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2019年高考生物 熱點(diǎn)題型提分策略 專題03 光合速率的測(cè)定與實(shí)驗(yàn)探究學(xué)案 光合作用與細(xì)胞呼吸實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的常用方法 （1）裝置圖法測(cè)定光合與呼吸 ①呼吸速率和凈光合速率的測(cè)定方法(如下圖) ②真正光合速率的計(jì)算 真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。 （2）“黑白瓶法”測(cè)定光合與呼吸 用黑瓶(無光照的一組)測(cè)得的為呼吸作用強(qiáng)度值，用白瓶(有光照的一組)測(cè)得的為凈光合作用強(qiáng)度值，綜合兩者即可得到真正光合作用強(qiáng)度值。 （3）“半葉法”測(cè)定光合與呼吸 本方法又叫半葉稱重法，即檢測(cè)單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量，常用于大田農(nóng)作物的光合速率測(cè)定。 （4）“梯度法”探究光合與呼吸 用一系列不同光照強(qiáng)度、溫度或CO2濃度裝置，可探究光照強(qiáng)度、溫度或CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。 特別提醒　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的相關(guān)注意事項(xiàng) （1）變量的控制手段，如光照強(qiáng)度的大小可用不同功率的燈泡(或相同功率的燈泡，但與植物的距離不同)進(jìn)行控制，不同溫度可用不同恒溫裝置控制，CO2濃度的大小可用不同濃度的CO2緩沖液調(diào)節(jié)。 （2）對(duì)照原則的應(yīng)用，不能僅用一套裝置通過逐漸改變其條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而應(yīng)該用一系列裝置進(jìn)行相互對(duì)照。 （3）無論哪種裝置，在光下測(cè)得的數(shù)值均為“表觀(凈)光合作用強(qiáng)度值”。 1．利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行與光合作用有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是 A．試管中收集的氣體量代表了光合作用產(chǎn)生的氧氣量 B．在光下，如果有氣泡產(chǎn)生，可以說明光合作用產(chǎn)生氧氣 C．為了探究二氧化碳濃度對(duì)光合作用的影響，可以用不同濃度的NaHCO3溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn) D．為了探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響，用一套裝置慢慢向光源靠近，觀察氣泡產(chǎn)生的速率的變化 【答案】C 2．如圖表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下，小球藻進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖。一段時(shí)間后，以下相關(guān)比較不正確的是 A．Y2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量 B．④中小球藻的質(zhì)量大于①中小球藻的質(zhì)量 C．②中水的質(zhì)量大于④中水的質(zhì)量 D．試管①的質(zhì)量大于試管②的質(zhì)量 【答案】C 【解析】Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的質(zhì)量大于Y3；④中小球藻中含有(CHO)有機(jī)物，而①中小球藻含有(CH2O)有機(jī)物，故④中小球藻質(zhì)量大于①中小球藻質(zhì)量；④和②中的水都為HO，且含量相同，因此質(zhì)量相等；在試管①和②中原有質(zhì)量相等的情況下，②中釋放出的是18O2，而①中釋放出的是O2，故剩余質(zhì)量①大于②。 3．下圖是在一定溫度下測(cè)定某植物呼吸作用和光合作用強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置(呼吸底物為葡萄糖，不考慮裝置中微生物的影響)，相關(guān)敘述正確的是 A．燒杯中盛放NaHCO3溶液，可用于測(cè)定一定光照強(qiáng)度下植物的凈光合速率 B．在遮光條件下，燒杯中盛放NaOH溶液，可用于測(cè)定植物無氧呼吸的強(qiáng)度 C．燒杯中盛放清水，可用于測(cè)定一定光照強(qiáng)度下真光合速率 D．