提能点(三)　基于光合速率与呼吸速率检测的实验分析

提能点(三)基于光合速率与呼吸速率

检测的实验分析（点击进入“专题验收评价”）1.黑白瓶法测定光合速率(主要用于测定水生生物光合速率)取三个玻璃瓶，其中一个用黑胶带包裹，并包以铅箔。从待测的水体深度取水，保留一瓶(初始量IB)以测定水中原有的溶氧量。将剩余的黑、白瓶沉入取水时的深度，经过24小时之后，将其取出，并进行溶氧量的测定。根据初始瓶(IB)、白瓶(LB)、黑瓶(DB)的溶氧量；即可求：总光合速率＝LB－DB，净光合速率＝LB－IB，呼吸速率＝IB－DB。2.半叶法测定光合速率(主要用于测定大田光合速率及呼吸速率)将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不作处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射一定时间，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。(1)MA表示叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量。(2)MB－MA表示B叶片被截取部分在一定时间内光合作用合成的有机物总量。(3)呼吸速率测定将在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，另一部分在黑暗环境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。3.液滴移动法测定光合速率实验装置：(1)表观光合速率的测定如图中的左侧装置，用饱和NaHCO3溶液能维持密闭空间中CO2浓度不变。将装置置于光下，单位时间内液滴的移动距离表示该光照下植物的表观光合速率(用O2的释放速率表示)。(2)呼吸速率的测定如图中的右侧装置，将装置遮光，单位时间内液滴的移动距离表示植物的呼吸速率(用O2的消耗速率表示)。此实验测定的是需氧呼吸，因为在正常情况下植物厌氧呼吸的速率很低，可以忽略。(3)真正光合速率的计算真正光合速率无法直接测定，但是可以用表观光合速率和呼吸速率的值进行计算。测定的表观光合速率和呼吸速率之和即为真正光合速率。[例3]

为探究温度对植物光合速率的影响，某生物小组将生理状况相同的水稻幼苗置于透明且密闭的甲、乙两个容器中，甲组给予适宜的光照，乙组进行暗处理。一段时间后，测量容器内CO2含量的变化，结果如下表所示。下列有关叙述错误的是(

)温度/℃2025303540455055甲组CO2含量的变化/g－2－5－7－30＋1＋20乙组CO2含量的变化/g＋2＋2＋2.5＋3＋4＋3＋20A.对乙组暗处理可测得水稻幼苗细胞呼吸过程中CO2的释放量B.上述温度中，比较适合水稻幼苗生长的温度为30℃C.在45℃时，水稻幼苗固定的CO2的相对量是6gD.在25℃时，若降低光照强度，则短时间内叶绿体中三碳酸/五碳糖的值变大[答案]

C[解析]由题意可知，乙组暗处理植物只进行呼吸作用，测得的结果为水稻幼苗细胞呼吸过程中CO2的释放量，A正确；适合水稻幼苗生长即净光合作用最大时的温度，由甲组数据可知，CO2吸收量最大时对应的温度为30℃，B正确；在45℃时，水稻幼苗的净光合作用吸收的CO2为－1g，呼吸作用释放的CO2为3g，故固定的CO2的相对量(总光合作用)是2g，C错误；在25℃时，若降低光照强度，光反应减弱，则短时间内叶绿体中三碳酸含量增加，五碳糖含量减少，故三碳酸/五碳糖的值变大，D正确。5.用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙，同时从某池塘水深0.5m处的同一位置取满水样，立即测定甲瓶中的氧气含量，并将乙、丙瓶密封后沉回原处。一昼夜后取出玻璃瓶，分别测定两瓶中的氧气含量，结果如下(不考虑化能合成作用)。有关分析不合理的是

(

)|针|对|训|练|透光玻璃瓶甲透光玻璃瓶乙不透光玻璃瓶丙4.9mg5.6mg3.8mgA.丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是细胞溶胶和线粒体基质B.在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1mgC.在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为1.8mgD.在一昼夜后，丙瓶水样的pH比乙瓶的高答案：D

解析：丙瓶中浮游植物的细胞只进行呼吸作用，产生[H]的过程为需氧呼吸的第一和第二阶段，场所为细胞溶胶和线粒体基质，A正确；在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为4.9－3.8＝1.1(mg)，B正确；由题意可知，净光合作用强度＝乙－甲＝5.6－4.9＝0.7(mg)，呼吸作用强度为1.1mg，故一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量＝净光合作用释放量＋呼吸作用消耗量＝0.7＋1.1＝1.8(mg)，C正确；乙瓶中浮游植物的光合速率大于呼吸速率，导致瓶内二氧化碳浓度下降，而丙瓶中浮游植物只进行呼吸作用，瓶内二氧化碳增多，因此乙瓶水样的pH比丙瓶的高，D错误。6.下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内CO2浓度的恒定。下列几种实验结果中(给予相同的环境条件)，不可能出现的是

