届 一轮复习人教版 总光合速率净光合速率呼吸速率的测定及相关实验学案.docx
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届一轮复习人教版总光合速率净光合速率呼吸速率的测定及相关实验学案
2020届一轮复习人教版总光合速率、净光合速率、呼吸速率的测定及相关实验学案
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
总光合速率或叶绿体释放O2量
O2产生速率
CO2固定（或叶绿体利用CO2量或植株消耗CO2）速率
有机物产生（或制造、生成）速率
净光合速率或植株释放O2量
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
（1）曲线分段解读
（2）三种常考曲线模型分析
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。
视角1 总光合速率、净光合速率及呼吸速率的计算
1.（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0”点、补偿点、饱和点）的移动问题
2.（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
3.（2019·信阳市新高三定位考试）下图为在温度和大气CO2浓度恒定的条件下，测定的植物甲、植物乙在不同光照强度下的CO2吸收量的实验结果。
请回答下列问题：
（1）在光照强度为5klx条件下，植物甲的叶绿体中ATP的移动方向为________，此时限制植物乙光合速率的主要环境因素是________。
若光照强度增加到10klx，则与5klx相比，植物甲的叶绿体中C3含量________（填“增加”“减少”或“基本不变”）。
（2）植物甲在光照强度为Aklx时，其叶肉细胞进行光合作用所需的CO2来源于________（填部位或场所），此时植物甲的实际光合速率________（填“大于”“小于”或“等于”）植物乙在光照强度为Bklx的实际光合速率。
（3）若CO2浓度升高，则植物乙的光饱和点会向________（填“左”或“右”）移动。
答案
（1）由类囊体薄膜到叶绿体基质 光照强度 基本不变
（2）叶肉细胞自身线粒体和细胞外 大于 （3）右
3个关键点的移动规律
如图所示，A、B、D依次表示“光为0”点、补偿点与饱和点，其移动规律归纳如下：
（1）细胞呼吸加强时，其O2吸收量或CO2释放量均增加（离O点越远），图示A点下移，反之，细胞呼吸减弱时，O2吸收量或CO2释放量均减小（离O点越近），图示A点上移。
（2）若改变的条件有利于光合作用时，补偿点应左移（靠O点越近），即B点左移，而饱和点（D点）应右移（曲线图上C点向右上移）。
（3）若改变的条件不利于光合作用（如缺Mg2＋，温度变的不适宜等）时，补偿点（即B点）应右移，饱和点（D）应左移（曲线图上C点向左下移）。
视角3 结合坐标模型分析总光合速率、净光合速率和呼吸速率
4.（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
5.（2018·全国卷Ⅲ，29）回答下列问题：
（1）高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的________。
（2）植物的叶面积与产量关系密切。
叶面积系数（单位土地面积上的叶面积总和）与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。
由图可知：
当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。
当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
（3）通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________（填“高”或“低”）。
解析
（1）高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜，主要吸收蓝紫光和红光。
（2）由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。
（3）植物光合作用吸收与呼吸释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。
通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到此点需要的光照强度低。
答案
（1）类囊体膜 蓝紫光和红光
（2）增加 群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低
（3）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】甲图为测定光合速率的装置，在密封的试管内放以新鲜叶片和CO2缓冲液，试管内气体体积变化可根据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得。
在不同强度的光照条件下，测得的1h内气体体积变化情况如乙图。
请回答下列问题：
（1）标记实验开始时毛细刻度管中液滴所在位置。
实验中，当光照强度由0渐变为2.5千勒克斯过程中（不同光照强度照射的时间均等），液滴移动的方向是向________（填“左”或“右”）侧移动。
（2）为了防止无关变量对实验结果的干扰，本实验还应设置对照组，对照组与实验组的区别是____________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（3）下表数据表示光照强度为10klx时，1h内实验组和对照组的气体体积变化（“＋”表示增加）。
光照强度
实验组气体体积变化量
对照组气体体积变化量
10klx
＋11mL
＋1.5mL
此时，植物每小时光合作用产生的气体量为________mL（植物叶片呼吸速率不变）。
（4）丙图中可以表示O2的字母有________。
（5）光照强度小于2.5klx时，丙图中不存在的箭头有________。
解析
（1）根据乙图，在光照强度由0变化为2.5千勒克斯过程中，光合速率小于呼吸速率，容器内气体（指氧气）体积减小，因此，红色液滴向左侧移动。
