浅议光合作用和细胞呼吸计算问题教学.docx
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浅议光合作用和细胞呼吸计算问题教学
光合作用与细胞呼吸问题专题复习
一、细胞呼吸(有氧呼吸)速率
细胞有氧呼吸的总反应式为:
植物体有氧呼吸强度可以用呼吸速率进行度量。
它是指植物体在黑暗条件下单位数量的活体组织,在单位时间内消耗的氧气量(或葡萄糖的量)或产生二氧化碳的量。
从植物内部因素来讲,有氧呼吸速率与植物的种类、生长时期、器官部位有关,从植物的外部因素来讲,与水的多少、O2的供应以及温度等因素有关。
在生产中,植物的细胞呼吸速率可以通过直接测定植物在黑暗中单位时间内氧气的消耗量或则CO2的释放量来表示。
细胞呼吸是供能的化学反应,有光无光都可进行,与光无关.
二、光合作用与细胞呼吸的区别和联系
光合作用与细胞呼吸是植物细胞进行的两大重要生理活动。
植物的生长发育一定程度上可以看作是有机物不断积累的结果。
植物通过光合作用生产有机物,通过细胞呼吸消耗有机物,光合作用强度与呼吸作用的强度大小是决定植物有机物积累的重要因素。
有机物净积累量=光合作用生产量-细胞呼吸消耗量
光合作用与细胞呼吸的区别和联系
光合作用呼吸作用
代谢类型合成代谢分解代谢
反应场所(细胞器)主要在叶肉细胞中(叶绿体)所有活细胞(线粒体)
物质变化无机物转变成有机物有机物氧化分解
对有机物的影响生产(制造)有机物消耗有机物
能量变化光能转变成化学能储存在有机物中化学能释放出来以热能散失或转移到ATP中
联系光合作用的产物为呼吸作用提供了基础(有机物和氧气);呼吸作用产生的二氧化碳可被光合作用利用,释放的能量来自光合作用生产的化学能
三、真光合作用速率
现行教材中给出的是光合作用的总反应式,而在计算问题中,关于光合作用的反应式常要书写产物为葡萄糖的反应式。
光合作用本质上是化学反应。
植物体真光合速率是指植物在单位时间内,单位面积的叶片合成(制造)有机物的速率(或氧气产生速率、二氧化碳消耗速率),真光合是叶绿体代谢的贡献,“真光合速率”又叫“总光合速率”,或“实际光合速率”是指的植物体“真正发生”的光合速率;
四、净光合速率
绿色植物每时每刻都进行细胞呼吸,当在光下测定植物光合强度时,由于植物的细胞呼吸同时进行,因而实际测得的数值应为真光合作用速率与细胞呼吸速率的差值,即“净光合速率”。
所以,“净光合速率”是植物体真光合作用速率在抵消了“细胞呼吸速率”之后剩下的我们所能够实际测量到的光合速率,又叫“实测/表观光合速率”。
1、真光合与净光合的关系
总光合量=净光合量+呼吸量;
光合作用真正产氧量(叶绿体产氧量)=向环境释放氧气量(实测净释放)+呼吸作用耗氧量;
光合作用真正CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)=从环境吸收CO2量(实测净吸收)+呼吸作用CO2释放量;
光合作用真正葡萄生产(制造)量=光合作用葡萄糖净积累(实测)+呼吸作用葡萄糖消耗量。
2、确定植物的总光合作用、净光合作用及呼吸作用可采用以下指标表示
(1)表示净光合量:
①植物/叶片/细胞“吸收”CO2量或实验容器内CO2的减少量,这里的吸收指的是从系统外的环境吸收;
②植物/叶片/细胞“释放”O2量或实验容器内O2的增加量,这里的释放指的是向系统外的环境释放;
③植物/叶片/细胞“积累”葡萄糖量或植物重量(有机物)增加量。
(2)表示真光合量(总/实际光合量):
①叶绿体“吸收”CO2量;细胞/植物“固定”或“同化”CO2量
②叶绿体“产生/释放”O2量;细胞/植物“产生”O2量
③植物/细胞/叶绿体“产生”、“制造”葡萄糖量。
(3)表示呼吸量
黑暗中植物体/或叶片/叶肉细胞/线粒体释放的CO2、吸收的O2或消耗的葡萄糖量表示呼吸消耗量
例题1:
下列5种说法中哪个是总光合,哪个是净光合?
