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)學生的科學思維和創(chuàng)新能力關鍵詞：密閉裝置 細胞呼吸作用 凈光合作用量 總光合作用量細胞的重要牛理一光合作用和呼吸作用是綸物復朵的牛理變化過程，對這個牛理 變化的認識是無數(shù)科學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 記法研究而得，在實際操作中容器內(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。面對眼花繚亂的裝宜與圖表，學生往往顧此失彼，失分較高。要解決此類問題，必須 跟隨科學家的腳步，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 在教學過程中帶領學生進行了相關

2、內(nèi)容的研究總結(jié)，培養(yǎng)了學生的科學思維和創(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的作用是及時吸收容器內(nèi)的種了呼吸釋放的c0?,同時紅色液滴的 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）實驗結(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行冇氧呼吸液滴不移動液滴右移只進行無氧呼吸液滴左移液滴右移既進行有氧呼吸又進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，用右圖裝置測定種子萌發(fā)時的呼吸作用類型（假設呼吸底物全部為葡萄糖），實驗開始同吋關閉兩裝置活塞，在25°c下經(jīng)過20min后觀察紅色液滴移動情況，下列對實驗結(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，則說明此時萌發(fā)的種子只進行有氧呼吸b. 若裝置1的紅色液滴左移，裝置2的紅色液滴右移，則說明此時萌發(fā)的種了既進行有氧

4、呼吸又進行無氧呼吸c. 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探究酵母菌所進行的呼吸作用類璋（1）要得到科學的實驗結(jié)論還必需同吋設計另一實驗裝置（裝置請簡要說明如何設計?（2）請你預測與結(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.不移動只進行有氧呼吸2不移動右移只進行無氧呼吸3左移b既進行有氧呼吸，乂進行無氧呼吸答案：（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 的相關牛理活動。例3生物興趣小組設計了裝置一進行光合作用強度的測試實驗（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行 呼

6、吸作用，不進行光合作用，裝置中植物30分鐘內(nèi)吸收的變化，導致液柱的移動, 實為測定植物的有氧呼吸速率。因此答案為：a:左移。b:植物進行有氧呼吸消耗氧 氣，釋放的二氧化碳被m0h溶液吸收，導致裝置內(nèi)氣體量減少。（2）測定植物的凈光合作用強度：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»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度c.d.【解析】在（2 ）中應注意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進行光 合作用，液柱的移動表現(xiàn)為02的釋放量，實為在充足的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度。因此答案為：b：右移。d：植物光合 作用強度大于呼吸作用強度，導致裝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胞呼吸速率的影響，某同學進行了 如下實驗：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個相同的密閉、透明的玻璃容器中，在不同實驗條件下，利用傳感器 定吋測定密閉容器中二氧化碳含量的變化。實驗結(jié)果統(tǒng)計如下表，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光照強度(lux)1 0001 01 0000100001 0000開始時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) 上述實驗中，組別1、3、5、7可構成一個相對獨立的實驗組合。在該實驗組合中,實驗的自變量是，無關變量是(至少寫出兩點)？(2) 實驗前后組別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胞呼吸速率。請

9、根據(jù)上表中相關實驗條 件下所收集得到的實驗數(shù)據(jù)，在下面朋標圖(圖1)小繪制出該植物在不同溫度條件下 的總(真)光合作用速率和細胞呼吸速率的變化曲線。(4) 某同學欲采用圖2所示裝置來探究光照強度對光合作川速率的影響，實驗觀察的 指標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 何進行適當修改？答：o【解析】:此題涉及實驗設計，表格數(shù)字與曲線圖的轉(zhuǎn)換等綜合問題，難度較大，關鍵是抓住實驗變量，理清思路。首先分析表格數(shù)據(jù)：2、4、6、8組構成一個相對獨立的實驗組合，該實驗組合研究的 主題是溫度對植物呼吸作用的影響。實驗前后數(shù)量的變化是12小時內(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可構成另一個相對獨立的實驗組合，自變聚是溫度，無關變量是光照強度、二氧化碳濃度等。實驗前后數(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(lux)1000100010001000總光合最0. 61.94. 03. 8可用描點法在處標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）問中實驗變量為光照強度，

11、無關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，應排除二氧化碳對氣體體積的影響，但同時又要保證充足的二氧 化碳可滿足光合作用的進行，可考慮使用二氧化碳的緩沖液來滿足這一實驗要求。此 內(nèi)容在例2屮已有探討，在此反復強化，可使學生融會貫通，舉一反三，效果較好。答案：（1）溫度 光照強度、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)力是評價水體富營養(yǎng)化水平的重要指標。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，利用光能合成有機物，同時釋放氧的牛物化學原理，測定初級牛產(chǎn)力 的方法。其步驟是：取三個玻璃瓶，一個用黑膠麗包上，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小時或其他時間，將其取岀，并進行溶氧量的測定。黑瓶：只進行呼吸作用, 瓶內(nèi)的氧氣逐漸減少（d）口瓶：進行光合作用（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：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)。請完成下列實驗。(1)實驗步驟： 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)設計記錄所測數(shù)據(jù)的表格。(表格請設計在答題卡上)(3) 預測實驗結(jié)果并分析。解析：本題考査是的內(nèi)容是光合作用、呼吸作用和實驗。考查的能力是比較、判 斷、推理、分析、綜合，運用學到的生物學知識評價和解決某些實際問題的能力和實 驗設計能力。做探索性實驗的一般步驟：(1)明確實驗1=1的，(2)杳看實驗材料，(3) 理解實驗原理，(3)確定實驗步驟實驗材料是否婆處理，是否耍分組編號, 進行相同處理和不同處理