光合速率的测定方法及应用

1、光合速率的测定方法及应用阮庆华光合作用是高考的重要考查内容之一，在全国各地历年高考中出现的频率较高 考查的角度涉及光合作用场所过程物质变化能量转化及其在生产生活实践中的生态系统的功能相联系进行考查。本节选取光真正光介速率应用常以实验为载体，多与呼吸作用 合速率的测定来突破其难点之一 实验测得的光合速率是表观光合速率或净光合速率，是指单位 时间、单位叶面积的 CQ的吸收量 或者是Q的释放量；也可以用单 位时间、单位叶面积干物质积累数 表示。通常以每小时每平方分米叶 面积吸收二氧化碳毫克数表示(mg/ dm2 h),若能测出其呼吸 速率，把它加到表观光合速率上去 ， 则可得到真正光合速率。真正光合

2、速率=表观光合速率+呼吸速率。光合速率常见的测定方法有哪些呢？光合速率又是如何计算的呢？请看以下几 种光合速率的测定方法。1、“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A,B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、M，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作 用强

3、度，其单位是 mg/(dm2 h)。问题：若 M=MMa，贝U M表解析 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小时后初始质量-呼吸作用有机物的消耗量，所以，M=MMa,就是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 /dm2 h）就是M值除以时间再除以面积就可测得。答案B叶片被截取部分在6小时内光合作用合

4、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温度微小变化对叶生理活动的影响 环录!1话的叶柄上午10时移走时的 叶鳳片干重戈克）下午4时移走的叶干重y克）叶匾1片t干重工豈）2z x） /6 g cm2 h-1 （不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和 ）。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 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 Z）克。已知：测得叶片的叶绿体光合作用速率=（3y 一 2zx） / 6 g cm2 h-1 , 据真正光合速率=表观

6、光合速率+呼吸速 率，得出：（3y 一 2zx） / 6 =（ y 一 x） / 6 +（y 一 Z） / M，计算出M = 3小时， A选项正确。2、气体体积变化法-测光合作 用O2产生（或CO2肖耗）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NaHCO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

7、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.解析： 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 Q,而释放的CO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 Q量，也就是有氧呼吸产生的 CO量。测定植物的净光合作用强度： 装置的烧杯中放入 NaHCO缓冲溶液可维持装置中 的CQ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

8、作用强度，表现为表观光合作用释放 Q,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 Q量，也就是表观光合作用吸收的 CO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。光答案a .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 进行有氧呼吸消耗 Q,而释放的CO气体被装 置烧杯中NaOH溶液吸收，导致装置内气体量 减小，压强减小，红色液滴向左移动b .向右移动 d .装置的烧杯中放入NaHCO缓冲溶液可维持装置中的 CQ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

9、 度，表现为表观光合作用释放 Q,致装置内气 体量增加，红色液滴向右移动变式训练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20C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 L/h。(3 )若将

10、图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液，在20 C、无光条件下，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 L/h。_ 光解析 (1 )由光合作用的总反应式6CO2+12H2O 叶绿体C6H12Q+6Q+6HO,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CO由缓冲液补充，缓冲液能维持CO浓度，同时释放出 Q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

11、植物的表观光合作用速率是(0.6-0.2 ) X 3=1.2(mL/h)。(3) 瓶中液体改放为 NaOH溶液，则装置内 CO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Q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+0.1 X 2=1.4(mL/h )。答案(1)不需要(2) 1.2(mL/h)(3) 1.4 ( mL/h)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

12、不同的光照条件下，分别在24小时后测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下：光照强度(klx )0 (黑暗)ABCDE白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333(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Q量为 g/L 24h。(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 g/L 24ho(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。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

13、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Q量为：原初溶解氧-24小时后氧含量，即 10-3=7( mg/L 24h )。(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/L 24h)。呼吸速率为10-3=7 (mg/L -24h)。真正光合速率为 14+7=21 (mg/L 24h).(3) 黑暗时

14、，黑白瓶都是 3 mg/L 24h，说明水体生物呼吸速率为10-3=7(mg/L 24h)，所以光照强度至少为a时，真正光合速率为 10-3=7 ( mg/L 24h),才能维持水中生物正常生活耗氧量所需。答案(1 )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(2) 21( 3) A4、红外线CO2传感器-测装置中CO2浓度的变化由于CO对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一线性关系，因此CO含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。例4 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CQ传感器来监测不同条

15、件下瓶中CO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60120min时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化趋势 为。理由(2)在60120min时间段，瓶内 CO浓度下降的原因是。此时间段该植物光合速率为 pm/min。C02传感器图5图6时冋(ftin )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CC2的浓度逐渐降低。(2)在60120min时间段，瓶内CO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不断减少。用瓶中安放的 CO传感器来监测瓶中 CO浓度60min 内的变化是1

16、500 - 500 = 1000( ppm),该数值是60min内净光合作用消耗的 CQ量。在060min时间段，瓶内CQ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)。答案(1 )逐渐降低C02的浓度逐渐降低(2)植物的光合作用强度大于呼吸作用强度25变式训练3将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如左图所示。在连续60分钟监测的过程中，植物以固定的光照强度持续照光一段时间，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

17、浓度变化结果如右图所示。据此分析可知(D )耳讹I机连揺fA 最初10min内，瓶内CO浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强 B 第2030min内，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用逐渐增强 C .第4060min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90ppmCOmin5、小叶片浮起数量法-定性比较光合作用强度的大小例5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

18、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 A B C,分别倒入20mL富含CQ 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。观察观察并记录相同时间内叶片浮起的数量或上浮相同叶片 数量所用时间（因变量）。实验预期：烧杯中的小叶

19、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。但该实验方法只能比较大小，无法测出具体的量变。答案台灯与实验装置间的距离A课堂练习:某中学生物兴趣小组开展了请你利用下列装置完成光合呼吸速率用Q含量的变化1.从外地引进的某种农作物有很强的光合作用强度。 对该农作物光合强度测试的研究课题，设计了如下装置。作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。（光合速率、量表示）A为开关7B为玻璃钟罩C为引进的农作物D为烧杯（内装有NaHCO或NaOH溶液）A_fcLi E B实验步骤：(1) 先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤是： 甲、乙两装置的 D中都放入溶液，装置乙