1、细胞呼吸作用、光合作用的测定装置及相关试验设计1. 细胞呼吸作用的测定装置及相关实验设计测定装置测定细胞呼吸作用或呼吸类型常采取 U 型管页面升降（见例 1）或玻璃管液滴移动的观察法，即在广口瓶或锥形瓶内放入北侧生物（活种子或植物或动物） ，通过生物呼吸过程中释放 CO2 或吸收 O2 引起的气压变化，而推测或计算生物的呼吸状况，如图由于呼吸时既产生 CO2 又消耗 O2，前者可引起装置内气压升高，而后者则引起装置内气压下降，为便于测定真实呼吸情况。应只测其中一种气体变化情况。为此，测定过程中往往采用 NaOH 或 KOH 溶液吸收掉呼吸所产生的 CO2，这样，整个装置中的气压变化，只能因吸收
2、 O2 所引起，从而排除 CO2 对气压的干扰。对照试验的设计 物理误差的校正由于装置的气压变化，也可能会由温度等物理因素所引起，为使测定结果更趋准确，应设置对照试验，以校正物理膨胀等因素对实验结果造成的误差。此时，对照实验装置与呼吸装置相比，应将所测生物灭活，如将种子煮熟，而其他各项处理应与实验组完全一致（包括 NaOH 溶液，所用种子数量，装置瓶及玻璃管的规格等） 。 呼吸类型的确认欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置。两套呼吸装置中设置单一变量，即用等量的蒸馏水取代实验组的 NaOH，其他所有项目均应一致，加蒸馏水的装置内气压变化应由 CO2 与 O2 共同决定。两套装置可如
3、图所示，当然，此时仍有必要设置另一组做误差校正之用；活塞有色液滴橡皮塞刻度管容器蒸馏水 5mL发芽的种子装置图 2活塞有色液滴橡皮塞刻度管容器20%NaOH5mL发芽的种子装置图 1被 研 究的 生 物 结果与分析a 若装置 1 液滴左移，装置 2 液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸（因有氧呼吸产生 CO2 与消耗 O2 量相等） 。b若装置 1 液滴不动，装置 2 液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸（因无氧呼吸只产 CO2，不消耗 O2） 。c若装置 1 液滴左移，装置 2 液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸（因两种呼吸作用共存时呼吸放出的 CO2 量应高于 O2
4、消耗量） 。见例 2提醒：校正物理误差时应将生物处死，但测呼吸类型时应用活生物（如两组装置均用活种子） ，知识将单一变量改为是否用 NaOH 溶液吸收掉 CO2。用植物进行呼吸测定时，应避免光合作用吸收 CO2 与释放 O2 对装置气压的干扰，因而有必要对整个装置进行遮光处理，以防光合作用的影响、若乳酸菌进行呼吸，则既不耗 O2，也不产生 CO2（发芽的种子无氧呼吸一般产生酒精）若用脂肪含量高的种子如油菜种子做测定试验，则液滴移动更明显（因其耗 O2 量更大，但是测呼吸类型时一般默认底物是葡萄糖；若换成脂肪类底物，则往往测呼吸商，仅考虑有氧呼吸，就不再考虑无氧呼吸了） 。见例 3 为防止微生物
5、呼吸对实验结果的干扰，应将装置及所测种子进行消毒处理。 （最好不用灭菌这个词，其往往指高温高压来完成的含义）【例 1】 下图的实验装置用于测量大麦种子的细胞呼吸速率。实验开始时，图中有色液体处于“0”标志位，两套装置建成后静置 1 h，实验结果如图。1）装置中加入 NaOH溶液的目的是_。（2）装置 A中有色液体的变化量表示_。（3）装置 B中对大麦种子进行灭菌处理的目的是_；装置 B中有色液体的变化可能是_造成的，设置 B装置的目的是_。解释装置A、B的实验结果：_。图中有色溶液的作用是_。过滤纸卷成筒状的作用是_。计算大麦种子的 O2呼吸速率（用单位时间内 O2的吸收速率表示，单位为mm3
