光合作用速率的測(cè)定方法

1、 光合作用速率的測(cè)定方法 一、“半葉法”-測(cè)光合作用有機(jī)物的生產(chǎn)量。即單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)的量 【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(duì)番茄葉片的光合作用強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。其原理是：將對(duì)稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理（見(jiàn)圖1），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6h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MAMB，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(wèn)題：若M=MBMA，則M表示 _ 。 【解析】如圖l

2、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。 設(shè)初始質(zhì)量為a，呼吸作用消耗質(zhì)量為b，凈光合質(zhì)量為b，則：MA=ab，MB=a+c，所以：M=MB -MA=c+b，即M表示總光合作用質(zhì)量。 這樣，真正光合速率（單位：mg/dm2h）就是M值除以時(shí)間再除以葉面積。 【答案B葉片被截取部分在6h內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量 二、氣體體積變化法一測(cè)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)了如圖2所示的裝置進(jìn)行光合速率的測(cè)試實(shí)驗(yàn)（忽略溫度對(duì)氣體膨脹的影響）。 (1)測(cè)定植物的呼吸作用強(qiáng)度：在該裝置的

3、小燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液適量；將玻璃鐘罩遮光處理，放在適宜溫度的環(huán)境中；th后記錄紅墨水滴移動(dòng)的方向和刻度，得X值。 (2)測(cè)定植物的凈光合作用強(qiáng)度：在該裝置的小燒杯中放入NaHCO3緩沖溶液適量；將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中；1h后記錄紅墨水滴移動(dòng)的方向和刻度，得Y值。 請(qǐng)你預(yù)測(cè)在植物生長(zhǎng)期紅墨水滴最可能移動(dòng)的方向并分析原因，并將結(jié)果填入表中： 項(xiàng)目 紅墨水滴移動(dòng) 原因分析 測(cè)定植物呼吸作用測(cè)定植物凈光合作 a b C d 【解析】(1)測(cè)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氣體被裝置中燒杯里的NaOH

4、溶液吸收，導(dǎo)致裝置內(nèi)氣體體積減小，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O2量，即有氧呼吸產(chǎn)生的CO2量。 (2)測(cè)定植物的凈光合作用強(qiáng)度：裝置的燒杯中放入的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(zhǎng)期，其光合作用強(qiáng)度超過(guò)呼吸作用強(qiáng)度，表現(xiàn)為表觀光合作用釋放O2，致使裝置內(nèi)氣體量增加，紅色液滴向右移動(dòng)，向右移動(dòng)的距離Y就代表表觀光合作用釋放的O2量，也就是表觀光合作用吸收的CO2量。 故，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。 【答案】a向左移動(dòng)c將玻璃鐘罩遮光處理，

5、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氣體被裝置中燒杯里的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)b向右移動(dòng)d裝置的燒杯中放入的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(zhǎng)期，光合作用強(qiáng)度超過(guò)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) 三、黑白瓶法測(cè)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6對(duì)黑白瓶中，從剩余的水樣中測(cè)得原初溶解氧的含量為10 mg/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6種不同的光照條件下，分

6、別在起始和1h后以溫克碘量法測(cè)定各組培養(yǎng)瓶中O2的含量，記錄數(shù)據(jù)如表所示： 光照強(qiáng)度(klx) 黑暗 a b C d e 白瓶溶氧量(mg/L) 3 IO 16 24 30 30 黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3 (1)黑瓶中溶解氧的含量降低為3 mg/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·h。 (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O2量為 mg/L·h。 (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。 【解析】黑白瓶法常用于水中生物光合速率的測(cè)定。白瓶是透光瓶，里面可進(jìn)行光合作用和呼吸作

7、用；黑瓶是不透光瓶，只能進(jìn)行呼吸作用。在相同條件下培養(yǎng)一定時(shí)間，黑瓶中所測(cè)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(jì)算出總的光合作用量。 (l)黑瓶中溶解氧的含量降低為3 mg/L的原因是：黑瓶不透光，植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生O2，其中的生物呼吸消耗O2，該瓶中所有生物細(xì)胞呼吸消耗的O2量為：原初溶解氧-lh后含氧量，即10 - 3-7 (mg/L·h)。 (2)當(dāng)光照強(qiáng)度為c時(shí)，表觀光合速率的大小為：1h后氧含量一原初溶解氧，即24 - 10=14 (mg/L·h)。呼吸速率為103=7 (mg/L·h)。真正光合速

