光合速率測定方法

1、光合速率測定方法第1頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一概念 光合速率指單位時(shí)間、單位葉面積的CO2吸收量或者是O2的釋放量；也可以用單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)的積累量來表示。真正光合速率（總光合速率）=表觀光合速率（凈光合速率）+呼吸速率第2頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一一、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，即單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)積累數(shù) 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，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量

2、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)算出該葉片的光合作用強(qiáng)度，其單位是mg/(dm2h)。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_。可先在中央大葉脈基部用熱水、或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理M=MB-MA P62第3頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一 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

3、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 /dm2h）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4頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一變式訓(xùn)練1某同學(xué)欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率，做了如圖所示實(shí)驗(yàn)。在葉柄基部作環(huán)剝處理(

4、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，測得葉片的葉綠體真正光合作用速率=(3y一2zx)6 gcm-2h-1(不考慮取葉圓片后對(duì)葉生理活動(dòng)的影響和溫度微小變化對(duì)葉生理活動(dòng)的影響)。則M處的實(shí)驗(yàn)條件是( ) A下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3小時(shí) B下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光6小時(shí) C下午4時(shí)后在陽光下照射1小時(shí) D晚上8時(shí)后在無光下放置3小時(shí) A第5頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一解析：起始干重為上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克，從上午10時(shí)到下午4時(shí)，葉片在這6小時(shí)內(nèi)既進(jìn)行光合作用，又進(jìn)行呼吸作用，所以

5、下午4時(shí)移走的葉圓片干重y克減去上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克的差值，就等于該葉圓片凈光合作用干物質(zhì)量：（y一x）克。 若要求出呼吸作用干物質(zhì)量，應(yīng)將葉片遮光處理，先假設(shè)葉片遮光處理為M小時(shí)后干重為z克，下午4時(shí)移走的葉圓片干重y克減去葉片遮光處理M小時(shí)后的干重z克差值，就是呼吸作用干物質(zhì)量：（y一x）克。 已知：測得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2zx)6gcm-2h-1 ，據(jù)真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率，得出：（3y一2zx)6=（y一x）/6+（y一x）/M，計(jì)算出M=3小時(shí)，A選項(xiàng)正確。解析：起始干重為上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克，從上午10時(shí)到下午4時(shí)，葉片在這6小

6、時(shí)內(nèi)既進(jìn)行光合作用，又進(jìn)行呼吸作用，所以下午4時(shí)移走的葉圓片干重y克減去上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克的差值，就等于該葉圓片凈光合作用干物質(zhì)量：（y一x）克。 若要求出呼吸作用干物質(zhì)量，應(yīng)將葉片遮光處理，先假設(shè)葉片遮光處理為M小時(shí)后干重為z克，下午4時(shí)移走的葉圓片干重y克減去葉片遮光處理M小時(shí)后的干重z克差值，就是呼吸作用干物質(zhì)量：（y一x）克。 已知：測得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2zx)6gcm-2h-1 ，據(jù)真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率，得出：（3y一2zx)6=（y一x）/6+（y一x）/M，計(jì)算出M=3小時(shí)，A選項(xiàng)正確。 解析： 起始干重為上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干

7、重x克,從上午10時(shí)到下午4時(shí)，葉片在這6小時(shí)內(nèi)既進(jìn)行光合作用，又進(jìn)行呼吸作用,所以下午4時(shí)移走的葉圓片干重y 克減去上午10時(shí)移走時(shí)的葉圓片干重x克的差值，就等于該葉圓片凈光合作用干物質(zhì)量:（y一x）克.若要求出呼吸作用干物質(zhì)量,應(yīng)將葉片遮光處理,先假設(shè)葉片遮光處理為M小時(shí)后干重為z克,下午4時(shí)移走的葉圓片干重y克減去葉片遮光處理M小時(shí)后的干重z克差值，就是呼吸作用干物質(zhì)量：（y一x）克。已知：測得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y一2zx)6 gcm-2h-1 ，據(jù)真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率，得出：（3y一2zx)6 =（y一x）/ 6 + （y一x）/ M ， 計(jì)算出M = 3小

8、時(shí) ，A選項(xiàng)正確。第6頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一二、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(duì)氣體膨脹的影響）。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。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(qǐng)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7頁，共21頁，2

9、022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一項(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ac測定植物凈光合作用強(qiáng)度bd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8頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一解析： 測定植物的呼吸作用強(qiáng)度時(shí)，

10、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。 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

