必修1 第3单元 第5讲 细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析（学生讲义）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

第5讲　细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析 与细胞呼吸和光合作用相关的实验探究类试题多以真实的科研实验为情境，以数据表格、实验装置图、柱形图、曲线图为命题信息，主要考查考生辨析“实验变量”、补充“实验步骤”、分析“实验数据”、预测“实验结果”、得出“实验结论”等的能力，其中写出实验思路并预期实验结果类试题是近年高考考查的热点和重点，考生要重点关注。 主题研习(一)　光合速率与呼吸速率的测定 [典例导析] (2024·衡水调研)图1为测定植物细胞呼吸强度和光合作用强度的常用装置，图2表示在相同环境条件下，Ⅰ、Ⅱ两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题： (1)如果用图1中甲、乙装置测定植物光合速率，乙装置中X溶液为________________。X溶液的作用是__________________________。实验一段时间后，甲装置红色液滴右移距离为a，乙装置红色液滴右移距离为b，则这段时间内光合作用释放的氧气量为________(用液滴移动的距离表示)。 (2)图2中，光照强度为A时，植物Ⅰ净光合速率________(填“大于”“小于”或“等于”)植物Ⅱ真正光合速率，此时限制植物Ⅱ光合作用强度的内因有________________________(答两点)；若光照强度为B时，经12小时光照和12小时黑暗后植物Ⅰ比植物Ⅱ多吸收CO2______mg。 [思维建模] 1．光合速率与呼吸速率的测定方法 (1)液滴移动法 图示 解读 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 (2)叶圆片称重法 图示 解读 测定单位时间、单位面积叶片中有机物的变化量(S为叶圆片面积)。 ①净光合速率＝(z－y)/2S； ②呼吸速率＝(x－y)/2S； ③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S (3)黑白瓶法 图示 解读 “黑白瓶法”是通过净光合作用强度和呼吸作用强度推算总光合作用强度的方法，其中“黑瓶”不透光，测定的是呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下： ①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。 ②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量 (4)半叶法 图示 解读 ①将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不作处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。 ②一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率 2．实验设计中的注意点 变量的 控制手段 如光照强度的强弱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 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 相关数值 的判定 无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用速率”值 [应用体验] 1．在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，利用装置图甲，进行光合速率测定。图乙是利用装置图甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述不正确的是(　 ) A．从图乙可看出，F植物适合在较弱光照下生长 B．光照强度为1 klx时，装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴左移 C．光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率相等 D．光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短 2．(2024·厦门模拟)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，短时间内叶绿体基质中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NADP＋与电子和H＋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 3．下表是采用黑白瓶法测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度，并进行比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(　 ) 水深/m 1 2 3 4 白瓶中O2浓度/(g·m－3) ＋3 ＋1.5 0 －1 黑瓶中O2浓度/(g·m－3) －1.5 －1.5 －1.5 －1.5 A．水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3(g·m－3) B．水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原 C．水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体 D．水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用 主题研习(二)　与光合作用、细胞呼吸有关的实验设计分析 [典例导析] (2023·全国甲卷)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。 (1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是__________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在__________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。 (2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是____________________________________________________ _________________________________________________________________________。 (3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。 [思维建模] 1．光合作用和细胞呼吸探究实验中常用条件的控制方法 实验条件 控制方法 增加水中O2 泵入空气或吹气或放入绿色水生植物 减少水中O2 容器密封或油膜覆盖或用凉开水 除去容器中CO2 NaOH溶液 维持容器内CO2浓度的恒定 适宜浓度的NaHCO3溶液 除去叶中原有淀粉 置于黑暗环境中 除去叶中叶绿素 酒精隔水加热 除去光合作用对细胞呼吸的干扰 植株遮光处理 得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光 2．实验思路设计、预测实验结果与结论的答题策略 (1)实验思路设计的一般书写模式 实验思路设计的书写模式一般为“分组＋施加自变量＋检测因变量”，题目中涉及的无关变量必写，题目未涉及的可略写或简写，具体如下： (2)倒推法预测实验结果与结论 基本思路为“根据已知条件找变量→描述变量间的关系作结论→倒推结论对应的结果→理清顺序，先结果后结论”。两类实验的结果和结论叙写关键点分析如下： ①探究性实验 结果的预测对应假设，常需分类讨论。可以先分析可能的结论，再假设某一结论成立，结合实验过程推测出应有的结果，最后正向表述为“若出现某结果，则假定的某结论成立”。 ②验证性实验 一般只有一个结果和一个相应的结论，且结论就在题目中，如“验证……”“证明……”等。故只要依据此结论，结合实验过程推测出应有的结果，再正向表述为“出现某结果，则某结论成立”即可。 [应用体验] 1．(2022·广东高考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。 回答下列问题： (1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量______________，原因可能是______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 (2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的______________________________________，因而生长更快。 (3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究： 实验材料：选择前期______________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。 实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以__________为对照，并保证除______________________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。 结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。 分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是_______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 2．在适宜温度及CO2浓度条件下，某实验小组测得某森林中石栎和青冈幼苗叶片的生理指标如下表所示。请回答： 植物 光补偿点/ 光饱和点/ 种类 (μmol·m－2·s－1) (μmol·m－2·s－1) 石栎 29 980 青冈 23 930 (1)光照直接影响光合作用的____________阶段，当光照强度为39 μmol·m－2·s－1时，青冈叶肉细胞消耗ADP的场所有____________________________________________。 (2)研究的2种植物中，更适合在较弱的光照环境中生长的是________，判断的依据是__________________________________________________________________________。 (3)研究发现，空气中氧气浓度不同时，对受冷害的植物的光合速率的影响是不同的。某实验小组欲探究低氧浓度(1%)对受冷害青冈幼苗的光合速率的影响，请简要写出实验思路并预测实验结果及结论(实验所需材料及条件都充足)。 学科网（北京）股份有限公司 $$