一圖多用與知識遷移

光合作用和呼吸作用的知識是高中生物的重點和難點，也是高考中的熱點。其中測定光合作用速率和呼吸作用速率的裝置圖既有區(qū)別又有聯(lián)系，蘊含著學(xué)科思想和研究方法，如果能弄清裝置圖中所蘊含的生物學(xué)含義以及與相關(guān)知識的結(jié)合點，就能提高學(xué)生觀察、獲取、分析篩選、處理信息的能力，學(xué)會獲取信息靈活應(yīng)用知識的方法。學(xué)會知識的遷移，做到舉一反三。

1 測定細胞呼吸作用速率

1.1 實驗測定裝置

呼吸作用的速率是指在單位時間內(nèi)釋放的二氧化碳或所吸收氧氣的體積或消耗葡萄糖的量。實驗裝置(圖1)：密閉錐形瓶+二氧化碳吸收劑(NaOH溶液)。

1.2 實驗控制方法

實驗材料：如果是植物的種子、動物等都只能進行呼吸作用。如果是綠色植物則既可以進行光合作用又能進行呼吸作用，所以應(yīng)排除光合作用對呼吸作用的干擾——給植株遮光(黑暗處理)。

除去容器中CO₂——NaOH溶液(KOH溶液)。

測定密閉錐形瓶中氣體變化量——帶刻度的液滴。由于溶液吸收了瓶中的二氧化碳，細胞進行呼吸作用消耗了瓶中氧氣，所以裝置中的液滴的應(yīng)向左移動。

例析：請用簡單方法來測量有氧呼吸強度的大小(以單位時間內(nèi)的耗氧量表示)。

實驗材料：帶塞的玻璃鐘罩、小燒杯，10％NaOH溶液，帶刻度的玻璃導(dǎo)管、錐形瓶、小麥種子。

實驗步驟：

①建立如圖1所示裝置。

②1 h后裝置紅墨水滴移動的方向和刻度。

③計算：小麥種子有氧呼吸強度=耗氧量／時間。

④為了排除外界溫度、氣壓變化對實驗結(jié)果的影響，即減少實驗誤差。還應(yīng)設(shè)置對照，即增加一個裝置，將以上裝置中萌發(fā)的種子換成煮熟(死亡的種子)，其他不變。

練習(xí)：將剛萌發(fā)的且用消毒劑清洗過(不影響種子的生命活力)的小麥種子(以淀粉為主)放入下列裝置(圖2)，在溫度不變，壓力為一個大氣壓的情況下進行實驗。

請根據(jù)圖示回答下列問題：

(1)請簡要解釋形成該實驗結(jié)果的原因________________。

(2)為了防止因萌發(fā)種子的生理活動產(chǎn)生的溫度引起錐形瓶內(nèi)氣體的物理性膨脹或收縮所造成的誤差，必須要有對照，并對實驗結(jié)果進行驗證。那么對照組錐形瓶內(nèi)應(yīng)放置___________________。

(3)用等量的蒸餾水替代CO₂吸收劑，其他條件不變，重復(fù)上圖所示實驗，如果發(fā)現(xiàn)有色液滴不移動，則說明種子進行了怎樣的生理活動?

(4)如果將小麥種子換成等質(zhì)量的油菜種子(主要成分是硬脂酸，C、H比例高于葡萄糖)，其他條件不變，重復(fù)上圖所示實驗，預(yù)計有色液滴移動的距離___________________(填大于、小于或等于)圖示實驗結(jié)果。

(5)一段時間后，有色液滴停止移動，是否意味著種子停止呼吸?說明原因。___________________。

(6)若圖中實驗用小麥種子不經(jīng)消毒處理，則測得的數(shù)據(jù)與種子實際呼吸強度相比是偏大了還是偏小?簡述原因。___________________。

答案：(1)萌發(fā)的種子有氧呼吸吸收氧氣.放出的二氧化碳被CO₂吸收劑吸收.導(dǎo)致錐形瓶內(nèi)氣體體積減少，壓力降低，有色液滴左移(2)用消毒劑清洗過的死的剛萌發(fā)小麥種子和CO₂吸收劑(3)萌發(fā)的小麥種子以葡萄糖為原料進行有氧呼吸.吸收的氧氣和呼出的CO₂的體積相等(4)大于(5)不一定種子可能在進行無氧呼吸(6)偏大種子表面的微生物呼吸作用也會消耗一定量的氧氣

2 測定細胞光合作用速率

2.1 光合作用裝置

光合速率的大小可用單位時間、單位葉面積所吸收的CO₂或釋放的O₂表示。實驗裝置密閉透光錐形瓶+二氧化碳緩沖劑(NaHCO₃溶液)。

2.2 實驗控制方法

實驗材料：綠色植物。

CO₂緩沖液(NaHCO₃溶液)——維持小室內(nèi)CO₂濃度的相對恒定。

除去葉中原有淀粉——置于黑暗環(huán)境(饑餓處理)。

例析：圖3是探究綠色植物光合作用速率的實驗示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶內(nèi)的二氧化碳濃度。該裝置放在20℃環(huán)境中。實驗開始時，針筒的讀數(shù)是0.2 mL，毛細管內(nèi)的水滴在位置X。30 min后，針筒的容量需要調(diào)至0.6 mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在x的位置。據(jù)此實驗回答下列問題。(1)以釋放出的氧氣量來代表光合作用速率，該植物的光合作用速率是________mL／h。

