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素能提升课1 酶的相关实验设计和分析
第三章 细胞中能量的转换和利用
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待测酶液
蛋白酶
RNA酶
处理
处理
检测所催化的反
应是否能够发生
浅仰芹 酶相关实验设计中的“酶解法”
1．鉴定酶本质的“酶解法”模型
“酶解法”——从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。其必须保持正常的结构才能发挥催化作用，因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计方案如右图：
2．实验设计中也可用酶催化底物分解，根据底物的变化来证明酶的作用。
1．某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。
实验思路：____________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
预期结果及结论：______________________________________________
______________________________________________________________
[解析] 实验设置甲组和乙组，两组实验分别用蛋白酶和RNA酶处理X酶，然后与糖原混合检测两组实验中X酶有无活性。检测X酶是否有活性可用斐林试剂与产物反应是否产生了颜色变化来完成。
[答案] 实验思路：甲组：将X酶用蛋白酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖产生。乙组：将X酶用RNA酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖产生。
预期结果及结论：①若甲组有还原糖生成，乙组没有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是RNA；②若甲组没有还原糖生成，乙组有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是蛋白质。
酶相关实验设计中的“对比法”
1．对比法验证酶的高效性
(1)设计思路：通过将不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)催化底物的反应速率进行比较，得出结论。
(2)设计方案
项目 实验组 对照组
材料 等量的同一种底物
试剂 与底物相对应的酶溶液(如生物材料研磨液) 等量的无机催化剂
现象 反应速率很快，或反应用时短 反应速率缓慢，或反应用时长
结论 酶具有高效性
2．对比法验证酶的专一性
(1)设计思路：常见的方案有两种，即底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案
项目 方案一 方案二
实验组 对照组 实验组 对照组
材料 同种底物(等量) 与酶相对应的底物 另外一种底物
试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶 同一种酶(等量)
现象 发生反应 不发生反应 发生反应 不发生反应
结论 酶具有专一性
2．下列有关酶的实验设计思路，正确的是 ( )
A．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响
B．在验证酶的专一性实验中，酶的浓度为无关变量，底物的浓度为自变量
C．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性
D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响
C [因为过氧化氢不稳定，在高温下会自行分解成水和氧气，所以不能探究温度对酶活性的影响，A错误；在验证酶的专一性实验中，酶的浓度和底物的浓度均为无关变量，B错误；胃蛋白酶的最适pH为1.5，验证pH对酶活性的影响应将pH设置在最适pH左右，D错误。]
3．取经过编号的5支试管分别加入2 mL 0.5 mol/L的过氧化氢溶液，进行如下实验，根据实验内容，下列说法正确的是( )
试管编号 1 2 3 4 5
加入物质 适量唾液 锈铁钉 生土豆块 熟土豆块 生土豆块＋稀盐酸
实验结果 几乎无气泡 少量气泡 大量气泡 几乎无气泡 几乎无气泡
A．说明酶具有高效性的是3号和4号实验
B．1号和3号对照不能说明酶具有专一性
C．各组实验都不能体现酶的活性与温度之间的关系
D．3号和5号对照可以说明酶的活性受pH的影响
D [证明酶具有高效性需对比无机催化剂与酶的催化作用，2号和3号实验可证明酶具有高效性，A错误；1号和3号分别用唾液淀粉酶和过氧化氢酶与过氧化氢溶液反应，两组实验结果对照可说明酶具有专一性，B错误；3号和4号的实验结果说明高温会使酶活性降低，C错误；3号和5号的实验结果可以说明pH降低会使酶活性降低，D正确。]
酶相关实验设计中的“梯度法”
“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH
(1)设计思路
底物t1温度(或pH1)下＋酶t1温度(或pH1)下
底物t2温度(或pH2)下＋酶t2温度(或pH2)下
底物tn温度(或pHn)下＋酶tn温度(或pHn)下
(2)设计方案
4．普通淀粉酶的最适温度在40～60 ℃之间，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。请回答下列问题：
(1)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与____________混合，若反应液呈________色，则该酶的化学本质为蛋白质。
(2)测定淀粉酶活性时，应选择________作为该酶作用的底物，反应液中应加入____________溶液以维持其酸碱度稳定。
(3)设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。
①此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑_________________(指出两点即可)等因素。
