1、第三單元細胞的能量供應和利用光合作用與細胞呼吸三率分析與測定光合作用與細胞呼吸三率的分析光合作用與細胞呼吸三率的測定分析光合作用與細胞呼吸三率的關系活動：光合作用與細胞呼吸三率的測定課標要求明考向 通過光合作用和細胞呼吸的物質和能量轉化關系，建立物質與能量觀和普遍聯系的觀點通過闡述光合作用與細胞呼吸的相互關系，形成歸納與概括、模型與建模的科學思維方法了解三率的測定方法，掌握實驗設計的方法與技巧生命觀念科學思維科學探究光合作用與細胞呼吸三率的分析1、三率的分析(1)內在關系細胞呼吸速率：植物在黑暗條件下測得的值單位時間內一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量或消耗有機物的量。凈光合速率：也叫表觀光

2、合速率，植物在有光條件下測得的值單位時間內一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量或積累有機物的量。總光合速率：即真正光合速率，植物在有光條件下生產的值單位時間內一定量葉面積所固定的CO2量或產生的O2量或制造有機物的量。 光合作用固定的CO2量從環境中吸收的CO2量呼吸釋放的CO2量光合作用產生的O2量釋放到環境中的O2量呼吸作用消耗的O2量光合作用制造的有機物量=積累的有機物量+呼吸消耗的有機物量總光合速率凈光合速率細胞呼吸速率(1)內在關系 (2)微觀模型該微觀細胞模型指代整個植株的所有細胞，而不是僅指葉肉細胞。同理，細胞中的線粒體和葉綠體也是指代整個植株所有的線粒體和葉綠體。 呼吸速

3、率= CO2釋放速率（m1）= O2吸收速率（n1） 凈光合速率= CO2吸收速率（m2）= O2釋放速率（n2） 總光合速率= CO2固定速率（m3）= O2產生速率（n3） m3=m1+m2 m2=m3-m1 n3=n1+n2 n2=n3-n1 (3)曲線模型(1)圖1中B點對整個植株而言，光合速率呼吸速率，而對于綠色組織來說，光合速率呼吸速率。(2)圖2中曲線表示總光合量，曲線表示呼吸量，曲線表示凈光合量。交點D對應點E，此時凈光合量為0，B點時植物生長最快。(3)圖3中曲線c表示凈光合速率，d表示呼吸速率，cd表示總光合速率。在G點時，總光合速率是呼吸速率的2倍。(4)文字表述指標總(

4、真正)光合速率凈(表觀)光合速率呼吸速率CO2的量“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量“從環境(容器)中吸收”或“環境(容器)中減少”的CO2的量黑暗中釋放的CO2的量O2的量“產生”或“制造”的O2的量“釋放至容器(環境)中”或“容器(環境)中增加”的O2的量黑暗中吸收的O2的量有機物的量“產生”“合成”或“制造”的有機物的量“積累”“增加”或“凈產生”的有機物的量黑暗中消耗的有機物的量還有“葉綠體吸收”也表示總光合速率凈光合速率與實際光合速率的計算要注意兩點：單位 計算時三率的單位必須要統一。比如：凈光合速率用mgcm-2s-1表示，呼吸速率用gdm-2h-1表示，求總光合速率時要將其中

5、一方的單位進行轉化，使二者的單位統一。指標 計算時要用相同的指標運算。比如：光合作用CO2固定量實測的CO2消耗量呼吸CO2釋放量；有機物的積累量有機物的制造量有機物的消耗量。 圍繞三率的內在聯系，考查科學思維CA、CO2的吸收速率表示的是凈光合速率，不是總光合速率，A錯誤；B、用H218O澆灌植物，植物會發生蒸騰作用，即使當V光V呼時，根尖細胞中產生ATP的部位只有細胞質基質和線粒體，C正確；D、植物除了葉肉細胞可進行光合作用外，其余無葉綠體的細胞，只進行呼吸作用，故葉肉細胞的V光V呼時，整株植物的V光V呼，植物的有機物積累量0，D錯誤。1. 若植物的總光合速率用V光表示，植物的有氧呼吸速率

6、用V呼表示，下列有關敘述正確的是（ ）A可以用CO2的吸收速率和O2的消耗速率來分別表示V光和V呼B用H218O澆灌植物，當V光V呼時，根尖細胞中產生ATP的部位只有細胞質基質和線粒體D當葉肉細胞的V光V呼時，整株植物的V光V呼，植物的有機物積累量為0(1)圖中顯示，13：00時黃瓜光合作用出現了“午休”現象，是氣孔關閉導致CO2吸收不足，進而影響光合作用暗反應，因此適當增加環境的相對濕度可降低黃瓜光合作用“午休”的程度。2. (2021青島高三質檢)如圖是北方某干旱地區夏日晴朗天氣，黃瓜葉片凈光合速率與胞間CO2濃度的日變化曲線。請回答下列問題： (1)據圖推測13：00時，_(填“增加”或

