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微专题 6 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
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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 NaHCO 溶液保证
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了容器内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
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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】 (2021·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( )
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
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小
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
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液可保持装置内CO 浓度不变，那么液滴移动距离即表示净光合作用产生 O 的
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多少，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
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溶液更换为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
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正确；若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，装置内植物光
合作用吸收的CO 量＝释放O 量，液滴不移动，C错误；若X溶液为清水并遮
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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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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；
⑧线粒体提取——细胞匀浆离心。
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
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瓶中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
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(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
O 含量(B)和乙瓶中的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】 (2021·河南洛阳统考)如图所示，将对称叶片左侧遮光，右侧曝光，
并采用适当的方法阻止两部分之间的物质转移。在适宜光照下照射6小时后，
从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为a和b。下列相关叙述正确的
是( )
A.所代表的是该叶片的呼吸速率
B.所代表的是该叶片的光合速率
C.所代表的是该叶片的净光合速率
D.所代表的是该叶片的真正光合速率
答案 D
解析 根据题意可知，左侧叶片遮光，则左侧叶片只进行呼吸作用，假设原来
被截取同等面积后烘干称重为 x，a代表遮光6小时后被截取的叶片烘干后的重
量，则该叶片的呼吸速率为，A错误；该叶片的光合速率是指真正的光合速率，
b－x表示该段时间内该叶片的净光合作用，其净光合速率为，而真正的光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝＋＝，B、C错误，D正确。
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)。
(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】 (2020·河南南阳一中4月模拟)某同学欲测定植物叶片的总光合作用
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
质量，测得叶圆片的总光合作用速率＝(7y－6z－x)/6(g·cm－2·h－1)(不考虑取叶圆
片的机械损伤和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则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3小时
C.下午4时后将整个实验装置遮光1小时
D.下午4时后在阳光下照射3小时
答案 C
解析 上午10时叶圆片干重为x克，下午4时叶圆片干重为y克，这段时间内叶圆片既进行了光合作用，又进行了呼吸作用，因此(y－x)克可表示这段时间内
的净光合作用积累的有机物总量。要想测得总光合作用速率，结合题干给出的
信息，需要测定出1小时的呼吸作用量，因此M处的实验条件是下午4时后将
整个实验装置遮光1小时，然后测定叶圆片质量为z克，则(y－z)/1可表示呼吸
速率，而叶圆片的总光合作用速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)
＝(7y－6z－x)/6(g·cm－2·h－1)。
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
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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小。
【典例5】 (2021·江苏南京一模)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( )
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 本题考查影响光合作用的因素以及相关探究实验。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[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[H]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】 (2019·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。
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
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于”)。
答案 大于 充分利用光合作用光反应产生的[H]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[H]和ATP。S 面积相当于光照时光反应积累的[H]和ATP，而这些[H]和ATP
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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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