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高考生物二轮复习专题突破
考点四　光合作用与细胞呼吸的实验探究
1．装置法测定光合速率与呼吸速率
(1)测定装置
(2)测定方法及解读
①测定呼吸速率(装置甲)
a．装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动(装置甲单位时间内向左移动距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率(装置乙)
a．装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
b．必须给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动(装置乙单位时间内向右移动距离代表净光合速率)。
③根据“总(真正)光合速率＝呼吸速率＋净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。
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。
2．“叶片上浮法”探究环境因素对光合作用强度的影响
利用“真空渗入法”排出叶肉细胞间隙的空气，充以水分使叶片沉于水中。在光合作用过程中植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。
3．“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
4．“半叶法”测定光合作用有机物的产生量
“半叶法”的原理是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(可先在叶柄基部分热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)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作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。即M＝MB－MA，M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。
1．(经典高考题)为探究低浓度NaHSO3溶液对水稻光合速率的影响，某研究小组做了如下实验，请完成实验报告并回答下列问题：
(1)材料用具：乳熟期的温室盆栽，1 mmol/L NaHSO3溶液、蒸馏水、喷壶、光合分析测定仪等。
(2)实验步骤：
第一步：选取若干__________________的水稻植株随机平均分成甲、乙两组，甲组为对照组，乙组为实验组。
第二步：每天傍晚分别将等量的__________、____________________喷洒在甲、乙两组的水稻叶片上，次日上午测定光合速率。
(3)结果与分析：实验结果见上图，经分析可以得出的结论是__________________________
______________________________________________________________________________。
2. (2022·广东，18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________________________，原因可能是________________________________________________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的____________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期__________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以______为对照，并保证除__________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是__________________
______________________________________________________________________________。
题组一　光合速率和呼吸速率的测定
1．某生物兴趣小组利用如图所示的实验装置来探究绿色植物的生理作用。据此回答下列问题：
(1)若要探究植物细胞呼吸的类型，选取的实验装置有__________________，为使实验结果更科学，还需设置________________。若实验中对照组的红色液滴静止不动，植物既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，则观察到的实验现象是______________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)若要验证CO2是植物光合作用的必需原料，选取的最佳实验装置是__________________
______________________________________________________________________________。
2．如图表示在不同温度下，测定某1 cm2植物叶片质量(mg)变化情况(均考虑为有机物的质量变化)的操作流程及结果，据图分析回答下列问题：
(1)由操作流程图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为________ mg·cm－2·h－1(用图中字母表示)，实际光合速率可表示为__________ mg·cm－2·h－1(用图中字母表示)。
(2)由实验结果图分析，恒定在上述______ ℃下，维持12 h光照，12 h黑暗，该1 cm2植物叶片增重最多，增重了________ mg。
题组二　相关拓展实验的探究分析
3．光照强度、温度、湿度、风速等都对植物的光合作用有影响。研究人员选择夏日晴天中午，将发育良好的处于生长期的某植物植株随机均分为5组，第1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照、CO2浓度等条件与对照组相同，中午时测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如图所示。回答下列问题：
