2024-2025学年新教材高中生物第3章细胞中能量的转换和利用第4节素能提升课光合作用和细胞呼吸的相关实验教案苏教版必修1

PAGE6-素能提升课光合作用和细胞呼吸的相关试验细胞呼吸方式的探究试验[素能建构]依据液滴移动的方向推断细胞呼吸方式的试验装置(1)装置分析：酵母菌在进行细胞呼吸时既有气体的产生又有气体的消耗，而气体量的改变会引起广口瓶中的压强改变，依据红色液滴的移动方向可推断细胞呼吸方式。①装置甲中小烧杯加入NaOH溶液，目的是汲取细胞呼吸产生的CO2，所以装置甲液滴移动的距离代表O2的消耗量。②装置乙中清水不能汲取O2也不能汲取CO2，则装置乙中液滴移动的距离代表CO2产生量与O2消耗量的差值。试验过程分析：呼吸底物以葡萄糖为例，①依据反应式C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq\o(→,\s\up10(酶))6CO2＋12H2O，可知进行有氧呼吸时气体体积不变；②依据反应式C6H12O6eq\o(→,\s\up10(酶))2C2H5OH＋2CO2可知，进行无氧呼吸时气体体积增加。(2)试验现象及结果分析装置甲装置乙试验结果红色液滴左移红色液滴不移动酵母菌只进行有氧呼吸红色液滴不移动红色液滴右移酵母菌只进行无氧呼吸红色液滴左移红色液滴右移酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸[对点训练]1．下图是探究酵母菌呼吸方式的装置，下列相关叙述错误的是()A．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸B．假设装置1中的液滴不移动，装置2中的液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸C．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸D．假设装置1和装置2的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸D[装置1液滴向左移动，说明消耗了O2，装置2液滴不移动，说明消耗的O2与产生的CO2相等，没有进行无氧呼吸，则酵母菌只进行有氧呼吸，A正确；装置1液滴不移动，说明没有消耗O2，装置2液滴向右移动，说明产生了CO2，则酵母菌只进行无氧呼吸，B正确；装置1液滴向左移动，说明消耗了O2，酵母菌进行有氧呼吸，装置2液滴向右移动，说明产生的CO2多于消耗的O2，说明酵母菌进行了无氧呼吸，则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，C正确；装置1和装置2液滴均不移动，说明酵母菌已死亡，D错误。]2．为了探究酵母菌的细胞呼吸类型，按装置1图示装配试验材料和用具，若想得到科学的试验结论，还必需设计装置2。下列相关叙述不正确的是()A．装置2中甲是等量的酵母菌培育液，乙是等量的蒸馏水B．若装置1和2中红色液滴的移动方向相反，则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸C．若装置1中红色液滴左移，则细胞质基质和线粒体基质都能产生[H]和ATPD．降低试验温度，装置中红色液滴移动变慢是由于酵母菌内相关化学反应的活化能降低D[若装置1中红色液滴向左移动，则表示酵母菌进行了有氧呼吸，若不动，则说明酵母菌只进行无氧呼吸，所以为了探究酵母菌是否同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，那么装置2中甲可代表等量的酵母菌培育液，乙可代表等量的蒸馏水，A选项正确；分析装置2，若红色液滴向右移动，则表示酵母菌进行了无氧呼吸，若不动，则说明酵母菌只进行有氧呼吸，可见，装置1和装置2中红色液滴的移动方向相反，则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，B选项正确；若装置1中红色液滴左移，则说明酵母菌进行了有氧呼吸，而有氧呼吸的第一阶段和其次阶段均有[H]和ATP产生，其中第一阶段和其次阶段的对应场所分别为细胞质基质和线粒体基质，C选项正确；低温会导致酵母菌呼吸速率变慢的原理是低温导致呼吸酶活性降低，反应速率减慢，D选项错误。]细胞呼吸速率和光合速率的测定试验[素能建构]1．“装置图法”测定光合速率与呼吸速率(1)测定装置(2)测定方法及解读①测定呼吸速率(装置甲)a．装置甲烧杯中放入相宜浓度NaOH溶液用于汲取CO2。b．玻璃钟罩遮光处理，以解除光合作用的干扰。c．置于相宜温度环境中。d．红色液滴向左移动(用装置甲单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。②测定净光合速率(装置乙)a．装置乙烧杯中放入相宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满意光合作用需求。b．必需赐予较强光照处理，且温度相宜。c．红色液滴向右移动(用装置乙单位时间内向右移动的距离代表净光合速率)。③依据“总(真正)光合速率＝呼吸速率＋净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置比照试验，即用死亡的绿色植物分别进行上述试验，依据红色液滴的移动距离对原试验结果进行校正。2．红外线CO2传感器由于CO2对红外线有较强的汲取实力，CO2的多少与红外线的降低量之间有肯定的线性关系，因此CO2含量的改变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浓度的改变。3．“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的改变，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行细胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和细胞呼吸。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气削减量。4．“半叶法”测定光合作用有机物的产生量“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采纳适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻挡两部分的物质和能量转移。在相宜光照下照耀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，即可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)，则M＝MB－MA，M表示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。