第3講第2課時(shí) 測(cè)定光合速率的方法

導(dǎo)學(xué)案第3講細(xì)胞呼吸與光合作用的關(guān)系測(cè)定光合速率的方法素能目標(biāo)：科學(xué)思維：能根據(jù)細(xì)胞呼吸速率測(cè)定裝置類比遷移光合作用速率測(cè)定裝置；能學(xué)會(huì)分析各種光合速率測(cè)定方法的原理，并能夠總結(jié)各種測(cè)定方法的適用范圍及規(guī)律。實(shí)驗(yàn)探究：通過(guò)光合速率氣體體積變化法測(cè)定裝置，明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中變量控制的手段，對(duì)照原則的應(yīng)用以及誤差校正的常用方法；通過(guò)光合速率測(cè)定方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建構(gòu)總光合速率，凈光合速率和呼吸速率三者關(guān)系的數(shù)學(xué)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(shí)驗(yàn)示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶?jī)?nèi)的二氧化碳濃度。該裝置放在20℃境中。實(shí)驗(yàn)開(kāi)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。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(shí)驗(yàn)回答下列問(wèn)題：（1）該裝置可以測(cè)植物的，它的數(shù)值是mL/h。（2）若用這一方法測(cè)量植物的光合作用速率，還應(yīng)該怎么做？對(duì)應(yīng)練習(xí)：某轉(zhuǎn)基因作物有很強(qiáng)的光合作用強(qiáng)度。某中學(xué)生物興趣小組在暑假開(kāi)展了對(duì)該轉(zhuǎn)基因作物光合強(qiáng)度測(cè)試的研究課題，設(shè)計(jì)了如下裝置。請(qǐng)你利用下列裝置完成光合作用強(qiáng)度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并分析回答有關(guān)問(wèn)題：開(kāi)關(guān)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(shí)驗(yàn)步驟：（1）先測(cè)定植物的呼吸作用強(qiáng)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(duì)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(dòng)的方向和刻度。測(cè)定植物的凈光合作用強(qiáng)度，方法步驟是：，乙裝置作對(duì)照組。②__________________________________________________。③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置紅墨水滴移動(dòng)的方向和刻度。(3)實(shí)驗(yàn)操作30分鐘后，記錄甲、乙兩裝置紅墨水滴移動(dòng)情況：Ⅱ．實(shí)驗(yàn)分析：假設(shè)紅墨水滴每移動(dòng)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(shí)。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(shí)間，記錄紅色液滴移動(dòng)的距離，計(jì)算呼吸速率。②將同一植物(乙裝置)置于光下一定時(shí)間，記錄紅色液滴移動(dòng)的距離，計(jì)算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計(jì)算得到真正光合速率。*實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須注意的三點(diǎn)：①變量的控制手段，如光照強(qiáng)度的強(qiáng)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(jìn)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(duì)照原則的應(yīng)用，不能僅用一套裝置通過(guò)逐漸改變其條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而應(yīng)該用一系列裝置進(jìn)行相互對(duì)照。③無(wú)論哪種裝置，在光下測(cè)得的數(shù)值均為“凈光合作用強(qiáng)度”值。2.解答光合作用與細(xì)胞呼吸的實(shí)驗(yàn)探究題時(shí)必須關(guān)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(duì)番茄葉的光合速率進(jìn)行測(cè)定。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(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)算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2·h)。請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：(1)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；MB表示6小時(shí)后(_______)＋(_________)－呼吸作用有機(jī)物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，則M表示。(3)總光合速率的計(jì)算方法是。(4)本方法也可用于測(cè)定葉片的呼吸速率，寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。對(duì)應(yīng)練習(xí)：現(xiàn)采用如圖所示方法測(cè)定植物葉片光合作用強(qiáng)度，將對(duì)稱葉片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用適當(dāng)?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(shí)間，在A、B中截取對(duì)應(yīng)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(shuō)法正確的是（）A.該方法在未測(cè)出細(xì)胞呼吸強(qiáng)度的條件下，能測(cè)出實(shí)際光合作用的強(qiáng)度B.(m2－m1)表示B葉片被截取的部分在光照時(shí)間內(nèi)有機(jī)物的積累量C.m2表示被截取的部分在光照時(shí)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(shí)間內(nèi)細(xì)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(cè)得的數(shù)據(jù)變化值代表細(xì)胞呼吸強(qiáng)度值，曝光的一半測(cè)得的數(shù)據(jù)變化值代表表觀(凈)光合作用強(qiáng)度值，綜合兩者可計(jì)算出真正光合作用強(qiáng)度值。需要注意的是該種方法在實(shí)驗(yàn)之前需對(duì)葉片進(jìn)行特殊處理，以防止有機(jī)物的運(yùn)輸。方法3：黑白瓶法例題：某調(diào)查小組試圖用“黑白瓶法”測(cè)定某池塘各深度群落日代謝的平均O2濃度變化，實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)練習(xí)：某同學(xué)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(gè)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(cè)水體深度取水，測(cè)定c瓶中水內(nèi)氧容量。將a瓶、b瓶密封再沉入待測(cè)水體深度，經(jīng)24小時(shí)取出，測(cè)兩瓶氧含量，結(jié)果如圖所示。則24小時(shí)待測(cè)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(shí)待測(cè)深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是vmol/瓶B．24小時(shí)待測(cè)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(shí)待測(cè)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(shí)待測(cè)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(wèn)題是一類通過(guò)凈光合作用強(qiáng)度和有氧呼吸強(qiáng)度推算總光合作用強(qiáng)度的試題，其中“黑瓶”不透光，測(cè)定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測(cè)定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒(méi)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(méi)有初始值的情況下，白瓶中測(cè)得的現(xiàn)有量與黑瓶中測(cè)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(cè)定方法1.葉圓片稱重法測(cè)定單位時(shí)間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機(jī)物的變化量測(cè)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(xí)：某同學(xué)欲測(cè)定植物葉片葉綠體的光合速率，做如圖所示實(shí)驗(yàn)：在葉柄基部做環(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，M處的實(shí)驗(yàn)條件是下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3小時(shí)，則測(cè)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(duì)葉片生理活動(dòng)的影響和溫度微小變化對(duì)葉片生理活動(dòng)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(gè)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(cè)量葉圓片上浮至液面所用的平均時(shí)間，可以用來(lái)作為指標(biāo)判斷凈光合速率的大小。練習(xí)：如下圖為研究光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個(gè)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(cè)量每個(gè)培養(yǎng)皿中葉圓片上浮至液面所用的平均時(shí)間，以研究光合作用