第5讲 细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析
与细胞呼吸和光合作用相关的实验探究类试题多以真实的科研实验为情境,以数据表格、实验装置图、柱形图、曲线图为命题信息,主要考查考生辨析“实验变量”、补充“实验步骤”、分析“实验数据”、预测“实验结果”、得出“实验结论”等的能力,其中写出实验思路并预期实验结果类试题是近年高考考查的热点和重点,考生要重点关注。
主题研习(一) 光合速率与呼吸速率的测定
[典例导析]
(2025·菏泽一模)研究小组利用图1装置,在光合作用的最适温度条件下,测定了不同光照强度下番茄幼苗的光合速率。该小组又以某种盆栽番茄为材料,设置“常温+常态CO2浓度”(对照)“常温+高CO2浓度”“高温+常态CO2浓度”“高温+高CO2浓度”共4组进行实验,检测植株中的可溶性糖和淀粉含量变化。图2为实验25天时测得相关的物质含量情况。回答下列问题:
注:CO2缓冲液有吸收和释放CO2的作用,可维持瓶内一定的CO2浓度。
(1)在不同光照强度下,图1装置测定的是番茄幼苗的 (填“总光合速率”或“净光合速率”),此时液滴可能发生的移动情况是 。
(2)若黑暗条件下,每小时液滴左移了3个刻度单位,某一光照强度下,每小时液滴右移了8个刻度单位。假设液滴每移动1个刻度单位,植物幼苗体内的葡萄糖量增加或减少1 g,则该番茄幼苗的呼吸速率为 g/h,该光照强度条件下,白天光照12小时,一昼夜葡萄糖的积累量为 g。
(3)一定的光照强度下,观察到图1装置的液滴右移,若再适当升高温度,则图1装置液滴右移的速率将变慢,原因是___________________________________________________________________________________
__________________________。
(4)图2实验中的无关变量有 (答2点)。一般果实中可溶性糖含量越高,果实的甜度就越高。依据图2实验结果,提高番茄果实甜度的措施是 。根据图2实验结果分析,在高CO2浓度条件下,高温对番茄光合作用的影响及判断依据是______________
_____________________________________________________。
听课随笔:
[思维建模]
1.利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率
(1)将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。
(2)将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。
(3)根据呼吸速率和净光合速率可计算得到总光合速率。
(4)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影响实验结果,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.“黑白瓶法”——测溶氧量的变化
[微点拨] ①黑白瓶法常用于水生生态系统光合速率和呼吸速率的测定。②在没有初始值m0时,可利用(m2-m1)/t计算出总光合速率。
3.“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
[微点拨] ①本方法又叫半叶称重法,即测定单位时间、单位叶面积干物质的产生总量,常用于大田农作物光合速率的测定。②本方法的要点是一半叶片遮光,另一半叶片照光,同时开始实验。③可选择对称于主脉的多组叶圆片,烘干称重,分别求出WA和WB的平均值,以减小实验误差。
[应用体验]
1.在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片,抽出空气,利用装置图甲,进行光合速率测定。图乙是利用装置图甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述不正确的是 ( )
A.从图乙可看出,F植物适合在较弱光照下生长
B.光照强度为1 klx时,装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时,液滴左移
C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率相等
D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短
2.(2025·厦门模拟)研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是 ( )
A.遮光处理后,短时间内叶绿体基质中C3的含量比照光处理时低
B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合
C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的
D.要计算光合速率还需测定同等面积叶片的初始干重
3.(2025·湖南雅礼中学调研)某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得一桶水样,分装于六对黑白瓶中,剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg·L-1,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(a光照强度/ klx 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 3 3 3 3 3
A.黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧
B.光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等,说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用
C.当光照强度为c时,白瓶中植物产生的氧气量为21 mg·L-1
D.当光照强度为d时,继续增加光照强度,白瓶中植物的光合速率不再增加
主题研习(二) 与光合作用、细胞呼吸有关的实验设计分析
[典例导析]
(2024·甘肃高考)类胡萝卜素不仅参与光合作用,还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体,其大部分种子为黄色,少部分呈白色,白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定,白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培养一周,提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,结果如图所示。回答下列问题。
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ,加入少许碳酸钙可以 。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高,其原因是 。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为
。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据:①纯合体种子为白色;② 。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是 。若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,请完成下面的实验设计:
①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在 条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。
②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的 。
③预期结果: 。
听课随笔:
[思维建模]
1.光合作用和细胞呼吸探究实验中常用条件的控制方法
实验条件 控制方法
增加水中O2 泵入空气或吹气或放入绿色水生植物
减少水中O2 容器密封或油膜覆盖或用凉开水
除去容器中CO2 NaOH溶液
维持容器内CO2浓度的恒定 适宜浓度的NaHCO3溶液
除去叶中原有淀粉 置于黑暗环境中
除去叶中叶绿素 酒精隔水加热
除去光合作用对细胞呼吸的干扰 植株遮光处理
得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光
2.实验思路设计、预测实验结果与结论的答题策略
(1)实验思路设计的一般书写模式
实验思路设计的书写模式一般为“分组+施加自变量+检测因变量”,题目中涉及的无关变量必写,题目未涉及的可略写或简写,具体如下:
(2)倒推法预测实验结果与结论
基本思路为“根据已知条件找变量→描述变量间的关系作结论→倒推结论对应的结果→理清顺序,先结果后结论”。两类实验的结果和结论叙写关键点分析如下:
①探究性实验
结果的预测对应假设,常需分类讨论。可以先分析可能的结论,再假设某一结论成立,结合实验过程推测出应有的结果,最后正向表述为“若出现某结果,则假定的某结论成立”。
②验证性实验
一般只有一个结果和一个相应的结论,且结论就在题目中,如“验证……”“证明……”等。故只要依据此结论,结合实验过程推测出应有的结果,再正向表述为“出现某结果,则某结论成立”即可。
[应用体验]
1.(2025·成都七中模拟)在适宜温度及CO2浓度条件下,某实验小组测得森林石栎和青冈幼苗叶片的生理指标如表所示。请回答下列问题:
植物种类 光补偿点(μmol·m-2·s-1) 光饱和点(μmol·m-2·s-1)
