（全国通用）2020届高考生物优选大一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用拓展微课光合速率的测定方法及计算课件.ppt

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1、拓展微课,光合速率的测定方法及计算,专题讲解( 破难点,难点一 测定光合速率的常用方法 1.利用液滴移动测定光合速率 (1)实验装置图W1-1,(2)测定原理 在黑暗条件下,甲装置中的植物只进行细胞呼吸,由于 NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物吸收O2的速率,可代表呼吸速率。 在光照条件下,乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物释放O2的速率,可代表净光合速率。 真光合速率=净光合速率+呼吸速率。,(3)测定方法 将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液

2、滴移动的距离,计算呼吸速率。 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。 根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真光合速率。 (4)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素引起误差,应设置对照实验,即用死亡的相同大小的同种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。,例1 为探究CO2浓度和光照强度对植物光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图W1-2所示的实验装置若干组,利用CO2缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定,在室温25 时进行了一系列的实验,对相应装置准确测量的结果如下表所示,下列说法错误的是 ( )图W1-2,A.1组中

3、液滴左移的原因是植物进行有氧呼吸消耗了氧气 B.6组中液滴右移的原因是植物光合作用产生氧气量小于有氧呼吸消耗氧气量 C.与3组比较可知,限制2组液滴移动的主要环境因素是光照强度 D.与4组比较可知,限制3组液滴右移的主要环境因素是CO2浓度,答案 B,解析 1组中没有光照,液滴向左移2.24 mL/h,说明植物呼吸作用消耗了密闭小室内的氧气,A正确;6组在光照强度为1500 lx,CO2浓度为0.03%时,既进行光合作用又进行呼吸作用,液滴向右移动9.00 mL/h,说明植物光合作用产生的氧气量大于有氧呼吸消耗的氧气量,B错误;2组和3组相比,CO2浓度都为0.03%,光照强度分别是800 l

4、x和1000 lx,故限制2组液滴移动的主要环境因素是光照强度,C正确;3组和4组相比,光照强度都为1000 lx,CO2浓度分别是0.03%和0.05%,故限制3组液滴移动的主要环境因素是CO2浓度,D正确。,2.利用黑白瓶法测定水生植物的光合速率 (1)测定原理:黑瓶不透光,瓶中生物仅能进行呼吸作用;白瓶透光,瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此,光合作用产生氧气量=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量。 (2)测定方法:取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c,将a先包以黑胶布,再包以锡箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度相同位置取水,测定c瓶中的氧气含量。将a瓶、b瓶密封后再沉入取水处,24小时

5、后取出,测定两瓶中的氧气含量。,(3)计算规律 规律1:有初始值的情况下,黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量;白瓶中氧气的增加量为净光合作用量;两者之和为总光合作用量。 规律2:在没初始值的情况下,白瓶中测得的氧气现有量与黑瓶中测得的氧气现有量之差即为总光合作用量。,例2 2018河北景县模拟 下表是采用黑白瓶(不透光瓶可透光瓶)法测定夏季某池塘不同深度水体中,初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度的差值。下列有关分析正确的是 ( ),A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3 g/m2 B.水深2 m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率 C.水深3 m处白瓶中水生植物不进行

6、光合作用 D.水深4 m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体,答案 D,解析 根据题意可知,黑瓶中水生植物只能进行呼吸作用,白瓶中水生植物既能进行光合作用又能进行呼吸作用,在相同条件下培养一定时间,黑瓶中所测得的数据为正常的呼吸消耗量。由表中数据可知,在水深1 m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3+1.5=4.5g/m2,A错误。水深2 m处白瓶中水生植物光合速率为1.5+1.5=3.0 g/(m2d),呼吸速率为1.5 g/(m2d),B错误。水深3 m处白瓶中水生植物光合作用量等于呼吸作用量,即1.5 g/m2,C错误。水深4 m处白瓶中藻类植物能进行光合作用和

