測定光合作用的速率

久離rrh2z6c2a9 2020-02-19

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以下共包括4道典例，4種分析方法，同學們好好分析原理爭取把這個重難點突破了喲。

“液滴移動法”測定光合速率

“黑白瓶法”測定光合速率與呼吸速率

“半葉法”測光合作用有機物的生產(chǎn)量

“葉片上浮法”探究影響光合作用的因素

【典例1】

某科研小組為探究植物光合作用速率的變化情況，設計了由透明的玻璃罩構成的小室，如圖甲所示。請據(jù)圖回答下列問題：

(1)將該裝置放在自然環(huán)境下，測定夏季一晝夜(零點開始)小室內(nèi)植物O₂釋放速率的變化，得到如圖乙所示曲線，影響小室內(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素是________________(寫兩點)；觀察裝置中液滴的位置，c點時刻的液滴位于起始位置的________側，裝置刻度管中液滴移到最右點是在一天中的________點。

(2)在實驗過程中的某段光照時間內(nèi)，記錄液滴的移動情況，獲得以下數(shù)據(jù)：

每隔20分鐘記錄一次刻度數(shù)據(jù)
…	24	29	32	34	…

該組實驗數(shù)據(jù)是在乙圖曲線的____________段獲得的。

(3)該組同學為測定該植物某時間段的O₂產(chǎn)生速率。如何設置對照實驗？如何處理實驗數(shù)據(jù)？

①簡要寫出對照實驗設計思路：____________________________________________

________________________________________________________________________。

②數(shù)據(jù)處理：若在單位時間內(nèi)，實驗組讀數(shù)為M，對照組讀數(shù)為N，該植物的真正光合速率為________。

【審題關鍵】

(1)密閉裝置甲內(nèi)有二氧化碳緩沖液，說明實驗過程中二氧化碳濃度始終不變，因此影響其內(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素就只有光照強度和溫度。

(2)密閉裝置甲中液滴移動反映密閉裝置內(nèi)氧氣濃度的變化情況，只要有氧氣釋放，液滴就會右移，由圖乙曲線可知，c點之前的代謝特點是光合作用強度小于細胞呼吸強度，小室內(nèi)氧氣濃度降低，液滴左移。8點至18點的時間段內(nèi)氧氣濃度一直增加，到18點時達到最大值，則甲裝置中的液滴移動到了最右點。

(3)題中表格中所記錄的數(shù)據(jù)為每隔20分鐘記錄一次刻度數(shù)據(jù)，則表格中連續(xù)3個20分鐘之間的氧氣變化量相對值分別為5、3、2，由此可看出氧氣的釋放速率在逐漸減小。

(4)密閉裝置甲中液滴移動測得的是裝置內(nèi)植物釋放氧氣量(凈光合量)的變化量，若要測定該植物某時間段的O₂產(chǎn)生速率，還需要測定相應時間段內(nèi)的細胞呼吸消耗氧氣的速率，則需要增設對照實驗為設置與甲一樣的裝置丙，將裝置丙置于黑暗條件下，其他條件與甲相同，測單位時間(或相同時間)內(nèi)甲與丙的讀數(shù)。

答案　

(1)光照強度、溫度　左　18(或g)　

(2)de或fg　

(3)①設置與甲一樣的裝置丙，將裝置丙置于黑暗條件下，其他條件與甲相同，測單位時間(或相同時間)內(nèi)甲與丙的讀數(shù)?、贛－N

“液滴移動法”測定光合速率

(1)測定裝置

(2)測定方法及解讀

①測定呼吸速率

a．裝置燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液用于吸收CO₂。

b．玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用干擾。

c．置于適宜溫度環(huán)境中

d．紅色液滴向左移動(單位時間內(nèi)左移距離代表呼吸速率)。

②測定凈光合速率

a．裝置燒杯中放入適宜濃度的CO₂緩沖液，用于保證容器內(nèi)CO₂濃度恒定，滿足光合作用需求。

b．必須給予較強光照處理，且溫度適宜。

c．紅色液滴向右移動(單位時間內(nèi)右移距離代表凈光合速率)。

【典例2】

高一生物科研興趣小組從校博雅湖的某一深度取得一桶水樣，分裝于六對密封黑白瓶中(白瓶為透明瓶，黑瓶為不透光瓶)，剩余的水樣測得初始溶氧量為10 mg/L。將六對密封黑白瓶分別置于六種不同的光照條件下(由a→e逐漸加強)，其他條件相同，24小時后，實測獲得六對黑白瓶中溶氧量，記錄數(shù)據(jù)如下。下列分析錯誤的是(　　)