石栎 39 980
青冈 23 930
(1)光照直接影响光合作用的 阶段,当光照强度为39 μmol·m-2·s-1时,青冈叶肉细胞消耗ADP的场所有 。
(2)研究的两种植物中,最适合在较弱的光照环境中生长的是 ,判断的论据是
。
(3)研究发现,空气中氧气浓度不同时,对受冷害的植物的光合作用速率的影响是不同的。某实验小组欲探究低氧浓度(1%)对受冷害青冈幼苗的光合速率的影响,请简要写出实验思路并预测实验结果及结论(实验所需材料及条件都充足)。
实验思路:_____________________________________________________________________________。
预测实验结果及结论:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2.(2024·安徽高考)为探究基因OsNAC对光合作用的影响,研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE),测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。回答下列问题。
净光合速率/(μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量/(mg·g-1)
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖 1,5 二磷酸结合,在特定酶作用下形成2分子3 磷酸甘油酸;在有关酶的作用下,3 磷酸甘油酸接受 释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为 。
(2)与WT相比,实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的 、 (填科学方法)。
(3)据表可知,OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率 。为进一步探究该基因的功能,研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量,结果如图。
结合图表,分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因:① ;② 。
第5讲 细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析
主题研习(一)
[典例导析] 解析：(1)CO2缓冲液可以维持容器内CO2的含量相对稳定，液滴的移动情况反映了瓶内O2的变化情况(释放或吸收)，故在不同光照强度下，图1装置测定的是番茄幼苗的净光合速率。由于是不同光照处理，可能出现：光合速率小于呼吸速率，此时表现为从瓶内吸收氧气，液滴左移；光合速率等于呼吸速率，此时幼苗既不会从瓶中吸收氧气也不会向瓶内释放氧气，液滴不移动；光合速率大于呼吸速率，幼苗向瓶内释放氧气，液滴右移。
(2)假设液滴每移动1个刻度单位，植物幼苗体内的葡萄糖量增加或减少1 g。黑暗条件下，每小时液滴左移了3个刻度单位，表示呼吸速率为3 g/h；某一光照强度下，每小时液滴右移了8个刻度单位，表示净光合速率为8 g/h。该光照强度条件下，白天光照12小时，一昼夜葡萄糖的积累量为8×12－3×12＝60 g。
(3)由题干可知，利用图1装置在光合作用的最适温度下测定光合速率，适当升高温度，植物幼苗的总光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致净光合速率下降，最终图1装置液滴右移的速率变慢。
(4)由题干信息可知，图2实验的自变量为温度和CO2浓度，因此需要控制相同的无关变量，无关变量有湿度、光照强度、番茄生长状况等。一般果实中可溶性糖含量越高，果实的甜度就越高。根据“常温＋高CO2浓度”和“高温＋高CO2浓度”组对比可知，在高CO2浓度条件下，高温时番茄光合作用合成的可溶性糖含量略有增加，而淀粉含量却明显减少，因此在高CO2浓度条件下，高温不利于番茄光合作用的进行。
答案：(1)净光合速率 右移、不移动或左移 (2)3 60 (3)利用图1装置在光合作用的最适温度下测定光合速率，适当升高温度，植物幼苗的总光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致净光合速率下降，最终液滴右移速率变慢(合理即可) (4)湿度、光照强度、番茄生长状况等 提高温度和CO2浓度(高温和高CO2浓度) 在高CO2浓度条件下，高温不利于番茄光合作用的进行，因为在高CO2浓度条件下，高温时番茄光合作用合成的可溶性糖含量略有增加，而淀粉含量却明显减少(合理即可)
[应用体验]
1．选C 根据图乙可知，F植物叶圆片的光补偿点比E植物低，则两植物中F适合在较弱光照下生长，A正确；光照强度为1 klx时，E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率，装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的O2，使液滴左移，B正确；光照强度为3 klx时，E、F两种植物叶圆片释放O2的速率相等，但E植物叶圆片的呼吸作用强度大于F植物叶圆片，故光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率不相等，C错误；光照强度为6 klx时，E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物叶圆片的净光合作用强度，E植物叶圆片释放的O2多，故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短，D正确。
2．选B 遮光处理后，光反应停止，短时间内C3被还原的过程减弱，而C5固定CO2的过程仍能继续，故遮光处理后C3含量短时间内会比照光处理时高，A错误；照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH，故可发生NADP＋与电子和H＋结合，B正确；不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，因此照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由光合作用引起的，C错误；利用照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)可计算真正光合速率，因此不需要测定同等面积叶片的初始干重，D错误。
3．选B 黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧，A正确；光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等，说明植物光合作用产生的氧刚好用于细胞呼吸消耗，B错误；当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋细胞呼吸消耗量＝(24－10)＋(10－3)＝21 mg·L－1，C正确；由d、e两组数据可知，当光照强度为d时，继续增加光照强度，白瓶中溶解氧的含量也不再增加，即白瓶中植物的光合速率不再增加，D正确。
主题研习(二)
[典例导析] 解析：(1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。
(2)叶绿素的形成需要光照，与弱光下相比，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。
(3)在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都很低，说明纯合突变体的光合作用弱，无法满足植株生长对有机物的需求，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。
(4)由题图可知，与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量很低(几乎为零)，也可说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。
(5)据题中信息“则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量”推知，激素X最可能为脱落酸。①由于正常光照条件下，纯合突变体叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量均极低，不能正常生长，进一步分析可知，种子萌发后需要在弱光条件下培养，以保证纯合突变体能够生长。②脱落酸具有促进气孔关闭的作用，因此在显微镜下观察、测量各组的气孔大小。③据题中信息预测实验结果是野生型脱落酸的含量高，野生型植株中，正常条件下培养的A组的脱落酸的含量低于干旱条件下培养的B组，B组的气孔大小明显小于A组。纯合突变体内脱落酸合成存在缺陷，正常条件下培养的C组和干旱条件下培养的D组的气孔大小基本相同。
答案：(1)无水乙醇 防止研磨中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成 (3)纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，且叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都很低，光合作用弱，无法满足植株生长对有机物的需求 (4)与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量很低(几乎为零) (5)脱落酸 ①弱光 ②气孔大小 ③B组气孔大小明显小于A组，C、D两组气孔大小基本相同
