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

专题二细胞代谢热点题型4“变量控制法”突破光合作用和细胞呼吸的实验题考题示例(2019·全国Ⅰ，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______。增强解析经干旱处理后，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)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___________________________________________。降低气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少解析干旱处理后，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)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。规律方法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：①水生植物可以用气泡的产生量或产生速率为观察对象；②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；③植物体上的叶片，可以用指示剂(如碘液)处理后叶片颜色的变化为观察对象；④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：题组集训123装置组别123456789与光源距离/cm101520253035404550气泡数(个/min)40393022155300(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______________________________________________。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)解析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20mg/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20～25mg/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25mg/L，细胞可能会发生渗透失水而影响正常的代谢活动。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。123装置组别123456789与光源距离/cm101520253035404550气泡数(个/min)40393022155300(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”)。123装置组别123456789与光源距离/cm101520253035404550气泡数(个/min)40393022155300不同解析第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。解析若曲线图所示结果均为距离光源15cm测得，对应表格中距离为15cm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15～20mg/L之间，故表格中9个组的碳酸氢钠溶液浓度最可能是18mg/L。(3)若曲线图所示结果均为距离光源15cm测得，试分析表格中9个组的碳酸氢钠溶液浓度最可能是_____。A.15mg/LB.18mg/LC.20mg/LD.25mg/L123装置组别123456789与光源距离/cm101520253035404550气泡数(个/min)40393022155300B2.(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)放在温室中常规培养，实验组分别用浓度为0、0.05、0.10、0.50mmol·L－1的SA处理96h后，高温处理48h，再置于温室中恢复48h，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：123(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___________。相同且适宜解析据题意可知，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。123(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。123高温破坏了层析液解析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。黄瓜幼苗中叶绿素(光合色素)的结构解析曲线图显示：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、0.50mmol·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0mmol·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)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________________________________________________。123强于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)右图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：①C390＋W0组：390μmol/mol的大气CO2和自然降水量；②C550＋W0组：550μmol/mol的大气CO2和自然降水量；③C390＋W15组：390μmol/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C390＋W0组曲线上，且此时的光照强度为600lx。123(1)图1中，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”)。123叶绿体的类囊体薄膜传递和转化光能升高解析图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。吸收、(2)图2的实验设计中，C390＋W0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550μmol/mol的提升作用效果______。123对照解析C390＋W0组的处理条件为：390μmol/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：C390＋W15组＞C550＋W0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550μmol/mol的提升作用效果明显。明显(3)C390＋W15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_________________________________________________________________________。123解析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。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，从而促进光合作用解析据图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“C550＋W15”(即CO2浓度为550μmol/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。(4)上述实验_____(填“能”或“不能”)证明大气CO2浓度升高至550μmol/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，请说明理由；若不能，请写出实验组设计方法，____________________________。123不能增设“C550＋W15”的实验组专题二细胞代谢热点题型4“变量控制法”突破光合作用和细胞呼吸的实验题