2026《金版教程》高考复习方案生物创新多选版-微专题3 光合速率和呼吸速率的测定

一、装置图液滴移动法：气体体积变化法测光合作用O2产生或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，能保证容器内CO2浓度的恒定。2．测定原理(1)甲装置在黑暗条件下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的O2吸收速率，可代表呼吸速率。(2)乙装置在光照条件下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)将植物置于黑暗中(甲装置)一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。(2)将同一植物置于光下(乙装置)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＋净光合速率＝真正光合速率可计算得到真正光合速率。4．物理误差的校正为排除气压、温度等物理因素的影响，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。[例1]下图是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度。该装置放在20℃环境中，强光照射。实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的水滴在位置X，30分钟后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。据此实验回答下列问题：(1)若以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是________mL/h。(2)用这一方法测量光合作用速率，比实际的光合速率要低，原因是________________________________________________________________________。(3)如果在原实验中其他条件不变，只增加光照强度，30分钟后，则针筒的容量维持在0.6mL读数处，水滴仍维持在X位置。在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30℃，其他条件不变，30分钟后，针筒容量需要调至0.8mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。比较两个实验可以得出的结论是__________________________________________________________________________________________________。答案：(1)0.8(2)植物进行了呼吸作用，消耗了氧气(3)原装置中的光照强度已达到饱和，增加光照强度，光合速率不再增加；而适当升高温度，光合速率可以继续增加二、半叶法：测光合作用有机物的生产量(单位时间、单位叶面积干物质产生总量)将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。[例2]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速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：(1)MA表示叶片初始质量－6个小时呼吸作用有机物的消耗量；MB表示________________＋6个小时________________________－6个小时呼吸作用有机物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，则M表示________________________________________。(3)真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。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。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值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)(4)将从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解析：叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。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表示叶片初始质量＋6个小时光合作用有机物的总产量－6个小时呼吸作用有机物的消耗量，MA表示叶片初始质量－6个小时呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6h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)。由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。三、黑白瓶法(1)“黑瓶”不透光，测定的是呼吸作用量(强度)；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量(强度)。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋呼吸作用量(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)为呼吸作用量(强度)；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量(强度)；二者之和为总光合作用量(强度)。(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。[例3]某生物科研小组，从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，温度保持不变，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，请根据其记录数据(如下表)判断下列选项中错误的是()光照强度/klx0(黑暗)abcde白瓶溶氧量/(mg·L－1)31016243030黑瓶溶氧量/(mg·L－1)333333A.黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧B．光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用C．当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21mg/(L·24h)D．当光照强度为d时，再增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不会增加答案：B解析：光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶氧量相等，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的呼吸作用消耗，B错误；当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝(24－10)＋(10－3)＝21[mg/(L·24h)]，C正确；从表格中可看出当光照强度为d时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加，即白瓶中植物的光合速率不会增加，D正确。四、叶片上浮法利用“真空渗入法”排除叶肉细胞间隙的空气，充入水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收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。根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。[例4](多选)图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)，下列相关分析正确的是()A．在ab段，随着水温的增加，光合速率逐渐增大B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸答案：AB解析：叶圆片上浮至液面所用时间的长短，说明氧气释放速率的大小，体现净光合速率的大小，B正确；在ab段，随温度增加，上浮所需时间变短，说明光合速率逐渐增大，A正确；温度不仅影响光合速率，也会影响呼吸速率，图乙只能体现净光合速率的大小，C错误；光合作用会产生氧气，叶片可以进行有氧呼吸，D错误。五、间隔光照法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，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生大量的NADPH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总时间不变的情况下，光照、黑暗交替进行条件下制造的有机物相对多。[例5]科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时的相比，“间隙光”处理的光合作用效率________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，原因是“间隙光”能________________________________________________________。上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率________(填“更快”或“更慢”)。图中两条曲线所围成的面积S1________S2(填“大于”“等于”或“小于”)。答案：大于充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP更快等于解析：光照总时间相同的情况下，“间隙光”与连续光照处理相比，光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，因为从图中可看出在“间隙光”处理情况下，黑暗时也有暗反应的进行。S1面积相当于光照时光反应积累的NADPH和ATP，而这些NADPH和ATP在黑暗处理时被暗反应消耗，故S1与S2大致相等。六、梯度法用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。[例6]生物学习小组为探究月季生长的最佳光照强度，设计了下面的实验：首先取若干生长状况相同的月季植株，平均分为6组，分别放在密闭的玻璃容器中。实验开始时测定CO2的浓度，12小时后再次测定CO2的浓度。实验结果如下表，请分析回答：组别温度(℃)光照强度：普通阳光(%)开始时的CO2浓度(%)12小时后CO2浓度(%)12500.350.368225200.350.306325400.350.289425600.350.282525800.350.280625950.350.279(1)这一实验的自变量是________，因变量是________________。在25℃条件下月季能够生长良好的原因是________________________________________________。(2)实验中第1组在12小时后CO2浓度变化的原因是________________________________。(3)如果在实验过程中使用了不同品种的月季植株，这样设计违背了科学实验的________________原则。(4)若将第3组植株突然移至第6组的条件下，短时间内光合细胞中的ATP含量会________。(5)该实验设计尚不能确定月季生长的最佳光照强度，请你提出进一步探究的实验设计思路：________________________________________________________________________________________。答案：(1)光照强度12小时后CO2浓度25℃条件是月季体内进行生化反应的酶所需的适宜温度(2)无光照，月季只进行细胞呼吸(3)单因素对照(单一变量)(4)增加(5)增加若干实验组，继续增加光照强度并将光照强度变化差值缩小，直到测定出12小时后CO2浓度不再随光照强度发生变化解析：(5)从表格中可以看出，在光照强度为95%时，光合速率并没有达到最大，故需继续增大光照强度，即增加若干实验组，依次增加光照强度。七、红外线CO2传感器——测装置中CO2浓度的变化由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有线性关系，因此CO2含量的变化即可灵敏的反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。[例7]将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如图所示。在连续60分钟监测的过程中，以一定强度的光照持续照射植物一段时间，其余时间植物完全处于黑暗中，实验过程中其他外界条件保持不变，下列说法正确的是()A．最初10min内，瓶内CO2浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强B．20min后至实验结束，呼吸作用逐渐增强C．一旦瓶内CO2浓度上升就意味着光合作用停止D．有光照的时间段内，真正光合速率大于80ppmCO