2024高考生物一轮复习第三单元素养提升课3光合作用和细胞呼吸的实验探究教案新人教版

PAGE10-素养提升课3光合作用和细胞呼吸的试验探究突破点一细胞呼吸方式的探究与细胞呼吸速率的测定某爱好小组利用如图所示装置(橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管)探究酵母菌的细胞呼吸类型。(1)想得到预期试验结果,要设置比照试验(装置乙),装置乙的设置为

。

(2)请预料与试验结论相符合的现象,并填写表中内容:序号装置中红色液滴的移动状况结论装置甲装置乙1①

不移动酵母菌只进行有氧呼吸2不移动②

酵母菌只进行无氧呼吸3③

④

酵母菌既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸[审题指导](1)明确试验目的:探究酵母菌细胞呼吸的类型。(2)明确试验装置甲的原理:密闭的锥形瓶中放有酵母菌培育液和NaOH溶液,红色液滴指示锥形瓶中气体的体积变更。装置甲中NaOH溶液能汲取CO2,因此装置甲液滴移动的距离代表了有氧呼吸汲取O2的量。酵母菌进行有氧呼吸汲取O2,产生CO2,并且O2的汲取量等于CO2的产生量,无氧呼吸不汲取O2,但产生CO2。(3)比照组的设置:要检测无氧呼吸还要设置装置乙,装置乙去掉汲取CO2的NaOH溶液,放入作为比照的等量的清水。解析:(1)本试验目的是探究(某条件下)酵母菌的细胞呼吸类型,试验通过红色液滴的移动来体现,结合试验结果记录表的内容可知,装置乙的设置须要达到的效果:结合装置甲中①(向左移)和装置乙中红色液滴不移动,可得出酵母菌只进行有氧呼吸的结论,因此,装置乙内应存在CO2,因为红色液滴的移动是由O2与CO2的体积变更产生的,故其中不应放置汲取CO2的物质。为保证明验的单一变量原则,装置乙与装置甲的唯一不同之处应是有无NaOH溶液,其他全部设置均应相同。故装置乙的设置为除用等量清水代替NaOH溶液外,其他设置与装置甲完全相同。(2)装置甲中NaOH溶液的作用是汲取CO2,假如酵母菌只进行无氧呼吸,此过程不消耗O2,酵母菌无氧呼吸生成的CO2会被NaOH溶液汲取,红色液滴不移动;装置乙中酵母菌产生的CO2不被汲取,红色液滴向右移动,即②。假如酵母菌只进行有氧呼吸,装置甲中O2被消耗,产生的CO2被NaOH溶液汲取,装置甲中红色液滴向左移动,即①;装置乙中消耗的O2与产生的CO2的体积相等,装置乙中红色液滴不移动。假如酵母菌既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸,装置甲中红色液滴向左移动,即③,装置乙中红色液滴向右移动,即④。答案:(1)除用等量清水代替NaOH溶液外,其他设置与装置甲完全相同(2)①向左移动②向右移动③向左移动④向右移动1.细胞有氧呼吸速率的测定(细胞呼吸底物为葡萄糖)(1)试验装置(2)试验原理:组织细胞呼吸作用汲取O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液汲取,使容器内气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为比照。(3)误差的校正①假如试验材料是绿色植物,整个装置应遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。②假如试验材料是种子,为防止微生物呼吸对试验结果的干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。③为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差,应设置比照试验,将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟),其他条件均不变。2.探究细胞呼吸方式(细胞呼吸底物为葡萄糖)(1)试验装置(2)试验原理①装置一中NaOH溶液的作用是汲取掉细胞呼吸所产生的CO2,着色液移动的距离代表植物细胞呼吸汲取O2的量。②装置二中着色液移动的距离代表植物细胞无氧呼吸产生CO2量。(3)结果分析试验现象结论装置一着色液装置二着色液不动不动只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已死亡不动右移只进行产生酒精的无氧呼吸左移右移进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸左移不动只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸1.某同学用如图所示试验装置测定果蝇幼虫的呼吸速率。试验所用的毛细管横截面积为1mm2,试验起先时,打开软管夹,将装置放入25℃水浴中,10min后关闭软管夹,随后每隔5min记录一次毛细管中液滴移动的位置,结果如表所示。下列分析正确的是(B)试验时间(min)101520253035液滴移动距离(mm)032.565100130162.5A.图中X为NaOH溶液,软管夹关闭后液滴将向右移动B.在20～30min内氧气的平均汲取速率为6.5mm3/minC.如将X换为清水,可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率D.增设的比照试验只需将装置中的X换成清水,并将该装置置于相同的环境中解析:题图中X为NaOH溶液,软管夹关闭后液滴将向左移动;在20～30min内氧气的平均汲取速率为(130-65)×1÷10=6.5(mm3/min);果蝇幼虫无氧呼吸产生乳酸不产生CO2,无论是否进行无氧呼吸,液滴都不会移动;比照试验中应将装置中的果蝇幼虫换成等数量的死幼虫,并将该装置置于相同环境中,重复上述试验。2.在如图三个相同密闭装置中,分别放入质量相等的三份种子:消毒且刚萌发的小麦种子、未消毒刚萌发的小麦种子及未消毒刚萌发的花生种子。把A、B、C三套装置放在隔热且相宜的条件下培育,请据图分析回答:(1)装置A和B形成比照,变量为,