(

)A.甲、乙装置水滴都左移B.甲、乙装置水滴都右移C.甲装置水滴不动，乙装置水滴左移D.甲装置水滴右移，乙装置水滴左移答案：B

解析：乙装置内的NaOH溶液可吸收青蛙呼吸作用产生的CO2，水滴左移的距离表示青蛙的O2吸收量，青蛙只进行呼吸作用而不进行光合作用，故乙装置内的水滴只能左移，不可能右移。7.为测定光合速率的变化，某科研小组将某植物放入密闭的透明玻璃小室中，如图甲所示。将该装置放于自然环境中，测定夏季一昼夜小室内植物氧气释放速率的变化，结果如图乙。请据图分析并回答下列问题：(1)图乙曲线中，a～b段上升的原因是________________________________________________________________；e～f段下降是因为__________________________________________，从而导致光合速率下降；h点时番茄叶肉细胞内产生ATP的场所有____________________。(2)图乙曲线中d点时刻，图甲装置中有色液滴的位置位于起始位置(0点)的________(“左侧”“右侧”或“起始位置”)。有色液滴移到最右侧对应图乙曲线中的______点。小组成员在上午某段时间内，记录有色液滴移动位置时，获得了以下数据：则该组实验数据是在图乙曲线的_______段获得的。(3)如果要测定该植物的真正光合速率，还需增加一组实验，其设计思路是____________________________________________________。每隔20分钟记录一次数据……11131723……解析：(1)在凌晨外界温度比较低，酶活性降低，植物的呼吸作用减弱，释放的二氧化碳的量减慢，吸收的氧气也减慢，所以在图乙曲线中，ab段表现为上升趋势；中午外界温度较高，蒸腾作用强，为了减少植物体内水分的散失，植物叶片气孔关闭，二氧化碳供应减少，碳反应减慢，导致植物此时释放氧气的速率明显降低；由图乙可知，h点时该植物的氧气释放速率为零即净光合速率为0，此时，该植物同时进行光合作用和呼吸作用，因此此时产生ATP的场所有细胞溶胶、线粒体、叶绿体。(2)甲图中二氧化碳缓冲液的作用保证容器内二氧化碳浓度的恒定，所以气体体积的增加或减少的原因是氧气的释放或氧气的消耗，从而导致液滴的移动。d点时刻之前植物仅进行呼吸作用，由于a～d点的呼吸作用导致容器内的氧气浓度降低，从而导致液滴左移；甲装置刻度管中的有色液滴右移到最大值的时刻是光合积累量最大的时刻，对应乙图的h点；根据表格中的数据可以看出，氧气释放速率一直增加，说明该段光合作用强度大于呼吸作用强度，而且增加的速率加快，所以只能是图中的de段。(3)本实验测得数据为植物的净光合速率，如计算植物的真正光合速率需测植物的呼吸速率，即植物真正光合速率＝植物净光合速率＋植物的呼吸速率，故可得实验思路为设置一组实验遮光处理，没有光照，植物不能进行光合作用，其他条件与甲装置相同，此时测定的是植物的呼吸速率，最后将测得呼吸速率和净光合速率相加即可得真正光合速率。答案：(1)温度下降，酶活性降低，呼吸作用减弱温度过高，导致气孔大量关闭，CO2供应减少，碳反应减慢细胞溶胶、叶绿体、线粒体(2)左侧h

de

(3)设置如图甲相同的装置，并将该装置遮光放在与图甲装置相同的环境条件下专题验收评价一、选择题阅读下列材料，回答1～2题。甜瓜是新疆重要的经济作物，民间常用苦豆子作为绿肥提高其产量。研究人员以立架甜瓜为材料进行了盆栽实验，以确定最佳的苦豆子绿肥施用量。如图表示苦豆子绿肥施用量对立架甜瓜叶片净光合速率的影响，其中M0～M4组分别是每株0g、100g、200g、300g、400g的苦豆子绿肥施用量。1.10：00～12：00，立架甜瓜净光合速率上升的主要外因是

