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1、光合速率的测定方法光合速率的测定方法第1页，本讲稿共19页例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：若M=MB-MA，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
2、取部分在叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量小时内光合作用合成的有机物总量第2页，本讲稿共19页解解析析：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
3、h）就是M值除以时间再除以面积就可测得。第3页，本讲稿共19页变式训练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一2zx)6gcm-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下午下午4时后将整个实验装置遮光时后将整个实验装置遮光3小时小时B下午下午4时后将整个实验装置遮光时后将整个实验装置遮光6小时小时C下午下午4时后在阳光下照射时后在阳光下照射1小时
4、小时D晚上晚上8时后在无光下放置时后在无光下放置3小时小时A第4页，本讲稿共19页解解析析：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一2zx)6 gcm-2h-1，据
5、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 A选项正确选项正确。第5页，本讲稿共19页2 2.气体体积变化法气体体积变化法-测光合作用测光合作用O O2 2产生产生(或或COCO2 2消耗消耗)的体积的体积例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
6、、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。第6页，本讲稿共19页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 a向左移动向左移动 c c将将玻玻璃璃钟钟罩罩遮遮光光处处理理，绿绿色色植植物物只只进进行行呼呼吸吸作作用用，植植物物进进行行有有氧氧呼呼吸吸消消耗耗O O2 2，而而释释放放的的COCO2 2气气体体被被装装置置烧烧杯杯中中NaOHNaOH溶溶液液吸收，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目红红墨水滴移墨水滴移动动方向方向原因
7、分析原因分析测测定植物呼吸作用速率定植物呼吸作用速率ac测测定植物定植物净净光合作用光合作用强强度度bdd装置的烧杯中放入装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液可维持装置中的缓冲溶液可维持装置中的CO2浓度；将浓度；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，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动红色液滴向右移动b向右移动向右移动第7页，本讲稿共19页变变式式训训练练2.图4是探究绿色植物光合作用速率的实验示
8、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0.2mL，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：第8页，本讲稿共19页（1）若若将将图图中中的的碳碳酸酸氢氢钠钠溶溶液液换换成成等等量量清清水水，重重复复上上述述实实验验，20min后后，要要使使水水滴滴维维持持在在位位置置X处，针筒的容量处，针筒的容量（需向左需向左/需向右需向右/不需要）调节。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）若以释放出的氧气量来代表净光合作用
9、速率，该植物的净光合作用速率是mL/h。（3）若若将将图图中中的的碳碳酸酸氢氢钠钠溶溶液液换换成成等等量量浓浓氢氢氧氧化化钠钠溶溶液液，在在20、无无光光条条件件下下，30min后后，针针筒筒的的容容量量需需要要调调至至0.1mL的的读读数数，才才能能使使水水滴滴仍仍维维持持在在X处处。则则在在有有光光条条件件下下该该植植物的实际光合速率是物的实际光合速率是mL/h。不需要不需要1.21.4第9页，本讲稿共19页解析：（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
10、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+0.12=1.4（mL/h）。答案：（答案：（1）不需要）不需要
11、（2）1.2(mL/h)（3）1.4（mL/h）第10页，本讲稿共19页光照强度光照强度（klx）0 0（黑暗）（黑暗）a ab bc cd de e白瓶溶氧量白瓶溶氧量(mg/L)3 310101616242430303030黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量(mg/L)3 33 33 33 33 33 33.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第
12、11页，本讲稿共19页（1 1）黑瓶中溶解氧的含量降低为）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L3mg/L的原因的原因是是 ；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O O2 2量为量为 mg/L24hmg/L24h。（2 2）当当光光照照强强度度为为c c时时，白白瓶瓶中中植植物物光光合合作作用用产产生生的的氧氧气气量量为为 mg/L24hmg/L24h。（3 3）光光照照强强度度至至少少为为 （填填字字母母）时时，该该水水层层产产氧氧量量才才能能维维持持生生物物正正常常生生活耗氧量所需。活耗氧量所需。光照强度光照强度（klx）0 0（黑（黑暗）暗）a ab bc cd de
13、e白瓶溶氧量白瓶溶氧量(mg/L)3 310101616242430303030黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量(mg/L)3 33 33 33 33 33 3黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧，生物呼吸消耗氧气黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧，生物呼吸消耗氧气721a第12页，本讲稿共19页解解析析：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。第13页，本讲稿共19页（1）黑瓶中溶解氧的含量
14、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（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
15、（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）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第14页，本讲稿共19页4 4：小叶片浮起数量法小叶片浮起数量法-定性比较光合作用强度的大小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步步骤骤操作方法操作方法说说明明材材料料处处理理打打孔孔取取生生长长旺旺盛盛的的菠菠菜菜叶叶片片绿绿叶叶，用用直直径径为为1cm的打孔器打出小的打孔器打出小圆圆形叶片形叶片30片。片。注注意意避避开开大的叶脉。大的叶脉。抽抽气气将将小小圆圆
16、形形叶叶片片置置于于注注射射器器内内，并并让让注注射射器器吸吸入入清清水水，待待排排出出注注射射器器内内残残留留的的空空气气后后，用用手手堵堵住住注注射射器器前前端端的的小小孔孔并并缓缓缓缓拉拉动动活活塞，使小塞，使小圆圆形叶片内的气体逸出。形叶片内的气体逸出。这这一一步步骤骤可可重重复复几几次。次。沉沉底底将将内内部部气气体体逸逸出出的的小小圆圆形形叶叶片片，放放入入黑黑暗暗处处盛有清水的盛有清水的烧烧杯中待用。杯中待用。叶片细胞间隙充满水而全都沉到水底。第15页，本讲稿共19页分分组组 取取3只只小小烧烧杯杯，标标记记为为A、B、C，分分别别倒倒入入20mL富富含含CO2的的清清水水。分分
17、别别向向3只只小小烧烧杯中各放入杯中各放入10片小片小圆圆形叶片。形叶片。先先用用口口通通过过玻玻璃璃管管向清水内吹气。向清水内吹气。对对照照 用用3盏盏40W台台灯灯分分别别向向A、B、C3个个实实验验装置装置进进行行强强、中、弱三种光照。、中、弱三种光照。光光照照强强弱弱（自自变变量量）可通可通过调节过调节来决定。来决定。观观察察 观观察并察并记录记录叶片浮起的数量（因叶片浮起的数量（因变变量）。量）。实实验验预预期期：_烧烧杯杯中中的的小小叶叶片片浮浮起起的数目最多。的数目最多。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
18、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台灯与实验装置间的距离A第16页，本讲稿共19页5.5.红外线红外线COCO2 2传感器传感器-测装置中测装置中CO2CO2浓度的变化浓度的变化例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：第17页，本讲稿共19页（1）在）在60120min时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化趋势为时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化趋势为。理由是。理由是。（2）在）在60120m
19、in时间段，瓶内时间段，瓶内CO2浓度下降的原因是浓度下降的原因是。此时间段该植物光合速率为。此时间段该植物光合速率为ppmmin。逐渐降低逐渐降低C02的浓度逐渐降低的浓度逐渐降低植物的光合作用强度大于呼吸作用强度植物的光合作用强度大于呼吸作用强度25第18页，本讲稿共19页解析：（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+500）/60=25(ppmmin)。第19页，本讲稿共19页