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1、光合速率测定方法及训练第1页，本讲稿共13页一、干物质量的积累一、干物质量的积累“半叶法半叶法”-测光合作用有机测光合作用有机物物的生产量的生产量例例1某研究小组用番茄进行光合作用实验，采用某研究小组用番茄进行光合作用实验，采用“半叶法半叶法”对番茄叶片的光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。在适宜光照下照射宜光照下照射6小时后，在小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的
2、叶片，烘干称的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为重，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，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是其单位是mg/(dm2h)。问题：问题：（1）可用什么方法阻止两部分叶片）可用什么方法阻止两部分叶片的物质和能量转移？的物质和能量转移？（2）6小时内上述小时内上述B部位截取的叶片部位截取的叶片光合作用合成有机物的总量（光合作用合成有机物的总量（M）为）为_。可先在中央大叶脉基部用热水、或热石蜡液可先在中央大叶脉基部用热水、或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理烫伤或用呼吸抑制剂处理M=MB-MAP62第2页，本讲稿共
3、13页解析：解析：本方法又叫半叶称重法，常用大田农作物本方法又叫半叶称重法，常用大田农作物的光合速率测定。的光合速率测定。如图如图1所示，所示，A部分遮光，这半部分遮光，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。另一半作用。另一半B部分叶片既能进行光合作用，又可部分叶片既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。以进行呼吸作用。题中：题中：MB表示表示6小时后叶片初小时后叶片初始质量始质量+光合作用有机物的总产量光合作用有机物的总产量-呼吸作用有机物呼吸作用有机物的消耗量，的消耗量，MA表示表示6小时后初始质量小时后初始质量-呼吸作用有呼吸作用
4、有机物的消耗量，机物的消耗量，所以，所以，M=MB-MA，就是光合作用，就是光合作用有机物的经过有机物的经过6小时干物质的积累数（小时干物质的积累数（B叶片被截取叶片被截取部分在部分在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）。这样，真正光合速率（这样，真正光合速率（单位：单位：mg/dm2h）就是）就是M值除以时间再除以面积就可测得。值除以时间再除以面积就可测得。答案：B叶片被截取部分在叶片被截取部分在6小时内光合作用小时内光合作用合成的有机物总量合成的有机物总量第3页，本讲稿共13页二、气体体积变化法二、气体体积变化法-测光合作用测光合作用O2产生产生(或或CO2
5、消耗消耗)的体积的体积例例2某生物兴趣小组设计了图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）。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；溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；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小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得移动的方向和刻度，得X值。值。测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入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；缓冲溶液；将装置
6、放在光照充足、温度适宜的环境中；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小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得动的方向和刻度，得Y值。值。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：第4页，本讲稿共13页项目项目红墨水滴移动方向红墨水滴移动方向原因分析原因分析测定植物呼吸作用测定植物呼吸作用速率速率a ac c测定植物净光合作测定植物净光合作用强度用强度b bd d向左移动向左移动向右移动向右移动c玻璃钟罩遮光，植物只进行呼吸作用，植物进行有氧呼吸消耗玻璃钟罩遮光，植物只进行呼吸作用，植物进行有氧呼吸消耗O2，
7、而释放的，而释放的CO2气体被装气体被装置烧杯中置烧杯中NaOH溶液吸收，导致装置内气体、压强减小，红色液滴向左移动溶液吸收，导致装置内气体、压强减小，红色液滴向左移动d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；将装置放在光照充足、温度适浓度；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，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动内气体量增加，红色液滴向右移动第5页，本讲稿共13页解析：解析
