光合速率測定方法及訓(xùn)練

光合速率測定方法及訓(xùn)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(jī)物的生產(chǎn)量例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”對番茄葉片的光合作用強(qiáng)度進(jìn)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/(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(shí)內(nèi)上述B部位截取的葉片光合作用合成有機(jī)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(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6小時(shí)干物質(zhì)的積累數(shù)（B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）。這樣，真正光合速率（單位：mg/dm2·h）就是M值除以時(shí)間再除以面積就可測得。

答案：B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(shè)計(jì)了圖3

裝置進(jìn)行光合速率的測試實(shí)驗(yàn)（忽略溫度對氣體膨脹的影響）。①測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。②測定植物的凈光合作用強(qiáng)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(shí)后記錄紅墨水滴移動(dòng)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(dòng)方向并分析原因：第四頁，共十三頁，2022年，8月28日項(xiàng)目紅墨水滴移動(dòng)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(qiáng)度b．

d．

向左移動(dòng)向右移動(dòng)c．玻璃鐘罩遮光，植物只進(jìn)行呼吸作用，植物進(jìn)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(dǎo)致裝置內(nèi)氣體、壓強(qiáng)減小，紅色液滴向左移動(dòng)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(qiáng)度超過呼吸作用強(qiáng)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(dòng)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(qiáng)度時(shí)，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O2，而釋放的CO2氣體被裝置燒杯中的NaOH溶液吸收，導(dǎo)致裝置內(nèi)氣體量減小，壓強(qiáng)減小，紅色液滴向左移動(dòng)，向左移動(dòng)的距離X，就代表植物進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)度超過呼吸作用強(qiáng)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(dòng)，向右移動(dòng)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(shí)驗(yàn)原理：真正光合速率=呼吸速率+表觀光合速率，就可以計(jì)算出光合速率。第六頁，共十三頁，2022年，8月28日變式訓(xùn)練1

圖4是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內(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)此回答下列問題：（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)，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(shí)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(xùn)練2：下圖表示植物葉片CO2吸收量隨光照強(qiáng)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(shí)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(jī)物的量為________,光合作用有機(jī)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(shí)間有________個(gè),葉綠體吸收CO2速率最大的時(shí)刻是第________小時(shí),前24小時(shí)比后24小時(shí)的平均光照強(qiáng)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(qiáng)度為0時(shí)，綠色植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，故A點(diǎn)放出的CO2表示呼吸作用的強(qiáng)度，隨著光照強(qiáng)度的增加呼吸強(qiáng)度是不變的，所以0～D時(shí)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(qiáng)度由0→B時(shí)光合作用的凈積累量(為負(fù))；S2表示光照強(qiáng)度由B→D時(shí)的光合作用有機(jī)物的凈積累量；S1＋S3表示0→D時(shí)段綠色植物呼吸作用消耗的有機(jī)物量；S2＋S3表示光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物總量。所以當(dāng)光照強(qiáng)度由0→D時(shí)，綠色植物呼吸作用消耗的有機(jī)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(dāng)吸收速率為零時(shí)，表示植物不從外界吸收二氧化碳，此時(shí)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(shí)呼吸速率與光合速率相等。即在6、18、30、42時(shí)，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(shí)對應(yīng)的時(shí)間是36h，因此，葉綠體利用CO2速率最大的時(shí)刻是36h時(shí)；由曲線圖看出，前24小時(shí)比后24小時(shí)的平均CO2吸收速率低，因此，前24小時(shí)比后24小時(shí)的平均光照強(qiáng)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(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(shí)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(xì)胞呼吸消耗的O2量為

mg/L·24h。（2）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

mg/L·24h。（3）光照強(qiáng)度至少為

（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。光照強(qiáng)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(yīng)式6CO2+12H2O

C6H12O6+6O2+6H2O，可知反應(yīng)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(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(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+0.1×2=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(xùn)練3：以下實(shí)驗(yàn)是對低等植物的水域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行的測定。步驟1：取兩個(gè)相同的透明玻璃瓶，分別編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)。步驟2：用兩個(gè)瓶同時(shí)從水深3m處取水樣（都裝滿），立即測定2號(hào)瓶中的溶氧量，將1號(hào)瓶密封瓶口沉入原取水樣處。步驟3：24h后將1號(hào)瓶取出，測定瓶中的溶氧量。按以上步驟重復(fù)3次，結(jié)果1號(hào)瓶溶氧量平均值為6.5mg，2號(hào)瓶溶氧量平均值為5.3mg。（1）24h后，1號(hào)瓶中溶氧變化量是

，這說明

。（2）經(jīng)過24h后，1號(hào)瓶增加的有機(jī)物量（假設(shè)全為葡萄糖）為

。（3）現(xiàn)欲使實(shí)驗(yàn)過程同時(shí)還能測出1號(hào)瓶24h中實(shí)際合成的有機(jī)物總量，需補(bǔ)充3號(hào)瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。簡述需補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（請自行選擇實(shí)驗(yàn)用具）：

。（4）設(shè)3號(hào)瓶溶氧量平均值為a，則1號(hào)瓶實(shí)際合成葡萄糖量為

。增加1.2mg水生植物光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用1.125mg另取一個(gè)和1號(hào)、2號(hào)相同的瓶，設(shè)法使之不透光，設(shè)為3號(hào)瓶，其他處理和1號(hào)瓶相同，24h后測定溶氧量，重復(fù)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(shí)驗(yàn)前測量2號(hào)瓶的溶氧量和實(shí)驗(yàn)后測量1號(hào)瓶的溶氧量，其目的還是測量2號(hào)瓶實(shí)驗(yàn)前后的溶氧量變化。為了使2號(hào)瓶實(shí)驗(yàn)前后保持水量、水質(zhì)等的一致性，故設(shè)置1號(hào)瓶以進(jìn)行開始溶氧量的測量。利用溶氧增加量可以計(jì)算出有機(jī)物的積累量。由上述分析可知，實(shí)驗(yàn)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(guān)系計(jì)算該水層的生產(chǎn)能力，即生產(chǎn)者在一晝夜積累有機(jī)物的量。（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，1號(hào)瓶溶氧量應(yīng)與2號(hào)瓶一樣為