2024届人教版高中生物一轮复习光合作用与能量转化学案（不定项）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习光合作用与能量转化学案（不定项），共7页。

第3讲　光合作用与能量转化

(六)　植物“三率”判定的6种实验模型

1.气体体积变化法——测定光合作用O2增加的体积或CO2消耗的体积。
(1)测定装置。
　
甲 乙
(2)测定方法及解读。
①测定呼吸速率(装置甲)。
a.装置甲烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。
c.置于适宜温度环境中。
d.单位时间内红色液滴向左移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率(装置乙)。
a.装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用需求。
b.给予较强光照处理,且温度适宜。
c.单位时间内红色液滴向右移动距离代表净光合速率。
③根据“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。
(3)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,应设置对照实验,即用死亡的相同绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2.黑白瓶法——测水中溶氧量的变化。

注:瓶中氧气充足,不考虑无氧呼吸。
3.半叶法——测定光合作用有机物的产生量。
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。
4.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=(z-y)/2S;
呼吸速率=(x-y)/2S;
总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
5.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率。
(1)实验原理。

(2)实验装置分析。

a.自变量的设置:光照强度是自变量,通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
b.中间盛水的玻璃柱的作用:吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内的水温产生影响。
c.因变量是光合作用强度,可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。
6.间隔光照法——比较有机物的合成量。
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行,由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的,因此在一般情况下,光反应的速率比暗反应快,光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照,光反应产生的NADPH和ATP不能及时被暗反应消耗,暗反应限制了光合作用的速率,降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行,则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物,持续进行一段时间的暗反应,因此在光照强度和光照时间不变的情况下,制造的有机物相对多。

1.如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(　　)
　
甲 乙
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.若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化,则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度
解析　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,A项正确;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,B项错误;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,C项正确;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,D项正确。
答案　B
2.(不定项)(2023·湖南衡阳质检)研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是(　　)
A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后高
B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合
C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的
D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重
解析　遮光后,光反应停止,短时间内C3被还原成C5的过程减弱乃至停止,而C5固定CO2的过程仍能继续,故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高,A项正确;照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B项正确;照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初始干重,C、D两项错误。
答案　AB
3.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在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,测得叶片的光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是(　　)

A.下午4时后将整个实验装置遮光3 h
B.下午4时后将整个实验装置遮光6 h
C.下午4时后在阳光下照射1 h
D.晚上8时后在无光下放置3 h
解析　起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重x g, 从上午10时到下午4时,叶片在这6 h内既进行光合作用,又进行呼吸作用,所以下午4时移走的叶圆片干重(y g)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x g)的差值,就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量:(y-x) g。若要求出呼吸作用消耗干物质量,应将叶片进行遮光处理,先假设叶片遮光处理为a小时后干重为z g,下午4时移走的叶圆片干重y g减去叶片遮光处理a小时后的干重z g的差值,就是呼吸作用消耗干物质量:(y-z) g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h),据真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,得出(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/a,计算出a=3,A项正确。
答案　A
4.(不定项)在如图所示的玻璃容器中,注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片,密闭后,设法减小液面上方的气体压强,会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器,又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是(　　)

A.改变温度,会影响叶片开始上浮所需的时间
B.改变光照强度,不影响叶片开始上浮所需的时间
C.改变NaHCO3溶液的浓度,不影响叶片开始上浮所需的时间
D.若将装置置于黑暗中,上浮的叶片又会下沉
解析　改变温度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,A项正确;改变光照强度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,B项错误;改变NaHCO3溶液的浓度,即改变二氧化碳的浓度,这会影响光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,C项错误;若将装置置于黑暗中,叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的氧气,导致上浮的叶片又会下沉,D项正确。
答案　AD
5.通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题:
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内　　　　　　　　　　　;C与B的差值表示这段时间内　　　　　　　　　　　　　　　;A与B的差值表示这段时间内　　　　　　　　　　　　　　。
解析　单位时间生产者制造有机物的量等于生产者积累有机物的量与呼吸量的总和。题述测量的三份水样中A为对照,B为生产者进行呼吸作用后剩余的氧气量,C为生产者进行光合作用和呼吸作用后玻璃瓶中的氧气量。C与A的差值(C-A)表示该段时间内生产者净光合作用的放氧量(或积累有机物的量),A与B的差值(A-B)表示该段时间内生产者进行呼吸作用消耗氧气的量(或消耗有机物的量)。所以该段时间内生产者光合作用的总放氧量(或制造有机物的量)为(C-A)+(A-B)=C-B。
答案　生产者净光合作用的放氧量　生产者光合作用的总放氧量　生产者呼吸作用的耗氧量


【典例】　(2019·全国卷Ⅰ节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。
有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
解析　本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照,证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的;再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照,证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
答案　实验思路:取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。

1.对比实验思路与实验步骤的主要特点和书写技巧。

2.注意事项。
要求写出实验思路和实验步骤的试题,都要注意“无关变量”的描述,尤其是写出实验步骤类试题。因为无关变量是决定实验成功的关键因素,写实验步骤时,必须要对无关变量的操作作出说明。在一个实验中,人为设置的变量,除了自变量,都是无关变量,若已经学习过无关变量的具体内容(如某种酶发挥作用的最适温度为37 ℃),则需明确写出;若没有学习过无关变量的具体数值(如保温时间),则可用“适宜且相等”“理想条件下”等文字表述。

