專題復習：《光合作用和呼吸作用的研究方法》同學們好：請拿出昨天我們下發的導學案，本節課我們一起來探討光合作用和呼吸作用的研究方法。首先進行考情回顧：1考情回顧：光合作用-細胞呼吸是高考命題者青睞的對象。其中不少考題滲透研究方法的使用，如2022年安徽卷T30利用黑白瓶法測溶氧量、2022年重慶卷T9利用標記元素研究某種外源激素對棉花光合產物調配的影響。過渡：根據考情分析和考綱要求，確立本節課的學習目標為：2.1把握光合作用與細胞呼吸的過程圖解2.2理解光合作用與細胞呼吸中元素轉移途徑2.3重視研究方法在光合作用與細胞呼吸中的應用2.4通過實驗分析，培養縝密的思維習慣與能力過渡：生物是一門實驗性學科，在光合作用與細胞呼吸中涉及的研究方法很多，如同位素標記法、氣壓瓶法、黑白瓶法、半葉法、葉片浮沉法等。下面讓我們一起進行探討：研究方法1：同位素標記法---可從分子水平測定光合作用、呼吸作用的方法教師：讓我們一起來分享第一組學生的學習成果。【典題1】、如圖為某植物細胞部分結構示意圖，據圖分析，下列四項敘述中，正確的是()A．a、b箭頭表示的是O2進出細胞的過程B．e、f箭頭表示的是CO2進出細胞的過程C．以C18O2作原料進行光合作用，在較強光照下，測得含18O的呼吸作用產物的主要去向是圖中的dD．以Heq\o\al(18,2)O作原料進行光合作用，在較強呼吸作用下，測得含18O的光合作用產物的主要去向是圖中的b解析：a表示葉綠體吸收CO2，b表示葉綠體釋放O2，e表示線粒體吸收O2，f表示線粒體釋放CO2，c表示葉綠體產生的O2被線粒體利用，d表示線粒體產生的CO2被葉綠體利用。以C18O2作原料進行光合作用，18O的轉移為C18O2→有機物→C18O2，在較強光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸產物C18O2主要被葉綠體利用，即主要去向是圖中的d。以Heq\o\al(18,2)O作原料進行光合作用，18O全部生成氧氣，在較強呼吸強度下，氧氣主要被線粒體利用，進行有氧呼吸，即主要去向是圖中的c。答案C【變式1】、小麥旗葉是位于麥穗下的第一片葉子，小麥籽粒產量約50%來自旗葉。科學家在適宜的條件下進行了相關研究，在小麥籽粒形成過程中，不可能發生的是()A．為小麥旗葉提供14CO2，籽粒中的淀粉都含14CB．為小麥旗葉提供Heq\o\al(18,2)O，籽粒中的淀粉會含18OC．旗葉葉肉細胞的葉綠體中類囊體數目較多D．若去掉一部分籽粒，旗葉葉肉細胞的光合效率會下降解析：為小麥旗葉提供14CO2,14C通過CO2→C3→C6H12O6途徑，轉移到葡萄糖中，進一步轉移到淀粉中，但小麥籽粒產量只有50%來自旗葉，故籽粒中的淀粉不可能都含有14C。為小麥旗葉提供Heq\o\al(18,2)O,18O通過有氧呼吸轉移到C18O2中，C18O2再通過光合作用轉移到葡萄糖中，因此小麥籽粒中的淀粉會含18O。小麥籽粒產量約50%來自旗葉，說明旗葉的光合作用較強，可能是因為其類囊體數目較多。去掉部分籽粒，使光合作用產物的去路減少，進而可能抑制光合作用。答案A點評：【點撥與提升】1針對問題2要結合反應式把握各元素的去向，如（1）光合作用反應式中各元素去向提醒：O2中O原子全部來自水；CO2中C經C3進入（CH2O），不經C5。（2）有氧呼吸中氧元素去向提醒：產生的H2O中的O原子全部來自O2，與反應物H2O中O原子無關。2處理例1中的C和D選項要注意光合作用與呼吸作用的大小關系。以此判斷氣體去向。3加強審題，找準關鍵信息是解題的法寶，如變式訓練1中的“小麥籽粒產量約50%來自旗葉”。4光合產物從葉片中輸出的快慢影響葉片的光合速率。如摘去花或果實使光合產物的輸出受阻，葉片的光合速率就隨之降低。研究方法2：半葉法---可從器官水平測定光合作用、呼吸作用的方法原理：教師：讓我們一起來分享第二組學生的學習成果。【典題2】、測定植物光合作用強度常采用“半葉法”：將若干處于正常生活狀態的植物對稱葉片的一半剪下，用濕紗布包裹放于黑暗處（記為A），另一半則留在植株上（記為B），在光下進行光合作用，光照一段時間后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，獲得相應數據，然后計算植物光合作用強度（單位mg/dm2．h），請結合以上內容回答相關問題：光照4小時后，將同一葉片的A、B兩部分按對應部位疊在一起，在無粗葉脈處放上金屬模板，用刀片沿金屬模板的邊緣切下兩個方形葉塊，分別烘干至恒重，記錄為WA、WB，若ΔW＝WB-WA，取多個葉片求ΔW的平均值，則ΔW表示________，假設每次截取的葉片面積為d，每次光照時間為t，則植物光合作用強度可以表示為________。解析：暗葉（A）只進行呼吸作用，質量減少。光葉（B）既進行光合作用也進行呼吸作用.WA=開始質量-呼吸消耗量；WB=開始質量+凈光合量。ΔW＝WB-WA=凈光合量+呼吸消耗量=總光合作用。答案：光照下的葉片被截取部分在4小時內光合作用合成的有機量ΔW/dt

