資源簡介

(共31張PPT)
素能提升課1　酶的相關實驗設計和分析
第三章　細胞中能量的轉換和利用
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待測酶液
蛋白酶
RNA酶
處理
處理
檢測所催化的反
應是否能夠發生
淺仰芹　酶相關實驗設計中的“酶解法”
1．鑒定酶本質的“酶解法”模型
“酶解法”——從酶的化學本質上來講，絕大多數的酶是蛋白質，少數的酶是RNA。其必須保持正常的結構才能發揮催化作用，因此可以分別利用蛋白酶和RNA酶處理某酶，再觀察其功能是否受影響來確定該酶的本質。設計方案如右圖：
2．實驗設計中也可用酶催化底物分解，根據底物的變化來證明酶的作用。
1．某科研小組經研究得知X酶存在于人的肝細胞中，能將糖原分解為還原糖。酶必須保持正常的結構才能發揮催化作用，請利用這一原理設計實驗，探究X酶的化學本質究竟是蛋白質還是RNA。簡要寫出實驗思路，并預期實驗結果及結論(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)。
實驗思路：____________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
預期結果及結論：______________________________________________
______________________________________________________________
[解析]　實驗設置甲組和乙組，兩組實驗分別用蛋白酶和RNA酶處理X酶，然后與糖原混合檢測兩組實驗中X酶有無活性。檢測X酶是否有活性可用斐林試劑與產物反應是否產生了顏色變化來完成。
[答案]　實驗思路：甲組：將X酶用蛋白酶處理，再與糖原溶液混合，在適宜條件下保持一段時間后，檢測是否有還原糖產生。乙組：將X酶用RNA酶處理，再與糖原溶液混合，在適宜條件下保持一段時間后，檢測是否有還原糖產生。
預期結果及結論：①若甲組有還原糖生成，乙組沒有還原糖生成，則說明X酶的化學本質是RNA；②若甲組沒有還原糖生成，乙組有還原糖生成，則說明X酶的化學本質是蛋白質。
　酶相關實驗設計中的“對比法”
1．對比法驗證酶的高效性
(1)設計思路：通過將不同類型催化劑(主要是酶與無機催化劑)催化底物的反應速率進行比較，得出結論。
(2)設計方案
項目 實驗組 對照組
材料 等量的同一種底物
試劑 與底物相對應的酶溶液(如生物材料研磨液) 等量的無機催化劑
現象 反應速率很快，或反應用時短 反應速率緩慢，或反應用時長
結論 酶具有高效性
2．對比法驗證酶的專一性
(1)設計思路：常見的方案有兩種，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通過觀察酶促反應能否進行得出結論。
(2)設計方案
項目 方案一 方案二
實驗組 對照組 實驗組 對照組
材料 同種底物(等量) 與酶相對應的底物 另外一種底物
試劑 與底物相對應的酶 另外一種酶 同一種酶(等量)
現象 發生反應 不發生反應 發生反應 不發生反應
結論 酶具有專一性
2．下列有關酶的實驗設計思路，正確的是 (　　)
A．利用過氧化氫和過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響
B．在驗證酶的專一性實驗中，酶的濃度為無關變量，底物的濃度為自變量
C．利用過氧化氫、新鮮的豬肝研磨液和氯化鐵溶液研究酶的高效性
D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分別為3、7、11的緩沖液驗證pH對酶活性的影響
C　[因為過氧化氫不穩定，在高溫下會自行分解成水和氧氣，所以不能探究溫度對酶活性的影響，A錯誤；在驗證酶的專一性實驗中，酶的濃度和底物的濃度均為無關變量，B錯誤；胃蛋白酶的最適pH為1.5，驗證pH對酶活性的影響應將pH設置在最適pH左右，D錯誤。]
3．取經過編號的5支試管分別加入2 mL 0.5 mol/L的過氧化氫溶液，進行如下實驗，根據實驗內容，下列說法正確的是(　　)
試管編號 1 2 3 4 5
加入物質 適量唾液 銹鐵釘 生土豆塊 熟土豆塊 生土豆塊＋稀鹽酸
實驗結果 幾乎無氣泡 少量氣泡 大量氣泡 幾乎無氣泡 幾乎無氣泡
A．說明酶具有高效性的是3號和4號實驗
B．1號和3號對照不能說明酶具有專一性
C．各組實驗都不能體現酶的活性與溫度之間的關系
D．3號和5號對照可以說明酶的活性受pH的影響
