高考一轮复习拓展微课3　光合速率与呼吸速率的模型分析与实验测定学案

[拓展微课3]　光合速率与呼吸速率的模型分析与实验测定

一、光合速率与呼吸速率的模型分析

1.真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的模型分析

(1)内在关系

①细胞呼吸速率:植物非绿色组织或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。

②净光合速率:植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。

③真正光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率。

(2)判定方法

①根据坐标曲线判定

a.当光照强度为0时,若CO2吸收量为负值,该值的绝对值代表细胞呼吸速率,该曲线代表净光合速率,如图甲。

b.当光照强度为0时,光合速率也为0,该曲线代表真正光合速率,如图乙。

②根据关键词判定

2.光合作用与呼吸作用的相关曲线分析

　　图中曲线c表示净光合速率,d表示呼吸速率,c+d表示总光合速率。在A点时,总光合速率是呼吸速率的2倍。　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

◆拓展微练1

1.某校生物兴趣小组以玉米为实验材料,研究不同条件下光合作用速率和细胞呼吸速率,绘制了甲、乙、丙、丁所示的四幅图。图中“a”点不能表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等的是              (　　)

A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

1.答案　A　图甲中a点的含义是光照下CO2的吸收量等于黑暗中CO2的释放量,表示净光合作用速率等于细胞呼吸速率,此时光合作用速率是细胞呼吸速率的2倍,A错误。

2.(2020山东威海一模)下图表示25 ℃时,葡萄和草莓在不同光照强度条件下CO2吸收量的变化曲线。下列叙述正确的是              (　　)

A.M点时葡萄的净光合速率为10 mg·m-2·h-1

B.已知葡萄光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃,若将环境温度改变为30 ℃,其他条件不变,则P点将左移

C.对草莓而言,若白天和黑夜的时间各为12 h,则平均光照强度在X klx以上才能正常生长

D.光照强度为Y klx时葡萄和草莓光合作用合成有机物的量相等

2.答案　C　由图可知,M点时葡萄的净光合速率为8 mg·m-2·h-1,A错误;已知葡萄光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃,若将环境温度改变为30 ℃,其他条件不变,则呼吸速率升高,光合速率下降,P点将右移,B错误;光照强度为Y klx时葡萄和草莓光合作用积累的有机物的量相等,但呼吸速率不相等,故合成的有机物的量不相等,D错误。

3.(2020宁夏银川二中高三一模)某研究小组研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响(其他实验条件均相同且适宜),结果如图所示。下列关于该实验的叙述正确的是              (　　)

A.温度高于35 ℃时,该植物不能正常生长的原因是不能进行光合作用

B.25 ℃和30 ℃时,该植物的CO2消耗量基本相等

C.该植物的呼吸作用最适温度为35 ℃

D.温度由5 ℃升高到25 ℃的过程中,该植物积累的有机物量逐渐减少

3.答案　B　由图可知:大于35 ℃时,光合作用消耗CO2的量小于呼吸作用产生CO2的量,说明光合速率小于呼吸速率,植物体不能生长,A错误;大于35 ℃时,呼吸作用产生的CO2量还在增加,说明呼吸速率的最适温度大于35 ℃,C错误;5 ℃~25 ℃,光合作用CO2消耗量一直大于呼吸作用产生的CO2量,说明净光合速率大于0,该植物积累的有机物量逐渐升高,D错误。

4.(2020湖北武汉华中师大一附中高三测试)某同学在探究光照强度对某植物光合作用速率影响的实验中,绘制了如图所示的柱形图(在光照强度分别为a、b、c和d,其他条件相同且适宜时,单位时间内该植物某叶肉细胞中CO2与O2量的变化,其中M代表叶绿体中O2的产生总量,N代表叶肉细胞的CO2释放量)。已知光照强度不影响叶肉细胞的呼吸速率。下列有关叙述错误的是              (　　)

A.光照强度为b时,该叶肉细胞光合作用速率等于细胞呼吸速率

B.光照强度为c时,该叶肉细胞叶绿体产生的O2全部供给线粒体利用

C.光照强度为a时,光合作用强度为0

D.光照强度为d时,光合作用从外界环境中吸收2个相对单位的CO2

4.答案　A　由题意可知,M代表单位时间内叶绿体中O2的产生总量,即光合作用速率。光照强度为b时,叶肉细胞CO2释放量>0,故此时该叶肉细胞光合作用速率小于细胞呼吸速率,A错误。

二、光合速率与呼吸速率的实验测定

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”测定光合速率与呼吸速率

“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,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”给予光照,瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量。

3.“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,并采用适当的方法(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,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。

4.“叶片上浮法”探究影响光合作用的因素

利用针筒排出叶肉细胞间隙的空气,使叶片沉于水中。在光合作用过程中植物吸收CO2放出O2,O2在细胞间积累,使下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮至液面所需时间的长短),就能比较光合作用的强弱。

5.叶圆片称量法

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)。

(1)净光合速率=(z-y)/2S;

(2)呼吸速率=(x-y)/2S;

