2025届高三生物一轮复习课件拓展微课　光合速率的测定方法及计算

拓展微课 光合速率的测定方法及计算 难点一　测定光合速率的常用方法 1.利用液滴移动测定光合速率 (1)实验装置 (2)测定原理 ①在黑暗条件下,甲装置中的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吸收O2的速率,可代表呼吸速率。 ②在光照条件下,乙装置中的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释放O2的速率,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(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。 ②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。 ③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。 (4)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素引起误差,应设置对照实验,即用死亡的相同大小的同种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。 【典题示例】 例1.为探究CO2浓度和光照强度对植物光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,利用缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定,在室温25 ℃条件下进行了一系列的实验,对相应装置准确测量的结果如下表所示,下列说法错误的是 (　　) A.1组中液滴左移的原因是植物 有氧呼吸消耗了氧气 B.6组中液滴右移的原因是植物 光合作用产生的氧气量小于有氧呼吸消耗的氧气量 C.与3组比较可知,限制2组液滴移动的主要环境因素是光照强度 【典题示例】 例1.为探究CO2浓度和光照强度对植物光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,利用缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定,在室温25 ℃条件下进行了一系列的实验,对相应装置准确测量的结果如下表所示,下列说法错误的是(　　) D.与4组比较可知,限制3组 液滴右移的主要环境因素 是CO2浓度 B 组别 光强(lx) 实验条件CO2(%) 液滴移动(mL/h) 1 0 0.05 左移2.24 2 800 0.03 右移6.00 3 1000 0.03 右移9.00 4 1000 0.05 右移11.20 5 1500 0.05 右移11.20 6 1500 0.03 右移9.00 [解析] 1组中没有光照,液滴向左移2.24 mL/h,说明植物呼吸作用消耗了密闭小室内的氧气, A正确; 6组在光照强度为1500 lx, CO2浓度为0.03%条件下,既进行光合作用又进行呼吸作用,液滴向右移动9.00 mL/h,说明植物光合作用产生的氧气量大于有氧呼吸消耗的氧气量,B错误; 2组和3组相比,CO2浓度都为0.03%,光照强度分别是800 lx和1000 lx,限制2组液滴移动的主要环境因素是光照强度, C正确; 3组和4组相比,光照强度都为1000 lx, CO2浓度分别是0.03%和0.05%,限制3组液滴移动的主要环境因素是CO2浓度, D正确。 2.利用黑白瓶法测定水生植物的光合速率 (1)测定原理:黑瓶不透光,瓶中生物仅能进行呼吸作用;白瓶透光,瓶中生物可以进行光合作用和呼吸作用。因此,光合作用产生氧气量=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量。 (2)测定方法:取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c,将a先包上黑胶布,再包上锡箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度相同位置取水,测定c瓶中的氧气含量。将a瓶、b瓶密封后再沉入取水处,24小时后取出,测定两瓶中的氧气含量。 (3)计算规律 规律1:有初始值的情况下,黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量;白瓶中氧气的增加量为净光合作用量;两者之和为总光合作用量。 规律2:在没初始值的情况下,白瓶中测得的氧气现有量与黑瓶中测得的氧气现有量之差即为总光合作用量。 【典题示例】 例2 通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。 在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内　　　　　　　　　　　 ;C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内　　　　　　　　　　　　。 生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量 [解析] 在实验中,测得的数值A是水体中的含氧量,以此为对照。甲瓶不透光,一定时间后瓶内氧气的含量因细胞呼吸的消耗而下降,乙瓶在有光的条件下,其内浮游植物可进行光合作用,一定时间后,乙瓶中的氧气含量增加。