D　[證明酶具有高效性需對比無機催化劑與酶的催化作用，2號和3號實驗可證明酶具有高效性，A錯誤；1號和3號分別用唾液淀粉酶和過氧化氫酶與過氧化氫溶液反應，兩組實驗結果對照可說明酶具有專一性，B錯誤；3號和4號的實驗結果說明高溫會使酶活性降低，C錯誤；3號和5號的實驗結果可以說明pH降低會使酶活性降低，D正確。]
　酶相關實驗設計中的“梯度法”
“梯度法”探究酶的最適溫度或最適pH
(1)設計思路
底物t1溫度(或pH1)下＋酶t1溫度(或pH1)下
底物t2溫度(或pH2)下＋酶t2溫度(或pH2)下
　 　　 　　
底物tn溫度(或pHn)下＋酶tn溫度(或pHn)下
(2)設計方案
4．普通淀粉酶的最適溫度在40～60 ℃之間，而極端耐熱淀粉酶在100 ℃仍能保持較高的活性，因此在生產上具有更為廣泛的應用前景。請回答下列問題：
(1)要鑒定該酶的化學本質，可將該酶液與____________混合，若反應液呈________色，則該酶的化學本質為蛋白質。
(2)測定淀粉酶活性時，應選擇________作為該酶作用的底物，反應液中應加入____________溶液以維持其酸堿度穩定。
(3)設計實驗測定極端耐熱淀粉酶起催化作用的最適溫度。
①此實驗中除自變量和因變量外，還需要考慮_________________(指出兩點即可)等因素。
②結合題目信息，簡要寫出測定該酶催化作用最適溫度的實驗思路：______________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析]　(1)大多數酶是蛋白質，少數酶是RNA，要鑒定該酶的化學本質，可將該酶液與雙縮脲試劑混合，若反應液呈紫色，則該酶的化學本質為蛋白質。(2)測定淀粉酶活性時，根據酶的專一性，應選擇淀粉作為該酶作用的底物。反應液中應加入(酸堿)緩沖溶液以維持其酸堿度穩定。(3)①此實驗中除自變量和因變量外，無關變量需要保持相同且適宜，因此還需要考慮底物淀粉溶液的濃度和用量、pH及添加試劑的量、實驗操作順序等因素。②測定該酶催化作用最適溫度的實驗思路：在40 ℃和100 ℃之間每隔一定溫度設置一個實驗組，其他實驗條件適宜且保持一致。以反應液和碘液發生顏色反應的程度為指標確定最適溫度。
[答案]　(1)雙縮脲試劑　紫
(2)淀粉　(酸堿)緩沖
(3)①底物淀粉溶液的濃度和用量、pH及添加試劑的量、實驗操作順序　②在40 ℃和100 ℃之間每隔一定溫度設置一個實驗組，其他實驗條件適宜且保持一致。以反應液和碘液發生顏色反應的程度為指標確定最適溫度
5．如表為某興趣小組探究溫度對酶活性影響的實驗步驟和探究過氧化氫酶作用的最適pH的實驗結果。已知實驗一中淀粉酶的最適溫度為60 ℃，據此回答下列問題：
探究溫度對酶活性影響的實驗(實驗一)
實驗步驟 分組 甲組 乙組 丙組
①新鮮淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
②可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL
③控制溫度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
④將新鮮淀粉酶溶液與可溶性淀粉溶液混合后分別在各自溫度下反應相同時間
⑤比較淀粉的________
探究過氧化氫酶作用的最適pH的實驗(實驗二)
組別 A組 B組 C組 D組 E組
pH 5 6 7 8 9
H2O2溶液完全分解所需時間(秒) 300 180 90 192 284
(1)pH在實驗一中屬于________變量，而在實驗二中屬于________變量。
(2)實驗一的①②③步驟為錯誤操作，正確的操作應該是_______________。實驗一的第⑤步最好選用________(試劑)比較淀粉的________。
(3)如將實驗一的新鮮淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液，你認為是否科學？________。為什么？______________________。
(4)分析實驗二的結果，可得到的結論是：_________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________；
欲在該預實驗的基礎上進一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為________之間設置梯度。
