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專題 光合作用和呼吸作用裝置圖實驗,專題解讀 一、呼吸作用裝置 1.實驗裝置,2.實驗材料 酵母菌、發(fā)芽的種子(消毒處理以排除種子表面微生物的呼吸作用對實驗結(jié)果的干擾)、葉片(遮光處理以排除光合作用對實驗結(jié)果的干擾)。 3.實驗原理 因呼吸作用類型不同，瓶內(nèi)氣壓增大、減小或不變，可通過液滴的右移、左移或不動來呈現(xiàn)；也可根據(jù)光照強度不同，通過光合作用與呼吸作用的大小導(dǎo)致瓶內(nèi)氣壓變化而引起液滴位置的變化來呈現(xiàn)。,5.探究細(xì)胞呼吸狀況的實驗裝置及結(jié)果分析 (1)欲測定與確認(rèn)某生物的呼吸類型，應(yīng)設(shè)置兩套呼吸裝置，即裝置1和裝置2。 (2)結(jié)果與分析： ①若裝置1液滴左移，裝置2液滴不動，則表明所測生物只進(jìn)行有氧呼吸(因有氧呼吸產(chǎn)CO2量與耗O2量相等)。 ②若裝置1液滴不動，裝置2液滴右移，則表明所測生物只進(jìn)行無氧呼吸(因無氧呼吸只產(chǎn)CO2，不耗O2)。 ③若裝置1液滴左移，裝置2液滴右移，則表明該生物既進(jìn)行有氧呼吸，又進(jìn)行無氧呼吸。,④裝置1與裝置2液滴均左移，則呼吸過程中O2吸收量大于CO2釋放量，呼吸底物中可能有脂質(zhì)參與。(與糖類相比，脂肪C、H比例高，O的比例低，故氧化分解時釋放相同CO2時，脂肪消耗的O2多，故CO2/O21。) a.為使實驗結(jié)果精確，排除實驗誤差還應(yīng)設(shè)置裝置3，以便校正。 b.進(jìn)行結(jié)果與結(jié)論的描述時應(yīng)“先結(jié)果后結(jié)論”，而不是“先結(jié)論后結(jié)果”，如上。,二、光合作用裝置 1.實驗材料 (1)水生藻類(如黑藻)——觀察氣泡產(chǎn)生速率或氣體體積變化(有色液滴的移動)。 (2)葉片——觀察氣體體積變化(有色液滴的移動)；打孔測定葉圓片干重變化。 (3)葉圓片——單位時間葉圓片上浮數(shù)量或上浮等量葉圓片所需時間。 (4)幼苗——氣體體積變化(有色液滴的移動)。,2.裝置分析：對呼吸作用裝置1進(jìn)行改動 (1)將“發(fā)芽種子”換成“能進(jìn)行光合作用的材料”。 (2)將“NaOH溶液”換成“CO2緩沖液”或“NaHCO3溶液”，保證CO2的相對穩(wěn)定。 (3)根據(jù)實驗的需要控制變量： ①光強：用不同功率的燈泡或控制裝置距光源的距離。 ②CO2濃度：不同濃度的NaHCO3溶液和蒸餾水。 ③溫度：置于不同溫度的水浴裝置中。,典型例題 【例1】 某實驗小組想利用下列裝置測定某植物的光合作用強度和呼吸作用強度(用紅墨水的移動距離表示)。在兩個裝置中放入的試劑和材料等操作，正確的是 ( ),【解析】 測定光合作用強度時，必須使用活的植物。紅墨水的移動是由于裝置中氣體變化引起的，根據(jù)裝置中氣體變化計算出的光合作用強度為凈光合作用強度而非實際光合作用強度，實際光合作用強度＝凈光合作用強度＋呼吸作用強度，因此必須要測定植物的呼吸作用強度，需要遮光處理。測定呼吸作用強度時，需要排除光合作用的干擾，必須進(jìn)行遮光處理。環(huán)境因素也可能引起裝置中氣體體積變化，為使數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，需要設(shè)置一對照組來校正環(huán)境引起的氣體變化，需要放置死亡植物。 【答案】 D,【例2】 某生物興趣小組利用如圖裝置(若干個)開展了有關(guān)光合作用和細(xì)胞呼吸的實驗研究，實驗開始時打開活塞開關(guān)，使兩側(cè)水柱液面平齊，然后關(guān)閉活塞開關(guān)，8小時后，觀察記錄實驗數(shù)據(jù)如下表。,請根據(jù)以上圖表回答下列問題： (1)上表探究性實驗課題中的自變量是________。研究不同植物的光合作用，最好選擇的容器標(biāo)號是________。 (2)若容器1的燒杯中加入的是CO2的緩沖液，U型管左側(cè)液面的變化是________(填“上升”或“下降”)，植物的凈光合作用速率是________mL/h。