利用密闭容器内生物代谢的研究培养学生的科学思维和创新能

1、利用密闭容器内生物代谢的研究，培养学生的科学思维和创新能力关键词：密闭装置 细胞呼吸作用 净光合作用量 总光合作用量细胞的重要生理光合作用和呼吸作用是生物复杂的生理变化过程，对这个生理变化的认识是无数科学家利用密闭容器研究代谢中的气体变化量结合放射同位素标记法研究而得，在实际操作中容器内气体的变化量更易于掌控和研究，因此密闭装置内测定不同条件下CO2与O2的量变来研究生物的代谢是高考中生物代谢的重要考点。面对眼花缭乱的装置与图表，学生往往顾此失彼，失分较高。要解决此类问题，必须跟随科学家的脚步，利用密闭容器探究生物代谢，理解各装置图与药品的作用。笔者在教学过程中带领学生进行了相关内容的研究总结

2、，培养了学生的科学思维和创新能力，取得了很好的效果。1.利用密闭装置研究生物的呼吸作用对于非光合作用的生物而言，如萌发的种子、酵母菌或动物，利用密闭装置可以测定在特定条件下生物的呼吸速率和呼吸商，典型的装置如图所示：（1）明确各装置的作用装置1中NaOH的作用是及时吸收容器内的种子呼吸释放的CO2，同时红色液滴的位置变化体现了容器中O2体积的变化，因而装置1则是测定生物呼吸作用中O2吸收量的变化，从而可以测定单位时间内种子的有氧呼吸速率。装置2中蒸馏水则不会影响到种子代谢中气体的变化量。与装置1作对照则可以测定种子代谢中CO2的变化量，从而确定种子的呼吸类型与呼吸商。（2） 实验结果与结论分析

3、：装置1装置2结论液滴左移液滴不移动只进行有氧呼吸液滴不移动液滴右移只进行无氧呼吸液滴左移液滴右移既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸液滴左移液滴左移呼吸底物中有脂质参与例1在外界环境条件恒定时，用右图装置测定种子萌发时的呼吸作用类型(假设呼吸底物全部为葡萄糖)，实验开始同时关闭两装置活塞，在25下经过20min后观察红色液滴移动情况，下列对实验结果的分析错误的是A若装置l的红色液滴左移，装置2的红色液滴不移动，则说明此时萌发的种子只进行有氧呼吸B若装置l的红色液滴左移，装置2的红色液滴右移， 则说明此时萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸C装置1的红色液滴向左移动的体积是呼吸 作用消耗02的体积D

4、装置2的红色液滴向右移动的体积是呼吸作用释放C02的体积【解析】 根据以上理论分析的结果，不难看出D项错误。装置1继续巩固：例2某生物兴趣小组利用装置1探究酵母菌所进行的呼吸作用类型。（1）要得到科学的实验结论还必需同时设计另一实验装置（装置2），请简要说明如何设计？ 。（2）请你预测与结论相符合的红墨水滴的移动方向：序号红墨水滴的移动方向结论装置1装置21a 不移动只进行有氧呼吸2不移动右移只进行无氧呼吸3左移B 既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸答案：（1）在装置2中，只需将装置1中的NaOH改为蒸馏水，其余装置不变。 （2）a 左移 b 右移2利用密闭装置研究绿色植物代谢 植物的光合作用和呼

5、吸作用有着复杂的生理变化，然而对于外界环境来说，表现的却是气体CO2与O2的量变。从而我们只要注意控制的条件也可利用此装置测定植物的相关生理活动。例3生物兴趣小组设计了装置一进行光合作用强度的测试实验（忽略温度对气体膨胀的影响）。过程如下：（1）测定植物的呼吸作用强度：装置的烧杯中放入NaOH溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；30分钟后记录红墨水滴移动的方向和刻度。 红墨水滴移动方向原因分析测定植物呼吸作用速率a b 【解析】：首先弄清NaOH溶液与黑暗条件配合使用的意义，此条件下使植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，装置中植物30分钟内吸收O2的变化，导致液柱的移动，实为测定植

