資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
微專題5　三率測定的6種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?br/>模型1　氣體體積變化法——測定光合作用O2增加的體積或CO2消耗的體積
[實(shí)驗(yàn)原理]
(1)甲裝置在黑暗條件下植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，所以單位時(shí)間內(nèi)紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
(2)乙裝置在光照條件下植物進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，所以單位時(shí)間內(nèi)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)真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。
(4)物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，根據(jù)紅色液滴的移動(dòng)距離對(duì)原實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。
【典例1】　(2021·河南九師聯(lián)盟)某興趣小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置若干組，在室溫25 ℃下進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，下列對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中裝置條件及結(jié)果的敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A.若X溶液為CO2緩沖液并給予光照，液滴移動(dòng)距離可表示凈光合作用強(qiáng)度大小
B.若要測真光合強(qiáng)度，需另加設(shè)一裝置遮光處理，X溶液為NaOH溶液
C.若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細(xì)胞呼吸時(shí)，液滴右移
D.若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為脂肪時(shí)，液滴左移
答案　C
解析　當(dāng)給予光照時(shí)，裝置內(nèi)植物既進(jìn)行光合作用也進(jìn)行呼吸作用，CO2緩沖液可保持裝置內(nèi)CO2濃度不變，那么液滴移動(dòng)距離即表示凈光合作用釋放O2的多少，A正確；真光合強(qiáng)度＝凈光合強(qiáng)度＋呼吸強(qiáng)度，測呼吸強(qiáng)度需另設(shè)一裝置，遮光處理(不能進(jìn)行光合作用)，為排除有氧呼吸產(chǎn)生的CO2的干擾，將X溶液更換為NaOH溶液，那么測得的液滴移動(dòng)距離即有氧呼吸消耗O2的量，B正確；若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細(xì)胞呼吸時(shí)，裝置內(nèi)植物光合作用吸收的CO2量＝釋放O2量，植物有氧呼吸吸收O2的量＝釋放CO2的量，液滴不移動(dòng)，C錯(cuò)誤；若X溶液為清水并遮光處理，開始一段時(shí)間內(nèi)，植物進(jìn)行有氧呼吸，消耗的底物為脂肪時(shí)，其氧化分解需要O2的量大于產(chǎn)生CO2的量，液滴向左移動(dòng)，D正確。
　光合作用和細(xì)胞呼吸實(shí)驗(yàn)探究中常用實(shí)驗(yàn)條件的控制
①增加水中O2——泵入空氣或吹氣或放入綠色水生植物；
②減少水中O2——容器密封或油膜覆蓋或用涼開水；
③除去容器中CO2——?dú)溲趸c溶液；
④除去葉中原有淀粉——置于黑暗環(huán)境中；
⑤除去葉中葉綠素——酒精隔水加熱；
⑥除去光合作用對(duì)呼吸作用的干擾——給植株遮光；
⑦如何得到單色光——棱鏡色散或薄膜濾光。
模型2　黑白瓶法——測溶氧量的變化
(1)“黑瓶”不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測定的是凈光合作用量。總光合作用量(強(qiáng)度)＝凈光合作用量(強(qiáng)度)＋有氧呼吸量(強(qiáng)度)。
(2)有初始值的情況下，黑瓶中O2的減少量(或CO2的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。
(3)在沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現(xiàn)有量－黑瓶中測得的現(xiàn)有量＝總光合作用量。
【典例2】　(2019·全國卷Ⅱ，31)(節(jié)選)回答下列與生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的問題。
通常，對(duì)于一個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)來說，可根據(jù)水體中含氧量的變化計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)生產(chǎn)量(生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物總量)。若要測定某一水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)生產(chǎn)量，可在該水生生態(tài)系統(tǒng)中的某一水深處取水樣，將水樣分成三等份，一份直接測定O2含量(A)；另兩份分別裝入不透光(甲)和透光(乙)的兩個(gè)玻璃瓶中，密閉后放回取樣處，若干小時(shí)后測定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。據(jù)此回答下列問題。
