微專題3　光合速率和呼吸速率及測定方法專題知識1　光合速率和呼吸速率的關(guān)系
1．光合速率和呼吸速率的表達方式在黑暗時，植物體只能進行呼吸作用，所以在黑暗條件下測得的數(shù)據(jù)就是呼吸速率；而在光照條件下，植物體可以同時進行光合作用和呼吸作用，因此在光下直接測得的數(shù)據(jù)是凈光合速率?？偣夂纤俾薀o法直接測得，只能間接求得：總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率?？偣夂纤俾?、凈光合速率和呼吸速率有關(guān)的關(guān)鍵詞見下表。
注：總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率①光合作用消耗的CO2量＝從環(huán)境中吸收的CO2量＋呼吸釋放的CO2量②光合作用產(chǎn)生的O2量＝釋放到環(huán)境中的O2量＋呼吸作用消耗的O2量
2．光合速率和呼吸速率的圖解分析
3．CO2(光)補償點移動方向的判斷植物的CO2(光)補償點和飽和點受外界環(huán)境影響。當外界環(huán)境變化時，CO2(光)補償點和飽和點都會發(fā)生相應(yīng)變化，如下圖所示。
(1)呼吸速率增加，CO2(光)補償點B應(yīng)右移。(2)呼吸速率減小，CO2(光)補償點B應(yīng)左移。(3)呼吸速率基本不變，條件的改變使光合速率下降時，CO2(光)補償點B右移；條件的改變使光合速率上升時，CO2(光)補償點B左移。
1．(2022·山東雷州)將某植物放在透明且密閉的容器內(nèi)，并在適宜條件下培養(yǎng)。測得植物吸收和產(chǎn)生CO2的速率如圖所示。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)
A．T1時刻，該植物固定CO2的速率是10 mg·h－1B．T2時刻，該植物能進行光合作用但無有機物積累C．T1～T3時間段內(nèi)，該植物的凈光合速率逐漸下降D．T3時刻后，密閉容器中的CO2濃度不斷升高
解析：T1時刻，該植物固定CO2的速率為總光合速率，即總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝10＋2＝12(mg·h－1)，A項錯誤；T2時刻，該植物凈光合速率大于0，有有機物的積累，B項錯誤；密閉容器內(nèi)CO2的含量一定，隨著光合作用的進行，CO2濃度逐漸降低，所以T1～T3時間段內(nèi)，該植物的凈光合速率逐漸下降，C項正確；T3時刻之后，該植物的光合速率等于呼吸速率，容器中CO2濃度保持不變，D項錯誤。
2．(2022·山東周口)圖甲中的試管A與試管B敞口培養(yǎng)相同數(shù)量的小球藻，研究光照強度對小球藻氧氣產(chǎn)生量的影響，試管A的結(jié)果如圖乙所示。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是(　　)
A．Q點的O2凈釋放量為零，是因為Q點的光合作用強度為零B．P點為負值的原因是細胞呼吸消耗氧氣；適當降低溫度，P點將下降C．在圖乙上繪制試管B結(jié)果的曲線，Q點應(yīng)右移D．降低CO2濃度時，在圖乙上繪制試管A結(jié)果的曲線，R點應(yīng)右移
解析：Q點時凈光合速率為0，光合作用強度不為0，A項錯誤；P點對應(yīng)的數(shù)值的絕對值代表呼吸速率，若適當降低溫度，呼吸速率會下降，則P點會上移，B項錯誤；試管B中缺鎂影響葉綠素的合成，小球藻光合速率低，Q點應(yīng)右移，C項正確；CO2濃度降低，光合速率下降，R點應(yīng)向左下移動，D項錯誤。
3．(2022·吉林長春五校聯(lián)考)圖1是某植物葉肉細胞中部分代謝過程的模式圖；圖2表示在一定條件下測得的該植物光照強度與光合作用速率的關(guān)系；圖3是某興趣小組將植物栽培在密閉玻璃溫室中，用紅外線測量儀測得的室內(nèi)CO2濃度與時間關(guān)系曲線。回答下列問題：
