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专题04  细胞呼吸与光合作用

1．(2019?全国Ⅰ，3)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自(　　)

A．水、矿质元素和空气

B．光、矿质元素和水

C．水、矿质元素和土壤

D．光、矿质元素和空气

【答案】A

【解析】根据光合作用的过程，植物产生的有机物主要来自空气中的CO₂，另外植株增加的质量还来自对水和矿质元素的吸收，光合作用过程中，光是光合作用进行的动力。

2．(2019?全国Ⅱ，2)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列有关叙述正确的是(　　)

A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖

B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来

C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP

D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生

【答案】B

【解析】在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸，释放出少量的能量并生成少量ATP，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸转化为乳酸，不产生ATP，A、C项错误，B项正确；储藏库中氧气浓度升高，会促进马铃薯块茎细胞的有氧呼吸，抑制无氧呼吸，乳酸产生量减少，D项错误。

3．[2019?全国卷Ⅲ，4]若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发，得到n株黄化苗。那么，与萌发前的这n粒干种子相比，这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为(　　)

A．有机物总量减少，呼吸强度增强

B．有机物总量增加，呼吸强度增强

C．有机物总量减少，呼吸强度减弱

D．有机物总量增加，呼吸强度减弱

【答案】A

【解析】本题以黄化苗的代谢为载体，考查考生通过比较、分析与综合的方法，对某些生物学问题进行推理、解释并作出正确判断的能力；试题通过黄化苗与干种子的代谢状态的比较，体现了科学思维素养中的分析与推断要素。与干种子相比，黄化苗中自由水含量增多，细胞呼吸强度增强，有机物总量减少，A正确，B、C、D错误。

4．[2019?江苏卷，17]如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(　　)

A．研磨时加入CaCO₃过量会破坏叶绿素

B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液

C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作

D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b

【答案】D

【解析】本题考查光合色素的提取和分离实验中试剂的作用、实验结果分析，意在考查考生的理解能力和实验分析能力。研磨时加入CaCO₃能防止叶绿素被破坏，A项错误；层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，层析分离时烧杯上要加盖，C项错误；对照图示结果分析可知，该种蓝藻中没有叶黄素和叶绿素b，D项正确。

5．[2019?天津卷，4]叶色变异是由体细胞突变引起的芽变现象。红叶杨由绿叶杨芽变后选育形成，其叶绿体基粒类囊体减少，光合速率减小，液泡中花青素含量增加。下列叙述正确的是(　　)

A．红叶杨染色体上的基因突变位点可用普通光学显微镜观察识别

B．两种杨树叶绿体基粒类囊体的差异可用普通光学显微镜观察

C．两种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验作比较

D．红叶杨细胞中花青素绝对含量可通过“植物细胞的吸水和失水”实验测定

【答案】C

【解析】本题借助对芽变个体的叶色变异分析，考查考生对比较、分析与推断方法的运用，属于对科学思维素养中分析与推断要素的考查。基因突变是基因上碱基对的增添、缺失或替换，无法通过显微镜观察识别，A错误；两种杨树叶绿体基粒类囊体的差异需要通过电子显微镜才可观察到，B错误；两种杨树叶绿体类囊体数量的差异会导致光合速率不同，可以通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验作比较，C正确；“植物细胞的吸水和失水”实验可以探究植物细胞的死活和细胞液浓度的大小，无法测定细胞中的花青素的绝对含量，D错误。

一、考向分析：

二、考向讲解

考向一　光合作用和细胞呼吸的过程

1．光合作用和细胞呼吸中的物质和能量转化

(1)光合作用

①物质变化：H₂O→O₂＋[H]、CO₂→C₃→C₅＋(CH₂O)；

②能量变化：光能→ATP中活跃的化学能→(CH₂O)中稳定的化学能。

(2)细胞呼吸

①物质变化：C₆H₁₂O₆―→2C₃H₄O₃(丙酮酸)＋4[H]、2C₃H₄O₃(丙酮酸)＋6H₂O―→6CO₂＋20[H]、24[H]＋6O₂―→12H₂O；

②能量变化：(CH₂O)中稳定的化学能→活跃的化学能(ATP)和热能。

2．光合作用与细胞呼吸过程的联系

考向二　光合作用和细胞呼吸的影响因素

1．影响光合作用的三大因素

(1)光照强度(如图1)

