利用密閉容器內(nèi)生物代謝的研究

1、利用密閉容器內(nèi)生物代謝的研究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力關(guān)鍵詞：密閉裝置 細(xì)胞呼吸作用 凈光合作用量 總光合作用量細(xì)胞的重要牛理一光合作用和呼吸作用是綸物復(fù)朵的牛理變化過程，對這個(gè)牛理 變化的認(rèn)識是無數(shù)科學(xué)家利用密閉容器研究代謝中的氣體變化量結(jié)合放射同位素標(biāo) 記法研究而得，在實(shí)際操作中容器內(nèi)氣體的變化量更易于掌控和研究，因此密閉裝置 內(nèi)測定不同條件下c02與02的最變來研究生物的代謝是高考中生物代謝的重要考點(diǎn)。面對眼花繚亂的裝宜與圖表，學(xué)生往往顧此失彼，失分較高。要解決此類問題，必須 跟隨科學(xué)家的腳步，利用密閉容器探究牛:物代謝，理解各裝置圖與藥站的作用。筆者 在教學(xué)過程中帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行了相關(guān)

2、內(nèi)容的研究總結(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能 力，取得了很好的效果。1.利用密閉裝置研究生物的呼吸作用對于非光合作用的生物而言，如萌發(fā)的種子、酵母菌或動物，利用密閉裝置可以測定在特定條件下牛:物的呼吸速率和呼吸商，典型的裝置如圖所示：解版酣嚴(yán)群4a硏證*wtl口2（1）明確各裝置的作用裝置1中naoh的作用是及時(shí)吸收容器內(nèi)的種了呼吸釋放的c0?,同時(shí)紅色液滴的 位置變化體現(xiàn)了容器屮0：?體積的變化，因而裝置1則是測定生物呼吸作用中02吸收 量的變化，從而可以測定單位時(shí)間內(nèi)種子的有氧呼吸速率。裝置2中蒸飾水則不會影響到種子代謝中氣體的變化量。與裝置1作對照則可以 測定種子代謝中co?的變化量，從

3、而確定種子的呼吸類型與呼吸商。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論分析：裝置1裝置2人1丄液滴左移液滴不移動只進(jìn)行冇氧呼吸液滴不移動液滴右移只進(jìn)行無氧呼吸液滴左移液滴右移既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無氧呼吸液滴左移液滴左移呼吸底物中有脂質(zhì)參與例1.在外界環(huán)境條件恒定時(shí)，用右圖裝置測定種子萌發(fā)時(shí)的呼吸作用類型（假設(shè)呼吸底物全部為葡萄糖），實(shí)驗(yàn)開始同吋關(guān)閉兩裝置活塞，在25°c下經(jīng)過20min后觀察紅色液滴移動情況，下列對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析錯誤的是a. 若裝置1的紅色液滴左移，裝置2的紅色液滴不移動，則說明此時(shí)萌發(fā)的種子只進(jìn)行有氧呼吸b. 若裝置1的紅色液滴左移，裝置2的紅色液滴右移，則說明此時(shí)萌發(fā)的種了既進(jìn)行有氧

4、呼吸又進(jìn)行無氧呼吸c(diǎn). 裝置1的紅色液滴向左移動的體積是呼吸作用消耗6的體積d. 裝置2的紅色液滴向右移動的體積是呼吸作用釋放c02的體積【解析】 根據(jù)以上理論分析的結(jié)果，不難看岀d項(xiàng)錯謀。裝置1繼續(xù)鞏固：例2某生物興趣小組利用裝置1探究酵母菌所進(jìn)行的呼吸作用類璋（1）要得到科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論還必需同吋設(shè)計(jì)另一實(shí)驗(yàn)裝置（裝置請簡要說明如何設(shè)計(jì)?（2）請你預(yù)測與結(jié)論相符合的紅墨水滴的移動方向:序號紅墨水滴的移動方向結(jié)論裝置1裝置21a.不移動只進(jìn)行有氧呼吸2不移動右移只進(jìn)行無氧呼吸3左移b既進(jìn)行有氧呼吸，乂進(jìn)行無氧呼吸答案：（1）在裝置2中，只需將裝置1中的n&oh改為蒸憎水，其余裝置不變。

