2019-2020同步新教材人教生物必修一新突破讲义：第5章 素能提升课 光合作用和细胞呼吸的相关实验 Word版含答案.pdf

核心精要核心精要 1“装置图法”测定光合速率与呼吸速率“装置图法”测定光合速率与呼吸速率 (1)测定装置测定装置 (2)测定方法及解读测定方法及解读 测定呼吸速率测定呼吸速率(装置甲装置甲) a装置甲烧杯中放入适宜浓度装置甲烧杯中放入适宜浓度 NaOH 溶液用于吸收溶液用于吸收 CO2。 b玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。 c置于适宜温度环境中。置于适宜温度环境中。 d红色液滴向左移动红色液滴向左移动(用装置甲单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率用装置甲单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。 测定净光合速率测定净光合速率(装置乙装置乙) a 装置乙烧杯中放入适宜浓度的 装置乙烧杯中放入适宜浓度的 CO2缓冲液， 用于保证容器内缓冲液， 用于保证容器内 CO2浓度恒定， 满足光合作用需求。 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。必须给予较强光照处理，且温度适宜。 c 红色液滴向右移动 红色液滴向右移动(用装置乙单位时间内向右移动的距离代表净光合速率用装置乙单位时间内向右移动的距离代表净光合速率)。 根据“总根据“总(真正真正)光合速率呼吸速率净光合速率”可计算得到总光合速率呼吸速率净光合速率”可计算得到总(真正真正)光 合速率。 光 合速率。 物理误差的校正：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，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实 验结果进行校正。 物理误差的校正：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，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实 验结果进行校正。 2红外线红外线 CO2传感器传感器 由于由于 CO2对红外线有较强的吸收能力，对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有 一定的线性关系，因此 的多少与红外线的降低量之间有 一定的线性关系，因此 CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线 CO2传感器来测量传感器来测量 CO2浓度的变化。浓度的变化。 3“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率 将装有水和水生植物的黑、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 将装有水和水生植物的黑、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(光合作用总量光合作用总量)白瓶中氧气增加量黑瓶中氧气减少量。白瓶中氧气增加量黑瓶中氧气减少量。 4“半叶法”测定光合作用有机物的产生量“半叶法”测定光合作用有机物的产生量 “半叶法”的原理是将对称叶片的一部分“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分遮光，另一部分(B)不做处理，并 采用适当的方法 不做处理，并 采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻 止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射 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 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，即可计算 出该叶片的光合作用强度， 其单位是 ，获得相应数据，即可计算 出该叶片的光合作用强度， 其单位是 mg/(dm2··h)， 则有， 则有 MMBMA， M 表示表示 B 叶片被截取部分在叶片被截取部分在 6 小时内光合作用合成的有机物总量。小时内光合作用合成的有机物总量。 对点训练对点训练 1 下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 下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。下列说法不正确的是为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是 ( ) 甲 乙甲 乙 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 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若将图甲中的若将图甲中的 CO2缓冲液换成质量分数为缓冲液换成质量分数为 1%的的 NaOH 溶液，其他条件 不变，则植物幼苗叶绿体产生 溶液，其他条件 不变，则植物幼苗叶绿体产生 NADPH 的速率将不变的速率将不变 C一定光照条件下，如果再适当升高温度，真光合速率会发生图乙中从一定光照条件下，如果再适当升高温度，真光合速率会发生图乙中从 b 到到 a 的变化，同时呼吸速率会发生从的变化，同时呼吸速率会发生从 a 到到 b 的变化的变化 D若图乙表示图甲植物的光合速率由若图乙表示图甲植物的光合速率由 a 到到 b 的变化，则可能是适当提高了的变化，则可能是适当提高了 CO2缓冲液的浓度缓冲液的浓度 B 图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物所 需 图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物所 需 CO2由由 CO2缓冲液提供，而产生的缓冲液提供，而产生的 O2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 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 O2而产生的而产生的 CO2又被又被 CO2 缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动。