浙科版（2019）生物必修一 第三章第五节课时3　影响光合作用的环境因素及实验探究学案（含解析）

课时3　影响光合作用的环境因素及实验探究
光合作用受环境因素的影响
1.光合速率(又称光合强度)
(1)含义:一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用,如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。
(2)表示方法:产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。
(3)表观光合速率:光照条件下测得的植物从外界环境吸收的CO2总量。
(4)真正光合速率:植物在光照条件下,从外界环境中吸收的CO2的量,加上细胞呼吸释放的CO2的量。
2.环境因素对光合速率的影响
(1)光强度。
光合速率随光强度的增加而增加,当光强度升高到一定数值后,光强度再增加光合速率也不会增加,此时的光强度称为光饱和点。
(2)温度。
光合作用有一个最适温度,和酶促反应有最适温度一样。表现为一定范围内光合速率随温度的升高而加快,超过最适温度光合速率下降。
(3)CO2浓度。
空气中CO2浓度的增加会使光合速率加快。目前大气中CO2的浓度约为0.035%,CO2浓度在1%以内时,光合速率会随CO2浓度的增加而增加。
3.探究环境因素对光合作用的影响
(1)实验假设。
一定范围内,金鱼藻(或黑藻)光合速率随光强度的增加而增加。
(2)实验原理。
不同光强度→有色液滴移动的距离不同→释放的氧气的量不同→光合速率不同→光强度与光合速率的关系
(3)实验步骤。
①组装如图实验装置三套,编号甲、乙、丙。
②分别向三支试管内加入等量的金鱼藻(或黑藻)和NaHCO3溶液。
③记录有色液滴的起始位置。
④取三只100 W聚光灯,分别置于距甲、乙、丙10 cm、20 cm、50 cm处,一段时间后,记录有色液滴位置。
(4)实验结果及结论。
①实验结果。
组别 有色液滴移动距离
甲 最大
乙 较大
丙 最小
②实验结论。
在一定范围内,随着光强度不断增加,光合作用强度也不断增加。
分析上述实验的自变量、因变量及无关变量。
提示:自变量是光强度;因变量为光合速率(或光合强度);无关变量有温度、CO2浓度、金鱼藻(或黑藻)的数量等。
[自主学习检测]——教材基础熟记于心
1.真正光合速率是指人们测得的CO2吸收量。(　×　)
提示:真正光合速率是指植物在光照条件下,从外界环境中吸收的CO2量,加上细胞呼吸释放的CO2量,即植物实际同化的CO2的量。
2.适宜温度下,增加CO2的浓度,光合速率不再增加,说明限制光合速率增加的环境因素是光强度和温度。(　×　)
提示:由于温度为适宜温度,当增加CO2浓度光合速率不再增加,说明限制光合速率增加的环境因素最可能为光强度。
3.“正其行,通其风”可以使空气不断流过叶面,提供较多的CO2,有利于提高农作物的产量。(　√　)
4.温室生产中昼夜温差越大,作物产量越高。(　×　)
提示:温室生产中昼夜温差越大,作物产量并非越高,原因是夜晚温度过低时,会影响呼吸相关酶的活性,当呼吸作用被过度抑制时,必将减弱植物根对矿质元素离子的吸收等代谢过程,这对作物生长不利。
5.在探究环境因素对光合速率的影响时,如果光强度是自变量,可采用同一功率的冷光源不同距离照射绿色植物。(　√　)
6.在光合速率为纵坐标,不同光强度为横坐标的坐标曲线中,当外界条件改变有利于光合作用进行时,光饱和点向右上方移动。(　×　)
提示:光饱和点(在横坐标上)向右移动,光饱和点对应的最大光合速率向上方移动。
任务一　影响光合速率的环境因素分析
[任务突破1]
综合分析各种环境因素对光合速率的影响
(1)单因素对光合速率的影响。
影响 因素 光强度 CO2浓度 温度
曲 线
曲线解读 A点:只进行细胞呼吸;AB段:随光强度增大,光合速率也逐渐增大,但总体光合速率小于细胞呼吸速率;B点(光补偿点):光合速率等于细胞呼吸速率;BC段:光强度不断增加,光合速率不断增加;C点对应的光强度为光饱和点 ①图1和图2都表示在一定范围内,光合速率随CO2浓度的增加而增加,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合速率不再增加; ②图1中A点表示光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A′点表示进行光合作用所需的CO2最低浓度; ③图1中的B点和图2中的B′点都表示CO2饱和点 温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性,进而影响光合速率
(2)多因素对光合速率的影响。
①曲线解读:P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所示因素,随该因素的不断增强,光合速率不断提高;Q点时,横坐标所示因素不再是影响光合速率的主要环境因素,若要提高光合速率,可适当提高其他因素的强度。
②应用。
a.温室栽培植物时,在光强度一定的条件下,白天适当提高温度,可提高与光合作用有关的酶的活性,提高光合速率,也可同时适当补充CO2进一步提高光合速率。
b.当温度适宜时,可适当增加光强度和CO2浓度以提高光合速率。
[迁移应用]
[典例1-1] 下列为有关环境因素对植物光合作用速率影响的关系图,有关描述错误的是(　D　)
A.若图1表示植物阴天时的光合速率,则晴天时,a点左移,b点右移
B.图2中,若CO2浓度适当增大,则a点左移,b点右移
C.图3中,CO2浓度由b点变为a点,短时间内叶绿体中三碳酸分子的含量增加
D.图4中,当温度高于25 ℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少
解析:阴天时植物的光合作用强度较低,晴天时光强度增加,光合作用强度增加,故图1中b点(CO2饱和点)右移,a点(CO2补偿点,表示光合作用与呼吸作用强度相等)左移;图2中a为光补偿点,b为光饱和点,若CO2浓度适当增大,则光合作用强度也随之增加,所以a点左移,b点右移;图3中由于a点CO2浓度比b点高,CO2浓度由b点变为a点,浓度增加,碳反应过程中CO2的固定增加,故三碳酸含量相对增多;图4中光照下CO2的吸收量为植物净光合量(植物有机物积累量),黑暗中CO2的释放量为植物呼吸量,所以当温度高于25 ℃时,植物单位时间内光合作用积累的有机物的量开始减少,但植物光合作用制造的有机物的量(植物总光合量)还在增加。
[典例1-2] (2022·北斗联盟高一期中)茶树的产量取决于树冠的整体光合能力。为研究不同冠层叶片的光合能力,某同学摘取茶树不同冠层的叶片,在相同且适宜的条件下进行了对比测定,结果如图。
(1)光合色素分布于茶树叶片叶肉细胞叶绿体的　　　　上,实验中用　　　　(填试剂)提取,其中叶绿素吸收的较长波长的光是　　　　。
(2)光合作用的碳反应阶段发生在　　　　(填场所)中,该阶段合成的三碳糖大多数用于　　　　,小部分离开卡尔文循环,其中大部分运至叶绿体外,在细胞溶胶中转变成　　　　供植物体所有细胞利用。
(3)图中光照强度为0.50 klx时,CO2固定速率最低的是　　　　叶片,其低于另外两组的原因　　　　(填“是”或“不是”)光照强度较小。在1.25 klx光照条件下,上层叶片的叶肉细胞内产生ATP的场所有　　　　,此时它的真正光合速率的相对值为　　　　。
解析:(1)叶肉细胞的光合色素分布在叶绿体的类囊体膜上,测定光合色素含量时,常用有机溶剂(95%的酒精)提取,其中叶绿素可以吸收红光和蓝紫光,吸收的较长波长的光是红光。(2)碳反应的过程发生在叶绿体基质中,分为二氧化碳的固定和三碳酸的还原两个阶段,卡尔文循环形成的第一个糖是三碳糖,其大部分用于再生五碳糖,少部分离开卡尔文循环,其中大部分运至叶绿体外,在细胞溶胶中转变成蔗糖供植物体所有细胞利用。(3)光强度为0.50 klx时,由图中信息可知固定速率最低的是下层叶片。在1.25 klx光照条件下,上层叶片的叶肉细胞进行光合作用和细胞呼吸,产生ATP的场所有细胞溶胶、线粒体、叶绿体,此时上层叶片真正光合速率的相对值为8+2=10。
答案:(1)类囊体膜　95%的酒精　红光
(2)叶绿体基质　五碳糖再生　蔗糖
(3)下层　不是　线粒体、叶绿体、细胞溶胶　10
[任务突破2]
归纳总结光合速率的影响因素在生产实践中的应用
影响因素 在生产实践中的应用
光照 ①延长光照时间:通过轮作,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间;②增加光强度
CO2浓度 施用有机肥;温室栽培植物时,可以适当提高室内CO2浓度;大田生产“正其行,通其风”可提高CO2浓度,增加产量
