2024届高考 一轮复习 人教版 微专题8　“三率”测定的5种实验方法 学案

微专题7植物“三率”的判定[专题整合]1．微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系项目表示方法呼吸速率线粒体释放CO2量(m1)；黑暗条件下细胞(植物体)释放CO2量(葡萄糖消耗量)线粒体吸收O2量(n1)；黑暗条件下细胞(植物体)吸收O2量净光合速率细胞(植物体)吸收的CO2量(m2)；植物(叶片)积累葡萄糖量细胞(植物体)释放的O2量(n2)总光合速率叶绿体利用、固定CO2量m3或(m1＋m2)；植物(叶绿体)产生葡萄糖量叶绿体产生、释放O2量n3或(n1＋n2)2.“三率”的判定方法3．相关计算植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时，存在如下关系：(1)光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。(2)光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2消耗量＋细胞呼吸CO2释放量。(3)光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。[专题集训]1．适宜的温度和一定的CO2浓度等条件下，某同学对甲、乙两种高等植物设计实验，测得的相关数据如下表所示。下列说法错误的是()光合速率与呼吸速率相等时的光照强度光合速率达到最大值时的最小光照强度光合速率达到最大值时的CO2吸收量黑暗条件下CO2释放量甲植物13115.5乙植物393015注：光照强度单位为klx；CO2吸收量或释放量单位为mg/(100cm2·h)。A．本实验中，适宜的温度和一定的CO2浓度属于无关变量B．光照强度为1klx时，甲植物叶肉细胞的叶绿体中的ATP由叶绿体基质移向类囊体薄膜C．光照强度为3klx时，甲、乙两植物固定CO2速率的差为1.5mg/(100cm2·h)D．甲、乙两植物相比较，甲植物更适合在弱光下生长解析：选B。光照强度为1klx时，甲植物光合速率与呼吸速率相等，叶绿体中的ATP产生于类囊体薄膜，消耗于叶绿体基质，因此叶绿体中的ATP由类囊体薄膜移向叶绿体基质；光照强度为3klx时，甲植物的真正光合速率＝11＋5.5＝16.5mg/(100cm2·h)，而乙植物的真正光合速率＝15mg/(100cm2·h)，因此甲、乙两植物固定CO2速率的差＝16.5－15＝1.5mg/(100cm2·h)。2．(2023·湖北四地七校联盟高三联考)某实验小组探究温度对水绵光合作用的影响，实验结果如下图所示，据图分析，下列有关说法正确的是()A．据图可知，水绵细胞呼吸作用的最适温度为35℃B．图中水绵细胞积累有机物速率最大时的温度是25℃C．每天光照12小时，最有利于水绵生长的温度是25℃D．在5℃时，水绵细胞产生O2的速率是消耗O2的速率的2倍解析：选B。由于没有对高于35℃条件下水绵细胞的呼吸作用进行研究，因此无法判断水绵细胞呼吸作用的最适温度为35℃，A错误；有机物的积累速率取决于净光合速率，由图可知，温度为25℃时，水绵细胞在光照下吸收CO2的量最大，即净光合速率最大，积累有机物速率最大，B正确；水绵在一昼夜中积累的有机物越多，越有利于水绵生长，每天光照12小时，水绵在一昼夜中积累的有机物为光照条件下积累的有机物－黑暗条件下消耗的有机物＝12×光照下吸收CO2的量－12×黑暗中释放CO2的量，由题图可知，温度为20℃时，水绵在一昼夜中积累的有机物最多，C错误；由题图可知，温度为5℃时，水绵细胞产生O2的速率＝净光合速率＋呼吸速率＝光照下吸收CO2的量＋黑暗中释放CO2的量＝1＋0.5＝1.5mg·h－1，由于呼吸作用消耗O2的速率为0.5mg·h－1，所以水绵细胞产生O2的速率是消耗O2的速率的3倍，D错误。微专题8“三率”测定的5种实验方法[专题整合]1．气体体积变化法——测光合作用O2产生、CO2消耗的体积(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。(2)测定原理①在黑暗条件下甲装置中的植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物吸收O2的速率，可代表呼吸速率。②在光照条件下乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。(3)测定方法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。(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。2．“黑白瓶”——测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”透光，给予光照，测定的是净光合作用量。“黑白瓶”试题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题。一般规律如下：(1)总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸消耗量(强度)。(2)有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量，白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量，二者之和为总光合作用量。(3)没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。3．“半叶法”——测光合作用有机物的产生量“半叶法”的原理：植物进行光合作用形成有机物，而有机物的积累可使叶片单位面积的干重增加，但是，叶片在光下积累光合产物的同时，还会通过输导组织将同化物运出，从而使测得的干重积累值偏低。为了消除这一偏差，必须将待测叶片的一半遮黑，测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少值，作为同化物输出量(或呼吸消耗量)的估测值。“改良半叶法”采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞，以防止光合产物从叶中输出(这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐向叶片的输送)，仅用一组叶片，无须将一半叶片遮黑，既简化了实验过程，又提高了测定的准确性。4．叶圆片称重法——测定有机物的变化量本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量测定光合速率，下图所示以有机物的变化量表示(S为叶圆片面积)。净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。5．间隔光照法——比较有机物的合成量光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快。持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。[专题集训]1．(2023·广西梧州期中)利用下图所示装置可探究某生存状态良好的绿色植物的生理作用。假如该植物光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不能进行产生乳酸的无氧呼吸(忽略装置内其他微生物的干扰)。下列相关叙述，正确的是()A．若要验证该植物在光下释放O2，应将装置二和三分别放在黑暗和光照条件下B．若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，应选择装置一和装置三C．光照条件下，装置一、三中红色液滴移动的距离分别表示O2吸收量和O2生成量D．