Практический тест по биологии: «Фотосинтез и дыхание как взаимосвязанные процессы» — 16 вопросов с пояснениями
Фотосинтез и клеточное дыхание часто записывают как противоположные суммарные уравнения, но в живой клетке это не «взаимоотмена». Фотосинтез запасает энергию света в органических веществах, а дыхание высвобождает часть химической энергии в форме, доступной клетке. Растение выполняет дыхание и в светлое, и в тёмное время.
Содержание статьи7 разделов
Условный опыт с одинаковыми растениями
Через 60 минут измерили изменение концентраций газов в герметичных камерах. Значения условные, но направления изменений биологически осмысленны.
| Камера | Условия | Изменение O₂ | Изменение CO₂ |
|---|---|---|---|
| A | Яркий свет | +8 усл. ед. | −7 усл. ед. |
| B | Темнота | −4 усл. ед. | +4 усл. ед. |
| C | Слабый свет | ≈0 | ≈0 |
Считайте, что температура, масса растений и начальные концентрации газов были одинаковыми. По данным нужно судить о чистом газообмене, который является результатом одновременных процессов.
16 заданий: читаем данные и связываем два процесса
Как читать ошибки в этой теме
Если ошиблись в 1–4: различайте наблюдаемый чистый газообмен и истинную скорость каждого процесса.
Если в 5–8: повторите локализацию: тилакоиды хлоропласта — световые реакции; внутренняя мембрана митохондрии — дыхательная цепь.
Если в 9–12: запомните, что растение дышит постоянно, а фотосинтез зависит от света; на свету процессы идут одновременно.
Если в 13–16: тренируйте осторожность вывода: один измеряемый показатель редко доказывает остановку целого метаболического пути.
Задания для развёрнутого ответа
- Объясните, почему в камере C нулевой чистый газообмен не означает остановку метаболизма.Критерий хорошего ответа: Есть одновременные фотосинтез и дыхание и приблизительное равенство противоположных газовых потоков.
- Сравните роль протонного градиента в хлоропласте и митохондрии.Критерий хорошего ответа: Указана общая роль хемиосмоса и АТФ-синтазы, а также различие мембран и источников энергии/электронов.
- Предложите опыт, который проверяет зависимость чистого CO₂-обмена растения от интенсивности света.Критерий хорошего ответа: Есть серия освещённостей, одинаковые остальные условия, измеряемый CO₂ и ожидаемый переход от выделения к поглощению через область компенсации.
Ключ и объяснения
- A — Фотосинтез в среднем производил O₂ быстрее, чем дыхание его потребляло. На свету и фотосинтез, и дыхание могут идти одновременно. Положительное изменение O₂ означает, что суммарное образование кислорода фотосинтезом превысило его потребление дыханием за время опыта.
- B — Наблюдается чистое потребление O₂ и выделение CO₂, совместимое с клеточным дыханием без светового фотосинтеза. В темноте светозависимые реакции фотосинтеза не поддерживают фиксацию углерода, тогда как клеточное дыхание продолжается. Поэтому чистое падение O₂ и рост CO₂ логично связать с преобладанием дыхания.
- C — Скорости фотосинтетического поглощения/выделения газов и дыхания могли примерно уравновешивать друг друга. Нулевой чистый газообмен не означает нулевого метаболизма. Возможна ситуация, когда фотосинтез и дыхание продолжаются, но их противоположные вклады в O₂ и CO₂ за интервал приблизительно равны.
- D — Повторить опыт при нескольких уровнях освещённости, сохраняя остальные условия постоянными. Изменяя только освещённость, можно связать изменение газообмена именно с интенсивностью света. Одновременное изменение нескольких факторов сделало бы интерпретацию неоднозначной.
- A — На тилакоидных мембранах хлоропласта. Фотосистемы, переносчики электронов и АТФ-синтаза фотосинтеза связаны с тилакоидными мембранами. Именно там световая энергия преобразуется в химическую энергию ATP и NADPH.
- B — Во внутренней мембране митохондрии. Как и у других эукариотических клеток, комплексы дыхательной цепи растений находятся во внутренней мембране митохондрий. Там создаётся протонный градиент для окислительного фосфорилирования.
- C — CO₂. Углерод диоксида углерода фиксируется и включается в органические молекулы. ATP и NADPH обеспечивают энергию и восстановительную силу, но не являются источником углеродного скелета.
- D — O₂. Кислород принимает электроны в конце дыхательной цепи и вместе с протонами образует воду. Это одна из ключевых причин зависимости окислительного фосфорилирования от кислорода.
- A — Митохондриальное дыхание идёт и днём, и ночью; на свету его газовый эффект может перекрываться фотосинтезом. Клеткам постоянно нужен ATP для множества процессов, поэтому дыхание не выключается при освещении. На свету чистый газообмен может выглядеть как поглощение CO₂ и выделение O₂, потому что фотосинтез идёт быстрее дыхания.
- B — Фотосинтез запасает энергию в органических веществах, а дыхание извлекает из них энергию для синтеза ATP. Фотосинтез формирует восстановленные органические соединения, в которых сохраняется химическая энергия. Дыхание постепенно окисляет такие субстраты и сопрягает высвобождение энергии с образованием ATP.
- C — Оба используют цепи переноса электронов и протонные градиенты для работы АТФ-синтазы. И тилакоидная мембрана, и внутренняя мембрана митохондрий используют перенос электронов для формирования протонной движущей силы. Однако источники электронов, конечные акцепторы и направления метаболических потоков различаются.
- D — Чистый баланс сместится к потреблению O₂ и выделению CO₂ из-за продолжающегося дыхания. Без света фотосинтетическое образование O₂ и фиксация CO₂ резко ограничиваются, но митохондриальное дыхание продолжается. Поэтому чистый газовый баланс становится характерным для дыхания.
- A — Чистый баланс CO₂ указывает на преобладание его фиксации, но отсутствие изменения O₂ требует осторожной интерпретации. Разные измеряемые потоки могут зависеть от дополнительных процессов и точности измерений. Надёжно можно сказать, что CO₂ в системе уменьшился; утверждать полную остановку дыхания или отсутствие фотосинтеза по одному показателю нельзя.
- B — Они протекают в разных системах реакций, регулируются отдельно и служат разным энергетическим задачам. Суммарные стехиометрические уравнения скрывают множество отдельных этапов и энергетических преобразований. Фотосинтез строит восстановленные органические соединения с затратой световой энергии, а дыхание извлекает из них энергию.
- C — При некоторой освещённости чистое изменение O₂ и CO₂ близко к нулю, хотя оба процесса могут продолжаться. Компенсационная точка означает приблизительное равенство вкладов фотосинтеза и дыхания в чистый газообмен. Это не остановка процессов, а баланс противоположных потоков.
- D — Освещённость меняет соотношение скоростей фотосинтеза и дыхания, поэтому меняется чистый баланс O₂ и CO₂. Данные A, B и C образуют логичную серию: на ярком свету преобладает фотосинтетический вклад, в темноте — дыхательный, а при слабом свете возможен близкий к нулю чистый баланс. Это иллюстрирует взаимосвязь, но не тождественность процессов.
Поделиться
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.