在甲、乙瓶中生產(chǎn)者呼吸作用相同且瓶中只有生產(chǎn)者的條件下，本實(shí)驗(yàn)中C與A的差值表示這段時(shí)間內(nèi)________________________；C與B的差值表示這段時(shí)間內(nèi)________________________；A與B的差值表示這段時(shí)間內(nèi)________________________。
答案　生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量　生產(chǎn)者光合作用的總放氧量　生產(chǎn)者呼吸作用的耗氧量
解析　若干小時(shí)后，透光的乙瓶中的氧氣含量(C)與水樣中氧氣的初始含量(A)的差值表示這一時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量；水樣中氧氣的初始含量(A)與不透光的甲瓶中的氧氣含量(B)的差值表示這一時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)者呼吸作用的耗氧量；C與B的差值表示這一時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)者光合作用的總放氧量。
模型3　半葉法——測定光合作用有機(jī)物的產(chǎn)生量
本方法又叫半葉稱重法，即檢測單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量，常用于大田農(nóng)作物的光合速率測定。在測定時(shí)，葉片一半遮光，一半曝光，分別測定兩半葉的干物質(zhì)重量，進(jìn)而計(jì)算葉片的真正光合速率、呼吸速率和凈光合速率。
【典例3】　(2021·河南洛陽統(tǒng)考)如圖所示，將對(duì)稱葉片左側(cè)遮光，右側(cè)曝光，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠种g的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后，從兩側(cè)截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為a和b。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)
A.所代表的是該葉片的呼吸速率
B.所代表的是該葉片的光合速率
C.所代表的是該葉片的凈光合速率
D.所代表的是該葉片的真正光合速率
答案　D
解析　根據(jù)題意可知，左側(cè)葉片遮光，則左側(cè)葉片只進(jìn)行呼吸作用，假設(shè)原來被截取同等面積后烘干稱重為x，a代表遮光6小時(shí)后被截取的葉片烘干后的重量，則該葉片的呼吸速率為，A錯(cuò)誤；該葉片的光合速率是指真正的光合速率，b－x表示該段時(shí)間內(nèi)該葉片的凈光合作用，其凈光合速率為，而真正的光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率＝＋＝，B、C錯(cuò)誤，D正確。
模型4　葉圓片稱重法——測定有機(jī)物的變化量
(1)操作圖示
本方法通過測定單位時(shí)間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機(jī)物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。
(2)結(jié)果分析
凈光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
【典例4】　(2020·河南南陽一中4月模擬)某同學(xué)欲測定植物葉片的總光合作用速率，做如圖所示實(shí)驗(yàn)。在葉柄基部做環(huán)剝處理(僅限制葉片有機(jī)物的輸入和輸出)，于不同時(shí)間分別在同一葉片上陸續(xù)取下面積為1 cm2的葉圓片烘干后稱其質(zhì)量，測得葉圓片的總光合作用速率＝(7y－6z－x)/6(g·cm－2·h－1)(不考慮取葉圓片的機(jī)械損傷和溫度微小變化對(duì)葉生理活動(dòng)的影響)。則M處的實(shí)驗(yàn)條件是(　　)
A.下午4時(shí)后在陽光下照射3小時(shí)再遮光3小時(shí)
B.下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3小時(shí)
C.下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光1小時(shí)
D.下午4時(shí)后在陽光下照射3小時(shí)
答案　C
解析　上午10時(shí)葉圓片干重為x克，下午4時(shí)葉圓片干重為y克，這段時(shí)間內(nèi)葉圓片既進(jìn)行了光合作用，又進(jìn)行了呼吸作用，因此(y－x)克可表示這段時(shí)間內(nèi)的凈光合作用積累的有機(jī)物總量。要想測得總光合作用速率，結(jié)合題干給出的信息，需要測定出1小時(shí)的呼吸作用量，因此M處的實(shí)驗(yàn)條件是下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光1小時(shí)，然后測定葉圓片質(zhì)量為z克，則(y－z)/1可表示呼吸速率，而葉圓片的總光合作用速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)＝(7y－6z－x)/6(g·cm－2·h－1)。
