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备考2024届高考生物一轮复习讲义第三章细胞代谢微专题1光合作用与呼吸作用的关系题型3植物“三率”的辨析与测定方法
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这是一份备考2024届高考生物一轮复习讲义第三章细胞代谢微专题1光合作用与呼吸作用的关系题型3植物“三率”的辨析与测定方法，共5页。试卷主要包含了植物“三率”的辨析，植物“三率”的测定方法等内容，欢迎下载使用。
1.植物“三率”的辨析
2.植物“三率”的测定方法
（1）液滴移动法——测光合作用O2产生的体积
甲 乙
（2）黑白瓶法——测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量
“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。“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总（真）光合作用强度的试题。一般规律为黑瓶中氧气的减少量（或二氧化碳的增加量）为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量（或二氧化碳的减少量）为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
（3）半叶法——测定光合作用有机物的产生量
半叶法又叫半叶称重法。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质量，进而计算叶片的呼吸速率、净光合速率和总（真）光合速率，即曝光侧叶重－遮光侧叶重＝总光合量，进一步可算出总光合速率。此方法和“黑白瓶法”的原理基本相同，需要注意的是该种方法在实验之前需将叶片大叶脉切断，以防止有机物的运输。
（4）叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、单位叶面积叶片中淀粉的生成量测定光合速率。以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）的过程如图所示。
净光合速率＝（z－y）/2S；呼吸速率＝（x－y）/2S；总（真）光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（x＋z－2y）/2S。
5.[2021北京]将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是（B ）
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正（总）光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
解析 由题图可知，两组植株的CO2吸收速率最大值非常接近，A项不符合题意；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，CO2吸收速率代表净光合速率，由题图可知，35 ℃时两组植株的净光合速率相等，而两组植株的呼吸速率未知，故不能判断两组植株的总光合速率是否相等，B项符合题意；50 ℃时HT植株的净光合速率大于0，而CT植株的净光合速率小于0，即50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能，C项不符合题意；由题图可知，当叶片温度超过35 ℃时，HT植株的净光合速率大于CT植株的，HT植株表现出对高温环境的适应性，D项不符合题意。
命题变式
[设问拓展型]已知上图中两曲线的交点为A，表示CT植株的曲线与横轴的交点为B，则据图判断下列说法正确的是（B ）
A.A点时两组植株产生ATP的场所仅有细胞质基质和线粒体
B.CT植株最大净光合速率时对应的温度低于HT植株的
C.随着温度上升，B点之后CT植株不再进行光合作用
D.与CT植株相比，HT植株中呼吸作用相关酶和光合作用相关酶的最适温度均上升
解析 由题图可知A点时两组植株都进行光合作用和呼吸作用，故产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体类囊体薄膜，A错误；B点时，CT植株的光合速率＝呼吸速率，随着温度上升，B点之后CT植株可能还可以进行光合作用，只是光合速率小于呼吸速率，C错误；与生长在正常温度（CT）下的植株相比，HT植株净光合速率的最适温度上升，因为无法知道呼吸速率的变化情况，故HT植株的呼吸作用相关酶和光合作用相关酶的最适温度变化情况无法判断，D错误。
6.将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如图1所示。在连续60min监测的过程中，开始的一段时间以固定的光照强度持续照射植物，其余时间则处于完全黑暗中，其他外界条件相同且适宜，测得瓶内CO2浓度变化情况如图2所示。据此分析可知（D ）
图1 图2
A.最初20min内，瓶内CO2浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强
B.第20～30min，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用逐渐增强
C.第40～60min，瓶内植物的光合作用速率与呼吸作用速率相等
