高考生物二轮复习专题2细胞代谢热点题型4“变量控制法”突破光合作用和细胞呼吸的实验题学案含答案

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  (2019·全国Ⅰ，29)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题：(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。答案　(1)增强　(2)降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少　(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。解析　(1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合速率降低。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。光合作用相关实验大多结合光合作用的原料、产物、场所和条件展开。解答此类题目时，要重点注意变量的控制。(1)需要根据实验目的确定实验自变量如“验证光合作用需要CO2”的实验中，自变量为CO2的有无，因此，需设置一组有CO2，另一组无CO2。(2)依据不同的实验材料和方法确定因变量(观察对象)如①水生植物可以用气泡的产生量或产生速率为观察对象；②离体叶片若事先沉入水底，可以用单位时间内上浮的叶片数目为观察对象；③植物体上的叶片，可以用指示剂(如碘液)处理后叶片颜色的变化为观察对象；④水绵作为实验材料时要借助显微镜，以好氧细菌的分布情况为观察对象。(3)严格控制无关变量：除了自变量不同外，无关变量要保持相同且适宜。1．(2019·南通等七市第三次调研)为研究低温对某种热带植物叶绿体结构和代谢的影响，科研人员选用长势一致的两个品种的幼苗，分别在28℃和0℃条件下处理一段时间后，测定幼苗叶片离体叶绿体的放氧量和叶绿体中MDA含量(MDA是膜脂质分子过氧化产物，其含量反映叶绿体膜的受损程度)，结果如下图。请回答：(1)在测定离体叶绿体放氧量实验中，需要控制的无关变量有__________________________(至少两项)。(2)离体叶绿体中放氧的场所是____________________，与氧气同时产生的物质将进入____________________，直接参与____________________(过程)。(3)根据实验结果分析，叶绿体中MDA含量与膜受损程度呈________(填“正”或“负”)相关。低温胁迫引起放氧量下降的原因是___________________________，使叶绿体中色素含量________________。(4)本研究表明，两个品种中较耐低温的是______________。答案　(1)光照时间、光照强度、CO2浓度、湿度等(2)类囊体薄膜　(叶绿体)基质　C3的还原　(3)正　叶绿体膜结构受损　减少　(4)品种B解析　(1)植物光合作用利用水和二氧化碳转化生成氧气和有机物，需要光照，故测定离体叶绿体放氧量实验中，需要控制的无关变量有光照时间、光照强度、CO2浓度、湿度等。(2)叶绿体光反应阶段水分解释放氧，其场所在类囊体薄膜，与氧气同时产生的物质时ATP和[H]，ATP和[H]将进入(叶绿体)基质，直接参与C3的还原。(3)根据图2的实验结果分析，品种A和品种B在0℃条件下处理一段时间后，叶绿体中MDA含量都比28℃下含量高，故叶绿体中MDA含量与膜受损程度呈正相关。低温引起叶绿体膜结构受损，从而导致放氧量下降，使叶绿体中色素含量减少。(4)结合图示1和2，可知品种B在低温下放氧量高于品种A，叶绿体中MDA含量低于品种A，说明品种B进行光合作用的效率高于品种A，故较耐低温的是品种B。2．(2019·辽宁辽阳模拟)水杨酸(SA)是一种植物内源信号物质，能提高植物的抗热性。为研究外施SA对黄瓜幼苗抗高温胁迫能力的生理效应，某科研小组选取生长状况一致的黄瓜自根苗和嫁接苗若干，各自均分为5组，其中对照组(CK)放在温室中常规培养，实验组分别用浓度为0、0.05、0.10、0.50mmol·L-1的SA处理96h后，高温处理48h，再置于温室中恢复48h，最终测定各组黄瓜幼苗的光能转化效率，结果如图所示。请回答下列问题：(1)对照组和实验组培养时的环境条件除温度不同以外，其他条件应____________________。(2)高温胁迫能显著降低黄瓜幼苗的光能转化效率，影响光合作用的光反应阶段，推测其可能的原因是______________________________________________________________________。在实验室中可将黄瓜幼苗的色素提取后用____________(填试剂名称)分离来验证该假设。(3)由图可知，黄瓜嫁接苗的耐高温能力__________(填“强于”或“弱于”)自根苗，图中几组浓度的SA均能______________________________________________________________。