1.植物叶片吸收CO2的量(释放O2的量)
2.植物叶肉细胞吸收CO2的量(释放O2的量)
3.容器中CO2的减少量(释放O2的量)
4.植物光合作用利用的CO2的量(释放O2的量)
5.植物叶绿体吸收CO2的量(释放O2的量)
例题2:
某实验条件下,测得某细胞光照10小时释放氧气640mg,黑暗10小时释放二氧化碳440mg,那么每小时光合作用合成葡萄糖的量应为mg,积累葡萄糖mg。
例题3:
某植物在密闭玻璃罩中培养一天,条件适宜。
白天通过光合作用生产葡萄糖500g,细胞呼吸消耗葡萄糖100g;夜间细胞呼吸消耗葡萄糖600g,该植物这天葡萄糖积累量为,这天结束后,玻璃罩中的氧气量将,二氧化碳量将。
例题4:
已知某植物在无光条件下二氧化碳释放量为44mg/h,而在某光照条件下从环境中二氧化碳吸收速率为44mg/h,则该植物在此光照条件下固定二氧化碳的速率为,氧气释放速率为。
例题5:
例题:
某实验条件下,测得一定数量植物细胞光照10小时释放氧气640mg,黑暗10小时释放二氧化碳440mg,那么每小时光合作用合成葡萄糖的量应为mg,积累葡萄糖mg。
5、真/净光合量(速率)的测量经典装置
1、液滴移动法
前一装置测呼吸速率,黑暗下液滴左移的距离(体积)即为O2的消耗量也即呼吸速率;后一装置测净光合速率,光照下液滴右移的距离为净光合速率。
用公式计算总光合速率。
例6下图是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图,装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度,该装置置于20℃环境中。
实验开始时,针筒的读数是0.2mL,毛细管内的水滴在位置X。
20min后,针筒的容量需要调至0.6mL的读数,才能使水滴仍维持在位置X处。
据此回答下列问题:
(1)若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量清水,重复上述实验,20min后,要使水滴维持在位置X处,针筒的容量 (需向左/需向右/不需要)调节。
(2)若以释放出的氧气量来代表光合作用速率,该植物的光合作用速率是 mL/h。
(3)若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液,在20℃、无光条件下,30min后,针筒的容量需要调至0.1mL的读数,才能使水滴仍维持在X处。
则在有光条件下该植物的实际光合速率是 mL/h。
2、圆片上浮法
利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气,充以水分,使叶片沉于水中。
在光合作用过程中,植物吸收CO2放出O2,由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累,结果使原来下沉的叶片上浮。
根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短),即能比较光合作用的强弱。
例7 下面甲图为研究光合作用的实验装置。
用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片,再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底,然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中,给予一定的光照,测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙),以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。
有关分析正确的是( )
A.在ab段,随着NaHCO3溶液浓度的增加,光合作用速率逐渐减小
B.在bc段,单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度,都可以缩短叶圆片上浮的时间
C.在c点以后,因NaHCO3溶液浓度过高,使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
D.因配制的NaHCO3溶液中不含氧气,所以整个实验过程中叶圆片不能进行呼吸作用
3、半叶称重法
将对称叶片左侧遮光右侧曝光,并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移。
在适宜光照下照射一段时间后,从两侧截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为a(遮光)和b(曝光),则b-a所代表的是总光合量。
例8测定植物光合作用强度常采用“半叶法”:
将若干处于正常生活状态的植物对称叶片的一半剪下,用湿纱布包裹放于黑暗处(记为A),另一半则留在植株上(记为B),在光下进行光合作用,光照一段时间后,在A、B的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重,获得相应数据,然后计算植物光合作用强度(单位mg/dm2.h),请结合以上内容回答相关问题
(1)对叶片基部处理时,用刀片小心环剥实验叶片叶柄的韧皮部,但不能伤及木质部,目的是使选定叶片中的有机物既不能________________,也不能________________,而且又不能影响________的供应。
(2)光照4小时后,将同一叶片的A、B两部分按对应部位叠在一起,在无粗叶脉处放上金属模板,用刀片沿金属模板的边缘切下两个方形叶块,分别烘干至恒重,记录为WA、WB,若ΔW=WB-WA,取多个叶片求ΔW的平均值,则ΔW表示________,假设每次截取的叶片面积为d,每次光照时间为t,则植物光合作用强度可以表示为________。
4、黑白瓶法
