2023屆 二輪復(fù)習(xí)光合作用與細(xì)胞呼吸的實(shí)驗(yàn)探究 學(xué)案

考點(diǎn)四光合作用與細(xì)胞呼吸的實(shí)驗(yàn)探究1．裝置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)(裝置甲單位時(shí)間內(nèi)向左移動(dòng)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)(裝置乙單位時(shí)間內(nèi)向右移動(dòng)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．“葉片上浮法”探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響利用“真空滲入法”排出葉肉細(xì)胞間隙的空氣，充以水分使葉片沉于水中。在光合作用過程中植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在細(xì)胞間積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時(shí)間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少(或者葉片全部上浮所需時(shí)間的長短)，即能比較光合作用的強(qiáng)弱。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)行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可進(jìn)行光合作用和呼吸作用。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?可先在葉柄基部分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)，則可計(jì)算出該葉片的光合作用強(qiáng)度，其單位是mg/(dm2·h)。即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。1．(經(jīng)典高考題)為探究低濃度NaHSO3溶液對(duì)水稻光合速率的影響，某研究小組做了如下實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并回答下列問題：(1)材料用具：乳熟期的溫室盆栽，1mmol/LNaHSO3溶液、蒸餾水、噴壺、光合分析測定儀等。(2)實(shí)驗(yàn)步驟：第一步：選取若干__________________的水稻植株隨機(jī)平均分成甲、乙兩組，甲組為對(duì)照組，乙組為實(shí)驗(yàn)組。第二步：每天傍晚分別將等量的__________、________________噴灑在甲、乙兩組的水稻葉片上，次日上午測定光合速率。(3)結(jié)果與分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)果見上圖，經(jīng)分析可以得出的結(jié)論是__________________________________________________________________________________________________。答案(2)株型、長勢、葉片均一蒸餾水1mmol/LNaHSO3溶液(3)不同光照強(qiáng)度下低濃度NaHSO3溶液可提高水稻光合速率解析該實(shí)驗(yàn)中自變量為是否噴施NaHSO3溶液，因變量是水稻光合速率，其他為無關(guān)變量，在實(shí)驗(yàn)過程中要排除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，所用實(shí)驗(yàn)材料的株型、長勢等條件要基本相同；實(shí)驗(yàn)操作分對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組噴灑一定量的蒸餾水，實(shí)驗(yàn)組噴灑1mmol/L的NaHSO3溶液。2.(2022·廣東，18)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養(yǎng)10天后(圖a)，測定相關(guān)指標(biāo)(圖b)，探究遮陰比例對(duì)植物的影響。回答下列問題：(1)結(jié)果顯示，與A組相比，C組葉片葉綠素含量_______________________，原因可能是________________________________________________________________________。(2)比較圖b中B1與A組指標(biāo)的差異，并結(jié)合B2相關(guān)數(shù)據(jù)，推測B組的玉米植株可能會(huì)積累更多的____________，因而生長更快。(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結(jié)果，作出該條件可能會(huì)提高作物產(chǎn)量的推測，由此設(shè)計(jì)了初步實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究：實(shí)驗(yàn)材料：選擇前期__________一致、生長狀態(tài)相似的某玉米品種幼苗90株。實(shí)驗(yàn)方法：按圖a所示的條件，分A、B、C三組培養(yǎng)玉米幼苗，每組30株；其中以______為對(duì)照，并保證除__________外其他環(huán)境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。結(jié)果統(tǒng)計(jì)：比較各組玉米的平均單株產(chǎn)量。分析討論：如果提高玉米產(chǎn)量的結(jié)論成立，下一步探究實(shí)驗(yàn)的思路是_______________________________________________________________________________________________。答案(1)高遮陰條件下植物合成較多的葉綠素(2)糖類等有機(jī)物(3)光照條件A組遮光程度探究能提高作物產(chǎn)量的具體的最適遮光比例是多少解析(1)分析題圖b結(jié)果可知，培養(yǎng)10天后，A組葉綠素含量為4.2mg·dm－2，C組葉綠素含量為4.7mg·dm－2，原因可能是遮陰條件下植物合成較多的葉綠素，以盡可能多地吸收光能。(2)圖b中B1葉綠素含量為5.3mg·dm－2，B2葉綠素含量為3.9mg·dm－2，A組葉綠素含量為s－1，A組凈光合速率為11.8μmolCO2·m－2·s－1，可推測B組的玉米植株總?cè)~綠素含量為(5.3＋3.9)/2＝4.6(mg·dm－2)，凈光合速率為(20.5＋7.0)/2＝13.75(μmolCO2·m－2·s－1)，兩項(xiàng)數(shù)據(jù)B組均高于A組，推測B組可能會(huì)積累更多的糖類等有機(jī)物，因而生長更快。(3)分析題意可知，該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄緽組條件下是否提高作物產(chǎn)量。該實(shí)驗(yàn)自變量為玉米遮光程度，因變量為作物產(chǎn)量，可用籽粒重量表示。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循對(duì)照原則、單一變量原則、等量原則等，無關(guān)變量應(yīng)保持相同且適宜。題組一光合速率和呼吸速率的測定1．某生物興趣小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來探究綠色植物的生理作用。據(jù)此回答下列問題：(1)若要探究植物細(xì)胞呼吸的類型，選取的實(shí)驗(yàn)裝置有__________________，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更科學(xué)，還需設(shè)置________________。