高考生物大二輪專題復習與增分策略 熱點題型建模 模型4 光合速率的測定與實驗探究

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模型4　光合速率的測定與實驗探究 光合作用與細胞呼吸實驗設計的常用方法 (1)裝置圖法測定光合與呼吸 ①呼吸速率和凈光合速率的測定方法(如下圖) ②真正光合速率的計算 真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。 (2)“黑白瓶法”測定光合與呼吸 用黑瓶(無光照的一組)測得的為呼吸作用強度值，用白瓶(有光照的一組)測得的為凈光合作用強度值，綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。 (3)“半葉法”測定光合與呼吸 本方法又叫半葉稱重法，即檢測單位時間、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。 (4)“梯度法”探究光合與呼吸 用一系列不同光照強度、溫度或CO2濃度裝置，可探究光照強度、溫度或CO2濃度對光合作用強度的影響。 [特別提醒]　實驗設計中的相關注意事項 (1)變量的控制手段，如光照強度的大小可用不同功率的燈泡(或相同功率的燈泡，但與植物的距離不同)進行控制，不同溫度可用不同恒溫裝置控制，CO2濃度的大小可用不同濃度的CO2緩沖液調(diào)節(jié)。 (2)對照原則的應用，不能僅用一套裝置通過逐漸改變其條件進行實驗，而應該用一系列裝置進行相互對照。 (3)無論哪種裝置，在光下測得的數(shù)值均為“表觀(凈)光合作用強度值”。 1.利用如圖所示的實驗裝置進行與光合作用有關的實驗，下列說法正確的是(　　) A.試管中收集的氣體量代表了光合作用產(chǎn)生的氧氣量 B.在光下，如果有氣泡產(chǎn)生，可以說明光合作用產(chǎn)生氧氣 C.為了探究二氧化碳濃度對光合作用的影響，可以用不同濃度的NaHCO3溶液進行實驗 D.為了探究光照強度對光合作用的影響，用一套裝置慢慢向光源靠近，觀察氣泡產(chǎn)生的速率的變化 答案　C 解析　收集到的氣體量為氧氣的釋放量，即光合作用產(chǎn)生的氧氣量減去呼吸作用消耗的氧氣量；如果光照很弱，光合作用小于呼吸作用時，釋放的氣體為二氧化碳；探究光照強度對光合作用的影響需要設置多組裝置。 2.下圖是在一定溫度下測定某植物呼吸作用和光合作用強度的實驗裝置(呼吸底物為葡萄糖，不考慮裝置中微生物的影響)，相關敘述正確的是(　　) A.燒杯中盛放NaHCO3溶液，可用于測定一定光照強度下植物的凈光合速率 B.在遮光條件下，燒杯中盛放NaOH溶液，可用于測定植物無氧呼吸的強度 C.燒杯中盛放清水，可用于測定一定光照強度下真光合速率 D.在遮光條件下，燒杯中盛放清水，可用于測定植物有氧呼吸的強度 答案　A 解析　NaHCO3溶液可以維持裝置內(nèi)CO2濃度的恒定，U形管中液面高度的變化是裝置中O2量的變化造成的，可以代表凈光合速率；NaOH可以吸收CO2，無氧呼吸不消耗O2，不能用來測定無氧呼吸的強度；燒杯中盛放清水，一定光照強度下，光合作用吸收CO2量與釋放O2量相等，有氧呼吸消耗O2量與產(chǎn)生CO2量相等，不能測定真光合速率；在單位時間內(nèi)，有氧呼吸消耗的O2量等于產(chǎn)生的CO2量，無論有氧呼吸強度多大，U形管中液面都不會發(fā)生變化。 3.甲圖中，A、B分別為培植于無色透明氣球內(nèi)、質(zhì)量相等的某植物幼苗，氣球可膨脹、收縮；其中B已死亡。氣球內(nèi)的培養(yǎng)液中均含CO2緩沖液(維持氣球內(nèi)CO2濃度不變)；初始時指針指向正中零的位置。乙圖為相同時間內(nèi)測得的燈泡到水面的距離與指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)的關系曲線，每次實驗后指針復零。下列相關描述不正確的是(　　) A.在適宜光照條件下，指針將向右偏轉(zhuǎn) B.該實驗的自變量為光照強度，c點的含義為O2釋放量最大 C.ce段說明隨燈光距離的增大，O2釋放量減少 D.f點與a、b、c、d點的指針的偏轉(zhuǎn)方向相同，但數(shù)值較小 答案　D 解析　在適宜光照條件下，光合作用大于呼吸作用，有氧氣的凈釋放，此時A側浮力增大，指針將向右偏轉(zhuǎn)，A正確；實驗研究光照強度對光合作用的影響，實驗的自變量為光照強度，指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)可表示O2的釋放量，因此c點表示O2釋放量最大，凈光合速率最大，B正確；據(jù)曲線圖分析可知，ce段隨燈光距離的增大，光合作用減弱，O2釋放量減少，C正確；f點與a、b、c、d點相比，細胞呼吸速率大于光合速率，氣球內(nèi)氣體量減少，因此指針的偏轉(zhuǎn)方向相反，D錯誤。 4.某同學研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具體操作如下：取三個相同的透明玻璃瓶a、b、c，將a先包以黑膠布，再包以鉛箔。