(2020年高考必考考点)生物必修一 第三单元 细胞的能量供应和利用补上一课2 “三率”测定及相关实验设计.doc
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1、1.总光合速率、净光合速率和呼吸速率的常用表示方法(1)微观点悟(2)归纳总结总光合速率或叶绿体释放O2量O2产生速率CO2固定(或叶绿体利用CO2量或植株消耗CO2)速率有机物产生(或制造、生成)速率净光合速率或植株释放O2量O2释放速率CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率2.常考曲线分析(1)曲线分段解读(2)三种常考曲线模型分析以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标【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。视角
2、1总光合速率、净光合速率及呼吸速率的计算1.(2019广东湛江市调研)为探究不同pH对草莓产量的影响,科研人员先将消毒后生理状态良好且相同的草莓幼苗进行黑暗处理,然后再分别置于pH为a、b、c、d和e的培养液中培养,其他条件相同且适宜。培养一段时间后,测定草莓幼苗叶片净光合速率、呼吸速率,结果如表所示。请回答下列问题:培养液pH呼吸速率净光合速率a200150b210240c220300d240270e250250注:表格中的数据为O2的吸收速率或释放速率,单位为(molmg1h1)。(1)除了可以通过测定O2释放量,还可以通过测定_(答出一种即可)来计算净光合速率。(2)在该实验中,pH为_
3、的培养液中总光合速率最大。(3)培养草莓幼苗的过程中应隔天更换培养液,除了可以防止缺氧造成烂根和营养不足,还能防止培养液的_发生变化影响实验结果。(4)植物若能正常生长,其光合作用固定的有机物的量要_(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物的量。pH为e时,要保证草莓幼苗能正常生长,每天光照时间应大于_h。解析(1)净光合速率除了可以用O2的释放量来表示,还可以用CO2的吸收量或有机物的积累量来表示。(2)总光合速率是净光合速率和呼吸速率之和,故题表中总光合速率最大时对应的培养液的pH是c。(3)本题研究的是不同pH对草莓产量的影响,在培养过程中,植物根对离子的选择性吸收和根细胞呼
4、吸作用产生的CO2,都会改变培养液的pH,从而影响实验结果。(4)植物若要正常生长,其光合作用固定的有机物的量要大于呼吸作用消耗的有机物的量,当pH为e时,要保证草莓幼苗能正常生长(设每天需要的光照时间为t h),则要满足500t25024,t12,即每天光照时间应大于12 h。答案(1)CO2的吸收量或有机物的积累量(答出一种即可)(2)c(3)pH(4)大于12视角2曲线图中3个常考点(“光为0”点、补偿点、饱和点)的移动问题2.(2019益阳市、湘潭市调研)图甲中试管A与试管B敞口培养相同数量的小球藻,研究光照强度对小球藻氧气产生量的影响,试管A的结果如图乙所示。据图分析,下列叙述正确的
5、是()A.Q点的O2净释放量为零,是因为此点光合作用强度为零B.P点为负值的原因是细胞呼吸消耗氧气;适当降低温度,P点将下降C.在图乙上绘制装置B的曲线,Q点应右移D.降低CO2浓度时,在图乙上绘制装置A的曲线,R点应右移解析Q点时净光合速率为0,光合作用强度不为0,A错误;P点对应的数值的绝对值代表呼吸速率,若适当降低温度,呼吸速率会下降,则P点会上移,B错误;装置B中缺镁影响叶绿素的合成,小球藻光合速率低,Q点应右移,C正确;CO2浓度降低,光合速率下降,R点应向左下移动,D错误。答案C3.(2019信阳市新高三定位考试)下图为在温度和大气CO2浓度恒定的条件下,测定的植物甲、植物乙在不同
6、光照强度下的CO2吸收量的实验结果。请回答下列问题:(1)在光照强度为5 klx条件下,植物甲的叶绿体中ATP的移动方向为_,此时限制植物乙光合速率的主要环境因素是_。若光照强度增加到10 klx,则与5 klx相比,植物甲的叶绿体中C3含量_(填“增加”“减少”或“基本不变”)。(2)植物甲在光照强度为A klx时,其叶肉细胞进行光合作用所需的CO2来源于_(填部位或场所),此时植物甲的实际光合速率_(填“大于”“小于”或“等于”)植物乙在光照强度为B klx的实际光合速率。(3)若CO2浓度升高,则植物乙的光饱和点会向_(填“左”或“右”)移动。答案(1)由类囊体薄膜到叶绿体基质光照强度基