7、“降低”)環境的相對濕度可降低黃瓜光合作用“午休”的程度，原因是_。增加 避免因氣孔關閉導致胞間CO2濃度較低，進而影響暗反應速率(2)據圖中實驗結果可知，17：0018：00之間黃瓜的凈光合速率大于零，說明其光合速率大于呼吸速率。2. (2021青島高三質檢)如圖是北方某干旱地區夏日晴朗天氣，黃瓜葉片凈光合速率與胞間CO2濃度的日變化曲線。請回答下列問題： (2)有同學認為，17：0018：00胞間CO2濃度快速上升的原因是呼吸速率大于光合速率，你認為是否正確？_(填“是”或“否”)，理由是_。否 由圖中實驗結果可知該時間段凈光合速率大于零(3)根據題意分析可知，玉米、甘蔗等植物細胞中有一種

8、酶，能通過一系列反應將CO2“泵”入某些進行光合作用的細胞，即玉米、甘蔗等植物能利用較低濃度的CO2，所以在干旱缺水地區，與11：00時相比，13：00時該類植物光合作用速率反而有所升高。2. (2021青島高三質檢)如圖是北方某干旱地區夏日晴朗天氣，黃瓜葉片凈光合速率與胞間CO2濃度的日變化曲線。請回答下列問題： (3)玉米、甘蔗等植物細胞中有一種酶，能通過一系列反應將CO2“泵”入某些進行光合作用的細胞，保證暗反應順利進行。在干旱缺水地區，與11：00時相比，13：00時該類植物光合作用速率反而有所升高，除光照、溫度等因素外，主要原因是_。該類植物能利用較低濃度的CO2 光合作用與細胞呼吸

9、三率的測定1.液滴移動法（1）測定裝置（2）測定指標本方法適合以O2的含量變化作為測定指標，通過紅色液滴的移動判斷氣體含量的變化，從而測定三率。由于CO2比O2容易操控，因此可通過控制CO2來測定O2的含量變化。（3）測定方法 測定呼吸速率 a使用裝置：甲裝置 b實驗條件：黑暗條件。黑暗中植物只進行細胞呼吸，可避免光合作用的干擾 cNaOH作用：利用NaOH溶液吸收掉呼吸作用產生的CO2 d表示方法：單位時間內紅色液滴左移的距離表示植物的O2消耗量，可代表呼吸速率（3）測定方法 測定凈光合速率 a使用裝置：乙裝置 b實驗條件：光照條件。光照下植物進行光合作用和細胞呼吸 cNaHCO3作用：Na

10、HCO3溶液作為CO2緩沖液，保證了容器內CO2含量的穩定 d表示方法：單位時間內紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率 真光合速率凈光合速率呼吸速率。（4）誤差校正為防止氣壓、溫度等物理因素（即非生物因素）引起誤差，應設置對照實驗，用滅活的綠色植物進行上述實驗（圖丙），根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。 實驗變量控制：上述實驗測定過程中，除了提及的實驗條件，其他條件應保持相同且適宜，從而避免無關變量對實驗的干擾。 也可利用裝置乙在黑暗條件下測定呼吸速率。NaHCO3溶液維持容器內CO2含量的恒定，單位時間內紅色液滴左移的距離表示植物的O2消耗量，可代表呼吸速率。

11、 測定凈光合速率時，裝置乙的液滴也可能往左移動，說明此時呼吸速率光合速率。（5）計算方法 序號裝置甲裝置乙裝置丙呼吸速率凈光合速率總光合速率左移x右移y不動xyx+y左移x右移y左移zx-zy+z（x-z）+（y+z）左移x右移y右移zx+zy-z（x+z）+（y-z）左移x左移y右移zx+zy-xx-y2.黑白瓶法 （1）測定裝置 （2）測定生物 本方法適合測定小型水生植物如水綿、綠藻、黑藻等的光合作用和呼吸作用。 （3）測定指標 本方法可用氧氣傳感器檢測O2的含量變化作為測定指標。 （4）測定方法 呼吸速率 a使用裝置：黑瓶 b實驗操作：從富含藻類的某一深度的水層取樣，測定初始含氧量x，將