11、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9頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一變式訓(xùn)練2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

12、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10頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一三、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(duì)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

13、（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/L24h。（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/L24h。（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11頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一 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

14、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+0.12=1.4（mL/h）。 光能葉綠體第12頁，

15、共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一變式訓(xùn)練3：以下實(shí)驗(yàn)是對(duì)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)

16、瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。簡述需補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（請(qǐng)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13頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一【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

17、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5.3mg，24h后變成6.5mg，溶氧量增加的原因是由一晝夜中該水層水生植物光合作用產(chǎn)氧量超過所有水生生物的呼吸作用耗氧量引起的；（2）根據(jù)溶氧增加量可直接計(jì)算葡萄糖積累量為1.125 mg；（3）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。（4）根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，只能測知1號(hào)瓶溶氧增加量。要想知道1

18、號(hào)瓶24h產(chǎn)生氧氣的總量，根據(jù)氧氣產(chǎn)生總量溶氧增加量生物消耗量，必須再測知1號(hào)瓶中所有生物的耗氧量，所以需要另設(shè)一個(gè)同樣的黑色不透光的3號(hào)瓶，使該瓶生物只進(jìn)行呼吸作用，處理方法同1號(hào)瓶。24h后測3號(hào)瓶溶氧量，設(shè)為a，則瓶中24h耗氧量為（5.3a）mg，所以1號(hào)瓶產(chǎn)生氧氣的總量為（6.55.3）mg（5.3a）mg，根據(jù)6O2C6H12O6列出方程： 180/y632/（6.55.3）（5.3a） y180(6.5a)/63215(6.5a)/16第14頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一四、定性比較光合作用強(qiáng)度的大小-小葉片浮起數(shù)量法例4探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響

19、，操作過程如下：步驟操作方法說明材料處理打孔取生長旺盛的菠菜葉片綠葉，用直徑為1cm的打孔器打出小圓形葉片30片。注意避開大的葉脈。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)幾次。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)胞間隙充滿水而全都沉到水底。分組取3只小燒杯，標(biāo)記為A、B、C，分別倒入20mL富含CO2的清水。分別向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片。事先可用口通過玻璃管向清水內(nèi)吹氣。對(duì)照用3盞40 W臺(tái)燈分別向A、B、C 3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、

20、中、弱三種光照。光照強(qiáng)弱（自變量）可通過調(diào)節(jié)來決定。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：_燒杯中的小葉片浮起的數(shù)目最多。第15頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一 本實(shí)驗(yàn)除通過觀察相同時(shí)間內(nèi)，葉片上浮數(shù)量的多少來反映光合作用速率的大??；還可以通過三個(gè)燒杯中上浮相同葉片數(shù)量所用時(shí)間的長短來描述。但該實(shí)驗(yàn)方法只能定性比較，無法測出具體的量變。即該實(shí)驗(yàn)方法只能比較大小，無法測出具體的量變。 小葉片浮起數(shù)量法的原理和不足答案： 臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離 A第16頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一五、測裝置中CO2濃度的變化-紅外線CO2傳感器原理：

21、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線性關(guān)系,因此CO2含量的變化即可靈敏地反映在檢測儀上，常用紅外線CO2傳感器來測量CO2濃度的變化。 第17頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一例5 為測定光合作用速率，將一植物幼苗放入大錐形瓶中，瓶中安放一個(gè)CO2傳感器來監(jiān)測不同條件下瓶中CO2濃度的變化，如下圖5所示。相同溫度下，在一段時(shí)間內(nèi)測得結(jié)果如圖6所示。請(qǐng)據(jù)圖回答：（1）在60120min時(shí)間段內(nèi)，葉肉細(xì)胞光合作用強(qiáng)度的變化趨勢為 。理由是 。（2）在60120min時(shí)間段，瓶內(nèi)CO2濃度下降的原因是 。此時(shí)間段該植物光合速率為ppmmin。逐漸降低 CO2濃度降低的趨勢逐漸降低 植物的光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度 25 第18頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)43分，星期一解析： （ 1 ）在60120min時(shí)間段內(nèi)，葉肉細(xì)胞光合作用強(qiáng)度的變化趨勢為逐漸降低，理由是C02的濃度逐漸降低。（2）在60120min時(shí)間段，瓶內(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傳感器來監(jiān)測瓶中CO2 濃度60min內(nèi)的變化是1500500 = 1000 （ppm）,該 數(shù)值是60min內(nèi)凈光合作用消耗