例谈“微专题”在高三生物学复习中的应用——光合作用与细胞呼吸速率测定的专题设计

何小彪

(甘肃省岷县第一中学 定西 748400)

所谓“微专题”是指选择切口小、角度新与针对性强的微型复习专题，力求解决复习课中的真问题、小问题和实问题[1]。光合作用和细胞呼吸是高中人教版《生物·必修1·分子与细胞》的重点内容，是各类考试的考查热点，通常考查相关知识点的掌握情况及学生的综合分析与判断能力。本文通过设计“微专题”对高考命题中光合作用与细胞呼吸速率测定的模型分析汇总，以提高复习课的教学效果。

1 液滴移动法

例如，图1中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；而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。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。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。

图1 液滴移动法装置图

例1 利用如图2所示装置进行光合速率的测定，下列相关说法不正确的是( )

图2 光合速率测定装置图

A. 整个装置必须在光下，光是植物进行光合作用的条件

B. 为了使结果更科学，应设计对照实验，并使无关变量适宜而且相同

C. 玻璃瓶中的NaHCO3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

D. 植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。单位时间内液滴右移的体积即是真正光合速率

解析：测定植物的光合作用，需要在有光的条件下进行，A正确；实验设计的基本原则是对照原则，同时要保证单一变量的原则，B正确；NaHCO3溶液可分解提供二氧化碳，从而保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求，C正确；单位时间内液滴右移的体积为净光合释放的氧气量，还需要测量呼吸速率，再求出真正光合速率，D错误。

2 切叶称重法

将同一叶片于不同条件下处理，在处理前后分别切下面积相等的叶片烘干后称其重量。如果处理条件为黑暗，则处理前后的干重变化为细胞呼吸干物质量；如果处理条件为光照，则处理前后的干重变化为净光合作用干物质量，综合两者即可得到真正光合作用的干物质量。

例2 某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做了如图3所示实验。在叶柄基部作环剥处理(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切下面积为1cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6g·cm-2·h-1(不考虑切下叶圆片后对叶生理活动的影响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( )

图3 切叶称重实验流程图

A. 下午4时后将整个实验装置遮光3h

B. 下午4时后将整个实验装置遮光6h

C. 下午4时后在阳光下照射1h

D. 晚上8时后在无光下放置3h

解析：起始干重为上午10时移走的叶圆片干重xg，从上午10时到下午4时，叶片在这6h内既进行光合作用，又进行细胞呼吸，所以下午4时移走的叶圆片干重yg减去上午10时移走的叶圆片干重xg的差值，就等于该叶圆片净光合作用干物质量：(y-x) g。若要求出细胞呼吸干物质量，应将叶片遮光处理，先假设叶片遮光处理Mh后干重为zg，下午4时移走的叶圆片干重yg减去叶片遮光处理Mh后的干重zg差值，就是细胞呼吸干物质量：(y-z) g。已知：测得叶片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6g·cm-2·h-1，据真正光合速率=净光合速率+呼吸速率，得出：(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/M，计算出M=3h。

3 黑瓶白瓶法

黑瓶为用黑布罩住的玻璃瓶，只有细胞呼吸，而白瓶既能进行光合作用又能进行细胞呼吸。所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作用强度值，综合两者可得到真正光合作用强度值。

例3 某同学研究甲湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、 b、 c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、 b、 c三瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内容氧量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24h取出，测两瓶中氧含量，结果如图4所示。则24h待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是( )

图4 黑瓶白瓶测定结果图

A. 24h待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是vmol/瓶

B. 24h待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是kmol/瓶

C. 24h待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(k-v) mol/瓶

D. 24h待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k-v) mol/瓶

解析：根据题意可知，a瓶生物在黑暗条件下仅能进行有氧呼吸，24h待测深度水体中生物进行有氧呼吸消耗的氧气量为(w-v) mol/瓶；b瓶生物在光照条件下，氧气的增加量为(k-w) mol/瓶，即为瓶内生物24h进行光合作用和有氧呼吸净积累的氧气量(净光合量)，故24h待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量=有氧呼吸消耗的氧气量+净光合量=(w-v)+(k-w)=(k-v) mol/瓶。

4 半叶遮光法

将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。

例4 现采用如图5所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用适当的方法阻止A、 B间物质和能量的转移。在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、 B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位mg/(cm2·h)。下列说法正确的是( )

图5 半叶遮光法测定示意图

A. (m2-m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量

B. 该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能测出真正光合作用的强度

C.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小

D.m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小

解析：本题需要明确在黑暗中有机物的减少量代表细胞呼吸强度，光照下有机物的增加量代表净光合作用强度，真正光合作用速度=净光合作用速度+细胞呼吸速度。假设原来半片叶重为m0，则(m0-m1)=细胞呼吸强度，(m2-m0)为光照下的净光合作用强度，真正光合作用强度=(m2-m0)+(m0-m1)=(m2-m1)，所以，(m2-m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的合成量，而不是积累量，A错误B正确；m2表示被截取部分的(B部分)干重，不能代表净光合作用的大小，C错误；m1表示被截取部分的(A部分)干重，不能代表在光照时间内细胞呼吸的大小，D错误。

(基金项目：兰州大学教育发展基金会“车晓岚教育基金公益事业项目‘微专题’在高中教学中的应用研究——以高三生物复习课为例”；2017年度甘肃省“十三五”教育科学规划课题“微课程在高中生物探究式教学中的应用研究——以《分子与细胞》模块为例”，No.GS〔2017〕GHB0260)