若甲、乙瓶中只有生产者且呼吸作用相同,C与A的差值表示在光下进行一定时间的光合作用后,净积累的氧气的量,即生产者净光合作用的放氧量;C与B的差值表示生产者通过光合作用产生的氧气的总量;A与B的差值表示生产者呼吸作用消耗的氧气的量。 3.“半叶法”测定光合作用有机物的产生量 (1)使用范围: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。 (2)测定方法:在测定时,将植物对称叶片的一部分遮光或取下一部分置于暗处,另一部分则留在光下进行光合作用,过一段时间后,在这两部分的对应部位取同等面积的叶片,分别烘干称重。对称叶片的两对应部位的等面积的干重,开始时视为相等,照光后的叶片重量超过黑暗中的叶重,超过部分即光合作用有机物的产生量。 【典题示例】 例3 如图所示,将对称叶片左侧遮光右侧曝光,并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移。在适宜光照下照射12小时后,从两侧截取同等面积的叶片,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.a/12所代表的是该叶片的呼吸速率 B.b/12所代表的是该叶片的光合速率 C.(b+a)/12所代表的是该叶片净光合速率 D.(b-a)/12所代表的是该叶片真正光合速率 D [解析]分析题图可知,图中叶片左侧遮光右侧曝光,在适宜光照下照射12小时后,从两侧截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为a和b,由于左侧是在遮光条件下测得的数值,假设实验前两侧同等面积的叶片干重均为M,则M-a表示呼吸作用消耗的有机物,b-M表示净光合作用积累的有机物,则b-a代表12 h内右侧截取部分光合作用制造的有机物总量。 根据题意,a表示叶片在黑暗条件下经呼吸作用消耗后剩余的有机物含量,故a/12不能代表该叶片的呼吸速率,A错误; 据分析可知,该叶片的光合速率可表示为(b-a)/12,B错误; 由于实验前叶片的干重未知,故无法得知该叶片净光合速率,C错误; 据分析可知,(b-a)/12所代表的是该叶片真正光合速率,D正确。 4.叶圆片上浮法 利用真空渗入法排出叶肉细胞间隙的空气,充入水分,使叶片沉于水底。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圆片上浮。根据在相同时间内上浮叶圆片数目的多少(或者叶圆片全部上浮所需时间的长短),即能比较光合作用的强弱。 【典题示例】 例4.为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验,提供以下材料用具:菠菜叶、打孔器(直径1 cm)、注射器、(40 W)台灯、烧杯、4% NaHCO3溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。 (1)某同学选取其中一个因素进行探究,下表为实验结果: ①该实验的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　,实验检测指标是　 　　　　　　　　　　　　　　　。 研究CO2浓度(或NaHCO3浓度)对叶片光合速率的影响 时间 上浮的叶圆片数量(片) 蒸馏水 0.5% NaHCO3 1% NaHCO3 1.5% NaHCO3 2% NaHCO3 2 min 0 7 11 10 4 4 min 0 15 16 13 7 相同时间内烧杯中叶圆片浮起的数量 ②有哪些措施可以减小实验误差?　(至少写出两项) ③有同学认为叶圆片之所以浮起,是因为细胞呼吸消耗了有机物且产生了CO2。根据实验结果判断该观点是否正确?并说明理由: (2)利用以上材料,还可以探究的环境因素有　　　　　　　　　　　(答出2个)。 用打孔器打出的叶圆片数量足够多;每组实验重复几次,记录的数据取平均值。 该同学的观点是错误的。因为在添加蒸馏水的组别中,叶圆片一样进行了细胞呼吸,却没有叶圆片浮起,叶圆片上浮的原因是光合作用强度大于细胞呼吸强度,叶圆片内氧气增多。 光照强度、光质 [解析] (1) ①由表格可知,实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液,NaHCO3溶液的浓度不同,提供的CO2浓度不同,因此该实验是探究的不同浓度的CO2对光合速率的影响,实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片数量。 ②主要通过重复实验和控制无关变量来减小实验误差,如用打孔器打出的叶圆片数量足够多;每组实验重复几次,记录的数据取平均值。 ③由表格数据可知,添加蒸馏水的对照组,叶圆片也进行呼吸作用,但是却没有叶圆片上浮,因此叶圆片上浮的原因是光合速率大于呼吸速率,叶圆片内氧气增多。 (2)题述实验材料中还有40 W台灯和不同颜色的透明薄膜,因此还可探究光照强度或不同光质对光合作用的影响。 难点二　交替光照与连续光照问题 1.原理分析: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的速率快,光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。 2.过程分析:持续光照,光反应产生的大量的ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉,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,提高了光能的利用率。 