【生物】2018届一轮复习总光合速率、净光合速率与呼吸速率的辨析教案 20页

总光合速率、净光合速率与呼吸速率的辨析 从内涵和外延掌握总光合速率、净光合速率与 呼吸速率，会判断巧计算，全取高考拉分题 重点1　总光合速率、净光合速率与呼吸速率的测定(三率测定)‎ 第一步⇨理清原理，把握精髓，突破方法 ‎1.测定组织细胞呼吸速率的方法 ‎(1)测定组织细胞呼吸速率的装置与原理 ‎①装置 ‎②指标：细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示。‎ ‎③原理：组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的水滴左移。单位时间内水滴左移的体积即表示呼吸速率。‎ ‎(2)物理误差的校正 ‎①如果实验材料是绿色植物，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如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。‎ ‎③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。‎ 注　用脂肪(或脂质)含量高的种子，如油料种子做测定实验，则水滴移动更明显(因其消耗O2量更大)。‎ ‎2.植物光合速率与呼吸速率的实验测定常用方法 ‎(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的O2吸收速率，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、温度等物理因素所引起的误差，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。‎ 第二步⇨描准高考命题切入点，对点强化，全面提升 ‎1.(2015·福建泉州毕业班质检，28)如图装置可用于测定动物的呼吸速率。下列关于该装置的叙述错误的是(　　)‎ A.试管内加入的试剂是NaOH溶液 B.温水的作用是使瓶内温度相对稳定 C.实验中玻璃管内的红墨水向右移动 D.该装置直接测定动物呼吸释放的CO2量 解析　该装置通过瓶内的气压变化来测定动物的呼吸速率。由于呼吸作用过程中有CO2和O2两种气体的变化，因此通过在试管内放NaOH溶液来吸收CO2，消除CO2对瓶内气压的影响，测出动物呼吸时所消耗的氧气量，而不是直接测定动物呼吸时所释放的CO2量，D错误。将广口瓶放入盛有温水的水槽内是为了使瓶内温度恒定；由于动物呼吸消耗氧气会让瓶内的气压降低，因此红墨水会向右移动，A、B、C正确。‎ 答案　D ‎2.某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。‎ ‎(1)先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：‎ ‎①甲、乙两装置的D中都放入________，装置乙作为对照。‎ ‎②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。‎ ‎③30 min后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。‎ ‎(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：‎ ‎①甲、乙两装置的D中放入_____________________________________。‎ ‎②把甲、乙装置放在___________________________________________。‎ ‎③30 min后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。‎ ‎(3)实验进行30 min后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：‎ 实验30 min后红墨水滴移动情况 测定植物呼吸作用强度 甲装置 ‎____(填“左”或“右”)移1.5 cm 乙装置 右移0.5 cm 测定植物净光合作用强度 甲装置 ‎____(填“左”或“右”)移4.5 cm 乙装置 右移0.5 cm ‎(4)假设红墨水滴每移动1 cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1 g，那么该植物的呼吸速率是________g/h；白天光照15 h.一昼夜葡萄糖的积累量是________g(不考虑昼夜温差的影响)。‎ 解析　要测定光合作用强度必须先测定呼吸作用强度，在测定呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用。用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的CO2，植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件：充足的光照、一定浓度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用过程中消耗一定量CO2，产生等量O2，而NaHCO3溶液可保证装置内CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响.