即种子表面是否有。B和C形成比照,变量为。

(2)当A和B玻璃管中的水珠起先移动时,分别记录并计算其移动速率为vA和vB,则vAvB(填“>”或“<”),缘由是

。

(3)假如B和C中都消耗了等质量的有机物,记录温度计读数为TB和TC,则TCTB(填“>”或“<”);假如B和C中都消耗了等质量的有机物,记录水珠移动的距离为LB和LC,则LBLC(填“>”或“<”),缘由是

。

解析:(1)A和B形成比照,变量为种子是否消毒,即种子表面是否有微生物;B和C形成比照,变量为种子的种类。(2)B内种子未消毒,单位时间内呼吸作用强度大于A内,消耗的氧气多,同时两者呼吸作用产生的二氧化碳都被NaOH溶液汲取,所以B内外的压强差大,玻璃管中水珠移动的速率vA<vB。(3)小麦种子中主要是淀粉,花生种子中含脂肪比较多。相同质量的脂肪和糖类,脂肪分子中氢元素比糖类(淀粉)多,其氧化分解时,须要的氧气比糖类(淀粉)多,产生的热量比糖类(淀粉)多。所以,假如B和C中都消耗了等质量的有机物,则C中消耗的氧气多,内外的压强差大,产生的热量多,因此TC>TB,LC>LB。答案:(1)种子是否消毒微生物种子的种类(2)<B内种子未消毒,单位时间内呼吸作用强度大于A内,消耗O2多(3)><小麦种子中主要是淀粉,花生种子中脂肪较多,相同质量的脂肪和糖类,脂肪中H含量比糖类高,氧化分解时耗氧多突破点二光合作用、细胞呼吸试验的常用探讨方法(2024·全国Ⅱ卷,节选)通常,对于一个水生生态系统来说,可依据水体中含氧量的变更计算诞生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份干脆测定O2含量(A),另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题:在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本试验中C与A的差值表示这段时间内;C与B的差值表示这段时间内;A与B的差值表示这段时间内。

