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光合作用和呼吸作用綜合方法技能復(fù)習(xí)學(xué)案32015.01.29 180【考綱要求】一、光合作用條件驟變對各物質(zhì)質(zhì)量的變化的分析方法1.動態(tài)分析:光照與C02濃度變化對植物細(xì)胞內(nèi)C3、C5、[H]、ATP、C6H1206合成量的影響當(dāng)外界因素中光照強(qiáng)弱、C02濃度驟然變化時(shí),短時(shí)間內(nèi)將直接影響光合作用過程中C3、C5、[H]、ATP、C6H1206生成量,進(jìn)而影響葉肉細(xì)胞中這些物質(zhì)的含量,它們的關(guān)系歸納如下:(1)如圖:C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6生成量,進(jìn)而影響葉肉細(xì)胞中這些物質(zhì)的含量,它們的關(guān)系釦牛^3C5[H]和ATP(ch2o)合成量模型分析光照強(qiáng)度由強(qiáng)到弱,叫供應(yīng)不變增加減少光照強(qiáng)度由弱到強(qiáng),叫供應(yīng)不變減少增加增加增加歸納如下:物質(zhì)的量A物質(zhì)的量Ay*-強(qiáng)齊72. C5、[H]2. C5、[H]、ATP、':~(C血0)合成量物質(zhì)的量物質(zhì)的量芫合作用速車物質(zhì)的量物質(zhì)的量芫合作用速車C5、[H]、ATP?C3.(CH2O)合成量時(shí)間/ C3>(CH2O)合歳量、C,[H]、ATP條件[H]和ATP(阻0)合成量模型分析光照不變,co?量由充足到不足減少增加增加減少光照不變,co?量由不足到充足增加減少減少增加【典型例題1】如圖所示為研究光照強(qiáng)度和CO2濃度對某植物光合作用速率的影響.下列有關(guān)敘述中不正確的是( )曲線中a點(diǎn)轉(zhuǎn)向b點(diǎn)時(shí),葉綠體中C3濃度升高曲線中b點(diǎn)轉(zhuǎn)向d點(diǎn)時(shí),葉綠體中C5濃度升高曲線中C點(diǎn)產(chǎn)生的限制因素可能是葉綠體中酶的數(shù)量在一定范圍內(nèi)增加光照和CO2濃度,有利于提高光合效率答案:A、曲線中a點(diǎn)轉(zhuǎn)向b點(diǎn)時(shí),光照強(qiáng)度增強(qiáng),光反應(yīng)
產(chǎn)生的[H]和ATP增多,被還原的C3增多,生成的C5增多,而C02被C5固定形成C3的過程不變,故C3的含量將減少,A錯(cuò)誤;B、 曲線中b點(diǎn)轉(zhuǎn)向d點(diǎn)時(shí),C02濃度降低,C02用與暗反應(yīng)中和C5固定生成C3的反應(yīng)減弱,因此葉綠體中C5濃度升高,B正確;C、 曲線中c點(diǎn)產(chǎn)生的限制因素可能是葉綠體中酶的數(shù)量,C正確;D、 在一定范圍內(nèi)增加光照和C02濃度,有利于提高光合效率,D正確.故選:A.【變式訓(xùn)練1】 如圖是一晴朗夏日某植物光合作用強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線圖,C點(diǎn)和B點(diǎn)相比較,葉肉細(xì)胞內(nèi)的C3、C5、ATP和[H]的含量發(fā)生的變化依次是()光合作用強(qiáng)度AI691215182124光合作用強(qiáng)度AI691215182124升、升、升、升C.升、升、升、升C.降、升、升、升答案C降、降、降、降D.升、升、降、降解析:光反應(yīng)和暗反應(yīng)中C3、C5、ATP、ADP四種物質(zhì)與光反應(yīng)條件中的光和暗反應(yīng)條件中的CO2之間的關(guān)系。C點(diǎn)與B點(diǎn)相比由于氣溫升高,氣孔關(guān)閉,CO2的吸收量減少,導(dǎo)致葉肉細(xì)胞內(nèi)C3的含量減少(短時(shí)間內(nèi)C3的生成量減少,而被還原消耗的C3的量不變),C5的含量增多(短時(shí)間內(nèi)C5的生成量不變,而與CO2結(jié)合消耗的C5的量減少),ATP和[H]的含量增多(短時(shí)間內(nèi)ATP和[H]的生成量不變,而還原過程中消耗掉的ATP和[H]減少)。二、光合速率與呼吸速率的計(jì)算方法(―)呼吸速率的表示方法:植物置于黑暗環(huán)境中,測定實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)CO2增加量、02減少量或有機(jī)物減少量。(二)凈光合速率和真正光合速率1?凈光合速率:常用一定時(shí)間內(nèi)02釋放量、C02吸收量或有機(jī)物積累量表示。2.真正光合速率:常用一定時(shí)間內(nèi)02的產(chǎn)生量、C02固定量或有機(jī)物產(chǎn)生量表示。