7、呼吸作用,故白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体,D正确。,3.“半叶法”测定光合作用有机物的产生量 (1)使用范围:检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量,常用于大田农作物的光合速率测定。 (2)测定方法:在测定时,将植物对称叶片的一部分遮光或取下置于暗处,另一部分则留在光下进行光合作用,过一段时间后,在这两部分的对应部位取同等面积的叶片,分别烘干称重。对称叶片的两对应部位的等面积的干重,开始时被视为相等,照光后的叶片重量超过黑暗中的叶重,超过部分即光合作用产物的产量,并通过一定的计算可得到光合作用有机物的产生量。,例3 某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行

8、测定。将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理(如图W1-3所示),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/(dm2h)。请分析回答下列问题:图W1-3,(1)MA表示6 h后叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量;MB表示6 h后( )+( )-呼吸作用有机物的消耗量。 (2)若M=MB-MA,则M表示 。 (3)真正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。 。,答案(1)叶片初始质量

9、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除以时间再除以面积或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,但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理,既能进行光合作用,又可以进行呼吸作用。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-呼吸作用有机物的消耗量,MA表示6 h后叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量,则MB-MA就是光合作用6 h内有机物的总产量

10、(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真正光合速率,即M除以时间再除以面积。,难点二 交替光照与连续光照问题 1.原理分析:光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行,由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的,因此在一般情况下,光反应的速率比暗反应的快,光反应的产物ATP和H不能被暗反应及时消耗掉。 2.过程分析:持续光照,光反应产生的大量的ATP和H不能被暗反应及时消耗掉,暗反应限制了光合作用的速率,降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行,则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物,持续进行一段时间的暗反应,提高了光能的利用率。 3.结论:在光照

11、强度和光照时间不变的情况下,交替光照比连续光照制造的有机物相对较多。,例4 研究人员以生长状态相同的绿色植物为材料、在相同的条件下进行了四组实验,其中D组连续光照T秒,A、B、C组依次缩小光照、黑暗的交替频率如图W1-4所示,每组处理的总时间均为T秒。比较各组结果,发现单位光照时间内光合作用产物的相对含量从A到D依次越来越大。下列相关说法正确的是 ( )图W1-4,A.本实验中光照强度是无关变量,故光照强度的改变不影响实验组光合作用产物的相对含量 B.光照期间,光反应通过水的光解为暗反应提供ATP和H C.实验组黑暗变为光照时,光反应速率增加,暗反应速率变小 D.推测在某光照、黑暗的交替频率上

12、,单位光照时间内光合作用产物的相对含量达到100%,答案 D,解析 本实验中温度、光照强度和CO2浓度是无关变量,无关变量也是影响实验结果的变量,只是人为控制相同而已,A错误;光照期间,光反应通过水的光解为暗反应提供H,ATP不是通过水的光解形成的,B错误;实验组黑暗变为光照时,光反应、暗反应速率均增加,C错误;实验结果表明,随着光照和黑暗交替频率的增加,可以使ATP和H及时被利用与及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量,故随着光照和黑暗交替频率的增加,在某个频率上单位光照时间内光合作用产物的相对含量达到100%,D正确。,难点三 与光合速率有关的计算 1.光合作用实际产氧量=实测的氧气

13、释放量+呼吸作用耗氧量。 2.光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳吸收量+呼吸作用二氧化碳释放量。 3.光合作用实际葡萄糖生产量=光合作用葡萄糖积累量+呼吸作用葡萄糖消耗量。 4.总光合量=净光合量+呼吸量。,例5 某生物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W1-5所示。下列说法正确的是 ( )图W1-5,A.5 时,真光合速率约为呼吸速率的3倍 B.25 时,光合速率最大 C.30 时,增强光照,叶绿体内C3的量会增多 D.35 时,光照一段时间,植物体中干物质量将减少,答案 A,解析 题图中的光照下吸收CO2量表示净光合速率,黑暗中释放CO2量表

14、示呼吸速率,净光合速率=真光合速率-呼吸速率。在5 时,净光合速率为1.0 mgh-1,呼吸速率为0.5 mgh-1,真光合速率为1.5 mgh-1,真光合速率是呼吸速率的3倍,A项正确;25 时,光合速率约为3.7+2.2=5.9 mgh-1,30 时,光合速率约为3.5+3=6.5 mgh-1,因此25 时光合速率不是最大的,B项错误;30 时,增强光照,光反应产生的H和ATP增多,C3的还原过程加快,叶绿体内C3的量会减少,C项错误;35 时,净光合速率大于零,因此光照一段时间,植物体中干物质量将增加,D项错误。,例6 从经过“饥饿”处理的某植物的同一叶片上陆续取下面积相同的叶圆片,称其

