高考生物提分策略题型03 光合速率的测定与实验探究.docx
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高考生物提分策略题型03光合速率的测定与实验探究
题型03光合速率的测定与实验探究
光合作用与细胞呼吸实验设计的常用方法
（1）装置图法测定光合与呼吸
①呼吸速率和净光合速率的测定方法（如下图）
②真正光合速率的计算
真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（2）“黑白瓶法”测定光合与呼吸
用黑瓶（无光照的一组）测得的为呼吸作用强度值，用白瓶（有光照的一组）测得的为净光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
（3）“半叶法”测定光合与呼吸
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。
（4）“梯度法”探究光合与呼吸
用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。
特别提醒 实验设计中的相关注意事项
（1）变量的控制手段，如光照强度的大小可用不同功率的灯泡（或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同）进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。
（2）对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
（3）无论哪种装置，在光下测得的数值均为“表观（净）光合作用强度值”。
一、选择题
1．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低
B．照光处理时类囊体薄膜上可发生
与电子和
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
【答案】B
【解析】A、当遮光后，光反应停止，但暗反应的C5还能固定CO2，所以遮光后C3还在不断形成，而C3却不能被还原成C5，故遮光的C3会比光照的含量高，A错误；B、照光处理时类囊体薄膜上可产生[H]，故可发生NADP+与电子和H+结合，B正确；CD、照光处理后与遮光处理后叶片的干重差是光合作用速率，因此不需要测定同等面积叶片的初始干重，CD错误。
2．利用如图所示的实验装置进行与光合作用有关的实验，下列说法正确的是
A．试管中收集的气体量代表了光合作用产生的氧气量
B．在光下，如果有气泡产生，可以说明光合作用产生氧气
C．为了探究二氧化碳浓度对光合作用的影响，可以用不同浓度的NaHCO3溶液进行实验
D．为了探究光照强度对光合作用的影响，用一套装置慢慢向光源靠近，观察气泡产生的速率的变化
【答案】C
【解析】收集到的气体量为氧气的释放量，即光合作用产生的氧气量减去呼吸作用消耗的氧气量；如果光照很弱，光合作用小于呼吸作用时，释放的气体为二氧化碳；探究光照强度对光合作用的影响需要设置多组装置。
3．下图是在一定温度下测定某植物呼吸作用和光合作用强度的实验装置（呼吸底物为葡萄糖，不考虑装置中微生物的影响），相关叙述正确的是
A．烧杯中盛放NaHCO3溶液，可用于测定一定光照强度下植物的净光合速率
B．在遮光条件下，烧杯中盛放NaOH溶液，可用于测定植物无氧呼吸的强度
C．烧杯中盛放清水，可用于测定一定光照强度下真光合速率
D．在遮光条件下，烧杯中盛放清水，可用于测定植物有氧呼吸的强度
【答案】A
【解析】NaHCO3溶液可以维持装置内CO2浓度的恒定，U形管中液面高度的变化是装置中O2量的变化造成的，可以代表净光合速率；NaOH可以吸收CO2，无氧呼吸不消耗O2，不能用来测定无氧呼吸的强度；烧杯中盛放清水，一定光照强度下，光合作用吸收CO2量与释放O2量相等，有氧呼吸消耗O2量与产生CO2量相等，不能测定真光合速率；在单位时间内，有氧呼吸消耗的O2量等于产生的CO2量，无论有氧呼吸强度多大，U形管中液面都不会发生变化。
4．某同学在研究某植物光合作用与呼吸作用的关系中，得到光照强度对植物单位时间内CO2释放量和O2产生量的影响，如下图所示，下列对植物生理过程分析正确的是
A．光照强度为a时，光合作用强度不一定为零
B．光照强度为b时，光合作用强度与呼吸作用强度相同
C．光照强度为c时，光合作用强度是呼吸作用强度的两倍
D．光照强度为d时，单位时间内光合作用向环境中释放2单位O2
【答案】D
【解析】在光合作用作用过程中，吸收二氧化碳释放氧气；而呼吸作用过程中，吸收氧气释放二氧化碳。
因此可通过氧气的产生量或二氧化碳的释放量来判断光合作用和呼吸作用的强弱。
图中氧气的产生总量可表示实际光合速率，a点时的二氧化碳释放可表示呼吸速率。
A、光照强度为a时，没有氧气的产生，说明此时不能进行光合作用，A错误；B、光照强度为b时，二氧化碳的释放量与氧气的产生量相等，说明光合作用强度是呼吸作用强度的一半，B错误；C、光照强度为c时，氧气的产生总量等于a时的二氧化碳的释放量，说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度，C错误；D、光照强度为d时，实际光合速率就是图中的氧气的产生总量8，即光合作用二氧化碳吸收总量为8，而呼吸作用产生6个单位的二氧化碳，因此光合作用从环境中吸收2单位CO2，D正确。
5．如图是生物兴趣小组测定光合作用和呼吸作用的实验装置图（装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度相对稳定）。
