2022-2023學(xué)年蘇教版（2019）必修一 3.4　素能提升課　光合作用和細(xì)胞呼吸的相關(guān)實(shí)驗(yàn) 學(xué)案

細(xì)胞呼吸方式的探究實(shí)驗(yàn)[素能建構(gòu)]根據(jù)液滴移動(dòng)的方向判斷細(xì)胞呼吸方式的實(shí)驗(yàn)裝置(1)裝置分析：酵母菌在進(jìn)行細(xì)胞呼吸時(shí)既有氣體的產(chǎn)生又有氣體的消耗，而氣體量的變化會(huì)引起廣口瓶中的壓強(qiáng)變化，根據(jù)紅色液滴的移動(dòng)方向可判斷細(xì)胞呼吸方式。①裝置甲中小燒杯加入NaOH溶液，目的是吸收細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，所以裝置甲液滴移動(dòng)的距離代表O2的消耗量。②裝置乙中清水不能吸收O2也不能吸收CO2，則裝置乙中液滴移動(dòng)的距離代表CO2產(chǎn)生量與O2消耗量的差值。實(shí)驗(yàn)過程分析：呼吸底物以葡萄糖為例，①根據(jù)反應(yīng)式C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq\o(→,\s\up10(酶))6CO2＋12H2O，可知進(jìn)行有氧呼吸時(shí)氣體體積不變；②根據(jù)反應(yīng)式C6H12O6eq\o(→,\s\up10(酶))2C2H5OH＋2CO2可知，進(jìn)行無氧呼吸時(shí)氣體體積增加。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析裝置甲裝置乙實(shí)驗(yàn)結(jié)果紅色液滴左移紅色液滴不移動(dòng)酵母菌只進(jìn)行有氧呼吸紅色液滴不移動(dòng)紅色液滴右移酵母菌只進(jìn)行無氧呼吸紅色液滴左移紅色液滴右移酵母菌既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無氧呼吸[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]1．下圖是探究酵母菌呼吸方式的裝置，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．假設(shè)裝置1中的液滴左移，裝置2中的液滴不移動(dòng)，說明酵母菌只進(jìn)行有氧呼吸B．假設(shè)裝置1中的液滴不移動(dòng)，裝置2中的液滴右移，說明酵母菌只進(jìn)行無氧呼吸C．假設(shè)裝置1中的液滴左移，裝置2中的液滴右移，說明酵母菌既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無氧呼吸D．假設(shè)裝置1和裝置2的液滴均不移動(dòng)，說明酵母菌只進(jìn)行有氧呼吸或只進(jìn)行無氧呼吸D[裝置1液滴向左移動(dòng)，說明消耗了O2，裝置2液滴不移動(dòng)，說明消耗的O2與產(chǎn)生的CO2相等，沒有進(jìn)行無氧呼吸，則酵母菌只進(jìn)行有氧呼吸，A正確；裝置1液滴不移動(dòng)，說明沒有消耗O2，裝置2液滴向右移動(dòng)，說明產(chǎn)生了CO2，則酵母菌只進(jìn)行無氧呼吸，B正確；裝置1液滴向左移動(dòng)，說明消耗了O2，酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，裝置2液滴向右移動(dòng)，說明產(chǎn)生的CO2多于消耗的O2，說明酵母菌進(jìn)行了無氧呼吸，則酵母菌同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸，C正確；裝置1和裝置2液滴均不移動(dòng)，說明酵母菌已死亡，D錯(cuò)誤。]2．為了探究酵母菌的細(xì)胞呼吸類型，按裝置1圖示裝配實(shí)驗(yàn)材料和用具，若想得到科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，還必須設(shè)計(jì)裝置2。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．裝置2中甲是等量的酵母菌培養(yǎng)液，乙是等量的蒸餾水B．若裝置1和2中紅色液滴的移動(dòng)方向相反，則酵母菌同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸C．若裝置1中紅色液滴左移，則細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)都能產(chǎn)生[H]和ATPD．降低實(shí)驗(yàn)溫度，裝置中紅色液滴移動(dòng)變慢是由于酵母菌內(nèi)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的活化能降低D[若裝置1中紅色液滴向左移動(dòng)，則表示酵母菌進(jìn)行了有氧呼吸，若不動(dòng)，則說明酵母菌只進(jìn)行無氧呼吸，所以為了探究酵母菌是否同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸，那么裝置2中甲可代表等量的酵母菌培養(yǎng)液，乙可代表等量的蒸餾水，A選項(xiàng)正確；分析裝置2，若紅色液滴向右移動(dòng)，則表示酵母菌進(jìn)行了無氧呼吸，若不動(dòng)，則說明酵母菌只進(jìn)行有氧呼吸，可見，裝置1和裝置2中紅色液滴的移動(dòng)方向相反，則酵母菌同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸，B選項(xiàng)正確；若裝置1中紅色液滴左移，則說明酵母菌進(jìn)行了有氧呼吸，而有氧呼吸的第一階段和第二階段均有[H]和ATP產(chǎn)生，其中第一階段和第二階段的對(duì)應(yīng)場所分別為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)，C選項(xiàng)正確；低溫會(huì)導(dǎo)致酵母菌呼吸速率變慢的原理是低溫導(dǎo)致呼吸酶活性降低，反應(yīng)速率減慢，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。]