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微專題6　植物“三率”的判定及測定
[專題整合]
1．總光合速率、凈光合速率和細胞呼吸速率的辨析
(1)內在關系
①細胞呼吸速率：植物非綠色組織(如蘋果果肉細胞)或綠色組織在黑暗條件下測得的值——單位時間內一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。
②凈光合速率：植物綠色組織在有光條件下測得的值——單位時間內一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量。
③真正光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率。
(2)根據關鍵詞判定
總(真正)光合速率 凈(表觀)光合速率 呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量 “從環境(容器)中吸收”或“環境(容器)中減少”的CO2的量 黑暗中釋放的CO2的量
“產生”或“制造”的O2的量 “釋放至容器(環境)中”或“容器(環境)中增加”的O2的量 黑暗中吸收的O2的量
“產生”“合成”或“制造”的有機物的量 “積累”“增加”或“凈產生”的有機物的量 黑暗中消耗的有機物的量
2.光合速率的測定方法
(1)氣體體積變化法——測定氣體的變化量
①甲裝置在黑暗條件下植物只進行細胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細胞呼吸產生的CO2，因此單位時間內紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。
②乙裝置在光照條件下植物進行光合作用和細胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內CO2濃度的恒定，因此單位時間內紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率。
③總光合速率＝凈光合速率＋有氧呼吸速率。
④物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素引起誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。
(2)葉圓片稱重法——測定單位時間、單位面積葉片中有機物生成量
①操作圖示
②結果分析
a．凈光合速率＝(z－y)/2S(S為葉圓片面積，下同)。
b．呼吸速率＝(x－y)/2S。
c．總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(3)半葉法——測定光合作用有機物的制造量
①測定：將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法(可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷)阻止物質轉移。在適宜光照下照射6 h后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB。
②計算：設被截取部分初始干重為M。
a．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。
b．被截取部分的凈光合速率＝(MB－M)/6。
c．被截取部分的總光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率＝(MB－MA)/6。
(4)黑白瓶法——測水中溶氧量的變化
注：瓶中氧氣充足，不考慮無氧呼吸。
(5)間隔光照法——比較有機物的合成量
測定方法：光反應和暗反應在不同的酶的催化作用下相對獨立進行，在一般情況下，光反應的速率比暗反應的速率快得多，光反應產生的ATP和NADPH除滿足暗反應正常利用外，還有一定量的剩余。持續光照，光反應產生的大量ATP和NADPH不能及時被完全利用，暗反應限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替進行，則黑暗間隔可利用光照時積累的光反應產物，再持續進行一段時間的暗反應。因此，在光照強度與光照時間不變的情況下，交替光照較連續光照條件下制造的有機物多。
(6)葉圓片上浮法——定性檢測O2釋放速率
①實驗原理
②實驗裝置分析
a．自變量的設置：光照強度是自變量，通過調整臺燈與燒杯之間的距離來調節光照強度的大小。
b．中間盛水的玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對燒杯內的水溫產生影響。
c．因變量是光合作用強度，可通過觀測單位時間內被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數量(或浮起相同數量的葉片所用的時間長短)來衡量光合作用的強弱。
[專題集訓]
1．(2022·吉林長春高三檢測)下圖是某生物興趣小組探究不同條件下光合作用和呼吸作用過程中氣體產生情況的實驗示意圖，裝置中的NaHCO3溶液可維持瓶內的CO2濃度處于恒定水平。下列幾種實驗結果中(給予相同的環境條件)，不可能出現的是(　　)
A．甲、乙裝置水滴都左移
B．甲、乙裝置水滴都右移
C．甲裝置水滴不動，乙裝置水滴左移
D．甲裝置水滴右移，乙裝置水滴左移
2．(2022·陜西西安模擬)某課外小組用傳感器測定了不同條件下250 mL有魚和無魚池水的溶解氧變化，獲得下表數據。下列說法正確的是(　　)
瓶子編號 1 2 3 4 5
條件 26 ℃光照 26 ℃黑暗 26 ℃光照 10 ℃光照 10 ℃黑暗
材料 池水 池水 池水＋魚 池水 池水＋魚
2小時后的溶解氧變化(μg) 0.378 －0.065 －0.758 －0.03 －0.215
A．1號瓶池水中植物光合作用產生的氧氣量為0.378 μg　
B．4號瓶池水中植物不能進行光合作用
C．26 ℃條件下魚呼吸作用消耗的氧氣量為1.136 μg
D．池水中植物光合作用的最適溫度為26 ℃
3.(2022·河南洛陽高三統考)如右圖所示，將對稱葉片左側遮光，右側曝光，并采用適當的方法阻止兩部分之間的物質轉移。在適宜光照下照射6小時后，從兩側截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為a和b。下列相關敘述正確的是(　　)
A．a/6所代表的是該葉片的呼吸速率
B．b/6所代表的是該葉片的光合速率
C．(b＋a)/6所代表的是該葉片的凈光合速率
D．(b－a)/6所代表的是該葉片的真正光合速率
4．某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率，做了下圖所示實驗。在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，在不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1 cm2的葉圓片，烘干后稱其重量，測得葉片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6] g/(cm2·h)(不考慮取葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實驗條件是(　　)
A．下午4時后將整個實驗裝置遮光3 h
B．下午4時后將整個實驗裝置遮光6 h
C．下午4時后在陽光下照射1 h
