2024屆人教版高考生物一輪復(fù)習(xí)細(xì)胞呼吸和光合作用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

第 6 講　細(xì)胞呼吸和光合作用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析細(xì)胞呼吸和光合作用相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析屬于必考點(diǎn)，難度中等。命題時(shí)常以文字信息結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行考查，主要考查實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和文字語(yǔ)言表達(dá)能力，旨在考查學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。1．(2021·廣東高考)秸稈的纖維素經(jīng)酶水解后可作為生產(chǎn)生物燃料乙醇的原料。生物興趣小組利用自制的纖維素水解液(含5%葡萄糖)培養(yǎng)酵母菌并探究其細(xì)胞呼吸(如圖)。下列敘述正確的是(　 )A．培養(yǎng)開(kāi)始時(shí)向甲瓶中加入重鉻酸鉀以便檢測(cè)乙醇生成B．乙瓶的溶液由藍(lán)色變成紅色，表明酵母菌已產(chǎn)生了CO2C．用甲基綠溶液染色后可觀察到酵母菌中線粒體的分布D．實(shí)驗(yàn)中增加甲瓶的酵母菌數(shù)量不能提高乙醇最大產(chǎn)量解析：選D　檢測(cè)乙醇的生成，應(yīng)取甲瓶中的濾液2 mL注入試管中，再向試管中加入0.5 mL溶有0.1 g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液，使它們混合均勻，觀察試管中溶液顏色的變化，A錯(cuò)誤；CO2可以使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再變黃，因此乙瓶的溶液不會(huì)變成紅色，B錯(cuò)誤；健那綠染液是專(zhuān)一性染線粒體的活細(xì)胞染料，可使活細(xì)胞中的線粒體呈現(xiàn)藍(lán)綠色，而細(xì)胞質(zhì)接近無(wú)色，因此用健那綠染液染色后可觀察到酵母菌中線粒體的分布，C錯(cuò)誤；乙醇最大產(chǎn)量與甲瓶中葡萄糖的量有關(guān)，因甲瓶中葡萄糖的量是一定的，故實(shí)驗(yàn)中增加甲瓶的酵母菌數(shù)量不能提高乙醇最大產(chǎn)量，D正確。2．(2021·全國(guó)乙卷)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類(lèi)植物晚上氣孔打開(kāi)吸收CO2，吸收的CO2通過(guò)生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲(chǔ)存的蘋(píng)果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問(wèn)題：(1)白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有________________________。光合作用所需的CO2來(lái)源于蘋(píng)果酸脫羧和______________釋放的CO2。(2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開(kāi)是這類(lèi)植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止________________________，又能保證________________正常進(jìn)行。(3)若以pH作為檢測(cè)指標(biāo)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果)解析：(1)白天有光照，葉肉細(xì)胞能利用液泡中儲(chǔ)存的蘋(píng)果酸脫羧釋放的CO2進(jìn)行光合作用，也能利用光合作用產(chǎn)生的氧氣和有機(jī)物進(jìn)行有氧呼吸，光合作用光反應(yīng)階段能將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在ATP中，有氧呼吸三階段都能產(chǎn)生ATP，因此葉肉細(xì)胞能產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體(線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜)、葉綠體類(lèi)囊體薄膜。光合作用為有氧呼吸提供有機(jī)物和氧氣，反之，細(xì)胞呼吸(呼吸作用)產(chǎn)生的CO2也能用于光合作用的暗反應(yīng)，故光合作用所需的CO2可來(lái)源于蘋(píng)果酸脫羧和細(xì)胞呼吸(或呼吸作用)釋放的CO2。(2)由于環(huán)境干旱，植物吸收的水分較少，為了維持機(jī)體的平衡適應(yīng)干旱環(huán)境，氣孔白天關(guān)閉能防止因溫度較高蒸騰作用較強(qiáng)導(dǎo)致植物體水分散失過(guò)多，晚上氣孔打開(kāi)吸收CO2，通過(guò)生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中以保證光合作用等生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。