[解析]　(1)實驗一探究的是溫度對酶活性的影響，因此自變量是溫度，因變量是酶活性，pH屬于無關變量；而實驗二是探究過氧化氫酶作用的最適pH，自變量是pH。(2)探究溫度對酶活性影響的實驗中，應該先使酶和底物分別達到預設溫度，然后再將底物和酶混合進行反應，否則會影響實驗結果的準確性。淀粉遇碘液變藍，因此實驗一的第⑤步最好選用碘液比較淀粉的剩余量。不能用斐林試劑測定是因為斐林試劑需水浴加熱才能與還原糖發生顯色反應，而加熱會影響自變量——溫度，進而影響實驗結果。(3)溫度會直接影響H2O2的分解，因此實驗一的新鮮淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液。(4)由實驗二的結果可知，該過氧化氫酶作用的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低。欲在該預實驗的基礎上進一步探究該過氧化氫酶的最適pH，可在pH為6～8之間設置梯度。
[答案]　(1)無關　自
(2)使新鮮淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分別達到預設溫度后再混合　碘液　剩余量
(3)不科學　因為溫度會直接影響H2O2的分解
(4)該過氧化氫酶作用的最適pH約為7，pH降低或升高酶活性均降低　6～8
1(共47張PPT)
素能提升課2　光合作用和細胞呼吸過程的綜合
第三章　細胞中能量的轉換和利用
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來源
有氧呼吸
三階段均產生
去路
作為各項生命活動“直接”能源
ATP
來源
光合作用
光反應（光能→ATP)
去路可用于還原C
C
吸收量
凈光合
速率
光合速率
B
O0釋放量
緊
光照強度
總真正)光合速率
A
光照強度
甲
乙
淺仰芹
C
吸收量
凈光合
速率
B
O0釋放量
緊
光照強度
總真正)光合速率
A
光照強度
甲
乙(共34張PPT)
素能提升課3　光合作用和細胞呼吸的相關實驗
第三章　細胞中能量的轉換和利用
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淺仰芹　光合作用和細胞呼吸的綜合
1．光合作用與細胞呼吸中物質及能量轉化
(1)物質方面
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2。
②O：H2OO2H2O。
③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O。
(2)能量方面
光能ATP和NADPH(CH2O)
(3)光合作用與有氧呼吸中[H]、ATP來源與去路
2．不同光照條件下葉肉細胞的氣體代謝特點
曲線 光合作用強度與細胞呼吸強度的關系 氣體代謝特點 圖示
A點 只進行細胞呼吸 吸收O2，釋放CO2
AB段 細胞呼吸強度大于光合作用強度 吸收O2，釋放CO2
B點 細胞呼吸強度等于光合作用強度 不與外界發生氣體交換
B點后 光合作用強度大于細胞呼吸強度 吸收CO2，釋放O2
1．下圖為植物細胞代謝的部分過程簡圖，①～⑦為相關生理過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．若植物缺鎂，則首先會受到顯著影響的是③
B．②的進行與⑤⑥密切相關
C．藍細菌細胞中④發生在葉綠體基質中
D．葉肉細胞③中O2的產生量小于⑥中O2的吸收量，則該細胞內有機物的總量將減少
C　[鎂是合成葉綠素的成分，光反應階段需要葉綠素吸收光能，若植物缺鎂則葉綠素的合成受到影響，首先會受到顯著影響的生理過程是③光反應過程，A項正確；②是植物細胞通過主動運輸吸收無機鹽離子的過程，需要消耗能量，故與⑤⑥過程密切相關，B項正確；藍細菌細胞是原核細胞，沒有葉綠體，C項錯誤；圖中③光反應過程O2的產生量小于⑥有氧呼吸過程O2的吸收量，則凈光合作用量小于0，該植物體內有機物的量將減少，D項正確。]
2．將一植物放在密閉的玻璃罩內，置于室外進行培養，假定玻璃罩內植物的生理狀態與自然環境中相同。在室外培養一晝夜獲得的實驗結果如圖。下列有關說法錯誤的是(　　)
甲　　　　　　　　　乙
丙
A．圖乙中的c點對應圖甲中的C點，此時細胞內的氣體交換狀態對應圖丙中的①
B．圖甲中的F點對應圖乙中的h點，此時細胞內的氣體交換狀態對應圖丙中的③
C．圖乙中的d點時玻璃罩內CO2濃度最高，此時細胞內氣體交換狀態對應圖丙中的③
D．圖乙中eg段細胞內氣體交換狀態對應圖丙中的④
A　[圖乙中的c點植物只進行細胞呼吸，不進行光合作用，圖甲中的C點，光合作用強度等于細胞呼吸強度，A錯誤；圖甲中的F點對應圖乙中的h點，都是光合作用強度等于細胞呼吸強度的點，此時細胞內的氣體交換狀態對應圖丙中的③，B正確；圖乙中的d點時光合作用強度等于細胞呼吸強度，d點之后光合作用強度大于細胞呼吸強度，CO2濃度開始降低，d點時細胞內氣體交換狀態對應圖丙中的③，C正確；圖乙中eg段先下降后上升，但植物整體表現為吸收CO2，所以此時細胞內氣體交換狀態對應圖丙中的④，D正確。]