[应用体验]
1．解析：(1)光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应主要受光照强度、光质的影响，而CO2浓度主要通过影响暗反应影响光合作用，温度对光反应和暗反应均有影响。当光照强度为39 μmol·m－2·s－1时，超过了青冈的光补偿点，即光合作用速率大于呼吸速率，叶肉细胞中，消耗ADP、合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。
(2)从表格可以看出，青冈的光补偿点和光饱和点都低于石栎，在较弱光照强度下即可生存，所以研究的两种植物中，青冈最适合在较弱的光照环境中生长。
(3)实验思路并预测实验结果及结论类试题解题模板一般从以下角度进行分析：
答案：(1)光反应 细胞质基质、线粒体和叶绿体 (2)青冈 青冈的光补偿点和光饱和点均较低，在较弱光照强度下即可生长 (3)将受冷害的青冈幼苗随机均分成两组，分别置于低氧浓度(1%)(甲组)和正常氧浓度(乙组)条件下培养，其他条件相同且适宜，一段时间后测定两组幼苗的平均光合作用速率 ①若甲组的光合作用速率大于乙组，则低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定促进(保护)作用；②若甲组的光合作用速率小于乙组，则说明低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定抑制作用；③若甲组的光合作用速率等于乙组，则低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用无影响
2．解析：(1)在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3 磷酸甘油酸(C3)分子，在有关酶的催化作用下，3 磷酸甘油酸接受ATP和NADPH释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为核酮糖 1,5 二磷酸(C5)和糖类等。
(2)与WT相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的“减法原理”；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的“加法原理”。
(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。结合图表，OsNAC过量表达使旗叶净光合速率发生相应变化的原因是①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而增大旗叶的净光合速率。
答案：(1)ATP和NADPH 核酮糖 1,5 二磷酸(C5)和糖类等 (2)减法原理 加法原理 (3)增大 与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用 与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而增大旗叶的净光合速率(共68张PPT)
细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析
第5讲
与细胞呼吸和光合作用相关的实验探究类试题多以真实的科研实验为情境,以数据表格、实验装置图、柱形图、曲线图为命题信息，主要考查考生辨析“实验变量”、补充“实验步骤”、分析“实验数据”、预测“实验结果”、得出“实验结论”等的能力，其中写出实验思路并预期实验结果类试题是近年高考考查的热点和重点，考生要重点关注。
目录
主题研习（一）
主题研习（二）
光合速率与呼吸速率的测定
课时跟踪检测
与光合作用、细胞呼吸有关的实验设计分析
主题研习（一）光合速率与呼吸速率的测定
[典例导析]
(2025·菏泽一模)研究小组利用图1装置，在光合作用的最适温度条件下，测定了不同光照强度下番茄幼苗的光合速率。该小组又以某种盆栽番茄为材料，设置“常温＋常态CO2浓度”(对照)“常温＋高CO2浓度”“高温＋常态CO2浓度”“高温＋高CO2浓度”共4组进行实验，检测植株中的可溶性糖和淀粉含量变化。
注：CO2缓冲液有吸收和释放CO2的作用，可维持瓶内一定的CO2浓度。
图2为实验25天时测得相关的物质含量情况。回答下列问题：
(1)在不同光照强度下，图1装置测定的是番茄幼苗的______________(填“总光合速率”或“净光合速率”)，此时液滴可能发生的移动情况是________________________。
(2)若黑暗条件下，每小时液滴左移了3个刻度单位，某一光照强度下，每小时液滴右移了8个刻度单位。假设液滴每移动1个刻度单位，植物幼苗体内的葡萄糖量增加或减少1 g，则该番茄幼苗的呼吸速率为_______g/h，该光照强度条件下，白天光照12小时，一昼夜葡萄糖的积累量为______g。
净光合速率
右移、不移动或左移
3
60
(3)一定的光照强度下，观察到图1装置的液滴右移，若再适当升高温度,则图1装置液滴右移的速率将变慢，原因是_____________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
在光合作用的最适温度下测定光合速率，适当升高温度，植物幼苗的总光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致净光合速率下降，最终液滴右移速率变慢(合理即可)
利用图1装置
(4)图2实验中的无关变量有_______________________________
(答2点)。一般果实中可溶性糖含量越高，果实的甜度就越高。依据图2实验结果，提高番茄果实甜度的措施是_____________________
____________________。根据图2实验结果分析，在高CO2浓度条件下，高温对番茄光合作用的影响及判断依据是________________
___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
湿度、光照强度、番茄生长状况等
提高温度和CO2浓度
(高温和高CO2浓度)
在高CO2浓度
条件下,高温不利于番茄光合作用的进行,因为在高CO2浓度条件下，高温时番茄光合作用合成的可溶性糖含量略有增加，而淀粉含量却明显减少(合理即可)
[解析] (1)CO2缓冲液可以维持容器内CO2的含量相对稳定，液滴的移动情况反映了瓶内O2的变化情况(释放或吸收)，故在不同光照强度下，图1装置测定的是番茄幼苗的净光合速率。由于是不同光照处理，可能出现：光合速率小于呼吸速率，此时表现为从瓶内吸收氧气，液滴左移；光合速率等于呼吸速率，此时幼苗既不会从瓶中吸收氧气也不会向瓶内释放氧气，液滴不移动；光合速率大于呼吸速率，幼苗向瓶内释放氧气，液滴右移。
(2)假设液滴每移动1个刻度单位，植物幼苗体内的葡萄糖量增加或减少1 g。黑暗条件下，每小时液滴左移了3个刻度单位，表示呼吸速率为3 g/h；某一光照强度下，每小时液滴右移了8个刻度单位，表示净光合速率为8 g/h。该光照强度条件下，白天光照12小时，一昼夜葡萄糖的积累量为8×12－3×12＝60 g。
(3)由题干可知，利用图1装置在光合作用的最适温度下测定光合速率，适当升高温度，植物幼苗的总光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致净光合速率下降，最终图1装置液滴右移的速率变慢。
(4)由题干信息可知，图2实验的自变量为温度和CO2浓度，因此需要控制相同的无关变量，无关变量有湿度、光照强度、番茄生长状况等。一般果实中可溶性糖含量越高，果实的甜度就越高。根据“常温＋高CO2浓度”和“高温＋高CO2浓度”组对比可知，在高CO2浓度条件下，高温时番茄光合作用合成的可溶性糖含量略有增加，而淀粉含量却明显减少，因此在高CO2浓度条件下，高温不利于番茄光合作用的进行。
[思维建模]
1．利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率
(1)将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
(2)将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
(3)根据呼吸速率和净光合速率可计算得到总光合速率。
(4)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影响实验结果，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．“黑白瓶法”——测溶氧量的变化
[微点拨] ①黑白瓶法常用于水生生态系统光合速率和呼吸速率的测定。②在没有初始值m0时，可利用(m2－m1)/t计算出总光合速率。
3．“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
[微点拨] ①本方法又叫半叶称重法，即测定单位时间、单位叶面积干物质的产生总量，常用于大田农作物光合速率的测定。②本方法的要点是一半叶片遮光，另一半叶片照光，同时开始实验。③可选择对称于主脉的多组叶圆片，烘干称重，分别求出WA和WB的平均值，以减小实验误差。
[应用体验]
1．在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，利用装置图甲，进行光合速率测定。图乙是利用装置图甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述不正确的是( )
A．从图乙可看出，F植物适合在较弱光照下生长
B．光照强度为1 klx时，装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴左移
