光合作用速率测定.doc

光合作用考点之一 -光合速率的测定方法考点分析：光合作用在历年的高考中频繁出现，但一般不是单一知识点的考查，往往结合光合作用和呼吸作用的过程综合考查，考题既有选择题也有非选择题，但多数考题都依托坐标图、装置图进行考查。相关策略：（1）明确测定指标：光合作用和呼吸作用的强度一般用气体含量的变化来测定，但此时测得的气体含量变化不是真实的光合作用和呼吸作用，而是一种表观的光合作用和呼吸作用。（2）绘制坐标曲线：复习中可通过坐标曲线分析光合速率和呼吸速率的相等点，呼吸速率的最高值及光合速率的最高值。（3）联系生产实际：复习中要重视对光合作用过程和影响因素的分析和理解，并学会结合农业生产解释提高作物产量的原理和途径。本节课主要讲解光合速率的测定方法。一般测定光合速率的方法都不能排除叶子的呼吸作用，所以测定的结果实际是光合作用速率减去呼吸作用速率的差值，叫做表观光合速率或净光合速率。若能测出其呼吸速率,把它加到净光合速率上去,则可测得真正光合速率。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。光合速率常见的测定方法归纳如下：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【典例1】（2012唐山期末29I）某学校某研究小组用番茄进行光合作用实验，采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。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/(dm2·h)。（1）MA表示6小时后叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量，MB表示6小时后：（ ）+（ ）-呼吸作用有机物的消耗量。（2）若M=MB-MA，则M表示  （3）真正光合速率（ 单位：mg /dm2·h）就是 答案：叶片初始质量+光合作用有机物的总产量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M值除以时间再除以面积2. 气体体积变化法-测光合作用O2产生(或CO2消耗)的体积【典例2】图4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：   （1）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量清水，重复上述实验，20min后，要使水滴维持在位置X处，针筒的容量           （需向左/需向右/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          mL/h。（3）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量浓氢氧化钠溶液，在20、无光条件下，30min后，针筒的容量需要调至0.1mL的读数，才能使水滴仍维持在X处。则在有光条件下该植物的实际光合速率是          mL/h。解析：（1）由光合作用的总反应式6CO2+12H2O-àC6H12O6+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+0.1×2=1.4（mL/h）。答案：（1）不需要  （2）1.2(mL/h)  （3）1.4（mL/h）3. 黑白瓶法-测溶氧量的变化 【典例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： 光照强度（klx）0（黑暗）abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030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·24h。（2）当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为         mg/L·24h。（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。（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为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/L·24h）。（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/L·24h）。呼吸速率为10-3=7（mg/L·24h）。真正光合速率为14+7=21（mg/L·24h）.（3）黑暗时，黑白瓶都是3 mg/L·24h，说明水体生物呼吸速率为10-3=7（mg/L·24h），所以光照强度至少为a时，净光合速率为10-3=7（mg/L·24h），才能维持水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氧，生物呼吸消耗氧气  7 （2）21  （3）a4. 红外线CO2传感器-测装置中CO2浓度的变化 【典例4】（2012唐山期末29I）某学校某研究小组用通过用红外线CO2传感器-测装置中CO2浓度的变化来测光合速率。 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。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： （1）在060min时间段：瓶内CO2浓度上升的原因是：植物在黑暗条件下 ，60min内植物呼吸释放CO2量是 （ppm）。（2）在60120min时间段：瓶内CO2浓度下降的原因是 ，用瓶中安放的CO2传感器来监测瓶中CO2浓度60min内的变化数值是 （ppm）,该数值是60min内净光合作用消耗的CO2量。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CO2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)。答案：（1）植物在黑暗条件下只进行呼吸作用 500（2）植物的光合作用强度大于呼吸作用强度   10005. 小叶片浮起数量法-定性比较光合作用强度的大小（见课本）【对点练习】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)6 g·cm-2·h-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2. 将一株绿色植物置于密闭锥形瓶中，如图-3所示。在连续60分钟监测的过程中，植物一段时间以固定的光照强度持续照光，其余时间则处于完全黑暗中，其他外界条件相同且适宜，测得瓶内CO2浓度变化结果如图-4所示。据此分析可知（  ）        A最初10min内，瓶内CO2浓度逐渐下降，说明植物的光合作用逐渐增强B第2030min内，瓶内植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用逐渐增强C第4060min内，瓶内植物的光合作用速率与呼吸作用速率大致相等D瓶内植物在照光时段内实际的光合作用速率平均为90ppmCO2/min   3.（2013福建安平质检1题）下列有关细胞呼吸的叙述，正确的是（ ）A.酵母菌线粒体基质含有与无氧呼吸有关的酶B.丙酮酸和H20在线粒体内膜上彻底分解成C02和H20C.破伤风芽孢杆菌在氧气充足环境下易大量繁殖D.低温储存水果呼吸速率降低4.（2013晋中联考）酵母菌的葡萄糖溶液均分为4份，分别置于甲、乙、丙、丁四种条件下培养，测得CO2和O2体积变化的相对值如图。