(1)光合作用與光反應(yīng)有關(guān)的酶分布于葉綠體的________________。分離葉綠體中色素常用的方法是________________。(2)在某些條件下，R酶還可以催化1分子C5和1分子O2反應(yīng)生成1分子C3和1分子2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下轉(zhuǎn)換為乙醇酸后經(jīng)載體T運離葉綠體，再經(jīng)過葉綠體外的代謝途徑轉(zhuǎn)換為________回到葉綠體。經(jīng)測定，由葉綠體外的代謝途徑回到葉綠體中的碳有所減少，從圖1分析，原因是___________________________________________________________________________________________________。(3)圖2中的A點表示__________________________；C點時，葉肉細胞中產(chǎn)生ATP的場所有____________________________________。當光照強度在圖2的D點時，該植物葉綠體固定的CO2的量是___________________________________________CO2mg·(100cm2·h)－1。(4)由圖3可推知，密閉玻璃溫室中氧氣濃度最大的是________點。24點與0點相比，植物體內(nèi)有機物總量的變化情況是________(填“增大”“不變”或“減少”)。
解析：(2)在某些條件下，R酶還可以催化1分子C5和1分子O2反應(yīng)生成1分子C3和1分子2-磷酸乙醇酸，后者在酶的催化作用下轉(zhuǎn)換為乙醇酸后經(jīng)載體T運離葉綠體，再經(jīng)過葉綠體外的代謝途徑轉(zhuǎn)換為甘油酸回到葉綠體。從圖1分析，葉綠體外的代謝途徑中，產(chǎn)生了CO2釋放出去，所以由葉綠體外的代謝途徑回到葉綠體中的碳有所減少。(3)圖2中的A點表示細胞只進行呼吸作用；C點時，光合速率等于呼吸速率，葉肉細胞中產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體。當光照強度在圖2的D點時，該植物葉綠體固定的CO2的量＝12＋6＝18[CO2mg·(100cm2·h)－1]。(4)圖3表示密閉玻璃溫室內(nèi)的CO2濃度與時間關(guān)系的曲線，F(xiàn)點和H點時，光合作用強度等于呼吸作用強度，而CO2濃度最低點就是氧氣濃度的最高點，即H點；J點時CO2濃度高于E點，表明J點時植物體內(nèi)的有機物減少。
答案：(1)類囊體薄膜　紙層析法　(2)甘油酸　葉綠體外的代謝途徑中產(chǎn)生了CO2釋放出去　(3)細胞呼吸釋放CO2的速率　細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體　18　(4)H　減少
專題知識2　光合速率和呼吸速率的測定方法
1．液滴移動法——測定光合作用中O2增加的體積或CO2消耗的體積(1)測定裝置。
(2)測定方法。①測定呼吸速率(裝置甲)。a．裝置甲燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液用于吸收CO2。b．玻璃鐘罩應(yīng)遮光處理，以排除光合作用的干擾。c．置于適宜溫度環(huán)境中。d．紅色液滴向左移動(裝置甲中的紅色液滴在單位時間內(nèi)向左移動的距離代表呼吸速率)。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NaHCO3溶液，用于保證容器內(nèi)CO2濃度的恒定，滿足光合作用的需求。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(裝置乙中的紅色液滴在單位時間內(nèi)向右移動的距離代表凈光合速率)。③根據(jù)“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。④為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結(jié)果進行校正。
2．黑白瓶法——測溶氧量(或CO2量)的變化黑瓶不透光，測定的是有氧呼吸量；白瓶給予光照，測定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒有初始值兩種情況，規(guī)律如下：
