光合作用速率的測(cè)定

1、光合速率的測(cè)定方法例析光合速率的測(cè)定方法例析例1. 某研究小組用番茄進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)，采用“半葉法”對(duì)番茄葉片的光合作用強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。其原理是：將對(duì)稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ上仍谌~柄基部用熱水、或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理）阻止兩部分的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后，在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，則可計(jì)算出該葉片的光合作用強(qiáng)度，其單位是mg/(dm2h)。問(wèn)題：若問(wèn)題：若M=MB-MAM=MB-MA，則，則M M表示表示 1.“1.“半葉法半葉法”-”-測(cè)光合作用有機(jī)物的生產(chǎn)量，即測(cè)光

2、合作用有機(jī)物的生產(chǎn)量，即單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量 B葉片被截取部分在葉片被截取部分在6小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量 解析解析： 本方法又叫半葉稱重法，常用大田農(nóng)作物的光合速率測(cè)定。如圖1所示，A部分遮光，這半片葉片雖不能進(jìn)行光合作用，但仍可照常進(jìn)行呼吸作用。另一半B部分葉片既能進(jìn)行光合作用，又可以進(jìn)行呼吸作用。題中：MB表示6小時(shí)后葉片初始質(zhì)量+光合作用有機(jī)物的總產(chǎn)量-呼吸作用有機(jī)物的消耗量，MA表示6小時(shí)后葉片初始質(zhì)量-呼吸作用有機(jī)物的消耗量，所以，M=MB-MA，就是光合作用有機(jī)物的經(jīng)過(guò)6小時(shí)干物質(zhì)的積累數(shù)（B葉片

3、被截取部分在6小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量）。這樣，真正光合速率（ 單位：mg /dm2h）就是M值除以時(shí)間再除以面積就可測(cè)得。變式訓(xùn)練1. 某同學(xué)欲測(cè)定植物葉片葉綠體的光合作用速率，做了如圖所示實(shí)驗(yàn)。在葉柄基部作環(huán)剝處理(僅限制葉片有機(jī)物的輸入和輸出)，于不同時(shí)間分別在同一葉片上陸續(xù)取下面積為1cm2的葉圓片烘干后稱其重量，測(cè)得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2zx)6 gcm-2h-1(不考慮取葉圓片后對(duì)葉生理活動(dòng)的影響和溫度微小變化對(duì)葉生理活動(dòng)的影響)。則M處的實(shí)驗(yàn)條件是( ) A下午下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3小時(shí)小時(shí) B下午下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光時(shí)后

4、將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光6小時(shí)小時(shí)C下午下午4時(shí)后在陽(yáng)光下照射時(shí)后在陽(yáng)光下照射1小時(shí)小時(shí) D晚上晚上8時(shí)后在無(wú)光下放置時(shí)后在無(wú)光下放置3小時(shí)小時(shí)A 解析：解析： 起始干重為上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克，從上午10時(shí)到下午4時(shí)，葉片在這6小時(shí)內(nèi)既進(jìn)行光合作用，又進(jìn)行呼吸作用，所以下午4時(shí)移走的葉圓片干重y 克減去上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克的差值，就等于該葉圓片凈光合作用干物質(zhì)量：（y一x）克。若要求出呼吸作用干物質(zhì)量，應(yīng)將葉片遮光處理，先假設(shè)葉片遮光處理為M小時(shí)后干重為z克，下午4時(shí)移走的葉圓片干重y 克減去葉片遮光處理M小時(shí)后的干重z克差值，就是呼吸作用干物質(zhì)量：（y一x）克。已知：測(cè)得葉

5、片的葉綠體光合作用速率=(3y一2zx)6 gcm-2h-1 ， 據(jù)真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率，得出：（3y一2zx)6 = （y一x）/ 6 + （y一x）/ M ，計(jì)算出M = 3小時(shí) ，A選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確。2 . 氣體體積變化法氣體體積變化法-測(cè)光合作用測(cè)光合作用O2產(chǎn)生產(chǎn)生(或或CO2消耗消耗)的體積的體積例2：某生物興趣小組設(shè)計(jì)了圖3裝置進(jìn)行光合速率的測(cè)試實(shí)驗(yàn)（忽略溫度對(duì)氣體膨脹的影響）。 測(cè)定植物的呼吸作用強(qiáng)度：裝置的燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液；將玻璃鐘罩遮光處理，放在適宜溫度的環(huán)境中；1小時(shí)后記錄紅墨水滴移動(dòng)的方向和刻度，得X值。測(cè)定植物的凈光合作用強(qiáng)度：裝置的燒