(

)A.温度下降 B.光强度增强C.CO2浓度升高 D.呼吸速率减慢答案：B

解析：10：00～12：00时，净光合速率上升的主要外因是光强度增强。2.根据图示分析，下列叙述错误的是

(

)A.苦豆子绿肥的施用量不影响叶片净光合速率出现峰值的时间B.苦豆子绿肥的施用量不影响叶片净光合速率中午前后出现低值的时间C.14：00时M3净光合速率较低可能是三碳化合物增多所致D.10：00～18：00，M1的有机物积累量大于0答案：C

解析：分析题图可知，无论哪一组叶片净光合速率的峰值出现时间都为12：00、16：00左右，说明苦豆子绿肥的施用量不影响叶片净光合速率出现峰值的时间，A正确；由图可知，施肥量无论为多少，叶片净光合速率中午前后出现低值时间相同，B正确；14：00植物会出现“气孔关闭”的现象，因此14：00时M3净光合速率较低的原因可能是CO2含量减少，C错误；由题图可看出，M1在10：00～18：00的净光合速率均大于0，故M1的有机物积累量大于0，D正确。3.如图表示在适宜的光强度、温度和水分等条件下，某实验小组所测得的甲、乙两种植株叶片O2生成速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是

(

)A.若将纵轴改为“CO2吸收速率”，坐标系的生物学意义不变B.若将甲、乙植株置于同一玻璃罩内甲植株将先于乙植株死亡C.适当提高温度，a点将左移，b点将右移D.a点时，甲植株叶肉细胞的光合速率与呼吸速率相等答案：B

解析：若将纵轴改为“CO2吸收速率”，其表示净光合速率，而O2生成速率表示总光合速率，故坐标系的生物学意义改变，A错误；由题图可知，甲植株能够进行光合作用的CO2浓度高于乙植株，故若将甲、乙植株置于同一玻璃罩内甲植株将先于乙植株死亡，B正确；该实验是在适宜温度下进行的，适当提高温度，与光合作用有关酶的活性会下降，则a点将右移，C错误；a点时，甲植株叶片总光合速率为零，叶肉细胞的光合速率大于其呼吸速率，D错误。4.将叶面积相等的甲、乙两种植物分别置于两个相同的、温度恒定且适宜的密闭透明玻璃小室内，给予一定的光照，定时测定CO2含量。一段时间后，甲、乙装置内气体浓度达到平衡且甲装置内CO2含量较乙装置低。下列有关说法正确的是

(

)A.达到平衡状态时甲、乙两植物的光合作用强度一定相同B.实验过程中甲、乙两植物的呼吸速率相同且一直保持不变C.甲植物固定CO2的能力较乙植物低D.若将甲、乙两种植物放在上述同一密闭装置中，一段时间后乙植物可能先死亡答案：D

解析：达到平衡时，因甲装置内的CO2含量较低，故达到平衡时虽然都是光合作用强度与呼吸作用强度相等，但甲的光合作用强度更大，A错误；由题干信息无法判断甲、乙植物的呼吸速率大小，且因为氧气含量的变化，呼吸作用的速率也是变化的，B错误；从达到平衡时甲装置中的CO2含量较乙装置低可知，甲植物固定CO2的能力较乙植物高，故甲植物的CO2补偿点低，因此将甲、乙两种植物放在上述同一密闭装置中，一段时间后乙植物可能先死亡，C错误，D正确。5.(2023·嘉兴月考)大多数植物的气孔都遵循昼开夜闭的节律，这与叶片胞间CO2浓度的变化密切相关。但在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合称为“气孔振荡”。下列叙述错误的是

(

)A.叶片细胞光合作用强度大于呼吸作用强度导致气孔张开B.夜晚胞间CO2浓度升高，气孔关闭可减少水分的散失C.胞间CO2浓度下降，气孔一定会张开D.“气孔振荡“是植物对干旱条件的一种适应性反应答案：C

解析：叶片细胞光合作用强度大于呼吸作用强度时需要从外界吸收CO2，导致气孔张开，A正确；夜间没有光照，叶片细胞只进行细胞呼吸，胞间CO2浓度升高，不需要通过气孔吸收CO2，气孔关闭，可减少水分的散失，B正确；由题意可知，干旱条件下会发生“气孔振荡”，胞间CO2浓度下降，气孔不一定会张开，C错误；通过“气孔振荡”可以在一定程度上缓解水分的流失，也可保证CO2的供应，是植物对于干旱条件的一种适应性反应，D正确。6.(2023·杭州九校期中联考)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是(

