1、细胞代谢实验中相关装置和材料的巧处理 高考理综能力测试加强了对生物实验能力的考查。细胞代谢是高考必考内容之一，该内容多以实验为背景，一方面可以考察学生的掌握程度，另一方面也可考察学生对生物实验的处理能力，所以细胞代谢实验一直备受高考命题人的青睐。 细胞代谢实验设计过程中要面临诸多考虑。其一，要考虑实验变量和实验结果的关系。实验变量分为自变量和无关变量，自变量所引起的因变量是我们所要研究的，而无关变量所引起的额外变量因其对所要研究的实验结果有影响则要避免。其二，要考虑此装置可否借鸡生蛋或者借尸还魂转换成研究其他实验的装置。例如，研究细胞光合作用的装置可否转换为研究细胞呼吸作用的装置？同样，研究细
2、胞呼吸作用的装置可否转换为研究细胞光合作用的装置？其实，不管是为了排除无关变量对因变量的影响或者是实验装置的相互转换，我们都可以通过对实验装置或材料的处理来达到目的。 一、排除无关变量或因素对因变量的影响 细胞代谢的相关实验，个人认为根据不同的实验装置或材料可采用以下两种处理方法来排除其内在和外在的干扰因素。 1.内排饥饿法和酒精水浴法 例1采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用产物进行测定，其原理是：先将番茄叶片放在暗处几小时，然后将对称叶片的一部分遮光，另一部分不做处理，经过一段时间后，把叶片放入酒精中进行水浴加热，用碘蒸气处理对应部位截取同等面积的叶片，则成功地证明番茄叶片在光合作用中产生了
3、淀粉。回答以下问题： （1）该实验中将番茄叶片先放在暗处几小时的目的是什么？ （2）该实验中将番茄叶片放入酒精中进行水浴加热的目的是什么？ 分析：本题是验证番茄叶片在光合作用中产生了淀粉，但所选的番茄叶片如不加以处理，叶片中原有的淀粉就会干扰实验结果。所以实验一开始就要对番茄叶片处理，放在暗处使其饥饿几小时。通过番茄叶片长时间的呼吸作用消耗掉原有的淀粉，即可排除其对实验结果的干扰。遮光的对照组和曝光的实验组经过一段时间处理后，可预知有无淀粉产生。但为了增加实验的可信度和说服力，需要用碘蒸气和淀粉的颜色反应来检测。由于叶片中的叶绿素的存在会对该颜色反应产生干扰，所以在检测之前要用酒精水浴法除去叶
4、片中的叶绿素，排除叶绿素对实验现象的干扰。 参考答案： （1）消耗番茄叶片中原来的淀粉，排除其对实验的干扰。 （2）除去叶片中的叶绿素，排除色素对实验现象的干扰。 2.外排死活代替法 无论是光合作用还是细胞呼吸的相关实验，都会遇到一些外在的无关因素如微生物、温度等无关变量对实验结果的干扰，对此可用死活代替法来加以消除。 例2图1中的实验装置用于测量大麦种子的呼吸速率。实验开始时，用夹子夹紧橡皮管并使图中U形管内两侧有色液体均处于“0”标志位。在25条件下两套装置都静置1h，实验结果如图所示。 （1）装置中加入NaOH溶液的目的是什么？ （2）装置B中对大麦种子进行灭菌处理的目的是什么？装置B中
5、有色液体的变化可能是什么造成的？设置B装置的目的是什么？ 例3下图为测定光合作用速度的装置，在密封的试管内放一新鲜叶片和二氧化碳缓冲液，试管内气体体积的变化可根据毛细玻璃刻度管内红色液滴移动距离测得。在不同强度的光照条件下，测得的气体体积如图2所示。 （1）装置中加入CO2缓冲液（或NaHCO3溶液）的目的是什么？ （2）为了防止无关因素对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，对照实验装置与实验组装置的区别是。如果对照组在相同光照情况下，刻度管中的红色液滴较之实验组向右移了一段距离，其原因是什么？ 分析：例2是关于细胞呼吸的实验，种子在萌发时消耗有机物产生CO2。装置中的NaOH溶液在吸收C
6、O2后，会引起装置内气体压强的变化，故可以根据有色液滴的移动方向和距离判断出细胞呼吸的类型、强度、呼吸商等。例3是关于光合作用的实验，植物在光合作用时，要消耗CO2产生有机物和O2。装置中的CO2缓冲液（或NaHCO3溶液）就起到了提供CO2的作用。CO2的提供不会改变原装置中的气体压强，但产生的O2会增加装置中的气体压强，所以可根据装置中红液滴的移动方向和距离判断出光合作用强度的大小。 例2和例3的第2问，都是为了排除外部无关因素对实验的干扰。无论是何种细胞代谢，都会不可避免地受到如微生物的呼吸作用、温度变化引起气体膨胀等对实验结果的干扰。处理方法就是将装置中活的实验对象用消毒灭菌的死的实验
7、对象代替，如例2装置B中灭菌的死大麦种子。 参考答案： 例2（1）吸收CO2；（2）防止细菌呼吸作用产生或吸收的气体影响实验结果；由于外界环境气压发生变化；对照（排除物理因素引起的气体热膨胀对实验结果的干扰）。 例3（1）提供CO2；（2）新鲜叶片改为经消毒的死叶片；环境物理因素（如温度变化等）或叶表面的微生物的呼吸作用对实验的影响。 二、两种代谢间的相互转换或排除相关的影响 在细胞代谢相关的实验中，往往是将两种代谢综合在一起加以研究的，这就要考虑两种代谢装置之间的相互转换或者两种代谢之间相互影响。 1.遮光法或黑白瓶法 例4下图是利用溶氧量变化来测定黄瓜叶片光合速率的装置。实验在最适温度下进
