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考点五 光合作用与细胞呼吸速率的测定与分析
1．通过液滴移动测定光合速率和呼吸速率
(1)测定细胞呼吸速率
NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸释放的CO。随着O 的消耗，容器内气体压强减小，毛细
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管内的有色液滴左移，单位时间内有色液滴左移的体积表示细胞呼吸耗氧速率。若被测生物
为植物，整个装置必须遮光处理。对照组的设置是将所测生物灭活，其他各项处理与实验组
完全一致。
(2)测定细胞呼吸类型
同时设置甲装置：NaOH溶液组、乙装置：蒸馏水组，植物需遮光处理，根据两组装置中有
色液滴移动的情况可分析被测生物的细胞呼吸类型。
容器中气体变化 细胞呼吸类型
不消耗O，但产生CO(甲组有色液滴不移
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进行产生酒精的无氧呼吸
动，乙组有色液滴右移)
CO 释放量等于O 消耗量(甲组有色液滴左 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和
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移，乙组有色液滴不移动) 产生乳酸的无氧呼吸
CO 释放量大于O 消耗量(甲组有色液滴左 产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸同
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移，乙组有色液滴右移) 时进行
CO 释放量小于O 消耗量(甲组有色液滴左 进行有氧呼吸时，底物中除糖类外
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移，乙组有色液滴左移) 还有脂质
(3)测定净光合速率
NaHCO 缓冲溶液保证了容器内CO 浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。
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①光照条件下植物释放的O ，使容器内气体压强增大，毛细管内的有色液滴右移，单位时
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间内有色液滴右移的体积表示净光合作用释放O 的速率。
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②若有色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸强度大于光合作用强度，吸收O 使瓶内气压减
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小。
③若有色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用强度等于细胞呼吸强度，生成 O 量等于
2消耗O 量，瓶内气压不变。
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2．黑白瓶法测水生植物的光合速率
“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，题
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：
1．(经典高考题)科研人员对猕猴桃果肉的光合放氧特性进行了系列研究。下图为光合放氧
测定装置示意图，请回答下列问题：
(1)图中影响光合放氧速率的因素有________________________。氧电极可以检测反应液中
氧气的浓度，测定前应排除反应液中________________的干扰。
(2)在反应室中加入NaHCO 的主要作用是____________。若提高反应液中NaHCO 浓度，
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果肉放氧速率的变化是___________(填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减
小”)。
答案 (1)光照、温度、CO(NaHCO )浓度 溶解氧 (2)提供CO 增大后稳定
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解析 (1)通过变换图中光源，自变量是光，故可研究光强、光质对光合作用的影响；影响
光合放氧速率的因素有光照、温度、CO(NaHCO )浓度；氧电极可以检测反应液中氧气的浓
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度，为使氧气全是叶片产生，故测定前应排除反应液中溶解氧的干扰。(2)实验在反应室中
加入NaHCO 的主要作用是提供CO ，若提高反应液中NaHCO 浓度，CO 增多，暗反应速
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率提高，整体光合速率提高，果肉放氧速率的变化是增大后稳定。
2．(2016·全国Ⅱ，31)BTB是一种酸碱指示剂，BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO 浓度的
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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NaHCO 和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO 使溶液变成
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浅绿色，之后将等量的浅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。
