考點四光合作用與細胞呼吸的實驗探究1．裝置法測定光合速率與呼吸速率(1)測定裝置(2)測定方法及解讀①測定呼吸速率(裝置甲)a．裝置甲燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b．玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用的干擾。c．置于適宜溫度環境中。d．紅色液滴向左移動(裝置甲單位時間內向左移動距離代表呼吸速率)。②測定凈光合速率(裝置乙)a．裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。b．必須給予較強光照處理，且溫度適宜。c．紅色液滴向右移動(裝置乙單位時間內向右移動距離代表凈光合速率)。③根據“總(真正)光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率”可計算得到總(真正)光合速率。物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。2．“葉片上浮法”探究環境因素對光合作用強度的影響利用“真空滲入法”排出葉肉細胞間隙的空氣，充以水分使葉片沉于水中。在光合作用過程中植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在細胞間積累，結果使原來下沉的葉片上浮。根據在相同時間內上浮葉片數目的多少(或者葉片全部上浮所需時間的長短)，即能比較光合作用的強弱。3．“黑白瓶法”測定光合速率與呼吸速率將裝有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水層中，測定單位時間內瓶中溶解氧含量的變化，借此測定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物僅能進行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可進行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用總量)＝白瓶中氧氣增加量＋黑瓶中氧氣減少量。4．“半葉法”測定光合作用有機物的產生量“半葉法”的原理是將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法(可先在葉柄基部分熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合作用強度，其單位是mg/(dm2·h)。即M＝MB－MA，M表示B葉片被截取部分在6小時內光合作用合成的有機物總量。1．(經典高考題)為探究低濃度NaHSO3溶液對水稻光合速率的影響，某研究小組做了如下實驗，請完成實驗報告并回答下列問題：(1)材料用具：乳熟期的溫室盆栽，1mmol/LNaHSO3溶液、蒸餾水、噴壺、光合分析測定儀等。(2)實驗步驟：第一步：選取若干__________________的水稻植株隨機平均分成甲、乙兩組，甲組為對照組，乙組為實驗組。第二步：每天傍晚分別將等量的__________、________________噴灑在甲、乙兩組的水稻葉片上，次日上午測定光合速率。(3)結果與分析：實驗結果見上圖，經分析可以得出的結論是__________________________________________________________________________________________________。答案(2)株型、長勢、葉片均一蒸餾水1mmol/LNaHSO3溶液(3)不同光照強度下低濃度NaHSO3溶液可提高水稻光合速率解析該實驗中自變量為是否噴施NaHSO3溶液，因變量是水稻光合速率，其他為無關變量，在實驗過程中要排除無關變量對實驗結果的干擾，所用實驗材料的株型、長勢等條件要基本相同；實驗操作分對照組和實驗組，對照組噴灑一定量的蒸餾水，實驗組噴灑1mmol/L的NaHSO3溶液。2.(2022·廣東，18)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養10天后(圖a)，測定相關指標(圖b)，探究遮陰比例對植物的影響。回答下列問題：(1)結果顯示，與A組相比，C組葉片葉綠素含量_______________________，原因可能是________________________________________________________________________。(2)比較圖b中B1與A組指標的差異，并結合B2相關數據，推測B組的玉米植株可能會積累更多的____________，因而生長更快。(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結果，作出該條件可能會提高作物產量的推測，由此設計了初步實驗方案進行探究：實驗材料：選擇前期__________一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。實驗方法：按圖a所示的條件，分A、B、C三組培養玉米幼苗，每組30株；其中以______為對照，并保證除__________外其他環境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。結果統計：比較各組玉米的平均單株產量。分析討論：如果提高玉米產量的結論成立，下一步探究實驗的思路是_______________________________________________________________________________________________。答案(1)高遮陰條件下植物合成較多的葉綠素(2)糖類等有機物(3)光照條件A組遮光程度探究能提高作物產量的具體的最適遮光比例是多少解析(1)分析題圖b結果可知，培養10天后，A組葉綠素含量為4.2mg·dm－2，C組葉綠素含量為4.7mg·dm－2，原因可能是遮陰條件下植物合成較多的葉綠素，以盡可能多地吸收光能。