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微专题 4 三率测定的 6 种实验模型
模型1 气体体积变化法——测定光合作用O 增加的体积或CO 消耗的体积
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[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CO ，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O 吸收速率，可代表
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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NaHCO 溶液保证了
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容器内CO 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O 释放
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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。
【典例1】 (2022·河南九师联盟)某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，
在室温25 ℃下进行了一系列的实验，下列对实验过程中装置条件及结果的叙述
错误的是( )
INCLUDEPICTURE "E:\\丁苗苗\\课件\\一轮\\新建文件夹\\B306.tif" \*
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A.若X溶液为CO 缓冲液并给予光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小
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B.若要测真光合强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液
C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移
答案 C
解析 当给予光照时，装置内植物既进行光合作用也进行呼吸作用，CO 缓冲液可
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保持装置内CO 浓度不变，那么液滴移动距离即表示净光合作用释放O 的多少，
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A正确；真光合强度＝净光合强度＋呼吸强度，测呼吸强度需另设一装置，遮光处
理(不能进行光合作用)，为排除有氧呼吸产生的CO 的干扰，将X溶液更换为
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NaOH溶液，那么测得的液滴移动距离即有氧呼吸消耗O 的量，B正确；若X溶液
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为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，装置内植物光合作用吸收的 CO
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量＝释放O 量，植物有氧呼吸吸收O 的量＝释放CO 的量，液滴不移动，C错误；
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若X溶液为清水并遮光处理，开始一段时间内，植物进行有氧呼吸，消耗的底物为
脂肪时，其氧化分解需要O 的量大于产生CO 的量，液滴向左移动，D正确。
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MERGEFORMATINET 光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验
条件的控制
①增加水中O ——泵入空气或吹气或放入绿色水生植物；
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②减少水中O ——容器密封或油膜覆盖或用凉开水；
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③除去容器中CO ——氢氧化钠溶液；
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④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中；
⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热；
⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光；
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。
模型2 黑白瓶法——测溶氧量的变化
(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O 的减少量(或CO 的增加量)为有氧呼吸量；白瓶
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中O 的增加量(或CO 的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
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(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。
【典例2】 (2019·全国卷Ⅱ，31)(节选)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，一份直接测定O 含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光
2(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O 含量(B)和
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乙瓶中的O 含量(C)。据此回答下列问题。
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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
________________________。
答案 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
解析 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(A)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(A)与
不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧
量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。
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。
【典例3】 (2022·福建厦门双十学校质检)研究者将对称叶片一半遮光，另一半照
光处理。经过一段时间后，在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片
烘干称重，用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，下列说
法正确的是( )
A.遮光处理后叶绿体基质中C 的含量比照光处理后低
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B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP＋与电子和H＋结合
C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的
D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重
答案 B
解析 遮光后，光反应停止，短时间内C 被还原成C 的过程减弱乃至停止，而C
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固定CO 的过程仍能继续，故遮光后C 含量会比照光时的C 含量高，A错误；照
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光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH，故可发生NADP＋与电子和H＋结合，B正
确；照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真光合作用速率，因此
不需要测定同等面积叶片的初始干重，C、D错误。
模型4 叶圆片称重法——测定有机物的变化量
(1)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化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
INCLUDEPICTURE "E:\\丁苗苗\\课件\\一轮\\新建文件夹\\S32B.tif" \*
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(2)结果分析
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。
【典例4】 在同一天时间里，从经过饥饿处理的植物的同一叶片上陆续取下面积
相同的叶圆片，称取其质量，实验情况如图所示。在不考虑叶片内有机物向其他部
位转移的情况下进行分析，其中错误的是( )
INCLUDEPICTURE "E:\\丁苗苗\\课件\\一轮\\新建文件夹\\1W285.tif" \*
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A.叶圆片y比叶圆片x重
B.(y－x)g可代表从上午10时到下午4时光合作用中有机物的净增加量
C.在下午4时至晚上10时这段时间内，呼吸作用消耗有机物的量可表示为(y－z)g
D.假使全天温度保持不变，则从上午10时到下午4时，一个叶圆片制造的有机物
为(y－x)g
答案 D
解析 y经过了光合作用，比在饥饿处理下的叶片多积累了一些有机物，因此y比
x重，A正确；(y－x)g可代表从上午10时到下午4时光合作用中有机物的净增加
量，B正确；下午4时到晚上10时都在黑暗中，植物叶片只进行呼吸作用，(y－z)g
表示这6个小时呼吸消耗的有机物的量，C正确；(y－x)g可代表从上午10时到下
午4时光合作用中有机物的净增加量，(y－z)g表示这6个小时呼吸消耗的有机物
的量，所以从上午10时到下午4时，一个叶圆片制造的有机物＝6个小时内有机
物的净增加量＋6个小时呼吸消耗的有机物的量＝(y－x)＋(y－z)＝2y－x－z，D
错误。模型5 叶圆片上浮法——定性检测O 释放速率
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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CO 放出O ，由于O 在水中的溶解度很小而在
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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小。
【典例5】 (2021·南京一模)利用装置甲，在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶
片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲
测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是( )
INCLUDEPICTURE "E:\\丁苗苗\\课件\\一轮\\新建文件夹\\B309.TIF" \*
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A.从图乙可看出，F植物适合在较强光照下生长
B.光照强度为1 klx时，装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴不移动
C.光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率相等
D.光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间
短
答案 D
解析 根据图乙可知，F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比较低，适合在较弱
光照下生长，A错误；光照强度为1 klx时，E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率
装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的氧气，使液滴左移，B错误；光照强度为3
klx时，E、F两种植物叶圆片的净光合强度相等，但E植物叶圆片的呼吸作用强度
大于F植物叶圆片，故光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速
率不相等，C错误；光照强度为6 klx时，E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物
叶圆片的净光合作用强度，故此光照强度下，E植物叶圆片释放的氧气多，故装置
甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短，D正确。
模型6 间隔光照法——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 ATP 和 NADPH 不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的NADPH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。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，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。
【典例6】 (2022·河南百校联盟联考)科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合
作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12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。
INCLUDEPICTURE "E:\\丁苗苗\\课件\\一轮\\新建文件夹\\1S197C.tif" \*
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据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时的相比，“间
隙光”处理的光合作用效率________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照
下的光合效率，原因是“间隙光”能________________。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________(填“更快”或“更慢”)。图中
两条曲线所围成的面积S ________S (填“大于”“等于”或“小于”)。
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答案 大于 充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP 更快 等于
解析 光照总时间相同的情况下，“间隙光”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，而暗反应速率较慢，“间隙光”处理能充分利用光反应产生的
NADPH 和 ATP。S 面积相当于光照时光反应积累的 NADPH 和 ATP，而这些
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NADPH和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以S 与S 大致相等。
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