一图多用与知识迁移|知识迁移

　　光合作用和呼吸作用的知识是高中生物的重点和难点，也是高考中的热点。其中测定光合作用速率和呼吸作用速率的装置图既有区别又有联系，蕴含着学科思想和研究方法，如果能弄清装置图中所蕴含的生物学含义以及与相关知识的结合点，就能提高学生观察、获取、分析筛选、处理信息的能力，学会获取信息灵活应用知识的方法。学会知识的迁移，做到举一反三。
　　
　　1　测定细胞呼吸作用速率
　　
　　1.1　实验测定装置
　　呼吸作用的速率是指在单位时间内释放的二氧化碳或所吸收氧气的体积或消耗葡萄糖的量。实验装置(图1)：密闭锥形瓶+二氧化碳吸收剂(NaOH溶液)。
　　1.2　实验控制方法
　　实验材料：如果是植物的种子、动物等都只能进行呼吸作用。如果是绿色植物则既可以进行光合作用又能进行呼吸作用，所以应排除光合作用对呼吸作用的干扰――给植株遮光(黑暗处理)。
　　除去容器中CO2――NaOH溶液(KOH溶液)。
　　测定密闭锥形瓶中气体变化量――带刻度的液滴。由于溶液吸收了瓶中的二氧化碳，细胞进行呼吸作用消耗了瓶中氧气，所以装置中的液滴的应向左移动。
　　例析：请用简单方法来测量有氧呼吸强度的大小(以单位时间内的耗氧量表示)。
　　实验材料：带塞的玻璃钟罩、小烧杯，10％NaOH溶液，带刻度的玻璃导管、锥形瓶、小麦种子。
　　实验步骤：
　　①建立如图1所示装置。
　　②1 h后装置红墨水滴移动的方向和刻度。
　　③计算：小麦种子有氧呼吸强度=耗氧量／时间。
　　④为了排除外界温度、气压变化对实验结果的影响，即减少实验误差。还应设置对照，即增加一个装置，将以上装置中萌发的种子换成煮熟(死亡的种子)，其他不变。
　　练习：将刚萌发的且用消毒剂清洗过(不影响种子的生命活力)的小麦种子(以淀粉为主)放入下列装置(图2)，在温度不变，压力为一个大气压的情况下进行实验。
　　
　　
　　
　　请根据图示回答下列问题：
　　(1)请简要解释形成该实验结果的原因________________。
　　(2)为了防止因萌发种子的生理活动产生的温度引起锥形瓶内气体的物理性膨胀或收缩所造成的误差，必须要有对照，并对实验结果进行验证。那么对照组锥形瓶内应放置___________________。
　　(3)用等量的蒸馏水替代CO2吸收剂，其他条件不变，重复上图所示实验，如果发现有色液滴不移动，则说明种子进行了怎样的生理活动?
　　(4)如果将小麦种子换成等质量的油菜种子(主要成分是硬脂酸，C、H比例高于葡萄糖)，其他条件不变，重复上图所示实验，预计有色液滴移动的距离___________________(填大于、小于或等于)图示实验结果。
　　(5)一段时间后，有色液滴停止移动，是否意味着种子停止呼吸?说明原因。___________________。
　　(6)若图中实验用小麦种子不经消毒处理，则测得的数据与种子实际呼吸强度相比是偏大了还是偏小?简述原因。___________________。
　　答案：(1)萌发的种子有氧呼吸吸收氧气.放出的二氧化碳被CO2吸收剂吸收.导致锥形瓶内气体体积减少，压力降低，有色液滴左移(2)用消毒剂清洗过的死的刚萌发小麦种子和CO2吸收剂(3)萌发的小麦种子以葡萄糖为原料进行有氧呼吸.吸收的氧气和呼出的CO2的体积相等(4)大于(5)不一定种子可能在进行无氧呼吸(6)偏大种子表面的微生物呼吸作用也会消耗一定量的氧气
　　
　　2　测定细胞光合作用速率
　　
　　2.1　光合作用装置
　　光合速率的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的CO2或释放的O2表示。实验装置密闭透光锥形瓶+二氧化碳缓冲剂(NaHCO3溶液)。
　　2.2　实验控制方法
　　实验材料：绿色植物。
　　CO2缓冲液(NaHCO3溶液)――维持小室内CO2浓度的相对恒定。
　　除去叶中原有淀粉――置于黑暗环境(饥饿处理)。
　　例析：图3是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度。该装置放在20℃环境中。实验开始时，针筒的读数是0.2 mL，毛细管内的水滴在位置X。30 min后，针筒的容量需要调至0.6 mL的读数，才能使水滴仍维持在x的位置。据此实验回答下列问题。(1)以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是________mL／h。