在遮光條件下，燒杯中盛放清水，可用于測(cè)定植物有氧呼吸的強(qiáng)度 【答案】A 4．甲圖中，A、B分別為培植于無色透明氣球內(nèi)、質(zhì)量相等的某植物幼苗，氣球可膨脹、收縮；其中B已死亡。氣球內(nèi)的培養(yǎng)液中均含CO2緩沖液(維持氣球內(nèi)CO2濃度不變)；初始時(shí)指針指向正中零的位置。乙圖為相同時(shí)間內(nèi)測(cè)得的燈泡到水面的距離與指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)的關(guān)系曲線，每次實(shí)驗(yàn)后指針復(fù)零。下列相關(guān)描述不正確的是 A．在適宜光照條件下，指針將向右偏轉(zhuǎn) B．該實(shí)驗(yàn)的自變量為光照強(qiáng)度，c點(diǎn)的含義為O2釋放量最大 C．ce段說明隨燈光距離的增大，O2釋放量減少 D．f點(diǎn)與a、b、c、d點(diǎn)的指針的偏轉(zhuǎn)方向相同，但數(shù)值較小 【答案】D 5．某同學(xué)研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具體操作如下：取三個(gè)相同的透明玻璃瓶a、b、c，將a先包以黑膠布，再包以鉛箔。用a、b、c三瓶從待測(cè)水體深度取水，測(cè)定瓶中水內(nèi)氧容量。將a瓶、b瓶密封再沉入待測(cè)水體深度，經(jīng)24小時(shí)取出，測(cè)兩瓶氧含量，結(jié)果如圖所示。則24小時(shí)待測(cè)深度水體中生物光合作用和有氧呼吸的情況是 A．24小時(shí)待測(cè)深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是vmol/瓶 B．24小時(shí)待測(cè)深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是kmol/瓶 C．24小時(shí)待測(cè)深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是(k—v)mol/瓶 D．24小時(shí)待測(cè)深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是(k—v)mol/瓶 【答案】D 【解析】c瓶是對(duì)照，a和c的差值能反映呼吸強(qiáng)度，b和c的差值反映的是光合作用和呼吸作用強(qiáng)度的差，b和a的差值反映的是總光合作用強(qiáng)度。 6．將葉面積相等的A、B兩種植物的葉片分別放置在相同的、溫度適宜且恒定的密閉小室中，給予充足的光照，利用紅外測(cè)量?jī)x每隔5 min測(cè)定一次小室中的CO2濃度，結(jié)果如圖所示。對(duì)此實(shí)驗(yàn)的敘述正確的是 A．此實(shí)驗(yàn)可用于驗(yàn)證A植物比B植物具有更強(qiáng)的固定CO2的能力 B．當(dāng)CO2濃度約為0.8 mmolL－l時(shí)，A、B兩植物的光合作用強(qiáng)度相等 C．30 min以后，兩種植物葉片光合作用強(qiáng)度都與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等 D．兩植物在第40 min時(shí)，同一葉肉細(xì)胞內(nèi)線粒體消耗的O2量與葉綠體釋放的O2量相等 【答案】C 7．取某種植物生長(zhǎng)狀態(tài)一致的新鮮葉片，用打孔器將葉片打出若干圓片，圓片平均分成甲、乙、丙三組。甲組立即烘干處理并測(cè)得圓片干重為A，乙組保持濕潤(rùn)且置于一個(gè)黑暗密閉裝置內(nèi)，丙組保持濕潤(rùn)且置于一個(gè)密閉裝置內(nèi)并給予適宜強(qiáng)度的光照。乙組和丙組其他條件一致，一小時(shí)后，測(cè)得乙裝置內(nèi)圓片干重為B，丙裝置內(nèi)圓片干重為C。下列敘述正確的是 A．C﹣A為圓片葉肉細(xì)胞一小時(shí)內(nèi)的真正光合速率 B．C﹣B為圓片葉肉細(xì)胞一小時(shí)內(nèi)的凈光合速率 C．A﹣B為圓片葉肉細(xì)胞一小時(shí)內(nèi)的呼吸速率 D．實(shí)驗(yàn)過程中，乙組圓片葉肉細(xì)胞呼吸速率保持恒定 【答案】C 【解析】C﹣A為圓片葉肉細(xì)胞一小時(shí)內(nèi)的凈光合速率；C﹣B為圓片葉肉細(xì)胞一小時(shí)內(nèi)的真正光合速率；A﹣B為圓片葉肉細(xì)胞一小時(shí)內(nèi)的呼吸速率；乙組隨著O2濃度下降，葉肉細(xì)胞呼吸速率也下降。 8．用等體積的三個(gè)玻璃瓶甲、乙、丙，同時(shí)從某池塘水深0．5m處的同一位置取滿水樣，立即測(cè)定甲瓶中的氧氣含量，并將乙、丙瓶密封后沉回原處。一晝夜后取出玻璃瓶，分別測(cè)定兩瓶中的氧氣含量，結(jié)果如下（不考慮化能合成作用）。