6、杯中放入NaHCO3緩沖溶液；將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中；1小時(shí)后記錄紅墨水滴移動(dòng)的方向和刻度，得Y值。請(qǐng)你預(yù)測(cè)在植物生長(zhǎng)期紅墨水滴最可能移動(dòng)方向并分析原因請(qǐng)你預(yù)測(cè)在植物生長(zhǎng)期紅墨水滴最可能移動(dòng)方向并分析原因 a向左移動(dòng)向左移動(dòng) c將玻璃鐘罩遮光處理，綠色植物只進(jìn)行呼吸作用，植物進(jìn)行將玻璃鐘罩遮光處理，綠色植物只進(jìn)行呼吸作用，植物進(jìn)行有氧呼吸消耗有氧呼吸消耗O2，而釋放的，而釋放的CO2氣體被裝置燒杯中氣體被裝置燒杯中NaOH溶液溶液吸收，導(dǎo)致裝置內(nèi)氣體量減小，壓強(qiáng)減小，紅色液滴向左移吸收，導(dǎo)致裝置內(nèi)氣體量減小，壓強(qiáng)減小，紅色液滴向左移動(dòng)動(dòng)項(xiàng)目項(xiàng)目紅墨水滴移動(dòng)方向紅墨水滴移動(dòng)方向原因

7、分析原因分析測(cè)定植物呼吸作用速率測(cè)定植物呼吸作用速率a c 測(cè)定植物凈光合作用強(qiáng)度測(cè)定植物凈光合作用強(qiáng)度b d d裝置的燒杯中放入裝置的燒杯中放入NaHCO3緩沖溶液可維持裝置中的緩沖溶液可維持裝置中的CO2濃濃度；將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中，在植物的生長(zhǎng)度；將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中，在植物的生長(zhǎng)期，光合作用強(qiáng)度超過(guò)呼吸作用強(qiáng)度，表現(xiàn)為表觀光合作用釋期，光合作用強(qiáng)度超過(guò)呼吸作用強(qiáng)度，表現(xiàn)為表觀光合作用釋放放O2，致裝置內(nèi)氣體量增加，紅色液滴向右移動(dòng)，致裝置內(nèi)氣體量增加，紅色液滴向右移動(dòng)b向右移動(dòng)向右移動(dòng) 變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2 2 . 圖4是探究綠色植物光合作用速率的實(shí)驗(yàn)示意

8、圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶?jī)?nèi)的二氧化碳濃度，該裝置置于20環(huán)境中。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，針筒的讀數(shù)是0.2mL，毛細(xì)管內(nèi)的水滴在位置X。20min后，針筒的容量需要調(diào)至0.6mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在位置X處。據(jù)此回答下列問(wèn)題： （1 1）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量清水，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量清水，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，20m20minin后，要使水滴維持在位置后，要使水滴維持在位置X X處，針筒的容量處，針筒的容量 （需向需向左左/ /需向右需向右/ /不需要）調(diào)節(jié)。不需要）調(diào)節(jié)。（2 2）若以釋放出的氧氣量來(lái)代表凈光合作用速率，該植物的凈光）若以釋放出的氧氣量來(lái)代表凈光

9、合作用速率，該植物的凈光合作用速率是合作用速率是 mL/hmL/h。（3 3）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量濃氫氧化鈉溶液，在）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量濃氫氧化鈉溶液，在2020、無(wú)光條件下，無(wú)光條件下，30min30min后，針筒的容量需要調(diào)至后，針筒的容量需要調(diào)至0.1mL0.1mL的讀數(shù)，才能的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在使水滴仍維持在X X處。則在有光條件下該植物的實(shí)際光合速率處。則在有光條件下該植物的實(shí)際光合速率是是 mL/h mL/h。不需要不需要 1.2 1.4解析：（1）由光合作用的總反應(yīng)式6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O，可知反應(yīng)前后氣體體積不變，所以

10、不需要調(diào)節(jié)針筒容量就可使水滴維持在X處。（2）光照條件下，由于光合作用吸收的CO2由緩沖液補(bǔ)充，緩沖液能維持CO2濃度，同時(shí)釋放出O2導(dǎo)致密閉裝置內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，若使水滴X不移動(dòng)，其針筒中單位時(shí)間內(nèi)O2氣體容量的增加就代表表觀光合速率的大小。由題可知，若以釋放出的氧氣量來(lái)代表表觀光合速率，該植物的表觀光合作用速率是（0.6-0.2）3=1.2(mL/h)。（3）瓶中液體改放為NaOH溶液，則裝置內(nèi)CO2完全被吸收，植物體不能進(jìn)行光合作用，只能進(jìn)行呼吸作用，瓶中氣體的變化即呼吸消耗的O2的變化。則在有光條件下該植物的真正光合速率 = 表觀光合速率 + 呼吸速率，既1.2+0.12=1.4（mL/