而不受CO2气体减少量的影响。对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素(如气压等)对实验产生影响的结果，实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，即该植物的呼吸速率为(1.5＋0.5)×2＝4(g/h)；净光合速率为(4.5—0.5)×2＝8(g/h)，白天光照15 h的净光合作用量是8×15＝120(g)，一昼夜葡萄糖的积累量等于15 h的光合作用实际产生量减去24 h的呼吸作用消耗量，等同于15 h的净光合作用量减去9 h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84(g)。‎ 答案　(1)①NaOH溶液　②遮光　(2)①NaHCO3溶液，装置乙作为对照　②光照充足、温度等相同且适宜的环境中　(3)左　右　(4)4　84‎ ‎3.利用以下装置可探究某绿色植物的生理作用。假如该植物的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。回答下列问题：‎ ‎(1)实验前，应________(填“打开”或“关闭”)活塞，记录有色液滴的位置。‎ ‎(2)忽略装置内其他微生物的干扰，可利用装置____________来探究该植物的呼吸作用类型，此时应对实验装置进行____________处理，若________________________，则该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸；该植物的根尖细胞内，能产生CO2，但不伴随ATP合成的生理过程是_____________________________________。‎ ‎(3)忽略装置内其他微生物的干扰，最好选择装置____________来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。在暗反应阶段中，CO2需要转化成____________才能被[H]还原。‎ 解析　(1)可通过该装置中有色液滴的移动情况来反映呼吸作用和光合作用，故需记录有色液滴的位置(或所在的刻度)；另外，装置必须密闭，即要关闭活塞。(2)‎ 可利用装置甲和装置乙来探究该植株的呼吸作用类型，实验时一定要对装置进行完全遮光处理，装置甲内含有氢氧化钠溶液，可吸收植株呼吸作用产生的CO2，若呼吸作用消耗氧气，则有色液滴向左移；装置乙内无吸收CO2的溶液，根据有氧呼吸和无氧呼吸的特点可知，若植物进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，则装置乙中的有色液滴会向右移。无氧呼吸的第二阶段有CO2产生，但不产生ATP。(3)装置甲内无CO2，而装置丙内有CO2，且CO2浓度在一段时间内不变，故这两套装置适合用于验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。‎ 答案　(1)关闭　(2)甲和乙　完全遮光　装置甲中的有色液滴向左移，装置乙中的有色液滴向右移　无氧呼吸的第二阶段　(3)甲和丙　C3‎ 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——氢氧化钠溶液；‎ ‎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。‎ 第一步⇨研析内涵、明点析线，宏观微观并举，点悟解题切入点 ‎1.理清净光合速率和真正光合速率内涵 在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量，用于表示净光合速率，而真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。‎ 常用表示方法 项目 表示方法 净光合速率 ‎①“测定的”植物(叶片)吸收CO2量或“实验容器内”CO2‎ 的减少量；②“植物(叶片)”释放O2量或“容器内”O2的增加量；③植物(叶片)“积累”葡萄糖量或植物(叶片)质量(有机物)增加量 真正光合速率 ‎①叶绿体“吸收”CO2量；②叶绿体“释放”O2量；③植物或叶绿体“产生”葡萄糖量 呼吸速率(遮光条件下测得)‎ 黑暗条件下，植物CO2释放量、O2吸收量、C6H12O6消耗量 注　若试题以坐标曲线形式出现，如果光照强度为0时，CO2吸收量为0，则为真正光合速率，如果光合速率数值有负值，则为净光合速率。‎ ‎2.总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系 ‎(1)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得数据为呼吸速率(A点)。‎ ‎(2)绿色组织在有光条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。‎ ‎(3)总(真正)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。