若将图甲中的缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动。若将图甲中的 CO2缓冲液换成质量分数为缓冲液换成质量分数为 1%的的 NaOH 溶液，虽然光照条件不变，但由于无溶液，虽然光照条件不变，但由于无 CO2提供，暗反应不能为光反 应提供 提供，暗反应不能为光反 应提供 ADP 与与 NADP 等物质，从而影响光反应的进行，产生 等物质，从而影响光反应的进行，产生 NADPH 的速率将 下降。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 光合速率下降，而一般情况下与细胞呼吸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。光合速率由 的速率将 下降。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 光合速率下降，而一般情况下与细胞呼吸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。光合速率由 a 到到 b 变化，说明光合 速率升高了， 而影响光合速率的因素有光照强度、 变化，说明光合 速率升高了， 而影响光合速率的因素有光照强度、 CO2浓度、 温度等， 适当提高浓度、 温度等， 适当提高 CO2 浓度会增大光合速率。浓度会增大光合速率。 2如图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的实验装置。将 该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙 述，正确的是 如图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的实验装置。将 该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙 述，正确的是( ) A温度、温度、CO2浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量 BCO2缓冲液的作用是维持容器中缓冲液的作用是维持容器中 CO2浓度的稳定浓度的稳定 C如果有色液滴向右移动，说明该植物不进行光合作用如果有色液滴向右移动，说明该植物不进行光合作用 D如果有色液滴向左移动，说明该植物不进行光合作用如果有色液滴向左移动，说明该植物不进行光合作用 B 依题意可知，该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响， 自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，有色液滴的移动距离作为观测的指 标，温度、 依题意可知，该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响， 自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，有色液滴的移动距离作为观测的指 标，温度、CO2浓度等都是无关变量；浓度等都是无关变量；CO2缓冲液的作用是维持容器中缓冲液的作用是维持容器中 CO2浓度 的稳定；有色液滴移动的距离是由装置内 浓度 的稳定；有色液滴移动的距离是由装置内 O2的变化量引起的，如果有色液滴向右 移动，说明光合作用释放的氧气量大于呼吸作用吸收的氧气量；如果有色液滴向 左移动，说明光合作用释放的氧气量小于呼吸作用吸收的氧气量。 的变化量引起的，如果有色液滴向右 移动，说明光合作用释放的氧气量大于呼吸作用吸收的氧气量；如果有色液滴向 左移动，说明光合作用释放的氧气量小于呼吸作用吸收的氧气量。 3将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内，在室内调温将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内，在室内调温 25 ，给予恒定适宜的 光照 ，给予恒定适宜的 光照 60 min，然后遮光处理，然后遮光处理 60 min。全程用。全程用 CO2传感器测定钟罩内传感器测定钟罩内 CO2浓度的浓度的 变化，得到图变化，得到图 2 曲线。曲线。 图图 1 图图 2 (1)若要获得小麦的真正光合速率，若要获得小麦的真正光合速率，_(填“需要”或“不需要”填“需要”或“不需要”)另设 对照组。 另设 对照组。060 min 小麦的真正光合速率为小麦的真正光合速率为_mol CO2/(L·h)。 (2)实 验实 验 10 min 时 ， 小 麦 叶 肉 细 胞 进 行 光 合 作 用 所 需时 ， 小 麦 叶 肉 细 胞 进 行 光 合 作 用 所 需 CO2的 来 源 是的 来 源 是 _。 在停止光照的瞬间叶绿体内在停止光照的瞬间叶绿体内 C3的含量的含量_。 解析解析 (1)前前 60 min 测定净光合速率，后测定净光合速率，后 60 min 测定呼吸速率，不必另设对 照组。真正光合速率净光合速率呼吸速率 测定呼吸速率，不必另设对 照组。真正光合速率净光合速率呼吸速率(2 000800)(1 200800)1 600(mol CO2/(L·h)。 (2)光合作用旺盛，叶绿体需要较多光合作用旺盛，叶绿体需要较多 CO2，包括线粒体供给和胞外吸收。停止 光照，叶绿体内缺少 ，包括线粒体供给和胞外吸收。停止 光照，叶绿体内缺少 NADPH 和和 ATP，不能进行还原，不能进行还原 C3的过程。的过程。 答案答案 (1)不需要 不需要 1 600 (2)线粒体供给和胞外吸收 增多线粒体供给和胞外吸收 增多(或升高或升高) 4 某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样， 分装于六对黑白瓶中， 剩余的水样测得原初溶解氧的含量为 某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样， 分装于六对黑白瓶中， 剩余的水样测得原初溶解氧的含量为 10 mg/L， 白瓶为透明玻璃瓶。 黑瓶为黑布罩 住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下， ， 白瓶为透明玻璃瓶。 