8、：测定植物的呼吸作用强度时，将玻璃钟罩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呼吸消耗O2，而释放的，而释放的CO2气体被装置烧杯中的气体被装置烧杯中的NaOH溶液吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液溶液吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液滴向左移动，向左移动的距离滴向左移动，向左移动的距离X，就代表植物进行有氧，就代表植物进行有氧呼吸消耗的量呼吸消耗的量O2量，也就是有氧呼吸产生的量，也就是有氧呼吸产生的CO2量。量。测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入测定植物的净光合作用强
9、度：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；将装置浓度；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合作用释放O2，致装置内气体量增加，红色液滴向右移，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动，向右移动距离动，向右移动距离Y，就代表表观光合作用释放，就代表表观光合作用释放O2量，量，也就是表观光合作用吸收的也就是表观光合作用吸收的CO2量。量。所以，依据实验原所以，依据实验原理：真正光合速率理
10、：真正光合速率=呼吸速率呼吸速率+表观光合速率，就可以表观光合速率，就可以计算出光合速率。计算出光合速率。第6页，本讲稿共13页变式训练变式训练1图图4是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图，装置中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环境环境中。实验开始时，针筒的读数是中。实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的水滴在位置，毛细管内的水滴在位置X。20min后，针筒的容量需要调至后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数，才能使水滴仍维持在的读数，才能使水滴仍维持在位置位置X处。
11、据此回答下列问题：处。据此回答下列问题：（1）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量清水，重复上述实验，清水，重复上述实验，20min后，要使水后，要使水滴维持在位置滴维持在位置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）若以释放出的氧气量来代表净光合作用速率，该植物的净光合净光合作用速率，该植物的净光合作用速率是作用速率是mL/h。（3）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液，在浓氢氧化钠溶液，在20、无光条件下，、无光条件下，30min后，针筒的容量需
12、要调至后，针筒的容量需要调至0.1mL的读数，才能使水滴仍维持在的读数，才能使水滴仍维持在X处。处。则在有光条件下该植物的实际光合速率是则在有光条件下该植物的实际光合速率是mL/h。1.21.4第7页，本讲稿共13页变式训练变式训练2：下下图图表示植物叶片表示植物叶片CO2吸收量随光照吸收量随光照强强度逐度逐渐渐增加的增加的变变化曲化曲线线,S1、S2、S3分分别别表示所属范表示所属范围围的面的面积积；丙；丙图图表示在恒温密表示在恒温密闭闭玻璃温室内玻璃温室内,连续连续48小小时测时测定室内定室内CO2浓浓度及植物度及植物CO2的吸收速率。据的吸收速率。据图图回答下列回答下列问题问题：(1)乙
13、乙图图中中0D间间此幼苗呼吸作用消耗有机物的量此幼苗呼吸作用消耗有机物的量为为_,光合作用有机物光合作用有机物的的净积净积累量累量为为_。(用用S1、S2、S3表示表示)(2)丙丙图图中植物呼吸速率与光合速率相等的中植物呼吸速率与光合速率相等的时间时间有有_个个,叶叶绿绿体吸收体吸收CO2速率最大的速率最大的时时刻是第刻是第_小小时时,前前24小小时时比后比后24小小时时的平均光照的平均光照强强度度_。第8页，本讲稿共13页答案：(1)S1S3S2S1(2)436弱解析根据乙图，光照强度为0时，绿色植物只进行细胞呼吸，故A点放出的CO2表示呼吸作用的强度，随着光照强度的增加呼吸强度是不变的，所
14、以0D时间段内，呼吸作用消耗的总量就是横线下面矩形的面积，即S1S3；S1表示光照强度由0B时光合作用的净积累量(为负)；S2表示光照强度由BD时的光合作用有机物的净积累量；S1S3表示0D时段绿色植物呼吸作用消耗的有机物量；S2S3表示光合作用产生的有机物总量。所以当光照强度由0D时，绿色植物呼吸作用消耗的有机物量为S1S3，光合作用的净积累量为S2S1。(2)图中虚线是在恒温密闭环境中测得的二氧化碳吸收速率，当吸收速率为零时，表示植物不从外界吸收二氧化碳，此时光合作用所需的所有二氧化碳全由呼吸作用提供，所以此时呼吸速率与光合速率相等。即在6、18、30、42时，呼吸速率与光合速率相等；据曲
