1、微专题微专题6三率测定的三率测定的6种实验模型种实验模型模型模型1气体体积变化法气体体积变化法测定光合作用测定光合作用O2产生的体积或产生的体积或CO2消耗的体积消耗的体积实验原理实验原理(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，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。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，由于乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO
2、3溶液保证了容器溶液保证了容器内内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，可释放速率，可代表净光合速率。代表净光合速率。(3)真正光合速率净光合速率呼吸速率。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、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，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。行校正。【典例【典例
3、1】(2019辽宁五校协作体联考辽宁五校协作体联考)某实验室中有三套完全相同的装置某实验室中有三套完全相同的装置(如图如图1所所示示)，装置内的绿色植物为长势相近的君子兰，培养条件如表所示，经，装置内的绿色植物为长势相近的君子兰，培养条件如表所示，经2小时的实验小时的实验后，测定并记录相关数据。已知氧传感器用于测定装置内的后，测定并记录相关数据。已知氧传感器用于测定装置内的O2含量。请分析并回含量。请分析并回答下列问题：答下列问题：装置装置培养条件培养条件刻度尺读数刻度尺读数数据显示屏读数数据显示屏读数开始时开始时2小时后小时后开始时开始时2小时后小时后甲甲温度为温度为T1、光照适宜、光照适宜
4、0ADE乙乙温度为温度为T2、光照适宜、光照适宜0BDF丙丙温度为温度为T2、黑暗、黑暗0CDG图图1注注：君子兰细胞中光合作用和细胞呼吸相关酶的最适温度分别为：君子兰细胞中光合作用和细胞呼吸相关酶的最适温度分别为T1和和T2，且，且T2T1。(1)三套装置的君子兰细胞中，均能产生三套装置的君子兰细胞中，均能产生ATP的场所是的场所是_；装置甲中的数据；装置甲中的数据A代代表表_。(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升高至升高至T2，并测得数据显示屏读数由并测得数据显示屏读数由D变为变为H，则，则
5、E、F、H的大小关系是的大小关系是_。(3)若若B0，则在君子兰的叶肉细胞中，叶绿体产生，则在君子兰的叶肉细胞中，叶绿体产生O2的量的量_(填填“大于大于”“等于等于”或或“小于小于”)线粒体消耗线粒体消耗O2的量；若的量；若B为正数，为正数，C为负数，则该植物在温度为为负数，则该植物在温度为T2、光照适、光照适宜的条件下，呼吸速率与光合速率之比宜的条件下，呼吸速率与光合速率之比_(用用B、C表示表示)。解析解析(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产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体；的场
6、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，君子兰的代表在装置甲对应的培养条件下，君子兰的净光合速率。净光合速率。(2)当温度由当温度由T1逐渐升高至逐渐升高至T2时，君子兰细胞的光合速率下降，呼吸速率时，君子兰细胞的光合速率下降，呼吸速率上升，则上升，则H应小于应小于E、大于、大于F。(3)若若B0，则说明整体上君子兰的光合速率等于呼吸速，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生O2的量大于线粒体消耗的量大于线粒体消耗O2的量；在温
7、度为的量；在温度为T2、光照适宜的条件下，君子兰的呼吸速、光照适宜的条件下，君子兰的呼吸速率可表示为率可表示为C/2，光合速率，光合速率(BC)/2，因此，两者之比，因此，两者之比C/(BC)C/(CB)。答案答案(1)细胞质基质和线粒体君子兰在温度为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，、光照适宜的条件下，2小时内释放小时内释放O2的量的量(或君子兰在温度为或君子兰在温度为T1、光照适宜的条件下的净光合速率、光照适宜的条件下的净光合速率)(2)EHF(3)大于大于C/(CB)或或C/(BC)模型模型2黑白瓶法黑白瓶法测溶氧量的变化测溶氧量的变化(1)“黑瓶黑瓶”不透光，测定
8、的是有氧呼吸量；不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。给予光照，测定的是净光合作用量。总光合作用量总光合作用量(强度强度)净光合作用量净光合作用量(强度强度)有氧呼吸量有氧呼吸量(强度强度)。(2)有初始值的情况下，黑瓶中有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量的减少量(或或CO2的增加量的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量的增加量(或或CO2的减少量的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。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在没有初始值的情况下，白瓶中
9、测得的现有量黑瓶中测得的现有量总光合作用量。用量。【典例【典例2】(2019全国卷全国卷，31)(节选节选)回答下列与生态系统相关的问题。回答下列与生态系统相关的问题。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浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总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。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
10、水样分成三等份，一份直接测定分成三等份，一份直接测定O2含量含量(A)；另两份分别装入不透光；另两份分别装入不透光(甲甲)和透光和透光(乙乙)的两的两个玻璃瓶中，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含量含量(B)和乙瓶中的和乙瓶中的O2含量含量(C)。据此回答下列问题。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与与A的差的差值表示这段时间内值表示这段时间内_；C与与B的差值表示这段时间内的差值表示这段时间内_；A与与B的差值表的差
