(三)测定光合速率的常用方法及实验设计

测定光合速率的常用方法及实验设计

一．测定光合速率的常用方法

1.利用液滴移动装置测定植物光合速率与呼吸速率

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。

指标相对量的变化。下列说法不正确的是( )

A．图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动

B．若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH 的速率将不变

C．一定光照条件下，如果再适当升高温度，真光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化

D．若图乙表示甲图植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度

2.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。

例2.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1 cm2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)/6 B．(3y－2z－x)/3

C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3

3.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。

例3.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，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分

析正确的是()

A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小

B．在bc段，单独增加适宜的光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间

C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降

D．因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用

4.黑白瓶法

“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。

例4.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：w-v

光合作用释放的O2：k-w

光合作用产生O2：k-v

A．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/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k mol/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

5.“梯度法”探究影响光合作用的因素

用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。例5.在测定金鱼藻光合作用中，密闭容器内有一定浓度的碳酸氢钠溶液，保持温度恒定且适宜，通过改变光源与容器的距离用以改变光照强度(光合强度用金鱼藻放出的气泡数来表示)。表格为不同距离下的9个相同装置5分钟内产生的气泡数。请回答下列问题：

(1)cm 处产生气泡的数量，可在实验前采取________________的措施。光源距离为45 cm和50 cm时气泡数为0是因为_________________________________。

(2)光照较长时间后，发现距离较近的组別产生气泡的速率明显减慢，产生这一现象的原因是_____________________，直接影响了光合作用的________，导致____________积累，抑制光反应，使得

________的产生量减少。

(3)如图是金鱼藻在15 cm距离下，气泡产生速率与碳酸氢钠溶液浓度的关系，浓度超过25 mg·L－1时气泡数反而下降，分析其原因可能是浓度过高，导致金鱼藻细胞______________，影响了金鱼藻的生理活动。

6.半叶法

将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为M A、M B，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。

例6.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M A、M B，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)M A表示6小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；M B表示6小时后(________)＋(__________)－呼吸作用有机物的消耗量。

(2)若M＝M B－M A，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。

二．光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧

1.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。

【答案】

例1.B 例2.A 例3.C 例4.D

例5 (1)适当增加碳酸氢钠溶液浓度光合作用产生的氧气量小于或等于呼吸作用消耗的氧气量(2)容器中二氧化碳(或碳酸氢钠)逐渐减少暗反应[H]和ATP 氧气(3)渗透失水(或“质壁分离”)

例6 (1)叶片初始质量光合作用有机物的总产量(2)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(3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间) (4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。