1、精准培优专练培优点八 测定光合速率和呼吸速率一、“实验法”测定光合速率和呼吸速率应用1：密闭装置法典例1. 某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是（ ）A. 若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B. 若要测真光合强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液C. 若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移D. 若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移【答案】C【解析】若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，光合作用将吸收CO2释放O2导致液滴向右移动，液滴移动
2、的距离是释放O2的原因，可表示净光合作用强度大小，A正确；若要测真光合强度，即光合作用的总量，就要明白真正的光合强度=净光合作用强度（释放的O2量）+呼吸消耗强度（吸收的O2量），X溶液为CO2缓冲液并给予光照，可表示净光合作用强度大小，那X溶液为NaOH溶液并遮光处理，在有氧呼吸中吸收的O2量等于产生的CO2量并被NaOH吸收，导致密闭小室中气体体积减小，液滴向左移动，可表示的是呼吸消耗强度，B正确；清水既不吸收和释放O2，也不吸收和释放CO2X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，呼吸作用产生的CO2全部被光合作用所用，光合作用产生的O2除满足呼吸作用所用外，又释放到细胞外，同时从
3、细胞外吸收CO2，但是密闭小室中的CO2量有限，限制释放的O2量和吸收的CO2量相等，液滴不移动，C错误；若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，由于脂肪中H含量比糖中高，有氧呼吸时消耗的O2量多，产生的CO2量相对减少，导致密闭小室中气体体积减小，液滴左移，D正确。应用2：黑白瓶法典例2. 回答下列与生物的物质及能量代谢有关的问题：（1）在森林生态系统中，生产者的能量来自于_，生产者的能量可以直接流向_（答出2点即可）。（2）通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出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
4、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，一份直接测定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，本实验中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_。【答案】（1）太阳能 初级消费者、分解者 （2）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【解析】(1)在森林生态系统中，生产者的能量来自于生产者通过光合作用固定的
5、太阳能。生产者的能量可以直接随着初级消费者的摄食作用而流入初级消费者，也可以随残枝败叶流向分解者。(2)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含量的变化反映的是呼吸作用耗氧量，因此BA呼吸作用耗氧量；乙瓶O2含量变化反映的是净光合作用放氧量，所以CA光合作用总放氧量呼吸作用耗氧量。综上分析，本实验中，CA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；CB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；AB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
6、作用耗氧量。应用3：半叶法典例3. 某科研小组采用“半叶法”对某植物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作用强度，其单位是mg/（dm2h）。（1）MA表示6小时后：叶片初始质量一呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6小时后： + -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（单位：mg/dm2h）的计算方法是 。（4）本方法也可用于测定叶片的呼吸速