　總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關系及計算
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)總(真正)光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率。
2．判定方法
(1)根據坐標曲線判定
a.當光照強度為0時，若CO2吸收值為負值，則該值的絕對值代表細胞呼吸速率，該曲線代表凈光合速率，如圖甲。
b．當光照強度為0時，光合速率也為0，該曲線代表總(真正)光合速率，如圖乙。
(2)根據關鍵詞判定
檢測指標 細胞呼吸速率 凈光合速率 真正(總)光合速率
CO2 釋放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 釋放量 產生量
有機物 消耗量(黑暗) 積累量 制造量、產生量
3．如圖表示20 ℃時玉米光合速率與光照強度的關系，Sa、Sb、Sc依次表示有關物質量的相對值。下列說法中不正確的是(　　)
A．Sa＋Sb＋Sc表示光合作用總量
B．Sc－Sa表示凈光合作用量
C．光照強度從B點到D點變化過程中，C3逐漸減少
D．若提高CO2濃度，則B點左移
A　[由圖可知，Sc－Sa表示凈光合作用量，Sa＋Sb表示呼吸消耗的總量，玉米光合作用總量＝呼吸消耗量＋凈光合量＝Sb＋Sc；光照強度從B點到D點變化過程中，光照強度增加，光反應產生的[H]和ATP增加，被還原的C3增多，所以細胞中的C3逐漸減少；若提高CO2濃度，光補償點減小，則B點左移。]
4．以測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響，結果如圖所示。下列分析正確的是(　　)
A．光照相同時間，35 ℃時光合作用制造的有機物的量與30 ℃時相等
B．光照相同時間，在20 ℃條件下植物積累的有機物的量最多
C．溫度高于25 ℃時，光合作用制造的有機物的量開始減少
D．兩曲線的交點表示光合作用制造的有機物的量與細胞呼吸消耗的有機物的量相等
A　[圖中虛線表示的是光照下CO2的吸收量，即光合作用凈合成量，在光照時間相同的情況下，30 ℃時光合作用的總量為3.50(凈合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50(mg·h－1)，35 ℃時光合作用的總量為3.00(凈合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50(mg·h－1)，二者相同，A正確；在25 ℃時，CO2吸收量最大，即光合作用凈合成量最大，相同時間積累有機物的量最多，B錯誤；25 ℃、30 ℃、35 ℃時，光合作用制造的有機物的量分別為6.00 mg·h－1、6.50 mg·h－1、6.50 mg·h－1，C錯誤；兩曲線的交點表示光合作用的凈合成量等于細胞呼吸消耗量，D錯誤。]
　植物的光補償點和飽和點問題
光合作用與細胞呼吸曲線中的“關鍵點”移動
(1)細胞呼吸對應點(A點)的移動：細胞呼吸增強，A點下移；細胞呼吸減弱，A點上移。
(2)補償點(B點)的移動
①細胞呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。
②細胞呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。
(3)飽和點(C點)和D點的移動：相關條件的改變(如增大光照強度或增大CO2濃度)使光合速率增大時，C點右移，D點上移的同時右移；反之，移動方向相反。
5．已知某植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃。如圖表示該植物在25 ℃時光合強度與光照強度的關系。若將溫度提高到30 ℃的條件下(其他條件不變)，從理論上講，圖中相應點的移動應該是(　　)
A．a點上移，b點左移，m點上移
B．a點不移，b點左移，m點不移
C．a點下移，b點右移，m點下移
D．a點下移，b點不移，m點上移
C　[溫度由25 ℃升高到30 ℃，對于細胞呼吸而言，達到最適溫度，呼吸速率增大；對于光合作用而言，超過最適溫度，光合速率下降。因此，a點因細胞呼吸加強而往下移；b點為光補償點，一方面細胞呼吸加強，需較強的光照強度才能產生與細胞呼吸消耗量相當的有機物，另一方面光合速率下降，產生有機物的速率也下降，也需較強的光照強度才能產生與原來等量的有機物，所以b點右移；因溫度超過光合作用最適溫度，酶活性下降，光合作用強度降低，m點下移，A、B、D錯誤，C正確。]
