選考考試真題：為研究光合作用中碳的同化與去向，用 的CO2供給小球藻，每隔一定時間取樣，並將樣品立即加入到煮沸的甲醇中。甲醇用以殺死小球藻並 標記化合物。濃縮後再點樣進行雙向紙層析，使標記化合物 。根據標記化合物出現的時間，最先檢測到的是三碳化合物。猜測此三碳化合物是CO2與某一個二碳分子結合生成的，但當 後，發現RuBP的含量快速升高，由此推知固定CO2的物質不是二碳分子。
答案：
同位素14C標記 提取 分離 突然降低CO2濃度
解析：卡爾文研究光合作用中碳的同化與去向時，用同位素
14C標記的CO2 供給小球藻，每隔一定時間取樣，並將樣品立即加入到煮沸的甲醇中。甲醇能殺死小球藻，並可以提取標記化合物。濃縮後再點樣進行紙層析，使標記化合物分離。
根據標記化合物出現的時間，最先檢測到的是三碳化合物。猜測此三碳化合物是CO2與某一個二碳分子結合生成的，但當CO2濃度突然降低後，發現RuBP（一種五碳糖）的含量快速升高，由此推知固定CO2的物質不是二碳分子。
試題：以小球藻為材料，進行光合作用的實驗探究。回答下列問題：
（1）用小球藻可進行葉綠體分離實驗：將小球藻暗處理24小時，置於研缽中，研磨前加入適量的0.35mol/LNaCl溶液和pH7.8的酸鹼緩衝液；研磨成勻漿後，用紗布過濾，取濾液進行離心分離得到葉綠體。實驗中NaCl溶液的作用是 。暗處理是為了消耗澱粉，防止離心時澱粉顆粒使 。離體的葉綠體懸液（加適量的0.35mol/L NaCl溶液和pH7.8的酸鹼緩衝液）照光可釋放氧氣，但一段時間後氧氣釋放停止，原因是 。
（2）用同位素14C標記的培養小球藻，每隔一段時間取樣，將小球藻殺死，提取其細胞內含14C的化合物並分離鑑定。光照30秒後，三碳酸、三碳糖、核酮糖二磷酸等多種物質含有14C標記。若要確定反應生成的第一個產物，應 。為確定CO2固定的物質是何種物質，可以在小球藻光合作用過程中 ，並觀察上述各種物質的含量變化。
（3）將小球藻置於密閉的含適量NaHCO3溶液的燒杯中，其餘條件適宜，溶液中pH的變化是 。
答案：
（1）維持滲透壓；葉綠體破裂；缺少ADP、NADP+
（2）縮短取樣時間；降低二氧化碳濃度
（3）先上升後不變
解析：
本題考查光合作用光反應和碳（暗）反應的過程。
（1）葉綠體是具有雙層膜的細胞器，在葉綠體分離實驗中，NaCl溶液可以維持滲透壓；暗處理是為了消耗澱粉，防止離心時澱粉顆粒使葉綠體破裂；由於缺少ADP、NADP+，所以離體的葉綠體懸液照光可釋放氧氣，但一段時間後氧氣釋放停止。
（2）根據題意分析，光照30秒後，含有14C標記的有三碳酸、三碳糖、核酮糖二磷酸等多種物質，若要確定CO2反應生成的第一個產物，應該縮短光照時間再觀察；為確定固定CO2的物質是何種物質，可以在小球藻光合作用過程中降低二氧化碳濃度，並觀察上述各種物質的含量變化。
（3）NaHCO3溶液是二氧化碳緩衝液，可以為光合作用提供二氧化碳，因此將小球藻置於密閉的含適量NaHCO3溶液的燒杯中，其餘條件適宜，隨著光合作用的進行，消耗CO2，溶液中pH先升高後維持不變。
1946年後，美國的馬爾文·卡爾文與他的同事們研究一種小球藻，以確定植物在光合作用中如何固定CO2。此時14C示蹤技術和雙向紙層析法技術都已經成熟，卡爾文正好在實驗中用上此兩種技術。
他們將培養出來的藻放置在含有未標記CO2的密閉容器中，然後將14C標記的CO2注入容器，培養相當短的時間之後，將藻浸入熱的乙醇中殺死細胞，使細胞中的酶變性而失效。接著他們提取到溶液裡的分子。然後將提取物應用雙向紙層析法（見連結）分離各種化合物，再通過放射自顯影技術（見連結）分析放射性上面的斑點，並與已知化學成份進行比較。在雙向紙層析放射自顯影圖譜中鑑定出20餘種帶有C標記的化合物，包括糖磷酸酯、有機酸和胺基酸等。
卡爾文在實驗中發現，標記有14C的CO2很快就能轉變成有機物。在幾秒鐘之內，層析紙上就出現放射性的斑點。經比較，斑點中的化學成份是三磷酸甘油酸，是糖酵解的中間體。確定二氧化碳的受體是核酮糖-1，5-二磷酸。他證明碳同化的過程需要消耗ATP與NADPH。
雙向紙層析結果圖
經9年左右的時間，他終於弄清了光合作用中二氧化碳同化的循環式途徑。
由於第一個被提取到的產物是一個三碳分子, 所以將這種CO2固定途徑稱為C3途徑，後來研究還發現，CO2固定的C3途徑是一個循環過程，人們稱之為C3循環。這一循環又稱卡爾文循環。
早期的光合作用研究一般用的是水生植物，原因是條件容易控制，常用的是小球藻。
小球藻為綠藻門小球藻屬單細胞綠藻，是一種球形單細胞淡水藻類。
小球藻廣泛分布於自然界，以淡水水域種類最多；易於培養，不僅能利用光能自養，還能在異養條件下利用有機碳源進行生長、繁殖；並且生長繁殖速度快，是地球上動植物中唯一能在 20h 增長 4 倍的生物，所以其應用價值很高。我國常見的種類有蛋白核小球藻、橢圓小球藻、普通小球藻等。
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拓展：放射自顯影技術及其應用
光合作用研究獲諾貝爾獎情況
植物中「特殊」的光合作用－CAM途徑
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