微专题2 光合速率和呼吸速率的测定-【金版教程】2025年高考生物一轮复习解决方案全书word（新教材，多选版）

金版教程 高考科学复习解决方案 生物学(经典多选版) 一　装置液滴移动法 气体体积变化法测光合作用O2产生或CO2消耗的体积 1．装置中溶液的作用 在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，能保证容器内CO2浓度的恒定。 2．测定原理 (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。 3．测定方法 (1)将植物置于黑暗中(甲装置)一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。 (2)将同一植物置于光下(乙装置)一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。 (3)根据呼吸速率＋净光合速率＝真正光合速率可计算得到真正光合速率。 4．物理误差的校正 为排除气压、温度等物理因素的影响，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。 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1.5 cm 乙装置 右移0.5 cm 测定植物净光合作用强度 甲装置 ________(填“左”或“右”)移4.5 cm 乙装置 右移0.5 cm (4)假设红墨水滴每移动1 cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1 g，那么该植物的呼吸速率是________ g/h；白天光照15 h，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)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。植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2可以被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：适宜的温度、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时，液滴的移动来自氧气的吸收量，液滴向左移动；若该装置测定植物的净光合作用强度时，液滴的移动来自氧气的释放量，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＝4(g/h)；净光合速率为(4.5－0.5)×2＝8(g/h)，白天光照15 h的净光合作用量是8×15＝120(g)，一昼夜葡萄糖的积累量等于15 h的光合作用实际产生量减去24 h的呼吸作用消耗量，等同于15 h的净光合作用量减去9 h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84(g)。 光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制 (1)增加水中O2——泵入空气或放入绿色水生植物； (2)减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水； (3)除去容器中CO2——氢氧化钠溶液； (4)除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中； (5)除去叶中叶绿素——酒精隔水加热； (6)除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光； (7)如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光； (8)线粒体提取——细胞匀浆离心。 二　半叶法 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呼吸作用强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算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。 (2023·安徽省黄山市高三一模)“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，设法阻止两部分之间的物质运输。适宜光照下4小时，在A、B截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b。下列说法错误的是(　　) A．若要测定叶片的呼吸速率，需要在光照前截取同等面积的叶片烘干称重 B．选择叶片时需注意叶龄、着生部位、叶片对称性及受光条件等的一致性 C．分析实验数据可知，该叶片的净光合作用速率的数值为(b－a)/4 D．若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉，则实验前需要对植物做饥饿处理 答案　C 解析　黑暗条件下植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此对称叶的遮光部分在单位时间内干重的减少量为细胞呼吸速率，因此若要测定叶片的呼吸速率，需要在光照前截取同等面积的叶片烘干称重，作为起始干重，A正确；本实验的自变量为是否光照，叶龄、着生部位、叶片对称性及受光条件等属于无关变量，各组应保证相同且适宜，否则会导致实验结果不准确，B正确；该叶片的净光合作用速率＝(b－初始干重)÷4，初始干重＝a＋呼吸速率×4，因此净光合作用速率＝(b－a－呼吸速率×4)÷4，由于初始干重和呼吸速率都是未知的，因此不能确定该叶片的净光合作用速率，C错误；若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉，则实验前需要对植物做饥饿处理，以排除自身储存的淀粉对实验结果的影响，D正确。 三　叶圆片称重法 本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中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。 (2023·皖南八校联考)在某一温度条件下，某同学甲在一片叶子的某一部位用打孔器取一个面积为1 cm2的小圆片，称重为M0，然后在实验温度条件下将该植株置于黑暗环境中6 h后，在第一次打孔的附近取一个面积为1 cm2的小圆片，称重为M1，再将该植株置于相同的温度条件下，在恒定的光照强度下放置6 h后，再在第二次打孔的附近取一个面积为1 cm2的小圆片，称重为M2。回答下列问题： (1)光照处理时，植株叶肉细胞能够产生NADH的场所为____________________________。 (2)在此温度下，光合作用速率的计算公式为________，为了探究温度对光合速率的影响，简要写出实验思路：____________________________________。 (3)同学乙重复了同学甲的实验，但是将黑暗和光照处理的时间由6 h缩短为0.5 h，大大缩短了实验时间，你认为哪位同学的实验方案更为合理？同学________(填“甲”或“乙”)，理由是________________________________。 答案　(1)线粒体基质和细胞质基质 (2)(M0＋M2－2M1)÷6　在高于和低于该温度条件下，设置梯度相同的不同温度，重复同学甲实验 (3)甲　同学乙的实验中光照和黑暗处理时间过短，容易导致偶然因素给实验造成较大误差 解析　(1)NADH为还原型辅酶Ⅰ，通过细胞呼吸产生，故能够产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。 (2)分析题意可知，黑暗条件下，小叶片的质量从M0变化到M1的过程中，小叶片只进行呼吸作用，其呼吸速率可表示为(M0－M1)÷6；光照条件下，小叶片的质量从M1变化到M2的过程中，小叶片既进行呼吸作用又进行光合作用，其净光合速率可表示为(M2－M1)÷6；根据真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，可知光合作用速率的计算公式为(M0－M1)÷6＋(M2－M1)÷6＝(M0＋M2－2M1)÷6。为了探究温度对光合作用速率的影响，可以控制的自变量是温度，通过改变温度，即在高于和低于该温度条件下，设置相同梯度的不同温度，重复同学甲实验，观察光合作用的速率变化情况。 四　黑白瓶法 (1)“黑瓶”不透光，测定的是呼吸作用量(强度)；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量(强度)。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋呼吸作用量(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)为呼吸作用量(强度)；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量(强度)；二者之和为总光合作用量(强度)。 (3)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。 某生物科研小组，从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，温度保持不变，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，请根据其记录数据(如下表)判断下列选项中错误的是(　　) 光照强度/klx 0(黑暗) 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 A.黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧 B．光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用 C．当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21 mg/(L·24 h) D．当光照强度为d时，再增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不会增加 答案　B 解析　光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶氧量相等，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的呼吸作用消耗，B错误；当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝(24－10)＋(10－3)＝21[mg/(L·24 h)]，C正确；当光照强度为d时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加，即白瓶中植物的光合速率不会增加，D正确。 五　叶片上浮法 利用“真空渗入法”排除叶肉细胞间隙的空气，充入水分，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)，即能比较光合作用的强弱。 图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)，下列相关分析正确的是(　　) A．在ab段，随着水温的增加，光合速率逐渐减小 B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小 C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度 D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸 答案　B 解析　叶圆片上浮至液面所用时间的长短，说明氧气释放速率的大小，体现净光合速率的大小，B正确；在ab段，随温度增加，上浮所需时间变短，说明光合速率逐渐增大，A错误；温度不仅影响光合速率，也会影响呼吸速率，图乙只能找到净光合作用的最适温度范围，C错误；光合作用会产生氧气，叶片可以进行有氧呼吸，D错误。 六　间隔光照法 光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，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，光反应产生大量的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，则黑暗间隔时会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总时间不变的情况下，光照、黑暗交替进行条件下制造的有机物相对多。 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”)。 答案　大于　充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP　更快　等于 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，因为从图中可看出在“间隙光”处理情况下，黑暗时也有暗反应的进行。S1面积相当于光照时光反应积累的NADPH和ATP，而这些NADPH和ATP在黑暗处理时被暗反应消耗，故S1与S2大致相等。 七　梯度法 用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。 生物学习小组为探究月季生长的最佳光照强度，设计了下面的实验：首先取若干生长状况相同的月季植株，平均分为6组，分别放在密闭的玻璃容器中。实验开始时测定CO2的浓度，12小时后再次测定CO2的浓度。实验结果如下表，请分析回答： 组别 温度(℃) 光照强度：普通阳光(%) 开始时的CO2浓度(%) 12小时后CO2浓度(%) 1 25 0 0.35 0.368 2 25 20 0.35 0.306 3 25 40 0.35 0.289 4 25 60 0.35 0.282 5 25 80 0.35 0.280 6 25 95 0.35 0.279 (1)这一实验的自变量是________，因变量是________________。在25 ℃条件下月季能够生长良好的原因是_________________________________________ ________________。 (2)实验中第1组在12小时后CO2浓度变化的原因是________________。 (3)如果在实验过程中使用了不同品种的月季植株，这样设计违背了科学实验的__________________原则。 (4)若将第3组植株突然移至第6组的条件下，短时间内光合细胞中的ATP含量会________。 (5)该实验设计尚不能确定月季生长的最佳光照强度，请你提出进一步探究的实验设计思路： __________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 答案　(1)光照强度　12小时后CO2浓度　25 ℃条件是月季体内进行生化反应的酶所需的适宜温度 (2)细胞呼吸产生了CO2 (3)单因素对照(单一变量原则) (4)增加 (5)增加若干实验组，将光照强度变化差值缩小，依次增加光照强度，直到测定出12小时后CO2浓度减少量不再随光照强度发生变化 解析　(5)从表格中可以看出，在光照强度为95%时，光合速率并没有达到最大，故需继续增大光照强度，即增加若干实验组，依次增加光照强度。 10 学科网（北京）股份有限公司 $$