叶绿体会聚集到细胞顶面，其意义是 ；如长期处于光照较弱的条件下，叶绿体还会发生的适应性变化有 ；而光照较强时，叶绿体则移到细胞的侧面，以避免强光的伤害，这种叶绿体在细胞内位置和分布受到的动态调控称为叶绿体定位。为验证叶绿体的这种移动和新位置上的“锚定”离不开细胞质基质的微丝骨架的参与，可用相应的化学物质破坏 ，镜检叶绿体定位是否出现异常。 (4)下列物质可用来提取黑藻叶绿体中色素的试剂有 （填字母：a.无水乙醇　b.丙酮　c.健那绿）。叶绿素含量可以根据色素中的Mg的量来计算,其原因是 。 【解析】（1）光合作用分为光反应和暗反应，光反应的场所是类囊体膜，暗反应的场所是叶绿体基质，所以含有与光合作用有关酶的试管有①②③④。光反应阶段需要光，在叶绿体类囊体膜上进行水的光解产生氧气，所以有O2产生的试管是①。 （2）①黑藻细胞进行暗反应需要CO2作为原料，所以该实验中的NaHCO3的作用主要是提供CO2，将黑藻细胞迅速加入煮沸的甲醇中的目的是使细胞中的代谢停止以便检测生成的含14C标记化合物的种类。 ②为确认最先生成的含14C标记化合物种类，可缩短光照时间，并将黑藻细胞迅速加入煮沸的甲醇中，同时检测14C标记的化合物。 ③实验发现最先生成含14C标记的化合物是C3，有人推测是“CO2+C2→C3”，也有人推测是“CO2+C5→2C3”。突然降低14C标记的NaHCO3的浓度，则14CO2减少，并且检测发现C5的含量明显升高，说明C3来自“CO2+C5→2C3”，由此可以初步确认固定CO2的是C5。 （3）光照较弱时，叶绿体会聚集到细胞顶面，其意义是最大限度地吸收光能，保证高效率的光合作用；如长期处于光照较弱的条件下，叶绿体还会发生适应性变化，如叶绿体数量变多、叶绿体内色素含量变多等，以保证吸收更多的光能来适应弱光条件；为验证叶绿体的这种移动和新位置上的“锚定”离不开细胞质基质的微丝骨架的参与，可用相应的化学物质破坏细胞内的微丝骨架，镜检叶绿体定位是否出现异常，若未出现异常，说明该变化与细胞内的微丝骨架无关。 （4）叶绿体中的光合色素易溶于有机溶剂，故可用a无水乙醇、b丙酮等有机溶剂提取，健那绿染色液不能用于色素的提取。由于Mg在叶绿素中含量稳定，而类胡萝卜素中不含Mg，所以叶绿素含量可以根据色素中的Mg的量来计算。 【答案】(1)①②③④ ① (2)提供CO2 生成的含14C标记化合物的种类　 缩短光照时间 固定CO2的是C5 (3)最大限度地吸收光能,保证高效率的光合作用 叶绿体数量变多、叶绿体内色素含量变多等 细胞内的微丝骨架 (4)ab Mg在叶绿素中含量稳定,而类胡萝卜素中不含Mg 12．科学家对光合作用的研究经历了漫长的探索过程，希尔、鲁宾和卡门、卡尔文等科学家作出了重要贡献。 (1)希尔从细胞中分离出叶绿体，在加入铁盐或其他氧化剂的条件下照光后发现，即使不提供CO2，叶绿体也可以释放O2，这一过程被称为希尔反应。希尔反应证明光合作用可分为 两个阶段。 (2)鲁宾和卡门用同位素标记的方法进一步研究了光合作用中氧气的来源，下图是他们利用小球藻进行光合作用的实验示意图。将甲乙两组同时置于充足的光照条件下，短时间内检测产生的气体A、B中含18O的是B。光照一段时间后，甲乙两组均停止二氧化碳供应，再将其同时置于同一密闭黑暗条件下，一段时间后产生的气体A、B中含18O的是 。 (3)卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2，每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用纸层析法使标记化合物分离。实验结果：若光照30s后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物（C3，C4，C5，C6等）；若将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中；在5s的光照后，同时检测到了含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖（C6）。 请根据材料分析下列问题： ①用纸层析法分离出各种化合物，这种方法的原理是 。 ②卡尔文猜测实验中最初出现放射性的三碳化合物（C3）是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当 后，发现C5的含量快速升高，由此推测固定CO2的物质不是二碳分子而是C5。 (4)某研究小组在CO2浓度为0.03%的适宜温度下，测得某绿色植物CO2的吸收量与光照强度（白光照射）的关系如图甲所示。净光合作用速率可用单位时间内CO2的吸收量表示，假设实验过程中植物的呼吸速率不变。请回答下列问题： ①在P点，产生ATP的场所有 ；在Q点，叶肉细胞中叶绿体和线粒体之间的CO2和O2的交换情况如图乙中的 所示。 ②在光照强度为5klx时，研究小组测得光合作用固定CO2的速率是1mol·h-1，请简要说明该数值是如何测得的？ 。 【解析】（1）希尔反应证明光合作用可以分为光反应和暗反应两个阶段。 （2）黑暗条件下甲中积累的有机物中含有18O，其参与有氧呼吸的过程中能产生含18O的二氧化碳；乙中含18O的水参与有氧呼吸第二阶段，产生含18O的二氧化碳，故A、B中都含有18O。 （3）纸层析的原理是不同化合物在层析液中的溶解度不同，导致在滤纸条上扩散速度不同。想要测定哪种物质固定CO2，可突然停止供应CO2，检测哪种物质含量快速增高。 （4）①当光照强度为0时（P点）植物不进行光合作用，只进行有氧呼吸，产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体；在Q点，植物光合作用速率等于呼吸作用速率，而由于植物中存在不能进行光合作用的细胞，叶肉细胞光合作用速率大于呼吸作用速率，需要从外界吸收CO2，并向外界释放O2，对应图I。②在光照强度为3klx时，光合作用固定CO2的速率=净光合作用+呼吸作用=0.6+0.4=1mol·h-1，首先要测定呼吸作用，在CO2浓度为0.03%的适宜温度下，在黑暗条件，测得该植物每小时细胞呼吸向外界释放CO2速率为0.4mol·h-1，再测净光合作用，在光照强度为3klx条件，测得每小时净光合从外界吸收CO2速率为0.6mol·h-1，将二者数值相加。 【答案】(1)光反应和暗反应 (2)A和B (3)不同化合物在层析液中的溶解度不同，导致在滤纸条上扩散速度不同 突然停止供应CO2 (4)细胞质基质、线粒体 I 在CO2浓度为0.03%的适宜温度下，先在黑暗条件，测得该植物每小时细胞呼吸向外界释放CO2速率为0.4mol·h-1，然后在光照强度为5KlX条件，测得每小时净光合从外界吸收CO2速率为0.6mol·h-1，将二者数值相加 13．采用特定的方法分离得到小球藻细胞中的叶绿体和线粒体后，进行了如下实验：将叶绿体和线粒体分物加入甲、乙两支试管中，甲试管中盛有适宜浓度的NaHCO3，溶液，乙试管中盛有适宜浓度的丙酮酸溶液，当处于充足光照且其他条件适宜的环境中，两支试管内都会产生气泡。请分析回答： (1)小球藻含丰富的叶绿素，叶绿素位于 ，分离叶绿素的方法是 ，叶绿素主要吸收 光，其分子中含有 （填“Fe”“Ca”或“Mg”）。 (2)从小球藻细胞中分离得到叶绿体和线粒体的常用方法是 。卡尔文用小球藻做实验探明了CO2中碳原子在光合作用中的转移途径是 ，卡尔文所采用的实验方法叫是 。 (3)乙试管中的气泡产生于 （填场所）。 【解析】(1)小球藻为真核生物，其叶绿素位于叶绿体类囊体薄膜上，分离叶绿素的方法是纸层析法；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其分子中含有Mg元素。 (2)由于不同的细胞器比重不同，从小球藻细胞中分离得到叶绿体和线粒体的常用方法是差速离心法；卡尔文用小球藻做实验时，用放射性14C标记CO2中C，探明了在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即CO2→C3→（CH2O），所采用的科学方法叫同位素标记法。 (3)乙试管进行的是有氧呼吸的第二、三两个阶段，在线粒体基质产生CO2。 【答案】(1)叶绿体类囊体薄膜上 纸层析法 蓝紫光和红 Mg (2)差速离心法 CO2→C3→（CH2O） 同位素标记法 (3)线粒体基质 14．