(3)該實(shí)驗(yàn)自變量是植物甲所處的生存環(huán)境是否干旱，由于夜間氣孔打開(kāi)吸收CO2，生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中，導(dǎo)致液泡pH降低，故可通過(guò)檢測(cè)液泡的pH驗(yàn)證植物甲存在該特殊方式，即因變量檢測(cè)指標(biāo)是液泡中的pH。實(shí)驗(yàn)思路及預(yù)期結(jié)果參見(jiàn)答案。答案：(1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體(線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜)、葉綠體類(lèi)囊體薄膜　細(xì)胞呼吸(或呼吸作用) (2)蒸騰作用過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致水分散失過(guò)多　光合作用　(3)實(shí)驗(yàn)思路：取生長(zhǎng)狀態(tài)相同的植物甲若干株，隨機(jī)均分為A、B兩組；A組在(濕度適宜的)正常環(huán)境中培養(yǎng)，B組在干旱環(huán)境中培養(yǎng)，其他條件相同且適宜，一段時(shí)間后，分別檢測(cè)兩組植株夜晚同一時(shí)間液泡中的pH，并求平均值。預(yù)期結(jié)果：A組pH平均值高于B組。3．(2019·全國(guó)卷Ⅱ，節(jié)選)通常，對(duì)于一個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可根據(jù)水體中含氧量的變化計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)生產(chǎn)量(生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物總量)。若要測(cè)定某一水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)生產(chǎn)量，可在該水生生態(tài)系統(tǒng)中的某一水深處取水樣，將水樣分成三等份，一份直接測(cè)定O2含量(A)；另兩份分別裝入不透光(甲)和透光(乙)的兩個(gè)玻璃瓶中，密閉后放回取樣處，若干小時(shí)后測(cè)定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。據(jù)此回答下列問(wèn)題。在甲、乙瓶中生產(chǎn)者呼吸作用相同且瓶中只有生產(chǎn)者的條件下，本實(shí)驗(yàn)中C與A的差值表示這段時(shí)間內(nèi)____________________；C與B的差值表示這段時(shí)間內(nèi)________________________；A與B的差值表示這段時(shí)間內(nèi)________________________。解析：單位時(shí)間生產(chǎn)者制造有機(jī)物的量等于生產(chǎn)者積累有機(jī)物的量和呼吸量的總和。題述測(cè)量的三份水樣中A為對(duì)照，B為生產(chǎn)者進(jìn)行呼吸作用后剩余的氧氣量，C為生產(chǎn)者進(jìn)行光合作用和呼吸作用后玻璃瓶中的氧氣量；C與A的差值表示該段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量(或積累有機(jī)物的量)，A與B的差值表示該段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者進(jìn)行呼吸作用消耗氧氣的量(或消耗有機(jī)物的量)，所以，C與B的差值[(C－A)＋(A－B)]表示該段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者光合作用的總放氧量(或制造有機(jī)物的量)。答案：生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量　生產(chǎn)者光合作用的總放氧量　生產(chǎn)者呼吸作用的耗氧量細(xì)胞呼吸和光合作用的實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌?，采用的?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法也不同。常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)類(lèi)型及方法主要有以下五種。——————————————————————————測(cè)定光合作用O2增加的體積或CO2消耗的體積————————————————————————————————————————1．甲裝置在黑暗條件下植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，所以單位時(shí)間內(nèi)紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。2．乙裝置在光照條件下植物進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，所以單位時(shí)間內(nèi)紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率。3．真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。