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高中生物2022届新教材一轮复习人教版 核心素养微专题之科学思维（一）光合作用和细胞呼吸的综合分析 课件
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这是一份高中生物2022届新教材一轮复习人教版 核心素养微专题之科学思维（一）光合作用和细胞呼吸的综合分析 课件，共44页。
命题方向1 光合速率与呼吸速率分析【思维能力形成】【典例】(2020·濮阳模拟)在光照恒定、温度最适条件下,某研究小组用甲图的实验装置测量 1 小时内密闭容器中 CO2 的变化量,绘成曲线如乙图所示。下列叙述中,错误的是( )
A.a～b 段,叶绿体中 ADP 从基质向类囊体膜运输B.该绿色植物前 30 分钟真正光合速率平均为 50 ppm CO2/minC.适当提高温度进行实验,该植物光合作用的光饱和点将下降D.若第 10 min 时突然黑暗处理,叶绿体基质中三碳化合物的含量将增加
【能力支撑】1.分析推断能力:考生要具备根据题目信息和条件,推测光饱和点移动的方向,推测三碳化合物含量变化的能力。2.信息转化能力:考生要把图中曲线走势、拐点等信息进行转化,如a～b曲线下降说明净光合速率大于0。3.数据转换和处理能力:考生要能依据题目中的数据计算出真正光合速率。
【思路点拨】点拨A.a～b 段有光照,绿色植物能进行光合作用,在类囊体膜上进行的光反应消耗ADP产生ATP,在叶绿体基质中进行的暗反应消耗ATP产生ADP,因此叶绿体中 ADP 从基质向类囊体膜运输。点拨B.分析乙图,前30分钟平均净光合速率是(1 680-180)÷30=50 ppm CO2/min,呼吸速率是(600-180)÷30=14 ppm CO2/min,因此,该绿色植物前30分钟真正光合速率平均为50+14=64 ppm CO2/min。点拨C.该实验是在最适温度条件下进行的,适当提高温度进行实验,该植物的光合速率将下降,该植物光合作用的光饱和点也将下降。
点拨D.若第 10 min 时突然黑暗处理,则光反应立即停止,不再有ATP和[H]的生成,导致暗反应中C3的还原受阻,而短时间内CO2和五碳化合物结合的CO2固定过程仍在进行,所以叶绿体基质中C3(三碳化合物)的含量将增加。答案:B。
【思维能力提升】能力提升点1.厘清光合速率和细胞呼吸速率的关系(1)光合作用O2的产生量=光合作用O2的释放量+黑暗中O2的吸收量。(2)光合作用CO2的固定量=光合作用CO2的吸收量+黑暗中CO2的释放量。(3)光合作用有机物的产生量=光合作用有机物的积累量+黑暗中有机物的消耗量。
能力提升点2.辨析补偿点、饱和点的移动问题
(1)光(CO2)补偿点B是曲线与横轴的交点,光(CO2)饱和点C则是最大光合速率对应的光照强度 (或CO2浓度),位于横轴上。(2)环境条件的改变导致光合速率和呼吸速率发生不同程度的改变,导致光(CO2)补偿点、饱和点左移或右移。①若环境条件改变导致呼吸速率增加,光合速率减小,则光(CO2)补偿点B应右移,光(CO2)饱和点左下移。②若环境条件改变导致光合速率增加,呼吸速率减小,则光(CO2)补偿点B左移,光(CO2)饱和点右上移。③阴生植物与阳生植物相比,光(CO2)补偿点和饱和点都应向左移动。
【思维能力检验】1.玉米黄质是叶绿体中的一种叶黄素,其含量随光照强度不同发生变化。当植物暴露在过强光照下时,玉米黄质将吸收的过剩光能直接转化成热能,以避免光合器官受到伤害。如图是植物叶片吸收的光量与光合放氧量的关系,相关叙述正确的是( )
A.光量为200和600时玉米黄质含量相同B.光量为400和600时实际光合速率相同C.光量为400时理论和实际产生ATP的量相同 D.光量为200时C3的还原速度小于光量50时
【解析】选B。据图分析,当光照强度大于200μml·m-2·s-1时,随着光照强度的升高,两条曲线之间的差值逐渐增大,说明植物将其所吸收光能直接转化成热能的比例逐渐增大,因此光量为600时玉米黄质含量高于光量为200时,A错误;据图分析可知,图中光量为400和600时实际光合速率相同,B正确;光量为400时理论光合放氧量大于实际光合放氧量,说明理论上产生ATP的量大于实际产生的,C错误;据图分析可知,光量从0到200的过程中,实际光合放氧量增加,因此光合作用强度增大,即光量为50时光反应产生的[H]和ATP少于光量为200时,故光量为50时C3的还原速度小于光量为200时,D错误。
