高考生物第四单元补上一课2三率测定及相关实验设计学案中图版必修1.docx
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高考生物第四单元补上一课2三率测定及相关实验设计学案中图版必修1
“三率”测定及相关实验设计
理清两大代谢的物质、能量关系，把握相关
曲线及三率测定，全取高考拉分题
第一步⇨研析内涵、明点析线，宏观微观并举，点悟解题切入点
1.总光合速率、净光合速率和呼吸速率的常用表示方法
（1）微观点悟
（2）归纳总结
总光合速率
O2产生速率
CO2固定（或消耗）速率
有机物产生（或制造、生成）速率
净光合速率
O2释放速率
CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
有机物消耗速率
2.常考曲线分析
以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标
特别提醒 总光合速率与呼吸速率曲线交点处表示此时光合速率＝呼吸速率，不要认为净光合速率曲线与呼吸速率曲线交点处也表示光合速率＝呼吸速率，此时总光合速率恰恰是呼吸速率的2倍。
第二步⇨研析题型，变换视角，全取高考拉分题
视角1 总光合速率、净光合速率及呼吸速率的计算
（2019·广东湛江市调研）为探究不同pH对草莓产量的影响，科研人员先将消毒后生理状态良好且相同的草莓幼苗进行黑暗处理，然后再分别置于pH为a、b、c、d和e的培养液中培养，其他条件相同且适宜。
培养一段时间后，测定草莓幼苗叶片净光合速率、呼吸速率，结果如表所示。
请回答下列问题：
培养液pH
呼吸速率
净光合速率
a
200
150
b
210
240
c
220
300
d
240
270
e
250
250
注：
表格中的数据为O2的吸收速率或释放速率，单位为（μmol·mg－1·h－1）。
（1）除了可以通过测定O2释放量，还可以通过测定________________________（答出一种即可）来计算净光合速率。
（2）在该实验中，pH为________的培养液中总光合速率最大。
（3）培养草莓幼苗的过程中应隔天更换培养液，除了可以防止缺氧造成烂根和营养不足，还能防止培养液的________发生变化影响实验结果。
（4）植物若能正常生长，其光合作用固定的有机物的量要________（填“大于”“等于”或“小于”）呼吸作用消耗的有机物的量。
pH为e时，要保证草莓幼苗能正常生长，每天光照时间应大于________h。
解析
（1）净光合速率除了可以用O2的释放量来表示，还可以用CO2的吸收量或有机物的积累量来表示。
（2）总光合速率是净光合速率和呼吸速率之和，故题表中总光合速率最大时对应的培养液的pH是c。
（3）本题研究的是不同pH对草莓产量的影响，在培养过程中，植物根对离子的选择性吸收和根细胞呼吸作用产生的CO2，都会改变培养液的pH，从而影响实验结果。
（4）植物若要正常生长，其光合作用固定的有机物的量要大于呼吸作用消耗的有机物的量，当pH为e时，要保证草莓幼苗能正常生长（设每天需要的光照时间为th），则要满足500×t>250×24，t>12，即每天光照时间应大于12h。
答案
（1）CO2的吸收量或有机物的积累量（答出一种即可）
（2）c （3）pH （4）大于 12
视角2 曲线图中3个常考点（“光为O”点、补偿点、饱和点）的移动问题
1.（2019·益阳市、湘潭市调研）图甲中试管A与试管B敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻氧气产生量的影响，试管A的结果如图乙所示。
据图分析，下列叙述正确的是（ ）
A.Q点的O2净释放量为零，是因为此点光合作用强度为零
B.P点为负值的原因是细胞呼吸消耗氧气；适当降低温度，P点将下降
C.在图乙上绘制装置B的曲线，Q点应右移
D.降低CO2浓度时，在图乙上绘制装置A的曲线，R点应右移
解析 Q点时净光合速率为0，光合作用强度不为0，A错误；P点对应的数值的绝对值代表呼吸速率，若适当降低温度，呼吸速率会下降，则P点会上移，B错误；装置B中缺镁影响叶绿素的合成，小球藻光合速率低，Q点应右移，C正确；CO2浓度降低，光合速率下降，R点应向左下移动，D错误。
答案 C
视角3 结合曲线模型分析总光合速率、净光合速率和呼吸速率
【典例】（2017·北京卷，2）某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。
据此，对该植物生理特性理解错误的是（ ）
A.呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B.净光合作用的最适温度约为25℃
C.在0～25℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D.适合该植物生长的温度范围是10～50℃
[慧眼识图 获取信息]
答案 D
【即学即练】
（2018·山东潍坊市高三统考）科研人员分别在25℃和42℃培养条件下（其他条件均相同且适宜），测得某植物的部分数据如图所示。
已知该植物生长的适宜温度条件是25～35℃。
请回答相关问题：
（1）图中甲组代表________℃下测得的结果，作出该判断的理由是__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
（2）某兴趣小组测定了25～42℃范围内该植物的净光合速率，发现30℃时净光合速率最大，则30℃________（填“是”“不是”或“不一定是”）光合作用的最适温度，原因是______________________________________________________
___________________________________________________________________。
（3）若将培养温度由25℃快速提升至42℃时，据图分析，该植物叶肉细胞间隙CO2浓度明显________（填“上升”或“下降”），这一变化的主要原因可能是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析