11、值表示这段时间内示这段时间内_。解析解析若干小时后，透光的乙瓶中的氧气含量若干小时后，透光的乙瓶中的氧气含量(C)与水样中氧气的初始含量与水样中氧气的初始含量(A)的差值的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中氧气的初始含量表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中氧气的初始含量(A)与不透光的与不透光的甲瓶中的氧气含量甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与与B的差的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总产氧量。值表示这一时间段内生产者光合作用的总产氧量。答案答案生产者净光合作用的放氧量生产者光
12、合作用的总放氧量生产者呼吸作用的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耗氧量耗氧量模型模型3半叶法半叶法测定光合作用有机物的产生量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。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。【
13、典例【典例3】(2019吉林长春吉林长春调研调研)某研究小组采用某研究小组采用“半叶法半叶法”对番茄叶片的光合速率进行对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻不做处理，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，在小时后，在A、B的对应部位截取的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是片的光合速率，
14、其单位是mg/(dm2h)。请分析回答下列问题：。请分析回答下列问题：(1)MA表示表示6 h后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量；后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量；MB表示表示6 h后后_呼吸作用有机物的消耗量。呼吸作用有机物的消耗量。(2)若若MMBMA，则，则M表示表示_。(3)真正光合速率的计算方法是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。本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。_。解析解析叶片叶片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部分部分
15、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，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表示表示6 h后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，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表示表示6 h后后叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量，则叶片初始质量呼吸作用有机物的消耗量，则MBMA就是光合作用就是光合作用6 h有机物的总产有机物的总产量量(B叶片被截取部分在叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真光合速率，。由此可计算真光合速率，即即M值除以时间再除以面积。值
16、除以时间再除以面积。答案答案(1)叶片初始质量光合作用有机物的总产量叶片初始质量光合作用有机物的总产量(2)B叶片被截取部分在叶片被截取部分在6 h内光合内光合作用合成的有机物总量作用合成的有机物总量(3)M值除以时间再除以面积，即值除以时间再除以面积，即M/(截取面积截取面积时间时间)(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。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。模型模型4叶圆片称
17、重法叶圆片称重法测定有机物的变化量测定有机物的变化量(1)操作图示操作图示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化量测定光合速率(S为叶圆片面积为叶圆片面积)。(2)结果分析结果分析净光合速率净光合速率(zy)/2S；呼吸速率呼吸速率(xy)/2S；总光合速率净光合速率呼吸速率总光合速率净光合速率呼吸速率(xz2y)/2S。【典例【典例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
18、理做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出仅限制叶片有机物的输入和输出)，并于不同时间分别在同一叶片上陆续，并于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片叶绿体的总光合速率是的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片叶绿体的总光合速率是(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生理活动的影响)，则，则M处的实验条件是处的实验条件是()A.下午下午4时后在阳光下照射时后在阳光下照射3小时再遮光小时再遮光3小时小时B.下午下午4时后将整个实验
19、装置遮光时后将整个实验装置遮光6小时小时C.下午下午4时后在阳光下照射时后在阳光下照射6小时小时D.下午下午4时后将整个实验装置遮光时后将整个实验装置遮光3小时小时解析解析依据选项，逆向推导，符合题干信息的就为正确选项。依题意，总光合速率依据选项，逆向推导，符合题干信息的就为正确选项。依题意，总光合速率净光合速率呼吸速率，净光合作用速率为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，还需测定呼吸速率，所以遮光所以遮光3小时，呼吸速率为小时，呼吸速率为(yz)/3(gcm2h1)，光合作用速率，光合作用速率(yx)/6(yz)/3(3y2zx)/6(gcm2