15、干重,如图W1-6所示。在不考虑叶片内有机物向其他部位转移的情况下分析(实验过程中光照适宜,温度不变):图W1-6,请回答: (1)叶圆片Y比叶圆片X (填“轻”或“重”),原因是 。 (2)在下午4时至晚上10时这段时间里,叶圆片Z的呼吸作用消耗量可表示为g。 (3)如果实验过程中叶片的呼吸作用速率不变,则从上午10时到下午4时这段时间里,叶圆片Y制造的有机物的量可表示为 g。,答案 (1)重 经过光照后叶片通过光合作用积累了有机物,重量增加 (2)y-z (3)2y-x-z,解析 (1)叶圆片Y经过了光合作用,积累了一些有机物,故实验中的叶圆片Y要比叶圆片X重。(2)下午4时至晚上10时,

16、叶圆片Z的呼吸作用消耗量为(y-z)g。(3)下午4时到晚上10时呼吸作用消耗的有机物的量是(y-z)g,上午10时到下午4时的时间间隔和下午4时到晚上10时的时间间隔都是6个小时,可确定上午10时到下午4时一个叶圆片呼吸作用所消耗的有机物量也是(y-z)g,故叶圆片Y制造的有机物总量为(y-x)+(y-z)=(2y-x-z)g。,跟踪训练 当堂清,1.取生长旺盛的天竺葵叶片,用打孔器打出小圆片若干并抽取叶片细胞内空气,均分后置于不同浓度的NaHCO3溶液中,给予相同的一定强度光照,记录圆叶片上浮至液面所需时间,其结果绘制的曲线如图W1-7所示。下列相关叙述错误的是( )图W1-7,A.YZ段

17、平缓的限制因素可能是光照强度 B.Y点比X点细胞内的光合速率小 C.Z点后曲线上行,可能是叶片细胞失水所致 D.Y点时叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体,答案 B,解析 YZ段随着NaHCO3溶液浓度的增加,圆叶片上浮到液面所需要的时间基本不变,说明限制因素不再是二氧化碳浓度,可能是光照强度或温度等其他条件,故A正确;与X点相比,Y点时圆叶片上浮至液面所需时间短,产生O2的速率快,即光合速率大,故B错误;Z点后,NaHCO3溶液浓度过高造成植物细胞失水,代谢速率减慢,故叶片上浮到液面所需要的时间延长,故C正确;Y点时叶肉细胞同时进行光合作用和细胞呼吸,因此产生ATP的细胞器有叶绿体和线

18、粒体,故D正确。,2.图W1-8表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置,氧气传感器可监测O2浓度的变化,下列叙述错误的是 ( )图W1-8,A.该实验装置可用于探究不同单色光对光合作用强度的影响 B.加入NaHCO3溶液的主要目的是吸收呼吸作用释放的CO2 C.拆去滤光片,单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度 D.若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的呼吸作用强度,答案 B,解析 题图中装置可以选用不同的滤光片,形成不同的单色光照射金鱼藻,所以该实验装置可以用于探究不同单色光对光合作用强度的影响,A正确;加入NaHCO3溶液的主要目的是给金鱼藻的光合作用提供CO2,B错误;去

19、掉滤光片,单位时间内金鱼藻受到的光照强度增大,所以光合作用增强,产生的O2变多,C正确;将该装置置于黑暗环境中,植物只能进行呼吸作用,可以通过O2的含量变化来测定金鱼藻的呼吸作用强度,D正确。,3.2018湖南常德一中二模 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6对黑白瓶中,剩余的水样测得初始溶解氧的含量为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6种不同的光照条件下,24小时后,实测获得6对黑白瓶中溶解氧的含量,记录数据如下,以下说法不正确的是( ),A.若只考虑光照强度,该深度湖水中所有生物在晚上8 h内呼吸消耗O2的量为7/3 mg B.光照强