D.瓶内植物在照光时段内实际光合作用速率平均为90ppmCO2/min
解析 最初20min内，以固定的光照强度持续照射植物，植物的光合作用强度大于呼吸作用强度，导致瓶内CO2浓度逐渐下降，曲线的斜率代表CO2的减少速率，斜率逐渐减小说明光合作用强度逐渐减弱，A错误；根据瓶内CO2浓度的变化情况可知，在20min之前一直光照，20min之后光照停止，第20～30min，瓶内CO2浓度上升，这是呼吸作用的结果，B错误；由分析可知，第40～60min，瓶内无光照，植物只进行呼吸作用，导致CO2浓度升高，C错误；瓶内在20min之前一直有光照，在照光时段内净光合作用速率平均为（1750－150）÷20＝80（ppmCO2/min），呼吸速率平均为（550－150）÷40＝10（ppmCO2/min），所以实际光合作用速率平均为90ppmCO2/min，D正确。
7.某生物科研小组从池塘某一深度取水样（含植物），平均分装到六对黑白瓶中。立即测定初始溶解氧量为10mg/L。将密封后的五对黑白瓶分别置于五种不同的光照强度条件下（温度相同），一对放回原水层，24小时后，测定瓶中溶解氧量，根据下表的记录数据，下列说法正确的是（A ）
A.光照强度为a时，最终白瓶和黑瓶的溶解氧量相同，说明a为0
B.光照强度为b时，植物不能进行光合作用
C.原水层与光照强度为c的白瓶溶解氧量相同，可以推测原水层的光照强度为c
D.当光照强度为d、e时，白瓶中的植物产生的氧气量都是30mg/L
解析 黑瓶中没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气，但细胞呼吸消耗氧气。光照强度为a时，黑、白瓶中溶解氧量相同，说明二者相同时间内耗氧量一致，所以a为0，A正确。光照强度为b时，白瓶溶解氧量与初始溶解氧量（10mg/L）相等，说明净光合作用氧气释放量为0，即总光合作用产氧量与呼吸作用耗氧量相同，B错误。原水层与光照强度为c的白瓶溶解氧量虽相同（净光合作用氧气释放量相同），但呼吸作用耗氧量不同[原水层白瓶呼吸作用耗氧量＝10－2＝8（mg/L），光照强度为c时的白瓶呼吸作用耗氧量＝10－3＝7（mg/L）]，所以两者的光合作用强度不同，光照强度也不同，C错误。当光照强度为d、e时，白瓶中的植物产生的氧气量（总光合作用产氧量）＝净光合作用氧气释放量＋呼吸作用耗氧量＝（30－10）＋（10－3）＝27（mg/L），D错误。
8.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1cm2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（不考虑取叶圆片引起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（C ）
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
解析 上午10时叶圆片干重为xg，下午4时叶圆片干重为yg，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）g可表示这段时间内的净光合作用积累的有机物总量。若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，而叶圆片的总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（y－x）/6＋（y－z）/1＝（7y－6z－x）/6；若M处的实验条件是下午4时后整个实验装置遮光3小时，则同理可算出总光合速率为（3y－x－2z）/6，与题干不符。综上所述，C正确。
9.[10分]半叶法是总光合速率测定的常用方法，其一般实验步骤：①用刀片将叶柄处的外皮进行环割处理，切断韧皮部的物质（如有机物）运输，但不切断木质部的导管；②选择对称性较好的叶片，沿中央叶脉一半遮光，另一半不进行任何处理；③经一段时间（T）适宜的光照后，剪下叶片并将两半对应部位叠在一起，用大小适当的打孔器在叶片的中部打下相同叶面积（A）的叶片，经烘干后分别称重，遮光部分叶片干重记为W1，曝光部分叶片干重记为W2；④计算总光合速率。
（1）光照处理之前将叶柄处的外皮进行环割处理，其目的是 阻止韧皮部将光合作用的产物运出叶片而影响实验结果 。
（2）根据半叶法的实验步骤及实验记录整理出用有机物表示总光合速率的计算公式：单位叶面积的总光合速率＝ （W2－W1）/（A×T） （用题中的字母表示）。
（3）重复以上实验，同时将步骤③改为将叶片剪下经酒精脱色处理后滴加碘液染色，比较遮光部分与曝光部分是否变蓝。该实验 不能 （填“能”或“不能”）说明叶片在光下生成了淀粉，理由是 叶片事先没有经过暗处理，无法排除叶片中原有淀粉的影响 。
解析 （1）植物的木质部中导管主要运输水和无机盐，而韧皮部中筛管主要运输糖类等有机物，将叶柄处的外皮进行环割处理的结果是切断了糖类（光合作用产物）等有机物的运输，没有切断水和无机盐的运输。因此，环割可以防止光合作用产物的输出对叶片干重变化的影响。（2）本小题需注意要求的是“单位叶面积的总光合速率”，此处需要分别得出总光合作用量（用有机物产生量表示）、叶面积和时间，总光合作用量＝W2－W1，因此，单位叶面积的总光合速率＝总光合作用量/（叶面积×时间）＝（W2－W1）/（A×T）。（3）证明光合作用产生淀粉时需要先对植物进行暗处理（饥饿处理），再进行遮光和曝光处理，本题的叶片事先没有经过暗处理，无法排除叶片中原有淀粉的影响。光照强度（klx）
