20届高考生物二轮复习 第1部分 专题2 热点题型4 变量控制法突破光合作用与呼吸作用的实验题

(2019·全国Ⅰ，29)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题：

(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。

(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的原因是________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。

(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。

答案(1)增强(2)降低气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

解析(1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合速率降低。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。

光合作用相关实验大多结合光合作用的原料、产物、场所和条件展开。解答此类题目时，要重点注意变量的控制。

(1)需要根据实验目的确定实验自变量

如“验证光合作用需要CO2”的实验中，自变量为CO2的有无，因此，需设置一组有CO2，另一组无CO2。

(2)依据不同的实验材料和方法确定因变量(观察对象)

如：

①水生植物可以用气泡的产生量或产生速率为观察对象；

②离体叶片若事先沉入水底，可以用单位时间内上浮的叶片数目为观察对象；

③植物体上的叶片，可以用指示剂(如碘液)处理后叶片颜色的变化为观察对象；

④水绵作为实验材料时要借助显微镜，以好氧细菌的分布情况为观察对象。

(3)严格控制无关变量：除了自变量不同外，无关变量要保持相同且适宜。

1．(2019·湖南岳阳质检)在测定金鱼藻光合作用的实验中，密闭装置中有一定浓度的碳酸氢钠溶液，保持温度恒定且适宜，通过改变冷光源与装置间的距离来改变光照强度，实验距离都在有效光照距离内。不同距离下的9个相同装置5分钟内产生的气泡数(光合强度用气泡数表示)的结果见下表。请回答下列问题：

(1)据表格信息分析影响光合作用强度的因素是__________________；在距离不变的情况下，若要增加第3组气泡产生的数量，可在实验前对该装置采取的措施是_____________________ _______________________________________________________________________________。

(2)若第8组和第9组的呼吸作用强度相同，则这两组光合强度_____(填“相同”或“不同”)。

(3)若曲线图所示结果均为距离光源15 cm测得，试分析表格中9个组的碳酸氢钠溶液浓度最可能是________。

A．15 mg/L B．18 mg/L

C．20 mg/L D．25 mg/L

答案(1)光照强度适当增加碳酸氢钠溶液浓度(或增加金鱼藻的数量)(2)不同(3)B

解析表格中的自变量是装置与光源的距离，即不同的光照强度，因变量是5分钟产生的气泡数。曲线图中，小于20 mg/L时，随着碳酸氢钠溶液浓度的升高，气泡会增多；碳酸氢钠溶液浓度在20～25 mg/L时，气泡数不随二氧化碳的增大而增多；碳酸氢钠溶液浓度超过25 mg/L，细胞可能会发生渗透失水而影响正常的代谢活动。

(1)表格中的自变量是与光源的距离，代表的是不同的光照强度。在距离不变即光照强度不变的情况下，可以通过适当增加碳酸氢钠溶液浓度(或增加金鱼藻的数量)来增加第3组气泡产生的数量。

(2)第8组和第9组都气泡数为0，即不再释放氧气，故此时光合速率≤呼吸速率，因为两组

的光照强度不同，故光合速率不同，第9组光照更弱，光合速率更低。

(3)若曲线图所示结果均为距离光源15 cm测得，对应表格中距离为15 cm时，5分钟内气泡数为39个，则每分钟的气泡数为7.8个，对应曲线图中的碳酸氢钠溶液浓度在15～20 mg/L 之间，故表格中9个组的碳酸氢钠溶液浓度最可能是18 mg/L。

2．(2019·辽宁辽阳模拟)水杨酸(SA)是一种植物内源信号物质，能提高植物的抗热性。为研究外施SA对黄瓜幼苗抗高温胁迫能力的生理效应，某科研小组选取生长状况一致的黄瓜自根苗和嫁接苗若干，各自均分为5组，其中对照组(CK)放在温室中常规培养，实验组分别用浓度为0、0.05、0.10、0.50 mmol·L－1的SA处理96 h后，高温处理48 h，再置于温室中恢复48 h，最终测定各组黄瓜幼苗的光能转化效率，结果如图所示。请回答下列问题：

(1)对照组和实验组培养时的环境条件除温度不同以外，其他条件应____________________。

(2)高温胁迫能显著降低黄瓜幼苗的光能转化效率，影响光合作用的光反应阶段，推测其可能的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

在实验室中可将黄瓜幼苗的色素提取后用____________(填试剂名称)分离来验证该假设。(3)由图可知，黄瓜嫁接苗的耐高温能力__________(填“强于”或“弱于”)自根苗，图中几组浓度的SA均能________________________________。

答案(1)相同且适宜(2)高温破坏了黄瓜幼苗中叶绿素(光合色素)的结构层析液(3)强于减轻高温对黄瓜幼苗的伤害，提高其光能转化效率

解析(1)据题意可知，本实验的自变量为黄瓜的自根苗和嫁接苗、是否经过高温处理、SA 的浓度，因变量为各组黄瓜幼苗的光能转化效率，其他对实验结果有影响的因素均为无关变量。为了避免无关变量的干扰，对照组和实验组培养时的环境条件除温度不同以外，其他条件(无关变量)应相同且适宜。(2)光合作用的光反应阶段，其过程为：叶绿体中的色素分子吸收的光能，一部分将水在光下分解为[H]和O2，一部分在有关酶的催化作用下，促成ADP与Pi发生化学反应，形成ATP。据此可推测：高温胁迫能影响光合作用的光反应阶段，进而显著降低黄瓜幼苗的光能转化效率，其可能的原因是高温破坏了黄瓜幼苗中叶绿素(光合色素)的结构。为了验证该假设，在实验室中可将黄瓜幼苗的色素提取后用层析液进行分离。(3)曲线图显示：在SA的浓度相同的条件下，嫁接苗的光能转化效率高于自根苗，说明黄瓜嫁接苗的耐高温能力强于自根苗。与CK组相比，用0、0.05、0.10、0.50 mmol·L－1的SA处理的实验组，其黄瓜幼苗的光能转化效率均明显降低，但用SA的浓度为0 mmol·L－1处理的实验