①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。

②分析P点后的限制因素内因：光合色素的含量、酶的数量和活性(外因：温度、CO2浓度)

(2)CO₂的浓度(如图2)

①原理：影响暗反应阶段C₃的生成。

②分析P点后的限制因素内因：酶的数量和活性(外因：温度、光照强度)

(3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。

2．光合速率与呼吸速率的表示方法

3.一昼夜中植物代谢强度变化曲线

(1)图甲中BC段变化原因：由于温度下降，呼吸酶活性降低，CO₂释放速率有所下降。

(2)图甲CD段中，光合作用强度小于呼吸作用强度，相当于乙图中的cd段。光合作用开始的点在甲图中为C点，在乙图中为c点。

(3)图甲DF段中，光合作用强度大于呼吸作用强度，拐点D表示光合作用强度等于呼吸作用强度，相当于乙图中d点。

(4)图甲中FG段曲线下降趋势变缓的原因是正午时分，由于部分气孔关闭，CO₂进入细胞减少。GH段罩内CO₂浓度继续下降，说明光合作用强度仍大于呼吸作用强度；18 h，罩内CO₂浓度最低，此时植物体内积累的有机物最多，罩内O₂浓度最高。拐点H表示光合作用强度等于呼吸作用强度，相当于乙图中h点。图乙中ef段与gh段都是下降趋势，但原因不同：ef段是由于部分气孔关闭，CO₂供应不足；gh段是因为光照强度逐渐减弱。

(5)图甲中18 h后，光照越来越弱，罩内CO₂浓度开始增加，说明呼吸作用强度已大于光合作用强度；判断一昼夜植物体内出现有机物积累的依据是I点时玻璃罩内二氧化碳浓度低于A点。

考向三　光合作用和细胞呼吸的测定和分析

1．通过液滴移动测定光合速率和呼吸速率

(1)测定细胞呼吸速率

NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸释放的CO₂。随着氧气的消耗，容器内气体压强减小，毛细管内的有色液滴左移，单位时间内有色液滴左移的体积表示细胞呼吸耗氧速率。若被测生物为植物，整个装置必须遮光处理。对照组的设置是将所测生物灭活，其他各项处理与实验组完全一致。

(2)测定细胞呼吸类型

同时设置NaOH溶液组和蒸馏水组，植物需遮光处理，根据两组装置中有色液滴移动的情况可分析被测生物的细胞呼吸类型。

 (3)测定净光合速率

NaHCO₃缓冲溶液保证了容器内CO₂浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。光照条件下植物释放的氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的有色液滴右移，单位时间内有色液滴右移的体积表示净光合作用释放氧气的速率；若有色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸强度大于光合作用强度，吸收O₂使瓶内气压减小；若有色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用强度等于细胞呼吸强度，生成O₂量等于消耗O₂量，瓶内气压不变。

2．黑白瓶法测水生植物的光合速率

取三个玻璃瓶，两个用黑胶布包上，并包以锡箔，记为A、B瓶，另一白瓶不做处理，记为C瓶，其中B、C瓶中放入长势良好的同种植物。从待测的水体深度取水，保留A瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。将B、C瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。

(1)有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。

(2)没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量。

题型一　考查细胞呼吸过程

1．(吉林“五地六校”2020届联考)如图是酵母菌呼吸作用实验示意图，相关叙述正确的是(　　)

A．条件X下葡萄糖中能量的去向有三处

B．条件Y下，葡萄糖在线粒体中被分解，并产生CO₂和水

C．试剂甲为溴麝香草酚蓝水溶液

D．物质a产生的场所为线粒体基质

【答案】A

【解析】根据产物酒精判断条件X为无氧，无氧呼吸过程中葡萄糖中的能量一部分储存在酒精中，一部分储存在ATP中，大部分以热能形式散失，A正确；线粒体不能分解葡萄糖，葡萄糖在细胞质基质中被分解生成丙酮酸和少量[H]，B错误；试剂甲为酸性重铬酸钾溶液，C错误；题图中无氧呼吸产生CO₂的场所为细胞质基质，有氧呼吸产生CO₂的场所为线粒体基质，D错误。

【变式探究】（辽宁师大附中2020届高三模拟）下列关于细胞呼吸方式的叙述，正确的是(多选)(　　)