‎ ‎　　　　　　　　　 图1‎ ‎(4)各点(段)光合作用和呼吸作用分析 曲线对应点 细胞生理活动 ATP产生场所 细胞或植物体外观表现 图示 A点 只进行细胞呼吸，不进行光合作用——呼吸速率 只在细胞质基质和线粒体 从外界吸收O2，向外界排出CO2‎ AB段(不含A、B点)‎ 呼吸量＞光合量——净光合＜0‎ 细胞质基质、线粒体、叶绿体 从外界吸收O2，向外界排出CO2‎ B点 光合量＝呼吸量——净光合＝0‎ 与外界不发生气体交换 B点之后 光合量＞呼吸量——净光合＞0‎ 从外界吸收CO2，‎ 向外界释放O2——此时植物可更新空气 ‎(5)常考曲线分析 特别提醒　总光合速率与呼吸速率曲线交点处表示此时光合速率＝呼吸速率，不要认为净光合速率曲线与呼吸速率曲线交点处也表示光合速率＝呼吸速率，此时总光合速率恰恰是呼吸速率的2倍。‎ ‎3.净(表观)光合速率与实际(总)光合速率宏观与微观水平分析 注　m表示CO2　n表示O2‎ ‎(1)呼吸速率 ‎①用产物CO2表示：m1即线粒体释放CO2量或“黑暗”条件下细胞或植物体释放CO2量。‎ ‎②用底物O2表示：n1即线粒体吸收O2总量或“黑暗”条件下细胞或植物体从外界吸收的O2量。‎ ‎(2)总光合速率 ‎①用CO2表示：m1＋m2即“叶绿体”利用CO2或固定CO2总量(此为呼吸量与净光合量之和)。‎ ‎②用O2表示：n1＋n2即叶绿体产生或释放O2总量(此为呼吸耗O2量与净光合量之和)。‎ ‎(3)净光合速率(v净＝v总－v呼)‎ ‎①用底物CO2表示：m2即植物或细胞从外界吸收的CO2量。‎ ‎②用产物O2表示：n2即植物或细胞向外界释放的O2量。‎ 光合速率与植物生长 ‎(1)当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。‎ ‎(2)当净光合速率＝0时，植物不能生长。‎ ‎(3)当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。‎ 由此可见：植物生长速率取决于总光合速率与呼吸速率之差即“净光合速率”，切不可盲目地认为总光合速率越高时，植物生长越快。‎ 第二步⇨研析题型，变换视角，全取高考拉分题 视角1　总光合速率、净光合速率及呼吸速率的计算 ‎1.将生长状况相同的某种植物的叶片均分成4等份，在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测其有机物变化，得到如图数据。下列说法正确的是(　　)‎ A.该植物在27 ℃时生长最快，在29 ℃和30 ℃时不表现生长现象 B.该植物呼吸作用和光合作用的最适温度在所给的4个温度中都是29 ℃‎ C.在27 ℃、28 ℃和29 ℃时光合作用制造的有机物的量相等 D.30 ℃时光合作用制造的有机物等于呼吸作用消耗的有机物都是1 mg/h 解析　暗处理后有机物减少量代表呼吸速率，4个温度下分别为1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h、‎ ‎1 mg/h，光照后与暗处理前的有机物增加量代表1 h光合作用制造有机物量和2 h呼吸作用消耗有机物量的差值，所以4个温度下总光合速率(有机物制造量)分别为5 mg/h、7 mg/h、9 mg/h、3 mg/h。该植物在29 ℃时生长最快，4个温度下都表现生长现象；该植物在29 ℃条件下制造的有机物量最多；该植物在30 ℃条件下光合作用制造的有机物为3 mg/h，呼吸作用消耗的有机物为1 mg/h。‎ 答案　B ‎2.在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定A植物和B植物在不同光照条件下的光合速率，结果如下表，以下有关说法错误的是(　　)‎ 光合速率与呼吸速率相等时的光照强度/klx 光饱和时的光照强度klx 光饱和时的CO2吸收速率/[mg·(102cm2叶h)－1]‎ 黑暗条件下CO2释放速率/[mg·(102cm2叶h)－1]‎ A植物 ‎1‎ ‎3‎ ‎11‎ ‎5.5‎ B植物 ‎3‎ ‎9‎ ‎30‎ ‎15‎ A.与B植物相比，A植物是在弱光照条件下生长的植物 B.当光照强度超过9 klx时，B植物光合速率不再增加，造成这种现象的原因可能是暗反应跟不上光反应 C.当光照强度为9 klx时，B植物的总光合速率是45 mg CO2/100 cm2叶·h D.当光照强度为3 klx时，A植物与B植物固定CO2速率的差值为4 mg CO2/100 cm2叶·h 解析　由表可知，光合速率与呼吸速率相等时的光照强度是植物的光补偿点，A 植物的光补偿点低，则A植物属于弱光条件下生长的植物。B植物光饱和时的光照强度是9 klx，此时光反应产生的[H]和ATP不会限制暗反应，则光照强度超过9 klx时，B植物光合速率不再增加的原因是暗反应跟不上光反应。光饱和时CO2吸收速率表示净光合速率，黑暗条件下CO2释放速率表示呼吸速率，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，因此，当光照强度为9 klx时，B植物的总光合速率＝30＋15＝45(mg CO2/100 cm2叶·h)。