温度 增加昼夜温差,保证植物有机物的积累
[迁移应用]
[典例1-3] 植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统,常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是(　B　)
A.可根据植物生长特点调控光的波长和光强度
B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
解析:不同植物对光的波长和光强度的需求不同,可根据植物生长特点调控光的波长和光强度;为保证植物的根能够正常吸收水分,该系统应控制培养液的浓度适当小于植物根部细胞的细胞液浓度;适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行,让植物合成更多的有机物,而夜晚适当降温则可以抑制植物的呼吸作用,使其少分解有机物,故合理控制昼夜温差有利于提高作物产量;适时通风可提高生产系统内的CO2浓度,进而提高光合作用的速率。
任务二　探究环境因素对光合作用的影响
[任务突破]
探究环境因素对光合作用影响实验中的变量处理
探究环境因素对光合作用的影响,解题切入点是把握实验目的及实验的变量处理,结合对光合作用基本过程的理解进行回答。常见的实验变量设置及检测处理如下:
[迁移应用]
[典例2] (2022·温州高一期末)某学习小组为探究不同光照强度对黑藻光合作用的影响,将生长发育状况良好的黑藻分别装入6个含等量1%NaHCO3溶液的广口瓶中,并连接U型管(管中装入一定量的水),装置如图,用不同瓦数的LED光源进行实验,观察U型管右侧液面变化,得到下列结果如表所示:
不同光照强度对黑藻光合作用的影响
LED灯 瓦数/W 0 3 5 7 9 12
液面上升高 度/(cm· h-1) -0.21 0.65 1.27 1.67 1.90 1.93
-0.19 0.63 1.30 1.70 1.88 1.92
-0.22 0.67 1.28 1.72 1.87 1.90
液面上升高 度平均值/ (cm·h-1) -0.21 0.65 1.28 1.70 1.88 1.92
注:不考虑实验过程中温度、气压等变化对气体体积的影响。
(1)实验中1%NaHCO3溶液为光合作用提供　　　　参与碳反应合成三碳糖,光反应为该过程提供　　　　。
(2)不同光照强度下U型管液面变化有差异是因为各组　　　　的不同,LED灯为5 W时,黑藻叶肉细胞中叶绿体光合作用强度为　　　　cm·h-1(用液面上升高度平均值表示)。
(3)LED灯为9 W时,　　　　(填“达到”或“未达到”)黑藻的光饱和点,依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若要进一步研究NaHCO3溶液浓度对黑藻光合速率的影响,可在瓶中分别加入不同浓度的NaHCO3溶液,相同时间后,记录比较各组液面高度变化。
①该实验的无关变量有　　　　　　　　　　　　　　　　(至少答出1个)。
②实验结果显示,NaHCO3溶液浓度高于一定值后,液面上升高度反而随NaHCO3溶液浓度升高而降低,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)实验中1%NaHCO3溶液为光合作用提供CO2参与碳反应合成三碳糖,光反应为该过程提供ATP和NADPH。
(2)在一定范围内,光照强度越大,光合作用越强,光合作用大于呼吸作用时,能向外释放O2,使U型管液面差增大,所以不同光照强度下U型管液面变化有差异是因为各组净光合速率不同。光合作用强度=呼吸作用强度+净光合作用强度,LED灯为5 W时,黑藻叶肉细胞中叶绿体光合作用强度为0.21+1.28=1.49 cm·h-1。
(3)从表格中看,光照强度达到12 W时,液面高度还在上升,所以9 W未达到黑藻的光饱和点。
(4)①由实验目的“探究NaHCO3溶液浓度对黑藻光合速率的影响”可知,自变量是NaHCO3溶液浓度(即CO2浓度),因变量为光合作用强度(即液面变化),其余能影响实验结果的因素皆为无关变量,例如温度、光照强度、黑藻的量、黑藻的生长状态等。
②NaHCO3溶液浓度高于一定值后,液面上升高度反而随NaHCO3溶液浓度升高而降低,可能的原因是NaHCO3溶液超过一定浓度,导致黑藻细胞失水,从而使细胞的光合速率减弱。
答案:(1)CO2　ATP和NADPH
(2)净光合速率(或光合速率或氧气释放量或氧气产生量或光合速率与呼吸速率的差值)　1.49
(3)未达到　光照强度(或LED灯瓦数)再增加时,光合速率继续增大(或液面上升高度继续增大)
(4)①温度、光照强度、黑藻的量、黑藻的生长状态等　②NaHCO3溶液超过一定浓度,导致黑藻细胞失水,从而使细胞的光合速率减弱
任务三　综合分析光合作用与细胞呼吸关系
[任务突破1]
列表比较光合作用与细胞呼吸的过程
项目 光合作用 细胞呼吸(需氧呼吸)
代谢类型 合成作用 (或同化作用) 分解作用 (或异化作用)
物质变化 无机物→有机物 有机物→无机物
能量变化 光能→稳定的化学能 化学能→ATP中活跃的化学能、热能(散失)
实质 合成有机物,贮存能量 分解有机物,释放能量
场所 叶绿体 (真核细胞) 主要在线粒体 (真核细胞)
条件 光、色素、CO2、酶等 O2、酶等,有光、无光均可进行
[H] 的 来源 NADPH:光反应中水的裂解 [H]:第一阶段及第二阶段
[H] 的 去路 NADPH:作为还原剂和能源物质,用于碳反应阶段中还原三碳酸分子形成三碳糖 [H]:用于第三阶段与O2结合生成H2O,同时释放大量能量
ATP的 来源 光反应阶段ATP合成所需能量来自光能 第一、第二、第三阶段均产生ATP,第三阶段产生ATP最多,能量来自有机物的氧化分解
ATP的 去路 用于碳反应中三碳酸分子的还原,以稳定化学能的形式贮存于有机物中 作为“能量通货”用于多项生命活动
[迁移应用]
[典例3-1] 如图是某植物叶肉细胞光合作用与需氧呼吸过程中的物质变化图解,其中①～④表示过程。下列相关叙述错误的是(　A　)
A.过程①②③④都有ATP合成
B.必须在膜结构上进行的过程有①③
C.②④过程都没有消耗氧气,也没有产生氧气
D.在环境因素适宜条件下,①②过程强于③④过程
解析:①光反应阶段产生ATP,②碳反应阶段消耗ATP,③④需氧呼吸过程产生ATP;①光反应阶段发生在类囊体膜上,③需氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜上;②为碳反应阶段,④为需氧呼吸的第一、第二阶段,这两个过程都没有消耗氧气,也没有产生氧气;对于植物叶肉细胞而言,在环境因素适宜条件下,光合作用强度大于呼吸作用强度,即①②过程强于③④过程。
[任务突破2]
分析光合作用与细胞呼吸之间的气体变化
下列为叶肉细胞内线粒体与叶绿体之间的气体变化图示。
据图分析可知:
图①表示黑暗中,只进行细胞呼吸;
图②表示细胞呼吸速率>光合速率;
图③表示细胞呼吸速率=光合速率;
图④表示细胞呼吸速率<光合速率。
[迁移应用]
[典例3-2] 下列关于Ⅰ、Ⅱ两幅图的相关描述,不正确的是(　D　)
A.以芹菜为例,图Ⅰ描述过程可能不仅仅发生在叶肉细胞中
B.图Ⅰ显现出该细胞正处于光合速率大于细胞呼吸速率的状态
C.图Ⅱ氧气浓度为3%和9%时,苹果细胞呼吸消耗不同质量的糖
D.图Ⅱ氧气浓度大于等于18%时,酵母菌单位时间内酒精产生量才变为零
解析:对芹菜来说,叶绿体存在于叶肉细胞和幼茎细胞中,图 Ⅰ 描述过程发生在叶肉细胞和幼嫩的茎细胞中;图 Ⅰ 显现出该植物细胞需要从外界吸收CO2,说明正处于光合速率大于细胞呼吸速率的状态;图 Ⅱ 氧气浓度为3%和9%时,苹果的二氧化碳释放量尽管相等,但氧气浓度不同,显然呼吸方式有差异,因此两个条件下苹果细胞呼吸消耗的糖的质量不同;根据图解可知,氧气浓度在15%～18%之间的某个值时,细胞开始只进行需氧呼吸,酒精产生量变为零。
[任务突破3]
分析真正光合速率和表观光合速率
(1)真正光合速率和表观光合速率的曲线。
真正光合速率和表观光合速率的曲线互相平行,两者的差值是呼吸速率。
表观光合速率+呼吸速率=真正光合速率。
(2)表观光合速率的曲线中各点的含义。
①A点:光强度为0,此时植物没有光合作用,只有细胞呼吸,A点在y轴上的绝对值就是呼吸速率。
②B点:光合速率等于呼吸速率。B点在x轴上的值就是光补偿点。光补偿点是真正光合速率等于呼吸速率时的光强度。如果植物长期处于B点,没有有机物积累,则植物不能生长。
③A点～B点:植物理论上不需要从外界吸收CO2,因为细胞呼吸产生的CO2足够满足光合作用对CO2的需求。
④C点在x轴上的值(D点)就是光饱和点。光强度增加到光饱和点以后,光合速率不再随光强度的增加而增加。