（1）分析图形可知，甲组比乙组的净光合速率大，应是植物生长的适宜温度，因此甲组代表25℃下测得的结果。
（2）植物的净光合速率＝真正光合速率－呼吸速率，30℃时净光合速率最大，可能是此时呼吸速率低，因为没有测定此温度下的呼吸速率，无法确定该植物在此温度下的实际光合速率的大小，因而无法确定此温度是否为光合作用的最适温度。
（3）温度由25℃快速提升至42℃时，据图分析，该植物叶肉细胞间隙CO2浓度明显升高，原因可能是42℃已经不是该植物光合作用的适宜温度，故该植物的光合速率下降，对CO2的利用速率降低。
答案
（1）25 此温度属于该植物适宜生长的温度，与42℃相比，净光合速率大
（2）不一定是 没有测定相应温度下的呼吸速率，无法确定实际光合作用速率 （3）上升 光合作用减弱，叶肉细胞对二氧化碳的利用速率降低
模型1 气体体积变化法——测定光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积
[实验原理]
（1）甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
（2）乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
（3）真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（4）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。
【典例1】（2019·辽宁五校协作体联考）某实验室中有三套完全相同的装置，装置内的绿色植物为长势相近的君子兰，培养条件如表所示，经2小时的实验后，测定并记录相关数据。
已知氧传感器用于测定装置内的O2含量。
请分析并回答下列问题：
装置
培养条件
刻度尺读数
数据显示屏读数
开始时
2小时后
开始时
2小时后
甲
温度为T1、光照适宜
0
A
D
E
乙
温度为T2、光照适宜
0
B
D
F
丙
温度为T2、黑暗
0
C
D
G
注：
君子兰细胞中光合作用和细胞呼吸相关酶的最适温度分别为T1和T2，且T2>T1。
（1）三套装置的君子兰细胞中，均能产生ATP的场所是________；装置甲中的数据A代表___________________________________________________________。
（2）若增加一套实验装置，光照适宜条件下，在实验过程中，将温度逐渐由T1升高至T2，并测得数据显示屏读数由D变为H，则E、F、H的大小关系是___________________________________________________________________。
（3）若B＝0，则在君子兰的叶肉细胞中，叶绿体产生O2的量________（填“大于”“等于”或“小于”）线粒体消耗O2的量；若B为正数，C为负数，则该植物在温度为T2、光照适宜的条件下，呼吸速率与光合速率之比＝________（用B、C表示）。
解析
（1）丙装置中的君子兰只能进行细胞呼吸，因此，三套装置的君子兰细胞中均能产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体；A代表在装置甲对应的培养条件下，君子兰的净光合速率。
（2）当温度由T1逐渐升高至T2时，君子兰细胞的光合速率下降，呼吸速率上升，则H应小于E、大于F。
（3）若B＝0，则说明整体上君子兰的光合速率等于呼吸速率，但就君子兰的叶肉细胞而言，其光合速率大于呼吸速率，即叶肉细胞中叶绿体产生O2的量大于线粒体消耗O2的量；在温度为T2、光照适宜的条件下，君子兰的呼吸速率可表示为－C/2，光合速率＝（B－C）/2，因此，两者之比＝－C/（B－C）＝C/（C－B）。
答案
（1）细胞质基质和线粒体 君子兰在温度为T1、光照适宜的条件下，2小时内释放O2的量（或君子兰在温度为T1、光照适宜的条件下的净光合速率）
（2）E>H>F （3）大于 C/（C－B）或－C/（B－C）
模型2 黑白瓶法——测溶氧量的变化
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是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。
具体方法如下：
（1）“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。
总光合作用量（强度）＝净光合作用量（强度）＋有氧呼吸量（强度）。
（2）有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量（或CO2的增加量）为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量（或CO2的减少量）为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
（3）在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
【典例2】（2019·湖北襄阳四中调研）某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样（其中有植物），分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为用黑布罩住的玻璃瓶。
将它们分别置于六种不同的光照条件下，24h后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如表所示。
根据信息，回答下列问题：
光照强度/klx
0
a
b
c
d
e
白瓶溶氧量/（mg·L－1）
3
10
16
24
30
30
黑瓶溶氧量/（mg·L－1）
3
3
3
3
3
3
（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因是________________________；该瓶中所有生物在24h内通过细胞呼吸消耗的O2量为________mg/L。
（2）当光照强度为cklx时，在24h内白瓶中植物产生的O2量为________mg/L。
