光合作用、呼吸作用实验
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光合作用相关实验
实验类型 ①光合作用原料、条件、产物、元素去向的探 究：与光合作用发现有关的经典实验：萨克斯验证 光合作用产物——淀粉(经常考查暗处理的目的、酒
精脱色处理的目的、照光与遮光对照、碘液的检验
鉴定等)；恩格尔曼的实验(现象及结论、实验材料
的优点、实验的巧妙之处)；鲁宾、卡门的实验(技
术手段——放射性同位素标记法)等 ②影响因素——光照、CO2、温度等。
20 世纪 40 年代 卡尔文 (美国)
用14C 标记的 14 CO2 供小球藻光 结论：CO2 中的碳在光合作用中先转 合作用，追踪检测 移至C3中，然后转化成有机物中的碳 其放射性
二、影响光合作用的环境因素探究
1、CO2的控制 ——控制通气或着改变NaHCO3溶液浓度
知 识 讲 解
2、光照的控制
水
CaCO3
＋
＋ ＋
－
＋ ＋
－
－ ＋
－
＋ －
SiO2
A.①②③④
B.②④①③
C.④②③①
D.③②①④
[解题思路]图中色素带自上而下分别是胡萝卜素、叶黄素、 叶绿素a、叶绿素b，且色素含量的多少依次为：叶绿素a＞叶
绿素 b＞叶黄素＞胡萝卜素；图④为正常叶片，图①只是叶绿
素含量少，是因为没加入 CaCO3，叶绿素被破坏；图②无色素 线，可能是没加丙酮，色素无法溶解；图③各种色素都有所减 少，没加入 SiO2，叶片研磨不充分。 [答案]B
④在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素 a 与叶绿素 b，
距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
【典例】在做“绿叶中色素的提取 和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用 情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余 操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( 甲 丙酮 － 乙 ＋ 丙 ＋ ) 丁 ＋
③光合速率的测定。
④教材实验——色素的提取与分离
一、光合作用原料条件探究
背景 过程(依据) 结论和分析 结论：绿色叶片在光合作用中产生 淀粉 分析：①自变量为曝光和遮光，因 变量是颜色的变化(有无淀粉生成) ②饥饿处理的目的是使叶片中的 营养物质消耗掉，增强了实验的说 服力 ③本实验还证明了光是光合作用 的必要条件
机溶剂中，所以用乙醇、丙酮等能提取色素。 (2)叶绿体不同的色素在层析液中的溶解度不同，分子量小
的溶解度高，随层析液在滤纸上扩散得快；分子量大的，溶解 度低，随层析液在滤纸上扩散得慢。所以用层析法来分离四种 色素。
2．实验步骤和分析
步骤 方法 ①称取 5 克绿叶剪碎， 分析 ①加 SiO2 是为了使研磨更充分 ②加 CaCO3 是为了防止研磨时叶绿
酸性 (3)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于 _____的食 由于叶绿素被破坏造成食品失绿而影响品质 品，否则___________________________________________ 。 (4)小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素，请你提供
检测方法并写出主要步骤。
纸层析法，其主要步骤：①制备滤纸条；②画色素滤液细 __________________________________________________ 线；③用层析液分离色素；④观察色素带 _____________________________________________________ 。
液细
线
齐、直的一条滤液细线 ②重复三次，可增加色素在滤纸
②干后重复三次 上的附着量，实验结果更明显
将 3mL 层析液倒入烧杯 ①层析液不能没及滤液细线，防 分离 中，将滤纸条(画线一端 止色素溶解在层析液中
色素 朝下)插入层析液中，用 ②烧杯要盖培养皿盖，因为层析
培养皿盖盖上烧杯 液中的苯、丙酮、石油醚易挥发