⑤任何一点如E点在y轴上的值是表观光合速率,呼吸速率是曲线与y轴的交点,即A点的绝对值,真正光合速率是E点与A点在y轴上的绝对值之和。
(3)表观光合速率、真正光合速率及呼吸速率的表示方法。
项目 表示方法
表观光 合速率 O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量
真正光 合速率 O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量
呼吸速率 (黑暗中测量) CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量
(4)有关补偿点和饱和点的移动问题。
以光强度对光合作用的影响为例,分析各点的移动方向(见下图)。
①A点:呼吸速率。此点和呼吸速率大小相关,若呼吸速率增加,A点下移,反之,A点上移。
②B点:光补偿点。此点含义为光合速率等于呼吸速率,若光合速率增加,B点左移,反之,B点右移。
③C点:最大光合速率点,与光饱和点相对应。若光合速率增加,C点向右上移动,反之,C点向左下移动。
④D点:光饱和点(最大光合速率所对应的最小光强度)。此点之后,随光强度的增加,光合速率不再增加,即光合作用的限制性因素不再是光强度,而是其他因素(其内因一般为酶的活性、色素的含量、五碳糖的含量等,外因常为温度或二氧化碳浓度等)。若光合速率增加,D点右移,反之,D点左移。
[迁移应用]
[典例3-3] (2022·温州高一期中联考)在一定实验条件下,测得某植物光合作用速率与光照强度之间的关系、呼吸作用速率与氧气浓度之间的关系及光合作用速率和呼吸速率与温度之间的关系,如图所示。请据图回答下列问题。
(1)细胞进行细胞呼吸的场所是　　　　　　　　,在光合作用过程中,光反应为碳反应提供了　　　　　　　。
(2)影响图甲曲线A点上下移动的主要外界因素是　　　　;图乙中细胞呼吸有关曲线的数据需在　　　　条件下测量。
(3)由图丙可知,40 ℃时,植物体　　　　(填“能”或“不能”)正常生长;而5 ℃时的状态可用图甲中　　　　(填“A”“B”或“C”)点表示。
(4)大棚种植绿色蔬菜时,白天应控制光强为　　　　点对应的光照强度,温度为　　　　℃最佳,此时细胞内产生ATP的细胞器是　　　　。
(5)在图甲中B点时,叶绿体中ADP的移动方向是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)根据图乙可知,该生物既可以进行需氧呼吸,也可以进行厌氧呼吸,需氧呼吸的场所是细胞溶胶和线粒体,厌氧呼吸的场所是细胞溶胶,因此细胞进行细胞呼吸的场所是细胞溶胶和线粒体。光反应产生的NADPH和ATP可为碳反应提供还原剂和能量。
(2)图甲中A点表示呼吸作用强度,影响细胞呼吸的主要外界因素是温度,温度通过影响酶的活性而使呼吸速率发生变化,进而使A点上下移动;图乙中测量细胞呼吸,需要排除光照的影响,因此应在无光条件下测量。
(3)在图丙中40 ℃时,真正光合速率低于呼吸速率,植物体内有机物减少,不能表现生长现象。在5 ℃时光合速率和呼吸速率相等,可用图甲中的B点表示。
(4)图甲中C点对应的光照强度为光饱和点,是最大光合速率的最低光照强度,25 ℃时光合作用强度与呼吸作用强度的差值最大,即该温度条件下有机物积累的速率最大,因此大棚种植蔬菜时,白天应控制光照强度为C点对应的光照强度,温度为25 ℃最佳,此时细胞既进行光合作用又进行细胞呼吸,产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体。
(5)B点时,光合速率=呼吸速率,叶绿体中碳反应产生的ADP可用于光反应,因此ADP的移动方向是由叶绿体基质到类囊体膜。
答案:(1)细胞溶胶、线粒体　NADPH和ATP
(2)温度　无光(或黑暗)
(3)不能　B
(4)C　25　线粒体、叶绿体
(5)叶绿体基质→类囊体膜
[任务突破4]
表观光合速率和呼吸速率的测定及真正光合速率的计算
(1)表观光合速率的测定。
如图中的左侧装置,用饱和NaHCO3溶液能维持密闭空间中CO2浓度不变。装置置于光下,单位时间内液滴的移动距离表示该光照下植物的表观光合速率(用氧气的释放速率表示)。
(2)呼吸速率的测定。
如图中的右侧装置,将装置遮光,单位时间内液滴的移动距离表示植物的呼吸速率(用氧气的吸收速率表示)。此实验测定的是需氧呼吸,因为在正常情况下植物厌氧呼吸的速率很低,可以忽略。
(3)真正光合速率的计算。
真正光合速率无法直接测定,但是可以用表观光合速率和呼吸速率的值进行计算。测定的表观光合速率和呼吸速率之和即为真正光合速率。
[迁移应用]
[典例3-4] 某转基因作物有较强的光合作用能力。某兴趣小组在暑假开展了测定该转基因作物光合速率的研究。研究中设计了如图所示的装置:
请利用以上装置完成对该转基因作物光合速率的测定。
Ⅰ.实验步骤
(1)测定植物的呼吸速率,方法步骤如下:
①甲、乙两装置的D中都放入　　　　　　　　,乙装置作为对照。
②将甲、乙装置的广口瓶进行　　　　处理,放在温度等条件相同且适宜的环境中。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水液滴移动的方向和距离。
(2)测定植物的表观光合速率,方法步骤如下:
①甲、乙两装置的D中放入一定浓度的　　　　　　　　。
②把甲、乙装置放在　 。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水液滴移动的方向和距离。
Ⅱ.实验分析
(3)实验进行30分钟后,记录的甲、乙装置中红墨水液滴移动情况如下表:
项目 实验进行30分钟后, 红墨水液滴移动情况
测定植 物呼吸 速率 甲装置 　　　　(填“左”或“右”)移 1.5 cm
乙装置 右移0.5 cm
测定植 物表观 光合 速率 甲装置 　　　　(填“左”或“右”)移 4.5 cm
乙装置 右移0.5 cm
假设红墨水液滴每移动1 cm,植物体内的葡萄糖增加或减少1 g,那么该植物的呼吸速率是　　　　　g/h;白天光照15 h,一昼夜葡萄糖的积累量是　　　g(不考虑昼夜温差的影响)。
解析:Ⅰ.(1)要测光合速率必须先测呼吸速率,在测呼吸速率时一定要将实验装置置于黑暗条件下,使植物只进行细胞呼吸,用NaOH溶液除去广口瓶内的CO2。植物进行细胞呼吸消耗一定量O2,释放等量CO2,而CO2被NaOH溶液吸收,故根据一定时间内广口瓶内O2体积的减少量即可计算出呼吸速率。(2)表观光合速率的测定实验要提供光合作用所需的条件:充足的光照和一定浓度的CO2(由NaHCO3溶液提供)。光合作用过程中消耗一定量CO2,产生等量O2,而CO2由NaHCO3溶液提供,因此广口瓶内气体体积的变化只受O2释放量的影响,而不受CO2气体减少量的影响。
Ⅱ.(3)对照实验乙装置中红墨水液滴右移是环境因素(如气压变化等)对实验影响的结果,实验装置甲同样也受环境因素的影响,植物细胞呼吸消耗O2量等于广口瓶内O2体积的减少量,即该植物的呼吸速率为1.5+0.5=2 (g/半小时),即4 g/h;表观光合速率的测定值是4.5-0.5=4 (g/半小时),即8 g/h,白天光照15 h,一昼夜葡萄糖的积累量是15 h 的光合作用制造的有机物量减去24 h的细胞呼吸消耗的有机物量,等同于15 h的光合作用积累的有机物量减去9 h的细胞呼吸消耗的有机物量,即8×15-4×9=84 (g)。
答案:Ⅰ.(1)①NaOH溶液　②遮光
(2)①NaHCO3溶液　②光照充足、温度相同且适宜的环境中　Ⅱ.(3)左　右　4　84
基础达标练
1.(2022·杭州八县区高一期末)最大光合速率对应的最小光照强度称为(　C　)
A.光合速率 B.光补偿点
C.光饱和点 D.全日照
解析:最大光合速率对应的最小光照强度称为光饱和点。
2.在某一光照条件下,一株植物的光合作用强度等于呼吸作用强度。以下示意图能代表该光照条件下,该植物叶肉细胞中发生的情况的是(　D　)
解析:在某一光照条件下,一株植物的光合作用强度等于呼吸作用强度,由于光合作用只发生在含叶绿体的细胞中,而进行呼吸作用的是所有细胞,所以在叶肉细胞中,需氧呼吸过程线粒体产生的二氧化碳全部被叶绿体吸收,并从外界吸收二氧化碳用于光合作用。
3.(2022·温州高一期中联考)下列细胞呼吸和光合作用的叙述,正确的是(　B　)
A.对于1个葡萄糖分子来说,从糖酵解开始,最终只能产生2个ATP
分子
B.细胞呼吸和光合作用都是氧化还原过程
C.细胞呼吸和光合作用都是放能反应
D.产生1分子的葡萄糖需要进行3轮卡尔文循环