12、瓶口密封后再沉入取水處，24小時后取出，測定兩瓶中的氧氣含量y。 c計算方法：呼吸速率=x-y （4）測定方法 凈光合速率 a使用裝置：白瓶 b實驗操作：從相同位置的水層取等量水樣，測定初始含氧量x，將瓶口密封后再沉入取水處，24小時后取出，測定兩瓶中的氧氣含量z。 c計算方法：凈光合速率=z-x 總光合速率 真正光合速率=呼吸速率+凈光合速率=（x-y）+（z-x） 買不到黑瓶，可用透明玻璃瓶先包以黑膠布，再包以錫箔制成；白瓶應為透明玻璃瓶。 黑瓶不透光，瓶中生物僅能進行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可進行光合作用和呼吸作用。 若只計算總光合速率，可不用測定初始含氧量，直接利用白瓶最終含氧量-

13、黑瓶最終含氧量即為總光合作用量。 3.半葉法 （1）實驗設置（2）使用范圍檢測單位時間、單位葉面積干物質產生總量，常用于大田農作物的光合速率測定。（3）測定指標本方法以有機物的含量變化作為測定指標。 （4）測定方法 呼吸速率 a實驗操作：在測定時，取葉片小部分面積測定初始干重x，然后將植物對稱葉片的一部分遮光或取下置于暗處，過一定時間后，在這部分的某一部位取同等面積的葉片，稱量干重y。 b計算方法：呼吸速率=x-y （4）測定方法 凈光合速率 a實驗操作：將另一部分則留在光下進行光合作用，其他條件相同。過相同時間后，在這部分的對應部位取同等面積的葉片，稱量干重z。 b計算方法：凈光合速率=z-

14、x 總光合速率 真正光合速率=呼吸速率+凈光合速率=（x-y）+（z-x） 因為對稱葉片的兩對應部位的等面積的干重，開始時被視為相等，照光后的葉片重量超過黑暗中的葉重，超過部分即為光合作用產物的產量，并通過一定的計算可得到光合作用強度。 4.圓葉片法 (1)操作圖示 本方法通過測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。 移走的圓葉片X（干重x g）隨后立即將整個裝置移動至黑暗中處理1小時移走的圓葉片Y（干重y g）隨后立即將整個裝置移動至光照下處理1小時移走的圓葉片Z（干重z g）(2)結果分析 凈光合速率(zy)/S； 呼吸速率(xy)

15、/S； 總光合速率凈光合速率呼吸速率(xz2y)/S。 1.四種測定方法總結 以上四種測定方法雖然各有不同，但實際的原理是相通的，即在黑暗條件下測定呼吸速率，光照下測定凈光合速率，二者之和即為總光合速率。 2.有關植物生長的計算公式 自然狀態下一晝夜有機物的積累量（M）=光照時間凈光合速率-黑暗時間呼吸速率，若M0，植物逐漸生長；若M=0，植物不長不死；若M0，植物逐漸死亡。 X溶液為NaOH溶液C.若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細胞呼吸時，液滴右移D.若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為脂肪時，液滴左移圍繞三率的測定，考查科學探究能力C當給予光照時，裝置內植物既進行光合作用也進行呼

16、吸作用，CO2緩沖液可保持裝置內CO2濃度不變，那么液滴移動距離即表示凈光合作用釋放O2的多少，A正確；真光合強度凈光合強度呼吸強度，測呼吸強度需另設一裝置，遮光處理(不能進行光合作用)，為排除有氧呼吸產生的CO2的干擾，將X溶液更換為NaOH溶液，那么測得的液滴移動距離即有氧呼吸消耗O2的量，B正確；若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細胞呼吸時，裝置內植物光合作用吸收的CO2量釋放O2量，植物有氧呼吸吸收O2的量釋放CO2的量，液滴不移動，C錯誤；若X溶液為清水并遮光處理，開始一段時間內，植物進行有氧呼吸，消耗的底物為脂肪時，其氧化分解需要O2的量大于產生CO2的量，液滴向左移動，D正確

17、。1.某興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置若干組，在室溫25 下進行了一系列的實驗，下列對實驗過程中裝置條件及結果的敘述錯誤的是A.若X溶液為CO2緩沖液并給予光照，液滴移動距離可表示凈光合作用強度大小B.若要測真光合強度，需另加設一裝置遮光處理，若干小時后，透光的乙瓶中的氧氣含量(C)與水樣中氧氣的初始含量(A)的差值表示這一時間段內生產者凈光合作用的放氧量；水樣中氧氣的初始含量(A)與不透光的甲瓶中的氧氣含量(B)的差值表示這一時間段內生產者呼吸作用的耗氧量；C與B的差值表示這一時間段內生產者光合作用的總放氧量。2.通常，對于一個水生生態系統來說，可根據水體中含氧量的變化計算出生態系統中浮游