试管编号 1 2 3 4 5 6 7水草 无 有 有 有 有 有 有
距日光灯的距离(cm) 20 遮光* 100 80 60 40 20
50 min后试管中溶
浅绿色 X 浅黄色 黄绿色 浅绿色 浅蓝色 蓝色
液的颜色
*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100 cm的地方。
若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，请回答下列问题：
(1)本实验中，50 min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____________________
_______________________________________________________________________________
。
答案 (1)不同光照强度下水草的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CO 浓度高于3号试管 (3)光合作用强度等于呼吸
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作用强度，吸收与释放的CO 量相等
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解析 (1)依题意并结合表中信息可知，距日光灯的距离表示光照的强弱。2号试管遮光，其
内的水草不能进行光合作用，但能进行细胞呼吸；3～7号试管内的水草在有光的条件下，
溶液颜色的变化是光合作用吸收的CO 量与细胞呼吸释放的CO 量的综合作用的结果；1号
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试管为对照组，其中的NaHCO 可维持CO 浓度的相对稳定，2～7号试管为实验组。综上
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所述，若50 min后，1号试管的溶液是浅绿色，则说明 2～7号试管的实验结果是由水草在
不同光照强度下光合作用与呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，表明即使无水草，
也会引起溶液颜色变化，因而2～7号试管的实验结果是不可靠的。(2)2号试管因遮光，其
内的水草不能进行光合作用消耗CO ，但能通过细胞呼吸释放CO ，所以试管内CO 浓度最
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高，X代表的颜色应为黄色。(3)5号试管中的溶液颜色与对照组1号试管的相同，均为浅绿
色，说明在此条件下水草并未引起溶液中CO 含量变化，这意味着其光合作用强度与呼吸作
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用强度相等。
题组 光合速率和呼吸速率的测定
1．某生物兴趣小组利用下图所示的实验装置来探究绿色植物的生理作用。据此回答下列问
题：(1)若要探究植物细胞呼吸的类型，选取的实验装置有__________________，为使实验结果
更科学，还需设置________________。若实验中对照组的红色液滴静止不动，植物既进行有
氧 呼 吸 又 进 行 无 氧 呼 吸 ， 则 观 察 到 的 实 验 现 象 是
_______________________________________。
(2)若要验证CO 是植物光合作用的必需原料，选取的最佳实验装置是______________。
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答案 (1)装置一和装置二 对照实验 装置一红色液滴左移、装置二红色液滴右移 (2)装
置一和装置三
解析 (1)若要探究植物细胞呼吸的类型，选取的实验装置有装置一和装置二，为使实验结
果更科学，还需设置没有植物(或灭活植物)的对照实验，排除物理因素的影响。若实验中对
照组的红色液滴静止不动，植物既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，则装置一烧杯中盛放
NaOH溶液，能够吸收细胞呼吸产生的二氧化碳，有氧呼吸消耗氧气，则红色液滴向左移；
装置二烧杯中盛放蒸馏水，不能吸收二氧化碳，植物有氧呼吸消耗的氧气量小于细胞呼吸产
生的二氧化碳量，则红色液滴右移。(2)装置一烧杯中盛放NaOH溶液，能够吸收细胞呼吸
产生的二氧化碳；装置三烧杯中盛放CO 缓冲液，可以为光合作用提供二氧化碳。因此若要
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验证CO 是植物光合作用的必需原料，选取的最佳实验装置是装置一和装置三。
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2．如图表示在不同温度下，测定某1 cm2植物叶片质量(mg)变化情况(均考虑为有机物的质
量变化)的操作流程及结果，据图分析回答问题：
(1)由操作流程图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为______ mg·cm－2·h－1(用图中字母表
示)，实际光合速率可表示为__________ mg·cm－2·h－1(用图中字母表示)。
(2)由实验结果图分析，恒定在上述______ ℃下，维持12 h光照，12 h黑暗，该1 cm2植物
叶片增重最多，增重了________ mg。
答案 (1)X Y＋2X (2)14 36
解析 (1)由操作流程图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为X(mg·cm－2·h－1)，而单位时
间光照下叶片重量的增加量表示的是净光合速率，故光照1小时实际(总)光合速率＝净光合
速率＋呼吸速率＝M＋Y－(M－X)＋X＝Y＋2X(mg·cm－2·h－1)。(2)从实验结果图可以看出，在14 ℃下，维持12 h光照，12 h黑暗，该植物叶片增重最多，净光合速率＝总光合速率－
呼吸速率＝(3＋2×2)×12－2×24＝36(mg)。