A．酵母菌在有氧和无氧条件下均能生成CO₂，只是生成量不同

B．酵母菌的细胞呼吸方式有有氧呼吸和无氧呼吸两种

C．人体成熟的红细胞只能进行无氧呼吸

D．细菌等原核生物中有线粒体，可进行有氧呼吸

【答案】ABC

【解析】酵母菌有氧呼吸生成大量CO₂，无氧呼吸生成少量CO₂，A正确；酵母菌的细胞呼吸方式有有氧呼吸和无氧呼吸两种，B正确；人体成熟的红细胞没有线粒体，只能进行无氧呼吸，C正确；细菌等原核生物中无线粒体，D错误。

题型二　考查光合作用和细胞呼吸的关系

例2．（湖南雅礼中学2020届高三调研）还原氢([H])在生物的生理活动中起重要作用，下列有关叙述不正确的是(　　)

A．高等植物的光合作用中，[H]来自水的光解

B．光合作用中，[H]的作用是在暗反应中将二氧化碳还原为糖等有机物

C．有氧呼吸中，[H]的受体是氧气，该过程释放大量的能量

D．无氧呼吸中，[H]的受体是丙酮酸等中间代谢产物

【答案】B

【解析】高等植物的光合作用中，水的光解产生[H]，A正确；光合作用中[H]用于三碳化合物的还原，B错误；有氧呼吸中[H]用于与氧气结合生成水，该过程释放大量能量，C正确；无氧呼吸中，[H]用于与丙酮酸等中间代谢产物结合生成乳酸或酒精和CO₂，D正确。

【变式探究】(南通等七市2020届第三次调研)如图表示真核生物体内碳元素部分转移途径，其中A、B代表物质，①～⑥代表生理过程。下列相关叙述正确的是(多选)(　　)

A．物质A、B可表示含3个碳原子的有机物

B．过程①②④中伴有[H]和ATP的生成

C．过程③④分别发生在核糖体和线粒体中

D．过程①～⑥需要不同种类的酶催化

【答案】AD

【解析】物质A为丙酮酸、物质B为C₃，A项正确；过程①④中伴有[H]和ATP的生成，过程②中没有[H]和ATP的生成，B项错误；过程③不发生在核糖体中，核糖体中是氨基酸形成肽链的过程，不是糖类转化成氨基酸的过程，C项错误；过程①～⑥都是不同的化学反应，故需要不同种类的酶催化，D项正确。

题型三　考查光合作用和细胞呼吸的影响因素

例3．[2019?浙江4月选考，30]回答与光合作用有关的问题：

(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，正常光照下，用含有0.1%CO₂的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，短期内小球藻细胞中3－磷酸甘油酸的含量会__________。为3－磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是________。若停止CO₂供应，短期内小球藻细胞中RuBP的含量会______________。研究发现Rubisco是光合作用过程中的关键酶，它催化CO₂被固定的反应，可知该酶存在于叶绿体____________中。

(2)在“光合色素的提取与分离”活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下两条带中的色素合称为___________。分析叶绿素a的吸收光谱可知，其主要吸收可见光中的____________光。环境条件会影响叶绿素的生物合成，如秋天叶片变黄的现象主要与_____________抑制叶绿素的合成有关。

【解析】本题考查光合作用的知识，意在考查考生的理解能力和运用能力。(1)光合色素对绿光吸收最少，所以用绿光照射后短时间内三碳酸的还原速率下降，二氧化碳固定速率不变，所以3－磷酸甘油酸的含量会增加。光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质。若停止CO₂供应，短期内三碳酸的还原速率不变，二氧化碳的固定速率下降，则RuBP的含量会增加。碳反应发生的场所是叶绿体基质。(2)提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下两条带中的色素为胡萝卜素和叶黄素，合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收蓝紫光和红光。秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。

【答案】(1)增加　ATP和NADPH　增加　基质

(2)类胡萝卜素　蓝紫光和红　低温

【变式探究】（北京师范大学附中2020届高三调研）三倍体西瓜由于含糖量高且无子而备受青睐。某研究人员对三倍体西瓜进行了一系列相关研究，请分析回答：

(1)如图是该研究者对三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn，以CO₂吸收速率表示)与胞间CO₂浓度(Ci)的日变化研究结果。