(2)圖b中B1葉綠素含量為5.3mg·dm－2，B2葉綠素含量為3.9mg·dm－2，A組葉綠素含量為s－1，A組凈光合速率為11.8μmolCO2·m－2·s－1，可推測B組的玉米植株總葉綠素含量為(5.3＋3.9)/2＝4.6(mg·dm－2)，凈光合速率為(20.5＋7.0)/2＝13.75(μmolCO2·m－2·s－1)，兩項數據B組均高于A組，推測B組可能會積累更多的糖類等有機物，因而生長更快。(3)分析題意可知，該實驗目的是探究B組條件下是否提高作物產量。該實驗自變量為玉米遮光程度，因變量為作物產量，可用籽粒重量表示。實驗設計應遵循對照原則、單一變量原則、等量原則等，無關變量應保持相同且適宜。題組一光合速率和呼吸速率的測定1．某生物興趣小組利用如圖所示的實驗裝置來探究綠色植物的生理作用。據此回答下列問題：(1)若要探究植物細胞呼吸的類型，選取的實驗裝置有__________________，為使實驗結果更科學，還需設置________________。若實驗中對照組的紅色液滴靜止不動，植物既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸，則觀察到的實驗現象是________________________________________________________________________________________________________。(2)若要驗證CO2是植物光合作用的必需原料，選取的最佳實驗裝置是___________________________________________________________________________________。答案(1)裝置一和裝置二對照實驗裝置一紅色液滴左移、裝置二紅色液滴右移(2)裝置一和裝置三解析(1)若要探究植物細胞呼吸的類型，選取的實驗裝置有裝置一和裝置二，為使實驗結果更科學，還需設置沒有植物(或滅活植物)的對照實驗，排除物理因素的影響。若實驗中對照組的紅色液滴靜止不動，植物既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸，則裝置一燒杯中盛放NaOH溶液，能夠吸收細胞呼吸產生的CO2，有氧呼吸消耗O2，則紅色液滴向左移；裝置二燒杯中盛放蒸餾水，不能吸收CO2，植物有氧呼吸消耗的O2量小于細胞呼吸產生的CO2量，則紅色液滴右移。(2)裝置一燒杯中盛放NaOH溶液，能夠吸收細胞呼吸產生的CO2；裝置三燒杯中盛放CO2緩沖液，可以為光合作用提供CO2。因此若要驗證CO2是植物光合作用的必需原料，選取的最佳實驗裝置是裝置一和裝置三。2．如圖表示在不同溫度下，測定某1cm2植物葉片質量(mg)變化情況(均考慮為有機物的質量變化)的操作流程及結果，據圖分析回答下列問題：(1)由操作流程圖分析可知，該植物的呼吸速率可表示為________mg·cm－2·h－1(用圖中字母表示)，實際光合速率可表示為____________mg·cm－2·h－1(用圖中字母表示)。(2)由實驗結果圖分析，恒定在上述______℃下，維持12h光照，12h黑暗，該1cm2植物葉片增重最多，增重了________mg。答案(1)XY＋2X(2)1436解析(1)由操作流程圖分析可知，該植物的呼吸速率可表示為X(mg·cm－2·h－1)，而單位時間光照下葉片重量的增加量表示的是凈光合速率，故光照1小時實際(總)光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝M＋Y－(M－X)＋X＝Y＋2X(mg·cm－2·h－1)。(2)從實驗結果圖可以看出，在14℃下，維持12h光照，12h黑暗，該植物葉片增重最多，該葉片增重＝光合作用產生的有機物量－細胞呼吸消耗的有機物量＝(3＋2×2)×12－2×24＝36(mg)。題組二相關拓展實驗的探究分析3．光照強度、溫度、濕度、風速等都對植物的光合作用有影響。研究人員選擇夏日晴天中午，將發育良好的處于生長期的某植物植株隨機均分為5組，第1組在田間生長作為對照組，另4組在人工氣候室中生長作為實驗組，并保持其光照、CO2濃度等條件與對照組相同，中午時測定各組葉片的光合速率，各組實驗處理及結果如圖所示。回答下列問題：(1)實驗中設置組別1的目的是排除______________________________________。(2)據圖中結果推測，中午時對該植物光合速率影響較大的環境因素是相對濕度，判斷依據是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)該植物在中午時會出現光合“午休”現象，此時植物部分葉片氣孔關閉，使暗反應中__________速率降低，導致光合速率下降。據圖可知，若要降低該植物光合“午休”的程度，可采取的措施是________________________；采取該措施后，短時間內該植物葉肉細胞中NADPH的含量會______________。(4)該實驗的目的是________________________________________；若要進一步探究該植物中午時光合作用的最適溫度，選擇的濕度、溫度范圍分別是________、__________________。答案(1)溫度、相對濕度之外的無關變量對實驗的影響(2)1組、2組、3組的結果間差異較大，3組、4組、5組的結果間差異較小(3)CO2的固定增加田間環境的相對濕度減少(4)探究夏日晴天中午，溫度、相對濕度對某植物光合作用速率的影響52%25℃至36℃之間解析(1)實驗中組別1、2、3的自變量是相對濕度，因變量是植物的光合速率，溫度是無關變量；實驗中組別3、4、5的自變量是溫度，因變量是植物的光合速率，相對濕度是無關變量，實驗中設置組別1的目的是排除溫度、相對濕度之外的無關變量對實驗的影響。(2)分析題圖可知，1組、2組、3組的溫度相同，相對濕度差距較大，光合速率差別也較大，3組、4組、5組的相對濕度相同，溫度差距較大，光合速率差別較小，由此可知中午時對該植物光合速率影響較大的環境因素是相對濕度。(3)植物的光合“午休”現象是因為部分氣孔關閉，CO2的吸收量減少，導致暗反應階段的CO2固定速率降低，導致光合速率降低。根據題圖可知，相同溫度條件下，相對濕度越高，光合速率越高，所以要降低該植物光合“午休”的程度，可以增加田間環境的相對濕度。采取該