6、物的有氧呼吸速率。因此答案为：a:左移 。 b:植物进行有氧呼吸消耗氧气，释放的二氧化碳被NaOH溶液吸收，导致装置内气体量减少。( 2 )测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入NaHCO3溶液；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；30分钟后记录红墨水滴移动的方向和刻度。 请预测红墨水滴移动方向并分析原因：红墨水滴移动方向原因分析测定植物净光合作用强度c d 【解析】在( 2 )中应注意NaHCO3溶液与光照条件的配合使用的意义，NaHCO3溶液为C02的缓冲液，为植物生长环境提供一定浓度的C02，光照条件下植物利用C02进行光合作用，液柱的移动表现为02的释放量，实为在充足的C02浓度

7、、充足的光照和适宜的温度条件下，测定植物的净光合作用强度。因此答案为：b：右移 。d： 植物光合作用强度大于呼吸作用强度，导致装置内气体量增加。继续巩固：例4为了探究不同条件对植物光合作用速率和细胞呼吸速率的影响，某同学进行了如下实验：选用8株形态相同、长势相似、均保留有20片相似叶片的天竺葵盆栽植株，分别放在8个相同的密闭、透明的玻璃容器中，在不同实验条件下，利用传感器定时测定密闭容器中二氧化碳含量的变化。实验结果统计如下表，请分析回答下列问题：(1)上述实验中，组别1、3、5、7可构成一个相对独立的实验组合。在该实验组合中，实验的自变量是 ，无关变量是 (至少写出两点)?(2)实验前后组别

8、3中CO2相对含量的差值表示 。组别2和1h在12h后CO2相对含量的差值表示 。(3)环境因素将影响植物的光合作用速率和细胞呼吸速率。请根据上表中相关实验条件下所收集得到的实验数据，在下面坐标图(图1)中绘制出该植物在不同温度条件下的总(真)光合作用速率和细胞呼吸速率的变化曲线。 (4)某同学欲采用图2所示装置来探究光照强度对光合作用速率的影响，实验观察的指标采用该装置中氧气相对含量的变化值。请问是否可以？若不可以，该对该装置如何进行适当修改?答： 。【解析】：此题涉及实验设计，表格数字与曲线图的转换等综合问题，难度较大，关键是抓住实验变量，理清思路。首先分析表格数据：2、4、6、8组构成一

9、个相对独立的实验组合，该实验组合研究的主题是温度对植物呼吸作用的影响。实验前后数量的变化是12小时内植物的呼吸量。表一组别2468温度10203040呼吸量0104090.81、3、5、7可构成另一个相对独立的实验组合，自变量是温度，无关变量是光照强度、二氧化碳浓度等。实验前后数量的变化是在该条件下植物的净光合作用量。表二组别1357温度10203040光强（Lux）1000100010001000净光合量0.51.53.13.0将表一 表二联合可得植物的总光合量=净光合量+呼吸量 表三：温度10203040光强（Lux）1000100010001000总光合量0.61.94.03.8可用描点

10、法在坐标图中绘出植物在不同温度条件下的呼吸速率和总光合速率的变化曲线。在第（4）问中实验变量为光照强度，无关变量为温度和二氧化碳浓度。若以氧气的变化量为观察指标，应排除二氧化碳对气体体积的影响，但同时又要保证充足的二氧化碳可满足光合作用的进行，可考虑使用二氧化碳的缓冲液来满足这一实验要求。此内容在例2中已有探讨，在此反复强化，可使学生融会贯通，举一反三，效果较好。答案:(1)温度 光照强度、二氧化碳浓度等(2)净光合作用所消耗的CO2的量 光合作用所消耗CO2的总量 (3)如下图， (4)增加 减少(5)不可以 将蒸馏水改为二氧化碳缓冲液(碳酸氢钠)，并设置对照组3 利用密闭装置研究水体的初级