[提醒]　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(yīng)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，根據(jù)紅色液滴的移動(dòng)距離對(duì)原實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。[針對(duì)訓(xùn)練]1．下圖是某生物興趣小組探究不同條件下光合作用和呼吸作用過(guò)程中氣體產(chǎn)生情況的實(shí)驗(yàn)示意圖，裝置中的NaHCO3溶液可維持瓶?jī)?nèi)CO2濃度的恒定。下列幾種實(shí)驗(yàn)結(jié)果中(給予相同的環(huán)境條件)，不可能出現(xiàn)的是(　 )A．甲、乙裝置水滴都左移B．甲、乙裝置水滴都右移C．甲裝置水滴不動(dòng)，乙裝置水滴左移D．甲裝置水滴右移，乙裝置水滴左移解析：選B　乙裝置內(nèi)的NaOH吸收細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，紅色液滴左移的距離表示青蛙的O2吸收速率，青蛙只進(jìn)行細(xì)胞呼吸而不進(jìn)行光合作用，故乙裝置內(nèi)的水滴只能左移，不能右移。—————————————————————————————測(cè)溶氧量的變化————————————————————————————————————————1．“黑瓶”不透光，測(cè)定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測(cè)定的是凈光合作用量。總光合作用量(強(qiáng)度)＝凈光合作用量(強(qiáng)度)＋有氧呼吸量(強(qiáng)度)。2．有初始值的情況下，黑瓶中O2的減少量(或CO2的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。3．在沒(méi)有初始值的情況下，白瓶中測(cè)得的現(xiàn)有量－黑瓶中測(cè)得的現(xiàn)有量＝總光合作用量。[針對(duì)訓(xùn)練]2．下表是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)測(cè)定的夏季某池塘不同深度水體中初始平均氧濃度與24小時(shí)后平均氧濃度，并進(jìn)行比較計(jì)算后的數(shù)據(jù)。下列有關(guān)分析正確的是(　 )水深/m1234白瓶中O2濃度/(g/m3)＋3＋1.50－1黑瓶中O2濃度/(g/m3)－1.5－1.5－1.5－1.5A.水深1 m處白瓶中水生植物24小時(shí)制造的O2為 3 g/m3B．水深2 m處白瓶中水生植物不能進(jìn)行水的光解但能進(jìn)行C3的還原C．水深3 m處白瓶中水生植物產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是葉綠體和線粒體D．水深4 m處白瓶和黑瓶中的水生植物均不進(jìn)行光合作用解析：選C　黑瓶中所測(cè)得的數(shù)據(jù)表示瓶?jī)?nèi)水生植物有氧呼吸耗氧量，為1.5 g/m3，白瓶中所測(cè)得的數(shù)據(jù)表示凈光合作用放氧量。由分析可知，在水深1 m處，白瓶中水生植物24小時(shí)制造的O2量為3＋1.5＝4.5(g/m3)，A錯(cuò)誤；水深2 m處白瓶中水生植物能進(jìn)行光合作用，也能進(jìn)行水的光解和C3的還原，B錯(cuò)誤；水深3 m處白瓶中水生植物凈光合作用為0，因此產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是葉綠體和線粒體，C正確；在水深4 m處，白瓶中水生植物24小時(shí)制造的O2量為－1＋1.5＝0.5 (g/m3)，能進(jìn)行光合作用，D錯(cuò)誤。—————————————————————————————測(cè)定光合作用有機(jī)物的產(chǎn)生量————————————————————————————————————————1．本方法又叫半葉稱(chēng)重法，即檢測(cè)單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量，常用于大田農(nóng)作物的光合速率測(cè)定。2．在測(cè)定時(shí)，葉片一半遮光，一半曝光，分別測(cè)定兩半葉的干物質(zhì)重量，進(jìn)而計(jì)算葉片的真正光合速率、呼吸速率和凈光合速率。[針對(duì)訓(xùn)練]3.如圖所示，將對(duì)稱(chēng)葉片左側(cè)遮光，右側(cè)曝光，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠种g的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后，從兩側(cè)截取同等面積的葉片，烘干稱(chēng)重，分別記為a和b。下列相關(guān)敘述正確的是(　 )A．a/6所代表的是該葉片的呼吸速率B．b/6所代表的是該葉片的光合速率C．(b＋a)/6所代表的是該葉片的凈光合速率D．(b－a)/6所代表的是該葉片的真正光合速率解析：選D　根據(jù)題意可知，左側(cè)葉片遮光，則左側(cè)葉片只進(jìn)行呼吸作用，假設(shè)被截取同等面積的葉片重為x，a代表遮光6小時(shí)后被截取的葉片烘干后的重量，則該葉片的呼吸速率為(x－a)/6，A錯(cuò)誤；該葉片的光合速率是指真正光合速率，b－x表示該段時(shí)間內(nèi)該葉片的凈光合作用，其凈光合速率為(b－x)/6，而真正光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率＝(x－a)/6＋(b－x)/6＝(b－a)/6，B、C錯(cuò)誤，D正確。