光合速率测定方法

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,光合速率测定方法总结,光合作用 第一轮复习,四川省南部中学 马彦平,,概念,光合速率指单位时间、单位叶面积的CO,2,吸收量或者是O,2,的释放量；也可以用单位时间、单位叶面积干物质的积累量来表示。,真正光合速率（总光合速率）=表观光合速率（净光合速率）+呼吸速率,,一、干物质量的积累,“半叶法”---测光合作用有机物的生产量，即单位时间、单位叶面积干物质积累数,,例1,某研究小组用番茄进行光合作用实验，采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。其原理是：将对称叶片

2、的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为M,A,、M,B,，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm,2,·h)。,,问题：,,（1）可用什么方法阻止两部分叶片,,的物质和能量转移？,,,,（2）6小时内上述B部位截取的叶片,,光合作用合成有机物的总量（M）为,_________________,。,可先在中央大叶脉基部用热水、或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理,M=M,B,-M,A,,P62,,,解析：,,本方法又叫半叶称重法，常用大田农作

3、物,,的光合速率测定。 如图1所示，A部分遮光，这半,,片叶片虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸,,作用。另一半B部分叶片既能进行光合作用，又可,,以进行呼吸作用。 题中：M,B,表示6小时后叶片初,,始质量+光合作用有机物的总产量-呼吸作用有机物,,的消耗量， M,A,表示6小时后初始质量-呼吸作用有,,机物的消耗量， 所以，M=M,B,-M,A,，就是光合作用,,有机物的经过6小时干物质的积累数（B叶片被截取,,部分在6小时内光合作用合成的有机物总量）。,,这样，真正光合速率（ 单位：mg /dm,2,·h）就是M,,值除以时间再除以面积就可测得。,,,答案：,B叶片被截取部分

4、在6小时内光合作用,,合成的有机物总量,,,变式训练1,某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做了如图所示实验。在叶柄基部作环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm,2,的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片的叶绿体真正光合作用速率=(3y一2z—x)／6 g·cm,-2,·h,-1,(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是(     )  A．下午4时后将整个实验装置遮光3小时     B．下午4时后将整个实验装置遮光6小时 C．下午4时后在阳光下照射1小时        

5、   D．晚上8时后在无光下放置3小时,A,,解析：,,,,起始干重为上午,,10,,时移走时的叶圆片干重,,x,,克，从上午,,10,,时到下午,,4,,时，,,叶片在这,,6,,小时内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午,,4,,时移走的叶圆片干重,,y,,克减去上午,,10,,时移走时的叶圆片干重,,x,,克的差值，就等于该叶圆片净光合作用干物,,质量：（,,y,,一,,x,,）克。,,,,若要求出呼吸作用干物质量，应将叶片遮光处理，先假设叶片遮光处理为,,M,,小时后,,干重为,,z,,克，,,,,下午,,4,,时移走的叶圆片干重,,y,,克减去叶片遮光处理,,M,,小时后

6、的干重,,z,,克,,差值，就是呼吸作用干物质量：（,,y,,一,,x,,）克。,,,,已知：测得叶片的叶绿体光合作用速率,,=(3y,,一,,2z,,—,,x),,／,,6,,g,,·,,cm,,-2,,·,,h,,-1,,，,,,,据真正光,,合速率,,=,,表观光合速率,,+,,呼吸速率，得出：（,,3y,,一,,2z,,—,,x),,／,,6 =,,（,,y,,一,,x,,）,,/ 6 +,,（,,y,,一,,x,,）,,/ M,,，计算出,,M = 3,,小时,,,,，,,A,,选项正确,,。,解析：,,,,起始干重为上午,,10,,时移走时的叶圆片干重,,x,,克，从上午,,10,

7、,时到下午,,4,,时，,,叶片在这,,6,,小时内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午,,4,,时移走的叶圆片干重,,y,,克减去上午,,10,,时移走时的叶圆片干重,,x,,克的差值，就等于该叶圆片净光合作用干物,,质量：（,,y,,一,,x,,）克。,,,,若要求出呼吸作用干物质量，应将叶片遮光处理，先假设叶片遮光处理为,,M,,小时后,,干重为,,z,,克，,,,,下午,,4,,时移走的叶圆片干重,,y,,克减去叶片遮光处理,,M,,小时后的干重,,z,,克,,差值，就是呼吸作用干物质量：（,,y,,一,,x,,）克。,,,,已知：测得叶片的叶绿体光合作用速率,,=(3y,,一,,