下列叙述正确的是（ ） A甲条件下，细胞呼吸的产物除CO2外，还有乳酸B乙条件下，有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多C丙条件下，细胞呼吸产生的ATP最少D丁条件下，产物中的CO2全部来自线粒体5（2013黄冈、孝感联考）（11分）绿色植物的光合作用与细胞呼吸之间有密切的联系。甲图表示光合作用与细胞呼吸之间的部分物质关系；乙图表示用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，再置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间（装置如下图所示）。（1）甲图中过程中发生的能量变化是 ；将阳光下正常生长的植物迅速移入暗室，X物质含量 ；过程中能使ADP含量增多的是 过程；图中过程进行的部位是 。（2）乙图在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐 ；cd段曲线变化的原因最可能是：随着NaHCO3溶液浓度升高， 使代谢水平降低。（3）乙图中配制的NaHCO3溶液中不含氧气，整个实验过程中叶片 （填“不能”或“能”）进行呼吸作用 。6（10分）（2013青岛3月调考）右图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。该装置放在20环境中。实验开始时，针筒的读数是02mL，毛细管内的水滴在位置X。30分钟后，针筒的容量需要调至06mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。据此回答下列问题：(1)若以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该 植物的光合作用速率是 mL/h。（2）与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合作用速率数值 （偏高偏低相同），原因是 。（3）假若在该植物的叶片上涂上一层凡士林，光合作用的速率会大幅度下降，这一做法主要限制了光合作用的 反应阶段。（4）如果在原实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在06mL读数处。在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30，针筒容量需要调至08mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。比较两个实验可以得出什么结论？ 。7（8 分）（2013衡水中学二调52题）暑假期间，生物组老师们从衡水湖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 10 mg / L。所用白瓶为透明玻璃瓶，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强度下（由 ae 逐渐加强）。24 小时后，实测获得六瓶中的溶解氧的含量，记录数据如下：（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为 4 mg / L 的原因 。该瓶中所有生物的呼吸消耗 O2 量为 mg / L 24 h。（2）当该水层光照强度为 c 时，白瓶中植物产生的氧气量为 mg / L 24 h。光照强度至少为 kLx 时，该水层产氧量维持生物耗氧量所需。（3）若将 a 光照下的白瓶置于 d 光照下，其他条件不变，瓶中植物细胞中的三碳化合物和五碳化合物的含量变化为：三碳化合物 ，五碳化合物 。（4）该方法也可以用来测定池塘各深度群落日代谢的平均氧浓度变化，若某实验结果如下表：据表分析，该池塘生物一昼夜生产氧气 mg / L，消耗氧气 mg / L。8. (2013山西四校联考一33题)（12分）某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况，设计了由透明的玻璃罩构成的小室，如图所示。（1）将该装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜小室内植物氧气释放速率的变化，得到如图B所示曲线，那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是 ；装置刻度管中液滴移到最右点是在一天中的 点。（2）在实验过程中某段光照时间内，记录液滴的移动情况，获得以下数据。每隔20分钟记录一次刻度数据24293234该组实验数据是在B曲线的 段获得的。（3）如果要测定该植物真正光合作用的速率，该如何增加一组实验（作为对照组）？ 。若在单位时间内，实验组读数为M，对照组读数为N，该植物的真正光合作用速率为 。（4）e点与f点相比，e点时刻C3的合成速率 ，与b点相比，a点形成的原因可能是 。（2分）（5）在图B中g点所处的状态，叶绿体内ATP移动的方向是 。（6）在图B中cd段，叶肉细胞产生ATP的场所有 。（7）如将图A装置放在黑暗环境中一段时间，在此过程中细胞中可能产生CO2的反应 式： 。（2分） 9.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：（1）在60120min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60120min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         ppmmin。10. （2012河南质检）某生物兴趣小组设计了图l所示实验装置。在光照强度a、b、c、d条件下，分别测得单位时间内相关数据并计算绘制坐标图2。（1）要获得光照强度a条件下所测得的数据，图l装置的烧杯中应放入_溶液，还应对该装置做_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。（2）若图1装置的烧杯中放入CO2缓冲溶液，放在c光照条件下的适宜温度环境中，1小时后所获得数值可绘制图2中对应的柱形图，则记录的红墨水滴_（向左、向右或不移动），此时细胞中产生ATP的场所是_。 （3）图2中光照强度d时，单位时间内细胞从周围环境吸收_个单位的CO2。 （4）为防止_等因素所引起的误差，应设计对照实验，将所测的生物材料灭活，其他条件均不变。对点练习答案： 1.A 2.D 3.D 4.D5.（1）光能变为活跃的化学能 增加 细胞质基质（2）增加 叶肉细胞失水（失水增加）（3）能6. （1）0.8 （2）偏低      植物同时进行呼吸作用，消耗了部分氧气  （3）暗    （4）在上述条件下，光照不是限制光合作用速率的主要因素，而温度才是限制光合作用速率的主要因素（其他合理答案也给分）7.（1）黑瓶中生物呼吸耗氧，植物不能光合作用产生氧气 6 （2）20 a （3）减少 增多 （4）8 78. 9.（1）逐渐降低  C02的浓度逐渐降低 （2）植物的光合作用强度大于呼吸作用强度 2510. （1）适宜浓度的NaOH 遮光（2）不移动 细胞质基质、线粒体、叶绿体 （3）2 （4）气压、温度等物理膨胀因素1.析：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，下午4时开始遮光处理M小时,呼吸作用干物质量：（y一z）克。已知：测得叶片的叶绿体光合作用速率=(3y一2zx)6 g·cm-2·h-1 ， 据真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率，得出：（3y一2zx)6 = （y一x）/ 6 + （y一z）/ M ，计算出M = 3小时 ，A选项正确。