“黑白瓶法”测定光合作用与细胞呼吸速率

1、“黑白瓶法”测定光合作用与细胞呼吸速率 “黑白瓶法”：用黑瓶(无光照的一组)测得的为呼吸作用强度值， 用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作 用强度值，综合两者即可得到真光合作用强度值。 1. 生物呼吸类型判定实验设计 探究某生物材料的细胞呼吸类型(假设生物材料为植物种子，呼吸底物只有葡萄糖且不考虑外界条件的影 响)，某同学设计实验装置如图，请完善下面的结果预测。 甲 (1) 若甲液滴，乙液滴，则只进行有氧呼吸。 (2) 若甲液滴 ，乙液滴 ，则只进行无氧呼吸。 (3) 若甲液滴 ，乙液滴 ，则既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。 特别提醒 为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装

2、置。对照装置与装置甲相比，不同点 是用“”代替“发芽种子”，其余均相同。 有色液滴 有色液滴 NaOH 萌发的 小麦种子 装置甲 NaOH 前发后死亡的 小麦种子 装置乙 实验原理：组织细胞呼吸作用吸收02,释放CO2, C02被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小, 刻度管内的液滴 。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为对照。 误差的校正 如果实验材料是绿色植物，整个装置应 处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行处理。 (如将 为防止、等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材

3、料灭活 种子)，其他条件均不变。 2. 光合速率与呼吸速率的测定 (1) 测定装置 (2) 测定方法及解读 装置烧杯中放入适宜浓度 NaOH溶液用于吸收CO? I .测定呼吸强度 玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰 置于适宜温度环境中 红色液滴向左移动代表呼吸耗氧量 .装置烧杯中放入适宜浓度的 NaHCO 3溶 液，用于保证容器内 CO?浓度恒定满足 光合需求 n 测定净光合速率 1必需给予较强光照处理，且温度适宜 红色液滴向右移动的距 离（代表净光合速率） （3）实验设计中的3个关键点 变量的控制手段，如光照强度的大小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

4、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“表观（净）光合作用强度值”。 除去容器中二氧化碳一一氢氧化钠溶液。 保持容器中CO体积不变（释放或吸收 CO） NaHCO溶液。 巩固练习 1下图是测定发芽种子的细胞呼吸类型所用的装置（假设呼吸底物只有葡萄糖），装置一、二中分别放入等 量的发芽种子，装置三中为等量的煮熟种子。若装置一左移10 cm,装置二右移12 cm,装置三右移2 cm , IT 则有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖

5、的相对比值为（） U -容器 20%NaOH 5 mL 裝置二 flam !财- TSjS 檬皮塞 我熟的种了翅蕉惘水 装證三 A. 6 : 5 B. 5 : 6 C. 2 : 5 D. 5 : 2 解题过程: 2、呼吸商（RQ）指单位时间内进行呼吸作用的生物释放二氧化碳量与吸收氧气量的比值（RQ =释放的二氧 化碳体积/消耗的氧气体积）。 丄活塞有吟液滴 20%NaOH 5 mL -容器刻度管 |橡皮塞 消过璨_ 的种子 容器刻度管 -H0消过毒 址的种子 甲装置乙装置 甲装置 乙装置 A1 A2 B1 B2 有色液滴不动 有色液滴左移5个单位 有色液滴左移5个单位 有色液滴左移10个单 位

6、 现利用甲（A1，A2）、乙（B1，B2）装置各两套进行实验，在氧气充足的情况下，分别测量等量蓖麻、玉 米种子萌发过程中的气体变化情况，所测数据如表所示，则属于测量蓖麻种子的装置是和 ，请解释出现这种结果的原因： 。则蓖麻和玉米种子 的呼吸商分别是 和。 X液面位置与Y液面位置调至同一 2、将某植物种子在水中浸透，然后按如图装置进行实验，实验开始时 水平。下表记录了实验过程中每小时的液面变化情况。请回答下列问题: 金属网- 氧氧化 钠溶液 20 i :1 08 (cm) 储水器 丰Y液面 液面 时间（h） X液面位置（cm） 0 5.0 1 7.0 2 9.0 3 11.0 4 13.0 5

7、14.5 6 15.5 7 15.8 8 15.8 9 15.8 （i）实验前浸泡种子的目的是让种子细胞增加 水，使代谢增强。 装置中使用NaOH的目的是，X液面变化值表 示。 （3）影响结果准确性的环境因素有（至少写两个）。为确保实验结果只是由实 验装置中种子的生理活动引起的，需设置另一个相同装置，该装置除试管内金属网上需要放、 的同种种子外，其他条件与上图装置相同。 （4）实验4小时后液面变化减缓乃至不变，原因是 3、下图是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图。该装置放在20C环境中。实验开始时，针筒的读数 是0.2mL，毛细管内的水滴在位置 X。30分钟后，针筒的容量需要调至 0.6mL