———————————————————————————測(cè)定有機(jī)物的變化量————————————————————————————————————————1．操作圖示本方法通過(guò)測(cè)定單位時(shí)間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機(jī)物的變化量測(cè)定光合速率(S為葉圓片面積)。2．結(jié)果分析凈光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。[針對(duì)訓(xùn)練]4．某同學(xué)欲測(cè)定植物葉片葉綠體的光合速率[單位：g/(cm2·h)，不考慮取葉圓片后對(duì)葉片生理活動(dòng)的影響和溫度微小變化對(duì)葉片生理活動(dòng)的影響]，做如圖所示實(shí)驗(yàn)：在葉柄基部做環(huán)剝處理(僅限制葉片有機(jī)物的輸入和輸出)，于不同時(shí)間分別在同一葉片上陸續(xù)取下面積為1 cm2的葉圓片烘干后稱(chēng)其重量，M處的實(shí)驗(yàn)條件是16時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3 h。則測(cè)得葉片葉綠體的光合速率是(　 )A．(3y－2z－x)/6 B．(3y－2z－x)/3C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3解析：選A　分析題意可知，10時(shí)到16時(shí)之間的6 h，植物既進(jìn)行光合作用，也進(jìn)行呼吸作用，因此其重量變化表示的是凈光合作用量，則凈光合速率＝凈光合作用量/6＝(y－x)/6；而M處的實(shí)驗(yàn)條件是16時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3 h，此時(shí)葉片只進(jìn)行呼吸作用，因此可以計(jì)算出呼吸速率＝(y－z)/3；因此總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6。————————————————————————————比較有機(jī)物的合成量————————————————————————————————————————1．光反應(yīng)和暗反應(yīng)在不同酶的催化作用下相對(duì)獨(dú)立進(jìn)行，由于催化暗反應(yīng)的酶的催化效率和數(shù)量都是有限的，因此在一般情況下，光反應(yīng)的速率比暗反應(yīng)快。2．持續(xù)光照，光反應(yīng)產(chǎn)生的大量的NADPH和ATP不能及時(shí)被暗反應(yīng)消耗，暗反應(yīng)限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。3．但若光照、黑暗交替進(jìn)行，則黑暗間隔有利于充分利用光照時(shí)積累的光反應(yīng)的產(chǎn)物，因此在光照強(qiáng)度和光照時(shí)間不變的情況下，制造的有機(jī)物相對(duì)多。[針對(duì)訓(xùn)練]5．科研人員利用“間隙光”來(lái)測(cè)定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替進(jìn)行12小時(shí)，并用靈敏傳感器記錄環(huán)境中氧氣和二氧化碳的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分記錄如下圖所示。據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分記錄圖分析，與連續(xù)光照6小時(shí)，再連續(xù)黑暗6小時(shí)相比，“間隙光”處理的光合作用效率________(填“大于”“等于”或“小于”)連續(xù)光照下的光合效率，原因是“間隙光”能____________。上面曲線出現(xiàn)的原因是光合作用光反應(yīng)的速率比暗反應(yīng)的速率________(填“更快”或“更慢”)。圖中兩條曲線所圍成的面積S1________S2(填“大于”“等于”或“小于”)。解析：光照總時(shí)間相同的情況下，“間隙光”與連續(xù)光照處理相比，前者光合作用合成的有機(jī)物增多，光合作用效率更高，因?yàn)橐话闱闆r下，光合作用過(guò)程中的光反應(yīng)速率很快，而暗反應(yīng)速率較慢，“間隙光”處理能充分利用光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP。S1面積相當(dāng)于光照時(shí)光反應(yīng)積累的NADPH和ATP，而這些NADPH和ATP在后續(xù)的黑暗處理時(shí)被暗反應(yīng)所消耗，所以S1與S2大致相等。答案：大于　充分利用光合作用光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP　更快　等于

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案更多

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案 更多

相關(guān)學(xué)案更多