為了更準(zhǔn)確的測定，應(yīng)對實驗結(jié)果進(jìn)行校正(排除非生物因素對實驗結(jié)果的影響)，如果校正裝置的實驗結(jié)果是左側(cè)液面比右側(cè)液面低，則校正之后的凈光合速率比原來________(填“大”或“小”)。 (3)利用圖示裝置測量天竺葵植株的呼吸速率，實驗思路是______________________________________________。,【解析】 (1)表中實驗課題的自變量有兩個，植物的種類和光質(zhì)。研究不同植物的光合作用，根據(jù)單一變量原則，自變量為植物的種類，其他條件均適宜。紅光更有利于植物的光合作用，所以最好選擇的容器標(biāo)號為1和3。 (2)若容器1的燒杯中加入的是CO2的緩沖液，裝置內(nèi)不斷產(chǎn)生氧氣，會使U型管左側(cè)液面上升。由表中容器1兩側(cè)液柱高度差為240 mL/8 h可知，每小時液柱差高度變化為30 mL。因為原來兩液面高度相同，所以每小時氧氣變化量為15 mL/h，此即凈光合作用速率。如果校正裝置的實驗結(jié)果是左側(cè)液面比右側(cè)液面低，說明實驗受溫度、大氣壓的影響，原裝置氣體體積減小，則容器1校正之后的凈光合速率比原來大。,(3)要測量天竺葵植株的呼吸速率，必須避免光合作用的發(fā)生，要對裝置進(jìn)行遮光處理。又因為呼吸作用中吸收氧氣和放出二氧化碳的量相等，燒杯中盛放氫氧化鈉溶液，吸收掉二氧化碳，則裝置中氧氣的變化量即為植物的呼吸速率。 【答案】 (1)植物的種類和光質(zhì) 1和3 (2)上升 15 大 (3)對裝置進(jìn)行遮光處理，燒杯中盛放氫氧化鈉溶液(或能吸收CO2的液體)，測量單位時間內(nèi)水柱移動的距離,鞏固練習(xí) 1.某研究小組利用檢測氣壓變化的密閉裝置來探究微生物的呼吸，實驗設(shè)計如下。關(guān)閉活栓后，U形管右管液面高度變化反映瓶中的氣體體積變化。實驗開始時將右管液面高度調(diào)至參考點，實驗中定時記錄右管液面高度相對于參考點的變化。(忽略其他原因引起的容積變化)下列有關(guān)說法不正確的是 ( ),A.甲組右管液面變化，表示的是微生物呼吸時氧氣的消耗量 B.乙組右管液面變化，表示的是微生物呼吸時CO2的釋放量和O2消耗量之間的差值 C.甲組右管液面升高，乙組不變，說明微生物只進(jìn)行有氧呼吸 D.甲組右管液面不變，乙組下降，說明微生物進(jìn)行乳酸發(fā)酵,解析 由于甲組裝置內(nèi)放的是NaOH溶液，吸收CO2，所以甲組右管液面變化是錐形瓶內(nèi)的O2體積變化所致。乙組裝置內(nèi)放的是蒸餾水，那么乙組右管液面變化是由錐形瓶內(nèi)CO2釋放量和O2消耗量之間的差值引起的；甲組右管液面升高，乙組不變，說明微生物只進(jìn)行有氧呼吸；甲組右管液面不變，乙組下降，說明微生物進(jìn)行酒精發(fā)酵。 答案 D,2.下面三個裝置可用于研究萌發(fā)的種子的呼吸作用的方式及其產(chǎn)物，有關(guān)分析不正確的是 ( ),A.三個裝置中的種子都必須進(jìn)行消毒處理，都不需要設(shè)置對照實驗 B.甲裝置可用于探究呼吸作用是否產(chǎn)生熱量 C.乙裝置可用于探究萌發(fā)的種子是否進(jìn)行有氧呼吸 D.丙裝置可用于探究萌發(fā)的種子的呼吸作用是否產(chǎn)生CO2,解析 為排除微生物呼吸作用的影響，種子必須進(jìn)行消毒處理，為排除無關(guān)變量(外界溫度、氣壓等)對實驗的影響，上述實驗需要設(shè)置對照實驗。若乙裝置中種子進(jìn)行有氧呼吸，就會有氧氣的消耗，產(chǎn)生的等體積的二氧化碳被NaOH溶液吸收，裝置瓶內(nèi)氣體體積減小，液滴左移；若只進(jìn)行無氧呼吸，則沒有氧氣的消耗，液滴不移動。 答案 A,3.為研究酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)物，某研究小組設(shè)計了如下圖甲所示的裝置，并將有關(guān)檢測結(jié)果繪制成圖乙。①號、②號試管中均加入3 mL蒸餾水和一定量的檢驗試劑。據(jù)圖分析下列說法正確的是 ( ),A.檢驗發(fā)酵產(chǎn)物酒精需向①號試管中滴加含重鉻酸鉀的濃硫酸 B.設(shè)置②號試管對照組是為了排除無關(guān)變量溫度對實驗的干擾 C.圖乙曲線b表示①號試管內(nèi)玻璃管口氣泡釋放速率變化 D.