【變式2】、某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率，做了如圖所示實驗。在葉柄基部作環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1cm2的葉圓片烘干后稱其重量，測得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2z—x)／6g·cm-2·h-1(不考慮取葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實驗條件是(A)A．下午4時后將整個實驗裝置遮光3小時B．下午4時后將整個實驗裝置遮光6小時C．下午4時后在陽光下照射1小時D．晚上8時后在無光下放置3小時解析：已知測得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2z—x)／6g·cm-2·h-1，據真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率，得出：（3y一2z—x)／6=（y一x）/6+（y一z）/M，計算出M=3小時。因此要計算出呼吸量。若要求出呼吸作用干物質量，應將葉片遮光處理，先假設葉片遮光處理為M小時后干重為z克，下午4時移走的葉圓片干重y克減去葉片遮光處理M小時后的干重z克差值，就是呼吸作用干物質量：（y一x）克。答案A點評：【點撥與提升】①“非選擇題”作答的語言表述要體現準確性、科學性、完整性、條理性、邏輯性等。如典題2中ΔW的含義表述為：光照下的葉片被截取部分在4小時內光合作用合成的有機量。②該類考題多建立在理想的背景下，即假定呼吸速率恒定，不受光照與否的影響。研究方法3：黑白瓶法--可從生態系統層面測定光合作用、呼吸作用的方法簡介：教師：讓我們一起來分享第三組學生的學習成果。【典題3】、研究池塘生態系統不同水層光合速率，對確定魚的放養種類和密度有參考價值。從池塘不同深度采集水樣，分別裝入黑白瓶中（白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布包裹的玻璃瓶）并封閉。然后將黑白瓶對應懸掛于原水樣采集位置，同時測定各水層剩余水樣溶氧量，作為初始溶氧量。24h后，測定各黑白瓶中溶氧量。若測得某水層初始溶氧量為Amg﹒L-1,白瓶溶氧量為Bmg﹒L-1,黑瓶溶氧量為Cmg﹒L-1,則該水層總光合速率為mg﹒L-1﹒d-1。若上午黑白瓶被懸掛于水深25cm處時，白瓶意外墜落至池塘底部，短時間內，該瓶內綠藻葉綠體中C3含量。解析：A-C為呼吸量，B-A為凈光合作用，兩者的和為總光合作用。水的深度越深光照越少，光反應產生的[H]和ATP減少，C3積累。答案：B–C增加【變式3】、某研究小組從當地一湖泊的某一深度取得一桶水樣，分裝于六對黑白瓶中，剩余的水樣測得原初溶解氧的含量為12mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下（由a→e逐漸加強），24小時后，實測獲得六對黑白瓶中溶解氧的含量，記錄數據如下：光照強度(klx)0（黑暗）abcde白瓶溶氧量mg/L41218263232黑瓶溶氧量mg/L444444（1）黑瓶中溶解氧的含量降低為4mg/L的原因是；該瓶中所有生物細胞在24h內呼吸消耗的O2量為mg/L。（2）當水層光照強度為c時，在24h內白瓶中植物產生的氧氣量為mg/L。光照強度至少為(填字母)時，該水層產氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。當光照強度為(填字母)時，再增加光照強度，瓶中溶解氧含量也不會增加。