第3讲第2课时 测定光合速率的方法

导学案第3讲细胞呼吸与光合作用的关系测定光合速率的方法素能目标：科学思维：能根据细胞呼吸速率测定装置类比迁移光合作用速率测定装置；能学会分析各种光合速率测定方法的原理，并能够总结各种测定方法的适用范围及规律。实验探究：通过光合速率气体体积变化法测定装置，明确实验设计中变量控制的手段，对照原则的应用以及误差校正的常用方法；通过光合速率测定方法的实验设计，建构总光合速率，净光合速率和呼吸速率三者关系的数学模型。方法1：气体体积变化法例题：图为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。该装置放在20℃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。30分钟后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数处，才能使水滴仍维持在X的位置。据此实验回答下列问题：（1）该装置可以测植物的，它的数值是mL/h。（2）若用这一方法测量植物的光合作用速率，还应该怎么做？对应练习：某转基因作物有很强的光合作用强度。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合强度测试的研究课题，设计了如下装置。请你利用下列装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题：开关B．玻璃钟罩C．转基因作物D．烧杯(内装有NaHCO3或NaOH溶液)E．红墨水滴F．直尺Ⅰ．实验步骤：（1）先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤是：①甲、乙两装置的D中都放入溶液，装置乙作对照组。②将甲、乙两装置的玻璃钟罩______________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。③30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。测定植物的净光合作用强度，方法步骤是：，乙装置作对照组。②__________________________________________________。③30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。(3)实验操作30分钟后，记录甲、乙两装置红墨水滴移动情况：Ⅱ．实验分析：假设红墨水滴每移动1cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1g。那么该植物的呼吸作用速率是________g/小时。光照1h，植物光合作用产生的葡萄糖是______g。【规律总结】①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。*实验设计中必须注意的三点：①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。2.解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。方法2：半叶法（半叶称重法）例题：某研究小组采用“半叶法”对番茄叶的光合速率进行测定。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速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：(1)MA表示6小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6小时后(_______)＋(_________)－呼吸作用有机物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，则M表示。(3)总光合速率的计算方法是。(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。对应练习：现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位mg/(dm2·h)。下列说法正确的是（）A.该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能测出实际光合作用的强度B.(m2－m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量C.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小D.m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小【规律总结】将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。方法3：黑白瓶法例题：某调查小组试图用“黑白瓶法”测定某池塘各深度群落日代谢的平均O2浓度变化，实验结果如下表所示：水深（m）1234水底白瓶中的O2(mg/L.24h)+3+20-1-3黑瓶中的O2(mg/L.24h)-1-1-1-1-3根据表格分析，该池塘生物一昼夜生产O2mg/L，消耗O2mg/L。对应练习：某同学研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内氧容量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是()呼吸消耗的O2呼吸消耗的O2：w-v光合作用释放的O2：k-w光合作用产生O2：k-vA．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是vmol/瓶B．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是kmol/瓶C．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(k－v)mol/瓶D．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k－v)mol/瓶【规律总结】“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。课后拓展：光合速率的其它测定方法1.叶圆片称重法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。练习：某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(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，M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位：g·cm－2·h－1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)()A．(3y－2z－x)/6B．(3y－2z－x)/3C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/32.叶圆片上浮法用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，给予一定的光照，测量叶圆片上浮至液面所用的平均时间，可以用来作为指标判断净光合速率的大小。练习：如下图为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间，以研究光合作用