15、线分析，CO2吸收速率的最大时对应的时间是36h，因此，叶绿体利用CO2速率最大的时刻是36h时；由曲线图看出，前24小时比后24小时的平均CO2吸收速率低，因此，前24小时比后24小时的平均光照强度弱。第9页，本讲稿共13页三、测溶氧量的变化三、测溶氧量的变化-黑白瓶法黑白瓶法例例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，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，分别瓶，黑
16、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：下：表表2（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/L的原因是的原因是；该瓶中；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的所有生物细胞呼吸消耗的O2量为量为mg/L24h。（2）当光照强度为）当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为mg/L24h。（3）光照强度至少为）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（填字母）时，该水层产氧
17、量才能维持生物正常生活耗氧量所需。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 3生物呼吸消耗氧气生物呼吸消耗氧气7721aA10第10页，本讲稿共13页解析解析：（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O
18、2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）。光能光能叶绿体叶绿体第11页，本讲稿共13页变式训练变式训练3：以下实验是对低等植物的水域生态系统进行的测定。以下实验是对低等植物的水
19、域生态系统进行的测定。步骤步骤1：取两个相同的透明玻璃瓶，分别编号为：取两个相同的透明玻璃瓶，分别编号为1号、号、2号。号。步骤步骤2：用两个瓶同时从水深：用两个瓶同时从水深3m处取水样（都装满），立即测定处取水样（都装满），立即测定2号瓶中的号瓶中的溶氧量，将溶氧量，将1号瓶密封瓶口沉入原取水样处。号瓶密封瓶口沉入原取水样处。步骤步骤3：24h后将后将1号瓶取出，测定瓶中的溶氧量。按以上步骤重复号瓶取出，测定瓶中的溶氧量。按以上步骤重复3次，次，结果结果1号瓶溶氧量平均值为号瓶溶氧量平均值为6.5mg，2号瓶溶氧量平均值为号瓶溶氧量平均值为5.3mg。（1）24h后，后，1号瓶中溶氧变化量是
20、号瓶中溶氧变化量是，这说明，这说明。（2）经过）经过24h后，后，1号瓶增加的有机物量（假设全为葡萄糖）为号瓶增加的有机物量（假设全为葡萄糖）为。（3）现欲使实验过程同时还能测出）现欲使实验过程同时还能测出1号瓶号瓶24h中实际合成的有机物总量，中实际合成的有机物总量，需补充需补充3号瓶进行实验。简述需补充的实验内容（请自行选择实验用具）：号瓶进行实验。简述需补充的实验内容（请自行选择实验用具）：。（4）设）设3号瓶溶氧量平均值为号瓶溶氧量平均值为a，则，则1号瓶实际合成葡萄糖量号瓶实际合成葡萄糖量为为。增加增加1.2mg水生植物光合作用强度大于呼吸作用水生植物光合作用强度大于呼吸作用1.12
21、5mg另取一个和另取一个和1号、号、2号相同的瓶，设法使之不透光，设为号相同的瓶，设法使之不透光，设为3号瓶，其他处理和号瓶，其他处理和1号瓶相号瓶相同，同，24h后测定溶氧量，重复后测定溶氧量，重复3次，去平均值。次，去平均值。15/16(6.5-a)第12页，本讲稿共13页【解题思路与答案解题思路与答案】实验前测量2号瓶的溶氧量和实验后测量1号瓶的溶氧量，其目的还是测量2号瓶实验前后的溶氧量变化。为了使2号瓶实验前后保持水量、水质等的一致性，故设置1号瓶以进行开始溶氧量的测量。利用溶氧增加量可以计算出有机物的积累量。由上述分析可知，实验原理是利用水生低等植物光合作用氧气的产生与所有水生生物
22、呼吸作用氧气的消耗关系计算该水层的生产能力，即生产者在一昼夜积累有机物的量。（1）实验开始时，1号瓶溶氧量应与2号瓶一样为5.3mg，24h后变成6.5mg，溶氧量增加的原因是由一昼夜中该水层水生植物光合作用产氧量超过所有水生生物的呼吸作用耗氧量引起的；（2）根据溶氧增加量可直接计算葡萄糖积累量为1.125mg；（3）另取一个和另取一个和1号、号、2号相同的瓶，设法使之不透光，设为号相同的瓶，设法使之不透光，设为3号瓶，其他处理和号瓶，其他处理和1号瓶相同，号瓶相同，24h后测定溶氧量，重复后测定溶氧量，重复3次，去平均值。次，去平均值。（4）根据现有实验条件，只能测知1号瓶溶氧增加量。要想知道1号瓶24h产生氧气的总量，根据氧气产生总量溶氧增加量生物消耗量，必须再测知1号瓶中所有生物的耗氧量，所以需要另设一个同样的黑色不透光的3号瓶，使该瓶生物只进行呼吸作用，处理方法同1号瓶。24h后测3号瓶溶氧量，设为a，则瓶中24h耗氧量为（5.3a）mg，所以1号瓶产生氧气的总量为（6.55.3）mg（5.3a）mg，根据6O2C6H12O6列出方程：180/y632/（6.55.3）（5.3a）y180(6.5a)/63215(6.5a)/16第13页，本讲稿共13页