7、本不变(2)叶肉细胞自身线粒体和细胞外大于(3)右3个关键点的移动规律如图所示,A、B、D依次表示“光为0”点、补偿点与饱和点,其移动规律归纳如下:(1)细胞呼吸加强时,其O2吸收量或CO2释放量均增加(离O点越远),图示A点下移,反之,细胞呼吸减弱时,O2吸收量或CO2释放量均减小(离O点越近),图示A点上移。(2)若改变的条件有利于光合作用时,补偿点应左移(靠O点越近),即B点左移,而饱和点(D点)应右移(曲线图上C点向右上移)。(3)若改变的条件不利于光合作用(如缺Mg2,温度变的不适宜等)时,补偿点(即B点)应右移,饱和点(D)应左移(曲线图上C点向左下移)。视角3结合坐标模型分析总光
8、合速率、净光合速率和呼吸速率4.(2017北京卷,2)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此,对该植物生理特性理解错误的是()A.呼吸作用的最适温度比光合作用的高B.净光合作用的最适温度约为25 C.在025 范围内,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大D.适合该植物生长的温度范围是1050 慧眼识图获取信息答案D5.(2018全国卷,29)回答下列问题:(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的_上,该物质主要捕获可见光中的_。(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可
9、知:当叶面积系数小于a时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均_。当叶面积系数超过b时,群体干物质积累速率降低,其原因是_。(3)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度_(填“高”或“低”)。解析(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素,分布于类囊体膜,主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知,叶面积系数小于a时,群体干物质积累速率和群体光合速率都增加;叶面积系数超过b时,群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,因此群体净光合速率降低,干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸释放的CO2量相等时所需要的光照强度即
10、光补偿点。通常,与阳生植物相比,阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低,即达到此点需要的光照强度低。答案(1)类囊体膜蓝紫光和红光(2)增加群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,故群体干物质积累速率降低(3)低模型1气体体积变化法测定光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积实验原理(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
11、,可代表净光合速率。(3)真正光合速率净光合速率呼吸速率。(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。【典例1】 甲图为测定光合速率的装置,在密封的试管内放以新鲜叶片和CO2缓冲液,试管内气体体积变化可根据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得。在不同强度的光照条件下,测得的1 h内气体体积变化情况如乙图。请回答下列问题:(1)标记实验开始时毛细刻度管中液滴所在位置。实验中,当光照强度由0渐变为2.5千勒克斯过程中(不同光照强度照射的时间均等),液滴移动的方向是向_(填“左”或“右”)
12、侧移动。(2)为了防止无关变量对实验结果的干扰,本实验还应设置对照组,对照组与实验组的区别是_。(3)下表数据表示光照强度为10 klx时,1 h内实验组和对照组的气体体积变化(“”表示增加)。光照强度实验组气体体积变化量对照组气体体积变化量10 klx11 mL1.5 mL此时,植物每小时光合作用产生的气体量为_mL(植物叶片呼吸速率不变)。(4)丙图中可以表示O2的字母有_。(5)光照强度小于2.5 klx时,丙图中不存在的箭头有_。解析(1)根据乙图,在光照强度由0变化为2.5千勒克斯过程中,光合速率小于呼吸速率,容器内气体(指氧气)体积减小,因此,红色液滴向左侧移动。(2)对照组中应将