光照強度(klx)	0(黑暗)	a	b	c	d	e
白瓶溶氧量(mg/L)	3	10	16	24	30	30
黑瓶溶氧量(mg/L)	3	3	3	3	E	E

A.瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h內(nèi)為7 mg/L

B．光照強度為d、e時，黑瓶中溶氧量應為3 mg/L

C．光照強度為c時，在24h內(nèi)白瓶中植物產(chǎn)生的氧氣量為28 mg/L

D．光照強度為d時，再增加光照強度，瓶中溶解氧的含量也不會增加

【審題關鍵】

(1)黑瓶不透光，不能進行光合作用，因此黑瓶中氧氣的減少是由于細胞呼吸消耗，單位時間氧氣變化代表細胞呼吸強度。

(2)白瓶透光，能進行光合作用，溶液中氧氣的變化是光合作用和細胞呼吸的綜合結果，單位時間內(nèi)氧氣的變化可以代表凈光合作用強度；實際光合作用強度＝凈光合作用強度＋細胞呼吸強度。

答案　C

解析　分析黑瓶可知，24 h氧氣的消耗量是10－3＝7 mg/L，即瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h內(nèi)為7 mg/L，A項正確；由光照強度0、a、b、c時測得數(shù)據(jù)可知，光照強度變化，消耗的氧氣不變，因此光照強度為d、e時，黑瓶中溶氧量應為3 mg/L，B項正確；光照強度為c時，24 h氧氣的增加量是24－10＝14 mg/L，呼吸消耗量是7，因此在24 h內(nèi)白瓶中植物產(chǎn)生的氧氣量為14＋7＝21 mg/L，C項錯誤；由表格數(shù)據(jù)可知，d對應的光照強度是光的飽和點，再增加光照強度，瓶中溶解氧的含量也不會增加，D項正確。

“黑白瓶法”測定光合速率與呼吸速率

黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶，只有細胞呼吸，而白瓶既能進行光合作用又能進行細胞呼吸，所以用黑瓶(無光照的一組)測得的為細胞呼吸強度值，用白瓶(有光照的一組)測得的為表觀(凈)光合作用強度值，綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。

【典例3】

現(xiàn)采用如圖所示方法測定植物葉片光合作用強度，將對稱葉片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚笰、B間物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移。在適宜光照和溫度下照射一段時間，在A、B中截取對應部分相等面積的葉片，烘干稱重，分別記作m₁和m₂，單位mg/(dm²·h)。下列說法正確的是(　　)

A．該方法在未測出細胞呼吸強度的條件下，能測出實際光合作用的強度

B．(m₂－m₁)表示B葉片被截取的部分在光照時間內(nèi)有機物的積累量

C．m₂表示被截取的部分在光照時間內(nèi)凈光合作用的大小

D．m₁表示被截取的部分在光照時間內(nèi)細胞呼吸的大小

【審題關鍵】

(1)光照下光合作用和細胞呼吸生理過程均發(fā)生，則有機物的增加量代表凈光合作用強度；而黑暗中只進行細胞呼吸不進行光合作用，則在黑暗中有機物的減少量代表細胞呼吸強度。

(2)假設原來半片葉重為m₀，m₁和m₂分別表示在適宜光照和溫度下照射一段時間后的被截取的部分(A部分)干重和被截取的部分(B部分)干重，而在該時間段內(nèi)，前者只進行細胞呼吸，而后者同時進行光合作用和細胞呼吸，則m₀－m₁＝細胞呼吸速率，m₂－m₀為光照下的凈光合作用速率，實際光合作用速率＝凈光合作用速率＋細胞呼吸速率＝m₂－m₀＋m₀－m₁＝m₂－m₁，即為B葉片被截取的部分在光照時間內(nèi)有機物的合成量。

答案　A

“半葉法”測光合作用有機物的生產(chǎn)量

將葉片一半遮光，一半曝光，遮光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表細胞呼吸強度值，曝光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表表觀(凈)光合作用強度值，綜合兩者可計算出真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理，以防止有機物的運輸。

【典例4】

圖1是某高等綠色植物成熟綠葉組織在某光照強度和適宜溫度下，光合作用強度增長率隨CO₂濃度變化的情況。圖2為從生長狀況相同的植物葉片上剪出大小、部位相同的若干圓葉片，抽取葉片細胞內(nèi)的氣體，平均分成若干份，然后置于不同濃度的NaHCO₃溶液中，給予相同的一定強度光照，測量圓葉片上浮至液面所需時間，其記錄結果繪成曲線圖。下列分析錯誤的是(　　)