7、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6小时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）将在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】（1）A部分遮光处理，植物叶肉细胞只能进行呼吸作用，因此MA表示6小时后：叶片初始质量一呼吸作用有机物的消耗量；B部分为遮光，植物叶肉细胞同时进行呼吸作用和光合作用，因此MB表示6小时后：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。（2）根据第
8、（1）题可知，M=MB-MA=（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）-（叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量）=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。（3）真光合速率的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的CO2或释放的O2表示，亦可用单位时间、单位叶面积所积累的干物质量表示。因此真光合速率=M（截取面积时间）。（4）本方法主要是将光合作用和呼吸作用分开进行，最后取差值来计算单位面积、单位时间内的光合速率的方法。因此将在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
9、。二、对点增分集训1下图为探究绿色植物的相关生命活动过程的实验装置。对图示装置的分析错误的是（ ）A. 红色小液滴移动的距离表示装置内O2的变化量B. 若测呼吸速率，该装置应置于黑暗中，对照组的植物应换成死幼苗C. 若测光合速率，给予一定的光照，单位时间小液滴移动的距离可代表总光合速率D. 打开阀门并移除NaOH溶液后，此装置可用来验证水是光合作用原料【答案】C【解析】装置中NaOH溶液的作用是吸收CO2，无论是测光合速率还是呼吸速率，红色小液滴移动的距离都表示装置内O2的变化量，A项正确；植物呼吸速率测定的条件是将装置置于黑暗中。为了使测得的有色液滴移动数值更准确，必须排除外界环境对这个装置
10、的影响，因此对照组装置内应放入与实验组相同的死幼苗，以测定该装置未进行呼吸时液滴的移动，从而得出更准确的数据，B项正确；若要测光合速率，应先将NaOH溶液换成NaHCO3缓冲液，后给予一定的光照，单位时间小液滴移动的距离可代表净光合速率，C项错误；装置内植物有一叶片的主脉切断分成A、B两部分，若打开阀门，移除NaOH溶液，该装置可用来验证水是光合作用原料，实验设计思路如下：将此装置在黑暗处放置一昼夜后，移到阳光下。一段时间后取下实验叶片，除去叶绿素后滴加碘液，观察A、B两部分颜色变化，D项正确。2如图甲曲线表示在温度为25（该温度是该作物光合作用的最适温度），水分和无机盐均适宜的条件下，温室内
11、光照强度与作物光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置。下列有关分析错误的是（ ）A图甲曲线中，当BEC时，限制作物增产的主要因素是CO2浓度B图甲曲线中，当光照强度为B时，叶绿体吸收CO2的量等于abC图乙装置中盛水玻璃柱的作用是吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温的影响D若该植物呼吸作用的最适温度为30，在其他条件不变的情况下，将温度调节到30，图甲曲线中a点上移、b点下移【答案】D【解析】图甲曲线是在温度为25条件下获得的。若该植物呼吸作用的最适温度为30，光合作用的最适温度是25，在其他条件不变的情况下，将温度调节到30，则呼吸速率增大，光合速率有所减弱，所
12、以图甲曲线中的a和b点都将向下移动，D项错误。3为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响，设计图甲所示实验装置若干(已知密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化)，在相同温度条件下进行实验，一段时间后测量每个小室中的气体释放量，绘制曲线如图乙。下列叙述正确的是（ ）A. 该实验中植物释放的气体是O2 B. 当距离为C时，该植物叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率 C. 当距离由C突然变为a时，短时间内叶绿体中C5的含量增加 D. 当光源与密闭小室的距离小于a时，限制光合作用的主要因素是光照强度【答案】C【解析】当光源与密闭小室的距离大于c时，呼吸速率大于光合速率，植物释放的气体是CO2，在距离小于