8、2z,,—,,x),,／,,6,,g,,·,,cm,,-2,,·,,h,,-1,,，,,,,据真正光,,合速率,,=,,表观光合速率,,+,,呼吸速率，得出：（,,3y,,一,,2z,,—,,x),,／,,6 =,,（,,y,,一,,x,,）,,/ 6 +,,（,,y,,一,,x,,）,,/ M,,，计算出,,M = 3,,小时,,,,，,,A,,选项正确,,。,,解析：,,起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重,,x克,从上午10时到下午4时，叶片在这6小时内既进,,行光合作用，又进行呼吸作用,所以下午4时移走的,,叶圆片干重y 克减去上午10时移走时的叶圆片干重,,x克的差值，就等于该叶圆

9、片净光合作用干物质量:,,（y一x）克.若要求出呼吸作用干物质量,应将叶片,,遮光处理,先假设叶片遮光处理为M小时后干重为,,z克,下午4时移走的叶圆片干重y克减去叶片遮光处,,理M小时后的干重z克差值，就是呼吸作用干物质量：,,（y一x）克。已知：测得叶片的叶绿体光合作用速,,率=(3y一2z—x)／6 g·cm,-2,·h,-1,，据真正光合速率=,,表观光合速率+呼吸速率，得出：,,（3y一2z—x)／6 =（y一x）/ 6 + （y一x）/ M ，,,计算出M = 3小时 ，A选项正确。,,二、气体体积变化法---,测光合作用O,2,产生(或CO,2,消耗)的体积,,例2,某生物兴趣小

10、组设计了图3 装置进行光合速率的测试实验（忽略温度对气体膨胀的影响）。,,①测定植物的呼吸作用强度：装置的烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；1小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。,,②测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入NaHCO,3,缓冲溶液；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；1小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得Y值。,,请你预测在植物生长期红墨水滴最可能移动方向并分析原因：,,,项目,红墨水滴移动方向,原因分析,测定植物呼吸作用速率,a．,,c．,,测定植物净光合作用强度,b．,,d．,,向左移动,向右移动,c．玻璃钟罩遮光，

11、植物只进行呼吸作用，植物进行有氧呼吸消耗O,2,，而释放的CO,2,气体被装置烧杯中NaOH溶液吸收，导致装置内气体、压强减小，红色液滴向左移动,d．装置的烧杯中放入NaHCO,3,缓冲溶液可维持装置中的CO,2,浓度；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中，在植物的生长期，光合作用强度超过呼吸作用强度，表现为表观光合作用释放O,2,，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动,,解析：,,①,测定植物的呼吸作用强度时，将玻璃钟罩,,遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用，植物进行有氧,,呼吸消耗O,2,，而释放的CO,2,气体被装置烧杯中的NaOH,,溶液吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液,,滴

12、向左移动，向左移动的距离X，就代表植物进行有氧,,呼吸消耗的量O,2,量，也就是有氧呼吸产生的CO,2,量。,,,②,测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入,,NaHCO,3,缓冲溶液可维持装置中的CO,2,浓度；将装置,,放在光照充足、温度适宜的环境中，又处在植物的生长,,期，其光合作用强度超过呼吸作用强度，表现为表观光,,合作用释放O,2,，致装置内气体量增加，红色液滴向右移,,动，向右移动距离Y，就代表表观光合作用释放O,2,量，,,也就是表观光合作用吸收的CO,2,量。 所以，依据实验原,,理：真正光合速率 = 呼吸速率 + 表观光合速率，就可以,,计算出光合速率。,,变式训练

13、2,图4是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度，该装置置于20℃环境中。实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的水滴在位置X。20min后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数，才能使水滴仍维持在位置X处。据此回答下列问题：,,（1）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量,,清水，重复上述实验，20min后，要使水,,滴维持在位置X处，针筒的容量,,,（需向左/需向右/不需要）调节。,,（2）若以释放出的氧气量来代表,,净光合作用速率，该植物的净光合,,作用速率是,,mL/h。,,（3）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量,,浓氢氧化钠溶液，在20℃、无光条

14、件下，,,30min后，针筒的容量需要调至0.1mL的读数，才能使水滴仍维持在X处。则在有光条件下该植物的实际光合速率是,,mL/h。,,1.2,1.4,,三、测溶氧量的变化,---黑白瓶法,例3,某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和24小时后以温克碘量法测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下： 表2,,,,,（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因是,,；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O,2,量为,,mg/L·24h。,,（

