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复习任务群一
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新” 打通应考之“脉”
第三章 细胞中能量的转换和利用
素能提升课3 光合作用和细胞呼吸的相关实验
提升点1 细胞呼吸方式的探究实验
[素能构建]
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
[对点训练]
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中的液滴均不移动,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所示;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。]
提升点2 细胞呼吸速率和光合速率的测定实验
[素能构建]
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。
[对点训练]
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。下列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_____________。
不需要
1 600
线粒体供给和细胞外吸收
增多(或升高)
[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。
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__________(填字母序号)klx时,该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。
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
21
a
[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。
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[单位: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____________________________________ __________________。
叶片初始质量
光合作用有机物的总产量
B叶片被截取部分在6 h内光合作用
合成的有机物总量
M值除以时间再除以截取面积,即M/
(截取面积×时间)
(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:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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
[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。
谢 谢!