光合作用速率的测定

• 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： •
台灯与实验装置间的距离
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
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：
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
• 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 /dm2·h）就是M值除以时间 再除以面积就可测得。
光合速率的测定方法例析
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
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/(dm2·h)。 问题：若M=MB-MA，则M表示
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
光照强度（klx） 0（黑暗） 3 白瓶溶氧量 (mg/L) 3 黑瓶溶氧量 (mg/L) a 10 b 16 c 24 d 30 e 30
3
3
3
3
3
光照强度（klx） 0（黑 暗） 3 白瓶溶氧量 (mg/L) 3 黑瓶溶氧量 (mg/L)
a
bHale Waihona Puke Baidu
c
d
e
10
3
16
3
24
3
30
3
30
3
（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因 是
分组 取3只小烧杯，标记为A、B、C，分别 倒入20mL富含CO2的清水。分别向3只 小烧杯中各放入10片小圆形叶片。 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。
先用口通过玻璃管 向清水内吹气。
光照强弱（自变量） 可通过调节 来决定。 观察 观 察 并 记 录 叶 片 浮 起 的 数 量 （ 因 变 实验预期： ____ A 烧 量）。 杯中的小叶片浮起 的数目最多。
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 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．
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 b．向右移动 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
黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧，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
为
7
mg/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
21 mg/L· 24h。
（3）光照强度至少为
a
（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。
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）。
①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。 ②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。
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+0.1×2=1.4（mL/h）。
（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 材 打 料 孔 处 抽 理 气 操 作 方 法 说 明 取生长旺盛的菠菜叶片绿叶 ，用直径为 注意避开 1cm的打孔器打出小圆形叶片30片。 大的叶脉。 将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器 这一步骤 吸入清水，待排出注射器内残留的空气后， 可重复几 用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活 次。 塞，使小圆形叶片内的气体逸出。 沉 将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗 叶片细胞 底 处盛有清水的烧杯中待用。 间隙充满 水而全都 沉到水底。
（1）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量清水，重复上述实验，20m in后，要使水滴维持在位置X处，针筒的容量 不需要 （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 1.2 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 1.4 mL/h。
变式训练3： 将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如图-3所示。在 连续60分钟监测的过程中，植物一段时间以固定的光照强度持续照 光，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CO2浓度变化结果如图-4所示。据此分析可知（ ） D
A．最初10min内，瓶内CO2浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强 B．第20～30min内，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用逐渐增强 C．第40～60min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90ppmCO2/min
（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/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，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， 净光合速率为10-3=7（mg/L· 24h），才能维持水中生物正 常生活耗氧量所需。
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
• 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一2z—x)／6 g· cm-2· h1 ， 据真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率，得出： （3y一2z—x)／6 = （y一x）/ 6 + （y一x）/ M ，计算出M = 3小时 ， A选项正确。
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一2z—x) ／6 g·cm-2·h-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 )
（1）在60～120min时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化 C02的浓度逐渐降低 趋势为 逐渐降低 。理由是 。 （2）在60～120min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 。此时间段该植物光合速 率为 25 ppm／min。
解析： （1）在60～120min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60～120min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1500–500 = 1000 （ppm）,该数值是60min内净光 合作用消耗的CO2量。 在0～60min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+500）/60=25(pp m／min)。