13：00时叶绿体中合成C₃的速率____________(填“高于”“等于”或“低于”)11：00时。17：00时后叶片的Ci快速上升，其原因是____________________________________________。

叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是_______________________________________。

(2)该研究人员研究发现，西瓜果肉细胞内蔗糖的浓度比细胞外高，说明果肉细胞吸收蔗糖的跨膜运输方式是__________________。

(3)以三倍体西瓜幼苗为实验材料，进行短期高温(42 ℃)和常温(25 ℃)对照处理，在不同时间取样测定其叶片净光合速率、气孔导度(气孔导度越大，气孔开放程度越大)及叶绿素含量等指标，结果如图所示。

根据图乙和图丙可知，经过短期高温处理后，西瓜幼苗的净光合速率降低，原因可能是_______________________________________________________________________________。

叶肉细胞中的色素常用________________进行提取，在短期高温处理过程中，每6 h取样，提取西瓜幼苗叶肉细胞中的光合色素后，再通过纸层析法进行分离，色素带会出现的变化是_______________________________________________________________________________。

【答案】(1) 低于　光合速率减小，导致CO₂在胞间积累　CO₂浓度和光照强度　(2)主动运输　(3)叶绿素含量降低，使光反应减弱；气孔部分关闭，CO₂吸收减少，使暗反应减弱　无水乙醇　蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b的色素带变窄(或叶绿素a和叶绿素b色素带变窄)

【解析】(1)与11：00时相比，13：00时胞间CO₂浓度降低，二氧化碳的固定减弱，所以合成C₃的速率小于11：00时。17：00时后，叶片的Ci快速上升，是由于细胞呼吸速率大于光合速率，释放出的二氧化碳在胞间积累。叶片的Pn先后两次下降，第一次下降的主要原因是由于叶片气孔部分关闭，二氧化碳供应不足，第二次下降是由于光照强度减弱引起。(2)西瓜果肉细胞内蔗糖的浓度比细胞外高，说明果肉细胞能逆浓度梯度进行跨膜运输吸收蔗糖，所以其运输方式是主动运输。(3)据题图分析可知，经过短期高温处理后由于叶绿素含量降低，使光反应减弱；气孔部分关闭，CO₂吸收减少，使暗反应减弱等，所以经过42 ℃处理后净光合速率降低；常用无水乙醇提取叶肉细胞中的色素；高温(42 ℃)会破坏叶绿素，故高温(42 ℃)处理后获得的蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b的色素带变窄(或叶绿素a和叶绿素b色素带变窄)。

题型四　考查光合作用和细胞呼吸影响因素

例4．（黑龙江齐齐哈尔市实验中学2020届高三模拟）生产实践中发现，普遍栽培的绿叶辣椒对强光耐受能力弱。为培育耐强光的辣椒品种，研究人员探究了不同光照强度对绿叶辣椒和紫叶辣椒光合作用的影响，通过实验测得辣椒叶片中相关色素含量及辣椒植株的净光合速率，结果如图所示。请回答：

(1)适宜光照下，绿叶辣椒叶绿体类囊体薄膜上的____________吸收光能进行光合作用，而强光条件会破坏叶绿体相关结构导致光合作用受抑制。

(2)A点时绿叶辣椒叶肉细胞进行光合作用________(填“有”或“无”)利用细胞外的CO₂。

(3)根据实验结果分析，紫叶辣椒__________(填“能”或“不能”)适应强光条件，原因可能是_____________________________________________________________。

【答案】(1)光合色素　(2)有　(3)能　紫叶辣椒叶片花青素含量较高，能够吸收部分光能(或“遮光”)，防止叶绿体在强光下被破坏

【解析】(1)植物的光合作用中，吸收光能的光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上。(2)题图中的A点是绿叶辣椒的光补偿点，但不是叶肉细胞的光补偿点，对于叶肉细胞来说，该点光合速率>呼吸速率，故需要从外界吸收CO₂。(3)由题图可知，紫叶辣椒可以适应强光条件，原因可能是紫叶辣椒花青素含量高，能够吸收部分光能，防止强光破坏叶绿体。

【变式探究】（浙江杭州外国语学校2020届高三调研）图甲表示叶肉细胞内发生的卡尔文循环及三碳糖磷酸转变为淀粉和蔗糖的情况，叶绿体内膜上的磷酸转运器所转运的两种物质严格按照1∶1的量进行；图乙是根据光质和CO₂浓度对植物净光合速率的影响实验所得数据绘制的曲线。据图回答下列问题：