6．圖甲中試管A與試管B敞口培養相同數量的小球藻，研究光照強度對小球藻氧氣產生量的影響，試管A的結果如圖乙所示。據圖分析，下列敘述正確的是 (　　)
甲　　　　　　乙
A．Q點的O2凈釋放量為零，是因為此點光合作用強度為零
B．P點為負值的原因是細胞呼吸消耗氧氣；適當降低溫度，P點將下降
C．在圖乙上繪制裝置B的曲線，Q點應右移
D．降低CO2濃度時，在圖乙上繪制裝置A的曲線，R點應右移
C　[Q點時凈光合速率為0，光合作用強度不為0，A錯誤；P點對應的數值的絕對值代表呼吸速率，若適當降低溫度，呼吸速率可能上升或下降，則P點會下移或上移，B錯誤；裝置B中缺鎂影響葉綠素的合成，小球藻光合速率低，Q點應右移，C正確；CO2濃度降低，光合速率下降，R點應向左下移動，D錯誤。]
　自然環境和密閉環境中植物的生長問題
1．自然環境中一晝夜植物CO2吸收或釋放速率的變化曲線
a點：凌晨，溫度降低，細胞呼吸減弱，CO2釋放減少。
b點：有微弱光照，植物開始進行光合作用。
bc段：光合作用強度小于細胞呼吸強度。
c點：上午7時左右，光合作用強度等于細胞呼吸強度。
ce段：光合作用強度大于細胞呼吸強度。
d點：溫度過高，部分氣孔關閉，出現“午休”現象。
e點：下午6時左右，光合作用強度等于細胞呼吸強度。
ef段：光合作用強度小于細胞呼吸強度。
fg段：沒有光照，光合作用停止，只進行細胞呼吸。
bf段：制造有機物的時間段。
ce段：積累有機物的時間段。
一晝夜有機物的積累量＝S1－(S2＋S3)(S1、S2、S3分別表示曲線與橫軸圍成的面積)。
2．密閉容器中一晝夜CO2濃度的變化曲線
(注意：分析光合作用或細胞呼吸速率的變化時，應分析曲線變化趨勢的快慢，也就是斜率。)
AB段：無光照，植物只進行細胞呼吸。
BC段：溫度降低，細胞呼吸減弱(曲線斜率下降)。
CD段：4時后，微弱光照，開始進行光合作用，但光合作用強度小于細胞呼吸強度。
D點：隨光照增強，光合作用強度等于細胞呼吸強度。
DH段：光合作用強度大于細胞呼吸強度。其中FG段表示“光合午休”現象。
H點：隨光照減弱，光合作用強度下降，光合作用強度等于細胞呼吸強度。
HI段：光照繼續減弱，光合作用強度小于細胞呼吸強度，直至光合作用完全停止。
I點低于A點：一晝夜后，密閉容器中CO2濃度減小，即光合作用大于細胞呼吸，植物能正常生長(若I點高于A點，植物不能正常生長)。
7．科研人員檢測晴朗天氣下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日變化情況，并將檢測結果繪制成下圖。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．光照強度增大是導致ab段、lm段Pn增加的主要原因
B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是氣孔關閉
C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照強度逐漸減弱
D．適時澆水、增施農家肥是提高大棚作物產量的重要措施
B　[早晨太陽出來后光照強度不斷增大，使得露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，A項正確；大棚栽培條件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是太陽出來后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚內密閉環境中CO2濃度迅速下降，而露地栽培的油桃在mn段Pn下降，是因為環境溫度過高導致氣孔關閉，吸收CO2減少，B項錯誤；15時以后，兩種栽培條件下的光合速率持續下降，是光照強度逐漸減弱所致，C項正確；適時澆水從而避免植物因缺水導致氣孔關閉，增施農家肥從而增加CO2濃度是提高大棚作物產量的重要措施，D項正確。]
8．圖甲表示在一定條件下測得的某植物光照強度與光合速率的關系；圖乙表示某綠色植物的細胞代謝狀況；圖丙是某興趣小組將植物栽培在密閉玻璃溫室中，用紅外線測量儀測得室內的CO2濃度與時間關系的曲線。請分析回答下列問題：
(1)圖甲中c點時，葉肉細胞中產生ATP的場所有___________________。
(2)圖乙所示植物的細胞代謝情況，可用圖甲中a、b、c、d四點中的哪一點來表示？________。
