光合作用速率的測定

1、光合速率的測定方法例析光合速率的測定方法例析例1. 某研究小組用番茄進行光合作用實驗，采用“半葉法”對番茄葉片的光合作用強度進行測定。其原理是：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(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小時后，在A、B的對應(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)，則可計算出該葉片的光合作用強度，其單位是mg/(dm2h)。問題：若問題：若M=MB-MAM=MB-MA，則，則M M表示表示 1.“1.“半葉法半葉法”-”-測光合作用有機物的生產(chǎn)量，即測光

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

3、被截取部分在6小時內(nèi)光合作用合成的有機物總量）。這樣，真正光合速率（ 單位：mg /dm2h）就是M值除以時間再除以面積就可測得。變式訓(xùn)練1. 某同學(xué)欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率，做了如圖所示實驗。在葉柄基部作環(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，測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葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實驗條件是( ) A下午下午4時后將整個實驗裝置遮光時后將整個實驗裝置遮光3小時小時 B下午下午4時后將整個實驗裝置遮光時后

4、將整個實驗裝置遮光6小時小時C下午下午4時后在陽光下照射時后在陽光下照射1小時小時 D晚上晚上8時后在無光下放置時后在無光下放置3小時小時A 解析：解析： 起始干重為上午10時移走時的葉圓片干重x克，從上午10時到下午4時，葉片在這6小時內(nèi)既進行光合作用，又進行呼吸作用，所以下午4時移走的葉圓片干重y 克減去上午10時移走時的葉圓片干重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小時后干重為z克，下午4時移走的葉圓片干重y 克減去葉片遮光處理M小時后的干重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 ，計算出M = 3小時 ，A選項正確選項正確。2 . 氣體體積變化法氣體體積變化法-測光合作用測光合作用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)計了圖3裝置進行光合速率的測試實驗（忽略溫度對氣體膨脹的影響）。 測定植物的呼吸作用強度：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小時后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度，得X值。測定植物的凈光合作用強度：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小時后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度，得Y值。請你預(yù)測在植物生長期紅墨水滴最可能移動方向并分析原因請你預(yù)測在植物生長期紅墨水滴最可能移動方向并分析原因 a向左移動向左移動 c將玻璃鐘罩遮光處理，綠色植物只進行呼吸作用，植物進行將玻璃鐘罩遮光處理，綠色植物只進行呼吸作用，植物進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，壓強減小，紅色液滴向左移動動項目項目紅墨水滴移動方向紅墨水滴移動方向原因

7、分析原因分析測定植物呼吸作用速率測定植物呼吸作用速率a c 測定植物凈光合作用強度測定植物凈光合作用強度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，在植物的生長期，光合作用強度超過呼吸作用強度，表現(xiàn)為表觀光合作用釋期，光合作用強度超過呼吸作用強度，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，致裝置內(nèi)氣體量增加，紅色液滴向右移動b向右移動向右移動 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驗示意

8、圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶內(nèi)的二氧化碳濃度，該裝置置于20環(huán)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。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)上述實驗，）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量清水，重復(fù)上述實驗，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 mLmL/h/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、無光條件下，無光條件下，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際光合速率處。則在有光條件下該植物的實際光合速率是是 mLmL/h/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，所以不

10、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由緩沖液補充，緩沖液能維持CO2濃度，同時釋放出O2導(dǎo)致密閉裝置內(nèi)氣體壓強增大，若使水滴X不移動，其針筒中單位時間內(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，植物體不能進行光合作用，只能進行呼吸作用，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/h

11、）。答案：（答案：（1）不需要）不需要 （2）1.2(mL/h) （3）1.4（mL/h）光照強度（光照強度（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?，分裝于六對黑白瓶中，剩余的水樣測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小時后以溫克碘量法測定各組培養(yǎng)瓶中的氧

