浙江省龙游中学 一轮复习：夯实基础，突破难点
专题：与光合作用科学史有关的例题开发
一、希尔实验：探究O2中O的来源
（1）希尔实验：1937年，英国科学家希尔将离体的叶绿体，加入具有氢受体（后来发现的NADP+）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。
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希尔反应：氧化剂2,6－二氯酚靛酚是一种蓝色染料，接受电子和H后被还原成无色，可以直接观察颜色的变化，也可用分光光度计对还原量进行精确测定。
（2）鲁宾和卡门实验：1939年，鲁宾和卡门利用同位素示踪法进行了两组实验。向第一组植物中提供H2O和 C18O2，向第二组植物中提供H218O和CO2，其他条件相同，结果表明，第一组释放的氧气全部是O2；第二组释放的氧气全部是18O2。
1.（2014年·浙江高考理综）某种细胞分裂素对植物光合作用和生长的影响如下表所示。 细胞分裂素浓度 （g·L-1） 叶绿素含量 （mg chl·g FW-1） 光合速率 （μmolCO2·m-2·s-1） 希尔反应活力 （μmol DCIP Red·mg chl·h） -1叶片氮含量 （%） 生物量 （g·plant-1） 0 0.5 1.0 2.0 1.58 1.82 2.34 2.15 6.52 7.82 8.64 8.15 13.55 25.66 32.26 27.54 1.83 1.94 1.98 1.96 17.65 22.95 27.44 23.56 注：①chl—叶绿素；FW—鲜重；DCIP Red—还原型DCIP；plant—植株。
②希尔反应活力测定的基本原理：将叶绿体加入DCIP（二氯酚靛酚）溶液并照光，水在光照下被分解，产生氧气等，而溶液中的DCIP被还原并发生颜色变化，这些变化可用仪器进行测定。 请回答：
（1）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中__________阶段的部分变化。氧化剂DCIP既可利用于颜色反应，还可作为__________。希尔反应活力可通过测定DCIP溶液的颜色变化得到，也可通过测定__________得到。 （2）从表中可知，施用细胞分裂素后，_________含量提高，使碳反应中相关酶的数量增加。 （3）幼苗叶片中的细胞分裂素主要有__________产生。合理施用细胞分裂素可延迟__________，提高光合速率，使总初级生产量大于__________，从而增加植物的生物量。
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2.（2019年6月·浙江学考）希尔反应是测定叶绿体活力的常用方法。希尔反应基本原理：光照下，叶绿体释放O2，同时氧化型DCIP（2,6-二氯酚靛酚）被还原，颜色由蓝色变成无色。DCIP颜色变化引起的吸光率变化可反映叶绿体活力。研究小组利用菠菜叶进行了叶绿体活力的测定实验。 回答下列问题： （1）制备叶绿体悬液：选取10g新鲜的菠莱叶加入研钵，研磨前加入适量的0.35mol/L NaCl溶液和pH7.8的酸碱缓冲液等；研磨成匀浆后，用纱布过滤，取滤液进行 ，分离得到叶绿体；将叶绿体置于 溶液中，以保证叶绿体的正常形态，获得叶绿体悬液。 （2）调定叶绿体活力：分组如下，并按下表加入试剂；测定各组吸光率。
注：“-”表示不处理或不加入。
①希尔反应模拟了光合作用中 阶段的部分变化，该阶在叶绿体的 中进行。氧化型DCIP在希尔反应中的作用，相当于在该阶段中 的作用。
②煮沸处理后，需向2号试管中加入一定量的 ，以保证各试管中液体的量相等。 ③3号试管的作用是 。 3.（2019年7月·台州）DCIP是一种染料分子，有氧化型和还原型两种状态。现将黑暗中制备的离体叶绿体加入到含有适量氧化型DCIP（蓝色）、蔗糖和磷酸盐缓冲液的溶液中并进行照光，水在光下被分解释放氧气，氧化型DCIP被还原生成还原型DCIP（无色）。回答下列问题： （1）上述过程模拟的是光合作用 阶段的反应，在自然情况下该反应阶段可为三碳糖的生成提供的能源物质是 。叶绿体悬浮液中加入蔗糖的作用是 ，从而维持叶绿体正常的形态结构。
（2）照光一段时间DCIP全部被还原，此时悬浮液的颜色为 。在上述反应过程中，氧化型DCIP被还原是因为接受了水分解产生的 。 （3）抑制叶绿体 部位的相关功能可减缓溶液颜色的变化。若去除溶液中的氧化型DCIP，叶绿体放氧速率会 。 4.（2018年11月·浙江选考）实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP（氧化型）、蔗糖和pH7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下列叙述正确的是（ ） A.相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化快的品种受除草剂抑制效果更显著
B.与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体体的功能较强 C.除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能产生三碳糖
D.不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲
5.（2018年?北京卷）光反应在叶绿体类囊体上进行，在适宜条件下，向类囊体悬液中加入
氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色，该反应过程中（ ）
A. 需要ATP提供能量 B. DCIP被氧化 C. 不需要光合色素参与 D. 会产生氧气
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6.希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O+氧化态电子受体→还原态电子受体+1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下面关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是（ ） A．光合作用释放的O2来自于水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上 C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D．光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH 7.（2018年·赣州一模）1937年植物学家赫尔希发现，离体的叶绿体中加入“氢接受者”，比如二氯酚叫噪酚（DCPIP），光照后依然能够释放氧气，蓝色氧化态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。研究者为了验证该过程，在密闭条件下进行如下实验：
溶液种类 叶绿体悬浮液 DCPIP 0.5 mol/L蔗糖溶液 光照条件 上层液体颜色 A试管 1 mL 0.5 mL 4 mL 光照 无色 B试管 — 0.5 mL 5 mL 光照 蓝色 C试管 1 mL 0.5 mL 4 mL 黑暗 蓝色 D试管 — 0.5 mL 5 mL 黑暗 蓝色 （1）自然环境中叶肉细胞的叶绿体产生氢的场所是______________，这些氢在暗反应的________过程中被消耗。
（2）实验中制备叶绿体悬浮液使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是__________，A试管除了颜色变化外，实验过程中还能观察到的现象是__________________。
（3）A与C的比较可以说明氢产生的条件是需要________，设置B和D试管的目的是为了说明DCPIP______________________。
（4）实验结束后A组试管中叶绿体 （填“有”或“没有”）糖类的产生，主要原因是 。
二、阿尔农实验：探究碳反应的条件
①1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验，在有光照和无CO2的条件下，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，会有ATP、NADPH和O2产生。
②1954年，阿尔农在做离体叶绿体实验时，发现即使在黑暗条件下，只要供给ATP和[H]，叶绿体也能将CO2转化成糖类。 1 2 3
条件 黑暗 黑暗 光照 过程 提供CO2和ATP、[H] 提供CO2，不提供ATP、[H] 提供CO2，不提供ATP、[H] 现象 有糖类生成 无糖类生成 有糖类生成 8.（2011年·浙江理综）下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是（ ）
A. 破坏叶绿体外膜后，O2不能产生
B. 植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变
C. 与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短 D. 离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应
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