[对点训练]3．如图为某探讨小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的试验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后赐予不同强度的光照。关于该试验的叙述，正确的是()A．温度、CO2浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量B．CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定C．假如有色液滴向右移动，说明该植物不进行光合作用D．假如有色液滴向左移动，说明该植物不进行光合作用B[由题意可知，该试验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响，自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，有色液滴的移动距离作为观测的指标，温度、CO2浓度等都是无关变量；CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定；有色液滴移动的距离是由装置内O2的改变量引起的，假如有色液滴向右移动，说明光合作用释放的氧气量大于细胞呼吸汲取的氧气量；假如有色液滴向左移动，说明光合作用释放的氧气量小于细胞呼吸汲取的氧气量。]4．将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内，在室内调温25℃，赐予恒定相宜的光照60min，然后遮光处理60min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的改变，得到图2曲线。图1图2(1)若要获得小麦的真正光合速率，________(填“须要”或“不须要”)另设比照组。0～60min小麦的真正光合速率为________μmolCO2/(L·h)。(2)试验10min时，小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是_____________________________________________________。在停止光照的瞬间叶绿体内C3的含量________。[解析](1)前60min测定净光合速率，后60min测定呼吸速率，不须要另设比照组。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(2000－800)＋(1200－800)＝1600[μmolCO2/(L·h)]。(2)光合作用旺盛，叶绿体须要较多CO2，包括线粒体供应和细胞外汲取。停止光照，叶绿体内缺少NADPH和ATP，不能进行还原C3的过程。[答案](1)不须要1600(2)线粒体供应和细胞外汲取增多(或上升)5．某探讨小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透亮玻璃瓶。黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，24小时后测定各组培育瓶中的氧含量，记录数据如下：光照强度(klx)0(黑暗)abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333(1)黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的缘由是________；该瓶中全部生物细胞呼吸消耗的O2量为_______________________________mg/(L·24h)。(2)当光照强度为cklx时，白瓶中植物产生的氧气量为_______mg/(L·24h)。(3)光照强度至少为________(填字母)klx时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。[解析](1)黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的缘由是黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物细胞呼吸消耗氧气，该瓶中全部生物细胞呼吸消耗的O2量为原初溶解氧减去24小时后氧含量，即10－3＝7[mg/(L·24h)]。(2)当光照强度为cklx时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝(24－10)＋7＝21[mg/(L·24h)]。(3)光照强度为aklx时，白瓶中溶氧量不变，说明植物光合作用产生的氧气刚好用于全部生物的呼吸作用消耗，故光照强度为aklx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡。[答案](1)黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物细胞呼吸消耗氧气7(2)21(3)a6．某探讨小组采纳“半叶法”对番茄叶片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，并采纳适当的方法阻挡两部分的物质和能量转移。在相宜光照下照耀6h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/(dm2·h)。请分析回答下列问题：(1)MA表示6h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6h后(________________)＋(________________)－呼吸作用有机物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，则M表示___________________________________。(3)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，写出试验设计思路：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行细胞呼吸。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行细胞呼吸。分析题意可知，MB表示6h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6h后叶片初始质量－呼