届高中生物一轮复习人教版实验法测定光合速率与呼吸速率学案.docx

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届高中生物一轮复习人教版实验法测定光合速率与呼吸速率学案

2020届

轮复习人教版实验法测定光合速率与呼吸

速率学案

［典例精析］

方法一：

气体体积变化法——测光合作用。

2产生的体积或CO2

消耗的体积

［实验原理］

1甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液

吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的。

2吸收速率，可代表呼吸速率。

2.乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的。

2释放速率，可代表净光合速率。

3.真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。

典例1如图是在一定温度下测定某植物呼吸作用和光合作

用

强度的实验装置（呼吸底物为葡萄糖，不考虑装置中微生物的影响），相关叙述正确的是（）

召oT

A.烧杯中盛放NaHCOs溶液，可用于测定一定光照强度下植

物的净光合速率

B.在遮光条件下，烧杯中盛放NaOH溶液，可用于测定植物无氧呼吸的强度

C.烧杯中盛放清水，可用于测定一定光照强度下真正光合速率

D.在遮光条件下，烧杯中盛放清水，可用于测定植物有氧呼吸的强度

［解析］NaHCO3溶液可以维持装置内CO2浓度的恒定，U形管

中液面高度的变化是装置中02量的变化造成的，可以代表净光合速率。

NaOH可以吸收CO2，无氧呼吸不消耗02，不能用来测定无氧呼吸的强度。

烧杯中盛放清水，一定光照强度下，光合作用吸收

CO2量与释放。

2量相等，有氧呼吸消耗02量与产生CO2量相等，不能测定真正光合速率。

在单位时间内，有氧呼吸消耗的02量等于

产生的CO2量，无论有氧呼吸强度多大，U形管中液面都不会发生变化。

［答案］A

方法二：

叶圆片称重法——测定有机物的变化量

［实验原理］

测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）

在上T10时移花的在屮午12时移走的在下午14时移走的

叶圆片X（I雀*舀）叶岡片Y（于重yg）叶圆片Z（干®zg）

净光合速率=（z—y）/2S;呼吸速率=（x—y）/2S;总光合速率=净光合速率+呼吸速率=（x+z—2y）/2S。

典例2某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图

所示实验：

在叶柄基部做环剥处理（仅限制叶片有机物的输入和输

出），于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片

烘干后称其重量，M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是（单位：

gcm—2h—1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响）（）

［解析］分析题意可知，上午10时到下午16时之间的6个小

时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此其重量变化表示的是净光合作用量，则净光合速率=净光合作用量/6=（y—x）/6;而

M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，此时叶

片只进行呼吸作用，因此可以计算出呼吸速率=（y—z）/3;因此总光

合速率=净光合速率+呼吸速率=（y—x）/6+（y—z）/3=（3y—2z-

x）/6。

［答案］A

方法三：

半叶法一一测定光合作用有机物的产生量

［实验原理］

将植物对称叶片的一部分（A）遮光或取下置于暗处，另一部分（B）则留在光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。

一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为Ma、Mb,开始时二者

相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。

典训3某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进

行测定。

将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。

在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为Ma、Mb，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/（dmh）。

请分析回答下列问题：

［解析］叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。

叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。

分析题意可知，Mb表示叶片初始质量+光合作用有机物的总产量-呼吸作用有机物的消耗量，Ma表示叶片初始质量-

呼吸作用有机物的消耗量，则Mb-Ma就是光合作用6小时干物质的积累量但叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量）。

由此可计算总光合速率，即M值除以时间再除以面积。

［答案］

（1）叶片初始质量光合作用有机物的总产量

（2）B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量

（3）M值除以时间再除以面积，即M/（截取面积X时间）

（4）将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。

方法四：

叶圆片上浮法一一定性检测02释放速率

［实验原理］

利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，植物吸收C02放出。

2，由于。

2在

水中的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），即能比较光合作用强度的大小。

典训4取生长旺盛的绿叶，利用打孔器打出一批直径为1

cm的叶圆片，将叶圆片细胞间隙中的气体排出后，平均分装到盛有等量的不同浓度NaHCO3溶液的培养皿底部，置于光温恒定且适宜的条件下（如图甲），测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面所用的时

A.a〜b段随着NaHCOs溶液浓度的增加，类囊体薄膜上水的

分解速率逐渐增大

B.c〜d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶绿体基质中C3的

生成速率逐渐减小

C.c〜d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，单个叶圆片有机物

的积累速率逐渐减小

D.a〜d段如果增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上

浮至液面所用的时间

［解析］NaHCO3溶液能够分解产生CO2，因此不同浓度的

NaHCO3溶液能够为叶圆片提供稳定的CO2来源。

分析图乙的曲线可知，刚开始增加NaHCO3溶液的浓度，光合作用强度增强；超过一定浓度再增加NaHCO3溶液的浓度，由于外界溶液浓度太高，导致植物的叶肉细胞失水，会使叶肉细胞光合速率降低，叶片上浮时间延长。