3.实验结果及分析 (1)结果示意图
(2)分析 ①扩散最快的是胡萝卜素，扩散最慢的是叶绿素 b，含量 最多的是叶绿素 a。 ②从色素带的宽度可得色素含量的多少依次为：叶绿素 a>
叶绿素 b>叶黄素＞胡萝卜素。 ③从色素带的位置可得各色素在层析液中溶解度大小依次
为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素 a>叶绿素 b。
[答案] D
实验试剂及作用
①NaHCO3→缓慢提供和吸收CO2，维持空间中CO2的稳定 ②石蜡→密封。
③油层→密封。
④开水冷却→排除水中气体。
结果的观察
（ 1） O 2 ①绿色叶片、黑藻等——观察气泡(即O2)的冒出速度。 ②打孔器打取小的圆形叶片——观察上浮的速度和数量。 ③液滴的移动 ④好氧菌的分布 （2）CO2的检测——pH值改变
叶绿素溶液 (mL) 调 pH 至
处理时间 (min)
溶液颜色 绿色 绿色 黄绿色 黄褐色
3.0
3.0 3.0
Y
7.0 6.0
10
10 10
3.0
5.0
10
注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果，请回答下列问题。
对人体无害的有机溶剂 (1)提取食用叶绿素的 X 应该为________________________ (食用酒精) ，原因是______________________________ 叶绿素溶于有机溶剂和应考虑溶剂 ________________
放入研钵
②加 SiO2 、CaCO3 和 10mL 无水乙醇(或 5mL
素受到破坏。CaCO3 可中和液泡释放
的有机酸，防止色素被破坏 ③叶绿体色素易溶于无水乙醇(丙
提取
色素
丙酮)迅速、充分研磨
(若没有无水乙醇，也可 用体积分数为 95%的乙
酮)等有机溶剂
④加无水乙醇(或丙酮)迅速研磨的 目的是减少研磨过程中叶绿体色素
1880 年
恩格尔曼 (德国)
的分布来说明光合作用的
产物 O2(因变量)
续表 背景
过程(依据)
①H18 2 O＋CO2→
结论和分析 结论：光合作用释放的氧气来自水 分析：①自变量为标记物质( H182O
1941 年 鲁宾和卡 门(美国)
植物→18O2
②H2O＋C18O2→
植物→O2
和 C18O2)，因变量为 O2 的放射性 ②同位素标记法可以追踪 CO2 和 H2O 中的 C、 H、O 等元素在光合 作用中的转移途径
(4)某同学研究甲湖泊中 X 深度生物的光合作用和有 氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶 a、b、 c，将 a 先包以黑胶布，再包以铅箔。用 a、b、c 三瓶从 待测水体深度取水，测定 c 瓶中水内容氧量。将 a 瓶、b 瓶密封再沉入待测水体深度，经 24 h 取出，测两瓶氧含 量，结果如图所示。则 24 h 待测深度水体中生物光合作 用和有氧呼吸的情况是( )
A．24 h 待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是 v mol/瓶 B．24 h 待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是 k mol/瓶
C．24 h 待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是 (k －v) mol/瓶
D．24 h 待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是 (k －v) mol/瓶
【典例】中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响 消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入 侵植物水葫芦为材料进行如下实验。 Ⅰ.提取叶绿素
Ⅱ.探究 pH 对叶绿素稳定性的影响 取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温(约 25℃)下进行实验，方法和结果如下表。
实验 组号 ① ② ③ ④
光照有无
光照强度
光质的控制