有關(guān)分析合理的是 透光玻璃瓶甲 透光玻璃瓶乙 不透光玻璃瓶丙 4.9 mg 5.6 mg 3.8 mg A．丙瓶中浮游植物的細(xì)胞產(chǎn)生[H]的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜 B．在一晝夜內(nèi)，丙瓶生物細(xì)胞呼吸消耗的氧氣量約為1.1 mg C．在一晝夜后，乙瓶水樣的pH比丙瓶的低 D．在一晝夜內(nèi)，乙瓶中生產(chǎn)者實(shí)際光合作用釋放的氧氣量約為1.1 mg 【答案】B 9．某科研小組為探究植物光合作用速率的變化情況，設(shè)計(jì)了由透明的玻璃罩構(gòu)成的小室，如圖A所示。請(qǐng)據(jù)圖回答： （1）將該裝置放在自然環(huán)境下，測(cè)定夏季一晝夜(零點(diǎn)開始)小室內(nèi)植物氧氣釋放速率的變化，得到如圖B所示曲線，那么影響小室內(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素是_______(寫兩點(diǎn))；觀察裝置中液滴的位置，c點(diǎn)時(shí)刻的液滴位于起始位置的________側(cè)，裝置刻度管中液滴移到最右點(diǎn)是在一天中的________點(diǎn)。 （2）在實(shí)驗(yàn)過程中的某段光照時(shí)間內(nèi)，記錄液滴的移動(dòng)情況，獲得以下數(shù)據(jù)： 每隔20min記錄一次刻度數(shù)據(jù) …… 24 29 32 34 …… 該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在B圖曲線的____________段獲得的。 （3）e點(diǎn)與f點(diǎn)相比，e點(diǎn)時(shí)刻C3的合成速率____________，與b點(diǎn)相比，a點(diǎn)形成的原因可能是______________________________________________________________________。 （4）在適宜的溫度和光照條件下，向圖A所示的裝置中通入14CO2．當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到0．5s時(shí)，14C出現(xiàn)在C3中；反應(yīng)進(jìn)行到5s時(shí)，14C出現(xiàn)在(CH2O)中。該實(shí)驗(yàn)是通過控制_________(條件)來探究CO2中碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，用到的實(shí)驗(yàn)方法為___________________________。 （5）該組同學(xué)要測(cè)定該植物某時(shí)間段的氧氣產(chǎn)生速率，該如何設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)？如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？ ①簡(jiǎn)要寫出對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：_________________________________________。 ②數(shù)據(jù)處理：若在單位時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組讀數(shù)為M，對(duì)照組讀數(shù)為N，該植物的真正光合作用速率為_______________________________________________________________。 【答案】（1）光照強(qiáng)度、溫度　 左　 18(或g)　 （2）de或fg　 （3）慢　 a點(diǎn)時(shí)刻溫度較低　 （4）(反應(yīng))時(shí)間　同位素標(biāo)記法　 （5）①設(shè)置與A一樣的裝置C，將裝置C置于黑暗條件下，其他條件與A相同，測(cè)單位時(shí)間(或相同時(shí)間)內(nèi)A與C的讀數(shù)　 ②M＋N 【解析】（1）圖A是密閉裝置，內(nèi)有二氧化碳緩沖液，說明實(shí)驗(yàn)過程中二氧化碳濃度始終不變，那么影響小室內(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素就只有光照強(qiáng)度和溫度了；c點(diǎn)表示此刻氧氣的產(chǎn)生量等于呼吸消耗的氧氣量。但0點(diǎn)到8點(diǎn)這段時(shí)間，氧氣的消耗量大于氧氣的產(chǎn)生量，同時(shí)呼吸作用放出的CO2被緩沖液吸收，故c點(diǎn)時(shí)，液滴位于初始位置的左側(cè)；裝置刻度管中液滴移動(dòng)是由氧氣的增減造成的，只要有氧氣釋放，液滴就會(huì)右移，所以液滴移到最右點(diǎn)是在一天中的18(或g)點(diǎn)。