例談“微專題”在高三生物學復習中的應用
——光合作用與細胞呼吸速率測定的專題設計

何小彪

(甘肅省岷縣第一中學 定西 748400)

所謂“微專題”是指選擇切口小、角度新與針對性強的微型復習專題，力求解決復習課中的真問題、小問題和實問題[1]。光合作用和細胞呼吸是高中人教版《生物·必修1·分子與細胞》的重點內容，是各類考試的考查熱點，通?？疾橄嚓P知識點的掌握情況及學生的綜合分析與判斷能力。本文通過設計“微專題”對高考命題中光合作用與細胞呼吸速率測定的模型分析匯總，以提高復習課的教學效果。

1 液滴移動法

例如，圖1中甲裝置在黑暗條件下植物只進行細胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細胞呼吸產生的CO2，所以單位時間內紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率；而乙裝置在光照條件下植物進行光合作用和細胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內CO2濃度的恒定，所以單位時間內紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率。真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。

圖1 液滴移動法裝置圖

例1 利用如圖2所示裝置進行光合速率的測定，下列相關說法不正確的是( )

圖2 光合速率測定裝置圖

A. 整個裝置必須在光下，光是植物進行光合作用的條件

B. 為了使結果更科學，應設計對照實驗，并使無關變量適宜而且相同

C. 玻璃瓶中的NaHCO3溶液保證了容器內CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求

D. 植物光合作用釋放氧氣，使容器內氣體壓強增大，毛細管內的水滴右移。單位時間內液滴右移的體積即是真正光合速率

解析：測定植物的光合作用，需要在有光的條件下進行，A正確；實驗設計的基本原則是對照原則，同時要保證單一變量的原則，B正確；NaHCO3溶液可分解提供二氧化碳，從而保證了容器內CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求，C正確；單位時間內液滴右移的體積為凈光合釋放的氧氣量，還需要測量呼吸速率，再求出真正光合速率，D錯誤。

2 切葉稱重法

將同一葉片于不同條件下處理，在處理前后分別切下面積相等的葉片烘干后稱其重量。如果處理條件為黑暗，則處理前后的干重變化為細胞呼吸干物質量；如果處理條件為光照，則處理前后的干重變化為凈光合作用干物質量，綜合兩者即可得到真正光合作用的干物質量。

例2 某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率，做了如圖3所示實驗。在葉柄基部作環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，于不同時間分別在同一葉片上陸續切下面積為1cm2的葉圓片烘干后稱其重量，測得葉片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6g·cm-2·h-1(不考慮切下葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實驗條件是( )

圖3 切葉稱重實驗流程圖

A. 下午4時后將整個實驗裝置遮光3h

B. 下午4時后將整個實驗裝置遮光6h

C. 下午4時后在陽光下照射1h

D. 晚上8時后在無光下放置3h

解析：起始干重為上午10時移走的葉圓片干重xg，從上午10時到下午4時，葉片在這6h內既進行光合作用，又進行細胞呼吸，所以下午4時移走的葉圓片干重yg減去上午10時移走的葉圓片干重xg的差值，就等于該葉圓片凈光合作用干物質量：(y-x) g。若要求出細胞呼吸干物質量，應將葉片遮光處理，先假設葉片遮光處理Mh后干重為zg，下午4時移走的葉圓片干重yg減去葉片遮光處理Mh后的干重zg差值，就是細胞呼吸干物質量：(y-z) g。已知：測得葉片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6g·cm-2·h-1，據真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率，得出：(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/M，計算出M=3h。

3 黑瓶白瓶法

黑瓶為用黑布罩住的玻璃瓶，只有細胞呼吸，而白瓶既能進行光合作用又能進行細胞呼吸。所以用黑瓶(無光照的一組)測得的為細胞呼吸強度值，用白瓶(有光照的一組)測得的為凈光合作用強度值，綜合兩者可得到真正光合作用強度值。

例3 某同學研究甲湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸。具體操作如下：取三個相同的透明玻璃瓶a、 b、 c，將a先包以黑膠布，再包以鉛箔。用a、 b、 c三瓶從待測水體深度取水，測定c瓶中水內容氧量。將a瓶、b瓶密封再沉入待測水體深度，經24h取出，測兩瓶中氧含量，結果如圖4所示。則24h待測深度水體中生物光合作用和有氧呼吸的情況是( )

圖4 黑瓶白瓶測定結果圖

A. 24h待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是vmol/瓶

B. 24h待測深度水體中生物光合作用產生的氧氣量是kmol/瓶

C. 24h待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是(k-v) mol/瓶

D. 24h待測深度水體中生物光合作用產生的氧氣量是(k-v) mol/瓶

解析：根據題意可知，a瓶生物在黑暗條件下僅能進行有氧呼吸，24h待測深度水體中生物進行有氧呼吸消耗的氧氣量為(w-v) mol/瓶；b瓶生物在光照條件下，氧氣的增加量為(k-w) mol/瓶，即為瓶內生物24h進行光合作用和有氧呼吸凈積累的氧氣量(凈光合量)，故24h待測深度水體中生物光合作用產生的氧氣量=有氧呼吸消耗的氧氣量+凈光合量=(w-v)+(k-w)=(k-v) mol/瓶。

4 半葉遮光法

將葉片一半遮光，一半曝光，遮光的一半測得的數據變化值代表細胞呼吸強度，曝光的一半測得的數據變化值代表凈光合作用強度值，最后計算真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理，以防止有機物的運輸。

例4 現采用如圖5所示方法測定植物葉片光合作用強度，將對稱葉片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用適當的方法阻止A、 B間物質和能量的轉移。在適宜光照和溫度下照射一段時間，在A、 B中截取對應部分相等面積的葉片，烘干稱重，分別記作m1和m2，單位mg/(cm2·h)。下列說法正確的是( )

圖5 半葉遮光法測定示意圖

A. (m2-m1)表示B葉片被截取的部分在光照時間內有機物的積累量

B. 該方法在未測出細胞呼吸強度的條件下，能測出真正光合作用的強度

C.m2表示被截取的部分在光照時間內凈光合作用的大小

D.m1表示被截取的部分在光照時間內細胞呼吸的大小

解析：本題需要明確在黑暗中有機物的減少量代表細胞呼吸強度，光照下有機物的增加量代表凈光合作用強度，真正光合作用速度=凈光合作用速度+細胞呼吸速度。假設原來半片葉重為m0，則(m0-m1)=細胞呼吸強度，(m2-m0)為光照下的凈光合作用強度，真正光合作用強度=(m2-m0)+(m0-m1)=(m2-m1)，所以，(m2-m1)表示B葉片被截取的部分在光照時間內有機物的合成量，而不是積累量，A錯誤B正確；m2表示被截取部分的(B部分)干重，不能代表凈光合作用的大小，C錯誤；m1表示被截取部分的(A部分)干重，不能代表在光照時間內細胞呼吸的大小，D錯誤。

(基金項目：蘭州大學教育發展基金會“車曉嵐教育基金公益事業項目‘微專題’在高中教學中的應用研究——以高三生物復習課為例”；2017年度甘肅省“十三五”教育科學規劃課題“微課程在高中生物探究式教學中的應用研究——以《分子與細胞》模塊為例”，No.GS〔2017〕GHB0260)