三、测定植物的光合作用速率。 （1）在光照适宜、温度恒定的条件下，用图一左图的实 验装置测量一小时内密闭容器中CO2的变化量绘成曲线如 右图。在光合作用过程中，光反应为暗反应提供的物质 是__________________。A～B段，叶绿体内ADP含量最高 的场所是___________。该绿色植物前30分钟真光合作用 的平均速率为____________ ppm/min。
（03上海）在科学研究中常用呼吸商（RQ=释放CO2/吸氧 量）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种 子呼吸商的装置如下图。 关闭活塞，在25℃下经20分钟读出刻度管中着色液移 例 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)。 题 x和y值反映了容器内气体体积的减少。请回答： 讲 解
呼吸作用相关实验
实验类型 ①呼吸作用方式判定 ②呼吸速率测定
③呼吸产物判定
④呼吸底物判断、呼吸强度比较、呼吸 场所验证
1、呼吸作用方式的探究
2、呼吸速率测定
3、呼吸底物判定
说明：以上分析是以葡萄糖为细胞呼吸底 物的情况下的，但呼吸底物也可能是其他 有机物。如： 耗O2量＞CO2释放量—— 呼吸底物可能含有脂肪 有含氮废物生成 —— 呼吸底物为含氮物质 （如蛋白质）
①将干燥的滤纸，顺着纸纹 液 制备 剪成长 10cm ，宽 1cm 的纸 ②顺着纸纹剪成长条，一端剪 条 滤纸 去两个角，层析时，色素分离 条 ②一端剪去两个角，并在距 效果好，可使层析液同时到达 这一端 1cm 处划一铅笔线 滤液细线
续表
步骤
划滤
方法
分析
①用毛细吸管吸取少量 ①滤液细线越细、越齐，越能防 滤液，沿铅笔线划出细、止色素带之间部分重叠
醇，但要加入适量，减少无水乙醇(有毒性的丙
酮)的挥发
续表
步骤 方法 ①漏斗基部放一单层尼龙布 收集 ②研磨液倒入漏斗内挤压 滤液 ③将滤液收集到小试管中， 用棉花塞塞住试管口 分析 ①尼龙布起过滤作用
②试管口用棉花塞塞紧是为了
防止无水乙醇(丙酮)挥发 ①干燥可使滤纸吸收更多的滤
4、呼吸产物的判断
NaOH溶 液
石灰水
石灰水
答案
5、呼吸强度比较
比较CO2产生多少、放出热量的多少 6、呼吸场所的验证
常用方法是离心，将细胞质基质和线粒 体分体
图 形 放 大
黑暗中饥饿处理的 绿叶→ 1864 年 萨克斯
(德国)
CO2的控制是光合作用原料 A
B
知 识 讲 解
5%NaHCO3 20%NaOH
A
B
NaHCO3+稀醋
背景
过程(依据)
结论和分析 结论：O2 是叶绿体释放出 来的，叶绿体是光合作用的 场所 分析：用极细光束来实现有 无光照(自变量)，用好氧菌
水绵＋好氧菌
（2）取同一植物形态、大小、长势均相同的两个叶片， 用图三的装置进行实验（不考虑其他外界因素的影响 )。 在相同的温度下处理6h后，测得甲乙装置中液滴移动的 距离分别为L1和L2(单位：ml)，则实验条件下该植物实 际光合作用速率为__________ml/h。
（3）在图二中，将对称叶片的一部分(U)遮光，另一部 分(V)不遮光，并设法使两部分之间的物质不发生转移。 用适宜光照射6 h后，在U和V的对应部位截取等面积的叶 片，烘干称重，分别为MU和MV(单位：mg)。则该植物细 胞真光合作用速率为______________mg/h。
对人体的影响 _______________________ 。 实验中自变量的变化应有 (2)表中 Y 应该为______ ______________________ 8.0 ，原因是 规律和应考虑碱性 pH 对叶绿素稳定性的影响。 ________________________________________
（3）淀粉的检测
实验前：饥饿处理 实验后：放入酒精中——水浴脱色后——加碘
O2的检测
知 识 讲 解
气体变化的检测——叶圆片上浮与下沉
生长旺盛的叶片，剪成5毫米见方的小块，抽去叶 内气体，做下列处理（见图及图注），这四个处理 中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是 C
知 识 讲 解
0
25
A
B
C
D
绿叶中色素的提取和分离 1．实验原理 (1)叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于乙醇等有