光照强度至少为________klx时，该水层生物产氧量才能维持其正常生活耗氧量所需。
当光照强度为________klx时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。
（3）若将光照强度为aklx下的白瓶移至光照强度为bklx条件下，则该瓶中植物细胞的光合作用速率________（填“增大”“减小”或“不变”），其主要原因是____________________。
C3经一系列变化可形成________________________________________________________________。
解析
（1）在黑暗条件下，植物只能进行呼吸作用消耗O2，不能进行光合作用产生O2，所以溶解氧的含量由10mg/L降低为3mg/L，24h内该瓶中所有生物通过呼吸作用消耗的O2量为10－3＝7mg/L。
（2）O2产生量描述的是真光合速率，是净光合作用导致的溶氧量的增加量与呼吸作用导致的溶氧量的减少量之和，光照强度为cklx时，在24h内白瓶中植物产生的O2量为（24－10）＋（10－3）＝21（mg/L）。
净光合速率大于零，植物可表现为正常生活，白瓶溶氧量与初溶氧量相比不降低时，该水层生物方可表现为正常生活，由表中数据知，光照强度大于aklx时，符合要求。
光照强度大于dklx时，O2产生量不再增加。
（3）光照强度从aklx增加到bklx，直接导致光反应产生的ATP和[H]增多，进而使暗反应加快。
C3被还原，生成（CH2O）和C5。
答案
（1）黑瓶中的生物进行呼吸作用消耗O2，但没有光照，植物不能进行光合作用产生O2 7
（2）21 a d （3）增大 光反应产生的ATP和[H]增多 （CH2O）和C5
模型3 半叶法——测定光合作用有机物的产生量
本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。
在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。
【典例3】（2019·福州市调研）某研究小组采用“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，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）真正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，写出实验设计思路。
____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
解析 叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。
叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。
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－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6h有机物的总产量（B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量）。
由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。
答案
（1）叶片初始质量 光合作用有机物的总产量
（2）B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量
（3）M值除以时间再除以面积，即M/（截取面积×时间）
（4）将从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，另一部分在暗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。
模型4 叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、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。
【典例4】某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：
在叶柄基部做环剥处理（仅限制叶片有机物的输入和输出），于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片叶绿体的光合速率是（3y－2z－x）/6（g·cm－2·h－1）（不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响）M处的实验条件是（ ）
A.下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C.下午4时后在阳光下照射6小时
D.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
解析 依据选项，逆向推导，符合题干信息的就为正确选项。
依题意，光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，净光合作用速率为（y－x）/6（g·cm－2·h－1），还需测定呼吸速率，所以遮光3小时，呼吸速率为（y－z）/3（g·cm－2·h－1），光合作用速率＝（y－x）/6＋（y－z）/3＝（3y－2z－x）/6（g·cm－2·h－1）。
答案 D
模型5 叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
本方法通过利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。
根据在相同时间内上浮叶片数目的多少（或者叶片全部上浮所需时间的长短），即能比较光合作用强度的大小。
【典例5】取生长旺盛的绿叶，利用打孔器打出一批直径为1cm的叶圆片，将叶圆片细胞间隙中的气体排出后，平均分装到盛有等量的不同浓度NaHCO3溶液的培养皿底部，置于光温恒定且适宜的条件下（如图甲），测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面所用的时间（如图乙）。