co2吸收光補(bǔ)償點(diǎn)Cco2吸收光補(bǔ)償點(diǎn)CA真正光合速率光合速率與呼吸速率的關(guān)系綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)值為呼吸速率(A點(diǎn))JI■■■31■JI■■■31■■1111j111|||0D綠色組織在有光條件下光合作用與細(xì)細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行,測得的數(shù)據(jù)為凈光合速率。真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。表觀(凈)光合速率的測定方法(如圖)NaHC03溶液作用:玻璃瓶中的NaHC03溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定,滿足了綠色植物光合作用的需求。?植物光合作用速率指標(biāo):植物光合作用釋放氧氣,使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大,毛細(xì)管內(nèi)的水滴右移。單位時(shí)間內(nèi)水滴右移的體積即是光合速率。光合速率的測定方法:A:干物質(zhì)量的積累“半葉法”---測光合作用有機(jī)物的生產(chǎn)量,即單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)積累數(shù)【典型例題2】某研究小組用番茄進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn),采用“半葉法”對番茄葉片的光合作用強(qiáng)度進(jìn)行測定。其原理是:將對稱葉片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做處理,并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后,在A、B的對應(yīng)部位截取同等面積的葉片,烘干稱重,分別記為MA、MB,獲得相應(yīng)數(shù)據(jù),則可計(jì)算出該葉片的光合作用強(qiáng)度,其單位是mg/(dm2?h)。問題:可用什么方法阻止兩部分葉片的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移?可先在中央大葉脈基部用熱水、或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理6小時(shí)內(nèi)上述B部位截取的葉片光合作用合成有機(jī)物的總量(M)為M=MB-MA.解析:本方法又叫半葉稱重法,常用大田農(nóng)作物的光合速率測定。如圖1所示,A部分遮光,這半片葉片雖不能進(jìn)行光合作用,但仍可照常進(jìn)行呼吸作用。另一半B部分葉片既能進(jìn)行光合作用,又可以進(jìn)行呼吸作用。題中:MB表示6小時(shí)后葉片初始質(zhì)量+光合作用有機(jī)物的總產(chǎn)量-呼吸作用有機(jī)物的消耗量,MA表示6小時(shí)后初始質(zhì)量-呼吸作用有機(jī)物的消耗量,所以,M=MB-MA,就是光合作用有機(jī)物的經(jīng)過6小時(shí)干物質(zhì)的積累數(shù)(B葉片被截取部分在6小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量)。這樣,真正光合速率(單位:mg/dm2?h)就是M值除以時(shí)間再除以面積就可測得。答案:B葉片被截取部分在6小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量【變式訓(xùn)練2】某同學(xué)欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率,做了如圖所示實(shí)驗(yàn)。在葉柄基部作環(huán)剝處理(僅限制葉片有機(jī)物的輸入和輸出),于不同時(shí)間分別在同一葉片上陸續(xù)取下面積為1cm2的葉圓片烘干后稱其重量,測得葉片的葉綠體真正光合作用速率=(3y一2z—x)/6g?cm-2?h-1(不考慮取葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實(shí)驗(yàn)條件是( )環(huán)剝后的葉柄下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3小時(shí)下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光6小時(shí)下午4時(shí)后在陽光下照射1小時(shí)晚上8時(shí)后在無光下放置3小時(shí)解析:起始干重為上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克,從上午10時(shí)到下午4時(shí),葉片在這6小時(shí)內(nèi)既進(jìn)行光合作用,又進(jìn)行呼吸作用,所以下午4時(shí)移走的葉圓片干重y克減去上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克的差值,就等于該葉圓片凈光合作用干物質(zhì)量:(y—x)克.若要求出呼吸作用干物質(zhì)量,應(yīng)將葉片遮光處理,先假設(shè)葉片遮光處理為M小時(shí)后干重為z克,下午4時(shí)移走的葉圓片干重y克減去葉片遮光處理M小時(shí)后的干重z克差值,就是呼吸作用干物質(zhì)量:(y—x)克。已知:測得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2z—x)/6g*cm-24i-1,據(jù)真正光合速率二表觀光合速率+呼吸速率,得出:(3y—2z—x)/6=(y一x)/6+(y一Z)/M,計(jì)算出M二3小時(shí),A選項(xiàng)正確。B.