黑瓶为黑布罩 住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，24 小时后测定各组培养瓶 中的氧含量，记录数据如下： 小时后测定各组培养瓶 中的氧含量，记录数据如下： 光照强度光照强度(klx)0(黑暗黑暗)abcde 白瓶溶氧量白瓶溶氧量(mg/L)31016243030 黑瓶溶氧黑瓶溶氧333333 量量(mg/L) (1)黑瓶中溶解氧的含量降低为黑瓶中溶解氧的含量降低为 3 mg/L 的原因是的原因是_ _； 该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的 O2量为量为_mg/(L·24 h)。 (2)当光照强度为当光照强度为 c klx 时，白瓶中植物产生的氧气量为时，白瓶中植物产生的氧气量为_mg/(L·24 h)。 (3)光照强度至少为光照强度至少为_(填字母填字母)klx 时，该水层产氧量才能维持生物正常 生活耗氧量所需。 时，该水层产氧量才能维持生物正常 生活耗氧量所需。 解析解析 (1)黑瓶中溶解氧的含量降低为黑瓶中溶解氧的含量降低为 3 mg/L 的原因是黑瓶没有光照，植物 不能进行光合作用产生氧气，其中的生物呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼 吸消耗的 的原因是黑瓶没有光照，植物 不能进行光合作用产生氧气，其中的生物呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼 吸消耗的 O2量为原初溶解氧减去量为原初溶解氧减去 24 小时后氧含量，即小时后氧含量，即 1037mg/(L·24 h)。 (2)当光照强度为当光照强度为 c klx 时， 白瓶中植物光合作用产生的氧气量即总光合作用量 净光合作用量呼吸作用消耗量 时， 白瓶中植物光合作用产生的氧气量即总光合作用量 净光合作用量呼吸作用消耗量(2410)721mg/(L·24 h)。 (3)光照强度为光照强度为 a klx 时， 白瓶中溶氧量不变， 说明植物光合作用产生的氧气刚 好用于所有生物的呼吸作用消耗，故光照强度为 时， 白瓶中溶氧量不变， 说明植物光合作用产生的氧气刚 好用于所有生物的呼吸作用消耗，故光照强度为 a klx 时，该水层生物产氧量与生 物耗氧量可维持动态平衡。 时，该水层生物产氧量与生 物耗氧量可维持动态平衡。 答案答案 (1)黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物呼吸作用消 耗氧气 黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物呼吸作用消 耗氧气 7 (2)21 (3)a 5.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 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 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 h 后，在后，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 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 ，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其 单位是 mg/(dm2··h)。请分析回答下列问题：。请分析回答下列问题： (1)MA表示表示 6 h 后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量；后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量；MB表示表示 6 h 后后 (_)(_)呼吸作用有机物的消耗量。呼吸作用有机物的消耗量。 (2)若若 MMBMA，则，则 M 表示表示_ _。 (3)光合速率的计算方法是光合速率的计算方法是_。 (4)本 方 法 也 可 用 于 测 定 叶 片 的 呼 吸 速 率 ， 写 出 实 验 设 计 思 路 ：本 方 法 也 可 用 于 测 定 叶 片 的 呼 吸 速 率 ， 写 出 实 验 设 计 思 路 ： _ _ _。 解析解析 叶片 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 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，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表示表示 6 h 后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， 后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表示表示 6 h 后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量，则后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量，则 MBMA就是 光合作用 就是 光合作用 6 h 有机物的总产量有机物的总产量(B 叶片被截取部分在叶片被截取部分在 6 h 内光合作用合成的有机物 总量 内光合作用合成的有机物 总量)。由此可计算光合速率，即。由此可计算光合速率，即 M 除以时间再除以截取面积。除以时间再除以截取面积。 答案答案 (1)叶片初始质量 光合作用有机物的总产量叶片初始质量 光合作用有机物的总产量 (2)B 叶片被截取部分在叶片被截取部分在 6 h 内光合作用合成的有机物总量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，即值除以时间再除以面积，即 M/(截取面积×时间截取面积×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， 另一部分在黑暗环境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 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， 另一部分在黑暗环境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