（2）表格中數(shù)據(jù)表明，氧氣的產(chǎn)生速率在逐漸減小，對(duì)應(yīng)于圖B曲線上的區(qū)段是de段和fg段。（3）e點(diǎn)與f點(diǎn)相比，e點(diǎn)時(shí)氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，故C3的合成速率較慢；在圖B曲線上，0點(diǎn)到a點(diǎn)這段時(shí)間，植物只進(jìn)行呼吸作用，a點(diǎn)時(shí)氧氣消耗速率減慢，說明此時(shí)溫度較低。（4）該實(shí)驗(yàn)的自變量為反應(yīng)時(shí)間，用到的方法是同位素標(biāo)記法。（5）氧氣產(chǎn)生速率即是真正光合作用速率，圖A(實(shí)驗(yàn)組)單位時(shí)間內(nèi)測(cè)得的氧氣的釋放量是凈光合作用速率，即為真正光合作用速率與呼吸作用速率的差值。故應(yīng)設(shè)置與A一樣的裝置C，將裝置C置于黑暗條件下，其他條件與A相同作為對(duì)照組，測(cè)單位時(shí)間(或相同時(shí)間)內(nèi)裝置A與C的讀數(shù)，即分別為凈光合作用速率和呼吸作用速率，二者相加即為真正光合作用速率。 10．某轉(zhuǎn)基因作物有很強(qiáng)的光合作用能力。某中學(xué)生物興趣小組在暑假開展了對(duì)該轉(zhuǎn)基因作物光合作用強(qiáng)度測(cè)試的研究課題，設(shè)計(jì)了如圖所示裝置。請(qǐng)你利用這些裝置完成光合作用強(qiáng)度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并分析回答有關(guān)問題： （1）先測(cè)定植物的呼吸作用強(qiáng)度，方法步驟如下： ①甲、乙兩裝置的D中都放入______________，裝置乙作為對(duì)照。 ②將甲、乙裝置的玻璃鐘罩進(jìn)行________處理，放在溫度等相同且適宜的環(huán)境中。 ③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動(dòng)的方向和距離。 （2）測(cè)定植物的凈光合作用強(qiáng)度，方法步驟如下： ①甲、乙兩裝置的D中放入__________________________________________________。 ②把甲、乙裝置放在________________________________________________________。 ③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動(dòng)的方向和距離。 （3）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30分鐘后，記錄的甲、乙裝置中紅墨水滴移動(dòng)情況如下表： 實(shí)驗(yàn)30分鐘后紅墨水滴移動(dòng)情況 測(cè)定植物呼 吸作用強(qiáng)度 甲裝置 ______(填“左”或“右”)移1.5 cm 乙裝置 右移0.5 cm 測(cè)定植物凈光 合作用強(qiáng)度 甲裝置 ________(填“左”或“右”)移4.5 cm 乙裝置 右移0.5 cm （4）假設(shè)紅墨水滴每移動(dòng)1 cm，植物體內(nèi)的葡萄糖增加或減少1 g，那么該植物的呼吸速率是__________g/h；白天光照15 h，一晝夜葡萄糖的積累量是__________g(不考慮晝夜溫差的影響)。 【答案】（1）①NaOH溶液　 ②遮光　 （2）①NaHCO3溶液，裝置乙作為對(duì)照　 ②光照充足、溫度等相同且適宜的環(huán)境中　 （3）左　 右　 （4）4　 84 （3）若該裝置測(cè)定細(xì)胞呼吸作用強(qiáng)度，液滴的移動(dòng)就來自氧氣的吸收量，液滴向左移動(dòng)；若該裝置測(cè)定植物的凈光合作用強(qiáng)度，液滴的移動(dòng)就來自氧氣的釋放量，液滴向右移動(dòng)。 （4）對(duì)照實(shí)驗(yàn)裝置乙中紅墨水滴右移是環(huán)境因素(如氣壓等)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)裝置甲同樣也受環(huán)境因素的影響，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃鐘罩內(nèi)氣體體積的改變量，即該植物的呼吸速率為1.5＋0.5＝2(g/半小時(shí))；凈光合速率為4.5﹣0.5＝4(g/半小時(shí))，白天光照15 h的凈光合作用量是(42)15＝120(g)，一晝夜葡萄糖的積累量是15 h的光合作用實(shí)際生產(chǎn)量減去24 h的呼吸作用消耗量，等同于15 h的凈光合作用量減去9 h的呼吸作用消耗量，即120﹣49＝84(g)。