2.图甲表示O2浓度对某种蔬菜产生CO2的影响,图乙表示当其他条件均适宜时,该种蔬菜在不同温度和不同光照强度条件下的光合速率变化情况。请回答下列问题:
(1)图甲中A点时,植物细胞产生CO2的场所是________________;影响A点位置高低的主要环境因素是____________________。 (2)为了有利于贮藏该种蔬菜,贮藏室内的O2浓度应该调节到图甲中__________点所对应的浓度。B点之后,CO2释放量增加,其主要原因是____________________________。 (3)图乙中,25 ℃条件下,光照强度为2 klx时,该植物叶肉细胞中产生ATP的细胞器是____________________;与15 ℃相比,25 ℃条件下该植物的____________________________较高,导致光合速率较大;若降低CO2浓度,则P点向____________________________(方向)移动。
【解析】(1)A点时没有氧气,因此只进行无氧呼吸,植物细胞产生CO2的场所是细胞质基质;影响A点位置高低即影响无氧呼吸的主要环境因素是温度。(2)贮藏室内的O2浓度调节到图甲中B点所对应的浓度时,产生二氧化碳的量最少,有机物消耗最少,最有利于贮藏该种蔬菜。B点之后,随着氧气浓度增大,无氧呼吸受抑制程度增强,CO2释放量增加的主要原因是有氧呼吸速率增大。
(3)25 ℃条件下,光照强度为2 klx时,该植物净光合作用等于零,光合作用速率等于呼吸作用速率,叶肉细胞中产生ATP的细胞器是线粒体和叶绿体;温度通过影响酶的活性来影响代谢,所以与15 ℃相比,25 ℃条件下该植物的光合作用有关的酶的活性较高,导致光合速率较大;若降低CO2浓度,植物光饱和点降低,达到光饱和点所需光照强度随之降低,所以P点向左下方移动。
答案:(1)细胞质基质 温度(2)B 随着O2浓度增加,有氧呼吸逐渐增强(3)线粒体、叶绿体 光合作用相关酶的活性 左下方
【加固训练·拔高】科学家从海藻的光合作用中获得了电流,利用活的海藻作为能量来源,设计出一款超级低碳的节能灯——海藻灯。图甲是海藻中的某种绿藻光合作用过程示意图(字母代表结构,数字代表相应物质),请回答下列问题:
(1)图甲中②的中文名称是______________,绿藻含有丰富的叶绿素,叶绿素主要吸收________________光;绿藻利用光合作用产生电能的场所是甲图中的________________。(2)为探究不同因素对该种绿藻光合速率的影响,某研究小组将在富含CO2的海水和自然海水中的绿藻,分别给予不同光照强度,测定该种绿藻的净光合作用速率(其他各项实验条件均为最适条件),实验所得结果如图乙所示:①该实验的自变量是______________________________________________。
②图乙中B点限制该种绿藻光合作用速率的因素是__________________,与在自然海水中相比,该种绿藻在富含CO2的海水中的光饱和点(光饱和点指光合作用速率达到最大值时所对应的光照强度)增大,其原因是_________________________________________________________________________________。③在富含CO2的海水中,光照处理12 h(平均光照强度大于8 klx),黑暗处理12 h,则经过一昼夜,该种绿藻的有机物质量 (填“增加”“减少”或“不变”)。
【解析】(1)图甲中②表示ATP,其中文名称为三磷酸腺苷(或腺苷三磷酸);绿藻中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;绿藻利用光合作用产生电能的场所是图甲中的A(或叶绿体的类囊体薄膜或叶绿体的基粒)。
(2)①由题意和题图可知,该实验的自变量是光照强度和CO2浓度。②B点是自然海水中光照强度未达到饱和时的点,在同一光照强度下,CO2浓度升高,净光合作用速率增大,在同一CO2浓度下,光照增强,净光合速率增大,因此限制该点光合作用强度的因素是CO2浓度、光照强度;与在自然海水中相比,该种绿藻在富含CO2的海水中的光饱和点增大,其原因是CO2浓度升高加快了暗反应过程对光反应的产物[H]和ATP的利用,从而促进光反应,使植物能吸收更多的光能。
③由题图曲线可知,在富含CO2的海水中,光照强度不低于8 klx,净光合作用强度是12,光照处理12 h(平均光照强度大于8 klx),黑暗处理12 h,则每立方米的水体中,CO2的吸收量是12×12=144 mml,黑暗处理12 h CO2释放量是12×4=48 mml,CO2一昼夜吸收量大于释放量,所以该种绿藻的有机物质量增加了。