)A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近B.35℃时两组植株的真正(总)光合速率相等C.50℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能D.HT植株表现出对高温环境的适应性答案：B

解析：由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3mmol·cm－2·s－1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而真正(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。由图可知35℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。7.(2023·宁波模拟考)某生物兴趣小组为探究温度对某绿色植物光合速率与呼吸速率的影响进行了相关实验，结果如图所示。下列叙述错误的是

(

)A.5℃时，光合速率约为呼吸速率的3倍B.光合作用的最适温度比呼吸作用的最适温度低C.30℃时，增强光照，短时间内叶绿体内三碳酸的含量会增多D.光照一段时间，植物有机物积累最多的温度是25℃答案：C

解析：由题图可知，5℃时，净光合速率约为1mg/h，呼吸速率约为0.5mg/h，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝1.5mg/h，故光合速率约为呼吸速率的3倍，A正确；由题图可知，30℃时光合速率最大，而图示中呼吸速率一直上升，因此呼吸作用的最适温度大于光合作用的最适温度，B正确；30℃时，增强光照，光反应产生的NADPH和ATP增多，三碳酸的还原速度加快，因此短时间内叶绿体内三碳酸的量会减少，C错误；由题图可知，净光合速率最大时的温度为25℃，因此光照一段时间，植物有机物积累最多的温度是25℃，D正确。8.用密闭的培养瓶培养黑藻幼嫩叶片，得到4组黑藻幼嫩叶片培养液，将培养液置于4种不同温度下，已知t1＜t2＜t3＜t4，在光下和黑暗条件下测定培养瓶中氧气的含量变化，得到如图的数据。下列叙述错误的是

(

)A.t1～t4实验条件下，黑藻细胞呼吸相关酶的活性与温度呈正相关B.t1条件下黑藻叶肉细胞产生的氧气扩散到细胞外和线粒体中C.t4条件下黑藻叶片的总光合速率与总呼吸速率保持相等D.t3～t4条件下培养瓶中光下氧气增加值降低与呼吸速率增幅大密切相关答案：C

解析：由题图可知，在实验温度范围内，黑藻细胞呼吸相关酶的活性与温度呈正相关，A正确；t1条件下黑藻的净光合速率(光下氧气增加值)大于0，说明其总光合速率大于呼吸速率，因此黑藻叶肉细胞产生的氧气扩散到细胞外和线粒体中，B正确；由题图可知，t4条件下黑藻的净光合速率与呼吸速率相等，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，所以其总光合速率是呼吸速率的两倍，C错误；t3～t4条件下培养瓶中光下氧气增加值降低，原因是光合速率增大幅度小于呼吸速率增大幅度，导致净光合速率下降，D正确。二、非选择题9.(2023·衢州月考)图甲表示在一定条件下测得的该植物光照强度与光合速率的关系；图乙表示某绿色植物的细胞代谢情况；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得的室内二氧化碳浓度与时间关系的曲线。请分析回答：(1)图甲中的a点表示______________，c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有________________________。(2)图乙所示的该植物细胞代谢情况可用图甲中a～d四点中的________表示，也可以用图丙e～j六个点中的________表示。(3)当光照强度在图甲的d点时，该植物叶绿体固定的二氧化碳的量是_______mg/100cm2·h－1。(4)若图甲曲线表示该植物在25℃时光照强度与光合速率的关系，并且已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25℃和30℃，那么在原有条件不变的情况下，将温度提高到30℃，理论上分析c点将________(填“左移”“右移”或“不变”)。(5)由图丙可推知，密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是________点。24点与0点相比，植物体内有机物总量的变化情况是________(填“增多”“不变”或“减少”)。解析：(1)图甲中的a点光强度为零，不能进行光合作用，只进行呼吸作用，表示细胞呼吸强度。c点时，光合作用强度等于细胞呼吸强度，光合作用与呼吸作用都可以产生ATP，所以产生ATP的场所有叶绿体、线粒体、细胞溶胶。(2)由图乙可知，此时某绿色植物的光合速率等于呼吸速率，即达到光补偿点，可用图甲中c点表示。图丙中f、h两点时光合作用等于呼吸作用。(3)当光强度在图甲的d点时，该植物叶绿体固定的二氧化碳的量是12＋6＝18[mg/(100cm2·h－1)]。(4)c点时光合速率等于呼吸速率，当温度提高到30℃时，呼吸作用增强，光合作用减弱，要想光合速率等于呼吸速率，只有增大光强度，因而c点右移。(5)图丙中，h点后CO2浓度开始增大，说明净光合速率开始小于0，故密闭玻璃温室中h点时氧气浓度最大。j点与e点相比CO2浓度增加，说明净光合作用量小于0，故实验24小时后植物体内有机物总量减少。