13、c时，光合速率大于呼吸速率，植物释放的气体是O2，A项错误；实验测得是整个植株气体释放速率，但相当一部分细胞不能进行光合作用，但可以进行呼吸作用，所以叶肉细胞的光合速率应大于呼吸速率，B项错误；当距离由c突然变为a时，光照强度增强，短时间内叶绿体中C5的含量增加，C项正确；当光源与密闭小室的距离小于a时，光合速率达到最大，限制光合作用的主要因素不再是光照强度，D项错误。4某实验小组将玉米幼苗置于一密闭容器内，测定温度对光合作用和细胞呼吸的影响（用容器内CO2的变化量表示），实验结果如下（“+”表示增加，“一”表示减少），下列有关叙述不正确的是（ ）A. 在适宜光照下，30时光合速率等于呼吸速率
14、B. 在黑暗情况下，叶肉细胞干重减少C. 光合作用酶和细胞呼吸酶的最适温度不同D. 在适宜光照下，25和35时积累的有机物速率相同【答案】A【解析】根据表中数据可知，黑暗下植物只进行呼吸作用，因此其数值代表相应温度下的呼吸作用速率，而光照下，植物进行光合作用和呼吸作用，因此光照下的数值表示相应温度下的净光合作用速率，30呼吸作用速率为35，净光合作用速率为35，光合作用速率为70，故A错误；黑暗环境下，植物进行呼吸作用分解有机物，导致有机物的含量减少，故B正确；根据表中数据可知，呼吸作用的最适温度为35，而光合作用的最适温度为30，故C正确；根据表中数据可知，25和35的净光合作用速率相同，即
15、有机物的积累量相同，故D正确。5科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图，图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。下列有关分析错误的是（ ）A研磨叶片时需加入适量CaCO3，可防止叶绿素被降解B图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是提供CO2C若提高反应液中NaHCO3浓度，果肉放氧速率将不断增大D图2中若在20min后停止光照，则短时间内叶绿体中C3含量增加【答案】C【解析】若提高反应液中NaHCO3浓度，果肉细胞的光合作用会逐渐增强，但由于光照强度、温度等因素的限制，果肉细胞的光合速率最终趋于稳定，C项错误。6甲图中，A、B分别
16、为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中B已死亡。气球内的培养液中均含CO2缓冲液（维持气球内CO2浓度不变）；初始时指针指向正中零的位置。乙图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针复零。下列相关描述，不正确的是（）A. 在适宜光照条件下，指针将向右偏转B. 该实验的自变量为光照强度，C点的含义为O2释放量最大C. CE段说明随灯光距离的增大，O2释放量减少D. F点与A、B、C、D点的指针的偏转方向相同，但数值较小【答案】D 【解析】F点时呼吸速率大于光合速率，此时指针偏转方向应与A、B、C、D点的相反。7如图所示的密闭透明玻璃
17、装置内放有萌发的种子（下铺一层吸满水的棉布）和一绿色盆栽植物。请据图回答下列问题：（1）萌发的种子可使装置内的增加，进而有利于盆栽植物的。（2）若棉布吸的水用18O标记，而用于浇盆栽的水中不含18O，一段时间后发现盆栽植物合成的葡萄糖中含有18O，则该过程中，18O所经历的物质依次为（用化学式和箭头表示）。（3）如果把通气孔堵塞，一段时间后，萌发种子的有氧呼吸速率会（填“增大”、“不变”或“减小”）；而盆栽植物叶绿体中C3含量较通气孔堵塞前（填“增加”或“减少”），C3含量变化的原因是_。（4）若要利用图示装置来检测该盆栽植物的真正光合速率，则如何操作？（写出简要思路即可）。_。【答案】（1）
18、CO2 光合作用 （2）HOC18O2C6HO6 （3）减小 减少 通气孔堵塞，萌发的种子产生的CO2不能进入盆栽植物一侧，盆栽植物侧的CO2含量减少，通过CO2的固定形成C3的量减少，但其还原正常进行（合理即可）（4）将通气孔堵塞，并在盆栽植物侧加入CO2缓冲液，用氧气传感器检测有光和无光情况下氧气的变化速率，再进行相关计算【解析】（1）萌发的种子生命活动旺盛，呼吸作用加强，可使装置内的CO2增加，进而有利于盆栽植物的光合作用。（2）萌发的种子进行细胞呼吸时会消耗吸水棉布中H218O的产生C18O2，C18O2通过通气孔进入装置右侧，被盆栽植物进行光合作用时利用，从而产生C6HO6。（3）通
19、气孔堵塞，盆栽植物光合作用产生的氧气不能被萌发的种子所利用，而萌发的种子呼吸作用释放的CO2也不能被盆栽植物所利用，故通气孔堵塞一段时间后，萌发种子的有氧呼吸会减弱；由于盆栽植物侧的CO2含量减少，通过CO2的固定形成C3的量减少，但其还原正常进行，故盆栽植物叶绿体中C3含量较通气孔堵塞前减少。（4）检测植物的真正光合作用速率时，要在黑暗环境中测得该植物的呼吸速率，还要在有光条件下测净光合作用速率，通过计算可得植物的真正光合作用速率。8某兴趣小组利用“半叶法”测定植物光合作用强度，具体方法步骤如下：选取植株上若干生长良好、大小相同且左右对称的叶片，采用适当的方法处理叶柄，杀死韧皮部细胞；将A侧