［答案］D

方法五：

黑白瓶法——测溶氧量的变化

［实验原理］

将装有水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时

间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。

黑瓶

不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。

因此，真正光合作用量（光合作用总量）=白

瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量。

典例5下表所示是采用黑白瓶（不透光瓶一可透光瓶）法测定夏季某池塘不同深度水体中，初始平均。

2浓度与24小时后平均。

2浓度比较后的数据。

下列有关分析正确的是（）

水深（m）

1

2

3

4

白瓶中02浓度（g/L）

+3

+1.5

0

—1

黑瓶中。

2浓度（g/L）

—1.5

—1.5

—1.5

—1.5

A.水深1m处白瓶中水生植物24小时产生的02为3g/L

B.水深2m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速

率

C.水深3m处白瓶中水生植物不进行光合作用

D.水深4m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体

［解析］根据题意可知，黑瓶中水生植物只能进行呼吸作用，白瓶中水生植物既能进行光合作用又能进行呼吸作用，在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据即为正常的呼吸消耗量。

由表中数据可知，在水深1m处白瓶中水生植物产生的。

2量=3+1.5

4.5（g/L）。

水深2m处白瓶中水生植物光合速率=1.5+1.5=

3.0［g/（Ld）］，呼吸速率为1.5g/（Ld）。

水深3m处白瓶中水生植物光

合作用量等于呼吸作用量，即1.5g/L。

水深4m处白瓶中藻类植物

能进行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻类植物产生ATP的场所是

叶绿体、细胞质基质和线粒体。

［答案］D

方法六：

间隔光照法一一比较有机物的合成量

［实验原理］

光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和［H］不能被暗反应

及时消耗掉。

持续光照，光反应产生的大量的［H］和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。

但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。

因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。

典训6（2015全国卷I）为了探究不同光照处理对植物光合

作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、

B、C、D四组实验。

各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。

处理方法和实验结果如下：

A组：

先光照后黑暗，时间各为67.5s;光合作用产物的相对含量为50%。

B组：

先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7・5s;光合作用产物的相对含量为70%。

C组：

先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗

时间各为3.75ms毫秒）；光合作用产物的相对含量为94%。

D组（对照组）：

光照时间为135s;光合作用产物的相对含量为100%。

回答下列问题：

（1）单位光照时间内，C组植物合成有机物的量（填“高

于”“等于”或“低于”）D组植物合成有机物的量，依据是C组和D组的实

验结果可表明光合作用中有些反应不需要这些反应发生

的部位是叶绿体的。

（2）A、B、C三组处理相比，随着■勺增

加，使光下产生的E够及时利用与及时再

生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。

［解析］

（1）C组的光合作用时间仅仅是D组的一半，但C组光合作用产物的相对含量与D组相差很少，可以判断C组单位光照时间内植物合成有机物的量高于D组。

C组和D组的结果对照说明黑暗处理时也进行光合作用，即光合作用过程中某些反应不需要光照，该反应指的是暗反应，进行暗反应的场所是叶绿体基质。

（2）比

较A、B、C三组可以看出，三组的光照和黑暗交替频率不同，交替频率增加可使光照下产生的ATP和［H］及时利用和再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。

［答案］

（1）高于C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%光照基质

（2）光照和黑暗交替频率ATP和［H］

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1.（2015重庆卷）将如图所示细胞置于密闭容器中培养。

在不同光照强度下，细胞内外的CO2和02浓度在短时间内发生了相应变化。

下列叙述错误的是（）

1胞外COJ浓度

2胞内COm浓度

③胞内Q浓度

④胞外Q浓度

适宜条件下悬浮培养的水稻叶肉细胞示意图

A.黑暗条件下，①增大、④减小

B.光强低于光补偿点时，①③增大

C.光强等于光补偿点时，②③保持不变

D.光强等于光饱和点时，②减小、④增大

［解析］图示细胞为水稻叶肉细胞，在黑暗条件下、密闭容器

中，该细胞不进行光合作用，只进行细胞呼吸，吸收02，放出

C02,因此①增大、④减小。

光强低于光补偿点时，光合作用和细胞呼吸同时进行，但细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞吸收02，放出C02,此时在密闭容器中①增大、③减小。

光强等于光补偿点时，细胞呼吸强度等于光合作用强度，因此细胞吸收02速度等

于放出C02速度，即②、③保持不变。

光强等于光饱和点时，光合作用强度最大，细胞光合作用吸收C02速度大于细胞呼吸吸收。

2的速度，因此②减小、④增大。

［答案］B

2.（2018宿州质检）如图是绿色植物叶肉细胞内部分生命活动示

意图，其中①〜⑤表示生理过程，a〜d表示物质。

下列分析错误的

是（）

A.在生物膜上发生的生理过程有③和④

B.①②⑤过程均发生在细胞质基质中

C.a和b分别表示丙酮酸和［H］

D.有氧呼吸包括图中的①②③过程

［解析］由图可知，①②③依次为有氧呼吸的第一、二、三阶段，④为光反应，⑤为暗反应。

a为丙酮酸，b为［H］,c为ADP和Pi,d为ATP和［H］;在生物膜上发生的生理过程有有氧呼吸的第三阶段（③）和光反应（④）；有氧呼吸的第一阶段（①）在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二阶段（②）在线粒体基质中完成，暗反应阶段（⑤）在叶绿体基质中完成

［答案］B

3.