答案：(1)细胞呼吸强度叶绿体、线粒体、细胞溶胶(2)c

f、h

(3)18

(4)右移(5)h减少10.如图是探究绿色植物光合速率的实验示意图。该装置放置在20℃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处，30min后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数处，才能使水滴仍维持在X的位置。据此回答下列问题：(1)若以释放出的氧气量来代表光合速率，该植物的光合速率是________mL/h。(2)与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合速率数值________(填“偏高”“偏低”或“相同”)，原因是______________________________________________________。(3)若在该植物的叶片上涂一层凡士林，光合速率会大幅度下降，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30℃，针筒容量需要调至0.8mL读数处，才能使水滴维持在X的位置。比较两个实验可以得出结论：________________________________________。(5)利用95%的酒精提取该植物叶片中的色素，经过层析，在滤纸上可出现黄绿色、蓝绿色、黄色、橙色的色素带，这些色素依次是____________________________，它们分布在叶绿体的__________上。解析：(1)分析题意可知，烧杯中的NaHCO3溶液能保持容器内CO2浓度的平衡，故针筒移动的距离代表植物光合作用释放出的氧气量。针筒的起始读数为0.2mL,30min后读数为0.6mL，若以释放出的氧气量来代表光合速率，则该植物的光合速率是(0.6－0.2)÷(30÷60)＝0.8(mL/h)。(2)由于植物在进行光合作用的同时也进行呼吸作用，光合作用产生的氧气一部分用于植物本身的细胞呼吸，故测得的光合速率低于植物的实际光合速率。(3)凡士林能封闭气孔，阻止叶片对CO2的吸收，影响植物光合作用碳反应中CO2的固定，从而影响光合作用。(4)分析题意可知，只增加光照强度，植物光合速率不变，说明光照强度不是其限制因素。适当升高温度后，植物光合速率增加，故在这两个实验中，光照不是限制光合速率的主要因素，而温度才是限制光合速率的主要因素。(5)植物光合色素能够溶解在95%的酒精中，故可利用95%的酒精提取该植物叶片中的色素，经过层析，在滤纸上可出现黄绿色、蓝绿色、黄色、橙色的色素带，这些色素依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，它们分布在叶绿体的类囊体膜(或基粒)上。答案：(1)0.8

(2)偏低植物同时进行呼吸作用，消耗了氧气(3)碳(4)在这两个实验中，光照不是限制光合速率的主要因素，而温度才是限制光合速率的主要因素(5)叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素类囊体膜(或基粒)11.蓝莓富含的花青素有延缓衰老的功效。某科研人员将一株正常生长的蓝莓幼苗放在透明且密闭的容器中，在适宜条件下培养一段时间(如图1所示)，并用三组如图1所示的装置(烧杯中装水)在其他环境因素相同且适宜的条件下，探究自然条件下不同光照强度对蓝莓植株光合作用强度的影响，传感器测定锥形瓶中CO2浓度变化如图2所示(假设实验过程中三组蓝莓的呼吸速率相同)。请回答下列问题：(1)若图1所示的烧杯中放入的物质是水，且起始时光合作用强度大于呼吸作用强度，则一段时间内，锥形瓶内CO2浓度可出现的变化趋势是________________。(2)若图1所示的烧杯中放入的物质是一定浓度的CO2缓冲溶液，则用该实验装置探究“光照强度对蓝莓幼苗净光合速率的影响”时，净光合速率可用实验装置测得的结果——该幼苗单位时间内__________的量来表示。如果利用该装置测定一定光照强度下蓝莓幼苗的实际光合速率，请简单写出实验思路：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)图2中A组蓝莓叶肉细胞内能产生ATP的具体场所是__________________。B组蓝莓叶肉细胞的光合速率________(填“大于”“小于”或“等于”)蓝莓叶肉细胞呼吸速率，原因是______________________________________________________________________________________________________________。(4)图2中C组蓝莓叶肉细胞中O2的扩散方向是_________________。在O～x1时间范围内，C组蓝莓植株的平均实际光合速率是________ppm/s。解析：(1)若图1所示的烧杯中放入的物质是水