3.结论:在光照强度和光照时间不变的情况下,交替光照比连续光照制造的有机物多。 【典题示例】 例5.为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响,科学家 以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验,每组处理的总时间均为135 s,光照与黑暗处理情况如图所示(A、B、C三组中光照与黑暗处理时间均相同)。结果是A组光合作用产物的相对含量为M%;B组光合作用产物的相对含量为70%;C组光合作用产物的相对含量为94%;D组光合作用产物的相对含量为100%。请回答下列问题: (1)光照期间,能进行　　　　　　　　(填“光反应”或“光反应和暗反应”),此时细胞中合成ATP的场所有　　　　　　　　　　　　　　　。 光反应和暗反应 细胞质基质、叶绿体和线粒体 [解析]光照期间,植物既能进行光反应,也能进行暗反应,还能进行呼吸作用,因此细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。 (2)该四组实验中,对照组是 组,其中A组中M%对应的结果约为　　　　。 (3)各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,这样处理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。 D 50% [解析] (2)四组实验中,D组没有经过黑暗处理,为对照组;根据题意分析可知,随着黑暗与光照交替频率的增加,光合作用产物的相对含量增加,且A组光照时间是D组的一半,因此A组中M%对应的结果约为50%。 (3)该实验的自变量是光照与黑暗的交替频率,因变量是光合作用产量,而温度、光照强度和CO2浓度等条件属于无关变量,应该保持相同、适宜且稳定,以排除无关变量对实验结果的干扰。 排除无关变量对实验结果的干扰 难点三　与光合速率有关的计算 1.与光合速率有关的计算公式 (1)光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用耗氧量 (2)光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳吸收量+呼吸作用二氧化碳释放量 (3)光合作用实际葡萄糖生产量=光合作用葡萄糖净生产量+呼吸作用葡萄糖消耗量 (4)总光合量=净光合量+呼吸量 2.有关植物生长的计算公式 (1)光照条件下,净光合速率>0,植物因积累有机物而生长;净光合速率=0,植物不能生长;净光合速率<0,植物不能生长,长时间处于此状态下,植物将死亡。 (2)一昼夜后,光照时间×净光合速率>黑暗时间×呼吸速率,植物生长。 【典题示例】 例6.某生物小组为探究温度对某绿色植物光合速率与呼吸速率的影响进行了相关实验,结果如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.5 ℃时,真光合速率约为呼吸速率的3倍 B.25 ℃时,光合速率最大 C.30 ℃时,增强光照,叶绿体内C3的量会增多 D.35 ℃时,光照一段时间,植物体中干物质量将减少 A [解析]光照下吸收CO2量表示净光合速率,黑暗中释放CO2量表示呼吸速率,净光合速率=真光合速率-呼吸速率。在5 ℃时,净光合速率约为1.0 mg·h-1,呼吸速率约为0.5 mg·h-1,真光合速率约为1.5 mg·h-1,真光合速率约是呼吸速率的3倍,A项正确; 25 ℃时,真光合速率约为3.7+2.2=5.9 mg·h-1,30 ℃时,真光合速率约为3.5+3=6.5 mg·h-1,因此25 ℃时光合速率不是最大的,B项错误; 30 ℃时,增强光照,光反应产生的[H]和ATP增多,C3的还原过程加快,叶绿体内C3的量会减少,C项错误; 35 ℃时,净光合速率大于零,因此光照一段时间,植物体中干物质的量将增加,D项错误。 例7.以测定植物在黑暗中CO2的释放量和光照下CO2的吸收量为指标,研究温度对绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,结果记录如下表所示。下列有关分析中正确的是(　　) A.该植物在25 ℃条件下,光合作用制造的有机物最多 B.在35 ℃条件下,该植物实际光合作用速率与呼吸作用速率相等 C.在15 ℃条件下,该植物的净光合作用速率为1.5 mg/h D.光照相同时间,35 ℃时光合作用制造的有机物总量与30 ℃时相等 D 组别 一 二 三 四 五 温度(℃) 15 20 25 30 35 黑暗中CO2的释放量 (mg/h) 1.0 1.5 1.8 3.0 3.2 光照下CO2的吸收量 (mg/h) 2.5 3.3 3.8 3.4 3.2 [解析]当温度为25 ℃时,净光合作用速率为3.8 mg/h,呼吸作用速率为1.8 mg/h,所以实际光合作用速率为3.8+1.8=5.6 mg/h,而在30 ℃时,依据公式可得实际光合作用速率为3.4+3.0=6.4 mg/h,A错误; 在35 ℃条件下,该植物实际光合作用速率为3.2+3.2=6.4 mg/h,而呼吸作用速率为3.2 mg/h,B错误; 在15 ℃条件下,该植物的净光合作用速率等于光照下CO2的吸收量,为2.5 mg/h,C错误; 光照相同时间,30 ℃和35 ℃时光合作用制造的有机物总量分别为(3.4+3.0)和(3.2+3.2),都是6.4 mg/h,D正确。 