生物高三二轮复习系列专题二 热点题型4 “变量控制法”突破光合作用和细胞呼吸的实验题

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1、 (2019 全国，29)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根 细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题： (1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力_。 (2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会_，出现这种变化的原因是 _ _。 (3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由 ABA 引起的。请 以该种植物的 ABA 缺失突变体(不能合成 ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要 求简要写出实验思路和预期结果。 答案 (1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2

2、减少 (3)取ABA缺失 突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱 处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的 ABA 缺失突变体植株分成两组，在干旱条件 下，一组进行 ABA 处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预 期结果是 ABA 处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。 解析 (1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大， 植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使 CO2供应不足，暗反应减弱， 从而导致光合速率降低。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下

3、 气孔开度减小不是由缺水直接引起的； 再设计在干旱条件下 ABA 处理组与非 ABA 处理组的 对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由 ABA 引起的。 光合作用相关实验大多结合光合作用的原料、产物、场所和条件展开。解答此类题目时，要 重点注意变量的控制。 (1)需要根据实验目的确定实验自变量 如“验证光合作用需要 CO2”的实验中，自变量为 CO2的有无，因此，需设置一组有 CO2， 另一组无 CO2。 (2)依据不同的实验材料和方法确定因变量(观察对象) 如： 水生植物可以用气泡的产生量或产生速率为观察对象； 离体叶片若事先沉入水底，可以用单位时间内上浮的叶片数目为观察对象； 植物体上的叶片

4、，可以用指示剂(如碘液)处理后叶片颜色的变化为观察对象； 水绵作为实验材料时要借助显微镜，以好氧细菌的分布情况为观察对象。 (3)严格控制无关变量：除了自变量不同外，无关变量要保持相同且适宜。 1 (2019 湖南岳阳质检)在测定金鱼藻光合作用的实验中， 密闭装置中有一定浓度的碳酸氢钠 溶液，保持温度恒定且适宜，通过改变冷光源与装置间的距离来改变光照强度，实验距离都 在有效光照距离内。 不同距离下的 9 个相同装置 5 分钟内产生的气泡数(光合强度用气泡数表 示)的结果见下表。请回答下列问题： 装置组别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 与光源距离/cm 10 15 20 25 30 35

5、40 45 50 气泡数(个/min) 40 39 30 22 15 5 3 0 0 (1)据表格信息分析影响光合作用强度的因素是_；在距离不变的情况下， 若要增加第 3 组气泡产生的数量， 可在实验前对该装置采取的措施是_ _。 (2)若第8组和第9组的呼吸作用强度相同， 则这两组光合强度_(填“相同”或“不同”)。 (3)若曲线图所示结果均为距离光源 15 cm 测得，试分析表格中 9 个组的碳酸氢钠溶液浓度最 可能是_。 A15 mg/L B18 mg/L C20 mg/L D25 mg/L 答案 (1)光照强度 适当增加碳酸氢钠溶液浓度(或增加金鱼藻的数量) (2)不同 (3)B 解析

6、 表格中的自变量是装置与光源的距离，即不同的光照强度，因变量是 5 分钟产生的气 泡数。曲线图中，小于 20 mg/L 时，随着碳酸氢钠溶液浓度的升高，气泡会增多；碳酸氢钠 溶液浓度在 2025 mg/L 时，气泡数不随二氧化碳的增大而增多；碳酸氢钠溶液浓度超过 25 mg/L，细胞可能会发生渗透失水而影响正常的代谢活动。 (1)表格中的自变量是与光源的距离，代表的是不同的光照强度。在距离不变即光照强度不变 的情况下，可以通过适当增加碳酸氢钠溶液浓度(或增加金鱼藻的数量)来增加第 3 组气泡产 生的数量。 (2)第 8 组和第 9 组都气泡数为 0，即不再释放氧气，故此时光合速率呼吸速率，因为

7、两组 的光照强度不同，故光合速率不同，第 9 组光照更弱，光合速率更低。 (3)若曲线图所示结果均为距离光源 15 cm 测得，对应表格中距离为 15 cm 时，5 分钟内气泡 数为 39 个，则每分钟的气泡数为 7.8 个，对应曲线图中的碳酸氢钠溶液浓度在 1520 mg/L 之间，故表格中 9 个组的碳酸氢钠溶液浓度最可能是 18 mg/L。 2(2019 辽宁辽阳模拟)水杨酸(SA)是一种植物内源信号物质，能提高植物的抗热性。为研究 外施 SA 对黄瓜幼苗抗高温胁迫能力的生理效应，某科研小组选取生长状况一致的黄瓜自根 苗和嫁接苗若干，各自均分为 5 组，其中对照组(CK)放在温室中常规培

8、养，实验组分别用浓 度为 0、0.05、0.10、0.50 mmol L 1 的 SA 处理 96 h 后，高温处理 48 h，再置于温室中恢复 48 h，最终测定各组黄瓜幼苗的光能转化效率，结果如图所示。请回答下列问题： (1)对照组和实验组培养时的环境条件除温度不同以外，其他条件应_。 (2)高温胁迫能显著降低黄瓜幼苗的光能转化效率，影响光合作用的光反应阶段，推测其可能 的原因是_ _。 在实验室中可将黄瓜幼苗的色素提取后用_(填试剂名称)分离来验证该假设。 (3)由图可知，黄瓜嫁接苗的耐高温能力_(填“强于”或“弱于”)自根苗，图中几 组浓度的 SA 均能_。 答案 (1)相同且适宜 (

