Question

13．同位素示蹤法是利用放射元素作為示蹤劑，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記的分析方法，用以研究化學(xué)、生物或其他過(guò)程．同位素示蹤法的應(yīng)用，使人們可以從分子水平動(dòng)態(tài)地觀察生物體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)生理過(guò)程，認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)．例如，用¹⁴C（一種質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和為14的碳原子）、¹⁸O（一種質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和為18的氧原子）等同位素研究光合作用，可以詳細(xì)地闡明葉綠體如何利用二氧化碳和水，這些簡(jiǎn)單分子形成糖類(lèi)等大分子的中間產(chǎn)物是什么，以及影響每步生物合成的反應(yīng)條件等．

（1）1941年，魯賓和卡門(mén)用同位素標(biāo)記法追蹤光合作用中O₂的來(lái)源．
①魯賓和卡門(mén)用H₂¹⁸O和普通的CO₂進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)A圖．
②魯賓和卡門(mén)用C¹⁸O₂和普通的H₂O進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)B圖．
③綜合實(shí)驗(yàn)A、B，結(jié)論是植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素來(lái)源于水．
（2）1940年，魯賓和卡門(mén)發(fā)現(xiàn)了碳的同位素¹⁴C，使卡爾文有了一種理想的工具，來(lái)追蹤C(jī)O₂是如何轉(zhuǎn)變成糖類(lèi)的．卡爾文給小球藻懸浮液通入¹⁴CO₂，光照一定時(shí)間（從1秒到數(shù)分鐘）后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30秒的時(shí)間，二氧化碳已經(jīng)轉(zhuǎn)化為許多種類(lèi)的化合物．想要探究CO₂轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物是什么，可能的實(shí)驗(yàn)思路是用¹⁴C（一種質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和為14的碳原子）、¹⁸O（一種質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和為18的氧原子）等同位素研究光合作用．．

Answer 1

分析 放射性同位素標(biāo)記法在生物學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用，如：魯賓和卡門(mén)用H₂¹⁸O和普通的CO_2與用C¹⁸O₂和普通的H₂O進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)，證明光合作用所釋放的氧氣全部來(lái)自于水．據(jù)此解答．

解答 解：（1）1941年，魯賓和卡門(mén)用同位素標(biāo)記法追蹤光合作用中O₂的來(lái)源．①魯賓和卡門(mén)用H₂¹⁸O和普通的CO₂進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)，由A圖可知產(chǎn)生的氧氣中的氧原子是¹⁸O．②魯賓和卡門(mén)用C¹⁸O₂和普通的H₂O進(jìn)行小球藻光合作用實(shí)驗(yàn)，由B圖可知產(chǎn)生的氧氣中的氧原子是O．③綜合實(shí)驗(yàn)A、B，結(jié)論是植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素來(lái)源于水（H₂O）．
（2）CO^₂是光合作用暗反應(yīng)的原料，而暗反應(yīng)的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)，所以在有光條件下，¹⁴C標(biāo)記CO₂進(jìn)入細(xì)胞后，首先在葉綠體基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在該結(jié)構(gòu)中含¹⁴C的系列產(chǎn)物有¹⁴C3、（¹⁴CH₂O）．該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的含14C的有機(jī)物主要在線粒體徹底氧化分解，為細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量．
故答案為：
（1）水
（2）用¹⁴C（一種質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和為14的碳原子）、¹⁸O（一種質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和為18的氧原子）等同位素研究光合作用．

點(diǎn)評(píng) 本題以同位素標(biāo)記法為背景，要求考生掌握噬識(shí)記光合作用過(guò)程．