光合作用速率的测定

1、光合速率的测定方法例析光合速率的测定方法例析 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 片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的 方法（可先在叶柄基部用热水、或热石蜡液烫伤或用呼吸抑 制剂处理）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MA、MB，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/(dm2h)。 问题：若问题：若M=MB-MAM=MB-MA，则，则M M表示表示 1.“1.“半叶法半叶法”-”-测光合作用有机

2、物的生产量，即测光合作用有机物的生产量，即 单位时间、单位叶面积干物质产生总量单位时间、单位叶面积干物质产生总量 B叶片被截取部分在叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量小时内光合作用合成的有机物总量 解析解析： 本方法又叫半叶称重法，常用大田农作物的光合速率测 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：MB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， MA表示6小时后叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量， 所以，M=MB-MA，就是光合作用有机

3、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 /dm2h）就是M值除以时间 再除以面积就可测得。 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1cm2的叶圆 片烘干后称其重量，测得叶片的叶绿体光合作用速率=(3y一2zx) 6 gcm-2h-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下午下午4时后将整个实验装置遮光时后将整个实验装置

4、遮光3小时小时 B下午下午4时后将整个实验装置遮光时后将整个实验装置遮光6小时小时 C下午下午4时后在阳光下照射时后在阳光下照射1小时小时 D晚上晚上8时后在无光下放置时后在无光下放置3小时小时 A 解析：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

5、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一2zx)6 gcm-2h-1 ， 据真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率，得出： （3y一2zx)6 = （y一x）/ 6 + （y一x）/ M ，计算出M = 3小时 ， A选项正确选项正确。 2 . 气体体积变化法气体体积变化法-测光合作用测光合作用O2产生产生(或或CO2消耗消耗)的体积的体积 例2：某生物兴趣小组设计了图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）。 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

6、环境中；1小时后 记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。 测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入NaHCO3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 a向左移动向左移动 c将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用，植物进行将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用，植物进行 有氧呼吸消耗有氧呼吸消耗O2，而释放的，而释放的CO2气体被装置烧杯中气体被装置烧杯中NaOH溶液溶液 吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液滴向左

7、移吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液滴向左移 动动 项目项目红墨水滴移动方向红墨水滴移动方向原因分析原因分析 测定植物呼吸作用速率测定植物呼吸作用速率a c 测定植物净光合作用强度测定植物净光合作用强度b d d装置的烧杯中放入装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液可维持装置中的缓冲溶液可维持装置中的CO2浓浓 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 放放O2，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动，致装置内气

8、体量增加，红色液滴向右移动 b向右移动向右移动 变式训练变式训练2 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0.2m L，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 1）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量清水，重复上述实验，）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量清水，重复上述实验，20m20m inin后，要使水滴维持在位置后，要使水滴维持在位置X X处，针筒的容量处，针筒的容量 （需向需向 左左/ /需向右需

9、向右/ /不需要）调节。不需要）调节。 （2 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）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 合作用速率是合作用速率是 mLmL/h/h。 （3 3）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液，在）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液，在2020、 无光条件下，无光条件下，30min30min后，针筒的容量需要调至后，针筒的容量需要调至0.1mL0.1mL的读数，才能的读数，才能 使水滴仍维持在使水滴仍维持在X X处。则在有光条件下该植物的实际光合速率处。则在有光条件下该植物的实际光合速率 是是 mLmL/h/h。 不需

10、要不需要 1.2 1.4 解析：（1）由光合作用的总反应式6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6 H2O，可知反应前后气体体积不变，所以不需要调节针筒容量 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CO2由缓冲液补充，缓冲 液能维持CO2浓度，同时释放出O2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O2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（0.6-0.2）3 =1.2(mL/h)。 （3）瓶中液体改放为NaOH溶液，则装置内CO2完全被吸收，植物 体不能进行光合

11、作用，只能进行呼吸作用，瓶中气体的变化即 呼吸消耗的O2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，既1.2+0.12=1.4（mL/h）。 答案：（答案：（1）不需要）不需要 （2）1.2(mL/h) （3）1.4（mL/h） 光照强度（光照强度（klx） 0 0（黑暗）（黑暗）a ab bc cd de e 白瓶溶氧量白瓶溶氧量 (mg/L) 3 310101616242430303030 黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量 (mg/L) 3 33 33 33 33 33 3 3. 黑白瓶法-测溶氧量的变化 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

12、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）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因的原因 是是 ；该瓶中所有；该瓶中所有 生物细胞呼吸消耗的生物细胞呼吸消耗的O2量为量为 mg/L24h。 （2）当光照强度为）当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为 mg/L24h。 （3）光照强度至少为）光照强度至少为 （填字母）时，该水层产氧量才能