实验类型 ①光合作用原料、条件、产物、元素去向的探 究：与光合作用发现有关的经典实验：萨克斯验证 光合作用产物——淀粉(经常考查暗处理的目的、酒
精脱色处理的目的、照光与遮光对照、碘液的检验
鉴定等)；恩格尔曼的实验(现象及结论、实验材料
的优点、实验的巧妙之处)；鲁宾、卡门的实验(技
术手段——放射性同位素标记法)等 ②影响因素——光照、CO2、温度等。
20 世纪 40 年代 卡尔文 (美国)
用14C 标记的 14 CO2 供小球藻光 结论：CO2 中的碳在光合作用中先转 合作用，追踪检测 移至C3中，然后转化成有机物中的碳 其放射性
二、影响光合作用的环境因素探究
1、CO2的控制 ——控制通气或着改变NaHCO3溶液浓度
知 识 讲 解
2、光照的控制
水
CaCO3
＋
＋ ＋
－
＋ ＋
－
－ ＋
－
＋ －
SiO2
A.①②③④
B.②④①③
C.④②③①
D.③②①④
[解题思路]图中色素带自上而下分别是胡萝卜素、叶黄素、 叶绿素a、叶绿素b，且色素含量的多少依次为：叶绿素a＞叶
绿素 b＞叶黄素＞胡萝卜素；图④为正常叶片，图①只是叶绿
素含量少，是因为没加入 CaCO3，叶绿素被破坏；图②无色素 线，可能是没加丙酮，色素无法溶解；图③各种色素都有所减 少，没加入 SiO2，叶片研磨不充分。 [答案]B
④在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素 a 与叶绿素 b，
距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
【典例】在做“绿叶中色素的提取 和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用 情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余 操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( 甲 丙酮 － 乙 ＋ 丙 ＋ ) 丁 ＋
③光合速率的测定。
④教材实验——色素的提取与分离
一、光合作用原料条件探究
背景 过程(依据) 结论和分析 结论：绿色叶片在光合作用中产生 淀粉 分析：①自变量为曝光和遮光，因 变量是颜色的变化(有无淀粉生成) ②饥饿处理的目的是使叶片中的 营养物质消耗掉，增强了实验的说 服力 ③本实验还证明了光是光合作用 的必要条件
机溶剂中，所以用乙醇、丙酮等能提取色素。 (2)叶绿体不同的色素在层析液中的溶解度不同，分子量小
的溶解度高，随层析液在滤纸上扩散得快；分子量大的，溶解 度低，随层析液在滤纸上扩散得慢。所以用层析法来分离四种 色素。
2．实验步骤和分析
步骤 方法 ①称取 5 克绿叶剪碎， 分析 ①加 SiO2 是为了使研磨更充分 ②加 CaCO3 是为了防止研磨时叶绿
酸性 (3)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于 _____的食 由于叶绿素被破坏造成食品失绿而影响品质 品，否则___________________________________________ 。 (4)小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素，请你提供
检测方法并写出主要步骤。
纸层析法，其主要步骤：①制备滤纸条；②画色素滤液细 __________________________________________________ 线；③用层析液分离色素；④观察色素带 _____________________________________________________ 。
液细
线
齐、直的一条滤液细线 ②重复三次，可增加色素在滤纸
②干后重复三次 上的附着量，实验结果更明显
将 3mL 层析液倒入烧杯 ①层析液不能没及滤液细线，防 分离 中，将滤纸条(画线一端 止色素溶解在层析液中
色素 朝下)插入层析液中，用 ②烧杯要盖培养皿盖，因为层析
培养皿盖盖上烧杯 液中的苯、丙酮、石油醚易挥发
3.实验结果及分析 (1)结果示意图
(2)分析 ①扩散最快的是胡萝卜素，扩散最慢的是叶绿素 b，含量 最多的是叶绿素 a。 ②从色素带的宽度可得色素含量的多少依次为：叶绿素 a>