答案:(1)三磷酸腺苷(或腺苷三磷酸) 红光和蓝紫 A(或叶绿体的类囊体薄膜或叶绿体的基粒)(2)光照强度、CO2浓度 光照强度和CO2浓度 CO2浓度升高加快了暗反应过程对光反应的产物[H]和ATP的利用,从而促进光反应,使植物能吸收更多的光能 增加
命题方向2 光合速率与呼吸速率测定的装置分析【思维能力形成】【典例】 (2021·成都模拟)某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况,设计了由透明的玻璃罩构成的小室,如图甲所示。请据图回答下列问题:
(1)将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜(零点开始)小室内植物O2释放速率的变化,得到如图乙所示曲线,影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是__________________(写两点);观察装置中液滴的位置,c点时刻的液滴位于起始位置的__________侧,装置刻度管中液滴移到最右点是在一天中的 点。(2)在实验过程中的某段光照时间内,记录液滴的移动情况,获得以下数据:
该组实验数据是在图乙曲线的____________段获得的。 (3)该组同学为测定该植物某时间段的O2产生速率。如何设置对照实验?如何处理实验数据?①简要写出对照实验设计思路:_____________________________________。 ②数据处理:若在单位时间内,实验组读数为M,对照组读数为N,该植物的真正光合速率为______________。
【能力支撑】1.分析推断能力:考生要具备根据题目信息和条件,推测影响光合作用和细胞呼吸过程的因素。2.信息转化能力:考生要把图中曲线走势、拐点等信息进行转化,如b～d曲线变化的原因。3.数据转换和处理能力:考生要能依据题目中的数据计算出真正光合速率。
【思路点拨】点拨(1):密闭装置甲内有二氧化碳缓冲液,说明实验过程中二氧化碳浓度始终不变,因此影响其内植物光合作用速率变化的主要环境因素只有光照强度和温度。点拨(2):密闭装置甲中液滴移动反映密闭装置内氧气浓度的变化情况,只要有氧气释放,液滴就会右移。由图乙曲线可知,c点之前的代谢特点是光合作用强度小于细胞呼吸强度,小室内氧气浓度降低,液滴左移。8点至18点的时间段内氧气浓度一直增加,到18点时达到最大值,则甲装置中的液滴移动到了最右点。
点拨(3):题中每隔20分钟记录一次刻度数据,则表格中连续3个20分钟之间的氧气变化量相对值分别为5、3、2,由此可看出氧气的释放速率在逐渐减小。点拨(4):密闭装置甲中液滴移动测得的是装置内植物释放氧气量(净光合量)的变化量,若要测定该植物某时间段的O2产生速率,还需要测定相应时间段内的细胞呼吸消耗氧气的速率,则需要增设对照实验:设置与甲一样的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数。
答案:(1)光照强度、温度 左 18(或g)(2)de或fg(3)①设置与甲一样的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数 ②M-N
【思维能力提升】能力提升点1.测定细胞呼吸速率、光合作用速率的“液滴移动法”(1)测定装置
(2)测定方法及解读①测定呼吸速率a.装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。c.置于适宜温度环境中d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率a.装置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.给予适宜的温度和光照强度。c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。③真正光合速率=呼吸速率+净光合作用速率