在一定光照条件下观察结果如下，合理的是
A．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移
B．甲装置水滴右移，乙装置水滴右移
C．甲装置水滴右移，乙装置水滴不动
D．甲装置水滴左移，乙装置水滴右移
【答案】A
【解析】根据题意和图示分析可知：
植物光合作用吸收二氧化碳，放出氧气；植物和青蛙呼吸作用吸收氧气，放出二氧化碳；碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度在恒定水平，因此装置中气体量的变化表示的是氧气的变化量。
在相同的环境条件下，甲装置中的绿色植物光合作用强度大于呼吸作用强度时装置中水滴向右移；甲装置中的绿色植物光合作用强度等于呼吸作用强度时水滴不动；甲装置中的绿色植物光合作用强度小于呼吸作用强度时装置中水滴向左移，而乙装置中，青蛙呼吸作用消耗氧气，放出的二氧化碳又因碳酸氢钠溶液的存在而没有变化，所以气体减少，装置中水滴应向左移。
故选A。
6．甲图中，A、B分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中B已死亡。
气球内的培养液中均含CO2缓冲液（维持气球内CO2浓度不变）；初始时指针指向正中零的位置。
乙图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针复零。
下列相关描述不正确的是
A．在适宜光照条件下，指针将向右偏转
B．该实验的自变量为光照强度，c点的含义为O2释放量最大
C．ce段说明随灯光距离的增大，O2释放量减少
D．f点与a、b、c、d点的指针的偏转方向相同，但数值较小
【答案】D
【解析】在适宜光照条件下，光合作用大于呼吸作用，有氧气的净释放，此时A侧浮力增大，指针将向右偏转，A正确；实验研究光照强度对光合作用的影响，实验的自变量为光照强度，指针偏转的格数可表示O2的释放量，因此c点表示O2释放量最大，净光合速率最大，B正确；据曲线图分析可知，ce段随灯光距离的增大，光合作用减弱，O2释放量减少，C正确；f点与a、b、c、d点相比，细胞呼吸速率大于光合速率，气球内气体量减少，因此指针的偏转方向相反，D错误。
7．某同学研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。
具体操作如下：
取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。
用a、b、c三瓶从待测水体深度取水，测定瓶中水内氧容量。
将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。
则24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是
A．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是vmol/瓶
B．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是kmol/瓶
C．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是（k—v）mol/瓶
D．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是（k—v）mol/瓶
【答案】D
【解析】c瓶是对照，a和c的差值能反映呼吸强度，b和c的差值反映的是光合作用和呼吸作用强度的差，b和a的差值反映的是总光合作用强度。
8．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
【答案】B
【解析】丙瓶中浮游植物的细胞只进行呼吸作用，产生[H]的场所有细胞质基质和线粒体基质，A项错误；由于丙为不透光的玻璃瓶，消耗的氧气可代表浮游植物的呼吸消耗，因此在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为4.9-3.8=1.1mg，B项正确；乙瓶中由于进行光合作用使氧气增多，则二氧化碳减少，而丙瓶只是消耗氧气释放二氧化碳，因此乙瓶水样的pH比丙瓶的高，C项错误；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=1.8mg，D项错误。
9．用某种大小相似的绿色植物叶片分组进行实验：
已知叶片实验前的重量，在不同温度下分别暗处理1小时，测其重量变化；立刻再光照1小时（光照强度相同），再测其重量变化，得到如下结果。
下列说法不正确的是
组别
一
二
三
四
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后重量变化/mg
-2
-3
-4
-2
光照后与暗处理前重量变化/mg
+4
+4
+4
+2
A．光照时，第一、二、三组释放的氧气量相等
B．第三组中叶片的呼吸作用强度最大
C．光照时，第四组光合作用强度大于呼吸作用强度
D．光照1h内，第三组合成有机物总量为12mg
【答案】A
【解析】根据题意和图示分析可知：
暗处理后的重量变化可表示1h的呼吸作用消耗；光照后的重量变化表示进行1h的光合作用，2h的呼吸作用后的重量变化。
因此可以根据数据计算出1h光合作用总量=光照后的重量变化+该温度条件下的暗处理后的重量变化×2。
