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题型 7 光合作用与呼吸作用相关的实验探究（核
心知识）
一、教材基础实验
实验1：探究酵母菌细胞呼吸的方式
1、实验原理
（1）酵母菌的代谢类型： 异养兼性厌氧型 。既可进行有氧呼吸，也可进行无氧呼吸。
（2）呼吸产物的检测
呼吸类型 产物 检测试剂 现象 检测指标
HO
2
有氧呼吸
CO
2
（1）澄清石灰水
（1）石灰水 混浊程度
（1）变混浊
（2）溴麝香草酚蓝溶液
（2）溴麝香草酚蓝溶液变成黄色
无氧呼吸
CO
2
（3）CO 传感器
（2）蓝→绿→黄
的时间长短
2
酒精 酸性重铬酸钾 橙色→灰绿色 溶液的颜色变化及变色时间长短
2、实验装置
【微（点1）拨酵】母菌培养液（ 酵母菌 +质量分数为 5% 的葡萄糖溶液）
葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶
（2）控制有氧条件的方法：将空气通入A瓶之前 先用 NaOH 溶液处理 ，这样 既能保证 O 的充分供
2
液中的葡萄糖。
应，又能排除空气中的 CO 对实验结果的干扰。
2
（3）控制无氧条件的方法：B瓶封口一段时间后再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是让酵母菌将B 瓶中的 O 耗尽，确保产物 CO 均来自无氧呼吸。也可在加入酵母菌溶液后立即加入石蜡油或植物油密
2 2
封。
（4）检测酒精的产生：在A、B中各取2mL酵母菌培养液的 滤液 ，分别注入编号为1、2的两支
试管中，分别滴加0.5mL溶有0.1g 重铬酸钾 的 浓硫酸 溶液，振荡并观察溶液的颜色变化。
3、实验现象
澄清石灰水的变化 1、2两试管的变化
甲组 混浊程度 大 且变化 快 无变化
乙组 混浊程度 小 且变化 慢 出现 灰绿色
4、实验结论
（1）酵母菌在 有氧 和 无氧 条件下都能进行细胞呼吸。
（2）在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生 大量的 CO 和 水 ；在无氧条件下，酵母菌通过
2
细胞呼吸产生 酒精 ，还产生 少量 CO 。
2
5、实验分析
科学方法：本实验属于 对比 实验（填实验类型），是指设置两个或两个以上的 实验组 ，通过
对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，也叫 相互对照 实验。如本实验中有氧和无氧
条件下的实验结果均未知，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。这种类型的实验 不需要
（需要/不需要）另设空白对照组。
实验2：绿叶中色素的提取和分离
1、实验原理
（1）提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 无水乙醇 中，用无水乙醇可提取叶绿体中的
色素。
（2）分离原理：不同的色素在 层析液 中的 溶解度 不同，溶解度越 高 的色素随层析液在
滤纸上的扩散速度就越 快 ，反之则慢。
（3）分离方法： 纸层析法 。
【微点拨】
1. 若实验室中没有无水乙醇，可用 体积分数为 95% 乙醇加入适量无水碳酸钠 代替。其中无水碳酸钠可
以除去乙醇中的水分。
2. 易错点：提取试剂——无水乙醇；分离试剂——层析液。
2、实验步骤
（1）色素的提取（2）色素的分离【微点拨】
1. 色素的提取实验中，
（1）无水乙醇不应一次性加入，为保证提取效果，应分多次加入。
（2）研磨时应迅速、充分，目的是防止溶剂挥发，并充分溶解色素。
（3）过滤时应用单层尼龙布，不能用纱布或滤纸，因为它们会吸附色素。
2. 色素的分离实验中，
（1）制备滤纸条时，若没有剪去两角，滤纸边缘的层析液扩散速度比中间快，会形成弧形色素带。
（2）画滤液细线时，要细、直、齐，使分离出的色素带平整、不重叠。待滤液细线干后， 要重画 1~ 2
次，使滤液细线处有较多的色素，分离出的色素带清晰分明。
（3）纸层析色素时，不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在
滤纸上扩散。
3. 实验问题分析
问题 原因
1. 未加二氧化硅 （石英砂），研磨不充分
2. 使用放置数天的菠菜叶，滤液中的叶绿素含量过少
收集到的滤液颜色过浅
3. 一次性加入大量无水乙醇
4. 未加碳酸钙或加入过少 ，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠 滤液细线画得过粗且不直
1. 忘记画 滤液细线
滤纸条上看不见色素带
2. 滤液细线接触层析液，且时间较长 ，色素全部溶解到层析液中
二、科学史
1、叶绿体功能验证实验——恩格尔曼实验
实验一
【实验历程】把载有 水棉 （叶绿体呈螺旋带状分布）和 需氧细菌 的临时装片放在没有空气的小室内，进行以下两组实验，一组在黑暗中用极细的光束照射水棉，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部分
集中；另一组把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
【实验结论】光合作用的场所是 叶绿体 ，且叶绿体进行光合作用产生 氧气 。
实验二
【实验历程】紧接着，他又做了一个实验： 用透过 三棱镜 的光照射 水棉 临时装片，发现大量的
需氧细菌 聚集在红光和蓝紫光区域 。
【实验结论】叶绿体吸收的主要是 红光和蓝紫光 。
【微点拨】恩格尔曼实验分析
1. 实验材料选择水绵和需氧细菌的原因：
（1）水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，方便观察。
（2）用需氧细菌可以确定释放氧气的部位。