5、（2） a左移 b右移2利川密閉裝置研究綠色植物代謝植物的光合作用和呼吸作用有著復(fù)雜的生理變化，然而對于外界環(huán)境來說，表現(xiàn) 的卻是氣體c02與02的量變。從而我們只要注意控制的條件也可利用此裝宜測定植物 的相關(guān)牛理活動。例3生物興趣小組設(shè)計(jì)了裝置一進(jìn)行光合作用強(qiáng)度的測試實(shí)驗(yàn)（忽略溫度對氣體膨脹的影響）。過程如下：紅墨水滴移動方向原因分析測定植物呼吸作用速率a.b.（1）測定植物的呼吸作用強(qiáng)度：裝置的燒杯中放入n&oh溶液；將 玻璃鐘罩遮光處理，放在適宜溫度的環(huán)境中；30分鐘后記錄紅 墨水滴移動的方向和刻度?！窘馕觥浚菏紫扰錸aoh溶液與黑暗條件配合使用的意義，此條件下使植物只進(jìn)行 呼

6、吸作用，不進(jìn)行光合作用，裝置中植物30分鐘內(nèi)吸收的變化，導(dǎo)致液柱的移動, 實(shí)為測定植物的有氧呼吸速率。因此答案為：a:左移。b:植物進(jìn)行有氧呼吸消耗氧 氣，釋放的二氧化碳被m0h溶液吸收，導(dǎo)致裝置內(nèi)氣體量減少。（2）測定植物的凈光合作用強(qiáng)度：裝置的燒杯中放入nahco：j溶液；將裝置放在光照 充足、溫度適宜的環(huán)境屮；30分鐘后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度。請預(yù)»9紅墨水滴移動方向并分析原因:紅墨水滴移動方向原因分析測定植物凈光合作用強(qiáng)度c.d.【解析】在（2 ）中應(yīng)注意nahc03溶液與光照條件的配合使用的意義，nahco3溶液為 c0?的緩沖液，為植物生長壞境提供一定濃度的c02,

7、光照條件下植物利用c02進(jìn)行光 合作用，液柱的移動表現(xiàn)為02的釋放量，實(shí)為在充足的c0?濃度、充足的光照和適宜 的溫度條件下，測定植物的凈光合作用強(qiáng)度。因此答案為：b：右移。d：植物光合 作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，導(dǎo)致裝ik內(nèi)氣體量增加。繼續(xù)鞏固：例4.為了探究不同條件對植物光合作用速率和細(xì)胞呼吸速率的影響，某同學(xué)進(jìn)行了 如下實(shí)驗(yàn)：選用8株形態(tài)相同、長勢相似、均保胡有20片相似葉片的天竺葵盆栽植 株，分別放在8個(gè)相同的密閉、透明的玻璃容器中，在不同實(shí)驗(yàn)條件下，利用傳感器 定吋測定密閉容器中二氧化碳含量的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表，請分析回答下列問 題：g吸收繪(相對含)43210刻度管'

8、花生幼苗組別12345671溫度1010202030304040光照強(qiáng)度(lux)1 0001 01 0000100001 0000開始時(shí)cq量(相對含童)5.05.05.05.05.05,05.05.012 h后cu量相對含量4.55,13,55.41. 95.92.05.810203040 溫度代） r 1(1) 上述實(shí)驗(yàn)中，組別1、3、5、7可構(gòu)成一個(gè)相對獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)組合。在該實(shí)驗(yàn)組合中,實(shí)驗(yàn)的自變量是，無關(guān)變量是(至少寫出兩點(diǎn))？(2) 實(shí)驗(yàn)前后組別3小co?相對含量的差值表示 o組別2和lh在12h后co2相對含量的差值表示 。(3) 環(huán)境因素將影響植物的光合作用速率和細(xì)胞呼吸速率。請