(1)实验中设置组别1的目的是排除______________________________________。
(2)据图中结果推测，中午时对该植物光合速率影响较大的环境因素是相对湿度，判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)该植物在中午时会出现光合“午休”现象，此时植物部分叶片气孔关闭，使暗反应中__________速率降低，导致光合速率下降。据图可知，若要降低该植物光合“午休”的程度，可采取的措施是________________________；采取该措施后，短时间内该植物叶肉细胞中NADPH的含量会 ______________。
(4)该实验的目的是______________________________________________；若要进一步探究该植物中午时光合作用的最适温度，选择的湿度、温度范围分别是_____________________、__________________。
考点四　真题研究
1．(2)株型、长势、叶片均一　蒸馏水　1 mmol/L NaHSO3溶液 　(3)不同光照强度下低浓度NaHSO3溶液可提高水稻光合速率
解析　该实验中自变量为是否喷施NaHSO3溶液，因变量是水稻光合速率，其他为无关变量，在实验过程中要排除无关变量对实验结果的干扰，所用实验材料的株型、长势等条件要基本相同；实验操作分对照组和实验组，对照组喷洒一定量的蒸馏水，实验组喷洒1 mmol/L的NaHSO3溶液。
2．(1)高　遮阴条件下植物合成较多的叶绿素　(2)糖类等有机物　(3)光照条件　A组　遮光程度　探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少
解析　(1)分析题图b结果可知，培养10天后，A组叶绿素含量为4.2 mg·dm－2，C组叶绿素含量为4.7 mg·dm－2，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能多地吸收光能。(2)图b中B1叶绿素含量为5.3 mg·dm－2，B2叶绿素含量为3.9 mg·dm－2，A组叶绿素含量为4.2 mg·dm－2；B1净光合速率为20.5 μmol CO2·m－2·s－1，B2的净光合速率为7.0 μmol CO2·
m－2·s－1，A组净光合速率为11.8 μmol CO2·m－2·s－1，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3＋3.9)/2＝4.6(mg·dm－2)，净光合速率为(20.5＋7.0)/2＝13.75 (μmol CO2·m－2·s－1)，两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。(3)分析题意可知，该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮光程度，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜。
题组集训
1．(1)装置一和装置二　对照实验　装置一红色液滴左移、装置二红色液滴右移　(2)装置一和装置三
解析　(1)若要探究植物细胞呼吸的类型，选取的实验装置有装置一和装置二，为使实验结果更科学，还需设置没有植物(或灭活植物)的对照实验，排除物理因素的影响。若实验中对照组的红色液滴静止不动，植物既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，则装置一烧杯中盛放NaOH溶液，能够吸收细胞呼吸产生的CO2，有氧呼吸消耗O2，则红色液滴向左移；装置二烧杯中盛放蒸馏水，不能吸收CO2，植物有氧呼吸消耗的O2量小于细胞呼吸产生的CO2量，则红色液滴右移。(2)装置一烧杯中盛放NaOH溶液，能够吸收细胞呼吸产生的CO2；装置三烧杯中盛放CO2缓冲液，可以为光合作用提供CO2。因此若要验证CO2是植物光合作用的必需原料，选取的最佳实验装置是装置一和装置三。
2．(1)X　Y＋2X　(2)14　36
解析　(1)由操作流程图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为X(mg·cm－2·h－1)，而单位时间光照下叶片重量的增加量表示的是净光合速率，故光照1小时实际(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝M＋Y－(M－X)＋X＝Y＋2X(mg·cm－2·h－1)。(2)从实验结果图可以看出，在14 ℃下，维持12 h光照，12 h黑暗，该植物叶片增重最多，该叶片增重＝光合作用产生的有机物量－细胞呼吸消耗的有机物量＝(3＋2×2)×12－2×24＝36(mg)。
3．(1)温度、相对湿度之外的无关变量对实验的影响
(2)1组、2组、3组的结果间差异较大，3组、4组、5组的结果间差异较小　(3)CO2的固定　增加田间环境的相对湿度　减少　(4)探究夏日晴天中午，温度、相对湿度对某植物光合作用速率的影响　52%　 25 ℃至36 ℃之间
解析　(1)实验中组别1、2、3的自变量是相对湿度，因变量是植物的光合速率，温度是无关变量；实验中组别3、4、5的自变量是温度，因变量是植物的光合速率，相对湿度是无关变量，实验中设置组别1的目的是排除温度、相对湿度之外的无关变量对实验的影响。(2)分析题图可知，1组、2组、3组的温度相同，相对湿度差距较大，光合速率差别也较大，3组、4组、5组的相对湿度相同，温度差距较大，光合速率差别较小，由此可知中午时对该植物光合速率影响较大的环境因素是相对湿度。(3)植物的光合“午休”现象是因为部分气孔关闭，CO2的吸收量减少，导致暗反应阶段的CO2固定速率降低，导致光合速率降低。根据题图可知，相同温度条件下，相对湿度越高，光合速率越高，所以要降低该植物光合“午休”的程度，可以增加田间环境的相对湿度。采取该措施后，气孔打开，CO2的吸收量增加，导致暗反应阶段的CO2固定速率加快，生成的C3增加，需要消耗更多的NADPH还原C3，所以NADPH的含量会减少。(4)根据题干和题图可知，该实验的自变量是温度和相对湿度，因变量是植物的光合速率，由此可知，该实验的目的是探究夏日晴天中午，温度、相对湿度对某植物光合速率的影响。由题图可知，相同温度条件下，相对湿度为52%时光合速率最大，相同相对湿度条件下，温度为31 ℃时光合速率最大，故要进一步探究该植物中午时光合作用的最适温度，选择的湿度、温度范围分别是52%、25 ℃至36 ℃之间。

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