18、植物的總初級生產量(生產者所制造的有機物總量)。若要測定某一水生生態系統中浮游植物的總初級生產量，可在該水生生態系統中的某一水深處取水樣，將水樣分成三等份，一份直接測定O2含量(A)；另兩份分別裝入不透光(甲)和透光(乙)的兩個玻璃瓶中，密閉后放回取樣處，若干小時后測定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。據此回答下列問題。在甲、乙瓶中生產者呼吸作用相同且瓶中只有生產者的條件下，本實驗中C與A的差值表示這段時間內_；C與B的差值表示這段時間內_；A與B的差值表示這段時間內_。生產者凈光合作用的放氧量生產者光合作用的總放氧量生產者呼吸作用的耗氧量3.研究者將對稱葉片一半遮光，另一半照光

19、處理。經過一段時間后，在對稱部位截取同等面積(實驗處理前干重相同)的葉片，烘干稱重，用于相關速率的計算。不考慮光照條件對葉片呼吸速率的影響，下列說法正確的是()A.遮光處理后葉綠體基質中C3的含量比照光處理后低B.照光處理時類囊體薄膜上可發生NADP與電子和H結合C.照光處理與遮光處理后葉片的干重差是由呼吸作用引起的D.要計算光合作用速率還需測定同等面積葉片的初始干重B遮光后，光反應停止，短時間內C3被還原成C5的過程減弱乃至停止，而C5固定CO2的過程仍能繼續，故遮光后C3含量會比照光時的C3含量高，A錯誤；照光處理時類囊體薄膜上可產生NADPH，故可發生NADP與電子和H結合，B正確；照光

20、處理后與遮光處理后葉片的干重差(單位時間內)是真光合作用速率，因此不需要測定同等面積葉片的初始干重，C、D錯誤。4.某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合速率，做如圖所示實驗：在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1 cm2的葉圓片烘干后稱其重量，測得葉片葉綠體的光合速率是(3y2zx)/6(gcm2h1)(不考慮取葉圓片后對葉片生理活動的影響和溫度微小變化對葉片生理活動的影響)M處的實驗條件是D依題意，光合速率凈光合速率呼吸速率，凈光合作用速率為(yx)/6(gcm2h1)，還需測定呼吸速率，所以遮光3小時，呼吸速率為(yz)/3(gcm2h

21、1)，光合作用速率(yx)/6(yz)/3(3y2zx)/6(gcm2h1)。A下午4時后在陽光下照射3小時再遮光3小時B下午4時后將整個實驗裝置遮光6 小時C下午4時后在陽光下照射6小時D下午4時后將整個實驗裝置遮光3小時葉片A部分遮光，雖不能進行光合作用，但仍可照常進行呼吸作用。葉片B部分不做處理，既能進行光合作用，又可以進行呼吸作用。分析題意可知，MB表示6 h后葉片初始質量光合作用有機物的總產量呼吸作用有機物的消耗量，MA表示6 h后葉片初始質量呼吸作用有機物的消耗量，則MBMA就是光合作用6 h有機物的總產量(B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量)。由此可計算真光合速率

22、，即M值除以時間再除以面積。5.某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2h)。請分析回答下列問題：(1)MA表示6 h后葉片初始質量呼吸作用有機物的消耗量；MB表示6 h后_呼吸作用有機物的消耗量。(2)若MMBMA，則M表示_。葉片初始質量光合作用有機物的總產量 葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量葉片A部分遮光，

23、雖不能進行光合作用，但仍可照常進行呼吸作用。葉片B部分不做處理，既能進行光合作用，又可以進行呼吸作用。分析題意可知，MB表示6 h后葉片初始質量光合作用有機物的總產量呼吸作用有機物的消耗量，MA表示6 h后葉片初始質量呼吸作用有機物的消耗量，則MBMA就是光合作用6 h有機物的總產量(B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量)。由此可計算真光合速率，即M值除以時間再除以面積。5.某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應部位截取同等面積

24、的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2h)。請分析回答下列問題：(3)真正光合速率的計算方法是_。 M值除以時間再除以面積，即M/(截取面積時間)葉片A部分遮光，雖不能進行光合作用，但仍可照常進行呼吸作用。葉片B部分不做處理，既能進行光合作用，又可以進行呼吸作用。分析題意可知，MB表示6 h后葉片初始質量光合作用有機物的總產量呼吸作用有機物的消耗量，MA表示6 h后葉片初始質量呼吸作用有機物的消耗量，則MBMA就是光合作用6 h有機物的總產量(B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量)。由此可計算真光合速率，即M值除以時

25、間再除以面積。5.某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2h)。請分析回答下列問題：(4)本方法也可用于測定葉片的呼吸速率，寫出實驗設計思路。將從測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分開，一部分立即烘干稱重，另一部分在暗中保存幾小時后再烘干稱重，根據二者干重差即可計算出葉片的呼吸速率。6.科研人員利用“間隙光”來測定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替進行12小時，并用靈敏傳感器記錄環境中氧氣和二氧化