13、新鲜的叶片替换为大小相同的死叶片,其他处理与实验组应保持相同。(3)根据表中数据,可以得出绿叶每小时释放的氧气量为111.59.5(mL),绿叶每小时光合作用产生的氧气量等于绿叶释放的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量(为5 mL)之和,即9.5514.5(mL)。(4)丙图中A、B分别表示叶绿体、线粒体,叶绿体中释放氧气,线粒体中消耗氧气,因此,b、c、e表示氧气。(5)光照强度小于2.5 klx时,试管中氧气的含量减少,因此(实际)光合作用速率小于呼吸作用速率,则线粒体产生的二氧化碳就能满足叶绿体中光合作用的需要,因此,d(叶绿体吸收线粒体产生的CO2)存在、a(叶绿体从外界吸收CO2)不存在;
14、叶绿体光合作用释放的氧气全部供应线粒体的呼吸作用,因此,c(线粒体吸收叶绿体产生的O2)存在、b(叶绿体向外界释放O2)不存在,线粒体还需要从外界吸收部分氧气(e存在),同时释放部分二氧化碳到外界环境(f存在)。答案(1)左(2)将新鲜的叶片改为大小相同的死叶片(其他合理答案也可)(3)14.5(4)b、c、e(5)a、b模型2黑白瓶法测溶氧量的变化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是常见题型,掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理,是解答此类试题的关键。具体方法如下:(1)“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)净光合
15、作用量(强度)有氧呼吸量(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)在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。【典例2】 (2019湖北襄阳四中调研)某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样(其中有植物),分装于六对黑白瓶中,剩余的水样测得初溶解氧的含量为10 mg/L,白瓶为透明玻璃瓶,黑瓶为用黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下,24 h后,实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量,记录数据如表所示。根据信息,回答下列问题:
16、光照强度/klx0abcde白瓶溶氧量/(mgL1)31016243030黑瓶溶氧量/(mgL1)333333(1)黑瓶中溶解氧的含量降低为3 mg/L的原因是_;该瓶中所有生物在24 h内通过细胞呼吸消耗的O2量为_ mg/L。(2)当光照强度为c klx时,在24 h内白瓶中植物产生的O2量为_ mg/L。光照强度至少为_ klx时,该水层生物产氧量才能维持其正常生活耗氧量所需。当光照强度为_ klx时,再增加光照强度,瓶中溶解氧的含量也不会增加。(3)若将光照强度为a klx下的白瓶移至光照强度为b klx条件下,则该瓶中植物细胞的光合作用速率_(填“增大”“减小”或“不变”),其主要原
17、因是_。C3经一系列变化可形成_。解析(1)在黑暗条件下,植物只能进行呼吸作用消耗O2,不能进行光合作用产生O2,所以溶解氧的含量由10 mg/L降低为3 mg/L,24 h内该瓶中所有生物通过呼吸作用消耗的O2量为(103)7 mg/L。(2)O2产生量描述的是真光合速率,是净光合作用导致的溶氧量的增加量与呼吸作用导致的溶氧量的减少量之和,光照强度为c klx时,在24 h内白瓶中植物产生的O2量为(2410)(103)21(mg/L)。净光合速率大于零,植物可表现为正常生活,白瓶溶氧量与初溶氧量相比不降低时,该水层生物方可表现为正常生活,由表中数据知,光照强度大于a klx时,符合要求。光
18、照强度大于d klx时,O2产生量不再增加。(3)光照强度从a klx增加到b klx,直接导致光反应产生的ATP和H增多,进而使暗反应加快。C3被还原,生成(CH2O)和C5。答案(1)黑瓶中的生物进行呼吸作用消耗O2,但没有光照,植物不能进行光合作用产生O27(2)21ad(3)增大光反应产生的ATP和H增多(CH2O)和C5模型3半叶法测定光合作用有机物的产生量将叶片一半遮光,一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值,曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值,综合两者可计算出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
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