能力提升点2.测定光合作用速率的“黑白瓶法”黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶,瓶中生物只进行细胞呼吸,而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸,所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值,用白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值,综合两者即可得到真正光合作用强度值。
能力提升点3.测定光合作用速率的“称重法”测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量。如图所示,以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率=(z-y)/2S;呼吸速率=(x-y)/2S;总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
能力提升点4.测定光合作用速率的“半叶片法”将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处,另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理),并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后,在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB,开始时二者相应的有机物含量应视为相等,照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量,超出部分即为光合作用产物的量,再通过计算可得出光合速率,光合作用强度M=MB-MA。
能力提升点5.定性测定光合作用速率的“叶圆片上浮法”首先对叶片进行打孔、抽气、沉底处理,然后根据不同的实验目的给予不同的单一变量操作。最后观察并记录叶片上浮所用的平均时间或单位时间内叶片上浮的数量,定性判断光合作用强度。
【思维能力检验】1.为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25 ℃条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是( ) A.在无光条件下,液滴向左移动B.在有光条件下,液滴向右移动C.在有光条件下,液滴向右移动的距离代表光合速率D.随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大
【解析】选A。由于CO2缓冲液维持装置中的CO2含量不变,所以引起装置中气压变化的原因是O2的变化。无光条件下绿色植物只进行细胞呼吸,消耗O2,液滴左移,A项正确;有光条件下,绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2,又进行光合作用产生O2,若光合作用强度>细胞呼吸强度,液滴右移,若光合作用强度=细胞呼吸强度,液滴不移动,若光合作用强度<细胞呼吸强度,液滴左移,B项错误;在有光条件下,液滴向右移动的距离代表净光合速率,C项错误;在达到光饱和点之前随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大,D项错误。
2.高一生物科研兴趣小组从博雅湖的某一深度取得一桶水样,分装于六对密封黑白瓶中(白瓶为透明瓶,黑瓶为不透光瓶),剩余的水样测得初始溶氧量为10 mg/L。将六对密封黑白瓶分别置于六种不同的光照条件下(由a→e逐渐加强),其他条件相同,24小时后,实测获得六对黑白瓶中溶氧量,记录数据如下。下列分析错误的是( )
A.瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h内为7 mg/LB.光照强度为d、e时,黑瓶中溶氧量应为3 mg/LC.光照强度为c时,在24 h内白瓶中植物产生的氧气量为28 mg/LD.光照强度为d时,再增加光照强度,瓶中溶解氧的含量也不会增加
【解析】选C。据题意分析可知,24 h氧气的消耗量是10-3=7(mg/L),即瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h内为7 mg/L,A项正确;由光照强度0、a、b、c时测得数据可知,光照强度变化,消耗的氧气不变,因此光照强度为d、e时,黑瓶中溶氧量应为3 mg/L,B项正确;光照强度为c时,24 h氧气的增加量是24-10=14(mg/L),呼吸消耗量是7,因此在24 h内白瓶中植物产生的氧气量为14+7=21(mg/L),C项错误;由表格数据可知,d对应的光照强度是光饱和点,再增加光照强度,瓶中溶解氧的含量也不会增加,D项正确。