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶,只有呼吸作用,所以呼吸作用量=黑瓶中溶解氧的变化。
白瓶既能光合作用又能呼吸作用,所以净光合作用量=白瓶中溶解氧的变化。
真正光合量(总光合量)=白瓶中溶解氧的变化+黑瓶中溶解氧的变化
例9采用黑—白瓶(不透光—可透光瓶)法测定池塘群落各深度日代谢的平均氧浓度变化,结果如下表,请据表分析,该池塘一昼夜生产氧气和消耗氧气量分别是( )
深度
瓶中O2的变化(g.m-2)
白瓶
黑瓶
1m
+3
-1
2m
+2
-1
3m
0
-1
4m
-1
-1
水底
-3
-3
A.5、7 B.8、7 C.8、11 D.5、11
六、不同光照条件下植物体的气体代谢特点以及相关速率
几个概念:
呼吸速率光补偿点、光饱和点
此曲线可以变式(如下图),不同二氧化碳浓度条件下植物体的气体代谢特点以及相关速率有类似曲线(如右下图)
例题10:
请说明夏季一天以下各时间或时刻细胞呼吸强度与光合作用强度的关系——OA、AB、B、BC、CD、D、DE、EF、F、BF、FG、GK
七、训练题
曲线类
1以测定的CO2吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,结果如图所示,下列分析正确的是( )
A.光照相同时间,35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
B.光照相同时间,在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于25℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少
D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等
2植物的光合作用受CO2浓度、光照强度和温度的影响。
右图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下,测定某植物在不同光照强度下的光合作用速率。
下列有关说法正确的是( )
A.在a点所示条件下,该植物细胞只进行呼吸作用,产生ATP的场所是线粒体
B.b点时该植物的实际光合作用速率为0
C.若将该植物置于c点条件下光照9小时,其余时间置于黑暗中,则每平方米叶片一昼夜中CO2的净吸收量为15mg
D.适当提高CO2浓度,则图中a点下移,b点左移,c点上移
3一同学研究某湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸时,设计了如下操作:
①取三个相同的透明玻璃瓶标号a、b、c,并将a用不透光黑布包扎起来;②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水,并测定c瓶中水的溶氧量;③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中,24小时后取出;④测定a、b两瓶中水的溶氧量,三个瓶子的测量结果如图所示。
关于24小时内X深度水体中生物光合作用和有氧呼吸情况的分析正确的是( )
A.光合作用产生的氧气量为(k-w)mol/瓶
B.光合作用产生的氧气量为(k-v)mol/瓶
C.有氧呼吸消耗的氧气量为(k-v)mol/瓶
D.有氧呼吸消耗的氧气量为vmol/瓶
4右图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光照强度下,甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系,下列说法正确的是( )
A.CO2浓度大于a时,甲才能进行光合作用
B.适当增加光照强度,a点将左移
C.CO2浓度为b时,甲、乙总光合作用强度相等
D.甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强
5如图是植物氧气释放和吸收速度有关的资料,植物受12小时黑暗,随后进行12小时光照,温度不变,结果如图所示。
下面是在24小时的实验时间内通过植物呼吸消耗的氧的总体积,哪个是最正确的估计( )
A.600cm3B.1000cm3C.1200cm3D.1800cm3
6、将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室,调节小室CO2浓度,在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示),测定结果如图。
下列相关叙述,正确的是( )
A.如果光照强度适当降低,a点左移,b点左移
B.如果光照强度适当降低,a点左移,b点右移
C.如果光照强度适当增强,a点右移,b点右移
D.如果光照强度适当增加,a点左移,b点右移
7一生长着大量绿藻的池塘,一天内池水中CO2
浓度变化正确的是( )
8如图所示农田一昼夜温度变化Ⅰ、光照强度变化Ⅱ和植物吸收CO2
变化Ⅲ数据绘制成的曲线,则下列说法不正确的是( )
A.在Ⅲ曲线与时间轴交点c和e时,光合作用吸收的CO2与细胞呼吸释放的CO2量相等
B.a点的形成是由夜间的低温造成的
C.从时间轴上的c点开始合成有机物,到e点有机物的合成停止
D.增大曲线Ⅲ与时间轴所围成的正面积的措施包括提高光照强度、CO2浓度和充足的水分供应
9如图所示某植物光合速率和呼吸速率随温度而变化的走势。
相关叙述错误的是( )
A.曲线A表示植株同化CO2的总量
B.净光合产量最大时的呼吸也最强温度对光合和呼吸速率的影响
C.保持一定的昼夜温差有利于提高产量
D.光合作用和细胞呼吸的酶具有不同的最适温度
10下图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图。
甲图是在春季的某一晴天,乙图是在盛夏的某一晴天,请据图回