圖乙曲線a表示酵母菌培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量變化規(guī)律,解析 酒精不存在于①號試管中，檢驗酒精應(yīng)對培養(yǎng)液取樣檢測，檢測酒精的方法是向培養(yǎng)液中加入含重鉻酸鉀的濃硫酸，A項錯誤；①、②號試管中加入的是澄清的石灰水或溴麝香草酚藍(lán)水溶液，②試管的設(shè)置是為了排除空氣中二氧化碳的干擾，B項錯誤。隨著培養(yǎng)時間的延長，由于營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和有害代謝產(chǎn)物的積累等因素，導(dǎo)致酵母菌的數(shù)量先增加后減少，①號試管內(nèi)玻璃管口的氣泡釋放速率先增加后下降，C項正確，D項錯誤。 答案 C,4.酵母菌是研究細(xì)胞呼吸常用的實驗材料。請分析回答。,實驗步驟： a.將10 mL酵母菌培養(yǎng)液和10 mL加熱煮沸后冷卻的酵母菌培養(yǎng)液分別加入甲、乙兩個燒杯中。 b.將甲、乙兩個燒杯分別放入氣密性完好的兩個氣球中，排盡空氣后分別向兩個氣球內(nèi)注入等量且適量的氧氣，扎緊氣球保持密閉狀態(tài)，再分別放入如圖實驗裝置中。 c.兩組裝置均放入20 ℃恒溫水浴中。從注水口注入等量的溫水，調(diào)節(jié)刻度玻璃管液面至起始刻度。 d.記錄實驗結(jié)果。,實驗分析： ①該實驗的自變量是________，因變量是________。 ②實驗剛開始的短時間內(nèi)，兩組裝置的刻度玻璃管液面均不發(fā)生變化的原因分別是_____________________________ _____________________________。 ③一段時間后，裝有甲燒杯的裝置中刻度玻璃管液面________，原因是________________________________ _____________________________。,解析 (1)有氧呼吸中生成水的反應(yīng)發(fā)生在線粒體內(nèi)膜，水中的氫來自于反應(yīng)物中的葡萄糖和水。密閉容器中培養(yǎng)的酵母菌，其數(shù)量在一定時間內(nèi)呈“S”型增長，當(dāng)達(dá)到K值之后，由于葡萄糖的過度消耗、無氧呼吸產(chǎn)生酒精量的增加和種內(nèi)斗爭的加劇，酵母菌數(shù)量下降。由于呼吸作用產(chǎn)生的CO2，培養(yǎng)液pH變小。,(2)根據(jù)實驗步驟a可以確定該實驗自變量為酵母菌培養(yǎng)液是否煮沸，因變量是刻度玻璃管液面高度。實驗剛開始時，添加有活性酵母菌的裝置中酵母菌有氧呼吸消耗的O2量和產(chǎn)生的CO2量相等，氣球體積不變，刻度玻璃管液面不變。對照組酵母菌死亡，不能進(jìn)行細(xì)胞呼吸，氣球體積不變，刻度玻璃管液面不變。當(dāng)裝有甲燒杯的裝置中的O2消耗殆盡后，由于酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的CO2使氣球體積增大，故刻度玻璃管液面上升。,答案 (1)線粒體內(nèi)膜 葡萄糖和水 ②③ (2)①酵母菌培養(yǎng)液是否煮沸 刻度玻璃管液面高度 ②甲中酵母菌有氧呼吸消耗的O2和產(chǎn)生的CO2相等，氣球體積不變，乙中酵母菌死亡，不能進(jìn)行細(xì)胞呼吸 ③上升 甲中酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的CO2使氣球體積增大,5.有多種方法可以測定植物的光合作用速率。請回答以下相關(guān)問題： (1)在光照適宜、溫度恒定的條件下，圖甲的實驗裝置為密閉容器，圖甲中的曲線為測量1 h內(nèi)該容器中CO2的變化量。圖甲中A-B段，葉綠體內(nèi)ADP含量最高的場所是________。導(dǎo)致A-B段曲線變化的主要原因是____________________。 該綠色植物前30 min實際光合作用的平均速率為________μ L·L-1CO2/min。,(2)某科研小組為探究植物光合作用速率的變化情況，設(shè)計了由透明的玻璃罩構(gòu)成的小室(如圖乙a所示；其中CO2緩沖液可以吸收和提供CO2，保證瓶中CO2恒定)。