光合速率測定方法及訓練

光合速率測定方法及訓練第一頁，共十三頁，2022年，8月28日一、干物質(zhì)量的積累“半葉法”---測光合作用有機物的生產(chǎn)量例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?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作用強度，其單位是mg/(dm2·h)。問題：（1）可用什么方法阻止兩部分葉片的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移？（2）6小時內(nèi)上述B部位截取的葉片光合作用合成有機物的總量（M）為_________________?？上仍谥醒氪笕~脈基部用熱水、或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理M=MB-MA

P62第二頁，共十三頁，2022年，8月28日

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/dm2·h）就是M值除以時間再除以面積就可測得。

答案：B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第三頁，共十三頁，2022年，8月28日二、氣體體積變化法---測光合作用O2產(chǎn)生(或CO2消耗)的體積

例2某生物興趣小組設計了圖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）。①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。②測定植物的凈光合作用強度：裝置的燒杯中放入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。請你預測在植物生長期紅墨水滴最可能移動方向并分析原因：第四頁，共十三頁，2022年，8月28日項目紅墨水滴移動方向原因分析測定植物呼吸作用速率a．

c．

測定植物凈光合作用強度b．

d．

向左移動向右移動c．玻璃鐘罩遮光，植物只進行呼吸作用，植物進行有氧呼吸消耗O2，而釋放的CO2氣體被裝置燒杯中NaOH溶液吸收，導致裝置內(nèi)氣體、壓強減小，紅色液滴向左移動d．裝置的燒杯中放入NaHCO3緩沖溶液可維持裝置中的CO2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O2，致裝置內(nèi)氣體量增加，紅色液滴向右移動第五頁，共十三頁，2022年，8月28日解析：

①測定植物的呼吸作用強度時，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O2，而釋放的CO2氣體被裝置燒杯中的NaOH溶液吸收，導致裝置內(nèi)氣體量減小，壓強減小，紅色液滴向左移動，向左移動的距離X，就代表植物進行有氧呼吸消耗的量O2量，也就是有氧呼吸產(chǎn)生的CO2量。

②測定植物的凈光合作用強度：裝置的燒杯中放入NaHCO3緩沖溶液可維持裝置中的CO2濃度；將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中，又處在植物的生長期，其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O2，致裝置內(nèi)氣體量增加，紅色液滴向右移動，向右移動距離Y，就代表表觀光合作用釋放O2量，也就是表觀光合作用吸收的CO2量。所以，依據(jù)實驗原理：真正光合速率=呼吸速率+表觀光合速率，就可以計算出光合速率。第六頁，共十三頁，2022年，8月28日變式訓練1

圖4是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）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量清水，重復上述實驗，20min后，要使水滴維持在位置X處，針筒的容量

（需向左/需向右/不需要）調(diào)節(jié)。（2）若以釋放出的氧氣量來代表凈光合作用速率，該植物的凈光合作用速率是

mL/h。（3）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量濃氫氧化鈉溶液，在20℃、無光條件下，30min后，針筒的容量需要調(diào)至0.1mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在X處。則在有光條件下該植物的實際光合速率是

mL/h。1.21.4第七頁，共十三頁，2022年，8月28日變式訓練2：下圖表示植物葉片CO2吸收量隨光照強度逐漸增加的變化曲線,S1、S2、S3分別表示所屬范圍的面積；丙圖表示在恒溫密閉玻璃溫室內(nèi),連續(xù)48小時測定室內(nèi)CO2濃度及植物CO2的吸收速率。據(jù)圖回答下列問題：(1)乙圖中0～D間此幼苗呼吸作用消耗有機物的量為________,光合作用有機物的凈積累量為________。(用S1、S2、S3表示)(2)丙圖中植物呼吸速率與光合速率相等的時間有________個,葉綠體吸收CO2速率最大的時刻是第________小時,前24小時比后24小時的平均光照強度________。第八頁，共十三頁，2022年，8月28日答案：(1)S1＋S3

