测定光合速率

1、第第6讲讲 测定光合作用速率的方法测定光合作用速率的方法真真正总光正总光合速率合速率表观（净）表观（净）光合速率光合速率呼吸速率呼吸速率= =+ +CO2的固定量的固定量O2的产生量的产生量葡萄糖的产生葡萄糖的产生（制造）量（制造）量CO2的吸收量的吸收量O2的释放量的释放量葡萄糖的积累量葡萄糖的积累量呼吸释放呼吸释放CO2量量呼吸消耗呼吸消耗O2量量呼吸消耗葡萄糖量呼吸消耗葡萄糖量一、气体体积变化法测光合作用测光合作用O2O2产生的体积或二氧化碳消耗的体产生的体积或二氧化碳消耗的体积积1.1.测定植物的呼吸作用强度测定植物的呼吸作用强度小烧杯放小烧杯放NaOHNaOH溶液吸收溶液吸收COCO

2、2 2遮光处理遮光处理 2.2.测定植物的净光合作用强度测定植物的净光合作用强度光照，光照，小烧杯放小烧杯放NaHCONaHCO3 3缓冲溶液可维持装置中缓冲溶液可维持装置中COCO2 2浓浓度度测定呼吸速率消耗的氧气测定呼吸速率消耗的氧气量量气体的增加量为净光合速率气体的增加量为净光合速率总光合速率总光合速率=净光合速率净光合速率+呼吸速率呼吸速率例例1 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）。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测定植物的呼吸作用强度：装置的烧杯

3、中放入适宜浓度的度的NaOH溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；的环境中；1小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得得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；将装置放在光照充足、温度适宜的缓冲溶液；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；环境中；1小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，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：原因：

4、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 a c c 测定植物净光合作测定植物净光合作用强度用强度b b d 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，而释放的，而释放的CO2气气体被装置烧杯中体被装置烧杯中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

5、置放在光照浓度；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，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动 变式训练变式训练 图图4是探究绿色植物光合作用速率的实验示意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，图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度，该装置置于该装置置于20环境中。实验开始时，针筒的读数是环境中。实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内

6、的水滴在位置，毛细管内的水滴在位置X。20min后，针筒的后，针筒的容量需要调至容量需要调至0.6mL的读数，才能使水滴仍维持在位置的读数，才能使水滴仍维持在位置X处。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净光合作用速）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率，该植物的净光合作用速率是 m

7、L/h。（3）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液，在化钠溶液，在20、无光条件下，、无光条件下，30min后，后，针筒的容量需要调至针筒的容量需要调至0.1mL的读数，才能使水的读数，才能使水滴仍维持在滴仍维持在X处。则在有光条件下该植物的实处。则在有光条件下该植物的实际光合速率是际光合速率是 mL/h。1.21.4二、半叶法二、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积累数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积累数如图所示，如图所示，A A部分遮光，这半叶片虽不能进部分遮光，这半叶片虽不能进行光合作用，

8、但仍可照常进行呼吸作用。行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。另一半另一半B B部分叶片既能进行光合作用，又部分叶片既能进行光合作用，又可以进行细胞呼吸可以进行细胞呼吸总光合速率总光合速率=MBMA例题：例题：采用采用“半叶法半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。其原理是：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（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。

9、在适宜光照下照射分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在小时后，在A、B的对应部位截取的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重（同等面积的叶片，烘干称重（mg），获得相应数据，分别记为），获得相应数据，分别记为MA、MB。1.1.若若M=MM=MB B-M-MA A，则，则MM表示表示 2.2.请计算出请计算出B B叶片被截取部分在单位时间的光合作用强叶片被截取部分在单位时间的光合作用强度度= = （其单位是（其单位是mg/hmg/h）。）。 B B叶片被截取部分在叶片被截取部分在6 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 （MMB B-M-MA A）/6 /6

10、变式一：变式一：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一2z一x)6 gcm-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4时后将整个实验装置遮光3小时 B下午4时后将整个实验装置遮光6小时C下午4时后在阳光下照射1小时 D晚上8时后在无光下放置3小时B三、黑白瓶法测溶氧量的变化黑白瓶法常用于黑白瓶法常用于水中生物水中生物光合作用速率的测定光合作

