(I)为了探究温度、光照强度对植物吸收CO2速率的影响,某兴趣小组在适宜的CO2浓度下,分别用两种温度(用t表示,且t1>t2)和不同的光照强度对某植物进行光合作用实验,得到如下图所示的结果:
⑴ 光照强度在a ~k范围内,限制该植物吸收CO2的速率的主要环境因素是__________;
⑵ 如果该植物吸收CO2的速率以摩尔数 / 单位时间来表示,那么在光照强度为g、温度为t1时,该植物产生O2的速率是_____________摩尔/单位时间。
⑶ 在光照强度为k的情况下, 该兴趣小组根据实验结果,得出“此植物在温度为t1时,吸收CO2的速率最大”的结论。但是仅依据图示结果,就得出上述结论并不妥当。请你在该兴趣小组的实验基础上提出改进思路:在___________范围内设置温度梯度,光照为________进行实验。
II.某研究小组对一大豆新品种种子萌发和幼苗生长过程开展研究,首先将大豆种子置于水分(蒸馏水)、通气、光照等条件适宜的环境中培养,定期检测萌发种子的干重变化,结果如图所示。据图分析:
(1)第2~6 d,种子从外界吸收水,参与细胞内生化反应,导致干重增加。6 d后种子干重减少的主要原因是________________。
(2)种皮未突破前,种子以无氧呼吸为主,第4 d,实验小组测得种子吸收的O2和释放的CO2之比为1∶3,此时大豆细胞内有机物酒精增多,产生酒精的葡萄糖占被分解葡萄糖的比例是________________。第________d,大豆的呼吸速率与光合速率大致相当。
III.为探究菠菜叶片的光合作用和细胞呼吸,进行了如下实验,操作流程及记录结果如下(单位:mg):
从上表信息可知,在26℃-29℃之间,随着温度的升高,呼吸作用趋势是___________,实际光合强度变化趋势是_________________。如果恒温在上表某一温度,维持10小时光照,14小时黑暗,菠菜能最大限度增加的质量是_________________mg。
【答案】光照温度6t2和t1之间和大于t1k细胞呼吸,分解了有机物6/710不断增强不断增强26
【解析】本题考查细胞呼吸、光合作用,考查对环境因素影响光合作用的理解和光合速率的定量分析。解答此题,关键是明确实际光合速率、表观光合速率、呼吸速率三者之间的关系,根据图中曲线或表格数据定量分析光合速率。
(I)⑴ 光照强度在a ~k范围内, CO2的吸收速率随光照强度增加而增加,则限制该植物吸收CO2的速率的主要环境因素是光照强度。
⑵在光照强度为g、温度为t1时,该植物CO2吸收速率代表净光合速率,为4摩尔/单位时间,呼吸速率为2摩尔/单位时间,产生O2的速率代表实际光合速率,为4+2=6摩尔/单位时间。
⑶ 在光照强度为k的情况下, t1时吸收CO2的速率大于t2。吸收CO2速率最大时的温度可能介于t2和t1之间,也可能大于t1,探究吸收CO2速率最大时的温度,自变量为温度,应在可能范围内设置温度梯度,光照强度为无关变量,各组实验应保持适宜且相同,应在光照强度为k时进行实验。
II. (1)种子萌发过程中需要通过呼吸作用分解储存的有机物,为萌发过程中细胞的分裂与分化提供能量,所以6 d后种子干重减少。
(2) 有氧呼吸过程中消耗的氧气与产生的二氧化碳体积相等,种子吸收的O2和释放的CO2之比为1∶3,根据有氧呼吸和无氧呼吸反应式,则有氧呼吸释放的CO2为1,有1/6份的葡萄糖参与有氧呼吸,无氧呼吸释放的CO2为2,有1份葡萄糖参与无氧呼吸,产生酒精的葡萄糖占被分解葡萄糖的比例是1/(1+1/6)= 6/7。第10d时,大豆种子干重降到最低,说明呼吸速率与光合速率大致相当。
III. 根据题意,a代表呼吸速率,a+b代表净光合速率,根据表中数据可知,在26℃-29℃之间,随着温度的升高,呼吸作用逐渐增强,实际光合强度应为2a+b,变化趋势是也是逐渐增强。在26℃时,叶片光照时增重最多,黑暗中消耗有机物最少,维持10小时光照,14小时黑暗,菠菜能最大限度增加的重量是(3+1)×10—1×14=26mg。
检测指标
呼吸速率
净光合速率
真正(总) 光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
释放量
产生量
有机物
消耗量(黑暗)
积累量
制造量、产生量