用a、b、c三瓶從待測水體深度取水，測定瓶中水內(nèi)氧容量。將a瓶、b瓶密封再沉入待測水體深度，經(jīng)24小時取出，測兩瓶氧含量，結果如圖所示。則24小時待測深度水體中生物光合作用和有氧呼吸的情況是(　　) A.24小時待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是v mol/瓶 B.24小時待測深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是k mol/瓶 C.24小時待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是(k—v) mol/瓶 D.24小時待測深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是(k—v) mol/瓶 答案　D 解析　c瓶是對照，a和c的差值能反映呼吸強度，b和c的差值反映的是光合作用和呼吸作用強度的差，b和a的差值反映的是總光合作用強度。 5.某科研小組為探究植物光合作用速率的變化情況，設計了由透明的玻璃罩構成的小室，如圖A所示。請據(jù)圖回答： (1)將該裝置放在自然環(huán)境下，測定夏季一晝夜(零點開始)小室內(nèi)植物氧氣釋放速率的變化，得到如圖B所示曲線，那么影響小室內(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素是_______(寫兩點)；觀察裝置中液滴的位置，c點時刻的液滴位于起始位置的________側，裝置刻度管中液滴移到最右點是在一天中的________點。 (2)在實驗過程中的某段光照時間內(nèi)，記錄液滴的移動情況，獲得以下數(shù)據(jù)： 每隔20 min記錄一次刻度數(shù)據(jù) …… 24 29 32 34 …… 該組實驗數(shù)據(jù)是在B圖曲線的____________段獲得的。 (3)e點與f點相比，e點時刻C3的合成速率____________，與b點相比，a點形成的原因可能是______________________________________________________________________。 (4)在適宜的溫度和光照條件下，向圖A所示的裝置中通入14CO2。當反應進行到0.5 s時，14C出現(xiàn)在C3中；反應進行到5 s時，14C出現(xiàn)在(CH2O)中。該實驗是通過控制_________(條件)來探究CO2中碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，用到的實驗方法為___________________________。 (5)該組同學要測定該植物某時間段的氧氣產(chǎn)生速率，該如何設置對照實驗？如何處理實驗數(shù)據(jù)？ ①簡要寫出對照實驗設計思路：_________________________________________。 ②數(shù)據(jù)處理：若在單位時間內(nèi)，實驗組讀數(shù)為M，對照組讀數(shù)為N，該植物的真正光合作用速率為_______________________________________________________________。 答案　(1)光照強度、溫度　左　18(或g)　(2)de或fg　(3)慢　a點時刻溫度較低　(4)(反應)時間　同位素標記法　(5)①設置與A一樣的裝置C，將裝置C置于黑暗條件下，其他條件與A相同，測單位時間(或相同時間)內(nèi)A與C的讀數(shù)　②M＋N 解析　(1)圖A是密閉裝置，內(nèi)有二氧化碳緩沖液，說明實驗過程中二氧化碳濃度始終不變，那么影響小室內(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素就只有光照強度和溫度了；c點表示此刻氧氣的產(chǎn)生量等于呼吸消耗的氧氣量。但0點到8點這段時間，氧氣的消耗量大于氧氣的產(chǎn)生量，同時呼吸作用放出的CO2被緩沖液吸收，故c點時，液滴位于初始位置的左側；裝置刻度管中液滴移動是由氧氣的增減造成的，只要有氧氣釋放，液滴就會右移，所以液滴移到最右點是在一天中的18(或g)點。(2)表格中數(shù)據(jù)表明，氧氣的產(chǎn)生速率在逐漸減小，對應于圖B曲線上的區(qū)段是de段和fg段。(3)e點與f點相比，e點時氣孔關閉，CO2供應不足，故C3的合成速率較慢；在圖B曲線上，0點到a點這段時間，植物只進行呼吸作用，a點時氧氣消耗速率減慢，說明此時溫度較低。(4)該實驗的自變量為反應時間，用到的方法是同位素標記法。(5)氧氣產(chǎn)生速率即是真正光合作用速率，圖A(實驗組)單位時間內(nèi)測得的氧氣的釋放量是凈光合作用速率，即為真正光合作用速率與呼吸作用速率的差值。故應設置與A一樣的裝置C，將裝置C置于黑暗條件下，其他條件與A相同作為對照組，測單位時間(或相同時間)內(nèi)裝置A與C的讀數(shù)，即分別為凈光合作用速率和呼吸作用速率，二者相加即為真正光合作用速率。