图为叶绿体与线粒体部分气体交换示意图，表1为研究叶绿体中发生的光合作用过程。回答下列问题：     反应时间 带14C标记的化合物 30 s 多种 5 s 14C314C514C6 <1 s 90% 14C3 (1)图中B产生O2是通过 （填生理过程）完成的，光能转化为ATP中的化学能是在 （填场所）完成的。 (2)给小球藻提供C18O2和H2O，一段时间后，释放的氧气中含有18O。氧气中含有18O是由于 。 (3)如表，卡尔文利用法进行了如下实验，如表所示，以14CO2作为小球藻光合作用的原料，通过不断缩短用煮沸的甲醇杀死小球藻的时间，再将提取物经过 法进行分离，根据带14C标记的化合物出现时间的先后顺序，推测出了C的转移过程为 （用箭头表示）。 (4)在此实验之后，卡尔文通过类似的实验方法进一步找出了与CO2反应的物质，请根据暗反应中物质的变化规律，推测出卡尔文所用的实验方案（简要写出实验思路即可）。 【解析】(1)图中B表示叶绿体，通过光合作用的光反应产生O2，光能转化为ATP中的化学能也是在叶绿体的类囊体完成的。 (2)给小球藻提供C18O2和H2O，一段时间后，释放的氧气中含有18O，由光合作用的物质变化可知，氧气中含有18O是由于C18O2中的部分氧转移到H218O中，H218O又作为原料参与了光反应生成了18O2。 (3)卡尔文利用同位素示踪法进行了如下实验，以14CO2作为小球藻光合作用的原料，通过不断缩短用煮沸的甲醇杀死小球藻的时间，再将提取物经过纸层析法进行分离，根据带14C标记的化合物出现时间的先后顺序，推测出了C的转移过程，光合作用的暗反应的物质变化为：暗反应中14CO2经固定成214C3，再还原成14C6H12O6和C5，故C的转移过程可表示为CO2→C3→C6H12O6+C5。 (4)在此实验之后，卡尔文通过类似的实验方法进一步找出了与CO2反应的物质，根据暗反应中物质的变化规律，推测出卡尔文所用的实验方案可能为：取两组培养有小球藻的试管分别标记为甲、乙两组，甲组在培养过程的某时刻用煮沸的甲醇杀死小球藻，乙组则在同时突然减少或停止（增加）供应14CO2，之后短时间内也用甲醇杀死小球藻，通过层析法比较找出相对于甲组，乙组提取液中含量明显增加（减少）的化合物，即为固定CO2的化合物。 【答案】(1) 光反应 类囊体 (2)C18O2中的部分氧转移到H218O中，H218O又作为原料参与了光反应生成18O2 (3) 纸层析 CO2→C3→C6H12O6+C5 (4)取两组培养有小球藻的试管分别标记为甲、乙两组，甲组在培养过程的某时刻用煮沸的甲醇杀死小球藻，乙组则在同时突然减少或停止（增加）供应14CO2，之后短时间内也用甲醇杀死小球藻，通过层析法比较找出相对于甲组，乙组提取液中含量明显增加（减少）的化合物即为固定CO2的化合物 15．小球藻是一种单细胞的绿藻，它是生物实验室中一种重要的实验植物。美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，发现了有关植物光合作用的“卡尔文循环”，卡尔文因此获得了 1961 年诺贝尔化学奖。如图为卡尔文循环反应示意图。回答下列问题： （1）卡尔文循环的反应场所为 。由图可知，卡尔文循环可分为三个阶段：CO2 的摄取期（羧化阶段）、碳还原期和 RuBP 再生期，结合所学的知识分析，其中属于暗反应中 CO2 的固定阶段的是图中的 CO2 的摄取期，这一步反应的意义是把原本并不活泼的 分子活化；属于暗反应中 C3 的还原阶段的是图中的 ，该阶段所需的 ATP 和 NADPH 来自 ，6 分子 CO2 经过一次循环后最终可得到 分子葡萄糖。 （2）实验人员用小球藻、绿色植物作实验材料，以甲、乙装置来研究光合作用速率（以 CO2 吸收速率表示）与 NaHCO3 溶液浓度之间的关系，实验结果如图丙、丁所示。回答下列问题： ①丙图为甲装置中小球藻的 CO2 吸收速率曲线，c 点以后 CO2 吸收速率下降的最可能原因是 。 ②丁图为乙装置中绿色植物的 CO2 吸收速率曲线，B点以后限制 CO2 吸收速率的主要外界因素是 。若乙装置中的 NaHCO3 溶液的量一定，则随着测试时 间 的 延 长 ， 绿色植物的光合速率逐渐下降，原 因 是 密 闭 的 钟 罩 中 ，此时，叶绿体中的 （填“C3”或“C5”）含量下降。 