S2－S1

(2)4

36弱解析根據(jù)乙圖，光照強度為0時，綠色植物只進行細胞呼吸，故A點放出的CO2表示呼吸作用的強度，隨著光照強度的增加呼吸強度是不變的，所以0～D時間段內(nèi)，呼吸作用消耗的總量就是橫線下面矩形的面積，即S1＋S3；S1表示光照強度由0→B時光合作用的凈積累量(為負)；S2表示光照強度由B→D時的光合作用有機物的凈積累量；S1＋S3表示0→D時段綠色植物呼吸作用消耗的有機物量；S2＋S3表示光合作用產(chǎn)生的有機物總量。所以當光照強度由0→D時，綠色植物呼吸作用消耗的有機物量為S1＋S3，光合作用的凈積累量為S2－S1。(2)圖中虛線是在恒溫密閉環(huán)境中測得的二氧化碳吸收速率，當吸收速率為零時，表示植物不從外界吸收二氧化碳，此時光合作用所需的所有二氧化碳全由呼吸作用提供，所以此時呼吸速率與光合速率相等。即在6、18、30、42時，呼吸速率與光合速率相等；據(jù)曲線分析，CO2吸收速率的最大時對應的時間是36h，因此，葉綠體利用CO2速率最大的時刻是36h時；由曲線圖看出，前24小時比后24小時的平均CO2吸收速率低，因此，前24小時比后24小時的平均光照強度弱。第九頁，共十三頁，2022年，8月28日三、測溶氧量的變化---黑白瓶法例3

某研究小組從當?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3mg/L的原因是

；該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的O2量為

mg/L·24h。（2）當光照強度為c時，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為

mg/L·24h。（3）光照強度至少為

（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。光照強度（klx）0（黑暗）abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333生物呼吸消耗氧氣7721aA10第十頁，共十三頁，2022年，8月28日

解析：（1）由光合作用的總反應式6CO2+12H2O

C6H12O6+6O2+6H2O，可知反應前后氣體體積不變，所以不需要調(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由緩沖液補充，緩沖液能維持CO2濃度，同時釋放出O2導致密閉裝置內(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（）×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+0.1×2=1.4（mL/h）。光能葉綠體第十一頁，共十三頁，2022年，8月28日變式訓練3：以下實驗是對低等植物的水域生態(tài)系統(tǒng)進行的測定。步驟1：取兩個相同的透明玻璃瓶，分別編號為1號、2號。步驟2：用兩個瓶同時從水深3m處取水樣（都裝滿），立即測定2號瓶中的溶氧量，將1號瓶密封瓶口沉入原取水樣處。步驟3：24h后將1號瓶取出，測定瓶中的溶氧量。按以上步驟重復3次，結(jié)果1號瓶溶氧量平均值為6.5mg，2號瓶溶氧量平均值為5.3mg。（1）24h后，1號瓶中溶氧變化量是

，這說明

。（2）經(jīng)過24h后，1號瓶增加的有機物量（假設全為葡萄糖）為

。（3）現(xiàn)欲使實驗過程同時還能測出1號瓶24h中實際合成的有機物總量，需補充3號瓶進行實驗。簡述需補充的實驗內(nèi)容（請自行選擇實驗用具）：

。（4）設3號瓶溶氧量平均值為a，則1號瓶實際合成葡萄糖量為

。增加1.2mg水生植物光合作用強度大于呼吸作用1.125mg另取一個和1號、2號相同的瓶，設法使之不透光，設為3號瓶，其他處理和1號瓶相同，24h后測定溶氧量，重復3次，去平均值。15/16×(6.5-a)第十二頁，共十三頁，2022年，8月28日【解題思路與答案】實驗前測量2號瓶的溶氧量和實驗后測量1號瓶的溶氧量，其目的還是測量2號瓶實驗前后的溶氧量變化。為了使2號瓶實驗前后保持水量、水質(zhì)等的一致性，故設置1號瓶以進行開始溶氧量的測量。利用溶氧增加量可以計算出有機物的積累量。由上述分析可知，實驗原理是利用水生低等植物光合作用氧氣的產(chǎn)生與所有水生生物呼吸作用氧氣的消耗關系計算該水層的生產(chǎn)能力，即生產(chǎn)者在一晝夜積累有機物的量。（1）實驗開始時，1號瓶溶氧量應與2號瓶一樣為