命题方向1 光合速率与呼吸速率分析【思维能力形成】【典例】(2020·濮阳模拟)在光照恒定、温度最适条件下,某研究小组用甲图的实验装置测量 1 小时内密闭容器中 CO2 的变化量,绘成曲线如乙图所示。下列叙述中,错误的是( )
A.a～b 段,叶绿体中 ADP 从基质向类囊体膜运输B.该绿色植物前 30 分钟真正光合速率平均为 50 ppm CO2/minC.适当提高温度进行实验,该植物光合作用的光饱和点将下降D.若第 10 min 时突然黑暗处理,叶绿体基质中三碳化合物的含量将增加
【能力支撑】1.分析推断能力:考生要具备根据题目信息和条件,推测光饱和点移动的方向,推测三碳化合物含量变化的能力。2.信息转化能力:考生要把图中曲线走势、拐点等信息进行转化,如a～b曲线下降说明净光合速率大于0。3.数据转换和处理能力:考生要能依据题目中的数据计算出真正光合速率。
【思路点拨】点拨A.a～b 段有光照,绿色植物能进行光合作用,在类囊体膜上进行的光反应消耗ADP产生ATP,在叶绿体基质中进行的暗反应消耗ATP产生ADP,因此叶绿体中 ADP 从基质向类囊体膜运输。点拨B.分析乙图,前30分钟平均净光合速率是(1 680-180)÷30=50 ppm CO2/min,呼吸速率是(600-180)÷30=14 ppm CO2/min,因此,该绿色植物前30分钟真正光合速率平均为50+14=64 ppm CO2/min。点拨C.该实验是在最适温度条件下进行的,适当提高温度进行实验,该植物的光合速率将下降,该植物光合作用的光饱和点也将下降。
点拨D.若第 10 min 时突然黑暗处理,则光反应立即停止,不再有ATP和[H]的生成,导致暗反应中C3的还原受阻,而短时间内CO2和五碳化合物结合的CO2固定过程仍在进行,所以叶绿体基质中C3(三碳化合物)的含量将增加。答案:B。
【思维能力提升】能力提升点1.厘清光合速率和细胞呼吸速率的关系(1)光合作用O2的产生量=光合作用O2的释放量+黑暗中O2的吸收量。(2)光合作用CO2的固定量=光合作用CO2的吸收量+黑暗中CO2的释放量。(3)光合作用有机物的产生量=光合作用有机物的积累量+黑暗中有机物的消耗量。
能力提升点2.辨析补偿点、饱和点的移动问题
(1)光(CO2)补偿点B是曲线与横轴的交点,光(CO2)饱和点C则是最大光合速率对应的光照强度 (或CO2浓度),位于横轴上。(2)环境条件的改变导致光合速率和呼吸速率发生不同程度的改变,导致光(CO2)补偿点、饱和点左移或右移。①若环境条件改变导致呼吸速率增加,光合速率减小,则光(CO2)补偿点B应右移,光(CO2)饱和点左下移。②若环境条件改变导致光合速率增加,呼吸速率减小,则光(CO2)补偿点B左移,光(CO2)饱和点右上移。③阴生植物与阳生植物相比,光(CO2)补偿点和饱和点都应向左移动。
【思维能力检验】1.玉米黄质是叶绿体中的一种叶黄素,其含量随光照强度不同发生变化。当植物暴露在过强光照下时,玉米黄质将吸收的过剩光能直接转化成热能,以避免光合器官受到伤害。如图是植物叶片吸收的光量与光合放氧量的关系,相关叙述正确的是( )
A.光量为200和600时玉米黄质含量相同B.光量为400和600时实际光合速率相同C.光量为400时理论和实际产生ATP的量相同 D.光量为200时C3的还原速度小于光量50时
【解析】选B。据图分析,当光照强度大于200μml·m-2·s-1时,随着光照强度的升高,两条曲线之间的差值逐渐增大,说明植物将其所吸收光能直接转化成热能的比例逐渐增大,因此光量为600时玉米黄质含量高于光量为200时,A错误;据图分析可知,图中光量为400和600时实际光合速率相同,B正确;光量为400时理论光合放氧量大于实际光合放氧量,说明理论上产生ATP的量大于实际产生的,C错误;据图分析可知,光量从0到200的过程中,实际光合放氧量增加,因此光合作用强度增大,即光量为50时光反应产生的[H]和ATP少于光量为200时,故光量为50时C3的还原速度小于光量为200时,D错误。
2.图甲表示O2浓度对某种蔬菜产生CO2的影响,图乙表示当其他条件均适宜时,该种蔬菜在不同温度和不同光照强度条件下的光合速率变化情况。请回答下列问题:
(1)图甲中A点时,植物细胞产生CO2的场所是________________;影响A点位置高低的主要环境因素是____________________。 (2)为了有利于贮藏该种蔬菜,贮藏室内的O2浓度应该调节到图甲中__________点所对应的浓度。B点之后,CO2释放量增加,其主要原因是____________________________。 (3)图乙中,25 ℃条件下,光照强度为2 klx时,该植物叶肉细胞中产生ATP的细胞器是____________________;与15 ℃相比,25 ℃条件下该植物的____________________________较高,导致光合速率较大;若降低CO2浓度,则P点向____________________________(方向)移动。
【解析】(1)A点时没有氧气,因此只进行无氧呼吸,植物细胞产生CO2的场所是细胞质基质;影响A点位置高低即影响无氧呼吸的主要环境因素是温度。(2)贮藏室内的O2浓度调节到图甲中B点所对应的浓度时,产生二氧化碳的量最少,有机物消耗最少,最有利于贮藏该种蔬菜。B点之后,随着氧气浓度增大,无氧呼吸受抑制程度增强,CO2释放量增加的主要原因是有氧呼吸速率增大。
(3)25 ℃条件下,光照强度为2 klx时,该植物净光合作用等于零,光合作用速率等于呼吸作用速率,叶肉细胞中产生ATP的细胞器是线粒体和叶绿体;温度通过影响酶的活性来影响代谢,所以与15 ℃相比,25 ℃条件下该植物的光合作用有关的酶的活性较高,导致光合速率较大;若降低CO2浓度,植物光饱和点降低,达到光饱和点所需光照强度随之降低,所以P点向左下方移动。
答案:(1)细胞质基质 温度(2)B 随着O2浓度增加,有氧呼吸逐渐增强(3)线粒体、叶绿体 光合作用相关酶的活性 左下方
【加固训练·拔高】科学家从海藻的光合作用中获得了电流,利用活的海藻作为能量来源,设计出一款超级低碳的节能灯——海藻灯。图甲是海藻中的某种绿藻光合作用过程示意图(字母代表结构,数字代表相应物质),请回答下列问题:
(1)图甲中②的中文名称是______________,绿藻含有丰富的叶绿素,叶绿素主要吸收________________光;绿藻利用光合作用产生电能的场所是甲图中的________________。(2)为探究不同因素对该种绿藻光合速率的影响,某研究小组将在富含CO2的海水和自然海水中的绿藻,分别给予不同光照强度,测定该种绿藻的净光合作用速率(其他各项实验条件均为最适条件),实验所得结果如图乙所示:①该实验的自变量是______________________________________________。
②图乙中B点限制该种绿藻光合作用速率的因素是__________________,与在自然海水中相比,该种绿藻在富含CO2的海水中的光饱和点(光饱和点指光合作用速率达到最大值时所对应的光照强度)增大,其原因是_________________________________________________________________________________。③在富含CO2的海水中,光照处理12 h(平均光照强度大于8 klx),黑暗处理12 h,则经过一昼夜,该种绿藻的有机物质量 (填“增加”“减少”或“不变”)。
【解析】(1)图甲中②表示ATP,其中文名称为三磷酸腺苷(或腺苷三磷酸);绿藻中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;绿藻利用光合作用产生电能的场所是图甲中的A(或叶绿体的类囊体薄膜或叶绿体的基粒)。
(2)①由题意和题图可知,该实验的自变量是光照强度和CO2浓度。②B点是自然海水中光照强度未达到饱和时的点,在同一光照强度下,CO2浓度升高,净光合作用速率增大,在同一CO2浓度下,光照增强,净光合速率增大,因此限制该点光合作用强度的因素是CO2浓度、光照强度;与在自然海水中相比,该种绿藻在富含CO2的海水中的光饱和点增大,其原因是CO2浓度升高加快了暗反应过程对光反应的产物[H]和ATP的利用,从而促进光反应,使植物能吸收更多的光能。
③由题图曲线可知,在富含CO2的海水中,光照强度不低于8 klx,净光合作用强度是12,光照处理12 h(平均光照强度大于8 klx),黑暗处理12 h,则每立方米的水体中,CO2的吸收量是12×12=144 mml,黑暗处理12 h CO2释放量是12×4=48 mml,CO2一昼夜吸收量大于释放量,所以该种绿藻的有机物质量增加了。