模型5　葉圓片上浮法——定性檢測O2釋放速率
本方法通過利用真空技術(shù)排出葉肉細(xì)胞間隙中的空氣，充以水分，使葉片沉于水中；在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小而在細(xì)胞間積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時(shí)間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少(或者葉片全部上浮所需時(shí)間的長短)，即能比較光合作用強(qiáng)度的大小。
【典例5】　(2021·江蘇南京一模)利用裝置甲，在相同條件下分別將綠色植物E、F的葉片制成大小相同的葉圓片，抽出空氣，進(jìn)行光合作用速率測定。圖乙是利用裝置甲測得的數(shù)據(jù)繪制成的坐標(biāo)圖。下列敘述正確的是(　　)
A.從圖乙可看出，F(xiàn)植物適合在較強(qiáng)光照下生長
B.光照強(qiáng)度為1 klx時(shí)，裝置甲中放置植物E的葉圓片進(jìn)行測定時(shí)，液滴不移動(dòng)
C.光照強(qiáng)度為3 klx時(shí)，E、F兩種植物的葉圓片產(chǎn)生氧氣的速率相等
D.光照強(qiáng)度為6 klx時(shí)，裝置甲中E植物葉圓片比F植物葉圓片浮到液面所需時(shí)間短
答案　D
解析　根據(jù)圖乙可知，F(xiàn)植物葉圓片的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都比較低，適合在較弱光照下生長，A錯(cuò)誤；光照強(qiáng)度為1 klx時(shí)，E植物葉圓片的呼吸速率大于光合速率，裝置甲中E植物葉圓片會(huì)吸收裝置中的氧氣，使液滴左移，B錯(cuò)誤；光照強(qiáng)度為3 klx時(shí)，E、F兩種植物葉圓片的凈光合強(qiáng)度相等，但E植物葉圓片的呼吸作用強(qiáng)度大于F植物葉圓片，故光照強(qiáng)度為3 klx時(shí)，E、F兩種植物的葉圓片產(chǎn)生氧氣的速率不相等，C錯(cuò)誤；光照強(qiáng)度為6 klx時(shí)，E植物葉圓片凈光合作用強(qiáng)度大于F植物葉圓片的凈光合作用強(qiáng)度，故此光照強(qiáng)度下，E植物葉圓片釋放的氧氣多，故裝置甲中E植物葉圓片比F植物葉圓片浮到液面所需時(shí)間短，D正確。
模型6　間隔光照法——比較有機(jī)物的合成量
光反應(yīng)和暗反應(yīng)在不同酶的催化作用下相對(duì)獨(dú)立進(jìn)行，由于催化暗反應(yīng)的酶的催化效率和數(shù)量都是有限的，因此在一般情況下，光反應(yīng)的速率比暗反應(yīng)快，光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP和NADPH不能被暗反應(yīng)及時(shí)消耗掉。持續(xù)光照，光反應(yīng)產(chǎn)生的大量的NADPH和ATP不能及時(shí)被暗反應(yīng)消耗，暗反應(yīng)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(jìn)行，則黑暗間隔有利于充分利用光照時(shí)積累的光反應(yīng)的產(chǎn)物，持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間的暗反應(yīng)，因此在光照強(qiáng)度和光照時(shí)間不變的情況下，制造的有機(jī)物相對(duì)多。
【典例6】　(2019·河南百校聯(lián)盟聯(lián)考)科研人員利用“間隙光”來測定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替進(jìn)行12小時(shí)，并用靈敏傳感器記錄環(huán)境中氧氣和二氧化碳的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分記錄如下圖所示。
據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分記錄圖分析，與連續(xù)光照6小時(shí)，再連續(xù)黑暗6小時(shí)的相比，“間隙光”處理的光合作用效率________(填“大于”“等于”或“小于”)連續(xù)光照下的光合效率，原因是“間隙光”能________________。上面曲線出現(xiàn)的原因是光合作用光反應(yīng)的速率比暗反應(yīng)的速率________(填“更快”或“更慢”)。圖中兩條曲線所圍成的面積S1________S2(填“大于”“等于”或“小于”)。
答案　大于　充分利用光合作用光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP　更快　等于
解析　光照總時(shí)間相同的情況下，“間隙光”與連續(xù)光照處理相比，光合作用合成的有機(jī)物增多，光合作用效率更高，因?yàn)橐话闱闆r下，光合作用過程中的光反應(yīng)速率很快，而暗反應(yīng)速率較慢，“間隙光”處理能充分利用光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP。S1面積相當(dāng)于光照時(shí)光反應(yīng)積累的[H]和ATP，而這些[H]和ATP在后續(xù)的黑暗處理時(shí)被暗反應(yīng)所消耗，所以S1與S2大致相等。

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