a
b
c
d
e
原水层
白瓶溶解氧量（mg/L）
3
10
19
30
30
19
黑瓶溶解氧量（mg/L）
3
3
3
3
3
2
1.植物“三率”的辨析
2.植物“三率”的测定方法
（1）液滴移动法——测光合作用O2产生的体积
甲 乙
（2）黑白瓶法——测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量
“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。“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总（真）光合作用强度的试题。一般规律为黑瓶中氧气的减少量（或二氧化碳的增加量）为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量（或二氧化碳的减少量）为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
（3）半叶法——测定光合作用有机物的产生量
半叶法又叫半叶称重法。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质量，进而计算叶片的呼吸速率、净光合速率和总（真）光合速率，即曝光侧叶重－遮光侧叶重＝总光合量，进一步可算出总光合速率。此方法和“黑白瓶法”的原理基本相同，需要注意的是该种方法在实验之前需将叶片大叶脉切断，以防止有机物的运输。
（4）叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、单位叶面积叶片中淀粉的生成量测定光合速率。以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）的过程如图所示。
净光合速率＝（z－y）/2S；呼吸速率＝（x－y）/2S；总（真）光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（x＋z－2y）/2S。
5.[2021北京]将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是（B ）
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正（总）光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
解析 由题图可知，两组植株的CO2吸收速率最大值非常接近，A项不符合题意；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，CO2吸收速率代表净光合速率，由题图可知，35 ℃时两组植株的净光合速率相等，而两组植株的呼吸速率未知，故不能判断两组植株的总光合速率是否相等，B项符合题意；50 ℃时HT植株的净光合速率大于0，而CT植株的净光合速率小于0，即50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能，C项不符合题意；由题图可知，当叶片温度超过35 ℃时，HT植株的净光合速率大于CT植株的，HT植株表现出对高温环境的适应性，D项不符合题意。
命题变式
[设问拓展型]已知上图中两曲线的交点为A，表示CT植株的曲线与横轴的交点为B，则据图判断下列说法正确的是（B ）
A.A点时两组植株产生ATP的场所仅有细胞质基质和线粒体
B.CT植株最大净光合速率时对应的温度低于HT植株的
C.随着温度上升，B点之后CT植株不再进行光合作用
D.与CT植株相比，HT植株中呼吸作用相关酶和光合作用相关酶的最适温度均上升
解析 由题图可知A点时两组植株都进行光合作用和呼吸作用，故产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体类囊体薄膜，A错误；B点时，CT植株的光合速率＝呼吸速率，随着温度上升，B点之后CT植株可能还可以进行光合作用，只是光合速率小于呼吸速率，C错误；与生长在正常温度（CT）下的植株相比，HT植株净光合速率的最适温度上升，因为无法知道呼吸速率的变化情况，故HT植株的呼吸作用相关酶和光合作用相关酶的最适温度变化情况无法判断，D错误。
6.将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如图1所示。在连续60min监测的过程中，开始的一段时间以固定的光照强度持续照射植物，其余时间则处于完全黑暗中，其他外界条件相同且适宜，测得瓶内CO2浓度变化情况如图2所示。据此分析可知（D ）
图1 图2
A.最初20min内，瓶内CO2浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强
B.第20～30min，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用逐渐增强
C.第40～60min，瓶内植物的光合作用速率与呼吸作用速率相等
D.瓶内植物在照光时段内实际光合作用速率平均为90ppmCO2/min