20、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 C.当该水层中的溶氧量达到30 mg/L时,光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素 D.若将e klx光照下的白瓶置于b klx光照下,瓶中光合生物细胞的C3含量会增加,C5含量会减少,答案 A,解析 黑瓶中溶解氧的含量降低为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,其中的生物呼吸消耗氧气,该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为初始溶解氧的含量-24小时后氧含量,即10-3=7 mg/(Ld),故该深度湖水中生物在晚上8 h内呼吸消耗O2的量为7/3 mg/L,而计算所有生物氧气消耗量,需乘以体积,A错误;光照

21、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刚好用于所有生物的呼吸作用消耗,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,B正确;,由表中数据可知,当该水层中的溶氧量达到30 mg/L时,白瓶中含氧量不再增加,所以此时光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素,C正确;若将e klx光照下的白瓶置于b klx光照下,光照减弱,光反应产生的H和ATP减少,C3的还原减慢,二氧化碳的固定继续进行,所以瓶中光合生物细胞的C3含量会增加,C5含量会减少,D正确。,4.2018山西太原三模 某生物兴趣小组为探究绿色植物的光合作用和呼吸作用,设计了如图W1-9所示

22、实验装置,请分析回答:图W1-9,(1)甲和乙构成对照实验,变量是 ,探究的是 ;甲和丙可构成一组对照实验,实验的变量是 ,可以证明 。 (2)氧气有 的特性,甲装置试管中收集的气体可以使 ,说明绿色植物的光合作用释放出氧气。 (3)有同学利用甲装置进行了进一步探究,实验结果如下表:,据实验结果分析,得出的结论是 。 据此结论,若要提高大棚作物的产量,可以采取的措施是 。 (4)利用丁装置探究绿色植物的呼吸作用时,应对装置进行 处理。一段时间后,玻璃管中的红墨水滴向 (填“左”或“右”)移动。原因是 。,答案(1)有无光照 光照对金鱼藻光合作用的影响 有无植物 在有光条件下氧气是由绿色植物释放

23、出来的 (2)助燃 带火星的卫生香复燃 (3)光照越强,光合作用越强 适当增加光照强度 (4)遮光 右 在遮光时,叶片细胞呼吸作用消耗一定量的O2,而产生的CO2被10%NaOH溶液吸收了,5.2018广东湛江二模 补光是指在自然光照条件下额外补充不同波长的光。为了探究补光对植物光合作用速率的影响,研究小组在温度适宜的玻璃温室中,分别用三种强度相同的单色光对某植物进行补光实验,补光时间为上午7:0010:00。结果如图W1-10所示。图W1-10,请回答: (1)补光实验时,采用适宜温度的原因是 。 (2)该实验证明,自然光照下补充 nm的光可以提高光合作用速率。 (3)10:00时光照突然停

24、止,此时光合作用速率是否为0? ;原因是 。 (4)现有沉于清水底部的30片新鲜小圆叶片、饱和的碳酸氢钠溶液,其他材料器具自选,欲探究不同浓度的CO2对光合作用强度的影响,请写出实验思路: 。,答案 (1)避免由于温度不适影响植物光合作用速率 (2)450、680 (3)否 光照停止,叶绿体中依然有积累的ATP和H,暗反应继续进行 (4)配制不同浓度的碳酸氢钠溶液,分别加入等量的小圆叶片,给予相同的光照,一段时间后观察、记录小圆叶片上浮的数量,解析 (1)实验中温度是无关变量,为了在不同时间、不同波长的补光实验中对植物光合速率不造成影响,要采用适宜且相同的温度条件进行实验。(2)对比曲线分析,与自然光照比较,补充450、680 nm的光可以提高光合作用速率,若采用580 nm的光进行补光实验,植物光合速率反而更低。(3)10:00时光照突然停止,由于此时叶绿体内还有一定量的ATP和H,所以叶绿体内暗反应还可以继续进行,光合作用合成有机物的速率不为0。(4)欲探究不同浓度的CO2对光合作用强度的影响,则首先应配制不同浓度的碳酸氢钠溶液,以提供不同浓度的CO2,再选用相同数量的圆叶片放入不同浓度的碳酸氢钠溶液,给予相同的光照,观察、记录相同时间内圆叶片上浮的数量。,