解析:对于1个葡萄糖分子来说,从糖酵解开始,一般可以合成约32个ATP分子;光合作用是一个氧化还原反应,其中光反应阶段为氧化反应,碳反应阶段为还原反应。细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化还原反应,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程,因此细胞呼吸也是氧化还原反应;吸能反应一般与ATP水解的反应相联系,由ATP水解供能;放能反应一般与ATP的合成相联系,释放的能量储存在ATP中,所以细胞呼吸是放能反应,光合作用是将光能转化为化学能,并固定在生物体内,是吸能反应;碳反应中生成1分子葡萄糖需要6分子CO2经过6轮卡尔文循环。
4.睡莲叶片的上表皮上的气孔数目多于下表皮,此特点有利于睡莲与外界环境进行气体交换。气孔关闭会导致睡莲叶片光合作用速率下降,短时间内其表现在(　B　)
A.叶绿体内五碳糖的含量太低
B.碳反应中产生的三碳酸数量不足
C.水裂解产生的氧气量减少
D.碳反应所需NADPH的数量不足
解析:气孔关闭,使二氧化碳浓度降低,影响二氧化碳的固定,从而导致短时间内叶绿体内三碳酸含量降低,五碳糖的含量升高,进而导致光合速率下降;气孔关闭短时间内不会影响水的裂解,因此短时间内产生的氧气数量基本不变,碳反应所需NADPH的数量充足。
5.如图为光合作用与光强度之间关系的曲线,光强度在n点时,限制光合作用强度进一步升高的主要因素是(　A　)
①光强度　②CO2浓度 　③温度　④O2浓度
A.②③ B.③④
C.①② D.②④
解析:光强度为n点时,达到了光饱和点,此时限制光合作用强度升高的主要因素有CO2浓度、温度。
6.(2022·北斗联盟高一期中)我国在南极科考站的医生做起了“副业”,他们利用温室种植蔬菜,每天至少能供应一公斤新鲜果蔬。下列有关温室蔬菜光合作用的叙述,正确的是(　A　)
A.对于温室蔬菜这类真核生物而言,叶绿体是其进行光合作用的唯一场所
B.蔬菜的绿色茎秆无法进行光合作用
C.蔬菜可以利用阳光进行光合作用但不能利用灯光
D.南极也能种蔬菜,说明温度对光合作用的影响不大
解析:只有真核生物的叶绿体上才含有与光合作用有关的光合色素和酶,故对于温室蔬菜这类真核生物而言,叶绿体是其进行光合作用的唯一场所;蔬菜的绿色茎秆含有叶绿体,可以进行光合作用;蔬菜可以利用阳光也能利用灯光进行光合作用;南极也能种蔬菜,但是在温室里种植,不能说明温度不会影响光合作用的进行。
7.如图所示,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物质和能量的转移。在适宜光照下照射12小时后,从两侧截取同等单位面积的叶片,烘干称重,分别记为a和b(单位:g)。下列相关叙述正确的是(　C　)
A.a/12所代表的是该叶片的呼吸速率
B.b/12所代表的是该叶片的光合速率
C.(b-a)/12所代表的是该叶片总光合速率
D.(b+a)/12所代表的是该叶片净光合速率
解析:由于叶片初始质量未知,a/12不能代表该叶片呼吸速率;b是截取叶片的总质量,不是光合作用实际增加的质量,故b/12不能代表光合速率;设实验前截取叶片的质量为x g,则12小时被截取叶片呼吸作用消耗的有机物为(x-a)g,积累的有机物(即表观光合作用或净光合作用)为(b-x)g,因此该叶片总光合速率=呼吸速率+净光合速率=
(x-a)/12+(b-x)/12=(b-a)/12;(b+a)/12代表的不是净光合速率,净光合速率为(b-x)/12。
8.(2022·丽水高一期末)科学家研究小麦植株在不同光照强度下氧气和二氧化碳的吸收量,得到下图曲线。下列叙述正确的是(　C　)
A.小麦植株在a点释放氧气量为8 mL/h
B.小麦植株在b点不消耗氧气
C.c点为该条件下小麦植株的光饱和点
D.若长期处于d点,小麦植株有机物量不再增加
解析:小麦植株在a点吸收氧气量为8 mL/h;小麦植株在b点既不吸收氧气也不释放二氧化碳,说明此时光合速率等于呼吸速率,所以小麦植株在b点消耗氧气;c点以后随着光强度增加,二氧化碳吸收量不再增加,说明c点为该条件下小麦植株的光饱和点;处于d点时,植株有二氧化碳的吸收,说明有有机物的积累,只是有机物积累的速率不变,所以若长期处于d点,小麦植株有机物量会增加,只是增加速率
不变。
9.(2022·浙江9+1高中联盟高一期中)某生物兴趣小组为探究温度对某绿色植物光合速率与呼吸速率的影响进行了相关实验,结果如图所示。下列叙述错误的是(　C　)
A.5 ℃时,总光合速率约为呼吸速率的3倍
B.光合作用的最适温度比细胞呼吸的最适温度低
C.30 ℃时,增强光照,短时间内叶绿体内三碳酸的含量会增多
D.光照一段时间,植物有机物积累最多的温度是25 ℃
解析:5 ℃时,净光合速率为1,呼吸速率为0.5,总光合速率=净光合速率+呼吸速率=1.5,总光合速率约为呼吸速率的3倍;30 ℃时,总光合速率约为3.5+3.0=6.5 mg/h,光合速率最大,而图示中呼吸速率一直上升,因此呼吸的最适温度应大于30 ℃;30 ℃时,由于实验开始的光强度未知,因此叶绿体内三碳酸的量无法判定;净光合速率最大的温度为25 ℃,因此光照一段时间,植物有机物积累最多的温度是25 ℃。
10.将某绿藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的pH和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如图所示。下列有关绿藻细胞代谢的说法正确的是(　A　)
A.黑暗条件下绿藻的呼吸速率为2.5 μmol/min
B.光照开始后溶解氧增加缓慢,限制因素可能是CO2浓度或温度
C.第7分钟细胞中NADPH含量瞬间增加
D.9～12分钟光反应产生O2的速率大于呼吸作用消耗O2的速率
解析:据题图分析,黑暗条件下的4 min内只进行呼吸作用,溶解氧减少了210-200=10(μmol),则呼吸速率=10÷4=2.5 (μmol/min);根据题干信息可知,实验中温度是适宜的,所以光照开始后溶解氧增加缓慢的限制因素可能是CO2浓度,但不会是温度;第7分钟时,添加了一定量的CO2,则CO2固定加快,但由于光强度没变,所以NADPH含量不会瞬间增加,且一段时间后,NADPH含量会相应减少;9～12分钟溶解氧几乎不变,说明光反应产生O2的速率与呼吸作用消耗O2的速率几乎
相等。
11.某生物兴趣小组测定了大豆幼苗在特定光强度下的光合速率,绘制成图。图甲是大豆幼苗在不同光强度下CO2吸收量变化曲线,图乙是由透明的玻璃罩构成的密闭小室,请据图分析回答。
(1)参与光合作用的色素分布在叶绿体的　　　　上,若要进一步分析光合色素中叶绿素a所占比例的多少,可用　　　　法分离不同色素,再比较　　　　　　　　进行分析。
(2)光合产物三碳糖离开卡尔文循环后的去向:①叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质、脂质的原料,②大部分运输至叶绿体外转变成　　　　。
(3)图甲中N点对应的光强度被称为　　　　,此时细胞中能产生ATP的部位有叶绿体、细胞溶胶和　　　　。
(4)若图乙装置昼夜不停地给予光照,当光照强度由M点向N点对应的光照强度变化时,图乙中有色液滴会　　 　　(填“向左”“向右”或“不”)移动。如果把CO2缓冲液改为NaOH溶液,该装置还可以用于做　　　　　　　　　　　　　 　　实验,此时该装置还要进行　　　 　处理。
解析:(1)在叶绿体的类囊体膜上分布叶绿素等光合色素,若要进一步分析光合色素中叶绿素a所占比例的多少,可用纸层析法分离不同色素,再比较不同色素带的宽度。
(2)光合产物三碳糖离开卡尔文循环后的去向大部分运输至叶绿体外转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。
(3)图甲中N点对应的光强度是达到最大光合速率时的最低光强度,被称为光饱和点,此时细胞中进行光合作用和细胞呼吸,所以能产生ATP的部位有叶绿体、细胞溶胶和线粒体。
(4)当光强度由图甲M点向N点对应的光强度变化时,代表光强度不断增强,此区段的光合作用强度大于呼吸作用强度,因此如果用图乙装置昼夜不停地光照,装置中的CO2将不断减少,O2不断增多,而装置中的CO2缓冲液可以维持装置中CO2浓度的稳定,因此液滴向右移动。如果把CO2缓冲液改为NaOH溶液,该溶液可以吸收CO2,则植物不能进行光合作用,因此该装置可以测绿色植物细胞呼吸消耗O2的体积,这时该装置还要进行遮光处理。
答案:(1)类囊体膜　纸层析　不同色素带的宽度
(2)②蔗糖
(3)光饱和点　线粒体
(4)向右　测绿色植物细胞呼吸消耗O2的体积　遮光
12.(2022·金华十校高一期末)某科研小组为研究干旱胁迫对玉米幼苗光合作用的影响,利用PEG(可模拟干旱胁迫)进行了实验,部分实验结果如表:
外源PEG处理对玉米幼苗光合作用的影响实验结果
项目 气孔导度 (mmolCO2·m-2·s-1) 光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 光合色素 (mg·m-2)