9、2)高温破坏了黄瓜幼苗中叶绿素(光合色素)的结构 层析液 (3)强 于 减轻高温对黄瓜幼苗的伤害，提高其光能转化效率 解析 (1)据题意可知，本实验的自变量为黄瓜的自根苗和嫁接苗、是否经过高温处理、SA 的浓度，因变量为各组黄瓜幼苗的光能转化效率，其他对实验结果有影响的因素均为无关变 量。为了避免无关变量的干扰，对照组和实验组培养时的环境条件除温度不同以外，其他条 件(无关变量)应相同且适宜。(2)光合作用的光反应阶段，其过程为：叶绿体中的色素分子吸 收的光能，一部分将水在光下分解为H和 O2，一部分在有关酶的催化作用下，促成 ADP 与 Pi 发生化学反应，形成 ATP。据此可推测：高温胁迫

10、能影响光合作用的光反应阶段，进而 显著降低黄瓜幼苗的光能转化效率， 其可能的原因是高温破坏了黄瓜幼苗中叶绿素(光合色素) 的结构。为了验证该假设，在实验室中可将黄瓜幼苗的色素提取后用层析液进行分离。(3)曲 线图显示：在 SA 的浓度相同的条件下，嫁接苗的光能转化效率高于自根苗，说明黄瓜嫁接 苗的耐高温能力强于自根苗。与 CK 组相比，用 0、0.05、0.10、0.50 mmol L 1 的 SA 处理的 实验组，其黄瓜幼苗的光能转化效率均明显降低，但用 SA 的浓度为 0 mmol L 1 处理的实验 组，其黄瓜幼苗的光能转化效率降低的幅度最大，说明高温对黄瓜幼苗有伤害作用，但图中 几组浓

11、度的 SA 均能减轻高温对黄瓜幼苗的伤害，提高其光能转化效率。 3(2019 陕西榆林二模)下图 1 表示光合作用的两个阶段；图 2 表示研究人员探究不同 CO2 浓度和降水量对华北地区玉米净光合速率影响的实验结果，其中设计的三组实验的实验数据 分别为： C390W0 组：390 mol/mol 的大气 CO2和自然降水量； C550W0 组：550 mol/mol 的大气 CO2和自然降水量； C390W15 组：390 mol/mol 的大气 CO2和降水量增加 15%。 其中C390为标准的大气CO2浓度， P 点位于C390W0组曲线上， 且此时的光照强度为600 lx。 (1)图1中

12、， 阶段1发生在_(结构)， 该结构上的色素具有的主要功能是_。 若突然停止光照，图 1 中 X 的含量_(填“升高”“不变”或“降低”)。 (2)图 2 的实验设计中，C390W0 组起_作用；P 点时，仅增加 15%的降水量对玉 米净光合速率的提升作用比仅升高CO2浓度到550 mol/mol的提升作用效果_。 (3)C390W15 组实验的结果说明，适当增加降水量可提高玉米的净光合速率，可能的原因 是_ _。 (4)上述实验_(填“能”或“不能”)证明大气 CO2浓度升高至 550 mol/mol 和降水 量增加 15%这两种因素的共同作用将更大程度地提高玉米的净光合速率。 若能， 请说

13、明理由； 若不能，请写出实验组设计方法，_。 答案 (1)叶绿体的类囊体薄膜 吸收、 传递和转化光能 升高 (2)对照 明显 (3)适当增加 降水量可提高气孔的开放度，增加玉米对 CO2的摄入量，从而促进光合作用 (4)不能 增设 “C550W15”的实验组 解析 (1)图 1 中阶段 1 表示光反应阶段，反应场所是叶绿体的类囊体薄膜，其上的叶绿素 a 具有吸收、传递和转化光能的作用，物质 X 表示三碳化合物，若突然停止光照，光反应立即 停止，ATP 和H不再生成，三碳化合物会由于H和 ATP 的减少而还原受阻，而短时间内二 氧化碳固定生成三碳化合物的速率不变，所以三碳化合物的含量增加。 (2

14、)C390W0 组的处 理条件为：390 mol/mol 的大气 CO2(标准的大气 CO2浓度)和自然降水量，所以该组为对照 组。 由图可知， 不同处理条件下 P 点时净光合速率： C390W15 组C550W0 组C390 W0 组，所以仅增加 15%的降水量对玉米净光合速率的提升作用比仅升高 CO2浓度到 550 mol/mol 的提升作用效果明显。(3)干旱条件下植物为了减少蒸腾作用散失水分，会出现气 孔关闭，而适当增加降水量可提高气孔的开放度，增加玉米对 CO2的摄入量，从而促进光合 作用。 (4)据图 2 显示两种因素单独作用在一定的光照强度下都能提高净光合速率，所以，它们单独 作用都能促进玉米有机物的积累，从而促进产量的提高。据此可以预估两个因素共同作用可 以更好地提高玉米产量。但是仅根据上述实验结果还不能做出判断，还缺乏数据支持，应增 设“C550W15”(即 CO2浓度为 550 mol/mol 和降水增加 15%)的实验组进行实验，再对结 果作出分析和判断。