6、g1 h1 ）_。例 1 答案（1）吸收种子呼吸作用产生的二氧化碳 （2）大麦种子呼吸作用消耗氧的体积 （3）灭菌是防止细菌呼吸作用产生或吸收的气体影响实验结果 由于环境温度上升而引起的气体膨胀或外界大气压强降低 对照（排除由物理因素引起的气体热膨胀对实验结果的干扰）A：活的大麦种子呼吸时吸收O 2释放CO 2，而CO 2被NaOH吸收，这样气压降低，由于大气压强的作用， “U”型管内左侧有色液体上升；B：引起装置B右侧液体上升可能的原因是：由于环境温度上升而引起的气体膨胀；大气压强降低 有色液体作为指示剂 卷成筒状的滤纸增加了NaOH溶液吸收CO 2的面积B 内气体体积增加 20 mm3，A
7、 内气体减少 60 mm3，故 A内实际吸收 O2为 80 mm3，O2吸收速率= 8 mm3g1 h1 。7.答案(94110)：(1)B内气体体积增加20mm 3，A内1hg0m2气体减少60mm 3，故A内实际吸收O 2为80mm 3，O 2吸收速率=80mm 3/(10glh)=8mm3g-1h-1 【例2】. 下图的实验装置用于测量温度为35时青蛙的呼吸速率。该实验另设一个对照装置，该装置没有青蛙，但其他部分均与实验装置相同。实验开始前，测量实验装置和对照装置中Y 瓶的质量，然后将空气以相同速度缓慢地通入两个装置，2小时后再测量两个装置中Y 瓶的质量，以下显示所得结果。（1）指出该实
8、验的对照装置的作用。 （2）为什么实验装置 Y 瓶的质量下降幅度比对照装置的少 ? 实 验 装 置 对 照 装 置实 验 前 Y瓶 最 初 质量 (g) 160 8 156 7 实 验 结 束 时 Y瓶 质量 (g) 159 5 154 2 1.3.5（3）如何检测离开 X 瓶的空气是否还有二氧化碳? 右图所示的是检测气压变化的密闭装置，反应瓶和中心小杯中放置有关实验材料和试剂，关闭活栓后，U 形管右管液面高度变化反映瓶中气体体积变化。实验开始时将右管液面高度调至参考点，实验中定时记录右管液面高度相对于参考点的变化（忽略其他原因引起的容积变化） 。课题小组同学利用该装置探究某种异养型微生物的细
9、胞呼吸方式。（1）取甲、乙两套该密闭装置设计实验，请补充下表有关内容：装置 反应瓶内加入的材料 小杯内加入的材料 液面高度变化的含义甲一定浓度葡萄糖溶液微生物悬浮液各 1ml 细胞呼吸 O2 的消耗量乙 等量蒸馏水细胞呼吸时 CO2 释放量与O2 消耗量的差值（2）将甲、乙装置均置于 28恒温条件下进行实验（实验过程中微生物保持活性） ，60min 后读数，请补充下表有关内容：预期实验结果甲 乙微生物的细胞呼吸方式上升 不变 不变 下降 上升 下降 只进行产生乳酸的无氧呼吸例 2 答案、 （1 ）排除无关变量，确保实验测量的结果仅是由青蛙引起；能找出两个小时内 Y 瓶蒸发的水气质量； （2）因
10、为青蛙呼吸作用释放的二氧化碳被 Y 瓶的氢氧化钠溶液吸收； （3）在 X 瓶和钟罩之间增加一个盛有澄清石灰水的锥形瓶，将空气通入石灰水（只要答案合理均给分） 。（1） 适量（一定浓度的）NaOH 溶液；（一定浓度的）葡萄糖溶液、微生物悬浮液各 1ml （2） 只进行有氧呼吸（或：进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸） 只进行产生酒精和 CO2 的无氧呼吸 同时进行有氧呼吸和产生酒精、CO 2 的无氧呼吸 不变 不变【例 3】.在科学研究中常用呼吸商（RQ= ）表示生物用于有氧呼吸消 耗 的 氧 体 积释 放 的 二 氧 化 碳 体 积的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。关闭活塞，在 2