答案:(1)三磷酸腺苷(或腺苷三磷酸) 红光和蓝紫 A(或叶绿体的类囊体薄膜或叶绿体的基粒)(2)光照强度、CO2浓度 光照强度和CO2浓度 CO2浓度升高加快了暗反应过程对光反应的产物[H]和ATP的利用,从而促进光反应,使植物能吸收更多的光能 增加
命题方向2 光合速率与呼吸速率测定的装置分析【思维能力形成】【典例】 (2021·成都模拟)某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况,设计了由透明的玻璃罩构成的小室,如图甲所示。请据图回答下列问题:
(1)将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜(零点开始)小室内植物O2释放速率的变化,得到如图乙所示曲线,影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是__________________(写两点);观察装置中液滴的位置,c点时刻的液滴位于起始位置的__________侧,装置刻度管中液滴移到最右点是在一天中的 点。(2)在实验过程中的某段光照时间内,记录液滴的移动情况,获得以下数据:
该组实验数据是在图乙曲线的____________段获得的。 (3)该组同学为测定该植物某时间段的O2产生速率。如何设置对照实验?如何处理实验数据?①简要写出对照实验设计思路:_____________________________________。 ②数据处理:若在单位时间内,实验组读数为M,对照组读数为N,该植物的真正光合速率为______________。
【能力支撑】1.分析推断能力:考生要具备根据题目信息和条件,推测影响光合作用和细胞呼吸过程的因素。2.信息转化能力:考生要把图中曲线走势、拐点等信息进行转化,如b～d曲线变化的原因。3.数据转换和处理能力:考生要能依据题目中的数据计算出真正光合速率。
【思路点拨】点拨(1):密闭装置甲内有二氧化碳缓冲液,说明实验过程中二氧化碳浓度始终不变,因此影响其内植物光合作用速率变化的主要环境因素只有光照强度和温度。点拨(2):密闭装置甲中液滴移动反映密闭装置内氧气浓度的变化情况,只要有氧气释放,液滴就会右移。由图乙曲线可知,c点之前的代谢特点是光合作用强度小于细胞呼吸强度,小室内氧气浓度降低,液滴左移。8点至18点的时间段内氧气浓度一直增加,到18点时达到最大值,则甲装置中的液滴移动到了最右点。
点拨(3):题中每隔20分钟记录一次刻度数据,则表格中连续3个20分钟之间的氧气变化量相对值分别为5、3、2,由此可看出氧气的释放速率在逐渐减小。点拨(4):密闭装置甲中液滴移动测得的是装置内植物释放氧气量(净光合量)的变化量,若要测定该植物某时间段的O2产生速率,还需要测定相应时间段内的细胞呼吸消耗氧气的速率,则需要增设对照实验:设置与甲一样的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数。
答案:(1)光照强度、温度 左 18(或g)(2)de或fg(3)①设置与甲一样的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数 ②M-N
【思维能力提升】能力提升点1.测定细胞呼吸速率、光合作用速率的“液滴移动法”(1)测定装置
(2)测定方法及解读①测定呼吸速率a.装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。c.置于适宜温度环境中d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率a.装置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.给予适宜的温度和光照强度。c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。③真正光合速率=呼吸速率+净光合作用速率
能力提升点2.测定光合作用速率的“黑白瓶法”黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶,瓶中生物只进行细胞呼吸,而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸,所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值,用白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值,综合两者即可得到真正光合作用强度值。