C．光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率相等
D．光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短
解析：根据图乙可知，F植物叶圆片的光补偿点比E植物低，则两植物中F适合在较弱光照下生长，A正确；
√
光照强度为1 klx时，E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率，装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的O2，使液滴左移，B正确；
光照强度为3 klx时，E、F两种植物叶圆片释放O2的速率相等，但E植物叶圆片的呼吸作用强度大于F植物叶圆片，故光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率不相等，C错误；
光照强度为6 klx时，E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物叶圆片的净光合作用强度，E植物叶圆片释放的O2多，故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短，D正确。
2．(2025·厦门模拟)研究者将对称叶片一半遮光，另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片，烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，下列说法正确的是( )
A．遮光处理后，短时间内叶绿体基质中C3的含量比照光处理时低
B．照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP＋与电子和H＋结合
C．照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的
D．要计算光合速率还需测定同等面积叶片的初始干重
√
解析：遮光处理后，光反应停止，短时间内C3被还原的过程减弱，而C5固定CO2的过程仍能继续，故遮光处理后C3含量短时间内会比照光处理时高，A错误；
照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH，故可发生NADP＋与电子和H＋结合，B正确；
不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，因此照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由光合作用引起的，C错误；
利用照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)可计算真正光合速率，因此不需要测定同等面积叶片的初始干重，D错误。
3．(2025·湖南雅礼中学调研)某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg·L－1，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(a光照强度/ klx 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量/(mg·L－1) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量/(mg·L－1) 3 3 3 3 3 3
A．黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧
B．光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用
解析：黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧，A正确；
光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等，说明植物光合作用产生的氧刚好用于细胞呼吸消耗，B错误；
√
C．当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21 mg·L－1
D．当光照强度为d时，继续增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不再增加
解析：当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋细胞呼吸消耗量＝(24－10)＋(10－3)＝21 mg·L－1，C正确；
由d、e两组数据可知，当光照强度为d时，继续增加光照强度，白瓶中溶解氧的含量也不再增加,即白瓶中植物的光合速率不再增加，D正确。
主题研习（二）与光合作用、细胞呼吸有关的实验设计分析
[典例导析]
(2024·甘肃高考)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其大部分种子为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是__________，加入少许碳酸钙可以_______________________。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是_______________________________________________________。
无水乙醇
防止研磨中色素被破坏
叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为__________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据：①纯合体种子为白色；②__________________________
____________________________________。
与野生型相比，纯合突变体
纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，且叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都很低，光合作用弱，无法满足植株生长对有机物的需求
叶片中类胡萝卜素含量很低(几乎为零)
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷，X最可能是________。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验设计：
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在______条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。
②测量指标：每组取3～5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的____________。
③预期结果：_________________________________________________。
脱落酸
弱光
气孔大小
B组气孔大小明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同
[解析] (1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。
(2)叶绿素的形成需要光照，与弱光下相比，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。
(3)在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都很低，说明纯合突变体的光合作用弱，无法满足植株生长对有机物的需求，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。
(4)由题图可知，与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量很低(几乎为零)，也可说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。
(5)据题中信息“则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量”推知，激素X最可能为脱落酸。①由于正常光照条件下，纯合突变体叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量均极低，不能正常生长，进一步分析可知，种子萌发后需要在弱光条件下培养，以保证纯合突变体能够生长。②脱落酸具有促进气孔关闭的作用，因此在显微镜下观察、测量各组的气孔大小。③据题中信息预测实验结果是野生型脱落酸的含量高，野生型植株中，正常条件下培养的A组的脱落酸的含量低于干旱条件下培养的B组，B组的气孔大小明显小于A组。纯合突变体内脱落酸合成存在缺陷，正常条件下培养的C组和干旱条件下培养的D组的气孔大小基本相同。
[思维建模]
1．光合作用和细胞呼吸探究实验中常用条件的控制方法
实验条件 控制方法
增加水中O2 泵入空气或吹气或放入绿色水生植物
减少水中O2 容器密封或油膜覆盖或用凉开水
除去容器中CO2 NaOH溶液
维持容器内CO2浓度的恒定 适宜浓度的NaHCO3溶液
除去叶中原有淀粉 置于黑暗环境中
除去叶中叶绿素 酒精隔水加热
除去光合作用对细胞呼吸的干扰 植株遮光处理
得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光
2．实验思路设计、预测实验结果与结论的答题策略
(1)实验思路设计的一般书写模式
