1、1.呼吸速率、净光合速率、真正光合速率“三率”测定的五种模型必备知识模型 1 气体体积变化法测定光合作用 O2 产生的体积或 CO2 消耗的体积 实验原理(1)甲装置在黑暗条件下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)乙装置在光照条件下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)真正光合速率净光合速率呼吸速率。(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所
2、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。【例 1】(2019 届西安模拟)下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的 NaHCO3 溶液可维持瓶内的 CO2浓度在恒定水平。下列几种实验结果(给予相同的环境条件)，不可能出现的是()A甲、乙装置水滴都左移B甲、乙装置水滴都右移C甲装置水滴不动，乙装置水滴左移D甲装置水滴右移，乙装置水滴左移解析 根据题意可知，装置甲中的 NaHCO3 溶液可维持瓶内的 CO2 浓度在恒定水平，故甲装置内的气压变化是由氧气含量变化引起的，较强光照条件
3、下(光合速率大于呼吸速率)甲装置内水滴右移，黑暗或较弱光照条件下(光合速率小于呼吸速率)甲装置内水滴左移，适宜光照条件下(光合速率等于呼吸速率)甲装置内水滴不动；乙装置内的青蛙只进行细胞呼吸而不进行光合作用，故乙装置内水滴只能左移。答案 B模型 2 黑白瓶法测溶氧量的变化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是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。具体方法如下：(1)“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。总光合作用量(强度)净光合作用量(强度)有氧呼吸量(强度)。(2)有初始值的情况下，黑瓶中 O2 的减少量
4、(或 CO2 的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中 O2 的增加量(或 CO2 的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。(3)在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光合作用量。【例 2】(2019 年全国卷)回答下列与生态系统相关的问题。(1)在森林生态系统中，生产者的能量来自于_，生产者的能量可以直接流向_(答出 2 点即可)。(2)通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份
5、直接测定 O2 含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的 O2 含量(B)和乙瓶中的 O2 含量(C)。据此回答下列问题。在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中 C 与 A的差值表示这段时间内_；C 与 B 的差值表示这段时间内_；A与B的 差 值 表 示 这 段 时 间 内_。解析(1)在森林生态系统中，生产者的能量来自于生产者通过光合作用固定的太阳能。生产者的能量可以直接随着初级消费者的摄食作用而流入初级消费者，也可以随残枝败叶流向分解者。(2)依题意可知，甲、乙两瓶中只有生产者，A 值表示甲、乙两
6、瓶中水样的初始 O2 含量；甲瓶 O2 含量的变化反映的是呼吸作用耗氧量，因此 BA呼吸作用耗氧量；乙瓶 O2 含量变化反映的是净光合作用放氧量，所以 CA光合作用总放氧量呼吸作用耗氧量。综上分析，本实验中，CA光合作用总放氧量呼吸作用耗氧量净光合作用的放氧量，即 C 与 A 的差值表示这段时间内生产者净光合作用的放氧量；CB光合作用总放氧量，即 C 与 B 的差值表示这段时间内生产者的光合作用的总放氧量；AB呼吸作用耗氧量，即 A 与 B 的差值表示这段时间内生产者的呼吸作用耗氧量。答案(1)太阳能 初级消费者、分解者(2)生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的
7、耗氧量模型 3 半叶法测定光合作用有机物的产生量本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。【例 3】(2019 届福州市调研)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 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
8、mg/(dm2h)。请分析回答下列问题：(1)MA 表示 6 h 后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量；MB 表示 6 h 后_呼吸作用有机物的消耗量。(2)若 MMBMA，则 M 表示_。(3)真正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。解析 叶片 A 部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B 部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB 表示 6 h 后叶片初始质量光合作用有机物的总产量呼吸作用有机物的消耗量，MA 表示 6 h后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量，则 MBMA 就是光合作用 6 h 有
9、机物的总产量(B 叶片被截取部分在 6 h 内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真光合速率，即 M 值除以时间再除以面积。答案(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 h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。模型 4 叶圆片称重法测定有机物的变化量本方法通过测定单位时间、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(
10、zy)/2S；呼吸速率(xy)/2S；总光合速率净光合速率呼吸速率(xz2y)/2S。【例 4】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，测得叶片叶绿体的光合速率是(3y2zx)/6(gcm2h1)(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)M 处的实验条件是()A下午 4 时后在阳光下照射 3 小时再遮光 3 小时B下午 4 时后将整个实验装置遮光 6 小时C下午 4 时后在阳光下照射 6 小时D下午 4 时后将整个实验