(3)总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。

[特别提醒]　光合作用与细胞呼吸实验设计中实验条件的控制方法

(1)增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。

(2)减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或煮沸冷却。

(3)除去容器中的二氧化碳——氢氧化钠溶液。

(4)保持容器中二氧化碳浓度不变——NaHCO3溶液。

(5)除去叶片中原有的淀粉——置于黑暗环境中较长时间。

(6)除去光合作用对细胞呼吸的干扰——给植株遮光。

(7)消除种子表面微生物对种子细胞呼吸速率测定的影响——消毒。

(8)除去叶片中叶绿素——酒精隔水加热(脱色)。

(9)得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。

◆拓展微练2

5.(2020山东威海一模)如图是探究有活性的水稻种子呼吸作用的装置。下列叙述正确的是 (　　)

A.将种子浸透的作用是增加种子细胞中结合水的含量,从而增强种子的代谢作用

B.实验开始时,红色小液滴位于0点,在其他条件适宜的情况下,一段时间后,红色小液滴将向右移动

C.小液滴停止移动后,种子的呼吸方式是有氧呼吸

D.为确保红色小液滴的移动仅由种子的生理活动引起,需另设放置煮熟种子的对照实验装置

5.答案　D　将种子浸透的作用是增加种子细胞中自由水的含量,从而增强种子的代谢作用,A错误;实验开始时,红色小液滴位于0点,在其他条件适宜的情况下,一段时间后,种子呼吸会消耗氧气,故红色小液滴将向左移动,B错误;小液滴停止移动后,说明其不再消耗氧气,即进行无氧呼吸,C错误。

6.下图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置,氧气传感器可监测O2浓度的变化,下列叙述错误的是              (　　)

A.该实验探究不同单色光对光合作用强度的影响

B.加入NaHCO3溶液是为了吸收呼吸作用释放的CO2

C.拆去滤光片,单位时间内,氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度

D.若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的细胞呼吸作用强度

6.答案　B　分析题图,该实验的自变量是不同单色光,因变量是光合作用强度,故实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响,A正确;加入NaHCO3溶液是为保证容器中CO2浓度的恒定,B错误;相同条件下,自然光下比单色光下金鱼藻的光合作用要强,因此拆去滤光片,单位时间内,氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度,C正确;若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的呼吸作用强度,D正确。

7.(2020湖北武汉部分学校摸底)下表是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法测定夏季某池塘不同深度24 h的水体中平均O2浓度与初始O2浓度比较后发生的变化。下列叙述正确的是              (　　)

注:“+”表示增加;“-”表示减少

A.在水深1 m处白瓶中水生植物产生的氧气为3 g/m3

B.在水深2 m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率

C.在水深3 m处白瓶中水生植物不进行光合作用

D.在水深4 m处白瓶中水生植物产生ATP的场所有叶绿体、细胞质基质和线粒体

7.答案　D　在水深1 m处白瓶中水生植物产生的氧气为3+1.5=4.5(g/m3),A错误;在水深2 m处白瓶中水生植物光合速率=1.5+1.5=3(g/m3),其大于所有生物的呼吸速率1.5 g/m3,B错误;在水深3 m处白瓶中水生植物光合速率为0+1.5=1.5(g/m3),进行光合作用,C错误。

8.(2020黑龙江大庆实验中学模拟)如图所示,将对称叶片左侧遮光,右侧曝光,并采用一定的方法阻止两部分之间的物质与能量的转移。在适宜光照下照射6小时,从两侧截取同等单位面积的叶片,烘干称重,分别记为a和b(单位:g)。下列相关叙述正确的是              (　　)

A.右侧叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,不吸收绿光

B.叶片右侧脱色后,用碘蒸气处理呈深蓝色

C.(b-a)/6代表该叶片的呼吸速率

D.(b+a)/6代表该叶片的总光合速率

8.答案　B　叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,较少吸收绿光,A错误;照光与不照光部分的生理过程中的差别是光合作用是否进行,但它们都进行呼吸作用,b=叶片原重量+总光合作用产生量-呼吸消耗量,a=叶片原重量-呼吸消耗量,因此b-a=光合作用合成有机物的总量,(b-a)/6代表该叶片的总光合速率,C、D错误。

9.光合作用受多种因素的影响,某实验小组想利用如图所示装置对影响植物光合作用的两大因素进行研究,以便为大棚种植时条件的控制提供依据,实验中温度条件适宜且稳定。回答下列问题。

(1)假定光合作用的产物和呼吸作用的底物都是葡萄糖,忽略无氧呼吸,密闭容器中不放缓冲液时,液滴不移动,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)由表中数据可以看出,　　　　　　　　　　　　为限制光合作用的环境因素;比较7、8、9组结果可以得出,此时限制光合作用的因素可能是　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)1组和2组左移的距离相等,对此作出的解释是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)大棚中可采取　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(至少答出两点)等措施提高CO2浓度。 

9.答案　(1)植物吸收的气体量等于释放的气体量　(2)光照强度和CO2浓度　光合色素的量(或参与光合作用酶的数量或叶绿体的数量)　(3)CO2浓度过低时,植物无法进行光合作用　(4)施有机肥、合理通风、使用CO2发生器