②结合题目信息，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路：______________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析] (1)大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，根据酶的专一性，应选择淀粉作为该酶作用的底物。反应液中应加入(酸碱)缓冲溶液以维持其酸碱度稳定。(3)①此实验中除自变量和因变量外，无关变量需要保持相同且适宜，因此还需要考虑底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等因素。②测定该酶催化作用最适温度的实验思路：在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。
[答案] (1)双缩脲试剂 紫
(2)淀粉 (酸碱)缓冲
(3)①底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序 ②在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度
5．如表为某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果。已知实验一中淀粉酶的最适温度为60 ℃，据此回答下列问题：
探究温度对酶活性影响的实验(实验一)
实验步骤 分组 甲组 乙组 丙组
①新鲜淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL
②可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL
③控制温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
④将新鲜淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别在各自温度下反应相同时间
⑤比较淀粉的________
探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验(实验二)
组别 A组 B组 C组 D组 E组
pH 5 6 7 8 9
H2O2溶液完全分解所需时间(秒) 300 180 90 192 284
(1)pH在实验一中属于________变量，而在实验二中属于________变量。
(2)实验一的①②③步骤为错误操作，正确的操作应该是_______________。实验一的第⑤步最好选用________(试剂)比较淀粉的________。
(3)如将实验一的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？________。为什么？______________________。
(4)分析实验二的结果，可得到的结论是：_________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________；
欲在该预实验的基础上进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为________之间设置梯度。
[解析] (1)实验一探究的是温度对酶活性的影响，因此自变量是温度，因变量是酶活性，pH属于无关变量；而实验二是探究过氧化氢酶作用的最适pH，自变量是pH。(2)探究温度对酶活性影响的实验中，应该先使酶和底物分别达到预设温度，然后再将底物和酶混合进行反应，否则会影响实验结果的准确性。淀粉遇碘液变蓝，因此实验一的第⑤步最好选用碘液比较淀粉的剩余量。不能用斐林试剂测定是因为斐林试剂需水浴加热才能与还原糖发生显色反应，而加热会影响自变量——温度，进而影响实验结果。(3)温度会直接影响H2O2的分解，因此实验一的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液不能换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液。(4)由实验二的结果可知，该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低。欲在该预实验的基础上进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为6～8之间设置梯度。
[答案] (1)无关 自
(2)使新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合 碘液 剩余量
(3)不科学 因为温度会直接影响H2O2的分解
(4)该过氧化氢酶作用的最适pH约为7，pH降低或升高酶活性均降低 6～8
1(共47张PPT)
素能提升课2 光合作用和细胞呼吸过程的综合
第三章 细胞中能量的转换和利用
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来源
有氧呼吸
三阶段均产生
去路
作为各项生命活动“直接”能源
ATP
来源
光合作用
光反应（光能→ATP)
去路可用于还原C
C
吸收量
净光合
速率
光合速率
B
O0释放量
紧
光照强度
总真正)光合速率
A
光照强度
甲
乙
浅仰芹
C
吸收量
净光合
速率
B
O0释放量
紧
光照强度
总真正)光合速率
A
光照强度
甲
乙(共34张PPT)
素能提升课3 光合作用和细胞呼吸的相关实验
第三章 细胞中能量的转换和利用
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浅仰芹 光合作用和细胞呼吸的综合
1．光合作用与细胞呼吸中物质及能量转化
(1)物质方面
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2。
②O：H2OO2H2O。
③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O。
(2)能量方面
光能ATP和NADPH(CH2O)
(3)光合作用与有氧呼吸中[H]、ATP来源与去路
