2017高考光合与呼吸的实验专题

2017高考光合与呼吸的实验专题

高三生物二轮复习专题6 勤学 勤思 勤问 乐钻 专题6 光合与呼吸的相关实验 ‎【建模】‎ 叶圆片称重法 半 叶 法 黑 白 瓶 法 光合与呼吸 的相关实验 探究光照强度和CO2对光合作用效率的影响 探究酵母菌的呼吸方式 光合作用的探究历程 绿叶中色素的提取和分离实验 实验装置 光合速率测定的方法 探究酵母菌的呼吸方式 ‎1、实验原理 ‎ （1）酵母菌是单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于 菌。因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。‎ ‎ （2）CO2的检测方法 ‎ ①CO2使 变浑浊。‎ ‎ ②使 溶液， → → 色。‎ ‎（3）酒精的检测 ‎ ①闻闻锥形瓶中溶液的气味 ‎ ② 色的 在 下与酒精发生反应，变成 色。‎ ‎2、方法步骤 ‎ （1）酵母菌培养液的配制 ‎ 取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中 ，再分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。‎ ‎（2）连接装置如下图：‎ ‎[实验注意事项]‎ ‎（1）连接有氧呼吸装置的注意事项：用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置（如图），并连通橡皮球（或气泵），让空气 地依次通过3个锥形瓶（约50min）。然后将实验装置放到25~35℃的环境中培养8-10h。‎ ‎（2）检测CO2的检测：根据 ‎ ‎ ，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。‎ ‎（3）检测洒精的产生：各取2mL酵母菌培养液的 ，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为95%-97%）并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液的颜色变化。‎ 绿叶中色素的提取和分离实验 一、实验原理：‎ ‎（1）提取的原理： ‎ ‎（2）分离的原理： ‎ ‎ 。‎ 二、讨论:‎ ‎（1）为什么滤纸条上的滤液细线不能触及层析液？‎ 答： 。‎ ‎（2）提取和分离绿叶中色素的关键是什么？‎ 答：滤纸条上有 条不同颜色的色带，期排列顺序从上而下为 ，色素带宽窄说明了 。 ‎ 三、实验操作中注意事项（叶绿体色素提取分离实验异常现象分析）‎ ‎(1)选材：叶片颜色太浅或放置时间太久（不新鲜），会导致分离色素带颜色过浅。‎ ‎(2)操作：未加二氧化硅，或研磨不充分；未加CaCO3，色素分子被破坏；加入无水乙醇过多，提取液浓度太低都会导致分离色素时色素带颜色过浅。‎ ‎(3)画滤液细线时不能做到直、细、匀会导致分离出的色素带不平整。‎ ‎(4)滤液细线触及层析液，会导致色素溶解到层析液中，得不到色素带。‎ 光合作用的探究历程 ‎1、普利斯特利的实验 没有发现 在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。‎ ‎2、英格豪斯的实验 实验只有在 下才能成功，植物体只有 才能更新污浊的空气。限于当时化学发展水平的限制，没有明确植物 ，后来人们发现了空气的组成，人们才明确了绿叶在光下放出的气体是 ，吸收的气体是 。‎ ‎3、梅耶：依据能量守恒定律，光能转换成 能储存起来。‎ ‎4、萨克斯的实验 ‎①该实验设置了自身对照，自变量为__________，因变量是_____ ___________________。‎ ‎②该实验的关键是_____处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。为了使实验结果更明显，在用碘蒸气处理之前应用热酒精对叶片进行脱色处理。‎ ‎③本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明____是光合作用的必要条件。‎ ‎5、恩格尔曼实验 ‎①结论：_______是光合作用的场所，光合作用过程能产生 。‎ ‎②该实验设置极细光束、黑暗和完全曝光三组实验。自变量为____________，因变量为__________________。‎ ‎6、鲁宾和卡门的实验 ‎ ‎①鲁宾和卡门利用小球藻做实验材料，利用____________法，分别将CO2和H2O标记为C18O2和H218O，以追踪CO2和H2O中的C、O元素在光合作用中的转移途径。‎ ‎②该实验设置了对照，自变量是_______________________，因变量是____________。‎ ‎7、卡尔文利用小球藻做实验材料，14C标记CO2，阐明了______ 途径。‎ 光合速率测定的方法 ‎1．叶圆片称重法 ‎[实验原理]　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。‎ 例1：某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于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，M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位：g·cm－2·h－1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响) (　 　)‎ A．(3y－2z－x)/6 B．(3y－2z－x)/3‎ C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3‎ ‎2．半叶法 ‎[实验原理]　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，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。‎ 例2：某研究小组采用“半叶法”对番茄叶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小时后，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小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6小时后(________)＋(__________)－呼吸作用有机物的消耗量。‎ ‎(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。‎ ‎ ‎ ‎3．黑白瓶法 ‎[实验原理]　‎ ‎“黑白瓶”问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，其中“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，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：‎ 规律1：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；二者之和为总光合作用量。