8、率為14+7=21 (mg/L·h)。 (3)黑暗時(shí)，黑白瓶都是3 mg/L·h。說(shuō)明水中生物呼吸速率為103=7 (mg/L·h)。所以光照強(qiáng)度至少為a時(shí)，凈光合速率為103=7 (mg/L·h)，才能維持該水層中生物正常生活耗氧量所需。 【答案】(1)黑瓶中植物不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生O2，生物呼吸消耗O2 7 (2) 21 (3)a 四、小葉片浮起數(shù)量法定性比較光合作用強(qiáng)度的大小 【例4探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響，操作過(guò)程如表所示： 步驟 操作方法 說(shuō)明 材料 處理 打孔 取生長(zhǎng)旺盛的菠菜葉片，用直徑為l cm的打孔器打出小圓形葉片30片 注意避

9、開(kāi)大的葉脈 抽氣 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，用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動(dòng)活塞，使小圓形葉片內(nèi)的氣體逸出 這一步驟可重復(fù)多次 沉底 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。 葉片細(xì)胞間隙充滿水，小葉片全都沉入水底 分組 取3只小燒杯，標(biāo)記為A、B、C，分別倒入20 mL富含C02的清水。分別向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片 之前可用口通過(guò)玻璃管向清水內(nèi)吹氣 對(duì)照 用3盞40 W臺(tái)燈分別向A、B、C3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱3種光照 光照強(qiáng)弱（自變量）可通過(guò)調(diào)節(jié) 來(lái)決定 觀察 觀察并記錄葉片浮起的數(shù)量（因變量） 實(shí)驗(yàn)預(yù)期：

10、 燒杯中的小葉片浮起的數(shù)目最多 本實(shí)驗(yàn)除通過(guò)觀察相同時(shí)間內(nèi)葉片上浮數(shù)量的多少來(lái)反映光合作用速率的大小，還可以通過(guò)3個(gè)燒杯中上浮相同葉片數(shù)量所用時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行描述，但該實(shí)驗(yàn)方法只能比較大小，無(wú)法測(cè)出具體的量變。 【答案】臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離 A 五、紅外線CO2傳感器測(cè)量裝置中CO2濃度的變化 由于CO2對(duì)紅外線有較強(qiáng)的吸收能力，CO2的多少與紅外線的降低量之間有一定的線性關(guān)系，因此CO2含量的變化即可靈敏地反映在檢測(cè)儀上，常用紅外線CO2傳感器來(lái)測(cè)量CO2濃度的變化。 【例5】為測(cè)定光合作用速率，將一植物幼苗放人大錐形瓶中，瓶中安放一個(gè)CO2傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)不同條件下瓶中CO2濃度的變化，如圖3

11、所示。相同溫度下，在一段時(shí)間內(nèi)測(cè)得結(jié)果繪制成曲線，如圖4所示。 請(qǐng)據(jù)圖回答： (1)在60-120 min時(shí)間段內(nèi)，葉肉細(xì)胞光合作用強(qiáng)度的變化趨勢(shì)為 ，理由是_ 。 (2)在60-120 min時(shí)間段，瓶?jī)?nèi)CO2濃度下降的原因是_ _ 。此時(shí)間段該植物光合速率為 ppm/min。 【解析】(1)在60-120min時(shí)間段內(nèi)，葉肉細(xì)胞光合作用強(qiáng)度的變化趨勢(shì)為逐漸降低，理由是CO2的濃度逐漸降低。 (2)在60-120 min時(shí)間段，瓶?jī)?nèi)CO2濃度下降的原因是：植物的光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，CO2不斷減少。用瓶中安放的CO2傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)瓶中CO2濃度，60 min內(nèi)的變化是1500 - 500-1000 (ppm)該數(shù)值是60 min內(nèi)凈光合作用消耗的C