15、2）当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为,,mg/L·24h。,,（3）光照强度至少为,,（填字母）时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。,光照强度（,klx,）,0（黑暗）,a,b,c,d,e,白瓶溶氧量,(mg/L),3,10,16,24,30,30,黑瓶溶氧量,(mg/L),3,3,3,3,3,3,生物呼吸消耗氧气,7,7,21,a,A10,,,,,,解析,：,,（1）由光合作用的总反应式6CO,2,+12H,2,O   C,6,H,12,O,6,+,,6O,2,+6H,2,O，可知反应前后气体体积不变，所以不需要调节针筒,,容

16、量就可使水滴维持在X处。,,（2）光照条件下，由于光合作用吸收的CO,2,由缓冲液补充，缓,,冲液能维持CO,2,浓度，同时释放出O,2,导致密闭装置内气体压强增,,大，若使水滴X不移动，其针筒中单位时间内O,2,气体容量的增加,,就代表表观光合速率的大小。由题可知，若以释放出的氧气量来,,代表表观光合速率，该植物的表观光合作用速率是（）×,,3=1.2(mL/h)。,,（3）瓶中液体改放为NaOH溶液，则装置内CO,2,完全被吸收，,,植物体不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，瓶中气体的变,,化即呼吸消耗的O,2,的变化。则在有光条件下该植物的真正光合,,速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率

17、，既1.2+0.1×2=1.4（mL/h）。,,光能,叶绿体,,变式训练3：,以下实验是对低等植物的水域生态系统进行的测定。,,步骤1：取两个相同的透明玻璃瓶，分别编号为1号、2号。,,步骤2：用两个瓶同时从水深3m处取水样（都装满），立即测定2号瓶中的溶氧量，将1号瓶密封瓶口沉入原取水样处。,,步骤3：24h后将1号瓶取出，测定瓶中的溶氧量。按以上步骤重复3次，结果1号瓶溶氧量平均值为6.5mg，2号瓶溶氧量平均值为5.3mg。,,（1）24h后，1号瓶中溶氧变化量是,,，这说明,,,,。,,（2）经过24h后，1号瓶增加的有机物量（假设全为葡萄糖）为,,。,,（3）现欲使实验过程同时还能测

18、出1号瓶24h中实际合成的有机物总量，需补充3号瓶进行实验。简述需补充的实验内容（请自行选择实验用具）：,,,,。,,（4）设3号瓶溶氧量平均值为a，则1号瓶实际合成葡萄糖量,,为,,。,增加1.2mg,水生植物光合作用强度大于呼吸作用,1.125mg,另取一个和1号、2号相同的瓶，设法使之不透光，设为3号瓶，其他处理和1号瓶相同，24h后测定溶氧量，重复3次，去平均值。,15/16×(6.5-a),,【解题思路与答案】,实验前测量2号瓶的溶氧量和实验后测量1号瓶的溶氧量，其,,目的还是测量2号瓶实验前后的溶氧量变化。为了使2号瓶实验前后保持水量、,,水质等的一致性，故设置1号瓶以进行开始溶氧

19、量的测量。利用溶氧增加量可,,以计算出有机物的积累量。由上述分析可知，实验原理是利用水生低等植物光,,合作用氧气的产生与所有水生生物呼吸作用氧气的消耗关系计算该水层的生产,,能力，即生产者在一昼夜积累有机物的量,。,（1）实验开始时，1号瓶溶氧量应与2号瓶一样为5.3mg，24h后变成6.5mg，,,溶氧量增加的原因是由一昼夜中该水层水生植物光合作用产氧量超过所有水生,,生物的呼吸作用耗氧量引起的；,,（2）根据溶氧增加量可直接计算葡萄糖积累量为1.125 mg；,,（3）,另取一个和1号、2号相同的瓶，设法使之不透光，设为3号瓶，其他处理和,,1号瓶相同，24h后测定溶氧量，重复3次，去平均

20、值。,,（4）根据现有实验条件，只能测知1号瓶溶氧增加量。要想知道1号瓶24h产,,生氧气的总量，根据氧气产生总量＝溶氧增加量＋生物消耗量，必须再测知,,1号瓶中所有生物的耗氧量，所以需要另设一个同样的黑色不透光的3号瓶，,,使该瓶生物只进行呼吸作用，处理方法同1号瓶。24h后测3号瓶溶氧量，设,,为a，则瓶中24h耗氧量为（5.3－a）mg，所以1号瓶产生氧气的总量为,,（6.5－5.3）mg＋（5.3－a）mg，根据6O,2,～C,6,H,12,O,6,列出方程：,,180/y＝6×32/[（6.5－5.3）＋（5.3－a）],,y,＝,180×(6.5－a)/6×32＝15(6.5－a)