20、用黑布遮光，B侧正常光照，如图所示；在恒温条件下光照4h后，在A、B两侧的对称部位截取等面积S（单位面积：cm2）的叶片，烘干称重求平均值，记为mA、mB，（单位：mg）。请回答：（1）实验中杀死叶柄韧皮部细胞的目的是_。（2）实验过程中，A、B两侧的叶肉细胞产生ATP的场所分别是_、_。（3）该植物叶片的总光合速率可表示为_。（4）若要测定叶片的净光合速率，还需补充的实验操作是：_。测得的净光合速率可表示为_。（注：补充实验操作所测得的数据用字母X表示。）【答案】（1）阻止叶片中有机物质的转移（或阻止叶片中有机物的输出和输入） （2）细胞质基质和线粒体 细胞质基质、线粒体和叶绿体 （3）（m
21、B-mA）/4S mg/（cm2h） （4）实验开始时另取若干叶片分别截取面积S的叶片，立即烘干称重求平均值，记为X （mB-X）/4S mg/（cm2h）【解析】（1）韧皮部细胞中含有筛管，杀死叶柄韧皮部细胞可阻止叶片中的有机物转移，保证实验中B侧叶片测定的有机物总量为原有的有机物量+这段时间光合作用产生有机物量-这段时间呼吸作用消耗有机物的量。（2）实验中，A侧用黑布遮光，只能进行呼吸作用，叶肉细胞产生ATP的场所为细胞质基质和线粒体，B侧正常光照能进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。（3）A侧只进行呼吸作用消耗有机物即mA=原有的有机物量-呼吸作
22、用消耗有机物的量，B侧同时进行光合作用和呼吸作用即mB=原有有机物的量+光合作用产生有机物的量-呼吸作用消耗有机物的量，则4h内该植物面积S的叶片光合作用产生的有机物的量=mA-mB，该植物叶片的总光合速率可表示为（mB-mA）/4S mg/（cm2h）。（4）若要测定叶片的净光合速率，则需测定叶片原有有机物的量，需补充的实验操作是实验开始时另取若干叶片分别截取面积S的叶片，立即烘干称重求平均值，记为X，4h积累的有机物的量=原有有机物的量+光合作用产生有机物的量-呼吸作用消耗有机物的量-原有有机物的量，因此净光合速率可表示为（mB-X）/4S mg/（cm2h）。9在25、CO2浓度为0.1
23、0%等环境条件下，实验测得某植物幼苗光合作用与光照强度关系，结果如图甲所示。请回答下列问题：（1）在其他条件不变的情况下，环境温度由25升高到30的过程中，D点逐渐左移，对这种变化的合理解释是温度升高，光合作用的_降低，光饱和点下降。（2）在温度等条件保持不变的情况下，CO2浓度若下降到0.03%，B点右移，对该现象最合理的解释是CO2浓度下降，_阶段减弱，故在光合作用强度达到与呼吸作用强度_时所需要的光照强度相应增强。（3）若在植物培养液中加入抑制暗反应的药物后，发现在同样的光照条件下释放氧气的速率会下降。分析主要原因是_的积累，使光反应速率减慢。（4）要测得植物在温度为25、光照强度为D时
24、的真正光合速率，根据图乙实验装置及必备的溶液(NaHCO3溶液、NaOH溶液)至少需要设计两组实验。一组装置：放置NaOH溶液，将植物置于温度为25、_条件下，测呼吸作用速率(氧气的吸收速率)；另一组装置：放置同种生长状况相同的植物、NaHCO3溶液，并置于温度为_、_的密闭环境中，测净光合速率(氧气的释放速率)。【答案】（1）酶活性 （2）暗反应 相等 （3）H、ATP （4）黑暗或遮光 25 光照强度为D【解析】（1）环境温度由25升高到30的过程中，D点逐渐左移，说明光合作用强度降低，原因可能是温度升高，光合酶活性降低，光饱和点下降（所需要的最强光照强度减弱）。（2）甲图中的B点表示光合
25、作用强度与呼吸作用强度相等，CO2浓度若下降到0.03%，导致暗反应减弱，使得光合作用强度减弱，要保证光合作用强度与呼吸作用强度相等，所需要的光照强度相应增强，因此B点向右移。（3）光反应的产物是H(NADPH)和ATP，H和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原，加入抑制暗反应的药物，会导致H和ATP的积累，进而抑制光反应阶段，使光反应速率减慢。（4）真光合作用是呼吸作用与净光合作用之和，呼吸作用需要在黑暗的条件下侧得，NaOH可以吸收呼吸作用产生的二氧化碳，此时装置压强的变化就是呼吸作用吸收氧气的量。在光照作用下，NaHCO3溶液可以提供光合作用的二氧化碳，此时压强的变化应是光合作用放出的氧气与呼吸作用吸收的氧气的差值，因此要测得植物在温度为25、光照强度为D时的真正光合速率，一组装置放置NaOH溶液，将植物置于温度为25、黑暗或遮光条件下，测呼吸作用速率（氧气的吸收速率），另一组装置放置同种生长状况相同的植物、NaHCO3溶液，并置于温度为25、光照强度为D的密闭环境中，测得净光合速率（氧气的释放速率）。11