2．不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点
曲线 光合作用强度与细胞呼吸强度的关系 气体代谢特点 图示
A点 只进行细胞呼吸 吸收O2，释放CO2
AB段 细胞呼吸强度大于光合作用强度 吸收O2，释放CO2
B点 细胞呼吸强度等于光合作用强度 不与外界发生气体交换
B点后 光合作用强度大于细胞呼吸强度 吸收CO2，释放O2
1．下图为植物细胞代谢的部分过程简图，①～⑦为相关生理过程。下列叙述错误的是( )
A．若植物缺镁，则首先会受到显著影响的是③
B．②的进行与⑤⑥密切相关
C．蓝细菌细胞中④发生在叶绿体基质中
D．叶肉细胞③中O2的产生量小于⑥中O2的吸收量，则该细胞内有机物的总量将减少
C [镁是合成叶绿素的成分，光反应阶段需要叶绿素吸收光能，若植物缺镁则叶绿素的合成受到影响，首先会受到显著影响的生理过程是③光反应过程，A项正确；②是植物细胞通过主动运输吸收无机盐离子的过程，需要消耗能量，故与⑤⑥过程密切相关，B项正确；蓝细菌细胞是原核细胞，没有叶绿体，C项错误；图中③光反应过程O2的产生量小于⑥有氧呼吸过程O2的吸收量，则净光合作用量小于0，该植物体内有机物的量将减少，D项正确。]
2．将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。在室外培养一昼夜获得的实验结果如图。下列有关说法错误的是( )
甲 乙
丙
A．图乙中的c点对应图甲中的C点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的①
B．图甲中的F点对应图乙中的h点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③
C．图乙中的d点时玻璃罩内CO2浓度最高，此时细胞内气体交换状态对应图丙中的③
D．图乙中eg段细胞内气体交换状态对应图丙中的④
A [图乙中的c点植物只进行细胞呼吸，不进行光合作用，图甲中的C点，光合作用强度等于细胞呼吸强度，A错误；图甲中的F点对应图乙中的h点，都是光合作用强度等于细胞呼吸强度的点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③，B正确；图乙中的d点时光合作用强度等于细胞呼吸强度，d点之后光合作用强度大于细胞呼吸强度，CO2浓度开始降低，d点时细胞内气体交换状态对应图丙中的③，C正确；图乙中eg段先下降后上升，但植物整体表现为吸收CO2，所以此时细胞内气体交换状态对应图丙中的④，D正确。]
总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系及计算
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)总(真正)光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
2．判定方法
(1)根据坐标曲线判定
a.当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，则该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表总(真正)光合速率，如图乙。
(2)根据关键词判定
检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率
CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量
有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量
3．如图表示20 ℃时玉米光合速率与光照强度的关系，Sa、Sb、Sc依次表示有关物质量的相对值。下列说法中不正确的是( )
A．Sa＋Sb＋Sc表示光合作用总量
B．Sc－Sa表示净光合作用量
C．光照强度从B点到D点变化过程中，C3逐渐减少
D．若提高CO2浓度，则B点左移
A [由图可知，Sc－Sa表示净光合作用量，Sa＋Sb表示呼吸消耗的总量，玉米光合作用总量＝呼吸消耗量＋净光合量＝Sb＋Sc；光照强度从B点到D点变化过程中，光照强度增加，光反应产生的[H]和ATP增加，被还原的C3增多，所以细胞中的C3逐渐减少；若提高CO2浓度，光补偿点减小，则B点左移。]
4．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。下列分析正确的是( )
A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等
A [图中虚线表示的是光照下CO2的吸收量，即光合作用净合成量，在光照时间相同的情况下，30 ℃时光合作用的总量为3.50(净合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50(mg·h－1)，35 ℃时光合作用的总量为3.00(净合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50(mg·h－1)，二者相同，A正确；在25 ℃时，CO2吸收量最大，即光合作用净合成量最大，相同时间积累有机物的量最多，B错误；25 ℃、30 ℃、35 ℃时，光合作用制造的有机物的量分别为6.00 mg·h－1、6.50 mg·h－1、6.50 mg·h－1，C错误；两曲线的交点表示光合作用的净合成量等于细胞呼吸消耗量，D错误。]
植物的光补偿点和饱和点问题
光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
5．已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。如图表示该植物在25 ℃时光合强度与光照强度的关系。若将温度提高到30 ℃的条件下(其他条件不变)，从理论上讲，图中相应点的移动应该是( )
A．a点上移，b点左移，m点上移
B．a点不移，b点左移，m点不移
C．a点下移，b点右移，m点下移
D．a点下移，b点不移，m点上移
C [温度由25 ℃升高到30 ℃，对于细胞呼吸而言，达到最适温度，呼吸速率增大；对于光合作用而言，超过最适温度，光合速率下降。因此，a点因细胞呼吸加强而往下移；b点为光补偿点，一方面细胞呼吸加强，需较强的光照强度才能产生与细胞呼吸消耗量相当的有机物，另一方面光合速率下降，产生有机物的速率也下降，也需较强的光照强度才能产生与原来等量的有机物，所以b点右移；因温度超过光合作用最适温度，酶活性下降，光合作用强度降低，m点下移，A、B、D错误，C正确。]