当光照强度为3 klx时，对B植物来说，此光照强度是光补偿点，因此总光合速率＝呼吸速率＝15 mg CO2/100 cm2叶·h，对A植物来说，此光照强度是光饱和点，因此总光合速率＝11＋5.5＝16.5(mg CO2/100 cm2叶·h)，因此差值为1.5 mg CO2/100 cm2叶·h。‎ 答案　D ‎3.如图表示在不同温度下，测定某植物叶片重量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)的操作流程及结果，据图分析回答问题：‎ ‎(1)从图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为________，光合速率可表示为________。在13～16 ℃之间，随着温度的升高，呼吸作用强度________(填“增强”或“减弱”、“不变”)，实际光合作用的强度________(填“增强”或“减弱”、“不变”)。‎ ‎(2)恒定在上述________℃温度下，维持10 h光照，10 h黑暗，该植物叶片增重最多，增重了________mg。‎ 解析　(1)呼吸速率可用单位时间有机物的减少量来表示，所以是X。净光合速率可用单位时间内有机物的积累量来表示，而总光合速率还要加上呼吸消耗有机物的量，所以是Y＋2X。在13～16 ℃之间，随着温度的升高，呼吸作用强度很明显在逐渐增强，光合作用强度也在逐渐增强。(2)单位时间的净光合作用的积累量是Y＋X，10 h的积累量是10(Y＋X)，再黑暗 ‎10 h，呼吸消耗的有机物的量是10X，经过10 h光照、10 h黑暗，剩余的有机物的量是10Y，据此题图可知在14 ℃时，增重最多，增加的量是30 mg。‎ 答案　(1)X　Y＋2X　增强　增强 ‎(2)14　30‎ ‎4.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6小时后叶片初始质量－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)净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6 h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6 h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6 h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算净光合速率，即M值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6 h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。‎ 进行光合速率、呼吸速率计算，常用如下关系：‎ ‎(1)摩尔数数量关系C6H12O6∶CO2∶O2＝1∶6∶6‎ ‎(2)分子量关系：C6H12O6(180)∶6CO2(6×44)∶6O2(6×32)‎ 视角2　结合曲线模型分析总光合速率、净光合速率和呼吸速率 ‎5.下列关于曲线的描述，正确的是(　　)‎ A.图1中，两曲线的交点对应的是净光合速率为0时的温度 B.图2中，C点对所有进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量等于细胞呼吸产生的CO2量 C.图3中A、B两点为光合速率和呼吸速率相等的点 D.若呼吸作用的原料全部为葡萄糖，则图1中30 ℃时10 h需消耗葡萄糖15 mg 解析　本题考查对光合作用图解的分析和理解。图1中，虚线表示的是净光合速率，实线表示的是呼吸速率，A错误；图2中C点表示整个植物体光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量，但对于进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量，B错误；图3中A、B两点都表示CO2浓度变化的转折点，此时光合速率等于呼吸速率，C正确；由图1可知，30 ℃时植物呼吸作用每小时产生3 mg CO2，根据呼吸作用的总反应式可推知：6CO2→C6H12O6，设1 h需消耗葡萄糖x mg，则(6×44)/3＝180/x，x≈2.045 mg/h，则10 h约需消耗葡萄糖20.45 mg，D错误。‎ 答案　C ‎6.图甲表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示植物光合速率与光照强度的关系曲线。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列说法正确的是(　　)‎ A.若图甲代表水稻，图乙代表蓝藻，则图甲的c时与图乙的C时细胞中产生ATP的场所都有细胞质基质、线粒体和叶绿体 B.若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的b相当于图乙的B点 C.图甲植物的d时单位时间内细胞从周围环境吸收2个单位的CO2‎ D.图乙的A、B、C点光合作用限制因素只有光照强度 解析　蓝藻没有叶绿体和线粒体，A错误；若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的b表示O2产生总量＝CO2释放量，即光合作用O2产生总量