“黑白瓶法”测定光合作用与细胞呼吸速率

“黑白瓶法”测定光合作用与细胞呼吸速率

“黑白瓶法”：用黑瓶(无光照的一组)测得的为呼吸作用强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作用强度值，综合两者即可得到真光合作用强度值。

1．生物呼吸类型判定实验设计

探究某生物材料的细胞呼吸类型(假设生物材料为植物种子，呼吸底物只有葡萄糖且不考虑外界条件的影响)，某同学设计实验装置如图，请完善下面的结果预测。

(1)若甲液滴 ，乙液滴 ，则只进行有氧呼吸。

(2)若甲液滴 ，乙液滴 ，则只进行无氧呼吸。

(3)若甲液滴 ，乙液滴 ，则既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。 特别提醒

为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置甲相比，不同点是用“___________________”代替“发芽种子”，其余均相同。

实验原理：组织细胞呼吸作用吸收O 2，释放CO 2，CO 2被NaOH 溶液吸收，使容器内气体压强减小，

刻度管内的液滴_______。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为对照。

误差的校正

①如果实验材料是绿色植物，整个装置应_______处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 ②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行_______处理。 ③为防止______、_______等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子_________)，其他条件均不变。

2．光合速率与呼吸速率的测定

(1)测定装置

(2)测定方法及解读 Ⅰ.测定呼吸强度⎩⎪⎨⎪⎧ ①装置烧杯中放入适宜浓度NaOH 溶液用于吸收CO 2②玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰③置于适宜温度环境中④红色液滴向左移动(代表呼吸耗氧量)

Ⅱ.测定净光合速率⎩⎪⎨⎪⎧ ①装置烧杯中放入适宜浓度的NaHCO 3溶液，用于保证容器内CO 2浓度恒定满足光合需求②必需给予较强光照处理，且温度适宜③红色液滴向右移动的距离(代表净光合速率)

(3)实验设计中的3个关键点

①变量的控制手段，如光照强度的大小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，CO 2浓度的大小可用不同浓度的CO 2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“表观(净)光合作用强度值”。

④除去容器中二氧化碳——氢氧化钠溶液。

保持容器中CO 2体积不变（释放或吸收CO 2）——NaHCO 3溶液。

巩固练习

1、下图是测定发芽种子的细胞呼吸类型所用的装置(假设呼吸底物只有葡萄糖)，装置一、二中分别放入等量的发芽种子，装置三中为等量的煮熟种子。若装置一左移10 cm ，装置二右移12 cm ，装置三右移

2 cm ，则有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的相对比值为( )

A ．6∶5

B ．5∶6

C ．2∶5

D ．5∶2

解题过程：

2、呼吸商(RQ)指单位时间内进行呼吸作用的生物释放二氧化碳量与吸收氧气量的比值(RQ ＝释放的二氧

化碳体积/消耗的氧气体积)。

甲装置

乙装置 A1 A2 B1 B2

有色液滴不动 有色液滴左移5个单位 有色液滴左移5个单位 有色液滴左移10个单位

现利用甲(A1，A2)、乙(B1，B2)装置各两套进行实验，在氧气充足的情况下，分别测量等量蓖麻、玉

米种子萌发过程中的气体变化情况，所测数据如表所示，则属于测量蓖麻种子的装置是________和

________，请解释出现这种结果的原因：______________________________________。则蓖麻和玉米种子

的呼吸商分别是________和________。

2、将某植物种子在水中浸透，然后按如图装置进行实验，实验开始时X 液面位置与Y 液面位置调至同一

水平。下表记录了实验过程中每小时的液面变化情况。请回答下列问题：

(1)实验前浸泡种子的目的是让种子细胞增加 水，使代谢增强。

(2)装置中使用NaOH 的目的是 ，X 液面变化值表

示 。

(3)影响结果准确性的环境因素有 (至少写两个)。为确保实验结果只是由实

验装置中种子的生理活动引起的，需设置另一个相同装置，该装置除试管内金属网上需要放 、

的同种种子外，其他条件与上图装置相同。

(4)实验4小时后液面变化减缓乃至不变，原因是 。

3、下图是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图。该装置放在20℃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 。30分钟后，针筒的容量需要调至0.6mL 的读数，才能使水滴仍维持

在X 的位置。据此回答下列问题： 时间

(h) X 液面位置(cm)

0 5.0 1 7.0 2 9.0 3 11.0 4 13.0 5 14.5 6 15.5 7 15.8 8 15.8 9 15.8

(1)若以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是________mL/h。

(2)与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合作用速率数值_______(偏高/偏低/相同)，原因是___________。

(3)假若在该植物的叶片上涂上一层凡士林，光合作用的速率会大幅度下降，这一做法主要限制了光合作用的________反应阶段。

(4)如果在原实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在0.6mL读数处。在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30℃，针筒容量需要调至0.8mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。比较两个实验可以得出什么结论？________________________________________________________。

(5)丙酮可以由石油裂解产品丙烯来制备，利用丙酮提取该植物叶片中色素，经过层析，在滤纸上可出现黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色的色素带，这些色素依次是___________________________________，它们参与光合作用中的_______阶段。

3、某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用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：

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，装置乙作对照。

②将装置甲、乙的玻璃钟罩处理，放在温度等相同的环境中。

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。

(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤是：

①甲、乙两装置D中放入。

②把装置甲、乙放在。

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，记录甲装置红墨水滴移动情况：