D．晚上8時后在無光下放置3 h
5．某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6 h后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合速率，其單位是 mg/(dm2·h)。請分析并回答下列問題：
(1)MA表示6 h后葉片初始質量－呼吸作用有機物的消耗量；MB表示6 h后____________________＋____________________－呼吸作用有機物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，則M表示____________________________________。
(3)真正光合速率的計算方法是______________________________________
__________________________________。
(4)本方法也可用于測定葉片的呼吸速率，寫出實驗設計思路。
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
6．為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學家以生長狀態相同的某種植物為材料設計了A、B、C、D四組實驗。各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件相同適宜且穩定，每組處理的總時間均為135 s，處理結束時測定各組材料中光合作用產物的含量。處理方法和實驗結果如下：
A組：先光照后黑暗，時間各為67.5 s；光合作用產物的相對含量為50%。
B組：光照和黑暗交替處理，先光照后黑暗，每次光照和黑暗的時間各為7.5 s；光合作用產物的相對含量為70%。
C組：光照和黑暗交替處理，先光照后黑暗，每次光照和黑暗時間各為3.75 ms(毫秒)；光合作用產物的相對含量為94%。
D組(對照組)：光照時間為135 s；光合作用產物的相對含量為100%。
回答下列問題：
(1)單位光照時間內，C組植物合成有機物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D組植物合成有機物的量，依據是________________________
_______________________________________________________________；
C組和D組的實驗結果可表明光合作用中有些反應不需要________，這些反應發生的部位是葉綠體的________。　
(2)A、B、C三組處理相比，隨著
_______________________________________________________________
的增加，使光下產生的__________________能夠及時利用與再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。
參考答案
1解析：選B。裝置中的NaHCO3溶液可維持瓶內的CO2濃度處于恒定水平，故甲裝置內的氣壓變化是由O2含量變化引起的，較強光照條件下(光合速率大于呼吸速率)甲裝置內的水滴右移，黑暗或較弱光照條件下(光合速率小于呼吸速率)甲裝置內水滴左移，適宜光照條件下(光合速率等于呼吸速率)甲裝置內水滴不動；乙裝置內的青蛙只進行呼吸作用而不進行光合作用，故乙裝置內的水滴只能左移，不能右移。
2解析：選C。26 ℃光照條件下，1號瓶溶氧量增加是池水中植物同時進行光合作用和呼吸作用的結果，溶氧量的增加量可以表示凈光合作用下氧氣的凈積累量，實際氧氣產生量為0.378＋0.065＝0.443 μg，A錯誤；4號瓶池水中植物在有光照情況下，通常會進行光合作用，產生此結果可能的原因是光合作用小于呼吸作用，B錯誤；根據1、3號瓶可知，26 ℃光照條件下魚呼吸作用消耗的氧氣量為0.378＋0.758＝1.136 μg，C正確；題干中只有10 ℃和26 ℃兩個溫度，無法確定池水中植物光合作用的最適溫度，D錯誤。
3解析：選D。a＝葉片原重量－呼吸作用消耗，呼吸速率＝(葉片原重量－a)/6，故a/6不是呼吸速率，A錯誤；b＝葉片原重量＋真正光合作用－呼吸作用消耗，光合速率＝(b－葉片原重量＋呼吸作用消耗)/6，故b/6不是光合速率，B錯誤；該葉片的凈光合速率＝(b－葉片原重量)/6，C錯誤；b－a表示光合作用合成有機物的總量，所以(b－a)/6所代表的是該葉片的真正光合速率，D正確。
4解析：選A。起始干重為上午10時移走時的葉圓片干重x g, 從上午10時到下午4時，葉片在這6 h內既進行光合作用，又進行呼吸作用，所以下午4時移走的葉圓片干重(y g)減去上午10時移走時的葉圓片干重(x g)的差值，就等于該葉圓片凈光合作用產生干物質的量：(y－x) g。若要求出呼吸作用消耗干物質量，應將葉片進行遮光處理，先假設葉片遮光處理為a小時后干重為z g，下午4時移走的葉圓片干重y g減去葉片遮光處理a小時后的干重z g的差值，就是呼吸作用消耗干物質量：(y－z) g。已知測得葉片的葉綠體光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6] g/(cm2·h)，據真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，得出(3y－2z－x)/6＝(y－x)/6＋(y－z)/a，計算出a＝3，A項正確。
5解析：葉片A部分遮光，雖不能進行光合作用，但仍可正常進行呼吸作用。葉片B部分不做處理，既能進行光合作用，又可以進行呼吸作用。分析題意可知，MB表示6 h后葉片初始質量＋光合作用有機物的總產量－呼吸作用有機物的消耗量，MA表示6 h后葉片初始質量－呼吸作用有機物的消耗量，則MB－MA就是光合作用6 h內有機物的總產量(B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量)。由此可計算真正的光合速率，即M除以時間再除以面積。
答案：(1)葉片初始質量　光合作用有機物的總產量
(2)B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量　(3)M除以時間再除以面積，即M/(截取面積×時間)　(4)將測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分開，一部分立即烘干稱重，另一部分在黑暗中保存幾小時后再烘干稱重，根據二者干重差即可計算出葉片的呼吸速率
6解析：(1)C組的光合作用時間僅僅是D組的一半，但C組光合作用產物的相對含量與D組相差很少，可以判斷C組單位光照時間內植物合成有機物的量高于D組。C組和D組的結果對照說明黑暗處理時植物也進行光合作用，即光合作用過程中某些反應不需要光照，該反應指的是暗反應，進行暗反應的場所是葉綠體基質。(2)比較A、B、C三組可以看出，三組的光照和黑暗交替頻率不同，交替頻率增加可使光照下產生的ATP和NADPH(還原型輔酶Ⅱ)及時利用和再生，從而提高光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于　C組只用了D組一半的光照時間，其光合作用產物的相對含量卻是D組的94%　光照　基質　(2)光照和黑暗交替頻率　ATP和NADPH
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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