21、/16,,,四、定性比较光合作用强度的大小,---,小叶片浮起数量法,例,4,,探究光照强弱对光合作用强度的影响，操作过程如下：,,步骤,,操　作　方　法,说　明,材,,料,,处理,打孔,取生长旺盛的菠菜叶片绿叶，用直径为,1cm,的打孔器打出小圆形叶片,30,片。,注意避开大的叶脉。,,抽气,将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。,这一步骤可重复几次。,,沉底,将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。,叶片细胞间隙充满水而全都沉到水底。,分组,,取,3,只小烧杯，标记为,

22、A,、,B,、,C,，分别倒入,20mL,富含,CO,2,的清水。分别向,3,只小烧杯中各放入,10,片小圆形叶片。,事先可用口通过玻璃管向清水内吹气。,对照,,用,3,盏,40 W,台灯分别向,A,、,B,、,C 3,个实验装置进行强、中、弱三种光照。,光照强弱（自变量）可通过调节,,来决定。,观察,,观察并记录叶片浮起的数量（因变量）。,实验预期：,____,烧杯中的小叶片,浮起的数目最多。,,本实验除通过观察相同时间内，叶片上浮数量的多少来反映光合作用速率的大小；还可以通过三个烧杯中上浮相同叶片数量所用时间的长短来描述。但该实验方法只能定性比较，无法测出具体的量变。即,该实验方法只能比较

23、大小，无法测出具体的量变。,,小叶片浮起数量法的原理和不足,答案：,,,台灯与实验装置间的距离    A,,五、测装置中CO,2,浓度的变化---,红外线CO,2,传感器,原理：,由于CO,2,对红外线有较强的吸收能力，CO,2,的多少与红外线的降低量之间有一线性关系,因此CO,2,含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO,2,传感器来测量CO,2,浓度的变化。,,例5,为测定光合作用速率，将一植物幼苗放入大锥形瓶中，瓶中安放一个CO,2,传感器来监测不同条件下瓶中CO,2,浓度的变化，如下图5所示。相同温度下，在一段时间内测得结果如图6所示。请据图回答：,,,,,,,,,,,（1

24、）在60～120min时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化趋势为,,。理由是,,。,,（2）在60～120min时间段，瓶内CO,2,浓度下降的原因是,,。,,此时间段该植物光合速率为,,ppm／min。,逐渐降低,CO2浓度降低的趋势逐渐降低,植物的光合作用强度大于呼吸作用强度,25,,解析：,,（ 1 ）,在60～120min时间段内，叶肉细胞光合作用,,强度的变化趋势为逐渐降低，理由是C0,2,的浓度逐渐,,降低。,（2）在60～120min时间段，瓶内CO,2,浓度下降的原,,因是：植物的光合作用强度大于呼吸作用强度，CO,2,,不断减少。用瓶中安放的CO,2,传感器来监测瓶中CO,2

25、,,浓度60min内的变化是1500–500 = 1000 （ppm）,该,,数值是60min内净光合作用消耗的CO,2,量。,,在,0～60min,时间段，瓶内,CO,2,浓度上升的原因是：植,,物在黑暗条件下只进行呼吸作用，,60min,内植物呼吸释放,,CO,2,量是,1500-1000=500（ppm）,。,所以，此时间段该植物光合速率为（1000+500）/60=25 (ppm／min),,变式训练3,将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如下图所示。在连续60分钟监测的过程中，植物一段时间以固定的光照强度持续照光，其余时间则处于完全黑暗中，其他外界条件相同且适宜，测得瓶内CO,2,浓度

26、变化结果如图-4所示。据此分析可知（   ）,,,,,,,,,A．最初10min内，瓶内CO,2,浓度逐渐下降，说明植物的光合,,作用逐渐增强,,B．第20～30min内，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用,,逐渐增强,,C．第40～60min内，瓶内植物的光合作用速率与呼吸作用速,,率大致相等,,D．瓶内植物在照光时段内实际的光合作用速率平均为,,90ppmCO,2,/min,D,P61,,解析：,,,从图—4可知纵轴每一刻度代表50ppm，,在连续60分钟监测的过程中，植物一段时间以固定的光照强度持续照光（前20min），其余时间则处于完全黑暗中（后40min）；,,,前20min内 CO,2,的减少量=1750－1500=1600(ppm)，,,净光合速率=1600÷20=80（ ppm/min）,后40min内CO,2,的增加量=550,－150=400（ppm），呼吸速率=400÷40=10 （ppm/min）,,所以，总光合速率=净光合速率＋呼吸速率,,=80 ＋10 = 90 （,ppm/min）,，,故D答案正确。,,,