实验思路设计的书写模式一般为“分组＋施加自变量＋检测因变量”，题目中涉及的无关变量必写，题目未涉及的可略写或简写，具体如下：
(2)倒推法预测实验结果与结论
基本思路为“根据已知条件找变量→描述变量间的关系作结论→倒推结论对应的结果→理清顺序，先结果后结论”。两类实验的结果和结论叙写关键点分析如下：
①探究性实验
结果的预测对应假设，常需分类讨论。可以先分析可能的结论，再假设某一结论成立，结合实验过程推测出应有的结果，最后正向表述为“若出现某结果，则假定的某结论成立”。
②验证性实验
一般只有一个结果和一个相应的结论，且结论就在题目中，如“验证……”“证明……”等。故只要依据此结论，结合实验过程推测出应有的结果，再正向表述为“出现某结果，则某结论成立”即可。
(1)光照直接影响光合作用的_______阶段，当光照强度为39 μmol·m－2·s－1时，青冈叶肉细胞消耗ADP的场所有_______________________________。
(2)研究的两种植物中，最适合在较弱的光照环境中生长的是_____，判断的依据是______________________________________________________________。
[应用体验]
1．(2025·成都七中模拟)在适宜温度及CO2浓度条件下，某实验小组测得某地石栎和青冈幼苗叶片的生理指标如表所示。请回答下列问题：
植物种类 光补偿点(μmol·m－2·s－1) 光饱和点(μmol·m－2·s－1)
石栎 39 980
青冈 23 930
光反应
细胞质基质、线粒体和叶绿体
青冈
青冈的光补偿点和光饱和点均较低，在较弱光照强度下即可生长
(3)研究发现，空气中氧气浓度不同时，对受冷害的植物的光合作用速率的影响是不同的。某实验小组欲探究低氧浓度(1%)对受冷害青冈幼苗的光合速率的影响，请简要写出实验思路并预测实验结果及结论(实验所需材料及条件都充足)。
实验思路：___________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________。
将受冷害的青冈幼苗随机均分成两组，分别置于低氧浓度(1%)(甲组)和正常氧浓度(乙组)条件下培养，其他条件相同且适宜，一段时间后测定两组幼苗的平均光合作用速率
预测实验结果及结论：____________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
①若甲组的光合作用速率大于乙组，则低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定促进(保护)作用；②若甲组的光合作用速率小于乙组，则说明低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定抑制作用；③若甲组的光合作用速率等于乙组，则低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用无影响
解析：(1)光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应主要受光照强度、光质的影响，而CO2浓度主要通过影响暗反应影响光合作用，温度对光反应和暗反应均有影响。当光照强度为39 μmol·m－2·s－1时，超过了青冈的光补偿点，即光合作用速率大于呼吸速率，叶肉细胞中，消耗ADP、合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。
(2)从表格可以看出，青冈的光补偿点和光饱和点都低于石栎，在较弱光照强度下即可生存，所以研究的两种植物中，青冈最适合在较弱的光照环境中生长。
(3)实验思路并预测实验结果及结论类试题解题模板一般从以下角度进行分析：
2．(2024·安徽高考)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题。
净光合速率/(μmol·m－2·s－1) 叶绿素含量/(mg·g－1)
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖- 1,5 -二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3- 磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3 -磷酸甘油酸接受_________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为______________________________。
(2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的__________、__________(填科学方法)。
ATP和NADPH
核酮糖- 1,5- 二磷酸(C5)和糖类等
减法原理
加法原理
(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率______。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。
增大
结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①______________________________________________________
________________________________________________________________；②______________________________________________________________
________________________________________________________________
________。
与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用
与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而增大旗叶的净光合速率
解析：(1)在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3 -磷酸甘油酸(C3)分子，在有关酶的催化作用下，3 -磷酸甘油酸接受ATP和NADPH释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为核酮糖- 1,5 -二磷酸(C5)和糖类等。(2)与WT相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的“减法原理”；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的“加法原理”。(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。结合图表，OsNAC过量表达使旗叶净光合速率发生相应变化的原因是①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而增大旗叶的净光合速率。
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课时跟踪检测
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一、选择题
1．下表是采用黑白瓶法测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度，并进行比较计算后的数据。下列有关分析正确的是( )
水深/m 1 2 3 4
白瓶中O2浓度/(g·m－3) ＋3 ＋1.5 0 －1
黑瓶中O2浓度/(g·m－3) －1.5 －1.5 －1.5 －1.5
A．水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3 g·m－3
B．水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原
C．水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体
D．水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用
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解析：白瓶透光，瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用，黑瓶不透光，瓶内水生植物只能进行呼吸作用。在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物呼吸作用所消耗的O2量，为1.5 g·m－3，白瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值。综上分析可知，在水深1 m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为3＋1.5＝4.5 g·m－3，A错误；
水深2 m处白瓶中水生植物能进行光合作用,因此能进行水的光解和C3的还原，B错误；
水深3 m处白瓶中水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量相等，因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体，C正确；
在水深4 m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为－1＋1.5＝0.5 g·m－3，能进行光合作用，D错误。