6．图甲中试管A与试管B敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻氧气产生量的影响，试管A的结果如图乙所示。据图分析，下列叙述正确的是 ( )
甲 乙
A．Q点的O2净释放量为零，是因为此点光合作用强度为零
B．P点为负值的原因是细胞呼吸消耗氧气；适当降低温度，P点将下降
C．在图乙上绘制装置B的曲线，Q点应右移
D．降低CO2浓度时，在图乙上绘制装置A的曲线，R点应右移
C [Q点时净光合速率为0，光合作用强度不为0，A错误；P点对应的数值的绝对值代表呼吸速率，若适当降低温度，呼吸速率可能上升或下降，则P点会下移或上移，B错误；装置B中缺镁影响叶绿素的合成，小球藻光合速率低，Q点应右移，C正确；CO2浓度降低，光合速率下降，R点应向左下移动，D错误。]
自然环境和密闭环境中植物的生长问题
1．自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线
a点：凌晨，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
ef段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
fg段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
bf段：制造有机物的时间段。
ce段：积累有机物的时间段。
一昼夜有机物的积累量＝S1－(S2＋S3)(S1、S2、S3分别表示曲线与横轴围成的面积)。
2．密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线
(注意：分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时，应分析曲线变化趋势的快慢，也就是斜率。)
AB段：无光照，植物只进行细胞呼吸。
BC段：温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。
D点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。
I点低于A点：一昼夜后，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物能正常生长(若I点高于A点，植物不能正常生长)。
7．科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是( )
A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因
B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭
C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照强度逐渐减弱
D．适时浇水、增施农家肥是提高大棚作物产量的重要措施
B [早晨太阳出来后光照强度不断增大，使得露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，A项正确；大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是太阳出来后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降，而露地栽培的油桃在mn段Pn下降，是因为环境温度过高导致气孔关闭，吸收CO2减少，B项错误；15时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，C项正确；适时浇水从而避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥从而增加CO2浓度是提高大棚作物产量的重要措施，D项正确。]
8．图甲表示在一定条件下测得的某植物光照强度与光合速率的关系；图乙表示某绿色植物的细胞代谢状况；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答下列问题：
(1)图甲中c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有___________________。
(2)图乙所示植物的细胞代谢情况，可用图甲中a、b、c、d四点中的哪一点来表示？________。
(3)如图甲，在相同温度下，将该植物的叶片置于8 klx 光照下9 h，然后移到黑暗处15 h，则该24 h内每100 cm2叶片的光合作用所固定的CO2总量为________mg。
(4)由图丙可推知，密闭玻璃温室中氧气浓度最高的点是________，光合速率与呼吸速率相等的点是________，j点与e点相比，植物体内有机物含量将________(填“增加”“减少”或“不变”)。
[解析] (1)据图可知，a点的光照强度为0，此时的数值的绝对值表示呼吸作用速率；c点有光照，因此此时细胞中能合成ATP的部位有细胞质基质、线粒体、叶绿体。(2)图乙表示光合作用速率大于细胞呼吸速率，与图甲中的d点相符；(3)根据图甲可知，光照强度为8 klx时，植物的光合作用速率等于18 mg/100 cm2·h，光照9 h，固定的CO2为18×9＝162(mg)。(4)f点后，光合作用速率大于细胞呼吸速率，密闭容器中O2浓度不断增加，而h点后，细胞呼吸速率大于光合作用速率，消耗容器中的O2，因此h点时，容器中O2浓度最高。与e点相比，j点CO2浓度高，说明细胞呼吸大于光合作用，即有机物含量减少。
[答案] (1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 (2)d
(3)162 (4)h f和h 减少
7 细胞呼吸方式的探究实验
根据液滴移动的方向判断细胞呼吸方式的实验装置
(1)装置分析：酵母菌在进行细胞呼吸时既有气体的产生又有气体的消耗，而气体量的变化会引起广口瓶中的压强变化，根据红色液滴的移动方向可判断细胞呼吸方式。