11、用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；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。黑瓶是不透光瓶，只能进行呼吸作用。起始瓶中的溶氧量为起始瓶中的溶氧量为A,A,在相同条件下培养一定的时间，黑在相同条件下培养一定的时间，黑瓶所测得的数据为瓶所测得的数据为B,B,白瓶白瓶所测得的数据为所测得的数据为C, 则这段时间呼则这段时间呼吸量为吸量为_,净光合量为净光合量为_。总的光合作用量总的光合作用量=CAABCA例题：例题：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

12、水样测得原初溶解氧的含量为黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为12 mg/L12 mg/L，白瓶为透，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（由条件下（由aeae逐渐加强），逐渐加强），2424小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下：氧的含量，记录数据如下：光照强度光照强度(klx)(klx)0 0（黑暗）（黑暗）a ab bc cd de e白瓶溶氧量白瓶溶氧量mg/Lmg/L4 412121818262632323232黑瓶溶氧量黑瓶溶氧

13、量mg/Lmg/L4 44 44 44 44 44 4黑瓶中溶解氧的含量降低为黑瓶中溶解氧的含量降低为4mg/L4mg/L的原因是的原因是_该瓶中所有生物细胞在该瓶中所有生物细胞在24 h24 h内呼吸消耗的内呼吸消耗的OO2 2量为量为 mg/Lmg/L。黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气 8 8光照强度光照强度(klx)(klx)0 0（黑暗）（黑暗）a ab bc cd de e白瓶溶氧量白瓶溶氧量mg/Lmg/L4 412121818262632323232黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量mg/Lmg/L

14、4 44 44 44 44 44 4当水层光照强度为当水层光照强度为c c时，在时，在24h24h内白瓶中植物产生的氧气量为内白瓶中植物产生的氧气量为 mg/Lmg/L。光照强度至少为光照强度至少为 ( (填字母填字母) )时，该水层产氧量才能维持生物正常生活时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。当光照强度为耗氧量所需。当光照强度为 ( (填字母填字母) )时，再增加光照强度，瓶中溶时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。解氧的含量也不会增加。2 22 2a ad d 若将若将a a光照下的白瓶移至光照下的白瓶移至d d光照下，则瓶中植物细胞的光合作用速光照下，则瓶中植物细胞

15、的光合作用速率率 ，其主要原是，其主要原是 。C C3 3经一系列变化可经一系列变化可形成形成 。加快加快 光反应产生的光反应产生的ATPATP和和HH增多增多 糖类、糖类、C C5 5（或答糖类等有机物、有机物、糖类）或答糖类等有机物、有机物、糖类） 变式一（2013年安徽理综）(1). 研究池塘生态系统不同水层光合速率，对确定鱼的放养种类和密度有参考价值。从池塘不同深度采集水样，分别装入黑白瓶中（白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布包裹的玻璃瓶）并封闭。然后将黑白瓶对应悬挂于原水样采集位置，同时测定各水层剩余水样溶氧量，作为初始溶氧量。24h后，测定各黑白瓶中溶氧量。若测得某水层初始溶氧量为Amg

16、/L,白瓶溶氧量为Bmg/L,黑瓶溶氧量为Cmg/L,则该水层总光合速率为 mg/L.d 。 (2).若上午黑白瓶被悬挂于水深25cm处时，白瓶意外坠落至池塘底部，短时间内，该瓶内绿藻叶绿体重含量 。 BC增加增加问题追加：该水层呼吸速率为问题追加：该水层呼吸速率为_mg/L.d ，净光合速，净光合速率为率为_mg/L.d。ACBA四、红外线CO2传感器测量装置中测量装置中COCO2 2浓度的变化浓度的变化由于由于COCO2 2对红外线有较强的吸收能力，对红外线有较强的吸收能力，COCO2 2的多少与的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此，红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此，

17、COCO2 2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线外线COCO2 2传感器来测量传感器来测量COCO2 2浓度的变化浓度的变化例题：例题：利用下图装置的密闭锥形瓶，进行如下实验，请冋答有关问题。利用下图装置的密闭锥形瓶，进行如下实验，请冋答有关问题。 (1)(1)锥形瓶中分别放置叶面积都是锥形瓶中分别放置叶面积都是10 cm10 cm2 2的的A A、B B两种植物，在光照充足，两种植物，在光照充足，其它条件适宜的条件下，测量锥形瓶中其它条件适宜的条件下，测量锥形瓶中C0C02 2的浓度，结果如下表：的浓度，结果如下表：对对COCO2 2利用

