高考生物一轮复习微专题2总光合速率、净光合速率、呼吸速率的辨析与测定课件

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一、关于总光合速率、净光合速率、呼吸速率的辨析1.理清净光合速率和真正光合速率的内涵在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2的增加量、CO2的减少量或有机物的增加量,用于表示净光合速率,而真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
注 若试题以坐标曲线形式出现,光照强度为0时,CO2的释放量或O2的吸收量为呼吸速率;如果光合速率数值有负值,则为净光合速率。
典例1(2018福建漳州八校期末联考)如图表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下,某植物在不同温度下的净光合速率和呼吸速率曲线。下列有关说法错误的是( 　)A.与光合作用相比,与细胞呼吸有关酶的适宜温度更高B.在40 ℃之前,总光合速率大于呼吸速率C.温度在30 ℃时总光合速率最大D.40 ℃时,该植物不再进行光合作用
典例2(2018全国高考Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题。(1)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是　　　　　。 (2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是　　　。判断的依据是　   　。 (3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是　　　　　　。 (4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的　　　　　(填“O2”或“CO2”)不足。 
答案 (1)甲(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大(3)乙(4)CO2
解析 (1)根据曲线的走势以及曲线的起点可知,甲的细胞呼吸速率大于乙。光照强度大于a时,甲的净光合速率大于乙,所以甲的实际光合速率也远大于乙,所以甲对光能的利用率要高于乙。(2)当种植密度过高时,单株获取的光能减少,光照强度降低同等程度的情况下,对甲植株单株的影响要大于乙植株,所以,如果种植密度过大,净光合速率下降幅度较大的是甲植物。(3)无论是光补偿点还是光饱和点,甲的都高于乙的,所以乙更适合在光照强度较低的林下种植。(4)夏日晴天中午12:00气温太高,叶片的大多数气孔关闭,导致外界的CO2不能通过气孔进入叶片,从而导致光合速率明显下降。
2.总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系(1)黑暗条件下的绿色组织或非绿色组织,只进行细胞呼吸,测得数据为呼吸速率(如下图中的A点)。(2)绿色组织在有光条件下(光合作用与细胞呼吸同时进行)测得的数据为净光合速率。
(3)对各点(段)光合作用和细胞呼吸的分析
①黑暗条件下,细胞不进行光合作用,只进行细胞呼吸。O2吸收的物质的量等于CO2释放的物质的量。②在较弱光照强度下,细胞呼吸速率大于光合作用速率,细胞表现为吸收O2,释放CO2。③在光补偿点时,细胞呼吸速率等于光合作用速率,细胞表现为既不吸收气体,也不放出气体。光合作用产生的O2全部被线粒体吸收,细胞呼吸产生的CO2全部被叶绿体吸收。④在较强光照强度下,光合作用速率大于细胞呼吸速率,细胞表现为吸收CO2,释放O2。
注意:总光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交点表示光合作用速率=细胞呼吸速率,但不要认为净光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交点也表示光合作用速率=呼吸作用速率,此时总光合作用速率恰恰是细胞呼吸速率的2倍。
典例3将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后,测得容器内CO2和O2浓度相等(气体含量相对值为1),在天气晴朗时的早6时移至阳光下,日落后移动到暗室中继续测量两种气体的相对含量,变化情况如图所示,下列分析正确的是( 　)
注 两条曲线在20时前沿水平虚线上下对称。A.只有在8时光合作用强度与细胞呼吸强度相等B.在9~16时之间,光合速率大于呼吸速率,O2浓度不断上升C.该植物体内17时有机物积累量小于19时的有机物积累量D.该植物从20时开始只进行无氧呼吸
典例4(2018全国高考Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如图所示,据图回答问题。
(1)从图可知,A叶片是树冠　　　　(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是　 　。 (2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的____反应受到抑制。 (3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是　　　　　　　。 
答案 (1)下层　A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片　(2)暗(3)无水乙醇
解析 (1)据图可知,相同光照强度下,两种叶片净光合速率有所不同,且A叶片达到净光合速率最大值时的光照强度小于B叶片达到净光合速率最大值时的光照强度,所以A叶片是树冠下层的叶片。(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,说明光合作用的光反应不变,光反应产生的ATP和NADPH不变,A叶片净光合作用速率下降的原因是暗反应受到抑制。(3)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以常用无水乙醇提取绿叶中的叶绿素。
3.净(表观)光合速率与总(真正)光合速率的微观水平分析注 m1,m2表示CO2的消耗量;n1,n2表示O2的产生量。(1)呼吸速率①用CO2表示:m1,即线粒体释放CO2的量或黑暗条件下细胞或植物体释放CO2的量。②用O2表示:n1,即线粒体吸收O2的量或黑暗条件下细胞或植物体从外界吸收的O2的量。