①装置甲中小烧杯加入NaOH溶液，目的是吸收细胞呼吸产生的CO2，所以装置甲液滴移动的距离代表O2的消耗量。
②装置乙中清水不能吸收O2也不能吸收CO2，则装置乙中液滴移动的距离代表CO2产生量与O2消耗量的差值。
实验过程分析：呼吸底物以葡萄糖为例，①根据反应式C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O，可知进行有氧呼吸时气体体积不变；②根据反应式C6H12O62C2H5OH＋2CO2可知，进行无氧呼吸时气体体积增加。
(2)实验现象及结果分析
装置甲 装置乙 实验结果
红色液滴左移 红色液滴不移动 酵母菌只进行有氧呼吸
红色液滴不移动 红色液滴右移 酵母菌只进行无氧呼吸
红色液滴左移 红色液滴右移 酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
1．下图是探究酵母菌呼吸方式的装置，下列相关叙述错误的是 ( )
A．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸
B．假设装置1中的液滴不移动，装置2中的液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸
C．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
D．假设装置1和装置2的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸
D [装置1液滴向左移动，说明消耗了O2，装置2液滴不移动，说明消耗的O2与产生的CO2相等，没有进行无氧呼吸，则酵母菌只进行有氧呼吸，A正确；装置1液滴不移动，说明没有消耗O2，装置2液滴向右移动，说明产生了CO2，则酵母菌只进行无氧呼吸，B正确；装置1液滴向左移动，说明消耗了O2，酵母菌进行有氧呼吸，装置2液滴向右移动，说明产生的CO2多于消耗的O2，说明酵母菌进行了无氧呼吸，则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，C正确；装置1和装置2液滴均不移动，说明酵母菌已死亡，D错误。]
2．(多选)某兴趣小组进行酵母菌无氧呼吸的探究实验，装置如图1；图2为酵母菌细胞内可发生的呼吸过程示意图，其中字符Ⅰ～Ⅵ表示化学物质，序号①～④代表反应过程。下列叙述正确的是( )
图1 图2
A．图1装置中加水的目的包括隔绝空气及便于观察
B．图1装置中的葡萄糖溶液在加入试管之前应加热煮沸
C．图2能在线粒体中进行的反应过程包括：②③④
D．若图2提供的是18O标记的葡萄糖，则最后在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ中都可以找到18O
AB [图1中探究的是酵母菌的无氧呼吸，装置中的水可以隔绝空气，为下部的酵母菌创造无氧条件，同时便于观察无氧呼吸的实验现象，A正确；图1装置中的葡萄糖溶液在加入试管之前应加热煮沸，以排除溶解氧及其他微生物对实验的干扰，B正确；图2中能够发生在线粒体中的反应有②有氧呼吸第二阶段、③有氧呼吸第三阶段，C错误；已知图2提供的是18O标记的葡萄糖，而图中Ⅲ为[H]，Ⅳ为O2，两者都不含18O，D错误。]
细胞呼吸速率和光合速率的测定实验
1．“装置图法”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(用装置甲单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。
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(用装置乙单位时间内向右移动的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．红外线CO2传感器
由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。
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气含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行细胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和细胞呼吸。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(可先在叶柄基部用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，即可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)，则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。
3．如图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的实验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙述，正确的是( )
A．温度、CO2浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量
B．CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定
C．如果有色液滴向右移动，说明该植物不进行光合作用
D．如果有色液滴向左移动，说明该植物不进行光合作用
B [由题意可知，该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响，自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，有色液滴的移动距离作为观测的指标，温度、CO2浓度等都是无关变量；CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定；有色液滴移动的距离是由装置内O2的变化量引起的，如果有色液滴向右移动，说明光合作用释放的氧气量大于细胞呼吸吸收的氧气量；如果有色液滴向左移动，说明光合作用释放的氧气量小于细胞呼吸吸收的氧气量。]