对照组 (不作处理) 0.061 9.2 9.81
实验组 (PEG处理) 0.010 3.1 9.68
请回答下列问题。
(1)该实验的自变量为　 。
(2)光合色素分布在叶绿体的　　　　上;实验室提取光合色素时常以　　　　作为溶剂;纸层析后,滤纸条上最宽色素带所示的色素类型是　　　　　　　,该色素主要吸收　　 　　,并将光能转化为化学能。
(3)据表分析,PEG处理导致光合速率明显下降的主要原因是　　　　(填某一因变量)减小,导致　　　　反应速率下降。
(4)两组光合速率均到达稳定时,叶绿体内平均五碳糖的含量实验组
　 　　　(填“大于”“等于”或“小于”)对照组。
解析:(1)该实验的目的是研究干旱胁迫对玉米幼苗光合作用的影响,实验的自变量是有无PEG处理。
(2)光合色素分布在叶绿体类囊体膜上。光合色素易溶于有机溶剂,提取光合色素常用95%酒精作为提取剂。光合色素分离时,滤纸条上最宽的色素带是叶绿素a,其主要吸收红光和蓝紫光。
(3)由表格数据可知,PEG处理后明显导致气孔导度降低,CO2吸收量减少导致碳反应速率降低。
(4)两组光合速率均到达稳定时,实验组光合速率较小,吸收的CO2较少,则叶绿体内平均五碳糖的含量大于对照组。
答案:(1)有无PEG处理　
(2)类囊体膜　95%酒精　叶绿素a　红光和蓝紫光
(3)气孔导度　碳
(4)大于
综合提升练
13.(2022·浙江7月学考)为了研究弱光对大豆生长、光合作用和产量的影响,研究小组用两种大豆在正常光(100%)和弱光(20%)条件下进行实验,结果如下表。
品种 光照 处理 株高 (cm) 叶绿素a (mg·cm-2) 叶绿素b (mg·cm-2) 类胡萝卜素 (mg·cm-2) 净光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 单株种子 产量(g)
南豆 100% 32.78 1.23 0.33 0.71 4.41 18.21
20% 64.67 1.30 0.25 1.09 3.17 15.09
黑豆 100% 41.67 1.39 0.27 0.78 3.97 36.71
20% 99.50 3.80 3.04 0.62 2.97 8.92
注:净光合速率用单位时间单位面积的叶片从外界吸收的CO2量表示。
　下列叙述错误的是(　C　)
A.弱光条件下,主茎伸长有利于获得更多的光照
B.光合色素含量改变有利于适应不同的光照环境
C.净光合速率大的大豆品种,单株种子产量也大
D.弱光条件下,南豆比黑豆更适合栽种
解析:分析表格数据可知,弱光条件下,株高较正常光条件下高,可推测主茎伸长有利于获得更多的光照;不同光照条件下光合色素含量不同,可知光合色素含量改变有利于适应不同的光照环境;100%光照下,南豆的净光合速率为4.41,大于同条件下黑豆的净光合速率(3.97),但单株种子产量南豆小于黑豆;弱光条件下,南豆比黑豆的净光合速率高,且单株种子产量也大,南豆比黑豆更适合栽种。
14.(2022·湖州期末)将甲、乙两种植物的幼苗,分别置于相同的两个密闭透明玻璃罩内,在相同且适宜的条件下培养,定时测定玻璃罩内的CO2含量,结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　B　)
A.0～10 min 期间,乙植物的有机物积累量大于甲
B.0～10 min 期间,甲植物中有机物积累的速率先快后慢
C.10～20 min 期间,适当升温可使甲植物吸收 CO2的速率升高
D.20～30 min 期间,甲、乙植物均不进行光合作用
解析:据图分析可知,0～10 min期间,两个密闭透明玻璃罩内CO2减少量基本相等,甲和乙两种植物的幼苗有机物的积累量相等;0～10 min期间,刚开始玻璃罩中CO2充足,光合作用较强,随着甲植物光合作用消耗玻璃罩中的CO2,玻璃罩中的CO2浓度下降,光合作用速率随之下降,因此甲植物中有机物积累的速率先快后慢;本实验是在适宜温度下进行的,适当升温导致酶活性降低,可使甲植物吸收 CO2的速率下降;20～30 min期间,两个密闭透明玻璃罩内CO2含量不变,甲、乙植物的光合速率等于呼吸速率,均进行光合作用。
15.(2022·浙北G2联盟高一期中联考)如图甲为高等绿色植物叶肉细胞中的部分代谢示意图;图乙为不同光强度下,测定该绿色植物对CO2的吸收速率(mL/h)并绘制成的相应曲线。请据图回答问题。
(1)图甲中物质A是　　　　;O2在　　　　处与[H]结合形成水。
(2)图甲中细胞有d过程发生而没有e过程发生时,该细胞处于的生理状态是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,若要d过程也不发生,则对该植物处理的方法是　　　　,此时测得的CO2的变化值代表　　　　。
(3)若光强度处于图乙的C点时,图甲中不应存在的箭头是　　　　。
(4)已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,图乙曲线表示该植物在25 ℃时光合作用强度与光强度的关系。若将温度提高到的30 ℃(原光强度和CO2浓度不变),理论上图中B点应　　 　　(填“左移”“右移”或“不动”)。若适当提高CO2浓度时,D点将　 　　　(填“上移”“下移”或“不动”)。
(5)在4 klx光照条件下,该植物2小时内可利用CO2　　　 　mL。当植物从光强度4 klx突然降至0,则光合作用过程中五碳糖含量的变化是　 　　　。
解析:(1)图甲中物质A是葡萄糖分解的初步产物,应为丙酮酸;O2参与需氧呼吸第三阶段,在线粒体内膜处与[H]结合形成水。
(2)图甲中细胞有d过程发生而没有e过程发生时,说明叶绿体产生的O2不向细胞外释放,该细胞处于的生理状态是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度,若要d过程也不发生,即叶绿体不产生O2,则应对该植物进行遮光处理,此时测得的CO2来自需氧呼吸释放,其变化值代表呼吸作用强度。
(3)光强度处于图乙的C点时,光合作用强度大于呼吸作用强度,不会出现CO2的释放和O2的吸收,图甲中a、f箭头不应存在。
(4)已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,图乙曲线表示该植物在25 ℃时光合作用强度与光强度的关系。若将温度提高到30 ℃(原光强度和CO2浓度不变),此时光合速率下降,需较强光照才能达到光补偿点,理论上图中B点应右移。若适当提高CO2浓度,则光合速率提高,D点将上移。
(5)在4 klx光照条件下,该植物2小时内可利用CO2代表实际光合作用,应为(44.8+22.4)×2=134.4 mL。当植物从光强度4 klx突然降至0,则用于还原三碳酸的ATP、NADPH减少,五碳糖的消耗仍在进行,其含量将减少。
答案:(1)丙酮酸　线粒体内膜
(2)光合作用强度小于或等于呼吸作用强度　遮光　呼吸作用强度
(3)a、f
(4)右移　上移
(5)134.4　减少
第三章综合检测
一、选择题(每小题3分,共60分)
1.细胞的生存需要能量和营养物质,其中驱动细胞生命活动的直接能源物质是(　B　)
A.H2O B.ATP C.Na+ D.Ca2+
解析:H2O、Na+、Ca2+是细胞中的水和无机盐,不能为细胞的生存提供能量;ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
2.用滤纸条分离菠菜的光合色素,实验结果如图所示,①～④为色素条带。下列叙述错误的是(　C　)
A.实验使用了纸层析法
B.①的颜色呈现橙色
C.②中的色素主要吸收红光和蓝紫光
D.④中的色素在滤纸条上移动速率最慢
解析:分离光合色素的方法为纸层析法;①表示胡萝卜素,呈现橙色;②表示叶黄素,主要吸收蓝紫光;④表示叶绿素b,其在层析液中溶解度最低,在滤纸条上移动速度最慢。
3.下列能判断某人在运动过程中是否发生厌氧呼吸的依据是(　C　)
A.O2吸收量
B.CO2呼出量
C.乳酸积累量
D.O2吸收量与CO2呼出量的差值
解析:人体厌氧呼吸的产物是乳酸,在不消耗O2的情况下,将葡萄糖进行不彻底的氧化分解,此过程中没有CO2的释放。
4.在淀粉琼脂块上的5个圆点位置(如图)分别用蘸有不同液体(如表)的棉签涂抹,然后将其放入37 ℃恒温箱中保温一段时间。2 h后取出淀粉琼脂块,加入碘碘化钾处理1 min,然后用清水冲洗掉碘碘化钾,观察圆点的颜色变化。五种处理的结果记录如表所示。下列叙述正确的是(　B　)
位置 处理圆点的液体 碘碘化钾处理 后的颜色反应
① 清水 蓝黑色
② 煮沸新鲜唾液 蓝黑色
③ 与盐酸混合 的新鲜唾液 蓝黑色
④ 新鲜唾液 红棕色