答案　(1)相同且适宜　(2)高温破坏了黄瓜幼苗中叶绿素(光合色素)的结构　层析液　(3)强于　减轻高温对黄瓜幼苗的伤害，提高其光能转化效率解析　(1)据题意可知，本实验的自变量为黄瓜的自根苗和嫁接苗、是否经过高温处理、SA的浓度，因变量为各组黄瓜幼苗的光能转化效率，其他对实验结果有影响的因素均为无关变量。为了避免无关变量的干扰，对照组和实验组培养时的环境条件除温度不同以外，其他条件(无关变量)应相同且适宜。(2)光合作用的光反应阶段，其过程为：叶绿体中的色素分子吸收的光能，一部分将水在光下分解为[H]和O2，一部分在有关酶的催化作用下，促成ADP与Pi发生化学反应，形成ATP。据此可推测：高温胁迫能影响光合作用的光反应阶段，进而显著降低黄瓜幼苗的光能转化效率，其可能的原因是高温破坏了黄瓜幼苗中叶绿素(光合色素)的结构。为了验证该假设，在实验室中可将黄瓜幼苗的色素提取后用层析液进行分离。(3)曲线图显示：在SA的浓度相同的条件下，嫁接苗的光能转化效率高于自根苗，说明黄瓜嫁接苗的耐高温能力强于自根苗。与CK组相比，用0、0.05、0.10、0.50mmol·L-1的SA处理的实验组，其黄瓜幼苗的光能转化效率均明显降低，但用SA的浓度为0mmol·L-1处理的实验组，其黄瓜幼苗的光能转化效率降低的幅度最大，说明高温对黄瓜幼苗有伤害作用，但图中几组浓度的SA均能减轻高温对黄瓜幼苗的伤害，提高其光能转化效率。3．(2019·陕西榆林二模)下图1表示光合作用的两个阶段；图2表示研究人员探究不同CO2浓度和降水量对华北地区玉米净光合速率影响的实验结果，其中设计的三组实验的实验数据分别为：①C390＋W0组：390μmol/mol的大气CO2和自然降水量；②C550＋W0组：550μmol/mol的大气CO2和自然降水量；③C390＋W15组：390μmol/mol的大气CO2和降水量增加15%。其中C390为标准的大气CO2浓度，P点位于C390＋W0组曲线上，且此时的光照强度为600 lx。(1)图1中，阶段1发生在______________________________(结构)，该结构上的色素具有的主要功能是_____________________________________。若突然停止光照，图1中X的含量将__________(填“升高”“不变”或“降低”)。(2)图2的实验设计中，C390＋W0组起__________作用；P点时，仅增加15%的降水量对玉米净光合速率的提升作用比仅升高CO2浓度到550μmol/mol的提升作用效果____________。(3)C390＋W15组实验的结果说明，适当增加降水量可提高玉米的净光合速率，可能的原因是_____________________________________________________________________________。(4)上述实验__________(填“能”或“不能”)证明大气CO2浓度升高至550μmol/mol和降水量增加15%这两种因素的共同作用将更大程度地提高玉米的净光合速率。若能，请说明理由；若不能，请写出实验组设计方法。________________________________________________________________________。答案　(1)叶绿体的类囊体薄膜　吸收、传递和转化光能　升高　(2)对照　明显　(3)适当增加降水量可提高气孔的开放度，增加玉米对CO2的摄入量，从而促进光合作用　(4)不能　增设“C550＋W15”的实验组解析　(1)图1中阶段1表示光反应阶段，反应场所是叶绿体的类囊体薄膜，其上的叶绿素a具有吸收、传递和转化光能的作用，物质X表示三碳化合物，若突然停止光照，光反应立即停止，ATP和[H]不再生成，三碳化合物会由于[H]和ATP的减少而还原受阻，而短时间内二氧化碳固定生成三碳化合物的速率不变，所以三碳化合物的含量增加。 (2)C390＋W0组的处理条件为：390μmol/mol的大气CO2(标准的大气CO2浓度)和自然降水量，所以该组为对照组。由图可知，不同处理条件下P点时净光合速率：C390＋W15组＞C550＋W0组＞C390＋W0组，所以仅增加15%的降水量对玉米净光合速率的提升作用比仅升高CO2浓度到550 μmol/mol的提升作用效果明显。(3)干旱条件下植物为了减少蒸腾作用散失水分，会出现气孔关闭，而适当增加降水量可提高气孔的开放度，增加玉米对CO2的摄入量，从而促进光合作用。(4)据图2显示两种因素单独作用在一定的光照强度下都能提高净光合速率，所以，它们单独作用都能促进玉米有机物的积累，从而促进产量的提高。据此可以预估两个因素共同作用可以更好地提高玉米产量。但是仅根据上述实验结果还不能做出判断，还缺乏数据支持，应增设“C550＋W15”(即CO2浓度为550μmol/mol和降水增加15%)的实验组进行实验，再对结果作出分析和判断。