人教通用版高考生物大一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用热点题型二细胞呼吸速率和光合作用速率的测.docx

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人教通用版高考生物大一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用热点题型二细胞呼吸速率和光合作用速率的测

细胞呼吸速率和光合作用速率的测定实验分析

一、细胞呼吸速率测定

某同学用如图所示实验装置测定果蝇幼虫的细胞呼吸速率。

实验所用毛细管横截面积为1mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25℃水浴中，10min后关闭软管夹，随后每隔5min记录一次毛细管中液滴移动的位置，结果如下表所示。

下列分析正确的是（　　）

实验时间（min）

10

15

20

25

30

35

液滴移动距离（mm）

0

32.5

65

100

130

162.5

A.图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向右移动

B．在20～30min内氧气的平均吸收速率为6.5mm3/min

C．如将X换成清水，并向试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率

D．增设的对照实验只需将装置中的X换成清水，并将该装置置于相同的环境中

审题关键

（1）X为NaOH溶液，其可吸收果蝇幼虫细胞呼吸释放的CO2，所以液滴移动情况反映的是氧气消耗量的变化，软管夹关闭后液滴将向左移动。

（2）由表中信息可知，在20～30min内氧气变化差值为130－65＝65（mm），因此该时间段内的氧气平均吸收速率为6.5（mm3/min）。

（3）果蝇幼虫无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，所以将X换成清水，并向试管充入N2，无论是否进行无氧呼吸液滴都不会移动。

（4）因气压、温度等物理因素也会影响液滴移动，为了避免该误差，则应设置对照实验，应将装置中的果蝇幼虫换成等质量的死幼虫，并将该装置置于相同环境中，重复上述实验。

答案　B

测定细胞呼吸速率的“液滴移动法”

（1）实验装置

（2）指标：

细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示。

（3）原理：

组织细胞呼吸吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。

单位时间内液滴左移的体积即表示细胞呼吸速率。

（4）物理误差的校正

①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰细胞呼吸速率的测定。

②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。

③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活（如将种子煮熟），其他条件均不变。

特别提醒　脂肪含氢量高，含氧量低，等质量的脂肪与葡萄糖相比，氧化分解时耗氧量高，而产生CO2量少。

因此以脂肪为底物进行有氧呼吸时，产生的CO2量小于消耗的O2量，着色液滴移动明显。

1．某研究小组想测量萌发的小麦种子、蚯蚓呼吸速率的差异，设计了以下的实验装置。

实验中分别以20粒萌发的种子和4条蚯蚓为材料，每隔5min记录一次有色液滴在刻度玻璃管上的读数，结果如表所示。

请分析回答下列问题：

有色液滴移动的距离（mm）

生物

时间（min）

0

5

10

15

20

25

萌发的种子

0

8

16

23

9

34

蚯蚓

0

4.5

9

11.5

13.5

15.5

（1）装置图中的Y溶液是____________，其作用是___________________________________。

设置乙装置的目的是____________________________________________________________。

（2）实验开始后保持注射器的活塞不移动，有色液滴将向________移动（填“左”或“右”），以蚯蚓为材料时有色液滴移动的最大速率是________。

（3）另一组该实验装置每隔5min测量时，将注射器活塞往________（填“上”或“下”）移动，待有色液滴回到实验开始时的位置停止，根据活塞移动距离可测出气体的变化量，其中以小麦为材料的结果如下表所示：

时间（min）

0

5

10

15

20

25

注射器量取的气体变化体积（mL）

0

1.5

3.0

4.2

5.0

5.5

分析数据可知该段时间小麦种子的有氧呼吸速率为________，在此过程中，有氧呼吸的强度越来越________。

答案　

（1）NaOH溶液　吸收实验过程中细胞呼吸产生的CO2　排除微生物及环境因素对实验的干扰（或对照作用）　

（2）左　0.9mm/min　（3）下　0.22mL/min　弱

解析　

（1）装置图中的Y溶液是NaOH溶液，其作用是吸收实验过程中细胞呼吸产生的CO2。

设置乙装置的目的是排除微生物及环境因素对实验的干扰，使实验结果更科学、合理。

（2）有氧呼吸过程消耗氧气，产生CO2，CO2又被NaOH溶液吸收，甲中是活的小麦种子，呼吸旺盛，所以实验开始后保持注射器的活塞不移动，连接甲、乙装置的玻璃管中有色液滴慢慢往左移动。

以蚯蚓为材料时有色液滴移动的最大速率是9÷10＝0.9（mm/min）。

（3）另一组该实验装置每隔5min测量时，将注射器活塞往下移动，待有色液滴回到实验开始时的位置停止，根据活塞移动距离可测出气体的变化量，分析表格中数据可知，该段时间小麦种子的有氧呼吸速率为5.5÷25＝0.22（mL/min），在此过程中，有氧呼吸的强度越来越弱。