【解析】（1）卡尔文循环研究的是CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，因此属于光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体基质。分析题图可知，CO2的固定阶段对应的是图中的CO2的摄取期，这一步反应的意义是把原本并不活泼的CO2分子活化；属于暗反应中C3的还原阶段的是图中的碳还原期和RuBP再生期，该阶段所需的ATP和NADPH来自光反应，6分子CO2经过一次循环后最终可得到1分子葡萄糖。 （2）①c点以后随NaHCO3溶液浓度升高，光合作用吸收的CO2速率反而下降，最可能的原因是高浓度的NaHCO3溶液会导致小球藻失水，影响其代谢水平，从而影响光合作用速率。 ②B点的确切含义是植物光合作用速率达到最大时的最小CO2浓度，这一点以后，影响因素还有其他因素，如温度、光照强度等。若乙装置中的NaHCO3溶液的量一定，随着测试时间的延长，绿色植物光合速率逐渐下降，原因是密闭的钟罩中CO2浓度逐渐降低，此时由于C3的生成量减少，而光照强度不变，即C3的消耗量不变，故叶绿体中C3的含量下降。 【答案】（1）叶绿体基质 二氧化碳 碳还原期和RuBP再生期 光反应 1 （2）NaHCO3溶液浓度升高会导致小球藻失水，影响其代谢水平，从而影响光合作用速率 温度、光照强度等 CO 2浓度逐渐降低 C3 16．卡尔文给小球藻悬浮液中通入14CO2，光照不同的时间（从1秒到数分钟）后杀死小球藻，提取产物并分析。实验发现，在RuBP羧化酶的作用下，一分子的14CO2首先结合一分子的C5（核酮糖二磷酸RuBP），生成一分子不稳定的C6，随后这一分子的C6分解生成两分子C3（3–磷酸甘油酸），之后3–磷酸甘油酸在NADPH、ATP以及酶的作用下，形成三碳糖，经过一系列复杂的生化反应，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环，剩下的五个碳原子经一系列变化，再生成一个C5，循环重新开始。循环运行六次，生成一分子的葡萄糖。这一过程被称为卡尔文循环，结合材料回答下列问题： （1）卡尔文实验的研究目的是 。该实验的自变量是 ，因变量是 。 （2）在光合作用开始后，二氧化碳可快速转化为许多种类的化合物。若要探究14CO2转化成的第一个产物是否为C6，可对植物进行极短时间的光照，并检测叶绿体中 。 （3）暗反应阶段发生的能量转化过程是 。夏季晴天中午时分，由于气孔关闭， 供应不足，某些植物叶片的光合速率会明显降低。 【解析】（1）根据上述分析可知，卡尔文实验的研究目的是探究光合作用中CO2中的碳转化成有机物中的碳的转移途径。由于暗反应过程中有机物的形成是按照一定顺序逐步转化形成的，所以控制光照条件下通入CO2后的时间，可检测出暗反应形成有机物的先后顺序。即该实验的自变量是在光照条件下通入CO2后的时间，因变量是叶绿体中含有14C的化合物出现的顺序。 （2）若14CO2转化成的第一个产物是C6，则对植物进行极短时间的光照时，叶绿体中除CO2外只有C6具有放射性，若14CO2转化成的第一个产物不是C6，则叶绿体中检测到放射性的C6时还会同时检测到具有放射性的其他有机物，所以要探究14CO2转化成的第一个产物是否为C6，可对植物进行极短时间的光照，并检测叶绿体中是否除CO2外只有C6具有放射性。 （3）暗反应阶段发生的能量转化过程是ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。气孔是CO2进入细胞的通道，夏季晴天中午时分，由于气孔关闭，CO2供应不足，使暗反应的速率减慢，导致光合速率会明显降低。 【答案】（1）探究光合作用中CO2中的碳转化成有机物中的碳的转移途径 在光照条件下通入CO2后的时间 叶绿体中含有14C的化合物出现的顺序 （2）是否除CO2外只有C6具有放射性 （3）ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 CO2 1 / 41 学科网（北京）股份有限公司 $$