細(xì)胞呼吸速率和光合速率的測定實(shí)驗(yàn)[素能建構(gòu)]1．“裝置圖法”測定光合速率與呼吸速率(1)測定裝置(2)測定方法及解讀①測定呼吸速率(裝置甲)a．裝置甲燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b．玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用的干擾。c．置于適宜溫度環(huán)境中。d．紅色液滴向左移動(dòng)(用裝置甲單位時(shí)間內(nèi)向左移動(dòng)的距離代表呼吸速率)。②測定凈光合速率(裝置乙)a．裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內(nèi)CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。b．必須給予較強(qiáng)光照處理，且溫度適宜。c．紅色液滴向右移動(dòng)(用裝置乙單位時(shí)間內(nèi)向右移動(dòng)的距離代表凈光合速率)。③根據(jù)“總(真正)光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率”可計(jì)算得到總(真正)光合速率。物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，根據(jù)紅色液滴的移動(dòng)距離對(duì)原實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。2．紅外線CO2傳感器由于CO2對(duì)紅外線有較強(qiáng)的吸收能力，CO2的多少與紅外線的降低量之間有一定的線性關(guān)系，因此CO2含量的變化即可靈敏地反映在檢測儀上，常用紅外線CO2傳感器來測量CO2濃度的變化。3．“黑白瓶法”測定光合速率與呼吸速率將裝有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水層中，測定單位時(shí)間內(nèi)瓶中溶解氧含量的變化，借此測定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物僅能進(jìn)行細(xì)胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸。因此，真正光合作用量(光合作用總量)＝白瓶中氧氣增加量＋黑瓶中氧氣減少量。4．“半葉法”測定光合作用有機(jī)物的產(chǎn)生量“半葉法”的原理是將對(duì)稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當(dāng)?shù)姆椒?可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后，在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，即可計(jì)算出該葉片的光合作用強(qiáng)度，其單位是mg/(dm2·h)，則M＝MB－MA，M表示B葉片被截取部分在6小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]3．如圖為某研究小組測定光照強(qiáng)度對(duì)植物葉片光合作用影響的實(shí)驗(yàn)裝置。將該裝置先放在黑暗條件下一段時(shí)間，然后給予不同強(qiáng)度的光照。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是()A．溫度、CO2濃度和有色液滴的移動(dòng)距離都是無關(guān)變量B．CO2緩沖液的作用是維持容器中CO2濃度的穩(wěn)定C．如果有色液滴向右移動(dòng)，說明該植物不進(jìn)行光合作用D．如果有色液滴向左移動(dòng)，說明該植物不進(jìn)行光合作用B[由題意可知，該實(shí)驗(yàn)的目的是探究光照強(qiáng)度對(duì)植物葉片光合作用的影響，自變量是光照強(qiáng)度，因變量是光合作用強(qiáng)度，有色液滴的移動(dòng)距離作為觀測的指標(biāo)，溫度、CO2濃度等都是無關(guān)變量；CO2緩沖液的作用是維持容器中CO2濃度的穩(wěn)定；有色液滴移動(dòng)的距離是由裝置內(nèi)O2的變化量引起的，如果有色液滴向右移動(dòng)，說明光合作用釋放的氧氣量大于細(xì)胞呼吸吸收的氧氣量；如果有色液滴向左移動(dòng)，說明光合作用釋放的氧氣量小于細(xì)胞呼吸吸收的氧氣量。]4．將一株小麥密閉在無色玻璃鐘罩內(nèi)，在室內(nèi)調(diào)溫25℃，給予恒定適宜的光照60min，然后遮光處理60min。全程用CO2傳感器測定鐘罩內(nèi)CO2濃度的變化，得到圖2曲線。