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1、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)。 问题问题 ：若M=MB-MA，则则M表示 1.“半叶法”-测光合作用有机物的生产量，即 单位时间、单位叶面积干物质产生总量 B叶片被截取
2、部分在6小时内光合作用合成的有机物总量 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
3、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 D晚上8时后在无光下放置3小时 A 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
4、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
5、确。 2 . 气体体积变化法-测光合作用O2产生(或CO2消耗)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 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
6、呼吸消耗O2，而释放的CO2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 项项目红红墨水滴移动动方向原因分析 测测定植物呼吸作用速率a c 测测定植物净净光合作用强度b d d装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液可维持装置中的CO2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度，表现为表观光合作用释 放O2，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动 b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20环境中。实验开始时，针筒的读
7、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 mL/h。 （3）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液，在20 、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 mL/h。 不需要 1.2 1.4 解
8、析：（1）由光合作用的总反应式6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O，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 体不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，瓶中气
9、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：（1）不需要 （2）1.2(mL/h) （3）1.4（mL/h） 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 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 它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和2
10、4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3mg/L的原因 是 ；该瓶中所有 生物细胞呼吸消耗的O2量为 mg/L24h。 （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 mg/L24h。 （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。 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 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：黑白瓶法常用于水中生物光合速率的测定。 白瓶就
11、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（
12、mg/L24h）。真正光合速率为14+7=21（ mg/L24h）. （3）黑暗时，黑白瓶都是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，生物呼吸消耗氧气 7 （2）21 （3）a 4： 小叶片浮起数量法-定性比较光合作用强度的 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 步骤骤操 作 方 法说说 明 材 料 处处 理 打 孔 取生长长旺盛的菠菜叶片绿绿叶，用直径为为 1cm的打孔器打出
13、小圆圆形叶片30片。 注意避开 大的叶脉 。 抽 气 将小圆圆形叶片置于注射器内，并让让注射器 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缓缓 拉动动 活塞，使小圆圆形叶片内的气体逸出。 这这一步 骤骤可重 复几次。 沉 底 将内部气体逸出的小圆圆形叶片，放入黑暗 处处盛有清水的烧烧杯中待用。 叶片细胞 间隙充满 水而全都 沉到水底 。 分 组组 取3只小烧烧杯，标记为标记为 A、B、C，分 别别倒入20mL富含CO2的清水。分别别向 3只小烧烧杯中各放入10片小圆圆形叶片 。 先用口通过过玻璃管 向清水内吹气。 对对 照 用3盏盏40 W台灯分别别向A、B、C 3
14、个实实 验验装置进进行强、中、弱三种光照。 光照强弱（自变变量 ）可通过调节过调节 来决定 。 观观 察 观观察并记录记录 叶片浮起的数量（因变变量 ）。 实验预实验预 期：_烧烧 杯中的小叶片浮起 的数目最多。 注意注意: :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 台灯与实验装置间的距离 A 5. 红外线CO2传感器-测装置中CO2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
15、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 。理由是 。 （2）在60120min时间段，瓶内CO2浓度下降的原因是 。此时间段该植物光合速率为 ppmmin。 逐渐降低 C02的浓度逐渐降低 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传感器来监测瓶中CO2浓度60min内 的变化是1500500 = 1000 （ppm）,该数值是60min内净 光合作用消耗的CO2量。 在060min时间段，瓶内CO2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CO2 量是 1500-1000=500（ppm）。 所以，此时间段该植物光合速率为（1000+50