3．稱重法——測定光合作用有機物的產(chǎn)生量檢測單位時間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量，常用于大田農(nóng)作物的光合速率測定。將葉片一半遮光，一半曝光。遮光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表細胞呼吸強度值，曝光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表表觀(凈)光合作用強度值。綜合兩者可計算出真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理，以防止有機物的運輸。4．葉片上浮法——檢測O2釋放速率利用“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(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時間內(nèi)上浮葉片數(shù)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。
1．(2022·廣東惠州)某研究小組為了探究酵母菌細胞呼吸方式，設(shè)計了如下頁圖所示的實驗裝置(實驗中微生物均有活性，瓶內(nèi)充滿空氣)。下列敘述錯誤的是(　　)
A．如果酵母菌只進行有氧呼吸，則有色液滴不移動B．如果有色液滴左移，左移值就是酵母菌消耗的氧氣值C．如果要測呼吸商(釋放二氧化碳與吸收氧氣的體積之比)，則必須增加一個裝置，即把NaOH換成清水，其他與此裝置相同D．如果把酵母菌換成乳酸菌，其他條件均與此裝置相同，則有色液滴不移動
解析：如果酵母菌只進行有氧呼吸，則其中的O2含量會減少，而產(chǎn)生的CO2被氫氧化鈉溶液吸收，所以有色液滴一定左移，A項錯誤；由于產(chǎn)生的CO2被氫氧化鈉溶液吸收，如果有色液滴左移，則左移值就是酵母菌消耗的氧氣值，B項正確；如果要測呼吸商，則必須增加一個裝置，即把NaOH換成清水，可以測定呼吸作用產(chǎn)生CO2和消耗O2的差值，其他與此裝置相同，C項正確；由于乳酸菌只進行無氧呼吸，且只產(chǎn)生乳酸，如果把酵母菌換成乳酸菌，其他條件均與此裝置相同，則有色液滴不移動，D項正確。
2．(2022·遼寧實驗中學)某生物科研小組從池塘某一深度取水樣，分裝到六對黑白瓶中(白瓶為透光瓶，黑瓶為不透光瓶)。剩余水樣立即測定初始溶解氧量為10 mg/L。將瓶密封后，五對置于五種不同強度的光照條件下(溫度相同)，一對放回原水層，24小時后測定瓶中溶解氧量。請根據(jù)記錄數(shù)據(jù)(見下表)判斷，下列說法正確的是(　　)
A．光照強度為a時，白瓶和黑瓶的溶解氧量相同，說明a為黑暗條件B．光照強度為b時，植物不能發(fā)生光合作用C．原水層與c的白瓶溶解氧量相同，可以推測原水層的光照強度為cD．當光照強度大于d時，白瓶中的植物產(chǎn)生的氧氣量都是30 mg/L
解析：光照強度為b時，白瓶溶解氧量與初始溶解氧量相等，說明凈光合速率為零，植物能發(fā)生光合作用，B項錯誤；原水層與光照強度為c時的白瓶溶解氧量雖相同，但呼吸速率不同[原水層的呼吸速率＝10－2＝8(mg/L)，c的白瓶呼吸速率＝10－3＝7(mg/L)]，所以兩者的總光合速率不同，光照強度不同，C項錯誤；當光照強度大于d時，白瓶中的植物產(chǎn)生的氧氣量即為總光合量＝表觀光合量＋呼吸消耗量＝30－10＋10－3＝27(mg/L)，D項錯誤。
3．(2022·湖南衡陽)研究者將對稱葉片一半遮光，另一半照光處理。經(jīng)過一段時間后，在對稱部位截取同等面積(實驗處理前干重相同)的葉片，烘干稱重，用于相關(guān)速率的計算。不考慮光照條件對葉片呼吸速率的影響，下列說法正確的是(　　)A．遮光處理后葉綠體基質(zhì)中C3的含量比照光處理后低B．照光處理時類囊體薄膜上可發(fā)生NADP＋與電子和H＋結(jié)合C．照光處理與遮光處理后葉片的干重差是由呼吸作用引起的D．要計算光合作用速率還需測定同等面積葉片的初始干重
解析：遮光后，光反應(yīng)停止，短時間內(nèi)C3被還原成C5的過程減弱乃至停止，而C5固定CO2的過程仍能繼續(xù)，故遮光后C3含量會比照光時的C3含量高，A項錯誤；照光處理時類囊體薄膜上可產(chǎn)生NADPH，故可發(fā)生NADP＋與電子和H＋結(jié)合，B項正確；照光處理后與遮光處理后葉片的干重差(單位時間內(nèi))是真光合作用速率，因此不需要測定同等面積葉片的初始干重，C、D項錯誤。
4．(2021·江蘇南京)利用裝置甲，在相同條件下分別將綠色植物E、F的葉片制成大小相同的葉圓片，抽出空氣，進行光合作用速率測定。圖乙是利用裝置甲測得的數(shù)據(jù)繪制成的坐標圖。下列敘述正確的是(　　)

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