圖1圖2(1)若要獲得小麥的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另設(shè)對(duì)照組。0～60min小麥的真正光合速率為________μmolCO2/(L·h)。(2)實(shí)驗(yàn)10min時(shí)，小麥葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用所需CO2的來源是_____________________________________________________。在停止光照的瞬間葉綠體內(nèi)C3的含量________。[解析](1)前60min測定凈光合速率，后60min測定呼吸速率，不需要另設(shè)對(duì)照組。真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(2000－800)＋(1200－800)＝1600[μmolCO2/(L·h)]。(2)光合作用旺盛，葉綠體需要較多CO2，包括線粒體供給和細(xì)胞外吸收。停止光照，葉綠體內(nèi)缺少NADPH和ATP，不能進(jìn)行還原C3的過程。[答案](1)不需要1600(2)線粒體供給和細(xì)胞外吸收增多(或升高)5．某研究小組從當(dāng)?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼?，分裝于六對(duì)黑白瓶中，剩余的水樣測得原初溶解氧的含量為10mg/L，白瓶為透明玻璃瓶。黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下，24小時(shí)后測定各組培養(yǎng)瓶中的氧含量，記錄數(shù)據(jù)如下：光照強(qiáng)度(klx)0(黑暗)abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333(1)黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因是________；該瓶中所有生物細(xì)胞呼吸消耗的O2量為_______________________________mg/(L·24h)。(2)當(dāng)光照強(qiáng)度為cklx時(shí)，白瓶中植物產(chǎn)生的氧氣量為_______mg/(L·24h)。(3)光照強(qiáng)度至少為________(填字母)klx時(shí)，該水層產(chǎn)氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。[解析](1)黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因是黑瓶沒有光照，植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，其中的生物細(xì)胞呼吸消耗氧氣，該瓶中所有生物細(xì)胞呼吸消耗的O2量為原初溶解氧減去24小時(shí)后氧含量，即10－3＝7[mg/(L·24h)]。(2)當(dāng)光照強(qiáng)度為cklx時(shí)，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量即總光合作用量＝凈光合作用量＋呼吸作用消耗量＝(24－10)＋7＝21[mg/(L·24h)]。(3)光照強(qiáng)度為aklx時(shí)，白瓶中溶氧量不變，說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣剛好用于所有生物的呼吸作用消耗，故光照強(qiáng)度為aklx時(shí)，該水層生物產(chǎn)氧量與生物耗氧量可維持動(dòng)態(tài)平衡。[答案](1)黑瓶中植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，其中的生物細(xì)胞呼吸消耗氧氣7(2)21(3)a6．某研究小組采用“半葉法”對(duì)番茄葉片的光合速率進(jìn)行測定。將對(duì)稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6h后，在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，則可計(jì)算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2·h)。請(qǐng)分析回答下列問題：(1)MA表示6h后葉片初始質(zhì)量－呼吸作用有機(jī)物的消耗量；MB表示6h后(________________)＋(________________)－呼吸作用有機(jī)物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，則M表示___________________________________。(3)光合速率的計(jì)算方法是_________________________。(4)本方法也可用于測定葉片的呼吸速率，寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]葉片A部分遮光，雖不能進(jìn)行光合作用，但仍可照常進(jìn)行細(xì)胞呼吸。葉片B部分不做處理，既能進(jìn)行光合作用，又可以進(jìn)行細(xì)胞呼吸。分析題意可知，MB表示6h后葉片初始質(zhì)量＋光合作用有機(jī)物的總產(chǎn)量－呼吸作用有機(jī)物的消耗量，MA表示6h后葉片初始質(zhì)量－呼吸