若實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組的紅色液滴靜止不動(dòng)，植物既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無氧呼吸，則觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________。(2)若要驗(yàn)證CO2是植物光合作用的必需原料，選取的最佳實(shí)驗(yàn)裝置是___________________________________________________________________________________。答案(1)裝置一和裝置二對(duì)照實(shí)驗(yàn)裝置一紅色液滴左移、裝置二紅色液滴右移(2)裝置一和裝置三解析(1)若要探究植物細(xì)胞呼吸的類型，選取的實(shí)驗(yàn)裝置有裝置一和裝置二，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更科學(xué)，還需設(shè)置沒有植物(或滅活植物)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，排除物理因素的影響。若實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組的紅色液滴靜止不動(dòng)，植物既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無氧呼吸，則裝置一燒杯中盛放NaOH溶液，能夠吸收細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，有氧呼吸消耗O2，則紅色液滴向左移；裝置二燒杯中盛放蒸餾水，不能吸收CO2，植物有氧呼吸消耗的O2量小于細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2量，則紅色液滴右移。(2)裝置一燒杯中盛放NaOH溶液，能夠吸收細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2；裝置三燒杯中盛放CO2緩沖液，可以為光合作用提供CO2。因此若要驗(yàn)證CO2是植物光合作用的必需原料，選取的最佳實(shí)驗(yàn)裝置是裝置一和裝置三。2．如圖表示在不同溫度下，測定某1cm2植物葉片質(zhì)量(mg)變化情況(均考慮為有機(jī)物的質(zhì)量變化)的操作流程及結(jié)果，據(jù)圖分析回答下列問題：(1)由操作流程圖分析可知，該植物的呼吸速率可表示為________mg·cm－2·h－1(用圖中字母表示)，實(shí)際光合速率可表示為____________mg·cm－2·h－1(用圖中字母表示)。(2)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖分析，恒定在上述______℃下，維持12h光照，12h黑暗，該1cm2植物葉片增重最多，增重了________mg。答案(1)XY＋2X(2)1436解析(1)由操作流程圖分析可知，該植物的呼吸速率可表示為X(mg·cm－2·h－1)，而單位時(shí)間光照下葉片重量的增加量表示的是凈光合速率，故光照1小時(shí)實(shí)際(總)光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝M＋Y－(M－X)＋X＝Y(jié)＋2X(mg·cm－2·h－1)。(2)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖可以看出，在14℃下，維持12h光照，12h黑暗，該植物葉片增重最多，該葉片增重＝光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物量－細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物量＝(3＋2×2)×12－2×24＝36(mg)。題組二相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn)的探究分析3．光照強(qiáng)度、溫度、濕度、風(fēng)速等都對(duì)植物的光合作用有影響。研究人員選擇夏日晴天中午，將發(fā)育良好的處于生長期的某植物植株隨機(jī)均分為5組，第1組在田間生長作為對(duì)照組，另4組在人工氣候室中生長作為實(shí)驗(yàn)組，并保持其光照、CO2濃度等條件與對(duì)照組相同，中午時(shí)測定各組葉片的光合速率，各組實(shí)驗(yàn)處理及結(jié)果如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置組別1的目的是排除______________________________________。(2)據(jù)圖中結(jié)果推測，中午時(shí)對(duì)該植物光合速率影響較大的環(huán)境因素是相對(duì)濕度，判斷依據(jù)是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)該植物在中午時(shí)會(huì)出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象，此時(shí)植物部分葉片氣孔關(guān)閉，使暗反應(yīng)中__________速率降低，導(dǎo)致光合速率下降。據(jù)圖可知，若要降低該植物光合“午休”的程度，可采取的措施是________________________；采取該措施后，短時(shí)間內(nèi)該植物葉肉細(xì)胞中NADPH的含量會(huì)______________。(4)該實(shí)驗(yàn)的目的是________________________________________；若要進(jìn)一步探究該植物中午時(shí)光合作用的最適溫度，選擇的濕度、溫度范圍分別是________、__________________。答案(1)溫度、相對(duì)濕度之外的無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響(2)1組、2組、3組的結(jié)果間差異較大，3組、4組、5組的結(jié)果間差異較小(3)CO2的固定增加田間環(huán)境的相對(duì)濕度減少(4)探究夏日晴天中午，溫度、相對(duì)濕度對(duì)某植物光合作用速率的影響52%25℃至36℃之間解析(1)實(shí)驗(yàn)中組別1、2、3的自變量是相對(duì)濕度，因變量是植物的光合速率，溫度是無關(guān)變量；實(shí)驗(yàn)中組別3、4、5的自變量是溫度，因變量是植物的光合速率，相對(duì)濕度是無關(guān)變量，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置組別1的目的是排除溫度、相對(duì)濕度之外的無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。(2)分析題圖可知，1組、2組、3組的溫度相同，相對(duì)濕度差距較大，光合速率差別也較大，3組、4組、5組的相對(duì)濕度相同，溫度差距較大，光合速率差別較小，由此可知中午時(shí)對(duì)該植物光合速率影響較大的環(huán)境因素是相對(duì)濕度。(3)植物的光合“午休”現(xiàn)象是因?yàn)椴糠謿饪钻P(guān)閉，CO2的吸收量減少，導(dǎo)致暗反應(yīng)階段的CO2固定速率降低，導(dǎo)致光合速率降低。根據(jù)題圖可知，相同溫度條件下，相對(duì)濕度越高，光合速率越高，所以要降低該植物光合“午休”的程度，可以增加田間環(huán)境的相對(duì)濕度。采取該