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2．(2025·南通模拟)图甲为光合作用最适温度条件下植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对值的变化。下列说法正确的是( )
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A．如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会发生图乙中从a到b的变化，净光合速率可能会发生从b到a的变化
解析：甲是在光合作用最适温度条件下进行的，如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会降低，发生从b到a的变化；呼吸速率有可能升高，从而净光合速率可能降低，发生从b到a的变化，A错误。
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C．若图甲中的液滴不移动，则该植株叶肉细胞光合速率等于呼吸速率
D．若图乙表示图甲中植物的叶肉细胞内C5的变化，则b到a的变化可能是突然停止光照或者光照减弱
解析：若图甲中的液滴不移动，则该植株光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，C错误。
突然停止光照或者光照减弱，产生的NADPH和ATP减少，C3还原受阻，则C5的来路受阻，短时间内去路不变，结果导致其含量下降，D正确。
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3．如图表示在不同温度下，测定某植物叶片重量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)的操作流程及结果。据图分析，下列说法错误的是( )
A．据图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为X
B．据图分析可知，该植物光合速率可表示为Y＋2X
C．在13～16 ℃时，随着温度的升高，呼吸作用强度增强，光合作用先增后降
D．温度恒定在上述14 ℃下，维持10小时光照，10小时黑暗，该植物叶片增重最多，增重30 mg
√
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解析：无光时，植物只进行呼吸作用，呼吸速率为M－(M－X)＝X，A正确；
该植物的呼吸速率可表示为X，而单位时间光照下叶片重量的增加量表示净光合速率，故光照1 h总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝Y＋2X，B正确；
在13～16 ℃时，随着温度升高呼吸作用不断增强，光合作用(Y＋2X)也在增强，C错误；
温度是14 ℃时，植物增重量＝10×净光合速率－10×呼吸速率＝10×(Y＋X)－10X＝10Y，Y为3时，该植物增重最多，为30 mg，D正确。
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4.(2025·南阳模拟)某研究小组将生长状况相同的花生叶片分成4等份,在不同温度下分别暗处理1 h,再在相同的光照强度下光照1 h,测其有机物变化,结果如图所示。若不考虑叶片中表皮细胞对实验结果的影响,下列相关叙述错误的是 ( )
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A.该实验中,叶片的光合作用和呼吸作用的最适温度均为29 ℃
B.29 ℃和30 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率相同
C.29 ℃环境中,花生叶片若要积累有机物需每天光照时长大于8小时
D.花生叶肉细胞在27 ℃的相同光照强度下可吸收二氧化碳并释放氧气
√
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解析:图中的深色柱的有机物变化值表示呼吸速率,白色柱的有机物变化值=净光合速率-呼吸速率,故净光合速率=白色柱的有机物变化值+深色柱的有机物变化值,光合速率=呼吸速率+净光合速率,光合速率=白色柱的有机物变化值+深色柱的有机物变化值×2,因此在实验的4个温度中,叶片的光合作用和呼吸作用的最适温度相同,都为29 ℃,A正确；29 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率分别为9 mg·h-1和3 mg·h-1,30 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率分别为3 mg·h-1和1 mg·h-1,因此29 ℃和30 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率均不相同,B错误；
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在29 ℃且每天光照8小时的环境中,花生叶片的净光合速率为6×8-3×16=0,因此29 ℃环境中,花生叶片若要积累有机物需每天光照时长大于8小时,C正确；27 ℃时花生叶肉细胞的净光合速率为4 mg·h-1,因此花生叶肉细胞在27 ℃的相同光照强度下可吸收二氧化碳并释放氧气,D正确。
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二、非选择题(除特别注明外，每空1分)
5．(8分)(2025·重庆模拟)为研究相同温度条件下光对某植物光合作用强度的影响，用若干图1 所示实验装置进行实验(假设密闭小室内 CO2在实验过程中充足，光照不影响温度变化)；一段时间后测量每个装置中 O2释放或吸收速率，绘制曲线如图2。
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(1)不考虑温度对气体体积的影响，图1液滴的移动是装置中绿色植物____________________共同作用的结果，引起液滴移动的气体是________。
(2)图2中，距离s由O变为a过程中，限制光合作用速率的外部因素最可能是________。距离为c时，植物叶肉细胞的光合速率_________(填“大于”
“等于”或“小于”)呼吸速率；若将图1中的白光源替换成绿光源重复实验，则图2中的c将会_____移。
(3)图2中，距离s由O变为a过程中，O2释放速率不变的原因是__________________________________________________________________________________（3分）。
光合作用与呼吸作用
氧气
温度
大于
左
距离从O到a过程中，距离越来越大，光照强度虽然减弱，但仍然高于该
植物的光饱和点
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解析：(1)不考虑温度对气体体积的影响，液滴的移动与玻璃瓶中绿色植物的光合作用与呼吸作用的 O2差值相关；密闭玻璃瓶中存在饱和NaHCO3溶液，CO2气压相对恒定，液滴的移动与瓶中O2浓度改变有关。
(2)据图2可知，距离s由O变为a过程中，气体释放速率不变，说明光照强度不是限制因素，此时最可能的限制因素是温度；由于c是该绿色植物的光补偿点，故此时叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率；由于植物几乎不吸收绿光，故改用绿光照射，光补偿点增大，图2中c应左移。
(3)距离从O到a过程中，距离越来越大，光照强度虽然减弱，但仍然高于该植物的光饱和点。
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6．(14分) (2025·合肥一模)科研人员将长势一致的桃树幼苗平均分成正常灌水、干旱、干旱后恢复供水三组，只在幼苗枝条中部成熟叶片供给14CO2，一段时间后检测幼根、幼叶与茎尖的光合产物分布，实验结果如下图所示。回答下列问题：
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(1)14CO2在叶肉细胞中被利用的具体场所是____________________，其转移的途径为____________________________。
(2)从图中可以看出，干旱处理使叶片中的光合产物输出量_______，从而会______光合作用。桃树幼苗干旱处理后，向幼根、幼叶和茎尖分配的光合产物的比例发生变化，这一现象具有的适应意义为______________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（3分）。
(3)大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的开闭，称为“气孔振荡”。“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行，其原因是_____________________
_____________________________________（2分）。
叶绿体基质
14CO2→14C3→(14CH2O)
减少
抑制
向幼根分配的光合产物增多，促进了桃树幼根生长，从而能从土壤更深处吸收到更多的水分；向幼叶和茎尖分配的光合产物减少,抑制了桃树幼叶和茎尖生长,从而减少蒸腾作用散失的水分,以适应干旱环境
又能保障CO2供应，使光合作用正常进行
既能降低蒸腾作用强度，
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(4)研究发现，在干旱条件下,化学物质ABA会促进光合色素降解，其浓度与光合色素降解速度呈正相关。给予长势相同的桃树ABA缺失突变体若干(基因突变导致不能合成ABA)、不同浓度的ABA溶液等材料，设计实验验证该结论，写出实验思路和预期结果。
