2020版高考生物一轮复习高考加强课（六）测定光合速率的常用方法及实验设计练习新人教版.docx

测定光合速率的常用方法及实验设计【考题范例】BTB是一种酸碱指示剂。BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7支试管中。其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。试管编号1234567水草无有有有有有有距日光灯的距离(cm)20遮光*1008060402050 min后试管中溶液的颜色浅绿色X浅黄色黄绿色浅绿色浅蓝色蓝色*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100 cm的地方。若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：(1)本实验中，50 min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由_引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是_(填“可靠的”或“不可靠的”)。(2)表中X代表的颜色应为_(填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”)，判断依据是_。(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草_。 审答提示(1)明确BTB这种酸碱指示剂研究某种水草的光合作用和呼吸作用的原理。(2)明确光合作用与呼吸作用的变化对指示剂的影响解析：(1)依题意并结合表中信息可知，距日光灯的距离表示光照的强弱。1号试管为对照组，其中的NaHCO3可维持CO2浓度的相对稳定；27号试管为实验组，2号试管遮光，其内的水草不能进行光合作用，但能进行呼吸作用；37号试管内的水草在有光的条件下，可进行光合作用和呼吸作用，溶液颜色的变化是由光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量共同决定的。综上所述，若50 min后，1号试管的溶液是浅绿色，则说明27号试管的实验结果是由不同光强下水草的光合作用与呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明27号试管的实验结果是不可靠的。(2)2号试管遮光，其内的水草不能进行光合作用消耗CO2，但能通过呼吸作用释放CO2，所以试管内CO2浓度最高，X代表的颜色应为黄色。(3)5号试管中的溶液颜色与对照组1号试管的相同，均为浅绿色，说明在此条件下水草的光合作用强度等于呼吸作用强度。答案：(1)不同光强下水草的光合作用与呼吸作用不可靠的(2)黄色 水草不进行光合作用，只进行呼吸作用，溶液中CO2浓度高于3号管(3)光合作用强度等于呼吸作用强度，吸收与释放的CO2量相等【备考锦囊】1测定光合速率的常用方法(1)利用装置法测定植物光合速率与呼吸速率将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。(2)叶圆片称重法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率(zy)/2S；呼吸速率(xy)/2S；总光合速率净光合速率呼吸速率(xz2y)/2S。(3)黑白瓶法“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。(4)半叶法将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。(5)红外线CO2传感器由于CO2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CO2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CO2浓度的变化。(6)“梯度法”探究影响光合作用的因素用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。2光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧(1)实验设计中必须注意的三点变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。(2)解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。【应考提升】1(装置法)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()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B若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH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b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化D若图乙表示甲图植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度解析：选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CO2由CO2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O2而产生的CO2又被CO2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1%的NaOH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ADP与NADP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a到b变化，说明光合速率升高了，影响光合速率的因素有光照强度、CO2浓度、温度等，适当提高CO2浓度会增大光合速率。2(叶圆片称量法)某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位：gcm2h1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)()A(3y2zx)/6B(3y2zx)/3C(2yxz)/6D(2yxz)/3解析：选A。分析题意可知，上午10时到下午4时之间的6个小时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此其重量变化表示的是净光合作用量，则净光合速率净光合作用量/6(yx)/6；而M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光3小时，此时叶片只进行呼吸作用，因此可以计算出呼吸速率(yz)/3；因此总光合速率净光合速率呼吸速率(yx)/6(yz)/3(3y2zx)/6。