18、率较高的植物是利用率较高的植物是 。B B植物碳反应时在酶催化下植物碳反应时在酶催化下_ 和和COCO2 2结合产生结合产生3-3-磷酸甘油酸，该过程是否需要消耗磷酸甘油酸，该过程是否需要消耗ATP?ATP? ( (需、不需）。需、不需）。COCO2 2还原为糖的一系列反应称为还原为糖的一系列反应称为 循环。若用该装置检测植物呼吸速率循环。若用该装置检测植物呼吸速率应注意应注意 。A A C C5 5 不需不需 卡尔文卡尔文 遮光（黑暗）遮光（黑暗） 变式一：变式一： 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，瓶中安放一个个CO2

19、传感器来监测不同条件下瓶中传感器来监测不同条件下瓶中CO2浓度的变化，如下图浓度的变化，如下图5所示。相同温度所示。相同温度下，在一段时间内测得结果如图下，在一段时间内测得结果如图6所示。请据图回答：所示。请据图回答： （1）在）在60120min时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化趋势时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化趋势为为 。理由是。理由是 。（2）在）在60120min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 CO2浓度降低的趋势逐渐降低浓度降低的趋势逐渐降低 植物的光合作用强

20、度大于植物的光合作用强度大于 呼吸作用强度呼吸作用强度 25 有关光合作用的延伸有关光合作用的延伸例一：（例一：（2013全国理综）全国理综）某研究小组测得在适宜条件下某植物叶片遮光前吸收CO的速率和遮光（完全黑暗）后释放CO的速率。吸收或释放CO的速率随时间变化趋势的示意图如下（吸收或释放CO的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释放CO的量），回答下列问题：（）在光照条件下，图形ABC的面积表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用_，其中图形B的面积表示 _ ，从图形C可推测该植物存在另一个_ 的途径，CO进出叶肉细胞都是通过_的方式进行的。 （）在上述实验中，若提高温度、降低光照，则

21、图形 _ （填“A”或“B”）的面积变小，图形 _ （填“A”或“B”）的面积增大，原因是 _。 固定的CO2总量呼吸作用释放出的CO2量释放CO2自由扩散AB光合速率降低，呼吸速率增强光合速率降低，呼吸速率增强 光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。光呼吸约抵消30%的光合作用。因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用 。 “光呼吸”中含有“呼吸”一词，但该过程并不是真正的细胞呼吸作用。例二：例二：景天科植物A有一个很特殊的

22、CO2同化方式，夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，如图一所示，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，如图二所示。十字花科植物B的CO2同化过程如图三所示，请回答下列问题：（1）植物A夜晚能吸收CO2，却不能合成C6H12O6的原因是_,白天植物A进行光合作用所需的CO2的来源有呼吸作用产生的CO2和 _。（2）植物A气孔开闭的特点，与其生活的环境是相适应的，推测植物A生活的环境最可能是 _。没有光照，光反应不能进行，无法为暗反应提供ATP和NADPH苹果酸经脱苹果酸经脱羧释放的羧释放的炎热干旱炎热干旱 景天酸代谢径：景天酸代谢径：夜间，大气中CO2自气孔

23、进入细胞质中，被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮于液泡中，其浓度每升可达100毫摩尔。苹果酸从细胞质通过液泡膜进入液泡是主动过程，而从液泡回到细胞质中则是被动过程。在日间，苹果酸从液泡中释放出来后，经脱羧作用形成CO2和C3化合物。 这是由于仙人掌类和多肉植物等往往生长于热带干旱地区，而这种环境的特点是白天炎热夜晚寒冷，昼夜温差非常巨大，为了在这种环境下生存下来，这类植物经过长期适应和进化发展出一套独特的生存策略。 例三例三（上海生物）在科学研究中常用呼吸商（上海生物）在科学研究中常用呼吸商（ ）表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下表示生物用于有氧呼吸的能源物质不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。图。 关闭活塞，在关闭活塞，在2525下经下经2020分钟读出刻度管中着色液移动距离。设装置分钟读出刻度管中着色液移动距离。设装置1 1和和装置装置2