13、维持（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。生物正常生活耗氧量所需。 光照强度（光照强度（klx） 0 0（黑（黑 暗）暗） a ab bc cd de e 白瓶溶氧量白瓶溶氧量 (mg/L) 3 310101616242430303030 黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量 (mg/L) 3 33 33 33 33 33 3 黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧，生物呼吸消耗氧气黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧，生物呼吸消耗氧气 7 21 a 解析解析：黑白瓶法常用于水中生物光合速率的测定。 白瓶就是透光瓶，里面可进行光合作用和呼吸作 用。黑瓶就是不透光瓶，只能进行呼吸作用。在 相同条件下

14、培养一定时间，黑瓶中所测得的数据 可以得知正常的呼吸耗氧量，白瓶中含氧量的变 化可以确定表观光合作用量，然后就可以计算出 总光合作用量。 （1）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因是：黑瓶没 有光照，植物不能进行光合作用产生氧，其中的生物呼 吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为： 原初溶解氧-24小时后氧含量，即10-3=7 （mg/L24h）。 （2）当光照强度为c时，表观光合速率的大小为：24小时后 氧含量-原初溶解氧，即24-10=14（mg/L24h）。呼吸速 率为10-3=7（mg/L24h）。真正光合速率为14+7=21（mg /L24h）. （3）黑暗时，黑白瓶都

15、是3 mg/L24h，说明水体生物呼吸 速率为10-3=7（mg/L24h），所以光照强度至少为a时， 净光合速率为10-3=7（mg/L24h），才能维持水中生物正 常生活耗氧量所需。 （1）黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧，生物呼吸消耗氧）黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧，生物呼吸消耗氧 气气 7 （2）21 （3）a 4： 小叶片浮起数量法小叶片浮起数量法-定性比较光合作用强度的定性比较光合作用强度的 大小大小 例4： 探究光照强弱对光合作用强度的影响，操作过程如 下： 表3 步骤步骤操作方法操作方法说明说明 材材 料料 处处 理理 打打 孔孔 取生长旺盛的菠菜叶片绿叶，用直径为取生长旺

16、盛的菠菜叶片绿叶，用直径为 1cm的打孔器打出小圆形叶片的打孔器打出小圆形叶片30片。片。 注意避开注意避开 大的叶脉。大的叶脉。 抽抽 气气 将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器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，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。塞，使小圆形叶片内的气体逸出。 这一步骤这一步骤 可重复几可重复几 次。次。 沉沉 底底 将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗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。处盛有清水的

17、烧杯中待用。 叶片细胞叶片细胞 间隙充满间隙充满 水而全都水而全都 沉到水底。沉到水底。 分组分组 取取3只小烧杯，标记为只小烧杯，标记为A、B、C，分别，分别 倒入倒入20mL富含富含CO2的清水。分别向的清水。分别向3只只 小烧杯中各放入小烧杯中各放入10片小圆形叶片。片小圆形叶片。 先用口通过玻璃管先用口通过玻璃管 向清水内吹气。向清水内吹气。 对照对照 用用3盏盏40 W台灯分别向台灯分别向A、B、C 3个实个实 验装置进行强、中、弱三种光照。验装置进行强、中、弱三种光照。 光照强弱（自变量）光照强弱（自变量） 可通过调节可通过调节 来决定。来决定。 观察观察 观察并记录叶片浮起的数量

18、（因变观察并记录叶片浮起的数量（因变 量）。量）。 实验预期：实验预期：_烧烧 杯中的小叶片浮起杯中的小叶片浮起 的数目最多。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。但该实验方法只能比较同叶片数量所用时间的长短来描述。但该实验方法只能比较 大小，无法测出具体的量变大小，无法测出具体的量变 台灯与实验装置间的距离台灯与实验装置间的距离 A 5. 红外线红外线CO2传感器传感器-测装置中测装置中

19、CO2浓度的变化浓度的变化 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CO2传感器来监测不同条件下瓶中CO2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）在）在60120min时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化 趋势为趋势为 。理由是。理由是 。 （2）在）在60120min时间段，瓶内时间段，瓶内CO2浓度下降的原因是浓度下降的原因是 。此时间段该植物光合速率为。此时间段该植物光合速率为 ppmmin。 逐渐降低逐渐降低 C02的浓度逐渐降低的浓度逐渐降低 植物的光合作用强度大于呼吸作用强度植物的光合作用强度大于呼吸作用强度 25 解析： （1）在60120min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C02的浓度逐渐降低。 （2）在60120min时间段，瓶内CO2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，CO2不断减少。 用瓶中安放的CO2传感器来