叶绿素 b>叶黄素＞胡萝卜素。 ③从色素带的位置可得各色素在层析液中溶解度大小依次
为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素 a>叶绿素 b。
[答案] D
实验试剂及作用
①NaHCO3→缓慢提供和吸收CO2，维持空间中CO2的稳定 ②石蜡→密封。
③油层→密封。
④开水冷却→排除水中气体。
结果的观察
（ 1） O 2 ①绿色叶片、黑藻等——观察气泡(即O2)的冒出速度。 ②打孔器打取小的圆形叶片——观察上浮的速度和数量。 ③液滴的移动 ④好氧菌的分布 （2）CO2的检测——pH值改变
叶绿素溶液 (mL) 调 pH 至
处理时间 (min)
溶液颜色 绿色 绿色 黄绿色 黄褐色
3.0
3.0 3.0
Y
7.0 6.0
10
10 10
3.0
5.0
10
注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果，请回答下列问题。
对人体无害的有机溶剂 (1)提取食用叶绿素的 X 应该为________________________ (食用酒精) ，原因是______________________________ 叶绿素溶于有机溶剂和应考虑溶剂 ________________
放入研钵
②加 SiO2 、CaCO3 和 10mL 无水乙醇(或 5mL
素受到破坏。CaCO3 可中和液泡释放
的有机酸，防止色素被破坏 ③叶绿体色素易溶于无水乙醇(丙
提取
色素
丙酮)迅速、充分研磨
(若没有无水乙醇，也可 用体积分数为 95%的乙
酮)等有机溶剂
④加无水乙醇(或丙酮)迅速研磨的 目的是减少研磨过程中叶绿体色素
1880 年
恩格尔曼 (德国)
的分布来说明光合作用的
产物 O2(因变量)
续表 背景
过程(依据)
①H18 2 O＋CO2→
结论和分析 结论：光合作用释放的氧气来自水 分析：①自变量为标记物质( H182O
1941 年 鲁宾和卡 门(美国)
植物→18O2
②H2O＋C18O2→
植物→O2
和 C18O2)，因变量为 O2 的放射性 ②同位素标记法可以追踪 CO2 和 H2O 中的 C、 H、O 等元素在光合 作用中的转移途径
(4)某同学研究甲湖泊中 X 深度生物的光合作用和有 氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶 a、b、 c，将 a 先包以黑胶布，再包以铅箔。用 a、b、c 三瓶从 待测水体深度取水，测定 c 瓶中水内容氧量。将 a 瓶、b 瓶密封再沉入待测水体深度，经 24 h 取出，测两瓶氧含 量，结果如图所示。则 24 h 待测深度水体中生物光合作 用和有氧呼吸的情况是( )
A．24 h 待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是 v mol/瓶 B．24 h 待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是 k mol/瓶
C．24 h 待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是 (k －v) mol/瓶
D．24 h 待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是 (k －v) mol/瓶
【典例】中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响 消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入 侵植物水葫芦为材料进行如下实验。 Ⅰ.提取叶绿素
Ⅱ.探究 pH 对叶绿素稳定性的影响 取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温(约 25℃)下进行实验，方法和结果如下表。
实验 组号 ① ② ③ ④
光照有无
光照强度
光质的控制