(1)图甲中的卡尔文循环发生在叶绿体的____________中，影响该过程的主要环境因素有____________________________________。

(2)叶绿体内膜上的磷酸转运器，每转入一分子磷酸必定同时运出一分子_________________。叶肉细胞合成的蔗糖被相关酶水解为__________________，再转入各种细胞被利用。

(3)图乙a点时叶肉细胞中产生ATP的细胞器有________________。b点数据大于c点的原因是_____________________________________________________________________________。

(4)如果向培养植物的温室内通入¹⁴CO₂，光照一定时间后杀死该植物，提取细胞中产物并分析。实验发现，短时间内CO₂就已经转化为许多种类的化合物。如果要探究CO₂转化成的第一种产物是什么物质？应如何操作？请写出实验的设计思路：___________________________

_______________________________________________________________________________。

【答案】(1)基质　CO₂浓度、光照强度、温度　(2)三碳糖磷酸　 葡萄糖和果糖　(3)叶绿体和线粒体　叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光，而吸收的黄光较少　(4)通过逐渐缩短光照时间分组实验，当只检测到一种含¹⁴C的转化物时，说明该物质是CO₂转化成的第一种产物

【解析】(1)卡尔文循环属于光合作用暗反应阶段，发生在叶绿体基质中，影响因素有光照强度、CO₂浓度、温度等。

(2)由图可知，磷酸转运器每转入叶绿体一分子磷酸，就会转出一分子三碳糖磷酸。蔗糖的水解产物是葡萄糖和果糖。

(3)乙图中a点时光合速率＝呼吸速率，叶绿体中的光合作用可以产生ATP，细胞质基质和线粒体中的细胞呼吸也可以产生ATP。故此时能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体。b、c两点的CO₂浓度相同，光的颜色不同导致光合速率不同。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对黄光吸收很少，故光合速率较低。

(4)要探究暗反应过程中CO₂中C的去向，可以对CO₂进行标记后，通过逐渐缩短光照时间分组实验，当只检测到一种含¹⁴C的转化物时，说明该物质是CO₂转化成的第一种产物。

题型五　 考查基本实验装置

例5．（山东烟台二中2020届高三质检）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“圆叶”，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(多选)(　　)

A．从图乙可看出，F植物更适合在较强光照下生长

B．光照强度为1 klx，装置甲中放置植物E叶片进行测定时，液滴向左移动

C．光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶片合成有机物的速率之比为3∶2

D．光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间短

【答案】BCD

【解析】由图可知，E植物在较强光照强度下净光合速率大于F植物，说明E植物更适合在较强光照下生长，A项错误；由图乙可知，光照强度为1 klx，植物E的净光合速率(-10 mL?10 cm^-2?h^-1)小于0，即需要从外界吸收氧气，故装置甲中放置植物E叶片进行测定时，液滴向左移动，B项正确；光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶片净光合速率相等，均为10 mL?10 cm^-2?h^-1，而E植物的呼吸速率为20 mL?10 cm^-2?h^-1，F植物的呼吸速率为10 mL?10 cm^-2?h^-1，所以E、F两种植物合成有机物的速率之比为30∶20＝3∶2，C项正确；光照强度为6 klx时，E植物的净光合速率大于F植物，细胞间充满的氧气较多，故装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间短，D项正确。

【变式探究】（湖北华中师范大学附中2020届高三模拟）某生物兴趣小组利用下图所示的实验装置来探究绿色植物的生理作用。据此回答下列问题：

(1)若要探究植物细胞呼吸的类型，选取的实验装置有______________，为使实验结果更科学，还需设置______________。若实验中对照组的红色液滴静止不动，植物既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，则观察到的实验现象是____________________________________________________________________。

(2)若要验证CO₂是植物光合作用的必需原料，选取的最佳实验装置是___________________，实验中给植物提供C¹⁸O₂后，在玻璃罩内检测到含¹⁸O的氧气，其产生的途径为____________