【解析】（1）黑瓶中的生物在24h內呼吸消耗的O2量為12－4＝8mg/L。當水層光照強度為c時，在24h內白瓶中植物產氧氣量為(26－12)+8＝22mg/L.光照強度至少為a時，該水層產氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。當光照強度為d時，再增加光照強度，瓶中溶解氧含量也不會增加。【答案】（1）黑瓶中的生物呼吸消耗氧氣，沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧氣8（2）22ad點評：【點撥與提升】1典題3分析中可知，光合作用總量的測定與水層初始溶氧量無關。2【變式3】可進行數據表格的轉換：光照強度(klx)0（黑暗）abcde白瓶溶氧量mg/L41218263232不同光下凈溶氧量變化-806142020黑瓶溶氧量mg/L444444黑暗下凈溶氧量變化-8-8-8-8-8-83光合作用強度表示的方法很多，如單位葉面積在單位時間內CO2的同化量（消耗量）、O2的生成量或者有機物的生成量表示。4明確真正光合速率、凈光合速率與呼吸速率的概念及關系。研究方法4：葉片浮沉法----可從器官層面測定光合作用、呼吸作用的方法簡介：【觀看視頻】教師：讓我們一起來分享第四組學生的學習成果。【典題4】、下面甲圖為研究光合作用的實驗裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個葉圓片，再用氣泵抽出氣體直至葉片沉入水底，然后將等量的葉圓片轉至含有不同濃度的NaHCO3溶液中，給予一定的光照，測量每個培養皿中葉圓片上浮至液面所用的平均時間(見圖乙)，以研究光合作用速率與NaHCO3溶液濃度的關系。有關分析正確的是(

)A．在ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸減小B．在bc段，單獨增加光照或溫度或NaHCO3溶液濃度，都可以縮短葉圓片上浮的時間C．在c點以后，因NaHCO3溶液濃度過高，使葉肉細胞失水而導致代謝水平下降D．因配制的NaHCO3溶液中不含氧氣，所以整個實驗過程中葉圓片不能進行呼吸作用【解析】：葉圓片上浮的時間可表示光合作用強度，兩者呈負相關。在ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸增大，故A項錯誤。在bc段，單獨增加光照或溫度，都可以縮短葉圓片上浮的時間，但增加NaHCO3溶液濃度則不能，故B項錯誤。實驗中，光合作用可以釋放氧氣，故D項錯誤。【答案】C【變式4】、為了驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產生和消耗，請用所提供的實驗材料與用具，在給出的實驗步驟和預測實驗結果基礎上，繼續完成實驗步驟的設計和預測實驗結果，并對你的預測結果進行分析。實驗材料與用具：煙草幼苗、試管兩支、蒸餾水、NaHCO3稀溶液（為光合作用提供原料）、真空泵、暗培養箱、日光燈（實驗過程中光照和溫度等條件適宜，空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計）。實驗步驟和預測實驗結果：（1）剪取兩小塊相同的煙草葉片，分別放盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管中，此時，葉片均浮在液面上。（2）用真空泵抽去兩支試管內液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后，敞開試管口，可觀察到葉片均下沉到試管底部。（3）．．．．．．分析預測的結果：【答案】：（3）將這兩支試管放在日光燈下，照光一段時間。結果：NaHCO3稀溶液中的葉片上浮，蒸餾水中的葉片仍在試管底部。（4）再將這兩支試管放在暗培養箱中一段時間。結果：NaHCO3稀溶液中的葉片下沉，蒸餾水中的葉片仍在試管底部。