(2)用這一方法測量光合作用速率，比實際的光合速率為低，原因是______________。

(3)如果在原實驗中只增加光照強度，則針筒的容量仍維持在0.6 mL讀數(shù)處。在另一相同實驗裝置中，若只將溫度提升至30℃，針筒容量需要調(diào)至0.8 mL讀數(shù)，才能使水滴維持在x的位置上。比較兩個實驗可以得出什么結(jié)論

。

分析：NaHCO₃溶液維持了小室中二氧化碳濃度的相對恒定，液滴的移動是光合作用產(chǎn)生的氧氣與呼吸作用消耗氧氣的差值，所以該裝置測出的時凈光合作用速率。據(jù)題意針筒的容量需要調(diào)至0.6 mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在x的位置，說明光合作用產(chǎn)生的氧氣與呼吸作用消耗氧氣的差值是0.6 mL)2 mL=0.4 mL，凈光合作用速率=0.4 mL／0.5 h=0.8 mL／h。

參考答案：(1)0.8(2)植物同時進行呼吸作用，消耗了氧氣(3)在這兩個實驗中，光照不是限制光合作用速率的主要因素.而溫度才是限制光合作用速率的主要因素

3 判斷生物體呼吸作用的類型

探究種子萌發(fā)時進行的呼吸類型。

3.1 實驗原理

種子萌發(fā)過程如果只進行有氧呼吸，則吸收的氧氣量和放出的二氧化碳量相等；如果只進行無氧呼吸，則不吸收氧氣，能放出二氧化碳；如果既有有氧呼吸又進行無氧呼吸，則吸收的氧氣量小于放出的二氧化碳量

3.2 實驗材料和用具

萌發(fā)的小麥種子、帶橡皮塞的錐形瓶兩只、小燒杯4個、兩根帶有紅色液滴的刻度玻璃管、NaOH溶液、清水、凡士林。

3.3 實驗方法

將實驗材料和用具按圖4配置好實驗裝置。

3.4 實驗結(jié)果及預(yù)測

分析：在有無NaOH溶液(吸收二氧化碳)情況下，觀察紅色液滴是否移動及移動方向，從而確定種子萌發(fā)過程進行呼吸作用消耗氧氣和生成二氧化碳情況，最后通過對比即可確定其呼吸作用類型。由于該實驗是探究性實驗，所以實驗結(jié)果有_一種情況：如果裝置一中的液滴左移，裝置二的液滴不移動，則說明萌發(fā)的種子只進行有氧呼吸；如果裝置一中的液滴不動，裝置二中的液滴右移，則說明萌發(fā)的種子只進行無氧呼吸；如果裝置一中的液滴左移，裝置二中的液滴右移，則說明萌發(fā)的種子既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸。

參考答案：

裝置一中的液滴左移，裝置二的液滴不移動.則說明萌發(fā)的種子只進行有氧呼吸：

裝置一中的液滴不動，裝置二中的液滴右移.則說明萌發(fā)的種子只進行無氧呼吸；

裝置一中的液滴左移.裝置二中的液滴右移，則說明萌發(fā)的種子既進行有氧呼吸又進行無氧呼吸。

4 測定呼吸熵

呼吸熵是指呼吸作用所釋放的CO₂的體積和吸收的O₂的體積的比值。

實驗裝置：根據(jù)呼吸熵定義要求，只要知道呼吸作用消耗的氧氣和呼出的二氧化碳量，就可以計算出呼吸熵來。

例析：為了測定種子萌發(fā)時的呼吸熵，現(xiàn)準(zhǔn)備了2只玻璃瓶、瓶塞、帶刻度的玻璃管、發(fā)芽的種子、10％的NaOH溶液、清水等，并組裝成如圖5所示的實驗裝置。

(1)由于發(fā)芽的種子(已消毒)的呼吸作用，1號玻璃瓶內(nèi)的氣體發(fā)生了變化，使得墨滴向左移動，顯然瓶內(nèi)氣體減少了，減少的氣體量是____________。

(2)如果裝置一的液滴向左移動距離為a，裝置二的液滴向左移動距離為b，則呼吸熵計算式為：________________________。如果裝置一的液滴向左移動距離為a，裝置二的液滴向右移動距離為b，則呼吸商計算式為：____________。

(3)為了糾正環(huán)境因素引起的實驗測量誤差，應(yīng)設(shè)置對照裝置。應(yīng)如何設(shè)置對照?

分析：裝置一中NaOH吸收CO₂，氣體體積再變化只能是氧氣引起的，所以它測的是種子呼吸作用的耗氧氣量；裝置二中燒杯中是清水，不能大量吸收二氧化碳和氧氣，對瓶中的氣體變化幾乎沒有影響，所以氣體體積的變化就是呼吸作用釋放的二氧化碳和消耗氧氣的差值，從而間接測出二氧化碳生成量。

設(shè)置對照裝置是排除環(huán)境因素引起的實驗測量誤差，增加裝置三需用死亡的種子代替發(fā)芽的種子，其它和裝置二相同(注意：若實驗材料是綠色植物，還需要在黑暗環(huán)境以避免光合作用干擾)。

參考答案：(1)呼吸作用消耗氧氣的量(2)(a-b)／a、(a+b)／a(3)用死種子，燒杯中放等量的清水