9、根據(jù)上表中相關(guān)實(shí)驗(yàn)條 件下所收集得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在下面朋標(biāo)圖(圖1)小繪制出該植物在不同溫度條件下 的總(真)光合作用速率和細(xì)胞呼吸速率的變化曲線。(4) 某同學(xué)欲采用圖2所示裝置來探究光照強(qiáng)度對光合作川速率的影響，實(shí)驗(yàn)觀察的 指標(biāo)采用該裝置中氧氣和對含量的變化值。請問是否可以？若不可以，該対該裝置如 何進(jìn)行適當(dāng)修改？答：o【解析】:此題涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，表格數(shù)字與曲線圖的轉(zhuǎn)換等綜合問題，難度較大，關(guān)鍵是抓住實(shí)驗(yàn)變量，理清思路。首先分析表格數(shù)據(jù)：2、4、6、8組構(gòu)成一個(gè)相對獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)組合，該實(shí)驗(yàn)組合研究的 主題是溫度對植物呼吸作用的影響。實(shí)驗(yàn)前后數(shù)量的變化是12小時(shí)內(nèi)植物的呼吸量。 表一組別246

10、8溫度10203040呼吸量0. 10. 40. 90. 81、3、5、7可構(gòu)成另一個(gè)相對獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)組合，自變聚是溫度，無關(guān)變量是光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等。實(shí)驗(yàn)前后數(shù)量的變化是在該條件卜植物的凈光合作用量。表二組別1357溫度10203040光強(qiáng)1000100010001000(lux)凈光合量0. 51.53. 13. 0將表一表二聯(lián)合可得植物的總光合量二凈光合量+呼吸量表三:溫度10203040光強(qiáng)(lux)1000100010001000總光合最0. 61.94. 03. 8可用描點(diǎn)法在處標(biāo)圖中繪出植物在不同溫度條件下的呼吸速率和總光合速率的變化 曲線。在第（4）問中實(shí)驗(yàn)變量為光照強(qiáng)度，

11、無關(guān)變量為溫度和二氧化碳濃度。若以氧氣的 變化量為觀察指標(biāo)，應(yīng)排除二氧化碳對氣體體積的影響，但同時(shí)又要保證充足的二氧 化碳可滿足光合作用的進(jìn)行，可考慮使用二氧化碳的緩沖液來滿足這一實(shí)驗(yàn)要求。此 內(nèi)容在例2屮已有探討，在此反復(fù)強(qiáng)化，可使學(xué)生融會貫通，舉一反三，效果較好。答案：（1）溫度 光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等（2）凈光合作用所消耗的c02的量 光合作用所消耗c02的總量co吸收«(相對含址)（4）增加減少（5）不可以 將蒸懈水改為二氧化碳緩沖液（碳酸氫鈉），并設(shè)置對照組3利用密閉裝置研究水體的初級生產(chǎn)力水體初級生產(chǎn)力是評價(jià)水體富營養(yǎng)化水平的重要指標(biāo)。利用密閉裝置研究水體的初 級生產(chǎn)力

12、的方法即黑白瓶法?！昂诎灼俊睖y氧法的原理是根據(jù)水中藻類和其他具有光和 作用的水牛牛物，利用光能合成有機(jī)物，同時(shí)釋放氧的牛物化學(xué)原理，測定初級牛產(chǎn)力 的方法。其步驟是：取三個(gè)玻璃瓶，一個(gè)用黑膠麗包上，并包以鉛箔。從待測的水體深 度取水，保留一瓶（初始量ib）以測定水中原來的溶氧量。將另一對黑白瓶沉入取水深 度，經(jīng)過24小時(shí)或其他時(shí)間，將其取岀，并進(jìn)行溶氧量的測定。黑瓶：只進(jìn)行呼吸作用, 瓶內(nèi)的氧氣逐漸減少（d）口瓶：進(jìn)行光合作用（為主）與呼吸作用，瓶內(nèi)氧氣增加（l）假定光照條件下與黑暗條件下，生物的呼吸強(qiáng)度相等， 呼吸作用量二初始瓶溶解氧-黑瓶溶解氧，凈生產(chǎn)力二白瓶溶解氧-初始瓶溶解氧總生產(chǎn)力二