A、光照时，第一组净光合作用强度为4+2=6（mg），第二组光合作用强度为4+3=7（mg），第三组光合作用强度为4+4=8（mg），故第一、二、三组释放的氧气量不相等，A错误；B、暗处理后的重量变化可表示1h的呼吸作用消耗，故第三组中叶片的呼吸作用强度最大，B正确；C、暗处理后的重量变化可表示1h的呼吸作用消耗，故第四组中叶片的呼吸作用强度为2mg；光照时，第四组光合作用强度为2+2×2=6（mg）。
因此光照时，第四组光合作用强度大于呼吸作用强度，C正确；D、光照1h内，第三组光合作用合成有机物总量为4+4×2=12（mg），D正确。
二、非选择题
10．某兴趣小组利用“半叶法”测定植物光合作用强度，具体方法步骤如下：
①选取植株上若干生长良好、大小相同且左右对称的叶片，采用适当的方法处理叶柄，杀死韧皮部细胞；
②将A侧用黑布遮光，B侧正常光照，如图所示；
③在恒温条件下光照4h后，在A、B两侧的对称部位截取等面积S（单位面积：
cm2）的叶片，烘干称重求平均值，记为mA、mB，（单位：
mg）。
请回答：
（1）实验中杀死叶柄韧皮部细胞的目的是_______。
（2）实验过程中，A、B两侧的叶肉细胞产生ATP的场所分别是___________、___________。
（3）该植物叶片的总光合速率可表示为___________。
（4）若要测定叶片的净光合速率，还需补充的实验操作是：
___________。
测得的净光合速率可表示为___________。
（注：
补充实验操作所测得的数据用字母X表示。
）
【答案】
（1）阻止叶片中有机物质的转移（或阻止叶片中有机物的输出和输入）
（2）细胞质基质和线粒体细胞质基质、线粒体和叶绿体
（3）（mB-mA）/4Smg/（cm2·h）
（4）实验开始时另取若干叶片分别截取面积S的叶片，立即烘干称重求平均值，记为X（mB-X）/4Smg/（cm2·h）
【解析】分析实验步骤：
①选取植株上若干生长良好、大小相同且左右对称的叶片，可以避免无关变量对实验结果的影响；采用适当的方法处理叶柄，杀死韧皮部细胞，韧皮部细胞中含有筛管，处理后可阻止叶片中的有机物转移。
②将叶片分为A、B两侧，A侧用黑布遮光，B侧正常光照，形成对照。
③在恒温条件下光照4h后，在A、B两侧的对称部位截取等面积S（单位面积：
cm2）的叶片，供干称重求平均值，可计算得叶片在这段时间内的总光合速率。
（1）韧皮部细胞中含有筛管，杀死叶柄韧皮部细胞可阻止叶片中的有机物转移，保证实验中B侧叶片测定的有机物总量为原有的有机物量+这段时间光合作用产生有机物量-这段时间呼吸作用消耗有机物的量。
（2）实验中，A侧用黑布遮光，只能进行呼吸作用，叶肉细胞产生ATP的场所为细胞质基质和线粒体，B侧正常光照能进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。
（3）A侧只进行呼吸作用消耗有机物即mA=原有的有机物量-呼吸作用消耗有机物的量，B侧同时进行光合作用和呼吸作用即mB=原有有机物的量+光合作用产生有机物的量-呼吸作用消耗有机物的量，则4h内该植物面积S的叶片光合作用产生的有机物的量=mA-mB，该植物叶片的总光合速率可表示为（mB-mA）/4Smg/（cm2·h）。
（4）若要测定叶片的净光合速率，则需测定叶片原有有机物的量，需补充的实验操作是实验开始时另取若干叶片分别截取面积S的叶片，立即烘干称重求平均值，记为X，4h积累的有机物的量=原有有机物的量+光合作用产生有机物的量-呼吸作用消耗有机物的量-原有有机物的量，因此净光合速率可表示为（mB-X）/4Smg/（cm2·h）。
11．某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况，设计了由透明的玻璃罩构成的小室，如图A所示。
请据图回答：
（1）将该装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜（零点开始）小室内植物氧气释放速率的变化，得到如图B所示曲线，那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是_______（写两点）；观察装置中液滴的位置，c点时刻的液滴位于起始位置的________侧，装置刻度管中液滴移到最右点是在一天中的________点。
（2）在实验过程中的某段光照时间内，记录液滴的移动情况，获得以下数据：
每隔20min记录一次刻度数据
……
24
29
32
34
……
该组实验数据是在B图曲线的____________段获得的。
（3）e点与f点相比，e点时刻C3的合成速率____________，与b点相比，a点形成的原因可能是______________________________________________________________________。
（4）在适宜的温度和光照条件下，向图A所示的装置中通入14CO2．当反应进行到0．5s时，14C出现在C3中；反应进行到5s时，14C出现在（CH2O）中。
该实验是通过控制_________（条件）来探究CO2中碳原子的转移途径，用到的实验方法为___________________________。
（5）该组同学要测定该植物某时间段的氧气产生速率，该如何设置对照实验？
如何处理实验数据？
①简要写出对照实验设计思路：
_________________________________________。
②数据处理：
若在单位时间内，实验组读数为M，对照组读数为N，该植物的真正光合作用速率为_______________________________________________________________。
【答案】
（1）光照强度、温度 左 18（或g）