,①將該裝置放在自然環(huán)境下，測定夏季一晝夜小室內(nèi)植物氧氣釋放速率的變化，得到如圖乙b所示曲線，那么影響小室內(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素是________；影響A點變化的內(nèi)因是________；裝置中氧氣濃度最高的時間是________點；圖中裝置刻度管中液滴移到最左點是在曲線中的________點。,答案 (1)葉綠體基質(zhì) 容器中CO2逐漸被光合作用消耗 146 (2)①光照強度、溫度 酶的活性下降 18(或G) C ②DEF或DF ③對照組(或?qū)φ諏嶒? ④將此裝置遮光(或遮光并將緩沖液換成NaOH溶液)每隔一定時間記錄刻度數(shù)據(jù),6.下圖甲是在25 ℃時，a、b兩種植物隨著光照強度的變化，CO2吸收量的變化曲線圖，圖乙是某同學(xué)“探究影響植物光合速率的因素”的實驗裝置圖。請回答下列問題。,(1)比較a、b植物的細(xì)胞呼吸，其中細(xì)胞呼吸較強的是________植物，當(dāng)光照強度在達(dá)到Z點之前，限制a植物光合作用的主要環(huán)境因素是________。 (2)當(dāng)平均光照強度在X和Y之間(不包括X、Y)，假設(shè)白天和黑夜的時間各為12 h，a植物一晝夜中有機物積累量的變化是________(減少或增加)。 (3)對b植物而言，假如白天和黑夜的時間各為12 h，平均光照強度在________ klx以上才能使CO2的吸收量超過CO2的釋放量。,(4)若已知a植物光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別是25 ℃和30 ℃，若將溫度提高到30 ℃(其他條件不變)，理論上圖中P、M點的位置如何變化？ _____________________________________________。 (5)某同學(xué)用圖乙所示裝置進(jìn)行實驗，將燈緩慢移近廣口瓶，并記錄不同距離時，觀察測量指標(biāo)的變化情況。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觀察測量指標(biāo)的變化不明顯。請你根據(jù)該實驗設(shè)計方案的不合理之處，簡述設(shè)計實驗的正確思路：_____________ ______________________________________________。,解析 (1)由圖甲可知，a、b兩曲線與縱坐標(biāo)的交點即為這兩種植物的呼吸作用強度，因此，a植物的呼吸作用強度為2 mg/m2h，b植物的呼吸作用強度為1 mg/m2h。Z點為a植物的光飽和點，光照強度在Z點之前，限制a植物光合作用的主要環(huán)境因素為光照強度。 (2)若光照強度為Y，假設(shè)白天和黑夜的時間各為12 h，則a植物白天積累的有機物量為2×12＝24(mg/m2)，夜晚消耗的有機物量為2×12＝24(mg/m2)，一晝夜有機物積累量為0。因此，當(dāng)平均光照強度在X和Y之間時，a植物一晝夜有機物積累量小于0，即有機物積累量在減少。,(3)b植物呼吸作用強度為1 mg/(m2h)，假設(shè)白天和黑夜的時間各為12 h，夜晚CO2的釋放量為1×12＝12(mg/m2)，要使CO2的吸收量大于CO2的釋放量，則B植物的凈光合作用強度應(yīng)大于12/12＝1(mg/m2·h)，即光照強度大于X klx。 答案 (1)a 光照強度 (2)減少 (3)X (4)P點右移，M點下移 (5)用多組相同裝置，只更換燈泡功率(或只改變廣口瓶與光源之間的距離)進(jìn)行對照實驗,7.取一植物形態(tài)、大小、生長發(fā)育狀況相同的四片葉子按下圖進(jìn)行實驗，燒杯中的液體可以保證葉片所需的水與礦質(zhì)元素的正常供應(yīng)，氣體的變化量可以通過觀察油滴的移動來判斷。(不考慮氣體在水中的溶解與外界氣壓的變化和蒸騰作用的影響),(1)適宜的光照下，裝置A中油滴的移動情況是________，適宜的光照下短時間內(nèi)裝置B中油滴的移動情況是________，此時裝置B中的凈光合量________零(填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)裝置C中的油滴在_____________________________ 情況下不移動，若考慮氣體在水中的溶解與外界氣壓的變化和蒸騰作用對裝置C的影響，對照組的設(shè)置是___________ ______________________________________________。 