11、生产力 水体初级生产力是评价水体富营养化水平的重要指标。利用密闭装置研究水体的初级生产力的方法即黑白瓶法。 “黑白瓶”测氧法的原理是根据水中藻类和其他具有光和作用的水生生物，利用光能合成有机物，同时释放氧的生物化学原理，测定初级生产力的方法。 其步骤是：取三个玻璃瓶，一个用黑胶布包上，并包以铅箔。从待测的水体深度取水，保留一瓶（初始量IB）以测定水中原来的溶氧量。将另一对黑白瓶沉入取水深度，经过24小时或其他时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。黑瓶：只进行呼吸作用，瓶内的氧气逐渐减少 （D）白瓶：进行光合作用（为主）与呼吸作用，瓶内氧气增加 （L）假定光照条件下与黑暗条件下，生物的呼吸强度相等

12、，呼吸作用量=初始瓶溶解氧-黑瓶溶解氧，净生产力=白瓶溶解氧初始瓶溶解氧总生产力=白瓶溶解氧黑瓶溶解氧例5、采用黑白瓶(不透光可透光瓶)法测定池塘群落各深度日代谢的平均氧浓度变化，结果如下表，请据表回答：深度（m）瓶中氧气的变化（g/m324h）白瓶黑瓶131221301433(1) 该池塘一昼夜生产氧气_g/m324h，消耗氧气_g/m324h，以上数据表明这个生态系统平衡状态良好，能够保持一定的氧气浓度，原因是_。(2) 据表分析该池塘的垂直结构：自养生物分布在_，完全由异养生物组成的生物群落分布在_。解析：首先理解黑瓶内测定的是该水层的呼吸消耗量，如在1m深处的黑瓶中生物的呼吸消耗量为1

13、 g/m324h，该池塘的总呼吸消耗量为1+1+1+3=6 g/m324h.。白瓶内测定的是该水层生物的净光合量即净生产力。如在1m深处的白瓶中一昼夜的氧气净生产力为3g/m324h，该池塘的净生产力为3+2+03=2 g/m324h，说明整个池塘的光合作用大于呼吸作用，能够保持一定的氧气浓度，维持生态平衡.。根据总生产力=净生产力+呼吸量，该池塘一昼夜产生的氧气总量为6+2=8 g/m324h。水层的垂直结构中，自养生物的分布决定了水层的生产力，根据不同水深中白瓶内氧气的变化，1m和2m水深处植物较多，3m水深处浮游植物已很少，只能勉强维持，4m深处几乎没有浮游植物。所以自养的浮游植物只有分

14、布在4m水深以内，4m水深以下是浮游植物的天下了。答案：(1)8 6 整个池塘群落光合作用大于呼吸作用 (2)小于4m水深4m水深以下继续巩固：例6(06江苏高考题)为了调查太湖某一水层是否有自养生物存在，及其产氧量能否维持本层水体生物呼吸耗氧所需，可用黑白瓶法测定该水层生物昼夜平均代谢率来判定。白瓶为透明玻璃瓶。其水体溶解的昼夜变化值为水中生物光合作用产生的02与呼吸消耗的02的差值(以WDO表示)；黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中水体溶解02的昼夜变化值为水中生物呼吸消耗的02(以BDO表示)。请完成下列实验。(1)实验步骤：用采水器取该层水样，分别注满500mL黑、白瓶并密封剩余水样用于测 ； 将黑、白瓶 ； 。 (2)设计记录所测数据的表格。(表格请设计在答题卡上)(3)预测实验结果并分析。 解析：本题考查是的内容是光合作用、呼吸作用和实验。考查的能力是比较、判断、推理、分析、综合，运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力和实验设计能力。做探索性实验的一般步骤：（1）明确实验目的，（2）查看实验材料，（3）理解实验原理，（3）确定实验步骤实验材料是否要处理，是否要分组编号，进行相同处理和不同处理，设置单一变量，实验进行和观察记