解析 最初20min内，以固定的光照强度持续照射植物，植物的光合作用强度大于呼吸作用强度，导致瓶内CO2浓度逐渐下降，曲线的斜率代表CO2的减少速率，斜率逐渐减小说明光合作用强度逐渐减弱，A错误；根据瓶内CO2浓度的变化情况可知，在20min之前一直光照，20min之后光照停止，第20～30min，瓶内CO2浓度上升，这是呼吸作用的结果，B错误；由分析可知，第40～60min，瓶内无光照，植物只进行呼吸作用，导致CO2浓度升高，C错误；瓶内在20min之前一直有光照，在照光时段内净光合作用速率平均为（1750－150）÷20＝80（ppmCO2/min），呼吸速率平均为（550－150）÷40＝10（ppmCO2/min），所以实际光合作用速率平均为90ppmCO2/min，D正确。
7.某生物科研小组从池塘某一深度取水样（含植物），平均分装到六对黑白瓶中。立即测定初始溶解氧量为10mg/L。将密封后的五对黑白瓶分别置于五种不同的光照强度条件下（温度相同），一对放回原水层，24小时后，测定瓶中溶解氧量，根据下表的记录数据，下列说法正确的是（A ）
A.光照强度为a时，最终白瓶和黑瓶的溶解氧量相同，说明a为0
B.光照强度为b时，植物不能进行光合作用
C.原水层与光照强度为c的白瓶溶解氧量相同，可以推测原水层的光照强度为c
D.当光照强度为d、e时，白瓶中的植物产生的氧气量都是30mg/L
解析 黑瓶中没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气，但细胞呼吸消耗氧气。光照强度为a时，黑、白瓶中溶解氧量相同，说明二者相同时间内耗氧量一致，所以a为0，A正确。光照强度为b时，白瓶溶解氧量与初始溶解氧量（10mg/L）相等，说明净光合作用氧气释放量为0，即总光合作用产氧量与呼吸作用耗氧量相同，B错误。原水层与光照强度为c的白瓶溶解氧量虽相同（净光合作用氧气释放量相同），但呼吸作用耗氧量不同[原水层白瓶呼吸作用耗氧量＝10－2＝8（mg/L），光照强度为c时的白瓶呼吸作用耗氧量＝10－3＝7（mg/L）]，所以两者的光合作用强度不同，光照强度也不同，C错误。当光照强度为d、e时，白瓶中的植物产生的氧气量（总光合作用产氧量）＝净光合作用氧气释放量＋呼吸作用耗氧量＝（30－10）＋（10－3）＝27（mg/L），D错误。
8.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1cm2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（不考虑取叶圆片引起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（C ）
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
解析 上午10时叶圆片干重为xg，下午4时叶圆片干重为yg，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）g可表示这段时间内的净光合作用积累的有机物总量。若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，而叶圆片的总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（y－x）/6＋（y－z）/1＝（7y－6z－x）/6；若M处的实验条件是下午4时后整个实验装置遮光3小时，则同理可算出总光合速率为（3y－x－2z）/6，与题干不符。综上所述，C正确。
9.[10分]半叶法是总光合速率测定的常用方法，其一般实验步骤：①用刀片将叶柄处的外皮进行环割处理，切断韧皮部的物质（如有机物）运输，但不切断木质部的导管；②选择对称性较好的叶片，沿中央叶脉一半遮光，另一半不进行任何处理；③经一段时间（T）适宜的光照后，剪下叶片并将两半对应部位叠在一起，用大小适当的打孔器在叶片的中部打下相同叶面积（A）的叶片，经烘干后分别称重，遮光部分叶片干重记为W1，曝光部分叶片干重记为W2；④计算总光合速率。
（1）光照处理之前将叶柄处的外皮进行环割处理，其目的是 阻止韧皮部将光合作用的产物运出叶片而影响实验结果 。
（2）根据半叶法的实验步骤及实验记录整理出用有机物表示总光合速率的计算公式：单位叶面积的总光合速率＝ （W2－W1）/（A×T） （用题中的字母表示）。
（3）重复以上实验，同时将步骤③改为将叶片剪下经酒精脱色处理后滴加碘液染色，比较遮光部分与曝光部分是否变蓝。该实验 不能 （填“能”或“不能”）说明叶片在光下生成了淀粉，理由是 叶片事先没有经过暗处理，无法排除叶片中原有淀粉的影响 。
解析 （1）植物的木质部中导管主要运输水和无机盐，而韧皮部中筛管主要运输糖类等有机物，将叶柄处的外皮进行环割处理的结果是切断了糖类（光合作用产物）等有机物的运输，没有切断水和无机盐的运输。因此，环割可以防止光合作用产物的输出对叶片干重变化的影响。（2）本小题需注意要求的是“单位叶面积的总光合速率”，此处需要分别得出总光合作用量（用有机物产生量表示）、叶面积和时间，总光合作用量＝W2－W1，因此，单位叶面积的总光合速率＝总光合作用量/（叶面积×时间）＝（W2－W1）/（A×T）。（3）证明光合作用产生淀粉时需要先对植物进行暗处理（饥饿处理），再进行遮光和曝光处理，本题的叶片事先没有经过暗处理，无法排除叶片中原有淀粉的影响。光照强度（klx）
a
b
c
d
e
原水层
白瓶溶解氧量（mg/L）
3
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19
30
30
19
黑瓶溶解氧量（mg/L）
3
3
3
3
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