8、行，反应杯的溶液中加入少量NaHCO3是为了提供CO2。请回答： 实验中将抽空气体的黄瓜叶片放入反应杯内，随着测试时间的延长，叶片上浮，溶氧量增加，记录仪读数变大。同样，该法也可用于叶片呼吸强度的测定，只需对反应杯_。 分析：本装置是研究光合作用的，但稍加改进就可研究细胞呼吸。此装置中黄瓜叶片在光合作用的同时又进行细胞呼吸，若要研究细胞呼吸或排除光合作用对细胞呼吸的影响，只需遮光处理即可。 此外，与遮光法异曲同工的还有用于研究水生生态系统黑白瓶法。所谓白瓶就是透光瓶，瓶里面装的从池塘、湖泊或海水的一定深度采集含有自养生物（如藻类）的水样（水样中难免也含有某些异养生物如细菌和浮游生物等）可进行光
9、合作用和细胞呼吸；所谓黑瓶就是不透光瓶，里面不能进行光合作用，只进行细胞呼吸。黑瓶和白瓶同时被悬浮在水体中水样所在的深度，放置一定时间后便从水体中取出，用标准的化学滴定法或电子检测器测定出黑瓶和白瓶中的含氧量，再根据两瓶中含氧量的变化确定出光合作用量。 参考答案：遮光。 2.溶液置换法 例5某转基因作物有很强的光合作用强度。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合强度测试的研究课题，设计了如下装置。请你利用下列装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。 （1）测定植物的呼吸作用强度，方法步骤是： _ 30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。 （2）测定植物的净
10、光合作用强度，方法步骤是： _ 30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。 分析：本题以装置图为信息载体，综合考查光合作用和呼吸作用。通过相同的装置分析可知，测定植物的呼吸作用强度和光合作用的不同在于装置D中所放入的液体的不同。若该装置测定细胞呼吸作用强度时，甲乙两装置的D中都放入NaOH溶液，吸收二氧化碳，因此液滴的移动就来自于氧气的吸收量，液滴向左移动；此外还要排除光合作用的影响。若该装置测定植物的净光合作用强度时，甲乙两装置的D中都放入NaHCO3溶液，提供原料二氧化碳，因此液滴的移动就来自于氧气的释放量，液滴向右移动，同时提供光合作用发生的适宜条件。 参考答案： （1）甲
11、、乙两装置的D中分别放入NaOH溶液，装置乙作对照组；将装置甲、乙的玻璃钟罩进行遮光处理，放在温度等条件相同的环境中。 （2）甲、乙两装置的D中分别放入NaHCO3溶液，装置乙作对照组；将装置甲、乙放在光照充足、温度相同的环境中。 但有些题目不能生搬硬套完全照搬以上的方法，这就要根据题目中装置的实际情况灵活运用以上方法，做到触类旁通，能够举一反三。 例6光是影响植物光合作用的主要因素。但不知光是否影响植物的呼吸作用。甲同学所用的实验装置如图6所示，并设置A、B两组。A组给予植物适宜强度的光照，B组不给光照。实验开始时，刻度玻璃管内的有色液滴在位置X。20分钟后观察A、B两组有色液滴的移动情况（
12、呼吸作用以葡萄糖为原料，不考虑气体在水中的溶解）。乙同学认为甲达不到实验目的，要对装置进行改进： （1）_ （2）_ 分析：装置若探究光对呼吸作用的影响是不科学的，原因有二：其一，由于绿色植物在有光条件下既进行光合作用又进行呼吸作用，选择该绿色植物无法进行实验，因此必须对绿色植物加以代替。但又不能用真正死的植物来代替，否则实验同样无法进行。此时，可选用“假死植物”来代替活植物。这里的“假死植物”实际上就是摘除叶片的植物或者直接将该绿色植物直接换成不能进行光合作用的器官。其二，由于植物进行呼吸作用消耗氧气同时产生二氧化碳，无法判断液滴移动方向，因此需要消除其中一个气体量，以便能确定移动方向，容易
13、消除的为CO2，可以选择NaOH溶液吸收产生的CO2或者选择NaHCO3缓冲液保持容器内CO2的平衡。 参考答案： （1）将绿色植物换成不能进行光合作用的植物器官或将其叶片摘除。 （2） 将清水换成NaOH溶液或NaHCO3缓冲液。 综上例题，可对细胞代谢中实验装置或材料的处理进行归纳总结：饥饿法和酒精水浴法除去淀粉和叶绿素；死活代替法除去微生物、温度等无关因素对实验结果的干扰；遮光法或黑白瓶法研究细胞呼吸或排除光合作用对细胞呼吸的影响；溶液置换法确定细胞代谢的类型。在高三复习中，要引导学生掌握这些处理方法，使其能够在细胞代谢的相关实验中灵活运用，提高其生物实验处理能力。第 8 页 共 8 页