二、光合作用速率的测定

某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况，设计了由透明的玻璃罩构成的小室，如图甲所示。

请据图回答下列问题：

（1）将该装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜（零点开始）小室内植物O2释放速率的变化，得到如图乙所示曲线，影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是________________（写两点）；观察装置中液滴的位置，c点时刻的液滴位于起始位置的________侧，装置刻度管中液滴移到最右点是在一天中的________点。

（2）在实验过程中的某段光照时间内，记录液滴的移动情况，获得以下数据：

每隔20分钟记录一次刻度数据

…

24

29

32

34

…

该组实验数据是在乙图曲线的____________段获得的。

（3）该组同学为测定该植物某时间段的O2产生速率。

如何设置对照实验？

如何处理实验数据？

①简要写出对照实验设计思路：

___________________________________________________

______________________________________________________________________________。

②数据处理：

若在单位时间内，实验组读数为M，对照组读数为N，该植物的真正光合速率为________。

审题关键

（1）密闭装置甲内有二氧化碳缓冲液，说明实验过程中二氧化碳浓度始终不变，因此影响其内植物光合作用速率变化的主要环境因素就只有光照强度和温度。

（2）密闭装置甲中液滴移动反映密闭装置内氧气浓度的变化情况，只要有氧气释放，液滴就会右移，由图乙曲线可知，c点之前的代谢特点是光合作用强度小于细胞呼吸强度，小室内氧气浓度降低，液滴左移。

8点至18点的时间段内氧气浓度一直增加，到18点时达到最大值，则甲装置中的液滴移动到了最右点。

（3）题中表格中所记录的数据为每隔20分钟记录一次刻度数据，则表格中连续3个20分钟之间的氧气变化量相对值分别为5、3、2，由此可看出氧气的释放速率在逐渐减小。

（4）密闭装置甲中液滴移动测得的是装置内植物释放氧气量（净光合量）的变化量，若要测定该植物某时间段的O2产生速率，还需要测定相应时间段内的细胞呼吸消耗氧气的速率，则需要增设对照实验为设置与甲一样的装置丙，将装置丙置于黑暗条件下，其他条件与甲相同，测单位时间（或相同时间）内甲与丙的读数。

答案　

（1）光照强度、温度　左　18（或g）　

（2）de或fg　（3）①设置与甲一样的装置丙，将装置丙置于黑暗条件下，其他条件与甲相同，测单位时间（或相同时间）内甲与丙的读数　②M－N

测定光合作用速率的“液滴移动法”

（1）测定装置

（2）测定方法及解读

①测定呼吸速率

a．装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。

b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。

c．置于适宜温度环境中

d．红色液滴向左移动（单位时间内左移距离代表呼吸速率）。

②测定净光合速率

a．装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。

b．必须给予较强光照处理，且温度适宜。

c．红色液滴向右移动（单位时间内右移距离代表净光合速率）。

2．为探究光照强度对光合作用的影响，某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在25℃条件下进行了一系列实验。

下列说法正确的是（　　）

A．在无光条件下，液滴向左移动

B．在有光条件下，液滴向右移动

C．在有光条件下，液滴向右移动的距离代表光合速率

D．随光照强度的增强，液滴向右移动的距离逐渐增大

答案　A

解析　由于CO2缓冲液维持装置中的CO2含量不变，所以引起装置中气压变化的原因是O2的变化。

无光条件下绿色植物只进行细胞呼吸，消耗O2，液滴左移，A项正确；有光条件下，绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2，又进行光合作用产生O2，若光合作用＞细胞呼吸，液滴右移，若光合作用＝细胞呼吸，液滴不移动，若光合作用＜细胞呼吸，液滴左移，B项错误；在有光条件下，液滴向右移动的距离代表净光合速率，C项错误；在达到光饱和点之前随光照强度的增强，液滴向右移动的距离逐渐增大，D项错误。

高一生物科研兴趣小组从校博雅湖的某一深度取得一桶水样，分装于六对密封黑白瓶中（白瓶为透明瓶，黑瓶为不透光瓶），剩余的水样测得初始溶氧量为10mg/L。

将六对密封黑白瓶分别置于六种不同的光照条件下（由a→e逐渐加强），其他条件相同，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶氧量，记录数据如下。