20、h1)。答案答案D模型模型5叶圆片上浮法叶圆片上浮法定性检测定性检测O2释放速率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；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，植物吸收在光合作用过程中，植物吸收CO2放出放出O2，由于，由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间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(或者叶或者叶片全部上浮所需时间的长短片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用强度的大
21、小。，即能比较光合作用强度的大小。【典例【典例5】取生长旺盛的绿叶，利用打孔器打出一批直径为取生长旺盛的绿叶，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溶液的培养皿溶液的培养皿底部，置于光温恒定且适宜的条件下底部，置于光温恒定且适宜的条件下(如图甲如图甲)，测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面，测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面所用的时间所用的时间(如图乙如图乙)。下列分析错误的是。下列分析错误的是()A.AB段随着段随着NaHCO3溶液浓度的增加，类囊体薄膜
22、上水的分解速率逐渐增大溶液浓度的增加，类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大B.CD段随着段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶绿体基质中溶液浓度的增加，叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减小的生成速率逐渐减小C.CD段随着段随着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溶液浓度的增加，单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小D.AD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析解析AB段随着段随着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，溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断
23、延长，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，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；正确；CD段随着段随着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，的生成速率逐渐减弱，B正确；细胞氧气的净释放就表示有机物的积累，正确；细胞氧气的净释放就表示有机物的积累，CD段叶圆片上浮至液面所用的时间段叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气
24、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，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；题中提出正确；题中提出“装置置于光温恒定且适宜的条件下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，因此此时如果增加光照强度或温度，都会使光合速率降低，导致叶圆片上浮至液面的时间延长，或温度，都会使光合速率降低，导致叶圆片上浮至液面的时间延长，D错误。错误。答案答案D模型模型6间隔光照法间隔光照法比较有机物的合成量比较有机物的合成量光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对
25、独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物产物ATP和和H不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的H和和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物
26、，持续进行一段时间的暗反应，因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有持续进行一段时间的暗反应，因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。机物相对多。【典例【典例6】(2019河南百校联盟联考河南百校联盟联考)科研人员利用科研人员利用“间隙光间隙光”来测定沙棘的光合作用，来测定沙棘的光合作用，每次光照每次光照20秒，黑暗秒，黑暗20秒，交替进行秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。据实验结果部分记录图分析，与连续光照据实验结果部分记录图分
27、析，与连续光照6小时，再连续黑暗小时，再连续黑暗6小时的相比，小时的相比，“间隙光间隙光”处理的光合作用效率处理的光合作用效率_(填填“大于大于”“等于等于”或或“小于小于”)连续光照下的光合效率，原连续光照下的光合效率，原因是因是“间隙光间隙光”能能_。上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比。上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率暗反应的速率_(填填“更快更快”或或“更慢更慢”)。图中两条曲线所围成的面积。图中两条曲线所围成的面积S1_S2(填填“大于大于”“等于等于”或或“小于小于”)。解析解析光照总时间相同的情况下，光照总时间相同的情况下，“间隙光间隙光”与连续光照处
28、理相比，光合作用合成的有与连续光照处理相比，光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，因为一般情况下，光合作用过程中的光反应速率很快，机物增多，光合作用效率更高，因为一般情况下，光合作用过程中的光反应速率很快，而暗反应速率较慢，而暗反应速率较慢，“间隙光间隙光”处理能充分利用光反应产生的处理能充分利用光反应产生的H和和ATP。S1面积相当于面积相当于光照时光反应积累的光照时光反应积累的H和和ATP，而这些，而这些H和和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以耗，所以S1与与S2大致相等。大致相等。答案答案大于充分利用光合作用光反应产生的大于充分利用光合作用光反应产生的H和和ATP更快等于更快等于