①实验思路：_____________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________（3分） ；
②预期结果：_____________________________________________
___________________________________（2分）。
取长势相同的桃树ABA缺失突变体若干,平均分成3组(至少3组以上),测定光合色素的含量，用等量不同浓度的ABA溶液处理，再置于相同且干旱条件下培养,一段时间后,测定各组叶片的光合色素含量
ABA处理的桃树植株光合色素含量都有所降低，且ABA浓度越高，光合色素减少越多
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解析：(1)14CO2参与暗反应，在叶肉细胞中被利用的具体场所是叶绿体基质，其转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)。(2)比较光合产物的滞留量，干旱处理的实验组叶片中光合产物滞留量最高，因此输出量减少，从而抑制了光合作用过程。与对照组相比，干旱处理后向幼根所分配的光合产物的比例增加而向幼叶和茎尖所分配的光合产物的比例降低，所以干旱处理后向幼根分配的光合产物增多，使植物的幼根生长更快，从而能从土壤更深处吸收到更多的水分；向幼叶和茎尖分配的光合产物减少，抑制了桃树幼叶和茎尖生长，从而减少蒸腾作用散失的水分，以适应干旱环境。 (3)在干旱条件下，蒸腾作用过强会导致植物缺水萎蔫，植物气孔以数十分钟为周期进行周期性的开闭，这样既能降低蒸腾作用强度，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行，有利于植物生理活动的正常进行。(4)在干旱条件下，化学物质ABA会促进光合色素降解，其浓度与光合色素降解速度呈正相关，本实验的自变量为化学物质ABA的浓度，因变量为光合色素降解速度。据此可写出实验思路和预期结果(参见答案)。
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7．（12分）(2025·芜湖模拟)土壤盐分过高对植物的伤害作用称为盐胁迫。科研人员研究盐胁迫下竹柳苗光合作用的变化，结果如下图，请回答下列问题：
注：CK为对照组；S1为轻度盐胁迫；S2为中度盐胁迫；S3为重度盐胁迫。
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(1)与第3天相比，第6天盐胁迫组竹柳苗的净光合速率下降，其中_________组(填“S2”或“S3”)是因为非气孔因素造成的，判断的理由是___________________________________（2分）。
(2)重度盐胁迫条件下,12天内竹柳苗干重的变化为______(填“增加”
“不变”或“减少”)，原因是___________________________________
_____________________（2分）。
S3
S3组在第6天时气孔导度大于第3天
增加
在重度盐胁迫情况下，虽然净光合速率
下降，但依然大于0
1
5
6
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2
3
4
(3)研究发现，盐胁迫下竹柳根细胞内的脯氨酸含量明显升高。据此推测竹柳减缓盐胁迫对水分吸收影响的机制是_______________
______________________________________________________________________________（2分）。
该植物根细胞内脯氨酸含量明显升高,从而提高了细胞液浓度,提高了植物根系的吸水力
在干旱胁迫下，
(4)进一步研究发现，盐胁迫下竹柳根细胞内的脯氨酸含量增加的机制是通过激活脯氨酸合成关键基因P5CS和P5CR的表达，以及提高P5CR酶的活性。请设计实验加以验证该机制，简要写出实验思路：____________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________（4分）。
将竹柳根细胞随机分成两组,一组设置高盐环境,另一组设置正常环境，一段时间后检测两组细胞中关键基因P5CS和P5CR的表达量、P5CR酶的活性以及脯氨酸含量并进行比较，进而得出相应的结论
1
5
6
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解析：(1)与第3天相比，第6天盐胁迫组竹柳苗的净光合速率下降，其中S3组是因为非气孔因素造成的，这是因为S3组在第6天时气孔导度大于第3天，但此时的净光合速率是下降的。(2)重度盐胁迫条件下，12天内竹柳苗干重的变化表现为增加，这是因为在重度盐胁迫情况下，虽然净光合速率下降，但依然大于0，说明干重在增加，只是增加速率逐渐下降。(3)研究发现，盐胁迫下竹柳根细胞内的脯氨酸含量明显升高。据此推测由于植物自我保护性调节，在干旱胁迫下，该植物根细胞内脯氨酸含量明显升高，从而提高了细胞液浓度，即提高了植物根系的吸水力，进而起到了减缓盐胁迫对水分吸收的影响。(4)由题意知，本实验的目的是验证竹柳根细胞内的脯氨酸含量增加的机制是通过激活脯氨酸合成关键基因P5CS和P5CR的表达，以及提高P5CR酶的活性实现的，因此实验的自变量为是否进行盐胁迫，因变量是关键基因P5CS和P5CR的表达量、P5CR酶的活性以及脯氨酸含量。本实验的设计思路见答案。课时跟踪检测(十四) 细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析
(标的题目为推荐讲评题目,配有精品课件)
一、选择题
1.下表是采用黑白瓶法测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度,并进行比较计算后的数据。下列有关分析正确的是 ( )
水深/m 1 2 3 4
白瓶中O2浓度/(g·m-3) +3 +1.5 0 -1
黑瓶中O2浓度/(g·m-3) -1.5 -1.5 -1.5 -1.5
A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3 g·m-3
B.水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原
C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体
D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用
2.(2025·南通模拟)图甲为光合作用最适温度条件下植物光合速率测定装置图,图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对值的变化。下列说法正确的是 ( )
A.如果适当提高温度,其他条件不变,则总光合速率会发生图乙中从a到b的变化,净光合速率可能会发生从b到a的变化
B.若图乙表示图甲完全培养液中Si浓度,由a到b的变化表明了该植物不需要该离子
C.若图甲中的液滴不移动,则该植株叶肉细胞光合速率等于呼吸速率
D.若图乙表示图甲中植物的叶肉细胞内C5的变化,则b到a的变化可能是突然停止光照或者光照减弱
3.如图表示在不同温度下,测定某植物叶片重量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)的操作流程及结果。据图分析,下列说法错误的是 ( )
A.据图分析可知,该植物的呼吸速率可表示为X
B.据图分析可知,该植物光合速率可表示为Y+2X
C.在13~16 ℃时,随着温度的升高,呼吸作用强度增强,光合作用先增后降
D.温度恒定在上述14 ℃下,维持10小时光照,10小时黑暗,该植物叶片增重最多,增重30 mg
4.(2025·南阳模拟)某研究小组将生长状况相同的花生叶片分成4等份,在不同温度下分别暗处理1 h,再在相同的光照强度下光照1 h,测其有机物变化,结果如图所示。若不考虑叶片中表皮细胞对实验结果的影响,下列相关叙述错误的是 ( )
A.该实验中,叶片的光合作用和呼吸作用的最适温度均为29 ℃
B.29 ℃和30 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率相同
C.29 ℃环境中,花生叶片若要积累有机物需每天光照时长大于8小时
D.花生叶肉细胞在27 ℃的相同光照强度下可吸收二氧化碳并释放氧气
二、非选择题(除特别注明外,每空1分)
5.(8分)(2025·重庆模拟)为研究相同温度条件下光对某植物光合作用强度的影响,用若干图1 所示实验装置进行实验(假设密闭小室内 CO2在实验过程中充足,光照不影响温度变化);一段时间后测量每个装置中 O2释放或吸收速率,绘制曲线如图2。
(1)不考虑温度对气体体积的影响,图1液滴的移动是装置中绿色植物 共同作用的结果,引起液滴移动的气体是 。
(2)图2中,距离s由O变为a过程中,限制光合作用速率的外部因素最可能是 。距离为c时,植物叶肉细胞的光合速率 (填“大于”“等于”或“小于”)呼吸速率;若将图1中的白光源替换成绿光源重复实验,则图2中的c将会 移。
(3)图2中,距离s由O变为a过程中,O2释放速率不变的原因是 (3分)。
6.(14分)(2025·合肥一模)科研人员将长势一致的桃树幼苗平均分成正常灌水、干旱、干旱后恢复供水三组,只在幼苗枝条中部成熟叶片供给14CO2,一段时间后检测幼根、幼叶与茎尖的光合产物分布,实验结果如下图所示。回答下列问题:
(1)14CO2在叶肉细胞中被利用的具体场所是 ,其转移的途径为 。
(2)从图中可以看出,干旱处理使叶片中的光合产物输出量 ,从而会 光合作用。桃树幼苗干旱处理后,向幼根、幼叶和茎尖分配的光合产物的比例发生变化,这一现象具有的适应意义为