3(黑白瓶法)某同学研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内氧容量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是()A24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶B24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶C24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(kv)mol/瓶D24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(kv)mol/瓶解析：选D。根据题意知，a瓶生物在黑暗条件下仅能进行有氧呼吸，24小时生物进行呼吸消耗的氧气量为(wv)mol/瓶；b瓶生物在光照条件下，氧气的增加量为(kw)mol/瓶，即为瓶内生物24小时进行光合作用和有氧呼吸净积累的氧气量(净光合量)，故24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量呼吸消耗的氧气量净光合量(wv)(kw)(kv)mol/瓶，D项正确。4(上浮法)取某植物生长旺盛的绿叶，用打孔器打出许多叶圆片，再用气泵抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，给予一定的光照，记录每个烧杯中叶圆片上浮至液面所用的平均时间。下列说法错误的是()A本实验是研究CO2浓度对光合作用强度的影响B叶片必须先在暗处放置几小时，消耗叶片中的淀粉C叶肉细胞产生的O2从叶绿体扩散到线粒体和细胞外D一定范围内增强光照强度，可以缩短叶圆片上浮的平均时间解析：选B。该实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液，可以为光合作用提供CO2，所以该实验是研究CO2浓度与光合作用强度的关系，A正确；该实验的因变量是光合作用产生的氧气量，并不是淀粉的含量，所以实验前不需要消耗掉叶片中的淀粉，B错误；叶肉细胞光合作用产生的氧气首先提供给发生有氧呼吸的线粒体，再扩散到细胞外，C正确；一定范围内增强光照强度，则光合作用产生的氧气增多，可以缩短叶圆片上浮的平均时间，D正确。5(半叶法)某研究小组采用“半叶法”对番茄叶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(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6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(mg/dm2h)。请分析回答下列问题：(1)MA表示6小时后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6小时后(_)(_)呼吸作用有机物的消耗量。(2)若MMBMA，则M表示_。(3)总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。解析：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，MB表示6小时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6小时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6小时干物质的生成量(B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算总光合速率，即M值除以时间再除以面积。答案：(1)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6小时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M/(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，另一部分在暗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。6(CO2传感器检测法)某同学为了体验光照强度与植物光合作用的关系，设计了如下实验：取4株带有5个叶片、株高相近的西红柿植株，分别放在4个密闭的玻璃容器内，以4种不同的光照强度进行实验；实验开始前先测定CO2浓度并使各组容器内的CO2浓度保持相同，12小时后，再测定CO2浓度。实验装置如下图，实验结果见如下表格。序号温度()光照强度(%)开始时CO2浓度(%)12小时后CO2浓度(%)植株叶片数12500.350.3685225200.350.3065325600.350.2825425950.350.2795(1)该同学的实验目的是_；实验的自变量是_；需控制的条件是_ (至少回答出2点)等。(2)实验中设置序号1的目的是_；序号2至4，实验前后CO2浓度的差值可表示_。(3)该同学的实验设计缺乏严谨性，请对其提出合理的改进建议： _。解析：(1)由题意“体验光照强度与植物光合作用的关系”和“以4种不同的光照强度进行实验”可知：该同学的实验目的是研究光照强度与光合作用速率的关系，实验的自变量是光照强度。为了排除无关变量对实验结果的干扰，对于诸如“温度、开始时的CO2浓度、植物叶片数和高度”等无关变量，各组均需加以控制相同条件。(2)实验中，序号1控制的光照强度为零，属于对照组，即设置序号1的目的是作为空白对照。在有光的条件下，密闭玻璃容器内的植物幼苗既能进行光合作用，也能进行呼吸作用，容器内CO2浓度的变化是其中植物幼苗光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量的差值所致，据此可知：序号24所对应的实验前后CO2浓度的差值可表示西红柿植株12 h内的净光合作用量。(3)为了增加实验设计的严谨性，减少实验误差，依据实验设计应遵循的原则和表中信息可知，合理的改进建议是：每种光强下设置3个重复的实验，或者是缩小相邻组别之间的光照强度差值，增加实验组。答案：(1)研究光照强度与光合作用速率的关系光照强度温度、开始时的CO2浓度、植物叶片数和高度等(2)作为空白对照西红柿植株12 h内的净光合作用量(3)每种光强下设置3个重复的实验(或缩小相邻组别之间的光照强度差值，增加实验组)7(梯度法)在测定金鱼藻光合作用中，密闭容器内有一定浓度的碳酸氢钠溶液，保持温度恒定且适宜，通过改变光源与容器的距离用以改变光照强度(光合强度用金鱼藻放出的气泡数来表示)。表格为不同距离下的9个相同装置5分钟内产生的气泡数。请回答下列问题：光源与容器的距离/(cm)101520253035404550气泡数40393022155300(1)从实验结果可以看出，距离为10 cm或15 cm时，金鱼藻产生气泡的量并无明显变化，故若要增加15 cm处产生气泡的数量，可在实验前采取_的措施。光源距离为45 cm和50 cm时气泡数为0是因为_。(2)光照较长时间后，