1.(2023·山东模拟)光质对植物的生长发育、光合特性、产量、品质等方面均有较大影响。例如,红光处理的番茄幼苗的叶绿素含量增加,气孔导度蒸腾速率有所提高,光合速率显著高于其他处理;蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照。最近的研究显示,在自然光(即白光,W)中添加远红光(FR,波长为700~800 nm)能显著提高温室番茄的产量,这对大棚蔬菜瓜果的生产具有重要意义。

(1)叶绿体内吸收红光的色素是　　　　　。
(2)蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在白光中额外添加远红光,尽管净光合速率下降,但番茄产量却上升了。据图所示结果分析,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)设W为一定的白光强度(强度表示为W1~W5),R为一定的远红光强度(强度表示为R1~R5)。现欲探究促进番茄产量的最佳条件配比,试阐述实验设计思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,故叶绿体内吸收红光的色素是叶绿素a和叶绿素b。(2)蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照,原因可能是蓝光可促进气孔开放,增加了叶片的胞间CO2浓度(或蓝光使类胡萝卜素含量增加)。(3)由图分析:加远红光后,番茄光合作用制造的有机物在各器官中的配比发生了变化,分配在果实中的有机物比例上升,分配在叶中的有机物比例下降,所以虽然净光合速率下降,但是番茄产量却升高了。(4)结合题意可知,本实验的目的是“探究促进番茄产量的最佳条件配比”,则实验的自变量为W和R的关系,因变量为番茄产量,实验设计应遵循对照原则与单一变量原则,整个实验过程中,除光照以外,其他条件适宜且相同。实验设计思路为:设定白光强度为W1,测定该白光强度和各远红光强度配比时的番茄产量;而后改变白光强度为W2,测定其和各远红光强度配比时的番茄产量;同理,依次求得各白光强度和各远红光强度的配比时的番茄产量,在以上实验组中,找到番茄产量最高的组别即为最佳白光强度和远红光强度的配比。
答案　(1)叶绿素a和叶绿素b　(2)蓝光可促进气孔开放,增加了叶片的胞间CO2浓度(或蓝光使类胡萝卜素含量增加)　(3)添加远红光后,番茄光合作用制造的有机物在各器官中的分配占比发生了变化,分配到番茄果实中的有机物占比上升,所以尽管净光合速率下降,但番茄产量却增加了　(4)设定白光强度为W1,测定该白光强度和各远红光强度配比时的番茄产量;而后改变白光强度为W2,测定其和各远红光强度配比时的番茄产量;同理,依次求得各白光强度和各远红光强度的配比时的番茄产量,在以上实验组中,找到番茄产量最高的组别即为最佳白光强度和远红光强度的配比
2.肾上腺素是临床上抢救过敏性休克的首选药物,人们常用肾上腺素作为研究课题进行生理实验研究。请回答以下问题:
(1)某些神经元也能分泌肾上腺素,进入突触间隙的肾上腺素,可以与突触后膜上的相应受体结合,引发突触后膜　　　　变化;也可以与突触前膜上的相应受体结合,抑制肾上腺素继续分泌,实现　　　　调节。多数最终又被突触前膜摄取,并贮存在突触小泡中,实现　　　　利用。
(2)已知肾上腺素能使鱼类体表黑色素细胞的色素颗粒聚集,使体表颜色变浅;而乙酰胆碱能使鱼类体表黑色素细胞的色素颗粒扩散,使体表颜色加深,为验证肾上腺素和乙酰胆碱对鱼类体色的影响,科研人员进行了相关实验,请完善下列实验内容:
实验对象:体长约10 cm且体色相近的同种鲫鱼若干条。
药品及用具:鱼用生理盐水,适宜浓度的肾上腺素、乙酰胆碱,注射器等。
实验步骤:
第一步:将鲫鱼平均分成三组,编号为甲、乙、丙,分别放入三个玻璃缸中置于背光处饲养一段时间。
第二步:给甲组鲫鱼腹腔中注入2 mL一定浓度的乙酰胆碱,乙组鲫鱼腹腔中注入　　　　　　　　　　,而丙组鲫鱼腹腔中注入　　　　　　　　　作为对照。
第三步:将装有上述处理后鲫鱼的玻璃缸置于　　　　　　处,约2 h后,观察比较三组鲫鱼体表颜色的变化。
预期实验结果:甲、乙、丙三组鲫鱼的体色由浅到深依次是　　　　。
解析　(1)肾上腺素可由突触前膜释放,引起突触后膜的电位变化。肾上腺素与突触前膜相应的受体结合,抑制肾上腺素继续分泌,属于负反馈调节。作用过后的肾上腺素大多被突触前膜摄取,实现了重复利用。(2)实验设计要遵循单一变量原则和对照原则,所以第二步中乙、丙两组应分别注入等量的肾上腺素和等量的鱼用生理盐水;因为鱼类的眼和松果体能感知光照变化而影响体内肾上腺素和乙酰胆碱的含量,所以第三步需将装置放于背光处,否则实验结果将受到影响;由题干信息可知,肾上腺素使鱼体表颜色变浅,乙酰胆碱使鱼体表颜色变深,由此可推出甲、乙、丙三组鱼的体色由浅到深依次是乙、丙、甲。
答案　(1)电位　(负)反馈　重复(多次)　(2) 一定浓度的等量的肾上腺素　等量的鱼用生理盐水　背光　乙、丙、甲