黑暗条件下，若装置一、二中的红色液滴均不移动，则该植物只进行有氧呼吸解析：选B。光合作用需要CO2，CO2缓冲液可提供CO2，若验证植物在光下释放O2，应将装置三置于光下，液滴移动的距离代表光合作用中O2的释放量，A错误。若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，自变量是CO2的有无，装置一中的氢氧化钠溶液吸收CO2，装置三中的CO2缓冲液可提供CO2，B正确。光照条件下，装置一液滴移动的距离可表示光下呼吸作用中O2的吸收量，装置三中红色液滴移动的距离代表光合作用中O2的释放量，C错误。黑暗条件下，若装置一中的红色液滴不移动，则该植物在装置一中只进行无氧呼吸；装置二中的红色液滴不移动，该植物在装置二中进行有氧呼吸，D错误。eq\a\vs4\al()光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制(1)增加水中O2——泵入空气或吹气或放入绿色水生植物。(2)减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水。(3)除去容器中CO2——NaOH溶液。(4)除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中。(5)除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。(6)除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。(7)如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。(8)线粒体提取——细胞匀浆离心。2．(2023·陕西西安高三模拟)某课外小组用传感器测定了不同条件下250mL有鱼和无鱼池水的溶解氧变化，获得下表数据。下列说法正确的是()瓶子编号12345条件26℃光照26℃黑暗26℃光照10℃光照10℃黑暗材料池水池水池水＋鱼池水池水＋鱼2小时后的溶解氧变化(μg)0.378－0.065－0.758－0.03－0.215A.1号瓶池水中植物光合作用产生的氧气量为0.378μgB．4号瓶池水中植物不能进行光合作用C．26℃条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为1.136μgD．池水中植物光合作用的最适温度为26℃解析：选C。26℃光照条件下，1号瓶溶氧量增加是池水中藻类同时进行光合作用和呼吸作用的结果，溶氧量的增加量可以表示净光合作用下氧气的净积累量，实际氧气产生量为0.378＋0.065＝0.443μg，A错误；4号瓶池水中藻类在有光照情况下，通常会进行光合作用，产生此结果可能的原因是光合作用小于呼吸作用，B错误；根据1、3号瓶可知，26℃光照条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为0.378＋0.758＝1.136μg，C正确；题干中只有10℃和26℃两个温度，无法确定池水中藻类光合作用的最适温度，D错误。3.(2023·河南洛阳高三统考)如右图所示，将对称叶片左侧遮光，右侧曝光，并采用适当的方法阻止两部分之间的物质转移。在适宜光照下照射6小时后，从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为a和b。下列相关叙述正确的是()A．a/6所代表的是该叶片的呼吸速率B．b/6所代表的是该叶片的光合速率C．(b＋a)/6所代表的是该叶片的净光合速率D．(b－a)/6所代表的是该叶片的真正光合速率解析：选D。a＝叶片原重量－呼吸作用消耗，呼吸速率＝(叶片原重量－a)/6，故a/6不是呼吸速率，A错误；b＝叶片原重量＋真正光合作用－呼吸作用消耗，光合速率＝(b－叶片原重量＋呼吸作用消耗)/6，故b/6不是光合速率，B错误；该叶片的净光合速率＝(b－叶片原重量)/b，C错误；b－a表示光合作用合成有机物的总量，所以(b－a)/6所代表的是该叶片的真正光合速率，D正确。4．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做了下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片，烘干后称其重量，测得叶片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6]g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是()A．下午4时后将整个实验装置遮光3hB．下午4时后将整个实验装置遮光6hC．下午4时后在阳光下照射1hD．晚上8时后在无光下放置3h解析：选A。起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重xg，从上午10时到下午4时，叶片在这6h内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午4时移走的叶圆片干重(yg)减去上午10时移走时的叶圆片干重(xg)的差值，就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量：(y－x)g。若要求呼吸作用消耗干物质量，应将叶片进行遮光处理，先假设叶片遮光处理为a小时后干重为zg，下午4时移走的叶圆片干重yg减去叶片遮光处理a小时后的干重zg的差值，就是呼吸作用消耗干物质量：(y－z)g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6]g/(cm2·h)，真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，得出(3y－2z－x)/6＝(y－x)/6＋(y－z)/a，计算出a＝3h，A项正确。5.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析并回答下列问题：(1)MA表示6h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6h后____________________＋____________________－呼吸作用有机物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，则M表示____________________________________。(3)真正光合速率的计算方法是______________________________________________________________________。(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可正常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6h内有机物的总产量(B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真正的光合速率，即M除以时间再除以面积。答案：(1)叶片初始质量光合作用有机物的总产量(2)B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量(3)M除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)(4)将测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在黑暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率6．为了探究不同光照