(3)如圖甲，在相同溫度下，將該植物的葉片置于8 klx 光照下9 h，然后移到黑暗處15 h，則該24 h內每100 cm2葉片的光合作用所固定的CO2總量為________mg。
(4)由圖丙可推知，密閉玻璃溫室中氧氣濃度最高的點是________，光合速率與呼吸速率相等的點是________，j點與e點相比，植物體內有機物含量將________(填“增加”“減少”或“不變”)。
[解析]　(1)據圖可知，a點的光照強度為0，此時的數值的絕對值表示呼吸作用速率；c點有光照，因此此時細胞中能合成ATP的部位有細胞質基質、線粒體、葉綠體。(2)圖乙表示光合作用速率大于細胞呼吸速率，與圖甲中的d點相符；(3)根據圖甲可知，光照強度為8 klx時，植物的光合作用速率等于18 mg/100 cm2·h，光照9 h，固定的CO2為18×9＝162(mg)。(4)f點后，光合作用速率大于細胞呼吸速率，密閉容器中O2濃度不斷增加，而h點后，細胞呼吸速率大于光合作用速率，消耗容器中的O2，因此h點時，容器中O2濃度最高。與e點相比，j點CO2濃度高，說明細胞呼吸大于光合作用，即有機物含量減少。
[答案]　(1)細胞質基質、線粒體、葉綠體　(2)d
(3)162　(4)h　f和h　減少
7　細胞呼吸方式的探究實驗
根據液滴移動的方向判斷細胞呼吸方式的實驗裝置
(1)裝置分析：酵母菌在進行細胞呼吸時既有氣體的產生又有氣體的消耗，而氣體量的變化會引起廣口瓶中的壓強變化，根據紅色液滴的移動方向可判斷細胞呼吸方式。
①裝置甲中小燒杯加入NaOH溶液，目的是吸收細胞呼吸產生的CO2，所以裝置甲液滴移動的距離代表O2的消耗量。
②裝置乙中清水不能吸收O2也不能吸收CO2，則裝置乙中液滴移動的距離代表CO2產生量與O2消耗量的差值。
實驗過程分析：呼吸底物以葡萄糖為例，①根據反應式C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O，可知進行有氧呼吸時氣體體積不變；②根據反應式C6H12O62C2H5OH＋2CO2可知，進行無氧呼吸時氣體體積增加。
(2)實驗現象及結果分析
裝置甲 裝置乙 實驗結果
紅色液滴左移 紅色液滴不移動 酵母菌只進行有氧呼吸
紅色液滴不移動 紅色液滴右移 酵母菌只進行無氧呼吸
紅色液滴左移 紅色液滴右移 酵母菌既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸
1．下圖是探究酵母菌呼吸方式的裝置，下列相關敘述錯誤的是 (　　)
A．假設裝置1中的液滴左移，裝置2中的液滴不移動，說明酵母菌只進行有氧呼吸
B．假設裝置1中的液滴不移動，裝置2中的液滴右移，說明酵母菌只進行無氧呼吸
C．假設裝置1中的液滴左移，裝置2中的液滴右移，說明酵母菌既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸
D．假設裝置1和裝置2的液滴均不移動，說明酵母菌只進行有氧呼吸或只進行無氧呼吸
D　[裝置1液滴向左移動，說明消耗了O2，裝置2液滴不移動，說明消耗的O2與產生的CO2相等，沒有進行無氧呼吸，則酵母菌只進行有氧呼吸，A正確；裝置1液滴不移動，說明沒有消耗O2，裝置2液滴向右移動，說明產生了CO2，則酵母菌只進行無氧呼吸，B正確；裝置1液滴向左移動，說明消耗了O2，酵母菌進行有氧呼吸，裝置2液滴向右移動，說明產生的CO2多于消耗的O2，說明酵母菌進行了無氧呼吸，則酵母菌同時進行有氧呼吸和無氧呼吸，C正確；裝置1和裝置2液滴均不移動，說明酵母菌已死亡，D錯誤。]
2．(多選)某興趣小組進行酵母菌無氧呼吸的探究實驗，裝置如圖1；圖2為酵母菌細胞內可發生的呼吸過程示意圖，其中字符Ⅰ～Ⅵ表示化學物質，序號①～④代表反應過程。下列敘述正確的是(　　)
圖1　　　　　　　　圖2
A．圖1裝置中加水的目的包括隔絕空氣及便于觀察
B．圖1裝置中的葡萄糖溶液在加入試管之前應加熱煮沸
C．圖2能在線粒體中進行的反應過程包括：②③④
D．若圖2提供的是18O標記的葡萄糖，則最后在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ中都可以找到18O
AB　[圖1中探究的是酵母菌的無氧呼吸，裝置中的水可以隔絕空氣，為下部的酵母菌創造無氧條件，同時便于觀察無氧呼吸的實驗現象，A正確；圖1裝置中的葡萄糖溶液在加入試管之前應加熱煮沸，以排除溶解氧及其他微生物對實驗的干擾，B正確；圖2中能夠發生在線粒體中的反應有②有氧呼吸第二階段、③有氧呼吸第三階段，C錯誤；已知圖2提供的是18O標記的葡萄糖，而圖中Ⅲ為[H]，Ⅳ為O2，兩者都不含18O，D錯誤。]