11、5下经 20 分钟读出刻度管中着色液移动距离。设装置 1 和装置 2 的着色液分别向左移动 x 和 y（mm） 。 x 和 y 值反映了容器内气体体积的减少。请回答：（1）装置 1 的小瓶中加入 NaOH 溶液的目的是 。（2） x 代表 值，y 代表 值。（3）若测得 x=200（mm） ，y=30（mm） ，则该发芽种子的呼吸商是 。（4）若要测定已长出一片真叶幼苗的 RQ 值，则应将该装置放于何种条件下进行，为什么？ 。（5）为使测得的 x 和 y 值更精确，还应再设置一对照装置。对照装置的容器和小瓶中应分别放入 。设对照的目的是 。例 3 答案.（1）吸收种子呼吸产生的二氧化碳（2）消
12、耗氧的体积 消耗氧和释放二氧化碳的体积之差 （3）0.85（4）黑暗，避免因为幼苗进行光合作用，干扰呼吸作用的气体量的变化（5）死的发芽种子和蒸馏水 用于校正装置 1 和 2 内因物理因素（或非生物因素）引起的容积变化2. 光合作用的测定装置及相关试验设计测定装置植物光合速率的测定通常也选用上图测定细胞呼吸作用的装置，但需用绿色植物作为被研究的生物，且将 NaOH 溶液更换为 NaCO3 溶液（持续提供 CO2，保持空间 CO2 浓度相对稳定） ，同时给予适宜的光照。装置中绿色植物光合作用产生的 O2 可使玻璃管内的小液滴右移。试验过程中 NaCO3 溶液持续释放 CO2，排除了因空间 CO2
13、 量的变化而对实验结果造成的干扰。对照试验的设计 物理误差的校对由于装置的气压变化，也可能会由温度等物理因素所引起，为使测定结果更趋准确，应设置对照试验，以校正物理膨胀等因素对实验结果造成的误差。此时，对照组装置与实验组装置相比，应处死植物，而其他各项处理应与实验组完全一致。 呼吸速率误差校对由于以上装置测得的为表观光合速率，所以需对该植物的呼吸速率进行测定。例 4图 1 为测定光合作用速度的装置，在密封的试管内放一新鲜叶片和二氧化碳缓冲液，试管内气体体积的变化可根据毛细玻璃刻度管内红色液滴移动距离测得。在不同强度的光照条件下，测得的气体体积如图 2 所示。（1）标记实验开始时毛细刻度管中液滴
14、所在位置。实验时，当光照强度由 0 渐变为 2.5 千勒克司时（不同光照强度照射的时间均等） ，液滴所在位应在实验初始标记的 位置的 处；试管内变化的气体是 。（2）若此时图 1 植物光照强度为 15 千勒克司，则 1 小时光合作用产生的气体量为 毫升。若此时植物叶片的呼吸商（CO 2/O2）为 0.8，那么植物光合作用除自身呼吸提供的 CO2外，植物还需从外界吸收 CO2 毫升。（3）为了防止无关因子对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，对照实验装置与实验组装置的区别是 。如果对照组在相同光照情况下，刻度管中的红色液滴较之实验组向右移了 5 毫升，其原因是 。（4）如果将试管中的CO 2
15、缓冲液改为水，则实验测得的数据指标是 值。该方法测得的实验数据不能较准确说明光合作用速率变化，原因是 。 。5 10 15 20 25 30 光照强度（千勒克司）气体体积（ml/h）200150100500- 50图 1 图 2CO2 缓冲液新鲜绿叶左 右毛细刻度管 红色液滴上面丙图表示某 C,植物的部分细胞结构和相关代谢情况，a 一 f 代表 O2 或 CO2，丁图表示温度对该植物光合作用与呼吸作用的影响（以测定的几 CO2 吸收量与 CO2 释放量为指标） ，请据图回答下列问题：（1）丙图中可表示 02 的字母是 ，图中 c （可以、不可以）表示葡萄糖的去向，原因是 。（2)在夏季晴天的正午，丙图 a 一 f 过程中可以发生的是 。(3)丁图中在 5 时光合作用制造的有机物量是呼吸作用消耗有机物量的 倍。例 4答案（1）相同 氧气 （2）200 160 （3）新鲜叶片改为经消毒的死叶片，环境物理因素（如温度变化等）对实验的影响（4）释放的二氧化碳与吸收氧气量的差 光合作用强度大于呼吸作用，使光合作用所需二氧化碳不够或光合作用吸收和产生的气体量相等，变化量与呼吸强度相关。. (1)a,c,f 不可以葡萄糖需在细胞质基质中分解为丙酮酸，再进入线粒体继续分解（2）a,b,c、d （3）3