(3分)。
(3)大多数植物在干旱条件下,气孔会以数十分钟为周期进行周期性的开闭,称为“气孔振荡”。“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应,有利于植物生理活动的正常进行,其原因是 (2分)。
(4)研究发现,在干旱条件下,化学物质ABA会促进光合色素降解,其浓度与光合色素降解速度呈正相关。给予长势相同的桃树ABA缺失突变体若干(基因突变导致不能合成ABA)、不同浓度的ABA溶液等材料,设计实验验证该结论,写出实验思路和预期结果。
①实验思路:
(3分);
②预期结果:
(2分)。
7.(12分)(2025·芜湖模拟)土壤盐分过高对植物的伤害作用称为盐胁迫。科研人员研究盐胁迫下竹柳苗光合作用的变化,结果如下图,请回答下列问题:
注:CK为对照组;S1为轻度盐胁迫;S2为中度盐胁迫;S3为重度盐胁迫
(1)与第3天相比,第6天盐胁迫组竹柳苗的净光合速率下降,其中 组(填“S2”或“S3”)是因为非气孔因素造成的,判断的理由是 (2分)。
(2)重度盐胁迫条件下,12天内竹柳苗干重的变化为 (填“增加”“不变”或“减少”),原因是 (2分)。
(3)研究发现,盐胁迫下竹柳根细胞内的脯氨酸含量明显升高。据此推测竹柳减缓盐胁迫对水分吸收影响的机制是 (2分)。
(4)进一步研究发现,盐胁迫下竹柳根细胞内的脯氨酸含量增加的机制是通过激活脯氨酸合成关键基因P5CS和P5CR的表达,以及提高P5CR酶的活性。请设计实验加以验证该机制,简要写出实验思路: (4分)。
课时跟踪检测(十四)
1．选C 白瓶透光，瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用，黑瓶不透光，瓶内水生植物只能进行呼吸作用。在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物呼吸作用所消耗的O2量，为1.5 g·m－3，白瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值。综上分析可知，在水深1 m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为3＋1.5＝4.5 g·m－3，A错误；水深2 m处白瓶中水生植物能进行光合作用，因此能进行水的光解和C3的还原，B错误；水深3 m处白瓶中水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量相等，因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体，C正确；在水深4 m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为－1＋1.5＝0.5 g·m－3，能进行光合作用，D错误。
2．选D 甲是在光合作用最适温度条件下进行的，如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会降低，发生从b到a的变化；呼吸速率有可能升高，从而净光合速率可能降低，发生从b到a的变化，A错误。若图乙表示图甲完全培养液中SiO浓度，由a到b的变化表明了该植物对SiO的吸收速率小于对水分吸收的相对速率或不需要该离子，B错误。若图甲中的液滴不移动，则该植株光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，C错误。突然停止光照或者光照减弱，产生的NADPH和ATP减少，C3还原受阻，则C5的来路受阻，短时间内去路不变，结果导致其含量下降，D正确。
3．选C 无光时，植物只进行呼吸作用，呼吸速率为M－(M－X)＝X，A正确；该植物的呼吸速率可表示为X，而单位时间光照下叶片重量的增加量表示净光合速率，故光照1 h总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝Y＋2X，B正确；在13～16 ℃时，随着温度升高呼吸作用不断增强，光合作用(Y＋2X)也在增强，C错误；温度是14 ℃时，植物增重量＝10×净光合速率－10×呼吸速率＝10×(Y＋X)－10X＝10Y，Y为3时，该植物增重最多，为30 mg，D正确。
4．选B 图中的深色柱的有机物变化值表示呼吸速率，白色柱的有机物变化值＝净光合速率－呼吸速率，故净光合速率＝白色柱的有机物变化值＋深色柱的有机物变化值，光合速率＝呼吸速率＋净光合速率，光合速率＝白色柱的有机物变化值＋深色柱的有机物变化值×2，因此在实验的4个温度中，叶片的光合作用和呼吸作用的最适温度相同，都为29 ℃，A正确；29 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率分别为9 mg·h－1和3 mg·h－1,30 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率分别为3 mg·h－1和1 mg·h－1，因此29 ℃和30 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率均不相同，B错误；在29 ℃且每天光照8小时的环境中，花生叶片的净光合速率为6×8－3×16＝0，因此29 ℃环境中，花生叶片若要积累有机物需每天光照时长大于8小时，C正确；27 ℃时花生叶肉细胞的净光合速率为4 mg·h－1，因此花生叶肉细胞在27 ℃的相同光照强度下可吸收二氧化碳并释放氧气，D正确。
5．解析：(1)不考虑温度对气体体积的影响，液滴的移动与玻璃瓶中绿色植物的光合作用与呼吸作用的 O2差值相关；密闭玻璃瓶中存在饱和NaHCO3溶液，CO2气压相对恒定，液滴的移动与瓶中 O2浓度改变有关。
(2)据图2可知，距离s由O变为a过程中，气体释放速率不变，说明光照强度不是限制因素，此时最可能的限制因素是温度；由于c是该绿色植物的光补偿点，故此时叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率；由于植物几乎不吸收绿光，故改用绿光照射，光补偿点增大，图2中c应左移。
(3)距离从O到a过程中，距离越来越大，光照强度虽然减弱，但仍然高于该植物的光饱和点。
答案：(1)光合作用与呼吸作用 氧气 (2)温度 大于 左 (3)距离从O到a过程中，距离越来越大，光照强度虽然减弱，但仍然高于该植物的光饱和点
6．解析：(1)14CO2参与暗反应，在叶肉细胞中被利用的具体场所是叶绿体基质，其转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)。
(2)比较光合产物的滞留量，干旱处理的实验组叶片中光合产物滞留量最高，因此输出量减少，从而抑制了光合作用过程。与对照组相比，干旱处理后向幼根所分配的光合产物的比例增加而向幼叶和茎尖所分配的光合产物的比例降低，所以干旱处理后向幼根分配的光合产物增多，使植物的幼根生长更快，从而能从土壤更深处吸收到更多的水分；向幼叶和茎尖分配的光合产物减少，抑制了桃树幼叶和茎尖生长，从而减少蒸腾作用散失的水分，以适应干旱环境。
(3)在干旱条件下，蒸腾作用过强会导致植物缺水萎蔫，植物气孔以数十分钟为周期进行周期性的开闭，这样既能降低蒸腾作用强度，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行，有利于植物生理活动的正常进行。
(4)在干旱条件下，化学物质ABA会促进光合色素降解，其浓度与光合色素降解速度呈正相关，本实验的自变量为化学物质ABA的浓度，因变量为光合色素降解速度。据此可写出实验思路和预期结果(参见答案)。
答案：(1)叶绿体基质 14CO2→14C3→(14CH2O) (2)减少 抑制 向幼根分配的光合产物增多，促进了桃树幼根生长，从而能从土壤更深处吸收到更多的水分；向幼叶和茎尖分配的光合产物减少，抑制了桃树幼叶和茎尖生长，从而减少蒸腾作用散失的水分，以适应干旱环境 (3)既能降低蒸腾作用强度，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行 (4)①取长势相同的桃树ABA缺失突变体若干，平均分成3组(至少3组以上)，测定光合色素的含量，用等量不同浓度的ABA溶液处理，再置于相同且干旱条件下培养，一段时间后，测定各组叶片的光合色素含量 ②ABA处理的桃树植株光合色素含量都有所降低，且ABA浓度越高，光合色素减少越多
7．解析：(1)与第3天相比，第6天盐胁迫组竹柳苗的净光合速率下降，其中S3组是因为非气孔因素造成的，这是因为S3组在第6天时气孔导度大于第3天，但此时的净光合速率是下降的。
(2)重度盐胁迫条件下，12天内竹柳苗干重的变化表现为增加，这是因为在重度盐胁迫情况下，虽然净光合速率下降，但依然大于0，说明干重在增加，只是增加速率逐渐下降。
(3)研究发现，盐胁迫下竹柳根细胞内的脯氨酸含量明显升高。据此推测由于植物自我保护性调节，在干旱胁迫下，该植物根细胞内脯氨酸含量明显升高，从而提高了细胞液浓度，即提高了植物根系的吸水力，进而起到了减缓盐胁迫对水分吸收的影响。
(4)由题意知，本实验的目的是验证竹柳根细胞内的脯氨酸含量增加的机制是通过激活脯氨酸合成关键基因P5CS和P5CR的表达，以及提高P5CR酶的活性实现的，因此实验的自变量为是否进行盐胁迫，因变量是关键基因P5CS和P5CR的表达量、P5CR酶的活性以及脯氨酸含量。本实验的设计思路见答案。
答案：(1)S3 S3组在第6天时气孔导度大于第3天 (2)增加 在重度盐胁迫情况下，虽然净光合速率下降，但依然大于0 (3)在干旱胁迫下，该植物根细胞内脯氨酸含量明显升高，从而提高了细胞液浓度，提高了植物根系的吸水力 (4)将竹柳根细胞随机分成两组，一组设置高盐环境，另一组设置正常环境，一段时间后检测两组细胞中关键基因P5CS和P5CR的表达量、P5CR酶的活性以及脯氨酸含量并进行比较，进而得出相应的结论
