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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O2增加的体积或CO2消耗的体积
INCLUDEPICTURE "E:\\丁苗苗\\课件\\一轮\\新建文件夹\\S31A.tif" \*
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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CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表
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NaHCO3溶液保证了
容器内CO2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O2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】 (2022·河南九
盟
师联
)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CO2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
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
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1
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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
予光照
，装置内植物既
行光合作用也
行呼吸作用，
给
时
进
进
CO2
冲液可
缓
保持装置内CO2
度不
，那么液滴移
距离即
浓
变
动
表示
光合作用
放
净
释
O2的多少，
A 正确；真光合
度＝
光合
度＋呼吸
度，呼吸
度需另
一装置，遮光
强
净
强
强
测
强
设
处
理(不能
行光合作用
进
)，
排除有氧呼吸
生的
为
产
CO2的干
，将
扰
X 溶液更换为
NaOH 溶液，那么
得的液滴移
距离即有氧呼吸消耗
测
动
O2的量，B 正确；若X 溶液
清水并
予光照，光合作用大于
胞呼吸
，装置内植物光合作用吸收的
为
给
细
时
CO2
量＝
放
释
O2量，植物有氧呼吸吸收O2的量＝
放
释
CO2的量，液滴不移
，
动C
；
错误
若X 溶液
清水并遮光
理，开始一段
内，植物
行有氧呼吸，消耗的底
为
处
时间
进
物为
脂肪
，其氧化分解需要
时
O2的量大于
生
产
CO2的量，液滴向左移
，
动
D 正确。
INCLUDEPICTURE "E:\\丁苗苗\\课件\\一轮\\新建文件夹\\题后反思.TIF" \*
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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O2——
入空气或吹气或放入
色水生植物；
泵
绿
②减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水；
③除去容器中CO2——
氧化
溶液；
氢
钠
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗
境中；
环
⑤除去叶中叶
素——酒精隔水加
；
绿
热
⑥除去光合作用
呼吸作用的干
对
扰——
植株遮光；
给
⑦如何得到
色光——棱
色散或薄膜
光。
单
镜
滤
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O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量；白瓶
中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
(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O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光
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2
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(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O2含量(B)和
乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
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
后，透光的乙瓶中的氧气含量
时
(C)与水
中氧气的初始含量
样
(A)的
差
表示
一
段内生
者
光合作用的放氧量；水
中氧气的初始含量
值
这
时间
产
净
样
(A)与
不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差
表示
一
段内生
者呼吸作用的耗氧
值
这
时间
产
量；C 与B 的差
表示
值
这一
段内生
者光合作用的
放氧量。
时间
产
总
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
双十学校
门
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C3的含量比照光处理后低
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
停止，短
内
应
时间
C3被
原成
还
C5的
程减弱乃至停止，而
过
C5
固定CO2的
程仍能
，故遮光后
过
继续
C3含量会比照光
的
时
C3含量高，A
；照
错误
光
理
囊体薄膜上可
生
处
时类
产
NADPH，故可
生
发
NADP＋与
子和
电
H＋
合，
结
B 正
确；照光
理后与遮光
理后叶片的干重差
处
处
(
位
内
单
时间
)是真光合作用速率，因此
不需要
定同等面
叶片的初始干重，
测
积
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
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3
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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
了光合作用，比在
理下的叶片多
累了一些有机物，因此
经过
饥饿处
积
y 比
x 重，A 正确；(y－x)g 可代表从上午10
到下午
时
4
光合作用中有机物的
增加
时
净
量，B 正确；下午4
到晚上
时
10
都在黑暗中，植物叶片只
行呼吸作用，
时
进
(y－z)g
表示这6 个小
呼吸消耗的有机物的量，
时
C 正确；(y－x)g 可代表从上午10
到下
时
午4
光合作用中有机物的
增加量，
时
净
(y－z)g 表示这6 个小
呼吸消耗的有机物
时
的量，所以从上午10
到下
时
午4
，一个叶
片制造的有机物＝
时
圆
6 个小
内有机
时
物的
增加量＋
净
6 个小
呼吸消耗的有机物的量＝
时
(y－x)＋(y－z)＝2y－x－z，D
。
错误
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4
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模型5 叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
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CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小而在
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·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
乙可知，
图
F 植物叶
片的光
点和光
和点都比
低，适合在
弱
圆
补偿
饱
较
较
光照下生
，
长A
；光照
度
错误
强
为1 klx
，
时E 植物叶
片的呼吸速率大于光合速率
圆
装置甲中E 植物叶
片会吸收装置中的氧气
圆
，使液滴左移，B
；光照
度
错误
强
为3
klx
，
时E、F 两种植物叶
片的
光合
度相等，但
圆
净
强
E 植物叶
片的呼吸作用
度
圆
强
大于F 植物叶
片，故光照
度
圆
强
为3 klx
，
时E、F 两种植物的叶
片
生氧气的速
圆
产
率不相等，C
；光照
度
错误
强
为6 klx
，
时E 植物叶
片
光合作用
度大于
圆
净
强
F 植物
叶
片的
光合作用
度，故此光照
度下，
圆
净
强
强
E 植物叶
片
放的氧气多，故装置
圆
释
甲中E 植物叶
片比
圆
F 植物叶
片浮到液面所需
短，
圆
时间
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
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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
盟
考
联
联
)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S1________S2(填“大于”“等于”或“小于”)。
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
相同的情况下，
总时间
“
隙光
间
”与
光照
理相
连续
处
比，光合作用合
成的有机物增多，光合作用效率更高，因
一般情况下，光合作用
程中的光反
为
过
应
速率很快，而暗反
速率
慢，
应
较
“
隙光
间
”
理能充分利用光反
生的
处
应产
NADPH 和ATP。S1 面
相当于光照
光反
累的
积
时
应积
NADPH 和ATP，而
些
这
NADPH 和ATP 在后
的黑暗
理
被暗反
所消耗，所以
续
处
时
应
S1与S2大致相等。
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