2. 没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。
3. 用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
4. 进行黑暗和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。
2、探究光合作用的历程
时间 科学家 实验或发现
科学界普遍认为，在光合作用中CO 分子的C和O被分开，O 被释放，C和HO结
19世纪末 2 2 2
合成甲醛（CHO），然后甲醛分子缩合成糖。
2
1928年 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化为糖类
在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐
实验结论： 离体 叶绿体在适当条件下发
或其他氧化剂（悬浮液中有HO，
1937年 希尔 2 生 水的光解 、产生 氧气 （这样的反
没有CO ），在光照下可以释放氧
2 应被称为希尔反应）
气
鲁宾和 实验结论：光合作用释放的氧气来自 水
1941年 方法： 同位素标记法
卡门 ，而不是 CO
2实验：
1954年 发现在光照下，叶绿体可合成 ATP
阿尔农
1957年 发现上述过程总是与 水的光解 相伴随
方法： 同位素标记法
20世纪 实验结论：探明了CO 中的碳在光合作用中
卡尔文 2
40年代 转化为有机物中的碳的途径
实验：
三、“三率”的测定方法
方法1 气体体积变化法
（1） 装置中溶液的作用：NaOH溶液可 吸收容器中的 CO ；NaHCO 溶液可 提供 CO ，保证了容
2 3 2
器内 CO 浓度的恒定 。
2
（2） 测定原理
①在 黑暗 条件下甲装置中的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 ，
2
所以单位时间内红色液滴 左移 的距离表示植物 吸收 O 的速率 ，可代表 呼吸速率 。
2
②在 光照 条件下乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO 溶液保证了容器内CO
3 2
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 释放速率 ，可代表 净光合速率
2
。
③真正光合速率＝ 净光合速率＋呼吸速率 。
（3） 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。
方法2 “黑白瓶”法
“黑瓶”不透光，测定的是 有氧呼吸量 ；“白瓶”透光，给予光照，测定的是 净光合作用量
。“黑白瓶”试题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算真正光合作用强度的试题。一般规律如
下：
（1） 真正光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸消耗量(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；白瓶中O 的增加量(或
2 2 2
CO 的减少量)为净光合作用量；二者之和为真正光合作用量。
2
（3） 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＝真正光合作用量。 方法3 “半叶法”
（1） 半叶法的原理：植物进行光合作用形成有机物，而有机物的积累可使叶片单位面积的干重增加，但
是，叶片在光下积累光合产物的同时，还会通过输导组织将同化物运出，从而使测得的干重积累值偏低。
为了消除这一偏差，必须将待测叶片的一半遮黑，测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少
值，作为同化物输出量(或呼吸消耗量)的估测值。
（2） 具体步骤
同一叶片，给予一般遮光，一半光照处理，且阻止两部分的物质和能量转移；
th后，截取对称位置面积均为S的叶片，烘干称重，记为W 和W ；
A B
计算：ΔW=W -W ，表示截取部分叶片在 th 内光合作用合成的有机物量，则真正光合速率
B A
= ΔW/ （ t×S ）
（3） “改良半叶法”采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞，以防止光合产物
从叶中输出(这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐向叶片的输送)，仅用一组叶片，且无须将一半叶片
遮黑，既简化了实验过程，又提高了测定的准确性。
方法4 叶圆片称重法
本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量测定光合速率，如图所示以有机物的变化量
表示(S为叶圆片面积)。
净光合速率＝ ( z － y)/2S ；
呼吸速率＝ ( x － y)/2S ；
真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝ ( x ＋ z － 2y)/2S 。
方法5 叶圆片上浮法
（1）实验原理：
（2）实验装置①自变量的设置： 光照强度 是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的 距离 来调节光照强度的大
小。
②中间盛水玻璃柱的作用： 吸收 灯光的热量，避免光照对烧杯内 水温 产生影响。
③因变量是光合作用强度，可通过观测 单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量 （或浮起
相同数量的叶片所用的时间长短）来衡量光合作用的强弱。