典例5(2018四川成都期中)图甲表示某种植物光合作用强度与光照强度的关系,图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断,下列说法错误的是(注:不考虑无氧呼吸)( 　)A.图甲中A点对应的纵坐标的数值可用图乙中的m2或n2表示B.在图甲中A点时,图乙中不存在的过程是m3、m4、n3、n4C.在图甲中C点时,图乙中不存在的过程是m2、m3、n2、n3D.图甲中E点以后,图乙中n4不再增加,其主要原因是m1值太低
二、总光合速率、净光合速率、呼吸速率的测定1.气体体积变化法——测光合作用产生O2(或消耗CO2)的体积(1)装置中溶液的作用:在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2;在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2,以保证容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定原理①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的O2吸收速率,可代表呼吸速率。②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的O2释放速率,可代表净光合速率。③总(真正)光合速率=净光合速率+呼吸速率。
(3)测定方法①将植物(甲装置)置于黑暗中一定的时间,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)置于光下相同时间,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计算得到总(真正)光合速率。(4)物理误差的校正:为减小气压、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。
典例6(2018安徽太和一中预测押题)某兴趣小组设计了如下图所示的实验装置若干组,室温25 ℃下进行了一系列的实验,下列有关叙述错误的是( 　)注 装置内氧气充足,不考虑无氧呼吸。
A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照,液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测真正光合强度,需另加设一装置遮光处理,X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照,光合作用强度大于细胞呼吸强度时,液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理,消耗的底物为脂肪时,液滴左移
2.“黑白瓶”——测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量,“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。“黑白瓶”试题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题。一般规律如下:①总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸消耗量(强度);②在有初始值的情况下,黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量,白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量,两者之和为总(真正)光合作用量;③没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=总(真正)光合作用量。
典例7(2018河北景县调研)下表所示是采用黑白瓶(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 h后平均O2浓度比较后的数据。下列有关分析正确的是( 　)A.水深1 m处白瓶中水生植物24 h产生的O2为3 g/m3　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
3.“半叶法”——测光合作用有机物的产生量半叶法的原理:植物进行光合作用形成有机物,而有机物的积累可使叶片单位面积的干重增加,但是,叶片在光下积累光合产物的同时,还会通过输导组织将同化物运出,从而使测得的干重积累值偏低。为了消除这一偏差,必须将待测叶片的一半遮黑,测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少值,作为同化物输出量(和呼吸消耗量)的估测值。“改良半叶法”采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞,以防止光合产物从叶中输出(这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐向叶片的输送),仅用一组叶片,且无须将一半叶片遮黑,就能达到实验目的,既简化了实验过程,又提高了测定的准确性。
典例8某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片,烘干后称其重量,测得叶片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6 [g/(cm2·h)](不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是( 　)
A.下午4时后将整个实验装置遮光3 hB.下午4时后将整个实验装置遮光6 hC.下午4时后在阳光下照射1 hD.晚上8时后在无光下放置3 h
典例9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,其单位是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)总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。