分析預測的結果：（1）光照下，NaHCO3稀溶液中的葉片進行光合作用，釋放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，葉肉細胞間隙中的O2增加，葉片上浮。而蒸餾水中缺乏CO2和O2，葉片不能進行光合作用和有氧呼吸，葉肉細胞間隙缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。（2）黑暗中，NaHCO3稀溶液中的葉片進行呼吸作用，消耗了葉肉細胞間隙中的O2，放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中，葉肉細胞間隙缺乏氣體，葉片下沉。蒸餾水中缺乏O2，葉片不能進行有氧呼吸，葉肉細胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。點評：【點撥與提升】1分析【變式4】①明確實驗目的：驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產生和消耗。②確定實驗類型：本題是驗證性實驗。③確認實驗變量：從“步驟(1)剪取兩塊相同的煙草葉片分別放在盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管中”可以確定實驗變量為NaHCO3。④分析材料和用具，明確下一步的處理。在給出的材料和用具中，只有暗培養箱和日光燈沒有使用。因此下一步應該考慮是進行黑暗處理還是光照處理。（若將兩個試管分別放在日光燈下和暗培養箱中，則又多出了一個變量，違背單因子變量原則；若將兩支試管同時放在暗培養箱中，則因為兩支試管內液體中和葉肉細胞空隙間的氣體均被真空泵抽走，有氧呼吸無法進行，而無氧呼吸又忽略不計，同樣達不到實驗目的；所有只能將兩支試管都放在日光燈下，先驗證葉片利用碳酸氫鈉稀溶液提供的二氧化碳進行光合作用產生氧氣，使葉片上浮，然后再給以黑暗處理，驗證葉肉細胞進行呼吸作用消耗氧氣，導致葉片下沉。）⑤預測結果：本題屬于驗證性實驗，因此預測結果實質就是結果.2明確實驗題的解題思路：確定實驗類型→明確實驗目的→確定自變量和因變量→做出假設→實驗原理→材料的選擇→實驗步驟→實驗結果→實驗結論。熟悉各環節處理的策略。研究方法5：氣壓瓶法----可從個體水平測定細胞呼吸和凈光合作用速率實驗原理：因呼吸作用，瓶內氣壓減小，可通過液滴的移動來呈現；因光合作用導致瓶內氣壓變大而引起液滴移動來呈現。教師：讓我們一起來分享第五組學生的學習成果。共同探討：Ⅰ呼吸速率的測定(如圖甲)圖甲圖乙1.NaOH溶液的作用：吸收植物呼吸作用釋放的CO2。2.植物呼吸作用的指標：植物呼吸作用吸收氧氣，釋放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器內氣體壓強減小，毛細管內的水滴左移。單位時間內液滴左移的體積即是呼吸速率。3.條件：遮光處理，否則植物的光合作用會干擾呼吸速率的測定。Ⅱ.凈光合速率的測定(如圖乙)①NaHCO3溶液的作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保證了容器內CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求。NaHCO3可以換成CO2緩沖液②植物光合速率指標：植物光合作用釋放氧氣，使容器內氣體壓強增大，毛細管內的水滴右移。單位時間內液滴右移的體積即是凈光合速率。③條件：整個裝置必須在光下，光是植物進行光合作用的條件。【典題5】、(1)影響綠色植物光合作用的因素是多方面的，其外界因素有光照強度、CO2含量、溫度等，其內部因素有酶的活性、色素數量、五碳化合物含量等，請據圖甲分析回答問題：①如果x代表光照強度，光照強度影響光合作用強度，主要是影響____________階段，當光合作用強度達到最大值時，此時限制因素最可能是內部因素中的__________。②如果x代表溫度，溫度主要通過影響______________來影響光合作用強度。③如果x代表CO2的含量，CO2的含量影響光合作用強度，主要是影響________的產生。甲乙(2)圖乙為探究CO2對綠色植物光合作用影響的測量裝置，將M葉片密封在一個玻璃器皿中，其中放置一個小燒杯。實驗如下(溫度和其他條件不變)：步驟一：在一定光照強度下，A液體為NaHCO3溶液，30min后觀察紅色液滴的移動。步驟二：在相同光照強度下，將A液體換為NaOH溶液，調節紅色液滴回到原點，30min后觀察紅色液滴的移動。步驟三：在相同光照強度下，將A液體換為蒸餾水，調節紅色液滴回到原點，30min后觀察紅色液滴的移動。步驟四：用N葉片重復步驟一、二、三。①