[审题指导](1)明确试验目的:测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量即光合作用的总放氧量。(2)明确题干信息:A为初始氧含量,B为黑暗中,若干小时后瓶中氧含量,C为光照下,若干小时后瓶中氧含量。(3)明确“三量”的关系:总光合作用放氧量=净光合作用放氧量+呼吸作用耗氧量。解析:依题意可知:甲、乙两瓶中只有生产者,A值表示甲、乙两瓶中水样的初始O2含量;甲瓶O2含量的变更反映的是呼吸作用耗氧量,因此B=A-呼吸作用耗氧量;乙瓶O2含量变更反映的是净光合作用放氧量,所以C=A+光合作用总放氧量-呼吸作用耗氧量。综上分析,本试验中,C-A=光合作用总放氧量-呼吸作用耗氧量=净光合作用的放氧量,即C与A的差值表示这段时间内生产者净光合作用的放氧量;C-B=光合作用总放氧量,即C与B的差值表示这段时间内生产者的光合作用的总放氧量;A-B=呼吸作用耗氧量,即A与B的差值表示这段时间内生产者的呼吸作用耗氧量。答案:生产者净光合作用的放氧量生产者光合作用的总放氧量生产者呼吸作用的耗氧量1.“装置图法”测定光合速率与呼吸速率(1)测定装置(2)测定方法及解读①测定呼吸速率(装置甲)a.装置甲烧杯中放入相宜浓度NaOH溶液用于汲取CO2。b.玻璃钟罩遮光处理,以解除光合作用干扰。c.置于相宜温度环境中。d.红色液滴向左移动(装置甲单位时间内向左移动距离代表呼吸速率)。②测定净光合速率(装置乙)a.装置乙烧杯中放入相宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满意光合作用需求。b.必需赐予较强光照处理,且温度相宜。c.红色液滴向右移动(装置乙单位时间内向右移动距离代表净光合速率)。③依据“总(真正)光合速率=呼吸速率+净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置比照试验,即用死亡的绿色植物分别进行上述试验,依据红色液滴的移动距离对原试验结果进行校正。2.“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中,测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变更,借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光,瓶中生物仅能进行呼吸作用;白瓶透光,瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此,真正光合作用量(光合作用总量)=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气削减量。3.“半叶法”测定光合作用有机物的产生量“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采纳适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻挡两部分的物质和能量转移。在相宜光照下照耀6小时后,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作用强度,其单位是mg/(dm2·h)。即M=MB-MA,M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。4.“叶片上浮法”探究影响光合作用的因素利用“真空渗入法”排出叶肉细胞间隙的空气,充以水分使叶片沉于水中。在光合作用过程中植物汲取CO2放出O2,由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累,结果使原来下沉的叶片上浮。依据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短),即能比较光合作用的强弱。1.(2024·河北衡水中学二调)一位同学探讨某湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸时,设计了如下操作:①取三个相同的透亮玻璃瓶标号a、b、c,并将a用不透光黑布包扎起来;②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水,并测定c瓶中水的溶氧量;③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中,24小吋后取出;④测定a、b两瓶中水的溶氧量,三个瓶子的测量结果如图所示。关于24小时内X深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的分析正确的是(C)A.光合作用产生的氧气量为(k-w)mol/瓶B.有氧呼吸消耗的氧气量为(k-v)mol/瓶C.光合作用产生的氧气量为(k-v)mol/瓶D.有氧呼吸消耗的氧气量为vmol/瓶解析:b瓶既进行有氧呼吸又进行光合作用,a和b两瓶有氧呼吸强度相等,则光合作用产生氧气量为(k-v)mol/瓶;依据题意可知,c瓶中的含氧量即为初始含氧量,a瓶包袱黑胶布则只能进行有氧呼吸,不能进行光合作用,瓶中氧气消耗,消耗量为(w-v)mol/瓶。2.现采纳如图所示方法测定植物叶片光合作用强度,将对称叶片的一半遮光(甲),另一半不遮光(乙),并采纳适当的方法阻挡甲、乙间物质和能量的转移。在相宜光照和温度下照耀一段时间,在甲、乙中截取对应部分相等面积的叶片,烘干称重,分别记作m1和m2,单位:mg/(dm2·h)。下列说法正确的是(A)A.该方法在未测出呼吸作用强度的条件下,能测出实际光合作用的强度B.(m2-m1)表示乙叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量C.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小D.m1表示被截取的部分在光照时间内呼吸作用的大小解析:m1和m2只是表示某时刻被截取的部分的质量,而净光合作用和呼吸作用的大小是指一段时间内叶片质量的变更量。设甲、乙两部分在试验前的干重为x,则(m2-x)表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小,(x-m1)表示被截取的部分在光照时间内呼吸作用的大小,实际光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度。因此(m2-x)+(x-m1)=m2-m1,该值表示乙叶片被截取的部分在光照时间内光合作用制造的有机物总量,即实际光合作用强度。3.为了测量某植物的光合速率,在不同温度条件下,给植物肯定强度的光照,植物的初始质量为M,光照12h后质量为M+X,再黑暗处理12h后,其质量为M+Y。不同温度条件下测定的X和Y如表所示。下列叙述错误的是(D)温度/℃1520253035X/g1.02.43.24.84.0Y/g0.41.62.13.22.0A.该植物的总光合速率可表示为(2X-Y)/12B.适当延长光照和黑暗处理时间可减小试验误差C.该植物置于30℃的光照环境下比较有利于有机物的积累D.在15～35℃的温度范围内,细胞呼吸速领先上升后下降解析:在光照下,植物进行12h光合作用后质量增加X,则X为净光合作用量;再黑暗处理12h后,呼吸作用消耗量为X-Y,总光合作用量=净光合作用量+呼吸作用消耗量=X+(X-Y)=2X-Y,故总光合速率可表示为(2X-Y)/12;测量时出现误差不行避开,假如试验时间过短就测量,取平均值后,均摊在每小时内的误差就较大,假如适当延长时间,取平均值后,均摊在每小时内的误差就减小,更接近实际值;在光照条件下,该植物在30℃下净光合速率最大,最有利于有机物积累;在15～35℃的温度范围内,12h呼吸作用消耗量(X-Y)依次是0.6、0.8、1.1、1.6、2.0,由此可知,细胞呼吸速率始终在上升。4.某爱好小组设计如图所示试验装置探究“光照强度对黑藻光合速率的影响”。(1)单位时间内有色小液滴的移动距离代表肯定量的黑藻单位时间内的量。