能力提升点3.测定光合作用速率的“称重法”测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量。如图所示,以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率=(z-y)/2S;呼吸速率=(x-y)/2S;总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
能力提升点4.测定光合作用速率的“半叶片法”将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处,另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理),并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后,在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB,开始时二者相应的有机物含量应视为相等,照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量,超出部分即为光合作用产物的量,再通过计算可得出光合速率,光合作用强度M=MB-MA。
能力提升点5.定性测定光合作用速率的“叶圆片上浮法”首先对叶片进行打孔、抽气、沉底处理,然后根据不同的实验目的给予不同的单一变量操作。最后观察并记录叶片上浮所用的平均时间或单位时间内叶片上浮的数量,定性判断光合作用强度。
【思维能力检验】1.为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25 ℃条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是( ) A.在无光条件下,液滴向左移动B.在有光条件下,液滴向右移动C.在有光条件下,液滴向右移动的距离代表光合速率D.随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大
【解析】选A。由于CO2缓冲液维持装置中的CO2含量不变,所以引起装置中气压变化的原因是O2的变化。无光条件下绿色植物只进行细胞呼吸,消耗O2,液滴左移,A项正确;有光条件下,绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2,又进行光合作用产生O2,若光合作用强度>细胞呼吸强度,液滴右移,若光合作用强度=细胞呼吸强度,液滴不移动,若光合作用强度<细胞呼吸强度,液滴左移,B项错误;在有光条件下,液滴向右移动的距离代表净光合速率,C项错误;在达到光饱和点之前随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大,D项错误。
2.高一生物科研兴趣小组从博雅湖的某一深度取得一桶水样,分装于六对密封黑白瓶中(白瓶为透明瓶,黑瓶为不透光瓶),剩余的水样测得初始溶氧量为10 mg/L。将六对密封黑白瓶分别置于六种不同的光照条件下(由a→e逐渐加强),其他条件相同,24小时后,实测获得六对黑白瓶中溶氧量,记录数据如下。下列分析错误的是( )
A.瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h内为7 mg/LB.光照强度为d、e时,黑瓶中溶氧量应为3 mg/LC.光照强度为c时,在24 h内白瓶中植物产生的氧气量为28 mg/LD.光照强度为d时,再增加光照强度,瓶中溶解氧的含量也不会增加
【解析】选C。据题意分析可知,24 h氧气的消耗量是10-3=7(mg/L),即瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h内为7 mg/L,A项正确;由光照强度0、a、b、c时测得数据可知,光照强度变化,消耗的氧气不变,因此光照强度为d、e时,黑瓶中溶氧量应为3 mg/L,B项正确;光照强度为c时,24 h氧气的增加量是24-10=14(mg/L),呼吸消耗量是7,因此在24 h内白瓶中植物产生的氧气量为14+7=21(mg/L),C项错误;由表格数据可知,d对应的光照强度是光饱和点,再增加光照强度,瓶中溶解氧的含量也不会增加,D项正确。
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