⑤ 2%的蔗糖酶溶液
A.对比圆点①和圆点④的结果,说明唾液淀粉酶能降低淀粉水解反应的活化能
B.圆点②和圆点③的颜色反应结果相同,但是唾液淀粉酶未起效的原因不相同
C.若实验中发现圆点⑤中呈红棕色,说明了蔗糖酶也能降解淀粉
D.该实验能说明唾液淀粉酶具有专一性,且其催化作用受温度、pH的影响
解析:分析圆点①和圆点④可知,圆点①加入的是清水,淀粉未被分解,所以遇碘碘化钾呈现蓝黑色,圆点④加入的是新鲜唾液(含淀粉酶),催化淀粉分解,所以呈现为红棕色,对比圆点①和圆点④的结果,只能说明唾液淀粉酶具有催化作用,并不能说明唾液淀粉酶能降低淀粉水解反应的活化能;圆点②加入的是煮沸新鲜唾液,其中淀粉酶被高温破坏,使淀粉未被分解,所以遇碘碘化钾呈现蓝黑色,圆点③加入的是与盐酸混合的新鲜唾液,其中淀粉酶被盐酸破坏,使淀粉未被分解,所以遇碘碘化钾呈现蓝黑色,因此,圆点②和圆点③的颜色反应结果相同,但是唾液淀粉酶未起效的原因不相同;若实验中发现圆点⑤中呈红棕色,说明了淀粉被分解,但淀粉被分解是否是蔗糖酶催化的,不能证明;该实验不能说明唾液淀粉酶具有专一性,因为本实验中只用了唾液淀粉酶催化淀粉水解,并未证明唾液淀粉酶是否能水解其他
物质。
5.下列关于细胞呼吸原理的应用,正确的是(　A　)
A.贮藏种子时保持低温、低氧、干燥条件,以减少有机物的分解
B.利用牛奶发酵产生酸奶时,应通入足够的空气以使乳酸菌快速繁殖
C.提倡慢跑等有氧运动,可防止剧烈运动产生的酒精对细胞造成损害
D.温室种植蔬菜时,夜晚应该适当升温以促进植物细胞生命活动
解析:将种子贮藏在低温、低氧和干燥条件下,可以抑制细胞呼吸,减少有机物消耗;乳酸菌是厌氧菌,利用其制作酸奶时应该全程密封;提倡慢跑等有氧运动的原因之一是防止厌氧呼吸产生乳酸,人体细胞厌氧呼吸不会产生酒精;温室种植蔬菜,夜晚可适当降温,抑制酶的活性,以减少呼吸消耗。
6.某同学以紫色洋葱外表皮为材料,探究植物细胞质壁分离和复原的条件,观察到了处于质壁分离状态的细胞,如图所示。下列叙述错误的是(　C　)
A.质壁分离过程中,液泡颜色变深
B.质壁分离过程中,细胞膜的面积变小
C.在清水中完成质壁分离复原后,细胞内外溶液浓度相等
D.图示细胞可能处于质壁分离过程或质壁分离复原过程
解析:质壁分离过程中,细胞不断失水,液泡体积减小、液泡颜色变深;质壁分离过程中,细胞不断失水,细胞膜的面积变小;发生质壁分离后完全复原的细胞,由于细胞壁的支撑作用,细胞吸水量受到限制,其细胞液浓度可能大于外界溶液浓度;图示细胞可能处于质壁分离过程或质壁分离复原过程。
阅读下列材料,完成下面7、8小题。
磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物。它能在肌酸激酶的催化下,将自身的磷酸基团转移到ADP分子中,合成ATP,从而在一段时间内将细胞中的ATP量维持在正常水平。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激,检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的量,结果如下表所示。
磷酸 腺苷 对照组/(10-6mol·g-1) 实验组/(10-6mol·g-1)
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
7.根据上述材料,下列有关分析不正确的是(　C　)
A.实验组的数据无法判断有无ATP的合成
B.实验组中消耗的ATP量与产生的ADP量不相等
C.对照组肌肉收缩前后没有ATP和ADP的相互转化
D.对照组的数据表明肌肉组织中的ATP含量保持不变
8.根据上述材料,有关肌酸激酶的叙述正确的是(　B　)
A.肌酸激酶与ATP合成酶催化合成ATP的底物相同
B.肌酸激酶与ATP合成酶催化合成ATP的部位相同
C.肌酸激酶与ATP合成酶催化合成ATP的能量来源相同
D.肌酸激酶阻断剂也能阻断ATP合成酶合成ATP
解析:7.实验组中收缩后ATP含量下降,ADP含量上升,只能判断有ATP的消耗,但不能判断是否有ATP生成;消耗1分子ATP就能产生1分子ADP,实验组中消耗的ATP量为5.5×10-7 mol·g-1,产生的ADP量为3.5×10-7 mol·g-1,二者不相等;收缩需要消耗能量,而直接能源物质是ATP,故对照组收缩前后消耗ATP,只是产生的ATP和消耗的量持平;由表中数据可知,对照组的数据表明肌肉组织中的ATP含量保持不变。
8.肌酸激酶与ATP合成酶催化合成ATP的底物,前者为磷酸肌酸和ADP,后者为Pi和ADP;肌酸激酶与ATP合成酶催化合成ATP的部位均为线粒体、叶绿体或细胞溶胶;肌酸激酶与ATP合成酶催化合成ATP的能量,前者来源于磷酸肌酸,后者来源于细胞呼吸或光合作用等;肌酸激酶阻断剂只能阻断肌酸激酶催化ATP的形成。
9.Na+、K+和葡萄糖等物质出入人体成熟红细胞的方式如图所示,①、②表示相关过程。其中过程①和②的方式分别为(　D　)
A.易化扩散、扩散
B.扩散、易化扩散
C.易化扩散、主动转运
D.主动转运、易化扩散
解析:由图可知,过程①中借助了载体蛋白的协助,也存在ATP水解为其提供能量,故①的方式为主动转运;过程②中葡萄糖顺浓度梯度运输,借助了载体蛋白的协助,故②的方式为易化扩散。
10.下列关于ATP的叙述正确的是(　D　)
A.每个ATP分子中含有三个高能磷酸键
B.洋葱根尖分生区细胞内合成ATP的场所有线粒体和叶绿体
C.叶绿体中ATP由叶绿体基质向类囊体运动,ADP则向相反方向运动
D.ATP水解时释放出的能量可以被细胞利用,用于肌肉收缩、神经细胞活动等
解析:ATP的结构简式是A-P～P～P,每个ATP分子中含有两个高能磷酸键;洋葱根尖分生区细胞没有叶绿体;叶绿体的光反应合成ATP,碳反应消耗ATP,故叶绿体中ADP由叶绿体基质向类囊体运动,ATP则向相反方向运动;ATP水解时释放出的能量可以被细胞利用,如肌肉收缩、神经细胞活动以及细胞中许多其他消耗能量的活动。
11.在水分、温度适宜条件下对秋石斛和春石斛的叶肉细胞的光合作用特性进行研究,结果如图所示,下列叙述正确的是(　A　)
A.A光强度下春石斛叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体
B.B光强度下秋石斛叶肉细胞产生的O2扩散途径仅从叶绿体到线
粒体
C.若将光强度从A换至B,短时间内秋石斛叶绿体中的三碳酸含量将增加
D.据图分析春石斛相对于秋石斛更适应在阴生环境中生活
解析:A光强度下春石斛的光合速率小于呼吸速率,两个生理过程都能产生ATP,故春石斛叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体;B光强度下秋石斛叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率,故产生的O2扩散途径有从叶绿体到线粒体,还有从叶绿体到细胞外;若将光强度从A换至B,光强度增大,短时间内秋石斛叶绿体中的三碳酸消耗增大,而三碳酸的合成基本不变,故含量将减少;据图分析秋石斛的呼吸速率低,光补偿点低,故秋石斛相对于春石斛更适应在阴生环境中生活。
阅读下列材料,完成12～14小题。
酵母菌在有氧环境与无氧环境中都能生活,不同的氧环境中,酵母菌的呼吸方式不同,呼吸所产生的产物不同,产生的能量也有差异。如图分别为酵母菌细胞呼吸的部分过程示意图和“探究酵母菌细胞呼吸的方式”设计的实验装置。实验中先向气球中加入10 mL酵母菌培养液,再向气球中注入一定量的氧气,扎紧气球,固定于装有20 ℃温水的烧杯底部。再将整个装置置于20 ℃的恒温水浴中,记录实验开始30 min后烧杯中液面变化量。(注:水浴温度对气球体积的影响忽略不计)
12.在氧气充足的环境下培养液中的酵母菌能进行①③过程,①③过程发生的场所是(　C　)
A.细胞膜 B.细胞溶胶
C.细胞溶胶和线粒体 D.线粒体
13.在低氧环境下培养液中的酵母菌能进行①②③,当②③过程消耗等量的丙酮酸时,酵母菌消耗的O2量与产生的CO2量的比值是(　A　)
A.3∶4 B.4∶3
C.3 D.2
14.依据上述材料中的实验装置进行分析,下列叙述错误的是(　B　)
A.还应设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照
B.若酵母菌进行了厌氧呼吸则液面应该下降
C.若30 min后液面没有变化是因为酵母菌只进行了需氧呼吸
D.该装置气球中如果不加入氧气,可以用来探究酵母菌进行厌氧呼吸的最适温度
解析:12.酵母菌属于兼性厌氧菌,既可以进行需氧呼吸,也可以进行厌氧呼吸。在氧气充足的环境下培养液中的酵母菌进行需氧呼吸,即①③。需氧呼吸第一阶段的场所在细胞溶胶,第二阶段的场所在线粒体基质,第三阶段的场所在线粒体内膜。