4．将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内，在室内调温25 ℃，给予恒定适宜的光照60 min，然后遮光处理60 min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化，得到图2曲线。
图1
图2
(1)若要获得小麦的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另设对照组。0～60 min小麦的真正光合速率为________μmol CO2/(L·h)。
(2)实验10 min时，小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是______________________________________________________________。
在停止光照的瞬间叶绿体内C3的含量________。
[解析] (1)前60 min测定净光合速率，后60 min测定呼吸速率，不需要另设对照组。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(2 000－800)＋(1 200－800)＝1 600[μmol CO2/(L·h)]。
(2)光合作用旺盛，叶绿体需要较多CO2，包括线粒体供给和细胞外吸收。停止光照，叶绿体内缺少NADPH和ATP，不能进行还原C3的过程。
[答案] (1)不需要 1 600 (2)线粒体供给和细胞外吸收 增多(或升高)
5．某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧气的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶。黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，24小时后测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下：
光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3
(1)黑瓶中溶氧量降低为3 mg/L的原因是___________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________；
该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为________mg/(L·24 h)。
(2)当光照强度为c klx时，白瓶中植物产生的氧气量为________mg/(L·24 h)。
(3)光照强度至少为________(填字母)klx时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。
[解析] (1)黑瓶中溶氧量降低为3 mg/L的原因是黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物细胞呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为原初溶氧量减去24小时后溶氧量，即10－3＝7[mg/(L·24 h)]。
(2)当光照强度为c klx时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即总光合作用量＝净光合作用量＋细胞呼吸消耗量＝(24－10)＋7＝21[mg/(L·24 h)]。
(3)光照强度为a klx时，白瓶中溶氧量不变，说明植物光合作用产生的氧气刚好用于所有生物的细胞呼吸消耗，故光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡。
[答案] (1)黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物细胞呼吸消耗氧气 7 (2)21 (3)a
6．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)。请分析回答下列问题：
(1)MA表示6 h后叶片初始质量－细胞呼吸有机物的消耗量；MB表示6 h后(________________)＋(________________)－细胞呼吸有机物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，则M表示____________________________________
______________________________________________________________。
(3)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：
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析] 叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行细胞呼吸。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行细胞呼吸。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－细胞呼吸有机物的消耗量，MA表示6 h 后叶片初始质量－细胞呼吸有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h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)。由此可计算光合速率，即M值除以时间再除以截取面积。
[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值除以时间再除以截取面积，即M/(截取面积×时间)
(4)将从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，另一部分在黑暗环境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
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