如果將C裝置突然從光下移動到黑暗處，短時間內(nèi)葉肉細(xì)胞中的C3物質(zhì)含量變化是________。,(3)能直接證明光合作用需要二氧化碳的裝置是________，實驗前應(yīng)該將葉片作________處理，若用B、D裝置證明光合作用需要光，需進(jìn)行改進(jìn)的是______________________ __________________________________________________________，要測定葉片細(xì)胞呼吸的強度最好選擇裝置________。,解析 根據(jù)光合作用和呼吸作用的總反應(yīng)式，消耗的氣體與產(chǎn)生的氣體等量，A裝置內(nèi)的清水不影響氣體變化，則壓強不變，油滴不移動；B裝置內(nèi)的NaOH溶液能吸收CO2，則無CO2不能進(jìn)行光合作用，有氧呼吸消耗的O2使壓強減小，則油滴向左移動，B裝置中的氧氣消耗完，則葉片只能進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2，而CO2又能被NaOH溶液吸收，壓強不變，油滴不再移動；C裝置中CO2緩沖液提供一定濃度的CO2，且保持不變，若光合作用產(chǎn)生的O2大于呼吸作用消,耗的O2量，則壓強增大，油滴向右移動；若光合作用產(chǎn)生的O2等于呼吸作用消耗的O2量，則壓強不變，油滴不移動；若光合作用產(chǎn)生的O2小于呼吸作用消耗的O2量，則壓強減小，油滴向左移動；證明光合作用需要CO2，則自變量為CO2，其他條件相同，但C、D裝置不符合單一變量原則，葉片饑餓處理消耗原有淀粉，有利于檢測是否產(chǎn)生新淀粉；測定葉片細(xì)胞呼吸的強度，需要排除光合作用的干擾，所以裝置應(yīng)避光。,答案 (1)不移動 向左移動 小于 (2)光合作用強度(速率)等于呼吸作用強度(速率) 葉片換成大小相同的死葉片，其他同裝置C 上升 (3)B和C 饑餓 把NaOH換成CO2緩沖液 D,8.請問答下列問題。 (1)某研究小組為研究不同光照強度下水稻的光合作用，將水稻幼苗固定于無底反應(yīng)瓶中進(jìn)行實驗，實驗裝置如圖1所示?；卮鹩嘘P(guān)問題：,實驗原理：該裝置中水稻幼苗光合作用產(chǎn)生的氣體可使浮力增大，使天平指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 實驗步驟： a.調(diào)節(jié)天平，使其平衡； b.用100 W的燈泡作為光源。先將燈泡置于距裝置20 cm處，15 min后觀察并記錄指針偏轉(zhuǎn)方向和格數(shù)； c.加大燈泡與裝置間距離，過15 min后再觀察記錄相關(guān)數(shù)據(jù)； d.連續(xù)重復(fù)步驟c。,實驗結(jié)果繪制如圖2。 ①圖1中B瓶作為對照裝置，“？”處應(yīng)為________。 ②c點時光合作用強度________(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用強度。 ③曲線與橫軸相交于e點，則e點時A瓶內(nèi)水稻幼苗體內(nèi)的有機物含量與實驗開始時相比________(填“增大”“減小”或“不變”)。 ④f點時細(xì)胞中形成［H］的具體場所有_________________ ______________________________________________。,(2)該研究小組繼續(xù)探究溫度對水稻光合作用與呼吸作用的影響，并進(jìn)行了相關(guān)實驗，實驗結(jié)果如圖所示：,從圖中可以看出，光合作用速率最大時的溫度為________。假設(shè)每天光照12 h，最有利于植物生長的溫度是________。分析該柱狀圖可以看出，光合作用和呼吸作用中的酶所需要的________不同。,答案 (1)①等量的死水稻幼苗(沒等量不可) ②等于 ③不變 ④細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)、葉綠體類囊體薄膜 (2)30 ℃ 20 ℃ 最適溫度,