13.在低氧环境下培养液中的酵母菌既能进行需氧呼吸,也能进行厌氧呼吸。②厌氧呼吸第二阶段消耗1 mol的丙酮酸,生成1 mol的CO2,③需氧呼吸第二、第三阶段消耗1 mol的丙酮酸,生成3 mol的CO2以及在第三阶段会消耗3 mol的O2,故酵母菌消耗的O2量与产生的CO2量的比值是3∶4。
14.实验在装有20 ℃温水的烧杯中进行,这个过程中温度也可能导致气体体积的变化,因此应设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照;若酵母菌进行了厌氧呼吸,由于厌氧呼吸不吸收氧气,但是放出二氧化碳,使气球体积增大,因此液面应该上升;由于需氧呼吸吸收的氧气与释放的二氧化碳量相等,因此需氧呼吸不会引起烧杯液面变化,而厌氧呼吸会释放二氧化碳,因此若烧杯液面没有变化,说明酵母菌只进行了需氧呼吸;该装置气球中如果不加入氧气,可设置多个该实验装置,自变量为不同梯度的温度,观察烧杯液面上升的高度,用来探究酵母菌进行厌氧呼吸的最适温度。
15.如图为某同学在其他条件适宜的情况下,研究pH对两种酶作用的影响曲线,下列叙述错误的是(　A　)
A.根据图可知不同酶的适宜pH范围互不交叉
B.该活动中底物用蛋白块比用蛋白液效果更明显
C.在各自最适pH范围下,该两种蛋白酶可能相互催化
D.在pH为0、4、6、10时反应速率为0的本质原因相同
解析:根据图示可知,胃蛋白酶和胰蛋白酶的适宜pH范围互不交叉,但不能推出其他不同酶的适宜pH范围是否有交叉;蛋白块被酶解时,可明显观察到蛋白块的减小、消失,可用肉眼直接看出变化,因此底物用蛋白块比用蛋白液效果更明显;在pH为2时,胃蛋白酶活性最强,而胰蛋白酶(本质为蛋白质)已经失去活性,故胃蛋白酶可分解胰蛋白酶,反之胰蛋白酶在最适pH条件可以催化分解失活的胃蛋白酶;在pH为0、4、6、10时反应速率为0的本质原因相同,都是由于pH过高或过低导致酶(蛋白质)的空间结构发生不可逆性的改变,使酶变性失活。
16.苦瓜成熟后显橙黄色,挂在梢头像灯笼一样很漂亮,小明非常喜欢便在自己的花圃里种了一排,小明希望苦瓜能快点长大便一次性施入了大量尿素,结果苦瓜苗出现烧苗现象。以下分析正确的是(　A　)
A.苦瓜成熟后颜色由绿转黄的原因可能是叶绿素不稳定被分解,显现出类胡萝卜素的颜色
B.处于甲图状态的植物细胞,既没有水分子进入细胞,也没有水分子出细胞
C.细胞由图甲状态到图乙状态的原因是外界溶液浓度太低
D.出现烧苗现象的苦瓜苗细胞处于图丙状态
解析:叶绿素呈现绿色,类胡萝卜素呈现橙黄色,苦瓜成熟后叶绿素不稳定被分解,显现出类胡萝卜素的橙黄色;图甲所处状态,有可能是失水过程,也有可能是吸水过程,也有可能是平衡状态,但是都有水分子的进出;细胞由图甲状态到图乙状态的原因是细胞液浓度低于外界溶液浓度,使细胞失水发生质壁分离;烧苗的原因一般是在施肥过多之后导致土壤溶液的浓度大于植株根毛细胞液的浓度,造成植株根毛细胞液中的水分渗透到土壤溶液中,导致植株根毛细胞因失水发生质壁分离,因此出现烧苗现象的苦瓜苗细胞可能处于图乙状态。
17.探究pH为6.0、7.0、8.0下过氧化氢酶活性的实验装置如图,下列相关叙述错误的是(　B　)
A.本实验的自变量为pH,温度、滤纸片的数量等为无关变量
B.以不再产生气泡时量筒内收集到的气体体积作为本实验的因变量
C.实验开始前反应小室状态如图甲所示,不能让滤纸片在小室下方
D.本实验中的肝脏匀浆需新鲜制备且不能高温处理
解析:依据本实验的目的可知本实验的自变量为pH,温度、滤纸片的数量等为无关变量;过氧化氢溶液接触滤纸片后,同时开始计时,每隔30 s读取量筒中水平面的刻度1次,共进行4次,记录结果,即是以定时记录的气体体积作为因变量;实验开始前反应小室状态如图甲所示,不能让滤纸片在小室下方,否则一旦滤纸片与过氧化氢溶液接触,立即反应,会干扰实验结果的准确性;本实验中的肝脏匀浆需新鲜制备且不能高温处理,否则会影响酶的活性,干扰实验结果的准确性。
18.下表为在相同条件下测得的野生型和突变体水稻植株光合作用的相关指标,有关叙述正确的是(　B　)
水稻品种 突变体 野生型
表观光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 3.61 11.77
气孔导度(mmolCO2·m-2·s-1) 0.18 0.30
胞间CO2浓度(μmol·m-2) 424.52 298.44
叶绿素含量(mg·g-1) 0.016 0.038
注:表观光合速率=实际光合速率-呼吸速率。
A.叶绿体中的光合色素分布在叶绿体内膜和类囊体膜上
B.突变体水稻的光饱和点可能低于野生型水稻
C.突变体水稻的呼吸作用强度低于野生型水稻
D.突变体水稻表观光合速率下降的主要原因是气孔导度下降导致CO2吸收不足
解析:叶绿体中的光合色素仅分布在叶绿体的类囊体膜上;光饱和点是达到最大光合速率时对应的最小的光照强度,突变体水稻的气孔导度小于野生型,而胞间CO2浓度却大于野生型,说明突变体水稻的光饱和点可能低于野生型水稻;从表格中无法知道突变体水稻和野生型水稻的呼吸作用强度的高低;突变体水稻气孔导度较低,但是胞间CO2浓度较高,因此表观光合速率下降不是由于气孔导度下降所致。
19.在适宜温度和一定的光强度下,甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系如图所示,下列说法正确的是(　A　)
A.在CO2浓度低于b的环境中植物乙比植物甲生长得更好　
B.CO2浓度大于a时,甲才能进行光合作用
C.适当增加光强度,a点将右移
D.CO2浓度为b时,甲、乙植物的实际光合作用强度相等
解析:据题图分析可知,在CO2浓度低于b的环境中,植物乙比植物甲生长得更好;CO2浓度等于a时,甲的光合作用速率与细胞呼吸速率相等;适当增加光强度,光合作用增强,则a点将左移;CO2浓度为b时,甲、乙两种植物的净光合作用强度相等,但是甲、乙的细胞呼吸强度与实际光合作用强度不一定相等。
20.如图是大棚番茄在24小时测得CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图,下列有关叙述错误的是(　D　)
A.a点CO2释放量减少可能是由温度降低导致细胞呼吸强度减弱
B.d点是由于温度过高,蒸腾作用过强导致气孔关闭,CO2供应减少
C.如果N点低于M点,说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量增加
D.番茄通过光合作用制造有机物的时间是c～e段
解析:a点时植物只进行细胞呼吸,故a点CO2释放量减少可能是温度降低导致细胞呼吸强度减弱;如果N点低于M点,说明经过一昼夜的时间,大棚中的CO2浓度降低,植物的光合作用大于细胞呼吸,植物体内的有机物总量增加;番茄通过光合作用积累有机物的时间是c～e段。
二、非选择题(共40分)
21.(11分)某校实验小组以女贞(一种常见的绿化乔木)幼苗作为实验材料,研究不同浓度的NaCl溶液对植物生长的影响,实验结果如下表。请回答下列问题。
NaCl浓度 (mmol·L-1) 净光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 气孔导度 (mmolCO2·m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg·g-1)
0 5.1 52 2.30
100 3.9 36 1.90
200 1.8 25 1.20
注:假定细胞呼吸速率不变。
(1)本实验通过测量单位时间单位叶面积的　　　　作为净光合速率的指标。
(2)女贞幼苗进行光反应的场所是　　 　　,在此将水裂解为O2和　　　 　,光能转化为　　　 　中的化学能,然后三碳酸被还原成　　　 　。
(3)高浓度NaCl具有较强吸水能力,女贞幼苗会由于　　　　作用失水,导致气孔导度　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)实验表明,随着NaCl浓度的提高,净光合速率的变化趋势为　　 　　,原因是　 　。
(5)研究还发现,长时期使用高浓度NaCl溶液处理,会影响植物生物膜的形成。与正常组相比,高浓度NaCl溶液组叶绿体内三碳糖含量
　　　　(填“增多”“减少”或“不变”)。