　細胞呼吸速率和光合速率的測定實驗
1．“裝置圖法”測定光合速率與呼吸速率
(1)測定裝置
(2)測定方法及解讀
①測定呼吸速率(裝置甲)
a.裝置甲燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。
b.玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用的干擾。
c．置于適宜溫度環境中。
d．紅色液滴向左移動(用裝置甲單位時間內向左移動的距離代表呼吸速率)。
②測定凈光合速率(裝置乙)
a.裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。
b．必須給予較強光照處理，且溫度適宜。
c．紅色液滴向右移動(用裝置乙單位時間內向右移動的距離代表凈光合速率)。
③根據“總(真正)光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率”可計算得到總(真正)光合速率。
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．紅外線CO2傳感器
由于CO2對紅外線有較強的吸收能力，CO2的多少與紅外線的降低量之間有一定的線性關系，因此CO2含量的變化即可靈敏地反映在檢測儀上，常用紅外線CO2傳感器來測量CO2濃度的變化。
3．“黑白瓶法”測定光合速率與呼吸速率
將裝有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水層中，測定單位時間內瓶中溶解氧氣含量的變化，借此測定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物僅能進行細胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可進行光合作用和細胞呼吸。因此，真正光合作用量(光合作用總量)＝白瓶中氧氣增加量＋黑瓶中氧氣減少量。
4．“半葉法”測定光合作用有機物的產生量
“半葉法”的原理是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或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時后，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，即可計算出該葉片的光合作用強度，其單位是mg/(dm2·h)，則M＝MB－MA，M表示B葉片被截取部分在6小時內光合作用合成的有機物總量。
3．如圖為某研究小組測定光照強度對植物葉片光合作用影響的實驗裝置。將該裝置先放在黑暗條件下一段時間，然后給予不同強度的光照。關于該實驗的敘述，正確的是(　　)
A．溫度、CO2濃度和有色液滴的移動距離都是無關變量
B．CO2緩沖液的作用是維持容器中CO2濃度的穩定
C．如果有色液滴向右移動，說明該植物不進行光合作用
D．如果有色液滴向左移動，說明該植物不進行光合作用
B　[由題意可知，該實驗的目的是探究光照強度對植物葉片光合作用的影響，自變量是光照強度，因變量是光合作用強度，有色液滴的移動距離作為觀測的指標，溫度、CO2濃度等都是無關變量；CO2緩沖液的作用是維持容器中CO2濃度的穩定；有色液滴移動的距離是由裝置內O2的變化量引起的，如果有色液滴向右移動，說明光合作用釋放的氧氣量大于細胞呼吸吸收的氧氣量；如果有色液滴向左移動，說明光合作用釋放的氧氣量小于細胞呼吸吸收的氧氣量。]
4．將一株小麥密閉在無色玻璃鐘罩內，在室內調溫25 ℃，給予恒定適宜的光照60 min，然后遮光處理60 min。全程用CO2傳感器測定鐘罩內CO2濃度的變化，得到圖2曲線。
圖1
圖2
(1)若要獲得小麥的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另設對照組。0～60 min小麥的真正光合速率為________μmol CO2/(L·h)。
(2)實驗10 min時，小麥葉肉細胞進行光合作用所需CO2的來源是______________________________________________________________。
在停止光照的瞬間葉綠體內C3的含量________。
[解析]　(1)前60 min測定凈光合速率，后60 min測定呼吸速率，不需要另設對照組。真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(2 000－800)＋(1 200－800)＝1 600[μmol CO2/(L·h)]。
