光合作用速率的测定方法

巫山中学生物课题组编辑鄢洪强整理1光合作用速率的测定方法一、“半叶法”-测光合作用有机物的生产量。即单位时间、单位叶面积干物质的量【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（见图1），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6h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____。【解析】如图l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。设初始质量为a，呼吸作用消耗质量为b，净光合质量为b，则：MA=a—b，MB=a+c，所以：M=MB-MA=c+b，即M表示总光合作用质量。这样，真正光合速率（单位：mg/dm2．h）就是M值除以时间再除以叶面积。【答案]B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量二、气体体积变化法—一测光合作用O2产生（或CO2消耗）的体积【例2】某生物兴趣小组设计了如图2所示的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：在该装置的小烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液适量；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；th后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。巫山中学生物课题组编辑鄢洪强整理2(2)测定植物的净光合作用强度：在该装置的小烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液适量；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；1h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的方向并分析原因，并将结果填入表中：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．【解析】(1)测定植物的呼吸作用强度时，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气体被装置中烧杯里的NaOH溶液吸收，导致装置内气体体积减小，压强减小。红色液滴向左移动，向左移动的距离X就代表植物进行有氧呼吸消耗的O2量，即有氧呼吸产生的CO2量。(2)测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入的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。又处在植物的生长期，其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，致使装置内气体量增加，红色液滴向右移动，向右移动的距离Y就代表表观光合作用释放的O2量，也就是表观光合作用吸收的CO2量。故，依据实验原理：真正光合速率=呼吸速率+表观光合速率，就可以计算出光合速率。【答案】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气体被装置中烧杯里的NaOH溶液吸收，导致装置内气体压强减小，红色液滴向左移动b．向右移动d．装置的烧杯中放入的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，红色液滴向右移动三、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6对黑白瓶中，从剩余的水样中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6种不同的光照条件下，分别在起始和1h后以温克碘量法测定各组培养瓶中O2的含量，记录数据如表所示：光照强度(klx)黑暗abCde白瓶溶氧量(mg/L)3IO16243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333(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/L·h。(2)当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的O2量为mg/L·h。(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巫山中学生物课题组编辑鄢洪强整理3氧量所需。【解析】黑白瓶法常用于水中生物光合速率的测定。白瓶是透光瓶，里面可进行光合作用和呼吸作用；黑瓶是不透光瓶，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的光合作用量。(l)黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因是：黑瓶不透光，植物不能进行光合作用产生O2，其中的生物呼吸消耗O2，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为：原初溶解氧-lh后含氧量，即10-3-7(mg/L·h)。(2)当光照强度为c时，表观光合速率的大小为：1h后氧含量一原初溶解氧，即24-10=14(mg/L·h)。呼吸速率为10—3=7(mg/L·h)。真正光合速率为14+7=21(mg/L·h)。(3)黑暗时，黑白瓶都是3mg/L·h。说明水中生物呼吸速率为10—3=7(mg/L·h)。所以光照强度至少为a时，净光合速率为10—3=7(mg/L·h)，才能维持该水层中生物正常生活耗氧量所需。【答案】(1)黑瓶中植物不能进行光合作用产生O2，生物呼吸消耗O27(2)21(3)a四、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，操作过程如表所示：步骤操作方法说明打孔取生长旺盛的菠菜叶片，用直径为lcm的打孔器打出小圆形叶片30片注意避开大的叶脉材料处理抽气将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，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拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出这一步骤可重复多次沉底将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。叶片细胞间隙充满水，小叶片全都沉入水底分组取3只小烧杯，标记为A、B、C，分别倒入20mL富含C02的清水。分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片之前可用口通过玻璃管向清水内吹气对照用3盏40W台灯分别向A、B、C3个实验装置进行强、中、弱3种光照光照强弱（自变量）可通过调节①来决定观察观察并记录叶片浮起的数量（因变量）实验预期：②烧杯中的小叶片浮起的数目最多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3个烧杯中上浮相同叶片数量所用时间的长短进行描述，但该实验方法只能比较大小，无法测出具体的量变。巫山中学生物课题组编辑鄢洪强整理4【答案】①台灯与实验装置间的距离②A五、红外线CO2传感器——测量装置中CO2浓度的变化由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。【例5】为测定光合作用速率，将一植物幼苗放人大锥形瓶中，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，如图3所示。相同温度下，在一段时间内测得结果绘制成曲线，如图4所示。请据图回答：(1)在60-120min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60-120min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CO2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l500-1000=500(ppm)。所以，此时间段该植物光合速率为(1000+500)/60=25(ppm/min)。【答案】(1)逐渐降低CO2的浓度逐渐降低(2)植物光合作用强度大于呼吸作用强度25