‎ 规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。‎ 例3：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小时后平均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小时产生的O2为‎3 g/m2‎ 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 探究光照强度和CO2对光合作用效率的影响 一、实验原理 ‎1、利用真空渗水法排除叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中。‎ ‎2、叶片光合作用释放的O2在水中溶解度小，积累在细胞间隙，使叶片上浮。根据叶圆片上浮所需时间长短，比较光合作用强弱 ‎（注：冰醋酸保证NaHCO3释放CO2）。‎ 二、实验材料：青菜叶片 三、实验步骤 ‎（一）制备叶圆片 ‎1、用钻孔器在叶片上（避开主叶脉）打下30片小圆片；‎ ‎2、排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分 （或真空泵）。‎ 充水的操作如下：‎ 注射器内放入叶圆片 吸5mL水 排除空气 ‎ 手指堵住管口，‎ 向后拉活塞3~4次 放开手指 实验装置 ‎1.如何判断萌发的种子的呼吸作用类型 ‎2.若要排除物理因素的干扰，应如何设计对照试验？‎ ‎3.装置1和2中，将萌发的种子换成绿色植物，若要进行呼吸测定，则需要进行 处 理。换成绿色植物后，在适宜光照下，装置1中的红色液滴向移动，原因是 ‎ ‎ 。若要使其进行光合作用，应将NaOH溶液换为 溶液。‎ ‎4.若装置2中，将萌发的种子换成绿色植物，则红色液滴如果不移动，一定是光合等 于呼吸吗？‎ ‎【对点】‎ ‎1.请回答下列问题 ‎（1）氮、磷、镁3种元素中，构成生命活动所需直接能源物质的元素是______,构成细胞膜的元素是 ______。‎ ‎（2）缺镁时植物叶片发黄，其原因是 。‎ ‎（3）在提取叶绿体色素的过程中，研磨叶片时通常需加少量二氧化硅、碳酸钙及适量无水乙醇。‎ 二氧化硅的作用是_________________；碳酸钙的作用__________________；‎ 无水乙醇的作用是_____________________。‎ ‎2.（22分）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。 实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、NaHCO3稀溶液(为光合作用提供原料)、真空泵、暗培养箱、日光灯(实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计)。 实验步骤和预测实验结果：‎ ‎(1)剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片均浮在液面上。 (2)用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。 (3)________________________________________________________。 (4)________________________________________________________。 (5)分析预测的结果：__________________________________。‎ ‎3.（16分）某新能源研究兴趣小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。他们用酶将木薯淀粉降解成单糖。查阅资料后，安装的酒精发酵装置、采用的发酵条件如下图。‎ ‎（1）向发酵瓶中加入5g酵母菌开始实验，‎ 发酵初期，通气阀①需要偶尔短时间打开， ‎ 并在A通气口处打气，以利于__________‎ ‎_______ ；实验过程中，通气阀②需要偶尔短时间打开，目的是_________。‎ ‎（2）第3天，取出少量发酵液，滴加含有__________的 浓硫酸溶液来检测酒精。‎ ‎（3）检测后发现，尽管酵母菌菌种合适、淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和pH值适宜，但酒精含量（+）比预期低，他们展开了讨论，认为还有其它影响因素，如__________，请设计实验对此因素进行探究并预测实验结果（用表格形式呈现；用“+”表示酒精量，最高含量为 “+++++”）。‎ 实验组号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ 发酵时间（天）‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ 酒精含量 ‎+‎ ‎++‎ ‎+++‎ ‎++++‎ ‎+++++‎ ‎+++++‎ ‎+++++‎ 注：酵母菌加量为5g ，其他条件与上图相同。‎ ‎（4）请对预测的结果进行分析，并得出结论。 ‎ ‎ 。‎ ‎4.（8分）BTB是一种酸碱指示剂，BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的绿色溶液分别加入到7支试管中，其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。‎ ‎*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100cm的地方。‎ 若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：‎ ‎（1）本实验中，50min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由          引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是            （填“可靠的”或“不可靠的”）‎ ‎（2）表中X代表的颜色应为        （填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”），判断依据是               ‎ ‎（3）5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草          ‎ ‎5.为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同，与中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：‎ ‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合作用速率影响较大的环境因素是        ，其依据是        ；并可推测，       （填“增加”或“降低”）麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。