(2)光合作用旺盛，葉綠體需要較多CO2，包括線粒體供給和細胞外吸收。停止光照，葉綠體內缺少NADPH和ATP，不能進行還原C3的過程。
[答案]　(1)不需要　1 600　(2)線粒體供給和細胞外吸收　增多(或升高)
5．某研究小組從當地一湖泊的某一深度取得一桶水樣，分裝于六對黑白瓶中，剩余的水樣測得原初溶解氧氣的含量為10 mg/L，白瓶為透明玻璃瓶。黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下，24小時后測定各組培養瓶中的氧含量，記錄數據如下：
光照強度(klx) 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3
(1)黑瓶中溶氧量降低為3 mg/L的原因是___________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________；
該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的O2量為________mg/(L·24 h)。
(2)當光照強度為c klx時，白瓶中植物產生的氧氣量為________mg/(L·24 h)。
(3)光照強度至少為________(填字母)klx時，該水層產氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。
[解析]　(1)黑瓶中溶氧量降低為3 mg/L的原因是黑瓶沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧氣，其中的生物細胞呼吸消耗氧氣，該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的O2量為原初溶氧量減去24小時后溶氧量，即10－3＝7[mg/(L·24 h)]。
(2)當光照強度為c klx時，白瓶中植物光合作用產生的氧氣量即總光合作用量＝凈光合作用量＋細胞呼吸消耗量＝(24－10)＋7＝21[mg/(L·24 h)]。
(3)光照強度為a klx時，白瓶中溶氧量不變，說明植物光合作用產生的氧氣剛好用于所有生物的細胞呼吸消耗，故光照強度為a klx時，該水層生物產氧量與生物耗氧量可維持動態平衡。
[答案]　(1)黑瓶中植物不能進行光合作用產生氧氣，其中的生物細胞呼吸消耗氧氣　7　(2)21　(3)a
6．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)。請分析回答下列問題：
(1)MA表示6 h后葉片初始質量－細胞呼吸有機物的消耗量；MB表示6 h后(________________)＋(________________)－細胞呼吸有機物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，則M表示____________________________________
______________________________________________________________。
(3)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：
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析]　葉片A部分遮光，雖不能進行光合作用，但仍可照常進行細胞呼吸。葉片B部分不做處理，既能進行光合作用，又可以進行細胞呼吸。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－細胞呼吸有機物的消耗量，MA表示6 h 后葉片初始質量－細胞呼吸有機物的消耗量，則MB－MA就是光合作用6 h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)。由此可計算光合速率，即M值除以時間再除以截取面積。
[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值除以時間再除以截取面積，即M/(截取面積×時間)
(4)將從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，另一部分在黑暗環境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
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