11、h）。答案：（答案：（1）不需要）不需要 （2）1.2(mL/h) （3）1.4（mL/h）光照強(qiáng)度（光照強(qiáng)度（klx） 0 0（黑暗）（黑暗）a ab bc cd de e白瓶溶氧量白瓶溶氧量(mg/L)3 310101616242430303030黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量(mg/L)3 33 33 33 33 33 33. 黑白瓶法-測(cè)溶氧量的變化例3： 某研究小組從當(dāng)?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼?，分裝于六對(duì)黑白瓶中，剩余的水樣測(cè)得原初溶解氧的含量為10mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下，分別在起始和24小時(shí)后以溫克碘量法測(cè)定各組培養(yǎng)瓶中的

12、氧含量，記錄數(shù)據(jù)如下： 表2（1）黑瓶中溶解氧的含量降低為）黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因的原因是是 ；該瓶中所有；該瓶中所有生物細(xì)胞呼吸消耗的生物細(xì)胞呼吸消耗的O2量為量為 mg/L24h。（2）當(dāng)光照強(qiáng)度為）當(dāng)光照強(qiáng)度為c時(shí)，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為時(shí)，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為 mg/L24h。（3）光照強(qiáng)度至少為）光照強(qiáng)度至少為 （填字母）時(shí)，該水層產(chǎn)氧量才能維持（填字母）時(shí)，該水層產(chǎn)氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。生物正常生活耗氧量所需。光照強(qiáng)度（光照強(qiáng)度（klx） 0 0（黑（黑暗）暗）a ab bc cd de e白瓶溶氧量白瓶溶氧量(mg/L)3 3

13、10101616242430303030黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量(mg/L)3 33 33 33 33 33 3黑瓶中植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧，生物呼吸消耗氧氣黑瓶中植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧，生物呼吸消耗氧氣 721 a解析解析：黑白瓶法常用于水中生物光合速率的測(cè)定。白瓶就是透光瓶，里面可進(jìn)行光合作用和呼吸作用。黑瓶就是不透光瓶，只能進(jìn)行呼吸作用。在相同條件下培養(yǎng)一定時(shí)間，黑瓶中所測(cè)得的數(shù)據(jù)可以得知正常的呼吸耗氧量，白瓶中含氧量的變化可以確定表觀光合作用量，然后就可以計(jì)算出總光合作用量。（1）黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因是：黑瓶沒有光照，植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧，其中的生物呼吸消

14、耗氧氣，該瓶中所有生物細(xì)胞呼吸消耗的O2量為：原初溶解氧-24小時(shí)后氧含量，即10-3=7 （mg/L24h）。（2）當(dāng)光照強(qiáng)度為c時(shí)，表觀光合速率的大小為：24小時(shí)后氧含量-原初溶解氧，即24-10=14（mg/L24h）。呼吸速率為10-3=7（mg/L24h）。真正光合速率為14+7=21（mg/L24h）.（3）黑暗時(shí)，黑白瓶都是3 mg/L24h，說(shuō)明水體生物呼吸速率為10-3=7（mg/L24h），所以光照強(qiáng)度至少為a時(shí)，凈光合速率為10-3=7（mg/L24h），才能維持水中生物正常生活耗氧量所需。（1）黑瓶中植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧，生物呼吸消耗氧）黑瓶中植物不能進(jìn)行光合作用

15、產(chǎn)生氧，生物呼吸消耗氧氣氣 7 （2）21 （3）a4： 小葉片浮起數(shù)量法小葉片浮起數(shù)量法-定性比較光合作用強(qiáng)度的定性比較光合作用強(qiáng)度的大小大小例4： 探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響，操作過(guò)程如下： 表3步驟步驟操作方法操作方法說(shuō)明說(shuō)明材材料料處處理理打打孔孔取生長(zhǎng)旺盛的菠菜葉片綠葉，用直徑為取生長(zhǎng)旺盛的菠菜葉片綠葉，用直徑為1cm的打孔器打出小圓形葉片的打孔器打出小圓形葉片30片。片。注意避開注意避開大的葉脈。大的葉脈。抽抽氣氣將小圓形葉片置于注射器內(nèi)，并讓注射器將小圓形葉片置于注射器內(nèi)，并讓注射器吸入清水，待排出注射器內(nèi)殘留的空氣后，吸入清水，待排出注射器內(nèi)殘留的空氣后，用手堵住注射器前