（2）对照组中应将新鲜的叶片替换为大小相同的死叶片，其他处理与实验组应保持相同。
（3）根据表中数据，可以得出绿叶每小时释放的氧气量为11－1.5＝9.5（mL），绿叶每小时光合作用产生的氧气量等于绿叶释放的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量（为5mL）之和，即9.5＋5＝14.5（mL）。
（4）丙图中A、B分别表示叶绿体、线粒体，叶绿体中释放氧气，线粒体中消耗氧气，因此，b、c、e表示氧气。
（5）光照强度小于2.5klx时，试管中氧气的含量减少，因此（实际）光合作用速率小于呼吸作用速率，则线粒体产生的二氧化碳就能满足叶绿体中光合作用的需要，因此，d（叶绿体吸收线粒体产生的CO2）存在、a（叶绿体从外界吸收CO2）不存在；叶绿体光合作用释放的氧气全部供应线粒体的呼吸作用，因此，c（线粒体吸收叶绿体产生的O2）存在、b（叶绿体向外界释放O2）不存在，线粒体还需要从外界吸收部分氧气（e存在），同时释放部分二氧化碳到外界环境（f存在）。
答案
（1）左
（2）将新鲜的叶片改为大小相同的死叶片（其他合理答案也可） （3）14.5 （4）b、c、e （5）a、b
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
将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表表观（净）光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。
需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
【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
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释放量代表净光合速率，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，装置中气体增加量实际上是植物光合作用释放的O2量与细胞呼吸作用消耗的O2量的差值，因此所测数值代表净光合速率，它比实际光合速率小，B正确；若在植物叶片上涂一层凡士林，将会影响叶片对CO2的吸收，影响暗反应的顺利进行，进而会导致光合速率下降，C错误；植物细胞呼吸消耗O2、产生CO2，若要测得O2吸收量，应该排除CO2的影响，一般将碳酸氢钠溶液换成氢氧化钠溶液，D错误。
答案 B
3.（2019·安徽名校联考）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）。
有关分析合理的是（ ）
透光玻璃瓶甲
透光玻璃瓶乙
不透光玻璃瓶丙
4.9mg
5.6mg
3.8mg
A.丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是细胞质基质和线粒体内膜
B.在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1mg
C.在一昼夜后，乙瓶水样的pH比丙瓶的低
D.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1.1mg
解析 丙瓶内无光，其中的浮游植物只进行呼吸作用，产生[H]的场所有细胞质基质和线粒体基质，A错误；丙瓶消耗的氧气可代表浮游植物的呼吸消耗，约为4.9－3.8＝1.1（mg），B正确；乙瓶植物光合作用产生O2，CO2减少，丙瓶植物消耗O2，CO2增多，因此乙瓶水样的pH比丙瓶的高，C错误；乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为净光合作用释放氧气量＋呼吸作用消耗氧气量＝5.6－4.9＋1.1＝1.8（mg），D错误。
答案 B
4.（2019·中原名校质量考评）回答与红细胞相关的问题：
Ⅰ.
（1）实验室制备纯净的细胞膜往往选择哺乳动物或人体成熟的红细胞，其原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
（2）在人体成熟的红细胞、蛙的红细胞和鸡的红细胞中均能进行的是________（填数字）。
①转录和翻译 ②DNA的复制 ③ATP的合成 ④着丝点的分裂
（3）人体内成熟红细胞的平均寿命约为80～120d，红细胞的正常死亡________（填“属于”或“不属于”）细胞凋亡。
Ⅱ.有人利用人体成熟的红细胞和肌肉细胞按下面甲、乙两个密闭装置进行实验：
（4）实验开始时，夹子A关闭，两装置中的红色液滴在刻度0处，5min后，发现甲装置中的红色液滴不移动，乙装置中的红色液滴向左移动，原因是_________
_____________________________________________________________________。
（5）从第6min开始，同时打开两装置中的夹子A，向里面通入等量的氧气，20min后，发现甲装置中的红色液滴向右移动了X1，装NaOH的小烧杯增重了Y1，乙装置中的红色液滴向右移动了X2，装NaOH的小烧杯增重了Y2。
结果发现X1大于X2，Y1小于Y2，从分子代谢水平上看，造成这种差异的主要原因是____________________________________________________________________。
解析 Ⅰ.
（1）哺乳动物或人体成熟的红细胞不含细胞核及众多的细胞器，便于制备纯净的细胞膜。
（2）蛙的红细胞可进行无丝分裂，进行①②③④过程；鸡的红细胞不能分裂，不存在②④过程，但存在①③过程；人体成熟的红细胞是高度分化的细胞，不能进行细胞分裂，也不能进行遗传信息的表达，仅能进行无氧呼吸，合成ATP。
故三者均能进行的是③。
（3）在成熟的生物体内，细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除，是通过细胞凋亡实现的。
Ⅱ.（4）肌肉细胞吸收了容器中的氧气，产生的二氧化碳被氢氧化钠吸收，所以乙装置中气体体积减小，红色液滴向左移动；而红细胞不能进行有氧呼吸，只可进行产生乳酸的无氧呼吸，液滴不移动。
（5）向装置里面通入等量的氧气，由于红细胞不能吸收氧气，肌
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