下列分析错误的是（　　）

光照强度（klx）

0（黑暗）

a

b

c

d

e

白瓶溶氧量（mg/L）

3

10

16

24

30

30

黑瓶溶氧量（mg/L）

3

3

3

3

E

E

A.瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24h内为7mg/L

B．光照强度为d、e时，黑瓶中溶氧量应为3mg/L

C．光照强度为c时，在24h内白瓶中植物产生的氧气量为28mg/L

D．光照强度为d时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加

审题关键

（1）黑瓶不透光，瓶中生物不能进行光合作用，因此黑瓶中氧气的减少是由于细胞呼吸消耗。

（2）白瓶透光，瓶中生物能进行光合作用，溶液中氧气的变化是光合作用和细胞呼吸的综合结果；实际光合作用强度＝净光合作用强度＋细胞呼吸强度。

答案　C

解析　据题意分析可知，24h氧气的消耗量是10－3＝7（mg/L），即瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24h内为7mg/L，A项正确；由光照强度0、a、b、c时测得数据可知，光照强度变化，消耗的氧气不变，因此光照强度为d、e时，黑瓶中溶氧量应为3mg/L，B项正确；光照强度为c时，24h氧气的增加量是24－10＝14（mg/L），呼吸消耗量是7，因此在24h内白瓶中植物产生的氧气量为14＋7＝21（mg/L），C项错误；由表格数据可知，d对应的光照强度是光饱和点，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加，D项正确。

测定光合作用速率的“黑白瓶法”

黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶（无光照的一组）测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶（有光照的一组）测得的为表观（净）光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。

3．用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙，同时从某池塘水深0.5m处的同一位置取满水样，立即测定甲瓶中的氧气含量，并将乙、丙瓶密封后沉回原处。

一昼夜后取出玻璃瓶，分别测定两瓶中的氧气含量，结果如下（不考虑化能合成作用）。

下列有关分析合理的是（　　）

透光玻璃瓶甲

透光玻璃瓶乙

不透光玻璃瓶丙

4.9mg

5.6mg

3.8mg

A.丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是线粒体内膜

B．在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1mg

C．在一昼夜后，乙瓶水样的pH比丙瓶的低

D．在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为1.1mg

答案　B

解析　丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所有细胞质基质、线粒体基质，A项错误；本实验中氧气含量甲瓶－丙瓶＝4.9mg－3.8mg＝1.1mg，可表示一昼夜丙瓶中生物细胞呼吸消耗的氧气量，乙瓶－甲瓶＝5.6mg－4.9mg＝0.7mg，可表示一昼夜乙瓶中生物产生的净氧气量，因此乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量＝1.1mg＋0.7mg＝1.8mg，B项正确、D项错误；一昼夜后，乙瓶水样中的CO2含量下降，因此其pH上升，而丙瓶中只进行细胞呼吸，CO2含量上升，pH下降，乙瓶水样的pH比丙瓶的高，C项错误。

现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光（A），另一半不遮光（B），并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。

在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位为mg/（dm2·h）。

下列说法正确的是（　　）

A．该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能测出实际光合作用的强度

B．（m2－m1）表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量

C．m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小

D．m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小

审题关键

（1）光照下光合作用和细胞呼吸生理过程均发生，则有机物的增加量代表净光合作用强度；而黑暗中只进行细胞呼吸不进行光合作用，则在黑暗中有机物的减少量代表细胞呼吸强度。

（2）假设原来半片叶重为m0，m1和m2分别表示在适宜光照和温度下照射一段时间后的被截取的部分（A部分）干重和被截取的部分（B部分）干重，而在该时间段内，前者只进行细胞呼吸，而后者同时进行光合作用和细胞呼吸，则m0－m1＝细胞呼吸速率，m2－m0为光照下的净光合作用速率，实际光合作用速率＝净光合作用速率＋细胞呼吸速率＝m2－m0＋m0－m1＝m2－m1，即为B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的合成量。

答案　A

测定光合作用速率的“称重法”

将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表表观（净）光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。

需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。

4．如图表示在不同温度下，测定某植物叶片质量变化情况（均考虑为有机物的质量变化）的操作流程及结果，据图分析回答问题：

（1）由图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为______，总光合速率可表示为________。

在13～16℃之间，随着温度的升高，细胞呼吸强度将________（填“增强”“减弱”或“不变”），实际光合作用的强度将________（填“增强”“减弱”或“不变”）。

（2）恒定在上述________℃温度下，维持10小时光照，10小时黑暗，该植物叶片增重最多，增重了________mg。

答案　

（1）X　Y＋2X　增强　增强　

（2）14　30

解析　

（1）呼吸速率可用单位时间内有机物的减少量来表示，所以是X。

净光合速率可用单位时间内有机物的积累量来表示，而总光合速率还要加上细胞呼吸消耗有机物的量，所以是Y＋2X。

在13～16℃之间，随着温度的升高，细胞呼吸强度很明显在逐渐增强，光合作用强度也在逐渐增强。

（2）单位时间的净光合作用的积累量是Y＋X,10小时的积累量是10（Y＋X），再黑暗10小时，只有细胞呼吸，消耗的有机物的量是10X，经过10小时光照，10小时黑暗，剩余的有机物的量是10Y，据题图可知，在14℃时增重最多，增加的量是30mg。