　　(2)用这一方法测量光合作用速率，比实际的光合速率为低，原因是______________。
　　(3)如果在原实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在0.6 mL读数处。在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30℃，针筒容量需要调至0.8 mL读数，才能使水滴维持在x的位置上。比较两个实验可以得出什么结论
　　。
　　分析：NaHCO3溶液维持了小室中二氧化碳浓度的相对恒定，液滴的移动是光合作用产生的氧气与呼吸作用消耗氧气的差值，所以该装置测出的时净光合作用速率。据题意针筒的容量需要调至0.6 mL的读数，才能使水滴仍维持在x的位置，说明光合作用产生的氧气与呼吸作用消耗氧气的差值是0.6 mL)2 mL=0.4 mL，净光合作用速率=0.4 mL／0.5 h=0.8 mL／h。
　　参考答案：(1)0.8(2)植物同时进行呼吸作用，消耗了氧气(3)在这两个实验中，光照不是限制光合作用速率的主要因素.而温度才是限制光合作用速率的主要因素
　　
　　3　判断生物体呼吸作用的类型
　　
　　探究种子萌发时进行的呼吸类型。
　　
　　3.1　实验原理
　　种子萌发过程如果只进行有氧呼吸，则吸收的氧气量和放出的二氧化碳量相等；如果只进行无氧呼吸，则不吸收氧气，能放出二氧化碳；如果既有有氧呼吸又进行无氧呼吸，则吸收的氧气量小于放出的二氧化碳量
　　3.2　实验材料和用具
　　萌发的小麦种子、带橡皮塞的锥形瓶两只、小烧杯4个、两根带有红色液滴的刻度玻璃管、NaOH溶液、清水、凡士林。
　　3.3　实验方法
　　将实验材料和用具按图4配置好实验装置。
　　3.4　实验结果及预测
　　分析：在有无NaOH溶液(吸收二氧化碳)情况下，观察红色液滴是否移动及移动方向，从而确定种子萌发过程进行呼吸作用消耗氧气和生成二氧化碳情况，最后通过对比即可确定其呼吸作用类型。由于该实验是探究性实验，所以实验结果有_一种情况：如果装置一中的液滴左移，装置二的液滴不移动，则说明萌发的种子只进行有氧呼吸；如果装置一中的液滴 不动，装置二中的液滴右移，则说明萌发的种子只进行无氧呼吸；如果装置一中的液滴左移，装置二中的液滴右移，则说明萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
　　参考答案：
　　装置一中的液滴左移，装置二的液滴不移动.则说明萌发的种子只进行有氧呼吸：
　　装置一中的液滴不动，装置二中的液滴右移.则说明萌发的种子只进行无氧呼吸；
　　装置一中的液滴左移.装置二中的液滴右移，则说明萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
　　
　　4　测定呼吸熵
　　
　　呼吸熵是指呼吸作用所释放的CO2的体积和吸收的O2的体积的比值。
　　实验装置：根据呼吸熵定义要求，只要知道呼吸作用消耗的氧气和呼出的二氧化碳量，就可以计算出呼吸熵来。
　　例析：为了测定种子萌发时的呼吸熵，现准备了2只玻璃瓶、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的种子、10％的NaOH溶液、清水等，并组装成如图5所示的实验装置。
　　(1)由于发芽的种子(已消毒)的呼吸作用，1号玻璃瓶内的气体发生了变化，使得墨滴向左移动，显然瓶内气体减少了，减少的气体量是____________。
　　(2)如果装置一的液滴向左移动距离为a，装置二的液滴向左移动距离为b，则呼吸熵计算式为：________________________。如果装置一的液滴向左移动距离为a，装置二的液滴向右移动距离为b，则呼吸商计算式为：____________。
　　(3)为了纠正环境因素引起的实验测量误差，应设置对照装置。应如何设置对照?
　　分析：装置一中NaOH吸收CO2，气体体积再变化只能是氧气引起的，所以它测的是种子呼吸作用的耗氧气量；装置二中烧杯中是清水，不能大量吸收二氧化碳和氧气，对瓶中的气体变化几乎没有影响，所以气体体积的变化就是呼吸作用释放的二氧化碳和消耗氧气的差值，从而间接测出二氧化碳生成量。
　　设置对照装置是排除环境因素引起的实验测量误差，增加装置三需用死亡的种子代替发芽的种子，其它和装置二相同(注意：若实验材料是绿色植物，还需要在黑暗环境以避免光合作用干扰)。
　　参考答案：(1)呼吸作用消耗氧气的量(2)(a-b)／a、(a+b)／a(3)用死种子，烧杯中放等量的清水