16、端的小孔并緩緩拉動(dòng)活用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動(dòng)活塞，使小圓形葉片內(nèi)的氣體逸出。塞，使小圓形葉片內(nèi)的氣體逸出。這一步驟這一步驟可重復(fù)幾可重復(fù)幾次。次。沉沉底底將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片，放入黑暗將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。處盛有清水的燒杯中待用。葉片細(xì)胞葉片細(xì)胞間隙充滿間隙充滿水而全都水而全都沉到水底。沉到水底。分組分組 取取3只小燒杯，標(biāo)記為只小燒杯，標(biāo)記為A、B、C，分別，分別倒入倒入20mL富含富含CO2的清水。分別向的清水。分別向3只只小燒杯中各放入小燒杯中各放入10片小圓形葉片。片小圓形葉片。先用口通過(guò)玻璃管先用口通過(guò)玻璃管向清水內(nèi)吹氣。向清水內(nèi)

17、吹氣。對(duì)照對(duì)照 用用3盞盞40 W臺(tái)燈分別向臺(tái)燈分別向A、B、C 3個(gè)實(shí)個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照。驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照。光照強(qiáng)弱（自變量）光照強(qiáng)弱（自變量）可通過(guò)調(diào)節(jié)可通過(guò)調(diào)節(jié) 來(lái)決定。來(lái)決定。觀察觀察 觀察并記錄葉片浮起的數(shù)量（因變觀察并記錄葉片浮起的數(shù)量（因變量）。量）。實(shí)驗(yàn)預(yù)期：實(shí)驗(yàn)預(yù)期：_燒燒杯中的小葉片浮起杯中的小葉片浮起的數(shù)目最多。的數(shù)目最多。本實(shí)驗(yàn)除通過(guò)觀察相同時(shí)間內(nèi)，葉片上浮數(shù)量的多少本實(shí)驗(yàn)除通過(guò)觀察相同時(shí)間內(nèi)，葉片上浮數(shù)量的多少來(lái)反映光合作用速率的大??；還可以通過(guò)三個(gè)燒杯中上浮相來(lái)反映光合作用速率的大?。贿€可以通過(guò)三個(gè)燒杯中上浮相同葉片數(shù)量所用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)描述

18、。但該實(shí)驗(yàn)方法只能比較同葉片數(shù)量所用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)描述。但該實(shí)驗(yàn)方法只能比較大小，無(wú)法測(cè)出具體的量變大小，無(wú)法測(cè)出具體的量變臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離A5. 紅外線紅外線CO2傳感器傳感器-測(cè)裝置中測(cè)裝置中CO2濃度的變化濃度的變化例5：為測(cè)定光合作用速率，將一植物幼苗放入大錐形瓶中，瓶中安放一個(gè)CO2傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)不同條件下瓶中CO2濃度的變化，如下圖5所示。相同溫度下，在一段時(shí)間內(nèi)測(cè)得結(jié)果如圖6所示。請(qǐng)據(jù)圖回答：（1）在）在60120min時(shí)間段內(nèi)，葉肉細(xì)胞光合作用強(qiáng)度的變化時(shí)間段內(nèi)，葉肉細(xì)胞光合作用強(qiáng)度的變化趨勢(shì)為趨勢(shì)為 。理由是。理由是 。（2）在）在60120min時(shí)間段，瓶?jī)?nèi)時(shí)間段，瓶?jī)?nèi)CO2濃度下降的原因是濃度下降的原因是 。此時(shí)間段該植物光合速率為。此時(shí)間段該植物光合速率為 ppmmin。逐漸降低逐漸降低 C02的濃度逐漸降低的濃度逐漸降低植物的光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度植物的光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度25解析：（1）在60120min時(shí)間段內(nèi)，葉肉細(xì)胞光合作用強(qiáng)度的變化趨勢(shì)為逐漸降低，理由是C02的濃度逐漸降低。（2）在60120min時(shí)間段，瓶?jī)?nèi)CO2濃度下降的原因是：植物的光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，CO2不斷減少。用瓶中安放的CO2傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)瓶中CO2濃度60