答问题:
(1)甲图曲线中C点和E点(外界环境中CO2浓度变化为零)处,植株处于何种生理活动状态___________________________________________________________________。
(2)根据甲图推测该植物光合作用强度最高的是________点,植株积累有机物最多的是________点。
(3)乙图中FG段CO2吸收量逐渐减少是因为________,以致光反应产生的________和________逐渐减少,从而影响了暗反应强度。
(4)乙图曲线中间E处光合作用强度暂时降低,可能是因为_______________________。
11.如图为植物光合作用强度随光照强度变化的坐标图,下列叙述中正确的是(多选)
A.a点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B.b点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等
C.已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25℃和30℃,如图表示该植物处于25℃环境中,则将温度提高到30℃时,a点上移,b点左移,d点下移
D.当植物缺镁时,b点将向右移
表格类
12某植物光合作用与呼吸作用测得的实验数据如下。
若该植物处于白天均温30℃,晚上均温15℃,有效日照15h环境下,请预测植物1天中积累的葡萄糖为()
A.765mg B.1485mgC.315mg D.540mg
组别
一
二
三
四
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后重量变化/mg
-1
-2
-3
-1
光照后与暗处理前重量变化/mg
+3
+3
+3
+1
13将状况相同的某种绿叶分成四等组,在不同温度下分别暗处理1h,再光照1h(光强相同),测其重量变化,得到如下表的数据。
可以得出的结论是( )
A.该植物光合作用的最适温度约是27℃
B.该植物呼吸作用的最适温度是29℃
C.27~29℃下的净光合速率相等
D.30℃下的真正光合速率为2mg/h
14在两个相同密闭、透明玻璃室内各放置一盆相似的甲、乙两种植物幼苗,在充足的水分、光照和适宜的温度等条件下,用红外线测量仪定时测量玻璃室内的CO2含量,结果如下表(假设实验期间光照、水分和温度等条件恒定不变)。
下列有关分析,错误的是( )
记录时间(min)
0
5
10
20
25
30
35
35
40
45
甲种植物(mg/L)
150
113
83
50
48
48
48
48
48
48
乙种植物(mg/L)
150
110
75
30
18
8
8
8
8
8
A.在0~25min期间,甲和乙两种植物光合作用强度都逐渐减少
B.在0~25min期间,CO2含量逐渐降低是有氧呼吸减弱的结果
C.在0~25min期间,影响光合作用强度的主要因素是CO2含量
D.上表数据说明,乙植物比甲植物固定CO2的能力强
综合探究类
15为探究环境因素对光合作用强度的影响,多个兴趣小组设计实验进行研究。
实验材料和用具:
100mL量筒、20W至500W的台灯、冷开水、NaHC03、黑藻等等
实验步骤:
①准备6套如图所示装置,编号为1-6。
在瓶中各加入约500mL0.01g/mLNaHC03溶液后用冷开水充满。
②取6等分黑藻分别放入1-6号装置。
③将6套装置放入暗室中,然后用20W、50W、75W、100W、200W和500W的台灯等距离地分别照射1-6号装置,观察气泡的产生情况。
④30min后停止光照,测量光合作用释放的O2体积
实验结果:
对该实验进行分析,回答有关问题:
(1)该实验中的自变量是________。
列出实验中的两个控制变量(无关变量)_______________。
(2)根据装置图,上表中各组次的实验数据是如何读出的______________
(3)将实验处理结果在右边的坐标里绘成柱形图。
(4)上表中测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量,其原因是________________________________。
(5)对表中数据进行分析并得出结论。
__
16、下图显示某植物叶片细胞内光合作用与呼吸作用的关系,其中abcdef代表与
这些生理作用有关的气体。
下表列出在一定条件下所测定的有关该植物光合作用与呼吸作用的数据,其中“十”表示吸收CO2,“一”表示释放CO2。
请据图表分析回答:
(1)以C18O2为原料进行光合作用,在较强光照下,含018的细胞呼吸产物的主要去向是图中的(填图中字母)。
(2)以H218O作原料进行光合作用,在较强细胞呼吸下,测得含18O的光合作用产物的主要去向是图中的(填图中字母)。
17、下图一表示绿色植物叶肉细胞内发生的光合作用和有氧呼吸的过程,其中a、b为光合作用的原料,①~④表示相关过程。
图二、图三表示外界相关条件对植物光合作用和呼吸作用的影响。
请据图回答:
(1)图一中①②过程进行的场所分别是______________、______________。
(2)①过程中产生的[H]用于③过程____________________________。
(3)如果在图二的乙点突然停止光照,叶绿体内三碳化合物的含量将______________。
(4)图三中,真光合速率=净光合速率+呼吸速率。
40℃时植物体__________(填“能”或“不能”)显示生长现象;而5℃时的状态可用图二中___________点表示。
(5)用大棚种植蔬菜时,白天最好控制光强为图二中的____________点对应的光照强度,温度为图三中的____________℃最佳。
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