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为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗

为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗
为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗

对2006年理综全国卷Ⅰ第30小题的分析与解答试题及标准答案链接

试题.(22分)为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗,请用所提供的实

验材料与用具,在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上,继续完成实验步骤的设计和预测实验结果,并对你的预测结果进行分析。

实验材料与用具:烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、NaHCO稀溶液(为光合作用提供原3料)、真空泵、暗培养箱、日光灯(实验过程中光照和温度等条件适宜,空气中O、CO22在水中的溶解

量及无氧呼吸忽略不计)。

实验步骤和预测实验结果:

(1)剪取两小块相同的烟草叶片,分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO稀溶液的两支3试管中。此时,叶片均浮在水面上。

(2)用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体,敞开试管口,可观察到叶片均下沉到试管底部。

(3)

·

分析预测的结果:

·

标准答案:

实验步骤和预测实验结果:

⑶将这两支试管放在日光灯下,照光一段时间,结果:NaHCO稀溶液中的叶片上浮,3蒸馏水中的叶片仍在试管底部。

⑷再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间,结果:NaHCO蒸稀溶液中的叶片下沉,3.

馏水中的叶片仍在试管底部。

分析预测的结果:

⑴光照下,NaHCO稀溶液中的叶片进行光合作用,释放出的O多于呼吸作用消耗的23O,叶肉细胞间隙中O增加,叶片上浮。而蒸馏水中缺乏CO和O,叶片不能进行光合2222作用和有氧呼吸,叶肉细胞间隙缺乏气体,因此叶片位于试管底部。

⑵黑暗中,NaHCO稀溶液中的叶片进行呼吸作用,消耗了叶肉细胞间隙中的O,放23出CO溶于NaHCO稀溶液中,叶肉细胞间隙缺乏气体,叶片下沉。而蒸馏水中缺乏O,223叶片不能进

行有氧呼吸,叶肉细胞间隙仍缺乏气体,因此叶片位于试管底部。

试题的分析与解答

1 试题的成功之处

考察的内容体现了《大纲》《考纲》的要求。考察知识突出主干,能力要求较高,整体来看,既重知识考察,又重能力考察;既考察了生物知识,又考察了与生物相关的物理、化学知识;既考察了植物生理方面的知识,又考察了植物形态学方面的内容。这是以前试题中很难看到的一种好现象,是一种很好的尝试。

2 试题及标准答案存在的几点不足

2.1 试题缺乏限制条件,导致答案不唯一。由于题目未有明确指出:叶片是叶片背侧朝上还是叶片上表面朝上,NaCO(NaHCO溶液提供CO时生成)从叶肉细胞间隙获取CO并与22233之反应能力的强弱,叶片含有多少气体可上浮,叶片在两种不同溶液中排开等体积的溶液时所受到的浮力大小不同,导致答案不唯一。

2.2 实验中同时存在多个变量,违背单一变量原则。

2.3 标准答案缺乏对相关条件的周密分析,对光合作用的概念理解有误,标准答案不标准。标答认为只有光反应和暗反应都进行才进行光合作用,忽视了光合作用包括光反应和暗+反应两个方面,蒸馏水中的叶片尽管因缺乏CO不能进行暗反应,却可进行水光解(直到NADP2和ADP、Pi 不足时为止),因此,标答认为蒸馏水中的叶片不进行光合作用是不准确的。

3 准确解答此题应考虑的几个方面

3.1 叶片所受重力G(等于mg)与浮力F(等于ρVg)的大小,G>F下沉,浮液重叶片重浮排G<F上浮,G=F维持原状。浮浮重重3.2 叶片是背侧(气孔多)面向液体,还是叶片上表面(气孔少)面向液体。若背侧在上则叶片可直接与空气进行气体交换不下沉;若叶片上表面与液面接触叶片将不能直接与空气交换,此时叶片是否下沉取决于细胞间隙中气体被消耗的情况,若叶肉细胞间隙中所含CO2被NaHCO稀溶液吸收较完全(实质上是溶液中的NaCO与CO反应生成NaHCO)将导致叶片33322下沉,蒸馏水因无法吸收细胞间隙的CO叶片将不会下沉。23.3 叶片上表面朝上或叶片背侧朝上是否影响光合作用的正常进行。

3.4 溶液密度大小。NaHCO稀溶液比蒸馏水密度大,排开相同体积的溶液时,叶片在NaHCO33

稀溶液中受到的浮力大、蒸馏水中受到的浮力小。

3.5 NaHCO稀溶液在供给叶片CO时生成的NaCO从气孔中获取CO的能力有多强,是否23223.

能使叶肉细胞间隙中气体减少到可使叶片下沉的程度。

3.6 产生多少气体能使叶片上浮。光照条件下,因NaHCO稀溶液能为叶片提供CO而使叶23片正常进行光合作用产生较多O,另因NaHCO稀溶液密度较大,叶片能够快速上浮;叶片32+在蒸馏水中,因无CO供给,光合作用不能持续进行,只能进行一定程度的光反应(直到NADP2和ADP、Pi不足时为止),产生少量O(产生的O可供叶片进行有氧呼吸,但二者具有不同22步性,可能使叶肉细胞间隙贮存一定量的气体),叶片上浮或在试管底部(取决于上浮需要气体的多少)。