_______________________________________________________________________________。

【答案】(1)装置一和装置二　对照实验　装置一红色液滴左移、装置二红色液滴右移

(2)装置一和装置三　C¹⁸O₂暗反应(――→)H₂¹⁸O光反应(――→)¹⁸O₂(或：C¹⁸O₂参与光合作用暗反应产生H₂¹⁸O，H₂¹⁸O参与光反应产生¹⁸O₂)

【解析】(1)若要探究植物细胞呼吸的类型，选取的实验装置有装置一和装置二，为使实验结果更科学，还需设置没有植物(或死植物)的对照实验，排除物理因素的影响。若实验中对照组的红色液滴静止不动，植物既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，则装置一烧杯中盛放NaOH溶液，能够吸收细胞呼吸产生的二氧化碳，有氧呼吸消耗氧气，则红色液滴向左移；装置二烧杯中盛放蒸馏水，不能吸收二氧化碳，植物有氧呼吸消耗的氧气量小于产生的二氧化碳量，则红色液滴右移。(2)装置一烧杯中盛放NaOH溶液，能够吸收细胞呼吸产生的二氧化碳；装置三烧杯中盛放CO₂缓冲液，可以为光合作用提供二氧化碳。因此若要验证CO₂是植物光合作用的必需原料，选取的最佳实验装置是装置一和装置三。实验中给植物提供C¹⁸O₂后，在玻璃罩内光合作用过程中¹⁸O的去路是6C¹⁸O₂＋12H₂O酶(――→)C₆H₁₂¹⁸O₆＋6O₂＋6H₂¹⁸O，其中产物H₂¹⁸O又作为光反应的原料，在水的光解中产生¹⁸O₂。

题型六　考查拓展实验

例6. [2019?全国卷Ⅱ，31，节选](2)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(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____________。

【解析】本题主要借助光合作用与细胞呼吸相关知识，考查考生对实验现象的分析，并对收集到的数据进行处理的能力；试题设置的“黑白瓶”实验对照，体现了对科学探究素养中结果分析要素的考查。(2)此为“黑白瓶法”测定植物的光合速率，A为甲、乙两瓶中O₂起始含量，甲瓶不透光，生产者只进行呼吸作用，若干小时后测定甲瓶中O₂含量为B，A与B的差值为这段时间内生产者呼吸作用消耗的O₂量；乙瓶透光，生产者既进行光合作用又进行呼吸作用，若干小时后测定乙瓶中O₂含量为C，C与A的差值表示这段时间内生产者净光合作用释放的O₂量；乙瓶与甲瓶中的O₂含量进行比较，C与B的差异是由生产者的光合作用造成的，所以C与B的差值表示这段时间内生产者光合作用的总放氧量(产生O₂量)。

【答案】(2)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

【变式探究】（江西玉山一中2020届高三质检）已知绿色植物的净光合速率大于0才能正常生长。若将某长势良好的绿色植物放在如图所示密闭装置中，置于适宜的温度和光照强度下24小时，欲测定该植物在24小时内能否正常生长，请简要写出实验思路，预期实验结果及结论。(该段时间内，瓶中CO₂足量)

(1)思路：________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

(2)结果及结论：

_______________________________________________________________________________；

_______________________________________________________________________________；

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【答案】(1)测定密闭装置内的初始 CO₂(O₂)浓度和培养24小时后的CO₂(O₂)浓度　(2)如果24小时后CO₂浓度小于初始浓度(24小时后O₂浓度大于初始浓度)，则植物24小时内正常生长；如果24小时后CO₂(O₂)浓度等于初始浓度，则植物24小时内不能正常生长；如果24小时后CO₂浓度大于初始浓度(24小时后O₂浓度小于初始浓度)，则植物24小时内不能正常生长

【解析】(1)若将该植物放在一密闭透明玻璃容器内并置于一定温度、光照条件下24小时，欲测定该植物在24小时内能否正常生长，可测定密闭装置内的初始CO₂(O₂)浓度和培养24小时后的CO₂(O₂)浓度，比较二者大小，即可判定。(2)若24小时后CO₂浓度小于初始浓度(24小时后O₂浓度大于初始浓度)，则说明该时间内光合作用大于细胞呼吸，该植物在24小时内有生长；如果24小时后 CO₂(O₂)浓度等于初始浓度，则植物24小时内不能正常生长；如果24小时后CO₂浓度大于初始浓度(24小时后O₂浓度小于初始浓度)，则植物24小时内不能正常生长。