下列分析错误的是（ ）
A.A～B段随着NaHCO3溶液浓度的增加，类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大
B.C～D段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减小
C.C～D段随着NaHCO3溶液浓度的增加，单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小
D.A～D段如果增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间
解析 A～B段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断减少，说明氧气生成速率不断提高，因此类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增加，A正确；C～D段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气生成速率在降低，即光合速率减弱，因此叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减弱，B正确；细胞氧气的净释放速率就表示有机物的积累速率，C～D段叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气释放速率在降低，即表示单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小，C正确；题中提出“装置置于光温恒定且适宜的条件下”，因此此时如果增加光照强度或温度，都会使光合速率降低，导致叶圆片上浮至液面的时间延长，D错误。
答案 D
模型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[H]不能被暗反应及时消耗掉。
持续光照，光反应产生的大量的[H]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。
【典例6】（2019·河南百校联盟联考）科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。
据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时的相比，“间隙光”处理的光合作用效率________（填“大于”“等于”或“小于”）连续光照下的光合效率，原因是“间隙光”能________________。
上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率________（填“更快”或“更慢”）。
图中两条曲线所围成的面积S1________S2（填“大于”“等于”或“小于”）。
解析 光照总时间相同的情况下，“间隙光”与连续光照处理相比，光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，因为一般情况下，光合作用过程中的光反应速率很快，而暗反应速率较慢，“间隙光”处理能充分利用光反应产生的[H]和ATP。
S1面积相当于光照时光反应积累的[H]和ATP，而这些[H]和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以S1与S2大致相等。
答案 大于 充分利用光合作用光反应产生的[H]和ATP 更快 等于
亮剑高考4 “液滴移动法”测定呼吸与光合速率
（时间：
15分钟）
[规律方法]
“液滴移动法”测定细胞呼吸速率与光合速率
[方法体验]
1.（2019·石家庄二中调研）利用如图所示装置可探究某绿色植物的生理作用。
假如该植物光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不能进行产生乳酸的无氧呼吸（忽略装置内其他微生物的干扰）。
下列相关叙述，正确的是（ ）
A.若要验证该植物在光下释放氧气，应将装置二和三分别放在黑暗和光照条件下
B.若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，应选择装置一和装置三
C.光照条件下，装置一、三中红色液滴移动的距离分别表示O2吸收量和O2生成量
D.黑暗条件下，若装置一、二中的红色液滴均不移动，则该植物只进行有氧呼吸
解析 装置一内无CO2，而装置三内有CO2且CO2浓度在一段时间内保持不变，故这两套装置适用于验证CO2是植物进行光合作用的必需原料；黑暗条件下，若装置一、二中的红色液滴均不移动，则该植物既不进行有氧呼吸也不进行无氧呼吸。
答案 B
2.（2019·大连市八中等五校调研）如图是探究某绿色植物光合速率的实验装置图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的CO2浓度。
将该装置放在20℃、一定光照条件下。
实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的有色液滴在A处。
30min后，针筒的读数需要调至0.6mL，才能使有色液滴仍维持在A处。
下列有关说法正确的是（ ）
A.若以O2释放量代表光合速率，该植物的净光合速率为1.2mL/h
B.上述装置测得的数值较植物的实际光合速率数值偏小
C.若在该植物叶片上涂一层凡士林，光合速率不会受影响
D.要在黑暗情况下测定O2吸收量，应该将碳酸氢钠溶液换成清水
解析 由于装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的CO2浓度，因此装置中气体的增加量代表净光合速率，即净光合速率＝（0.6－0.2）/0.5＝0.8（mL/h），A错误；由于植物进行光合作用的同时进行细胞呼吸，装置中气体增加
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