8、的读数，才能使水滴仍维持 在X的位置。据此回答下列问题： 0,2mL I 针筒 (1)若以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是mL/h。 与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合作用速率数值(偏高/偏低/相同)，原因 假若在该植物的叶片上涂上一层凡士林，光合作用的速率会大幅度下降，这一做法主要限制了光合作 用的反应阶段。 (4) 如果在原实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在0.6mL读数处。在另一相同实验装置中，若 只将温度提升至 30C,针筒容量需要调至 0.8mL读数，才能使水滴维持在 X的位置上。比较两个实验可以 得出什么结论？ 。 丙酮可以由石油裂解产

9、品丙烯来制备，利用丙酮提取该植物叶片中色素，经过层析，在滤纸上可出现 黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色的色素带，这些色素依次是 ，它 们参与光合作用中的 阶段。 3、某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强 度测试的研究课题，设计了如下装置。请你利用下列装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关 问题： A AJFJt H为皱锻忖罩 为怙M因杵检 片D为烧特 E为红贖水満 F対直尺 宾鉴料屜 Niilll | 或 Nu眦槁繼 I .实验步骤 (1)先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤是： 甲、乙两装置的 D中都放入，装置乙作对照。 将装置甲、乙的玻

10、璃钟罩处理，放在温度等相同的环境中。 30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。 (2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤是： 甲、乙两装置D中放入 。 把装置甲、乙放在 。 30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。 实验操作30分钟后，记录甲装置红墨水滴移动情况: 雜30分钟后红墨水酒移动情况 韧 甲濫直 （填左或右移）1.5 cm 飙作用趣 右移05 cm 测定植物净 甲装宜 （舷或6移艸5 cm 右移Ogcm n .实验分析： 假设红墨水滴每移动1 cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1g。那么该植物的呼吸作用速率是 g/h ;白天光照15 h，一昼夜葡萄糖的积

11、累量是 g。（不考虑昼夜温差影响） 答案 C 解析 装置三为对照实验，装置三着色液滴右移 2 cm，说明环境因素造成气体膨胀2 cm。装置一气体减 少量表示02的消耗量，装置一左移 10 cm，O2减少实际为12 cm。装置二右移12 cm，气体增加实际为10 cm，装置二气体增加量为 C02产生量与。2消耗量的差值，即为无氧呼吸产生的 C02量，无氧呼吸产生C02 答案（1）自由 吸收种子细胞呼吸产生的C02种子有氧呼吸消耗 02的体积 （3）气温、气压、装置气 密性（至少答出两个，其他答案合理也可）等量 煮熟（或死亡）（4）氧气减少，有氧呼吸减弱，而种子进 行无氧呼吸释放的 C02被Na0

12、H溶液吸收，管内气压没有明显变化 解析（1）实验前浸泡种子的目的是让种子细胞增加自由水，使代谢增强。装置中使用 Na0H的目的是 吸收种子细胞呼吸产生的C02,由于有氧呼吸吸收的氧气体积与放出的二氧化碳体积相等，放出的二氧化 碳被Na0H溶液吸收，故装置内气体减少，压强降低，X液面升高，且升高值表示种子有氧呼吸消耗的 02体积。（3）影响结果准确性的环境因素实际上是影响实验的无关变量，主要有气温（温度）、气压、装置气 密性等因素，为确保实验结果只是由实验装置中种子的生理活动引起的，需设置另一个相同装置，也就是 设置对照组，与实验组不同的是金属网上需要放等量、煮熟（或死亡）的同种植物种子。（4）

13、由于有氧呼吸持 续进行，氧气减少，4 h后有氧呼吸减弱直至停止，无氧呼吸加强，进行无氧呼吸释放的C02被Na0H溶 液吸收，管内气压没有明显变化。 （1）0.8 偏低 植物同时进行呼吸作用，消耗了氧气 （3）暗反应 （4）在这两个实验中，光照不是限制光合作用速率的主要因素，而温度才是限制光合作用速率的主要因素（或 答：在光照充足的条件下，提高温度可提高光合作用速率） 叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素 光反应的量为10 cm。有氧呼吸消耗的葡萄糖为 2个单位，无 氧呼吸消耗的葡萄糖为 5个单位。 I .（1）NaOH溶液 遮光（2）NaHCO3溶液，装置乙作对照光照充足、温度相同的环境中（3

14、）左 右 n .4 84 I.要测光合作用强度必须先测呼吸作用强度，在测呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下， 使植物只进行呼吸作用。用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的 C0,植物呼吸作用消耗一定量 C2,释放等量C0, 而CQ被NaOH溶液吸收，根据玻璃钟罩内氧气体积的减少量即可测呼吸作用强度。净光合作用强度的测试 实验要满足光合作用的条件：充足的光照、一定浓度的C0（由NaHCO溶液提供），光合作用过程中消耗一 定量CO,释放等量0,而CO由NaHCO溶液提供，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受Q释放量的影了 响，而不受CO气体减少量的影响。 n .对照装置乙中红墨水滴右移是环境因素（如温度变化等）对实验影响的结果，实验装置甲同样也受环境 因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