解析:(1)据表格数据可知,本实验通过测量单位时间单位叶面积的CO2吸收量作为净光合速率的指标。(2)女贞幼苗进行光反应的场所是叶绿体类囊体膜,据分析可知,在光反应阶段,①水分解产生O2和H+、e-,②合成NADPH和ATP,其能量转换为光能→ATP和NADPH中的化学能。ATP和NADPH用于碳反应阶段三碳酸的还原,三碳酸被还原成三碳糖。(3)高浓度NaCl具有较强吸水能力,女贞幼苗会由于渗透作用失水,导致部分气孔关闭,气孔导度减小。(4)据表格数据可知,女贞幼苗的净光合速率下降,结合表格数据分析可知,其原因是随着NaCl浓度的提高,叶绿素含量下降,导致光反应速率下降;同时气孔导度降低,导致CO2吸收减少,碳反应速率下降,使净光合速率下降。(5)长时期使用高浓度NaCl溶液处理,会影响植物生物膜的形成。与正常组相比,高浓度NaCl溶液组叶绿体类囊体膜减少,光反应速率降低,碳反应速率也降低,叶绿体中三碳糖含量下降。
答案:(1)CO2吸收量
(2)类囊体(或类囊体膜、光合膜、基粒)　H+、e-　ATP、NADPH　
三碳糖
(3)渗透　减小
(4)下降　随着NaCl浓度提高,叶绿素含量下降,导致光反应速率下降;同时气孔导度降低,导致CO2吸收减少,碳反应速率下降,故净光合速率下降
(5)减少
22.(5分)囊性纤维病是一种遗传疾病,患者细胞中氯离子浓度升高,支气管被异常黏液堵塞,导致这一疾病发生的主要原因是细胞膜上CFTR蛋白功能异常。下图表示正常人和患者的氯离子跨膜运输的示意图。请据图回答问题。
(1)正常细胞,CFTR蛋白通过　　　　方式将氯离子转运到胞外,而不能转运其他离子,说明细胞膜具有　　　　性。
(2)CFTR蛋白能水解ATP释放能量,说明其还具有　　　　功能。氯离子持续运输的过程　　　　(填“会”或“不会”)导致细胞内的ADP大量积累。
(3)患者细胞膜上异常的CFTR蛋白处于关闭状态,氯离子无法转运至细胞外,导致水分子向膜外扩散的速度　　　　(填“加快”“减慢”或“不变”),黏稠的分泌物不断积累而堵塞支气管。
解析:(1)由图可知,氯离子转运到胞外需要膜上CFTR蛋白的协助,并消耗能量,属于主动转运。CFTR蛋白只能转运氯离子,而不能转运其他离子,说明细胞膜上的载体具有特异性,即细胞膜具有选择透过性。
(2)CFTR蛋白能水解ATP释放能量,说明其能催化ATP的水解,即具有催化功能。ATP和ADP之间的转化效率很高,因此氯离子持续运输的过程不会导致细胞内的ADP大量积累。
(3)由图示可知,由于功能异常的CFTR蛋白不能协助氯离子转运至细胞外,导致水分子向膜外扩散的速度减慢,导致细胞表面的黏液不断积累。
答案:(1)主动转运　选择透过
(2)催化　不会
(3)减慢
23.(6分)如图为探究酵母菌细胞呼吸装置图。据图回答下列问题。
(1)甲、乙两组装置中,探究需氧呼吸的实验装置是　　　　(填“甲”或“乙”)。
(2)实验结束时,取少量酵母菌培养液A和培养液B,分别加入酸性的重铬酸钾溶液,其中B呈现灰绿色,说明该种呼吸方式的产物有　　　　。
(3)装置中的澄清石灰水变　　　　则说明有CO2的生成。酵母菌需氧呼吸产生CO2的场所是　　　　,厌氧呼吸产生CO2的场所是　　　　。若甲、乙装置产生等量的CO2,则消耗的葡萄糖质量比是甲∶乙=
　　　　。
解析:(1)甲装置中的第一个锥形瓶连接橡皮球或气泵,是探究酵母菌需氧呼吸的实验装置。乙装置中的第一个锥形瓶是密闭的,是探究酵母菌厌氧呼吸的实验装置。(2)酒精在酸性重铬酸钾溶液中会由橙色变成灰绿色。实验结束时,取少量酵母菌培养液A和培养液B,分别加入酸性的重铬酸钾溶液,其中B呈现灰绿色,说明该种呼吸方式的产物有酒精。(3)CO2使澄清石灰水变浑浊,酵母菌需氧呼吸产生CO2发生在第二阶段,场所是线粒体,厌氧呼吸产生CO2的场所是细胞溶胶。需氧呼吸消耗1 mol葡萄糖产生6 molCO2,厌氧呼吸消耗1 mol葡萄糖产生2 molCO2,假设需氧呼吸产生6 molCO2,则需消耗1 mol葡萄糖,厌氧呼吸产生6 molCO2,则需消耗3 mol葡萄糖,即甲、乙装置产生等量的CO2,则消耗的葡萄糖质量比是甲∶乙=1∶3。
答案:(1)甲
(2)酒精
(3)浑浊　线粒体　细胞溶胶　1∶3
24.(6分)枸杞为药食同源的植物,生产枸杞鲜果果汁过程中易发生酶促褐变,影响其外观、风味甚至导致营养损失。为有效减少酶促褐变引起的产品质量下降,研究人员以红果枸杞为实验材料开展引起褐变的酶及其影响因素的研究。请回答下列问题。
(1)褐变是指植物细胞中的多酚氧化酶(PPO)催化多酚类物质(无色)生成褐色醌类物质的过程。为了防止枸杞果汁发生褐变,应　　　　(填“升高”或“降低”)枸杞果实细胞中PPO活性。
(2)将枸杞鲜果在冰冻条件下快速研磨,离心后得到PPO粗酶提取液,并移入带冰袋的泡沫箱中保存。低温处理和低温保存的原因是
　 。
(3)已知L半胱氨酸、柠檬酸是食品领域应用广泛的食品添加剂。将不同浓度的食品添加剂分别加入PPO粗酶提取液中,30 ℃水浴恒温后,测定并得到PPO相对酶活性,结果如图。
据图可知,两种食品添加剂均可　　　　PPO相对酶活性。在枸杞鲜果果汁加工过程中,选用　　　　(填食品添加剂)处理效果更好。
(4)研究证明,枸杞所含的枸杞子色素,具有提高人体免疫力、预防和抑制肿瘤和预防动脉粥样硬化的作用。短时(3 min)高温处理也可抑制褐变,但高温会破坏果汁中枸杞子色素。请你提出一种实验思路,探究既能有效防止褐变,又能保留枸杞子色素这一成分的最佳温度。
解析:(1)据题干信息“褐变是指植物细胞中的多酚氧化酶(PPO)催化多酚类物质(无色)生成褐色醌类物质的过程”,故为了防止枸杞果汁发生褐变,应降低枸杞果实细胞中PPO活性。(2)酶的作用条件温和,易受温度影响,在低温条件下酶的活性受抑制,但酶的空间结构稳定,且在适宜温度下酶的活性可恢复,故酶适宜低温处理和低温保存。(3)据图可知:与对照组(0)相比,添加L半胱氨酸和柠檬酸后,PPO相对酶活性均有所降低;且添加L半胱氨酸后的PPO相对酶活性下降更显著,可更有效防止酶促褐变,故在枸杞鲜果果汁加工过程中,选用L半胱氨酸处理效果更好。(4)分析题意可知,本实验的目的是“探究既能有效防止褐变,又能保留枸杞子色素的最佳温度”,则实验的自变量为温度,因变量为褐变程度和枸杞子色素含量,实验设计应遵循对照原则和单一变量原则,故可设计实验如下:设置一系列高温的温度梯度(控制变量),分别测定PPO相对酶活性和枸杞子色素的含量。
答案:(1)降低
(2)低温不会破坏酶分子的结构,且在适宜温度下酶的活性可恢复
(3)降低(或抑制)　L半胱氨酸
(4)设置一系列高温的温度梯度,分别测定PPO相对酶活性和枸杞子色素的含量。
25.(12分)光合作用是生物界最基本的物质和能量代谢过程。光合作用对环境因子敏感度较高,易受重金属影响。在土壤重金属的影响下,植物各方面会受到怎样的影响,某研究所对此展开研究。
实验材料:在普通土壤中培育的桑树幼苗若干,普通土壤,含Pb2+(铅离子)的土壤,含Cd2+(镉离子)的土壤,含Pb2+和Cd2+的土壤,色素提取套装,色素含量测定装置,光合速率测量装置,花盆等。
(要求与说明:光合色素含量与光合速率检测的方法与具体操作不作要求。)
(1)实验思路。
①分组设计:
A组:桑树幼苗+普通土壤;
B组:　 ;
C组:　 ;
D组:　 。
②每个花盆装入6 kg相应土壤,土壤沉淀一个月后,将各组幼苗移栽至花盆。
③　　　 　,每天每个花盆浇等量且适量的水。
④桑树幼苗叶片展开1个月后,测定各项指标。
⑤统计分析实验数据。
(2)请设计表格用于记录实验结果。
(3)①实验中,色素提取套装中用于提取色素的溶剂是　　　 　;
②已有研究表明,Pb2+、Cd2+作用都能降低桑树叶绿素含量,Pb2+作用后使叶绿素a/b的比值下降明显,Cd2+作用后使叶绿素a/b的比值上升明显,说明Pb2+主要抑制　　 　的合成,Cd2+主要抑制　 　　的合成。
解析:(1)本实验目的是研究在土壤重金属的影响下,植物各方面会受到怎样的影响,自变量为是否重金属处理以及重金属的种类,根据实验材料可知:自变量处理为分别用普通土壤,含Pb2+(铅离子)的土壤,含Cd2+(镉离子)的土壤,含Pb2+和Cd2+的土壤处理桑树幼苗,因变量为光合色素含量与光合速率。①分组设计见答案。(2)本实验自变量为是否重金属处理及重金属的种类(普通土壤,含Pb2+的土壤,含Cd2+的土壤,含Pb2+和Cd2+的土壤),因变量为光合色素含量与光合速率。据此设计表格,表格见答案。(3)①叶绿体中的色素能溶解在95%的酒精中,因此用于提取色素的溶剂是95%的酒精。②叶绿素主要包括叶绿素a和叶绿素b,Pb2+作用后使叶绿素a/b的比值下降明显,说明Pb2+主要抑制叶绿素a的合成;Cd2+作用后使叶绿素a/b的比值上升明显,Cd2+主要抑制叶绿素b的合成。
答案:(1)①桑树幼苗+含Pb2+(铅离子)的土壤　桑树幼苗+含Cd2+(镉离子)的土壤　桑树幼苗+含Pb2+和Cd2+的土壤　③将各组幼苗在相同且适宜条件下培育
(2)Pb2+和Cd2+单独与共同胁迫下,对桑树幼苗光合色素含量与光合速率的影响
　　 自变量处理 因变量　　　 A组/对 照组 B组/ Pb2+ C组/ Cd2+ D组/ Pb2++Cd2+
光合色素含量
光合速率
(3)①95%的酒精　②叶绿素a　叶绿素b