(2)假如利用该装置测定在肯定光照强度下黑藻叶绿体实际光合作用的速率,请写出详细的试验思路:

。

解析:(1)据图分析可知,装置内加入了CO2缓冲液,因此CO2浓度保持不变,有色小液滴的移动距离表示氧气释放量。(2)假如利用该装置测定在肯定光照强度下黑藻叶绿体实际光合作用的速率即总(真)光合速率,可实行的方法是首先不赐予光照,测出黑藻单位时间内的氧气汲取量(呼吸作用速率);再赐予肯定光照条件,其他条件不变,测出黑藻单位时间内氧气释放量(净光合作用速率);光照条件下黑藻单位时间的氧气汲取量(净光合作用速率)与黑暗条件下黑藻单位时间内的氧气汲取量(呼吸作用速率)的和,就是该光照条件下黑藻叶绿体实际光合作用的速率。答案:(1)释放氧气(2)首先不赐予光照,测出黑藻单位时间内的氧气汲取量(呼吸作用速率);再赐予肯定光照条件,其他条件不变,测出黑藻单位时间内氧气释放量(净光合作用速率);然后将光照条件下黑藻单位时间氧气释放量(净光合作用速率)加上黑暗条件下黑藻单位时间内的氧气汲取量(呼吸作用速率),就是该光照条件下黑藻叶绿体实际光合作用的速率5.(2024·河北衡水金卷)光合作用受多种因素的影响,某试验小组想利用如图所示装置对影响植物光合作用的两大因素进行探讨,以便为大棚种植时条件的限制供应依据,试验中温度条件相宜且稳定。回答下列问题。组别123456789试验条件光照强度/lx06006008008001000100015001500CO2浓度/%0.010.010.020.020.030.030.050.050.06液滴移动/(mm·h-1)左移20