氣體體積變化法一-測光合作用O2產(chǎn)生(或CO2消耗)的體積【典型例題3】某生物興趣小組設(shè)計(jì)了圖3裝置進(jìn)行光合速率的測試實(shí)驗(yàn)(忽略溫度對氣體膨脹的影響)。測定植物的呼吸作用強(qiáng)度:裝置的燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液;將玻璃鐘罩遮光處理,放在適宜溫度的環(huán)境中;1小時(shí)后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度,得X值。測定植物的凈光合作用強(qiáng)度:裝置的燒杯中放入NaHCO3緩沖溶液;將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中;1小時(shí)后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度,得Y值。
綠色植物玻璃鐘罩請你預(yù)測在植物生長期紅墨水滴最可能移動方向并分析原因:綠色植物玻璃鐘罩項(xiàng)目紅墨水滴移動方向燮3.:原因分析測定植物呼吸作用速率a. 向左移C?動測定植物凈光合作用強(qiáng)度b . 向 右 移d?動C.玻璃鐘罩遮光,植物只進(jìn)行呼吸作用,植物進(jìn)行有氧呼吸消耗02,而釋放的C02氣體被裝小燒杯置燒杯中NaOH溶液吸收,導(dǎo)致裝置內(nèi)氣體、壓強(qiáng)減小,紅色液滴向左移動D.裝置的燒杯中放入NaHCO3緩沖溶液可維持裝置中的C02濃度:將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中,在植物的生長期,光合作用強(qiáng)度超過呼吸作用強(qiáng)度,表現(xiàn)為表觀光合作用釋放02,致裝置內(nèi)氣體量增加,紅色液滴向右移動解析:①測定植物的呼吸作用強(qiáng)度時(shí),將玻璃鐘罩遮光處理,綠色植物只進(jìn)行呼吸作用,植物進(jìn)行有氧呼吸消耗02,而釋放的C02氣體被裝置燒杯中的NaOH溶液吸收,導(dǎo)致裝置內(nèi)氣體量減小,壓強(qiáng)減小,紅色液滴向左移動,向左移動的距離X,就代表植物進(jìn)行有氧呼吸消耗的量02量,也就是有氧呼吸產(chǎn)生的C02量。②測定植物的凈光合作用強(qiáng)度:裝置的燒杯中放入NaHC03緩沖溶液可維持裝置中的C02濃度;將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中,又處在植物的生長期,其光合作用強(qiáng)度超過呼吸作用強(qiáng)度,表現(xiàn)為表觀光合作用釋放02,
計(jì)算黑光瓶速率致裝置內(nèi)氣體量增加,紅色液滴向右移動,向右移動距離Y,就代表表觀光合作用釋放02量,也就是表觀光合作用吸收的計(jì)算黑光瓶速率【典型例題4】某研究小組從當(dāng)?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼樱盅b于六對黑白瓶中,剩余的水樣測得原初溶解氧的含量為10mg/L,白瓶為透明玻璃瓶,黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下,分別在起始和24小時(shí)后以溫克碘量法測定各組培養(yǎng)瓶中的氧含量,記錄數(shù)據(jù)如下:表2光照強(qiáng)度(klx)0(黑暗)abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因是生物呼吸消耗氧氣;該瓶中所有生物細(xì)胞呼吸消耗的02量為7mg/L?24h。當(dāng)光照強(qiáng)度為c時(shí),白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為21mg/L?24h。光照強(qiáng)度至少為a(填字母)時(shí),該水層產(chǎn)氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。解析:由光合作用的總反應(yīng)式6C02+12H20一C6H1206+602+6H20,可知反應(yīng)前后氣體體積不變,所以不需要調(diào)節(jié)針筒容量就可使水滴維持在X處。光照條件下,由于光合作用吸收的C02由緩沖液補(bǔ)充,緩沖液能維持C02濃度,同時(shí)釋放出02導(dǎo)致密閉裝置內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大,若使水滴X不移動,其針筒中單位時(shí)間內(nèi)02氣體容量的增加就代表表觀光合速率的大小。由題可知,若以釋放出的氧氣量來代表表觀光合速率,該植物的表觀光合作用速率是(0.6-0.2)X3=1.2(mL/h)。瓶中液體改放為NaOH溶液,則裝置內(nèi)C02完全被吸收,植物體不能進(jìn)行光合作用,只能進(jìn)行呼吸作用,瓶中氣體的變化即呼吸消耗的O2的變化。則在有光條件下該植物的真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率,既1.2+0.1X2=1.4(mL/h)。D.定性比較光合作用強(qiáng)度的大小一-小葉片浮起數(shù)量法【典型例題5】探究光照強(qiáng)弱對光合作用強(qiáng)度的影響,操作過程如下:
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