图1图2分别表示两种植物在其他条件均适宜的情况下,光合速率和呼吸速率随光照强度变化而变化的研究情况。

下列有关叙述错误的是（）

A.该项研究中两种植物所处的环境温度相同且保持不变

B.两图中阴影部分的纵向值代表相应光照强度时的净光合速

率

C.图2代表的植物可能更适宜生活于弱光照环境中

D.植物处于图中CP所示光照强度时，叶肉细胞消耗的02大

多需经过5层生物膜

［解析］该项研究中除光照强度外，其他条件都处于两种植物生长的最适宜状态，故所处环境温度不一定相同，A错误；图中的

光合速率是植物进行光合作用的总光合速率，而净光合速率=总光合速率一呼吸速率，B正确；图2代表的植物的光饱和点较低，所以更适宜生活于弱光照环境中，C正确；植物处于图中CP所示光照强度时，光合速率和呼吸速率相等，所以叶肉细胞中叶绿体产生的02

大多需经过类囊体膜、叶绿体双层膜和线粒体双层膜5层生物膜参

与有氧呼吸，D正确。

［答案］A

4.如图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置

图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。

下列说法错误的是（）

A.图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动

B.若将图甲中的C02缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶

液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变

C.一定光照条件下，如果再适当升高温度，真正光合速率会

发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化

D.若图乙表示甲图植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度

［解析］图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于呼吸

作用强度，植物所需C02由C02缓冲液提供，而产生的02会使装置中气体体积增大，因此有色液滴向右移动，如果再放到黑暗环境

中，植物呼吸消耗02而产生的C02会被C02缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动，A正确。

若将图甲中的C02缓冲液换成质量分数为1%的Na0H溶液，虽然光照条件不变，但由于无C02供应，暗反应不能为光反应提供ADP与NADP+等物质，从而影响光反应的进行，产生NADPH的速率将下降，B错误。

在光合作用最适温度时再升高温度，与光合作用有关的酶活性会下降，真正光合速率下降，而一般情况下与呼吸作用有关的酶的最适温度较高，此时酶活性会随温度升高而升高，因此呼吸速率会升高，C正确。

光合速率由a到b变化，说明光合速率升高了，影响光合速率的因素有光照强度、C02浓度、温度等，适当提高C02浓度会增大光合速率，D正确。

［答案］B

5.为探究环境因素对光合强度的影响，多个兴趣小组设计实验进行了研究。

实验材料和用具：

100mL量筒、20〜500W的台灯、冷开水、

NaHC03、黑藻等。

实验步骤：

①准备6套如图所示的装置，编号为1〜6。

在可乐瓶中各加入约500mL0.01g/mL的NaHCO3溶液后用冷开水充满。

2取6等份黑藻分别放入1〜6号装置中。

3将6套装置放入暗室中，然后分别用20W、50W、75W、100W、200W和500W的台灯等距离照射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02的体积。

实验结果：

不同光照条件下02的释放量（mL）

组次

20W

50W

75W

100W

200W

500W

——一

1.8

5.0

9.0

12.0

21.0

19.0

二

1.8

5.3

8.0

11.5

20.0

18.0

三

2.0

5.0

8.0

12.0

20.0

19.0

均值

1.87

5.10

8.33

11.83

20.33

18.67

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）将实验处理结果绘成柱形图

⑷上表中测得的02量并非光合作用实际产生的。

2量，其原因

［解析］

（1）据题干分析可知，该实验中的自变量是光照强度。

实验中的无关变量有C02（或NaHC03溶液）浓度、温度、pH、黑藻。

（2）根据装置图，表中各组次的实验数据是通过量筒中收集到的液体的体积读出的。

（3）根据表格中的数据，横坐标为光照强度，纵坐标为02释放量绘制出不同光照强度下02的释放量的柱形图。

（4）黑藻自身的细胞呼吸会消耗02，故通过该实验测得的02量并非光合作用实际产生的。

2量。

［答案］⑴光照强度C02（或NaHCO3溶液）浓度、温度、

pH、黑藻（任选两项）

⑵读量筒中收集到的液体的体积

（3）如图所示

不同光照强度下0,的释放量

⑷黑藻自身的呼吸作用会消耗02