4 针对上述分析,解答情况如下

第一种情况

实验步骤和预测实验结果:

⑶将这两支试管放在日光灯下,照光一段时间,结果:NaHCO稀溶液中的叶片上浮较快,3蒸馏水中的叶片亦上浮(相对于NaHCO稀溶液中的叶片上浮慢)。3⑷再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间(叶片背侧与液面接触),结果:NaHCO稀3溶液中的叶片下沉,蒸馏水中的叶片仍处于上浮状态。

分析预测结果:

⑴光照下,NaHCO稀溶液中的叶片光合作用正常进行,释放出的O多于呼吸消耗,叶肉23细胞间隙中的O增加,加之,溶液密度比蒸馏水大,叶片上浮较快。尽管蒸馏水中的叶片2缺乏CO,光

合作用不能持续进行,但水光解可产生一定量的O使叶肉细胞间隙贮存气体,22导致叶片上浮。

⑵黑暗中(叶片背侧与液面接触),NaHCO稀溶液中的叶片进行呼吸作用,消耗了叶肉3细胞间隙中的O,放出的CO溶于NaHCO稀溶液中,导致叶肉细胞间隙气体缺乏,叶片下沉。322蒸馏水中的叶片进行有氧呼吸时,消耗叶肉细胞间隙中的O产生的CO不溶于蒸馏水(题目22条件),叶片仍维持上浮状态。

第二种情况

实验步骤和预测实验结果:

⑶将这两支试管放在日光灯下,照光一段时间,结果:NaHCO稀溶液中的叶片上浮,蒸3馏水中的叶片仍在试管底部。

⑷再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间(叶片背侧与液面接触),结果:NaHCO稀3溶液中的叶片下沉,蒸馏水中的叶片仍在试管底部。

分析预测结果:

⑴光照下,NaHCO稀溶液中的叶片光合作用正常进行,释放出的O多于呼吸消耗,叶肉23细胞间隙中的O增加,叶片上浮。蒸馏水中缺乏CO,叶片光合作用不能正常进行,水光解22产生少量O,叶肉细胞间隙气体较少,体积增大后的叶片所受浮力仍小于重力,叶片位于试2管底部。

⑵黑暗中(叶片背侧与液面接触),NaHCO稀溶液中的叶片进行呼吸作用消耗叶肉细胞3间隙中的O,放出的CO溶于NaHCO稀溶液中,导致叶肉细胞间隙气体缺乏,叶片下沉。蒸322馏水中的叶片叶肉细胞间隙中气体不足,仍处于试管底部。

第三种情况

实验步骤和预测实验结果:

⑶将这两支试管放在日光灯下,照光一段时间,结果:NaHCO稀溶液中的叶片上浮较快,3蒸馏水中的叶片上浮。

⑷再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间(叶片上表面与液面接触),结果:NaHCO3稀溶液中的叶片和蒸馏水中的叶片均处于上浮状态。

分析预测结果:

⑴光照下,NaHCO稀溶液中的叶片光合作用正常进行,释放出的O多于呼吸作用消耗,23叶肉细胞间隙中的O增加,加之,溶液密度比蒸馏水大,叶片上浮较快。蒸馏水中尽管缺2乏CO,叶片光合作用不能正常进行,但因水光解产生一定量的O使叶肉细胞间隙贮存气体,22叶片上浮。⑵黑暗中(叶片上表面与液面接触),无论是NaHCO稀溶液中的叶片,还是蒸馏水中的3叶片,由于能够与空气直接进行气体交换,叶肉细胞间隙中均含有气体而不下沉,仍处于上浮状态。第四种情况

实验步骤和预测实验结果:

⑶将这两支试管放在日光灯下,照光一段时间,结果:NaHCO稀溶液中的叶片上浮,蒸3馏水中的叶片仍在试管底部。

⑷再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间(叶片上表面与液面接触),结果:NaHCO3稀溶液中的叶片仍上浮,蒸馏水中的叶片仍在试管底部。

分析预测结果:

⑴光照下,NaHCO稀溶液中的叶片光合作用正常进行,释放出的O多于呼吸消耗,叶肉23细胞间隙中的O增加,叶片上浮。而蒸馏水中的叶片因缺乏CO光合作用不能正常进行,只22产生少量O,叶肉细胞间隙气体较少,体积增大后的叶片所受浮力仍小于重力,叶片位于试2管底部。

⑵黑暗中(叶片上表面与液面接触),由于NaHCO稀溶液中的叶片可直接与空气进行气3体交换,故不下沉。蒸馏水中的叶片叶肉细胞间隙中的少量O在进行有氧呼吸时产生的CO22虽不溶于蒸馏水,但因其产生的CO体积与O相等,故仍处于试管底部。22基于以上分析,笔者认为:对试题可作两种处理,一是遵循试题实际,承认试题的开放性,凡分析有理的答案均予以认可。二是为

确保变化单一,使标答唯一,可补充相关条件:①叶片为背侧(即气孔侧)朝下(或者指明只有叶片上表面朝上才能进行光合作用);②短期水光解产生的O不足以使叶片上浮;③NaCO与CO反应的力量足够消耗叶肉细胞间2223隙中的全部CO;④不考虑NaHCO稀溶液与蒸馏水的密度造成的浮力差。补充条件后答32案应为笔者阐述的第二种情况。

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