[原创]一道创新题的设计与解析——鲁宾和卡门实验的拓展延伸 [人教版]

一道创新题的设计与解析——鲁宾和卡门实验的拓展延伸彭邦凤20 世纪 30 年代，美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门(M.Kamen)采用同位素标记法研究了“光合作用中释放出的氧到底来自水，还是来自二氧化碳”这个问题，得到了氧气全部来自于水的结论。时至今日，这一实验仍被众多命题者所引用，但由于命题时往往只局限于光合作用，一定程度上限制了对考生思维能力和其它生物知识（如呼吸、水解和蒸腾等）的综合考查。为综合检测考生对同位素标记、光合作用、呼吸作用、水解反应和蒸腾作用等生物知识的理解与运用能力，打破经典实验对师生思维的禁锢，培养学生精细审题、准确答题的能力。笔者在原有实验的基础上拓展延伸，设计创新实验题如下： 向一组生长正常的绿色植物提供 H218O 和 CO2（设植物体内的 O2和 CO2优先满足植物自身的需要）。 ⑴ 不同光照强度下，根据处理一段（较短）时间后的情况，完成下表：光照强度空气中能检测到的放射性物质对相关结论的解释＞光补偿点 ＝光补偿点 ＜光补偿点 ⑵ 除水外，植物体内可能含有 18O 的物质有哪些？简要说明来源。 ⑶ 一段时间后，停止供给 H218O 和 CO2，简要说明体内含 18O 的物质如何变化？ ⑷ 当体内检测不到放射性物质后，其它条件不变的情况下，提供 H2O 和C18O2，完成下表。 光照强度空气中检测到的新形成的放射性物质对相关结论的解释＞光补偿点 ＝光补偿点 ＜光补偿点 在原实验基础上的几点改进：一是将“正常光合作用”改为“有条件（不同光照强度下）的光合作用”；二是将“检测释放出的氧”改为 “空气中能检测到的放射性物质”“空气中检测到的新形成的放射性物质”；三是将“针对光合作用”改为“除光合作用外还涉及呼吸、蒸腾及水解”；四是将“两组平行对比”改为“一组前后对比”；五是由原来“只研究氧的来源”改为“H218O 和 C18O2中 18O 的传递途径及可能传递到的物质”。试题解答时涉及的相关知识： ①H218O 在光合作用中作为原料被光解生成[H]和 18O2。 ②H218O 在呼吸作用中作为原料参与三羧酸循环将 18O 传递给 C18O2，C18O2参与光合作用的暗反应将 18O 传递给 C3化合物、C5化合物、CH2O 等有机物和 H218O。 ③ 植物吸收的 H218O 有 95%以上通过蒸腾作用散失到空气中，只有 1%-5%的部分在体内参与光合作用、呼吸作用、水解反应及其它生命活动。因而，H218O 将因蒸腾作用出现在周围空气中。 ④ 光合作用中形成的 18O...