12、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；該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的生物細胞呼吸消耗的O2量為量為 mg/L24h。（2）當(dāng)光照強度為）當(dāng)光照強度為c時，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為時，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為 mg/L24h。（3）光照強度至少為）光照強度至少為 （填字母）時，該水層產(chǎn)氧量才能維持（填字母）時，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。光照強度（光照強度（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 31

13、0101616242430303030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定。白瓶就是透光瓶，里面可進行光合作用和呼吸作用。黑瓶就是不透光瓶，只能進行呼吸作用。在相同條件下培養(yǎng)一定時間，黑瓶中所測得的數(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，植物不能進行光合作用產(chǎn)生氧，其中的生物呼吸消耗

14、氧氣，該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的O2量為：原初溶解氧-24小時后氧含量，即10-3=7 （mg/L24h）。（2）當(dāng)光照強度為c時，表觀光合速率的大小為：24小時后氧含量-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，黑白瓶都是3 mg/L24h，說明水體生物呼吸速率為10-3=7（mg/L24h），所以光照強度至少為a時，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）黑瓶中植物不能進行光合作用產(chǎn)生氧，生物呼吸消耗氧）黑瓶中植物不能進行光合作用產(chǎn)

15、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度的定性比較光合作用強度的大小大小例4： 探究光照強弱對光合作用強度的影響，操作過程如下： 表3步驟步驟操作方法操作方法說明說明材材料料處處理理打打孔孔取生長旺盛的菠菜葉片綠葉，用直徑為取生長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，用手堵住注射器前端

16、的小孔并緩緩拉動活用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動活塞，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。葉片細胞葉片細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。先用口通過玻璃管先用口通過玻璃管向清水內(nèi)吹氣。向清水內(nèi)吹

17、氣。對照對照 用用3盞盞40 W臺燈分別向臺燈分別向A、B、C 3個實個實驗裝置進行強、中、弱三種光照。驗裝置進行強、中、弱三種光照。光照強弱（自變量）光照強弱（自變量）可通過調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié) 來決定。來決定。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）。實驗預(yù)期：實驗預(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。本實驗除通過觀察相同時間內(nèi)，葉片上浮數(shù)量的多少本實驗除通過觀察相同時間內(nèi)，葉片上浮數(shù)量的多少來反映光合作用速率的大??；還可以通過三個燒杯中上浮相來反映光合作用速率的大小；還可以通過三個燒杯中上浮相同葉片數(shù)量所用時間的長短來描述。

18、但該實驗方法只能比較同葉片數(shù)量所用時間的長短來描述。但該實驗方法只能比較大小，無法測出具體的量變大小，無法測出具體的量變臺燈與實驗裝置間的距離臺燈與實驗裝置間的距離A5. 紅外線紅外線CO2傳感器傳感器-測裝置中測裝置中CO2濃度的變化濃度的變化例5：為測定光合作用速率，將一植物幼苗放入大錐形瓶中，瓶中安放一個CO2傳感器來監(jiān)測不同條件下瓶中CO2濃度的變化，如下圖5所示。相同溫度下，在一段時間內(nèi)測得結(jié)果如圖6所示。請據(jù)圖回答：（1）在）在60120min時間段內(nèi)，葉肉細胞光合作用強度的變化時間段內(nèi)，葉肉細胞光合作用強度的變化趨勢為趨勢為 。理由是。理由是 。（2）在）在60120min時間段，瓶內(nèi)時間段，瓶內(nèi)CO2濃度下降的原因是濃度下降的原因是 。此時間段該植物光合速率為。此時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度大于呼吸作用強度植物的光合作用強度大于呼吸作用強度25解析：（1）在60120min時間段內(nèi)，葉肉細胞光合作用強度的變化趨勢為逐漸降低，理由是C02的濃度逐漸降低。（2）在60120min時間段，瓶內(nèi)CO2濃度下降的原因是：植物的光合作用強度大于呼吸作用強度，CO2不斷減少。用瓶中安放的CO2傳感器來監(jiān)測瓶中CO2濃度60