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微专题6　植物“三率”的判定及测定
[专题整合]
1．总光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)根据关键词判定
总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量 黑暗中释放的CO2的量
“产生”或“制造”的O2的量 “释放至容器(环境)中”或“容器(环境)中增加”的O2的量 黑暗中吸收的O2的量
“产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量
2.光合速率的测定方法
(1)气体体积变化法——测定气体的变化量
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，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。
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，因此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总光合速率＝净光合速率＋有氧呼吸速率。
④物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，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。
(2)叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量
①操作图示
②结果分析
a．净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。
b．呼吸速率＝(x－y)/2S。
c．总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(3)半叶法——测定光合作用有机物的制造量
①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(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止物质转移。在适宜光照下照射6 h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。
②计算：设被截取部分初始干重为M。
a．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。
b．被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。
c．被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。
(4)黑白瓶法——测水中溶氧量的变化
注：瓶中氧气充足，不考虑无氧呼吸。
(5)间隔光照法——比较有机物的合成量
测定方法：光反应和暗反应在不同的酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应的速率快得多，光反应产生的ATP和NADPH除满足暗反应正常利用外，还有一定量的剩余。持续光照，光反应产生的大量ATP和NADPH不能及时被完全利用，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔可利用光照时积累的光反应产物，再持续进行一段时间的暗反应。因此，在光照强度与光照时间不变的情况下，交替光照较连续光照条件下制造的有机物多。
(6)叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
①实验原理
②实验装置分析
a．自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
b．中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。
c．因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。
[专题集训]
1．(2022·吉林长春高三检测)下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度处于恒定水平。下列几种实验结果中(给予相同的环境条件)，不可能出现的是(　　)
A．甲、乙装置水滴都左移
B．甲、乙装置水滴都右移
C．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移
D．甲装置水滴右移，乙装置水滴左移
2．(2022·陕西西安模拟)某课外小组用传感器测定了不同条件下250 mL有鱼和无鱼池水的溶解氧变化，获得下表数据。下列说法正确的是(　　)
瓶子编号 1 2 3 4 5
条件 26 ℃光照 26 ℃黑暗 26 ℃光照 10 ℃光照 10 ℃黑暗
材料 池水 池水 池水＋鱼 池水 池水＋鱼
2小时后的溶解氧变化(μg) 0.378 －0.065 －0.758 －0.03 －0.215
A．1号瓶池水中植物光合作用产生的氧气量为0.378 μg　
B．4号瓶池水中植物不能进行光合作用
C．26 ℃条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为1.136 μg
D．池水中植物光合作用的最适温度为26 ℃
3.(2022·河南洛阳高三统考)如右图所示，将对称叶片左侧遮光，右侧曝光，并采用适当的方法阻止两部分之间的物质转移。在适宜光照下照射6小时后，从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为a和b。下列相关叙述正确的是(　　)
A．a/6所代表的是该叶片的呼吸速率
B．b/6所代表的是该叶片的光合速率
C．(b＋a)/6所代表的是该叶片的净光合速率
D．(b－a)/6所代表的是该叶片的真正光合速率
4．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做了下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片，烘干后称其重量，测得叶片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6] g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是(　　)
A．下午4时后将整个实验装置遮光3 h
B．下午4时后将整个实验装置遮光6 h
C．下午4时后在阳光下照射1 h
D．晚上8时后在无光下放置3 h
5．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 h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)。请分析并回答下列问题：
(1)MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6 h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。
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
6．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：光照和黑暗交替处理，先光照后黑暗，每次光照和黑暗的时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：光照和黑暗交替处理，先光照后黑暗，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是________________________
_______________________________________________________________；
C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。　
(2)A、B、C三组处理相比，随着
_______________________________________________________________
的增加，使光下产生的__________________能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
参考答案
1解析：选B。装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度处于恒定水平，故甲装置内的气压变化是由O2含量变化引起的，较强光照条件下(光合速率大于呼吸速率)甲装置内的水滴右移，黑暗或较弱光照条件下(光合速率小于呼吸速率)甲装置内水滴左移，适宜光照条件下(光合速率等于呼吸速率)甲装置内水滴不动；乙装置内的青蛙只进行呼吸作用而不进行光合作用，故乙装置内的水滴只能左移，不能右移。
2解析：选C。26 ℃光照条件下，1号瓶溶氧量增加是池水中植物同时进行光合作用和呼吸作用的结果，溶氧量的增加量可以表示净光合作用下氧气的净积累量，实际氧气产生量为0.378＋0.065＝0.443 μg，A错误；4号瓶池水中植物在有光照情况下，通常会进行光合作用，产生此结果可能的原因是光合作用小于呼吸作用，B错误；根据1、3号瓶可知，26 ℃光照条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为0.378＋0.758＝1.136 μg，C正确；题干中只有10 ℃和26 ℃两个温度，无法确定池水中植物光合作用的最适温度，D错误。
3解析：选D。a＝叶片原重量－呼吸作用消耗，呼吸速率＝(叶片原重量－a)/6，故a/6不是呼吸速率，A错误；b＝叶片原重量＋真正光合作用－呼吸作用消耗，光合速率＝(b－叶片原重量＋呼吸作用消耗)/6，故b/6不是光合速率，B错误；该叶片的净光合速率＝(b－叶片原重量)/6，C错误；b－a表示光合作用合成有机物的总量，所以(b－a)/6所代表的是该叶片的真正光合速率，D正确。
4解析：选A。起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重x g, 从上午10时到下午4时，叶片在这6 h内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午4时移走的叶圆片干重(y g)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x g)的差值，就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量：(y－x) g。若要求出呼吸作用消耗干物质量，应将叶片进行遮光处理，先假设叶片遮光处理为a小时后干重为z g，下午4时移走的叶圆片干重y g减去叶片遮光处理a小时后的干重z g的差值，就是呼吸作用消耗干物质量：(y－z) g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6] g/(cm2·h)，据真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，得出(3y－2z－x)/6＝(y－x)/6＋(y－z)/a，计算出a＝3，A项正确。
5解析：叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可正常进行呼吸作用。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内有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真正的光合速率，即M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除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)　(4)将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，另一部分在黑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
6解析：(1)C组的光合作用时间仅仅是D组的一半，但C组光合作用产物的相对含量与D组相差很少，可以判断C组单位光照时间内植物合成有机物的量高于D组。C组和D组的结果对照说明黑暗处理时植物也进行光合作用，即光合作用过程中某些反应不需要光照，该反应指的是暗反应，进行暗反应的场所是叶绿体基质。(2)比较A、B、C三组可以看出，三组的光照和黑暗交替频率不同，交替频率增加可使光照下产生的ATP和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)及时利用和再生，从而提高光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%　光照　基质　(2)光照和黑暗交替频率　ATP和NADPH
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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