（2）de或fg
（3）慢 a点时刻温度较低
（4）（反应）时间 同位素标记法
（5）①设置与A一样的装置C，将装置C置于黑暗条件下，其他条件与A相同，测单位时间（或相同时间）内A与C的读数 ②M＋N
【解析】
（1）图A是密闭装置，内有二氧化碳缓冲液，说明实验过程中二氧化碳浓度始终不变，那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素就只有光照强度和温度了；c点表示此刻氧气的产生量等于呼吸消耗的氧气量。
但0点到8点这段时间，氧气的消耗量大于氧气的产生量，同时呼吸作用放出的CO2被缓冲液吸收，故c点时，液滴位于初始位置的左侧；装置刻度管中液滴移动是由氧气的增减造成的，只要有氧气释放，液滴就会右移，所以液滴移到最右点是在一天中的18（或g）点。
（2）表格中数据表明，氧气的产生速率在逐渐减小，对应于图B曲线上的区段是de段和fg段。
（3）e点与f点相比，e点时气孔关闭，CO2供应不足，故C3的合成速率较慢；在图B曲线上，0点到a点这段时间，植物只进行呼吸作用，a点时氧气消耗速率减慢，说明此时温度较低。
（4）该实验的自变量为反应时间，用到的方法是同位素标记法。
（5）氧气产生速率即是真正光合作用速率，图A（实验组）单位时间内测得的氧气的释放量是净光合作用速率，即为真正光合作用速率与呼吸作用速率的差值。
故应设置与A一样的装置C，将装置C置于黑暗条件下，其他条件与A相同作为对照组，测单位时间（或相同时间）内装置A与C的读数，即分别为净光合作用速率和呼吸作用速率，二者相加即为真正光合作用速率。
12．某转基因作物有很强的光合作用能力。
某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。
请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题：
（1）先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中都放入______________，装置乙作为对照。
②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
（2）测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中放入__________________________________________________。
②把甲、乙装置放在________________________________________________________。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
（3）实验进行30分钟后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：
实验30分钟后红墨水滴移动情况
测定植物呼
吸作用强度
甲装置
______（填“左”或“右”）移1.5cm
乙装置
右移0.5cm
测定植物净光
合作用强度
甲装置
________（填“左”或“右”）移4.5cm
乙装置
右移0.5cm
（4）假设红墨水滴每移动1cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1g，那么该植物的呼吸速率是__________g/h；白天光照15h，一昼夜葡萄糖的积累量是__________g（不考虑昼夜温差的影响）。
【答案】
（1）①NaOH溶液 ②遮光
（2）①NaHCO3溶液，装置乙作为对照 ②光照充足、温度等相同且适宜的环境中
（3）左 右
（4）4 84
【解析】
（1）要测光合作用强度必须先测呼吸作用强度，在测呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用。
用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的CO2，植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。
（2）在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件：
充足的光照、一定浓度的CO2（由NaHCO3溶液提供），光合作用过程中消耗一定量CO2，产生等量O2，而NaHCO3溶液可保证装置内CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响，而不受CO2气体减少量的影响。
（3）若该装置测定细胞呼吸作用强度，液滴的移动就来自氧气的吸收量，液滴向左移动；若该装置测定植物的净光合作用强度，液滴的移动就来自氧气的释放量，液滴向右移动。
（4）对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素（如气压等）对实验产生影响的结果。
实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，即该植物的呼吸速率为1.5＋0.5＝2（g/半小时）；净光合速率为4.5﹣0.5＝4（g/半小时），白天光照15h的净光合作用量是（4×2）×15＝120（g），一昼夜葡萄糖的积累量是15h的光合作用实际生产量减去24h的呼吸作用消耗量，等同于15h的净光合作用量减去9h的呼吸作用消耗量，即120﹣4×9＝84（g）。
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