1.如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.该实验装置可用于探究不同单色光对 光合作用强度的影响 B.加入NaHCO3溶液的主要目的是吸收 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,可测定金鱼藻的呼吸作用强度 B [解析]题图所示装置可以选用不同的滤光片,形成不同的单色光照射金鱼藻,所以该实验装置可以用于探究不同单色光对光合作用强度的影响,A正确; 加入NaHCO3溶液的主要目的是给金鱼藻的光合作用提供CO2,B错误; 去掉滤光片,单位时间内金鱼藻受到的光照强度增大,所以光合作用增强,产生的O2变多,C正确; 将该装置置于黑暗环境中,植物只能进行呼吸作用,可以通过O2的含量变化来测定金鱼藻的呼吸作用强度,D正确。 2.将小球藻置于盛有NaHCO3稀溶液的密闭容器中培养,在不同光照条件下该容器中O2浓度随时间变化的曲线如图所示。据图分析错误的是 (　　) A.0~15 min净光合速率不变 B.0~15 min光照强度小于15~20 min C.15~20 min光合速率与呼吸速率相等 D.若20 min后停止光照,则短时间内叶 绿体中O2的含量降低 B [解析] 0~15 min,该容器中O2浓度随时间的递增而逐渐增大,并且与时间成正比,说明净光合速率不变,A正确; 0~15 min,该容器中O2浓度随时间的递增而逐渐增大,说明光合作用大于呼吸作用,而15~20 min时,O2浓度不变,说明光合速率等于呼吸速率,即0~15 min 的光照强度大于15~20 min,B错误,C正确; 若20 min后停止光照,则光反应停止,H2O在光下分解产生[H]和O2的反应停止,因此短时间内叶绿体中O2的含量降低,D正确。 3.在光照恒定、温度最适条件下,某研究小组用图中甲的实验装置测量一小时内密闭容器中CO2的变化量,绘成曲线如图乙所示。下列叙述错误的是 (　　) A.a~b段,叶绿体中ADP从基质向类囊体膜运输 B.该绿色植物前30分钟真正光合速率平均为50 ppm CO2/min C.适当提高温度进行实验,该植物光合作用的 光饱和点将下降 D.若让该植物在第10 min时突然处于黑暗环境,则该植物叶绿体基质中C3的含量在短时间内将增加 B [解析] a~b段植物同时进行光合作用和呼吸作用,叶绿体中ADP从基质向类囊体膜运输,A正确; 真正的光合速率=净光合速率+呼吸速率,由a~b段可以计算出净光合速率为(1680-180)÷30=50 ppm CO2/min,由b~c段可以计算出呼吸速率为(600-180)÷30=14 ppm CO2/min,因此前30 min真正的光合速率平均为64 ppm CO2/min,B错误; 题干中提出,该实验在最适温度条件下进行,因此适当提高温度进行实验,会使与光合作用有关的酶的活性下降,进而导致光合速率下降,因此该植物光合作用的光饱和点将下降,C正确; 若让该植物在第10 min时突然处于黑暗环境,则光反应产生的ATP和[H]含量下降,暗反应中三碳化合物的还原速率降低,导致该植物叶绿体基质中C3的含量增加,D正确。 4.如图是在一定温度条件下测定特定生物呼吸作用和光合作用强度的装置图(呼吸作用的底物为葡萄糖,不考虑装置内微生物的影响)。请回答下列相关问题: (1)图甲装置中X为清水,一段时间后(小鼠存活)玻璃管中红色液滴　　　　(填“向 左” “向右”或“不移动”),原因是 。 不移动 小鼠细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等 [解析] 图甲中的小鼠进行有氧呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等,且产生的二氧化碳不会被烧杯中的清水吸收,所以装置中的气体体积不变,红色液滴不移动。 (2)若图甲装置中X仍为清水,将小鼠换成含有酵母菌的培养液,则玻璃管中红色液滴的变化情况是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　, 原因是酵母菌是 生物。 刚开始红色液滴不移动,一段时间后向右移动 兼性厌氧型 [解析]将小鼠换成含酵母菌的培养液,X仍然是清水,由于酵母菌是兼性厌氧型微生物,开始时进行有氧呼吸,红色液滴不移动;后来进行无氧呼吸,产生了二氧化碳,使得装置中气体体积增大,则红色液滴右移。 (3)如果要在上述(2)的基础上测定酵母菌有氧呼吸释放CO2的量,该如何改动图甲装置?　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 用NaOH溶液代替清水,其他条件不变 [解析]根据题(2)分析可知,若将图甲装置中的清水换成氢氧化钠溶液,小鼠换成酵母菌,其他条件不变,可以用红色液滴的移动距离来测定酵母菌有氧呼吸消耗O2的量,进而计算释放CO2的量。 (4)若图乙锥形瓶中植物能正常生长,则Y应为　 　　　　,这种情况下玻璃管中红色液滴将向右移动,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 NaHCO3溶液 [解析]若图乙装置的锥形瓶中植物能正常生长,说明植物的光合作用大于呼吸作用,则Y应为二氧化碳缓冲液,由于光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量,则红色液滴右移。 光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量 $$