三、测定植物的光合作用速率。 （1）在光照适宜、温度恒定的条件下，用图一左图的实 验装置测量一小时内密闭容器中CO2的变化量绘成曲线如 右图。在光合作用过程中，光反应为暗反应提供的物质 是__________________。A～B段，叶绿体内ADP含量最高 的场所是___________。该绿色植物前30分钟真光合作用 的平均速率为____________ ppm/min。
（03上海）在科学研究中常用呼吸商（RQ=释放CO2/吸氧 量）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种 子呼吸商的装置如下图。 关闭活塞，在25℃下经20分钟读出刻度管中着色液移 例 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)。 题 x和y值反映了容器内气体体积的减少。请回答： 讲 解
呼吸作用相关实验
实验类型 ①呼吸作用方式判定 ②呼吸速率测定
③呼吸产物判定
④呼吸底物判断、呼吸强度比较、呼吸 场所验证
1、呼吸作用方式的探究
2、呼吸速率测定
3、呼吸底物判定
说明：以上分析是以葡萄糖为细胞呼吸底 物的情况下的，但呼吸底物也可能是其他 有机物。如： 耗O2量＞CO2释放量—— 呼吸底物可能含有脂肪 有含氮废物生成 —— 呼吸底物为含氮物质 （如蛋白质）
①将干燥的滤纸，顺着纸纹 液 制备 剪成长 10cm ，宽 1cm 的纸 ②顺着纸纹剪成长条，一端剪 条 滤纸 去两个角，层析时，色素分离 条 ②一端剪去两个角，并在距 效果好，可使层析液同时到达 这一端 1cm 处划一铅笔线 滤液细线
续表
步骤
划滤
方法
分析
①用毛细吸管吸取少量 ①滤液细线越细、越齐，越能防 滤液，沿铅笔线划出细、止色素带之间部分重叠
醇，但要加入适量，减少无水乙醇(有毒性的丙
酮)的挥发
续表
步骤 方法 ①漏斗基部放一单层尼龙布 收集 ②研磨液倒入漏斗内挤压 滤液 ③将滤液收集到小试管中， 用棉花塞塞住试管口 分析 ①尼龙布起过滤作用
②试管口用棉花塞塞紧是为了
防止无水乙醇(丙酮)挥发 ①干燥可使滤纸吸收更多的滤
4、呼吸产物的判断
NaOH溶 液
石灰水
石灰水
答案
5、呼吸强度比较
比较CO2产生多少、放出热量的多少 6、呼吸场所的验证
常用方法是离心，将细胞质基质和线粒 体分体
图 形 放 大
黑暗中饥饿处理的 绿叶→ 1864 年 萨克斯
(德国)
CO2的控制是光合作用原料 A
B
知 识 讲 解
5%NaHCO3 20%NaOH
A
B
NaHCO3+稀醋
背景
过程(依据)
结论和分析 结论：O2 是叶绿体释放出 来的，叶绿体是光合作用的 场所 分析：用极细光束来实现有 无光照(自变量)，用好氧菌
水绵＋好氧菌
（2）取同一植物形态、大小、长势均相同的两个叶片， 用图三的装置进行实验（不考虑其他外界因素的影响 )。 在相同的温度下处理6h后，测得甲乙装置中液滴移动的 距离分别为L1和L2(单位：ml)，则实验条件下该植物实 际光合作用速率为__________ml/h。
（3）在图二中，将对称叶片的一部分(U)遮光，另一部 分(V)不遮光，并设法使两部分之间的物质不发生转移。 用适宜光照射6 h后，在U和V的对应部位截取等面积的叶 片，烘干称重，分别为MU和MV(单位：mg)。则该植物细 胞真光合作用速率为______________mg/h。
对人体的影响 _______________________ 。 实验中自变量的变化应有 (2)表中 Y 应该为______ ______________________ 8.0 ，原因是 规律和应考虑碱性 pH 对叶绿素稳定性的影响。 ________________________________________
（3）淀粉的检测
实验前：饥饿处理 实验后：放入酒精中——水浴脱色后——加碘
O2的检测
知 识 讲 解
气体变化的检测——叶圆片上浮与下沉
生长旺盛的叶片，剪成5毫米见方的小块，抽去叶 内气体，做下列处理（见图及图注），这四个处理 中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是 C
知 识 讲 解
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A
B
C
D
绿叶中色素的提取和分离 1．实验原理 (1)叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于乙醇等有