第3講第2課時 測定光合速率的方法

導學案第3講細胞呼吸與光合作用的關系測定光合速率的方法素能目標：科學思維：能根據(jù)細胞呼吸速率測定裝置類比遷移光合作用速率測定裝置；能學會分析各種光合速率測定方法的原理，并能夠總結(jié)各種測定方法的適用范圍及規(guī)律。實驗探究：通過光合速率氣體體積變化法測定裝置，明確實驗設計中變量控制的手段，對照原則的應用以及誤差校正的常用方法；通過光合速率測定方法的實驗設計，建構(gòu)總光合速率，凈光合速率和呼吸速率三者關系的數(shù)學模型。方法1：氣體體積變化法例題：圖為探究綠色植物光合作用速率的實驗示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶內(nèi)的二氧化碳濃度。該裝置放在20℃境中。實驗開始時，針筒的讀數(shù)是0.2mL，毛細管內(nèi)的水滴在位置X。30分鐘后，針筒的容量需要調(diào)至0.6mL的讀數(shù)處，才能使水滴仍維持在X的位置。據(jù)此實驗回答下列問題：（1）該裝置可以測植物的，它的數(shù)值是mL/h。（2）若用這一方法測量植物的光合作用速率，還應該怎么做？對應練習：某轉(zhuǎn)基因作物有很強的光合作用強度。某中學生物興趣小組在暑假開展了對該轉(zhuǎn)基因作物光合強度測試的研究課題，設計了如下裝置。請你利用下列裝置完成光合作用強度的測試實驗，并分析回答有關問題：開關B．玻璃鐘罩C．轉(zhuǎn)基因作物D．燒杯(內(nèi)裝有NaHCO3或NaOH溶液)E．紅墨水滴F．直尺Ⅰ．實驗步驟：（1）先測定植物的呼吸作用強度，方法步驟是：①甲、乙兩裝置的D中都放入溶液，裝置乙作對照組。②將甲、乙兩裝置的玻璃鐘罩______________處理，放在溫度等相同且適宜的環(huán)境中。③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置紅墨水滴移動的方向和刻度。測定植物的凈光合作用強度，方法步驟是：，乙裝置作對照組。②__________________________________________________。③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置紅墨水滴移動的方向和刻度。(3)實驗操作30分鐘后，記錄甲、乙兩裝置紅墨水滴移動情況：Ⅱ．實驗分析：假設紅墨水滴每移動1cm，植物體內(nèi)的葡萄糖增加或減少1g。那么該植物的呼吸作用速率是________g/小時。光照1h，植物光合作用產(chǎn)生的葡萄糖是______g?！疽?guī)律總結(jié)】①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算呼吸速率。②將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。*實驗設計中必須注意的三點：①變量的控制手段，如光照強度的強弱可用不同功率的燈泡(或相同功率的燈泡，但與植物的距離不同)進行控制，不同溫度可用不同恒溫裝置控制，CO2濃度的大小可用不同濃度的CO2緩沖液調(diào)節(jié)。②對照原則的應用，不能僅用一套裝置通過逐漸改變其條件進行實驗，而應該用一系列裝置進行相互對照。③無論哪種裝置，在光下測得的數(shù)值均為“凈光合作用強度”值。2.解答光合作用與細胞呼吸的實驗探究題時必須關注的信息是加“NaOH”還是加“NaHCO3”；給予“光照”處理還是“黑暗”處理；是否有“在溫度、光照最適宜條件下”等信息。方法2：半葉法（半葉稱重法）例題：某研究小組采用“半葉法”對番茄葉的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數(shù)據(jù)，則可計算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2·h)。請分析回答下列問題：(1)MA表示6小時后葉片初始質(zhì)量－呼吸作用有機物的消耗量；MB表示6小時后(_______)＋(_________)－呼吸作用有機物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，則M表示。(3)總光合速率的計算方法是。(4)本方法也可用于測定葉片的呼吸速率，寫出實驗設計思路。對應練習：現(xiàn)采用如圖所示方法測定植物葉片光合作用強度，將對稱葉片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚笰、B間物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移。在適宜光照和溫度下照射一段時間，在A、B中截取對應部分相等面積的葉片，烘干稱重，分別記作m1和m2，單位mg/(dm2·h)。下列說法正確的是（）A.該方法在未測出細胞呼吸強度的條件下，能測出實際光合作用的強度B.(m2－m1)表示B葉片被截取的部分在光照時間內(nèi)有機物的積累量C.m2表示被截取的部分在光照時間內(nèi)凈光合作用的大小D.m1表示被截取的部分在光照時間內(nèi)細胞呼吸的大小【規(guī)律總結(jié)】將葉片一半遮光，一半曝光，遮光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表細胞呼吸強度值，曝光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表表觀(凈)光合作用強度值，綜合兩者可計算出真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理，以防止有機物的運輸。方法3：黑白瓶法例題：某調(diào)查小組試圖用“黑白瓶法”測定某池塘各深度群落日代謝的平均O2濃度變化，實驗結(jié)果如下表所示：水深（m）1234水底白瓶中的O2(mg/L.24h)+3+20-1-3黑瓶中的O2(mg/L.24h)-1-1-1-1-3根據(jù)表格分析，該池塘生物一晝夜生產(chǎn)O2mg/L，消耗O2mg/L。對應練習：某同學研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具體操作如下：取三個相同的透明玻璃瓶a、b、c，將a先包以黑膠布，再包以鉛箔。用a、b、c三瓶從待測水體深度取水，測定c瓶中水內(nèi)氧容量。將a瓶、b瓶密封再沉入待測水體深度，經(jīng)24小時取出，測兩瓶氧含量，結(jié)果如圖所示。則24小時待測深度水體中生物光合作用和有氧呼吸的情況是()呼吸消耗的O2呼吸消耗的O2：w-v光合作用釋放的O2：k-w光合作用產(chǎn)生O2：k-vA．24小時待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是vmol/瓶B．24小時待測深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是kmol/瓶C．24小時待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是(k－v)mol/瓶D．24小時待測深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是(k－v)mol/瓶【規(guī)律總結(jié)】“黑白瓶”問題是一類通過凈光合作用強度和有氧呼吸強度推算總光合作用強度的試題，其中“黑瓶”不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒有初始值兩種情況，規(guī)律如下：規(guī)律1：有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。規(guī)律2：沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現(xiàn)有量與黑瓶中測得的現(xiàn)有量之差即總光合作用量。課后拓展：光合速率的其它測定方法1.葉圓片稱重法測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。凈光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。練習：某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合速率，做如圖所示實驗：在葉柄基部做環(huán)剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，于不同時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，M處的實驗條件是下午4時后將整個實驗裝置遮光3小時，則測得葉片葉綠體的光合速率是(單位：g·cm－2·h－1，不考慮取葉圓片后對葉片生理活動的影響和溫度微小變化對葉片生理活動的影響)()A．(3y－2z－x)/6B．(3y－2z－x)/3C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/32.葉圓片上浮法用打孔器在某植物的葉片上打出多個葉圓片，再用氣泵抽出氣體直至葉片沉入水底，給予一定的光照，測量葉圓片上浮至液面所用的平均時間，可以用來作為指標判斷凈光合速率的大小。練習：如下圖為研究光合作用的實驗裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個葉圓片，再用氣泵抽出氣體直至葉片沉入水底，然后將等量的葉圓片轉(zhuǎn)至含有不同濃度的NaHCO3溶液中，給予一定的光照，測量每個培養(yǎng)皿中葉圓片上浮至液面所用的平均時間，以研究光合作用