13、白瓶溶解氧-黑瓶溶解氧結(jié)果如下表,化,例5、采用黑口瓶（不透光一可透光瓶）法測定池塘群落各深度h代謝的平均氧濃度變深度（m）瓶中氧氣的變化（g/m324h）白瓶黑瓶1+ 3-12+ 2-1請據(jù)表回答:30-14-3-3(1) 該池塘一晝夜生產(chǎn)氧氣g/m3*24 h,消耗氧氣g/m3*24 h,以上數(shù)據(jù)表明這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)平衡狀態(tài)良好，能夠保持一定的氧氣濃度， 原因是0(2) 據(jù)表分析該池塘的垂直結(jié)構(gòu)：自養(yǎng)生物分布在,完全由異養(yǎng)生物組成的生物群落分布在o解析:首先理解黑瓶內(nèi)測定的是該水層的呼吸消耗量，如在1 m深處的黑瓶中生物 的呼吸消耗量為1 g/m324h,該池塘的總呼吸消耗屋為1 + 1 +

14、1+3二6 g/m324h.。白瓶內(nèi) 測定的是該水層生物的凈光合量即凈生產(chǎn)力。如在1 m深處的白瓶屮一晝夜的氧氣凈生產(chǎn)力為3 g/m3 24 h,該池塘的凈生產(chǎn)力為3+2+03=2 g/m324h,說明整個(gè)池塘的光合作用大于呼吸 作用，能夠保持一定的氧氣濃度，維持生態(tài)平衡。根據(jù)總生產(chǎn)力二凈生產(chǎn)力+呼吸量，該 池塘一晝夜產(chǎn)生的氧氣總量為6+2=8 g/m324ho水層的垂直結(jié)構(gòu)中，白養(yǎng)生物的分布決定了水層的牛產(chǎn)力，根據(jù)不同水深屮口瓶內(nèi)氧 氣的變化，1 m和2 m水深處植物較多，3 m水深處浮游植物已很少，只能勉強(qiáng)維持，4 h1深處兒乎沒有浮游植物。所以白養(yǎng)的浮游植物只有分布在4 h1水深以內(nèi)，4

15、 m水 深以下是浮游植物的天下了。答案：(1)8 6整個(gè)池塘群落光合作用人于呼吸作用(2)小于4 m水深 4 m水深以卜繼續(xù)鞏固：例6(06江蘇高考題)為了調(diào)查太湖某一水層是否有口養(yǎng)生物存在，及其產(chǎn)氧量能否維 持本層水體工物呼吸耗氧所需，可用黑口瓶法測定該水層生物晝夜平均代謝率來判 定。白瓶為透明玻璃瓶。其水體溶解的晝夜變化值為水屮生物光合作用產(chǎn)生的02與呼 吸消耗的02的差值(以wd。表示);黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶，瓶中水體溶解02的晝夜 變化值為水中牛物呼吸消耗的。2(以bd°表示)。請完成下列實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)步驟： 用采水器取該層水樣，分別注滿500ml黑、白瓶并密封.剩余水樣用于測; 將黑、白瓶; 。(2)設(shè)計(jì)記錄所測數(shù)據(jù)的表格。(表格請?jiān)O(shè)計(jì)在答題卡上)(3) 預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析。解析：本題考査是的內(nèi)容是光合作用、呼吸作用和實(shí)驗(yàn)?？疾榈哪芰κ潜容^、判 斷、推理、分析、綜合，運(yùn)用學(xué)到的生物學(xué)知識評價(jià)和解決某些實(shí)際問題的能力和實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。做探索性實(shí)驗(yàn)的一般步驟：(1)明確實(shí)驗(yàn)1=1的，(2)杳看實(shí)驗(yàn)材料，(3) 理解實(shí)驗(yàn)原理，(3)確定實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)材料是否婆處理，是否耍分組編號, 進(jìn)行相同處理和不同處理