‎ ‎（2）在实验组中，若适当提高第        组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是          。‎ ‎（3）小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程     （填“需要”或“不需要）载体蛋白，     （填“需要”或“不需要”）消耗ATP。‎ ‎6.(9分)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：‎ A组：先光照后黑暗，时间各为67.5s；光合作用产物的相对含量为50%‎ B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5s；光合作用产物的相对含量为70%。‎ C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75ms（毫秒）；光合作用产物的相对含量为94%。‎ D组（对照组）：光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）单位光照时间内，C组植物合成有机物的量        （填“高于”、“等于”或“低于”）D组植物合成有机物的量，依据是        ；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要        ，这些反应发生的部位是叶绿体的        。‎ ‎（2）A、B、C三组处理相比，随着        的增加，使光下产生的        能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。‎ ‎7.某转基因作物有很强的光合作用强度．某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合强度测试的研究课题，设计了如下装置．请你利用下列装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。 ‎ Ⅰ．实验步骤 （1）先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤是： ① 。 ② 。 ③30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度． （2）测定植物的净光合作用强度，方法步骤是： ① 。 ② 。 ③30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度． （3）实验操作30分钟后，记录甲装置红墨水滴移动情况：‎ 实验30分钟后红墨水滴移动情况 测定植物呼吸作用 甲装置 ‎______（填左或右移）1.5厘米 乙装置 ‎       右移0.5厘米 测定植物净光合作用 甲装置 ‎______（填左或右移）4.5厘米 乙装置 ‎  右移0.5厘米 Ⅱ．实验分析：假设红墨水滴每移动1cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1g．那么该植物的呼吸作用速率是______g/小时．白天光照15小时，一昼夜葡萄糖的积累量是______g．（不考虑昼夜温差影响）‎ 答案 例1、A ‎ 例2、(1)叶片初始质量　光合作用有机物的总产量　(2)B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量　(3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)　(4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。‎ 例3：D 对点答案：‎ ‎1.(1)N、P     N、P (2)镁是叶绿素的组成元素，缺镁时，植物合成叶绿素受阻，而叶片呈类胡萝卜素的颜色即黄色 (3)充分研磨   防止在研磨过程中破坏叶绿体色素    将叶绿体色素溶解在无水乙醇中以便提取色素 ‎2. (3)将这两支试管放在日光灯下，光照一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片上浮，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。 (4)再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。 (5)分析预测的结果： ①光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶肉细胞间隙中的O2增加，叶片上浮。而蒸馏水中缺乏CO2和O2，叶片不能进行光合作用和有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。 ②黑暗中，NaHCO3稀溶液中的叶片进行呼吸作用，消耗了叶肉细胞间隙中的O2，放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉。蒸馏水中缺乏O2，叶片不能进行有氧呼吸，叶肉细胞间隙仍缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。‎ ‎3.（1）酵母菌生长与繁殖 释放CO2 （2）重铬酸钾 （3）发酵时间 ‎（4）预测结果中，发酵7天酒精的产量已达到最高，大于7天酒精产量不再增加，可能原因是高浓度酒精抑制酵母菌活性或淀粉酶解物已被完全利用，因而在此装置和酵母菌加是为5g 时，最好的发酵时间是7天。‎ ‎4.（8分）（1）光合作用与呼吸作用      不可靠的     （2）黄色  水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，溶液中CO2浓度高于3号管（3）光合作用强度等于呼吸作用强度，吸收与释放的CO2量相等    ‎ ‎5.（1）湿度（或答相对湿度）  在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大     增加   （2）四    该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度（3）不需要    不需要 ‎6.（1）高于   C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%    光照   基质   （2）光照和黑暗交替频率     ATP和[H]（或者ATP和还原型辅酶II）‎ ‎7.Ⅰ（1）①甲乙两装置的D中都放入NaOH溶液，装置乙作对照组     ②将装置甲、乙的玻璃钟罩遮光处理，放在温度等相同的环境中（2）①甲乙两装置的D中都放入NaHCO3溶液，装置乙作对照组   ②将装置甲、乙放在光照充足、温度相同的环境中 （3）左   右 Ⅱ 4    84‎