11、装置遮光 3 小时解析 依题意，光合速率净光合速率呼吸速率，净光合作用速率为(yx)/6(gcm2h1)，还需测定呼吸速率，所以遮光 3 小时，呼吸速率为(yz)/3(gcm2h1)，光合作用速率(yx)/6(yz)/3(3y2zx)/6(gcm2h1)。答案 D模型 5 叶圆片上浮法定性检测 O2 释放速率 本方法通过利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，植物吸收 CO2 放出 O2，由于 O2 在水中的溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用强度的大
12、小。【例 5】取生长旺盛的绿叶，利用打孔器打出一批直径为 1 cm 的叶圆片，将叶圆片细胞间隙中的气体排出后，平均分装到盛有等量的不同浓度 NaHCO3 溶液的培养皿底部，置于光温恒定且适宜的条件下(如图甲)，测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面所用的时间(如图乙)。下列分析错误的是()AAB 段随着 NaHCO3 溶液浓度的增加，类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大BCD 段随着 NaHCO3 溶液浓度的增加，叶绿体基质中 C3 的生成速率逐渐减小CCD 段随着 NaHCO3 溶液浓度的增加，单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小DAD 段如果增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间解
13、析 AB 段随着 NaHCO3 溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断减少，说明氧气生成速率不断提高，因此类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增加，A 正确；CD 段随着 NaHCO3 溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气生成速率在降低，即光合速率减弱，因此叶绿体基质中 C3 的生成速率逐渐减弱，B 正确；细胞氧气的净释放速率就表示有机物的积累速率，CD 段叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气释放速率在降低，即表示单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小，C 正确；题中提出“装置置于光温恒定且适宜的条件下”，因此此时如果增加光照强度或温度，都会使光合速率降低，导致叶圆
14、片上浮至液面的时间延长，D错误。答案 D技能展示1某生物科研小组，从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为 10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(abcdT1。(1)三套装置的君子兰细胞中，均能产生 ATP 的场所是_；装置甲中的数据A 代表_。(2)若增加一套实验装置，光照适宜条件下，在实验过程中，将温度逐渐由 T1 升高至 T2，并 测 得 数 据 显 示 屏 读 数 由 D 变 为 H，则 E、F、H 的 大 小 关 系 是_。(3)若 B0，则在君子兰的叶肉细胞中，叶绿体产生 O2 的量
15、_(填“大于”“等于”或“小于”)线粒体消耗 O2 的量；若 B 为正数，C 为负数，则该植物在温度为 T2、光照适宜的条件下，呼吸速率与光合速率之比_(用 B、C 表示)。解析：(1)丙装置中的君子兰只能进行细胞呼吸，因此，三套装置的君子兰细胞中均能产生 ATP 的场所是细胞质基质和线粒体；A 代表在装置甲对应的培养条件下，君子兰的净光合速率。(2)当温度由 T1 逐渐升高至 T2 时，君子兰细胞的光合速率下降，呼吸速率上升，则 H 应小于 E、大于 F。(3)若 B0，则说明整体上君子兰的光合速率等于呼吸速率，但就君子兰的叶肉细胞而言，其光合速率大于呼吸速率，即叶肉细胞中叶绿体产生 O2
16、的量大于线粒体消耗 O2 的量；在温度为 T2、光照适宜的条件下，君子兰的呼吸速率可表示为C/2，光合速率(BC)/2，因此，两者之比C/(BC)C/(CB)。答案：(1)细胞质基质和线粒体 君子兰在温度为 T1、光照适宜的条件下，2 小时内释放 O2 的量(或君子兰在温度为 T1、光照适宜的条件下的净光合速率)(2)EHF(3)大于 C/(CB)或C/(BC)4(2019 届湖北襄阳四中调研)某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样(其中有植物)，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初溶解氧的含量为 10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为用黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条
17、件下，24 h 后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如表所示。根据信息，回答下列问题：光照强度/klx0abcde白瓶溶氧量/(mgL1)31016243030黑瓶溶氧量/(mgL1)333333(1)黑瓶中溶解氧的含量降低为 3 mg/L 的原因是_；该瓶中所有生物在 24 h 内通过细胞呼吸消耗的 O2 量为_ mg/L。(2)当光照强度为 c klx 时，在 24 h 内白瓶中植物产生的 O2 量为_ mg/L。光照强度至少为_ klx 时，该水层生物产氧量才能维持其正常生活耗氧量所需。当光照强度为_ klx 时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。(3)若将光照强度为
18、 a klx 下的白瓶移至光照强度为 b klx 条件下，则该瓶中植物细胞的 光 合 作 用 速 率 _(填“增 大”“减 小”或“不 变”)，其 主 要 原 因 是_。C3 经一系列变化可形成_。解析：(1)在黑暗条件下，植物只能进行呼吸作用消耗 O2，不能进行光合作用产生O2，所以溶解氧的含量由 10 mg/L 降低为 3 mg/L，24 h 内该瓶中所有生物通过呼吸作用消耗的 O2 量为 1037 mg/L。(2)O2 产生量描述的是真光合速率，是净光合作用导致的溶氧量的增加量与呼吸作用导致的溶氧量的减少量之和，光照强度为 c klx 时，在24 h 内白瓶中植物产生的 O2 量为(2410)(103)21 mg/L。净光合速率大于零，植物可表现为正常生活，白瓶溶氧量与初溶氧量相比不降低时，该水层生物方可表现为正常生活，由表中数据知，光照强度大于 a klx 时，符合要求。光照强度大于 d klx 时，O2 产生量不再增加。(3)光照强度从 a klx 增加到 b klx，直接导致光反应产生的 ATP 和H增多，进而使暗反应加快。C3 被还原，生成(CH2O)和 C5。答案：(1)黑瓶中的生物进行呼吸作用消耗 O2，但没有光照，植物不能进行光合作用产生 O2 7(2)21 a d(3)增大 光反应产生的 ATP 和H增多(CH2O)和 C5谢 谢 观 看 THANKS
