浙江省龙游中学 一轮复习：夯实基础，突破难点
微专题：光合速率的测定方法
一、 “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 例题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）。 请分析回答下列问题：
（1）可用什么方法阻止两部分叶片的物质和能量转移？
（2）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。 （3）若M＝MB－MA，则M表示___________________________________。 （4）总光合速率的计算方法是 。 （5）本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。
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，测得叶片的叶绿体真正光合作用速率=（3y-2z-x）／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
变式训练2：在同天时间里，从经过暗处理的植物的同一叶片上陆续取下面积相同的叶圆片，称取其质量，实验情况如图所示，在不考虑叶片内有机物向其他部位转移的情况下进行分析，其中错误的是（ ）
A.叶圆片y比叶圆片x重
B.（y－x）g可代表从上午10时到下午4时有机物的净增加量
C.在下午4时至晚上10时这段时间内，细胞呼吸消耗有机物的量可表示为（y－z）g D.假设全天温度保持不变，则从上午10时到下午4时，一个叶圆片制造的有机物为（y－x）g
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叶圆片称重法：S为叶圆片面积
∵净光合速率＝（z－y）/2S 呼吸速率＝（x－y）/2S
∴总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（x＋z－2y）/2S。
二、液滴移动法-测光合作用O2产生（或CO2消耗）的体积
例题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）。
①测定植物的呼吸速率：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。
②测定植物的净光合速率：装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；1小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得Y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：
变式训练1：下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。
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（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。
三、“黑白瓶法”-测溶氧量的变化
黑白瓶法：常用于水中生物光合速率的测定。黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用，所以呼吸作用量＝黑瓶中溶解氧的变化。白瓶既能光合作用又能呼吸作用，所以净光合作用量＝白瓶中溶解氧的变化。总光合量＝白瓶中溶解氧的变化＋黑瓶中溶解氧的变化。
例题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：
（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。
（4）光照强度到达d时，随着光照强度的增加，白瓶中溶氧量不再增加，此时的性因素可能是__________________________。
变式训练1：下表是采用黑白瓶（不透光瓶－可透光瓶）测定夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度，并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是（ ） A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气为3 g/m3
B.水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原 C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体 D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用
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变式训练2：某同学研究甲湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内氧容量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是（ ）
A.24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶 B.24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶
C.24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是（k－v）mol/瓶 D.24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是（k－v）mol/瓶 四、叶片上浮法-定性比较光合作用强度的大小
叶片上浮法：利用“真空渗入法”排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少或者叶片全部上浮所需时间的长短，即能比较光合作用的强弱。
例题4：某校生物研究性学习小组通过下列实验，验证影响光合作用的因素。实验步骤： 第一步：用直径为1cm的打孔器打出叶圆片40片（避开大的叶脉），抽去其中的气体。 第二步：把抽去气体的叶圆片连同水倒入烧杯中放在黑暗处备用。 第三步：按下表所示条件进行实验（4只烧杯内叶圆片数目相等）。 第四步：观察记录实验结果。
分析回答下列问题：
（1）要观察并记录的实验结果是 。 （2）3号和4号烧杯的实验是研究 对光合作用强度的影响，1号和3号烧杯的实验、2号和号烧杯的实验依次是研究 和 对光合作用强度的影响。 （3）上述四个烧杯中，释放氧气最多的是 号烧杯。最先浮起叶片的是 号。 （4）除上述实验中影响光合作用的环境因素外，还有 等因素也对对光合作用有重要影响。
变式训练1：某实验小组将菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片（面积和质量相同），装入含蒸馏水的注射器中，排出叶片内的气体，使叶圆片下沉。然后将叶圆片分别放入不同浓度的NaHCO3溶液中进行实验（NaHCO3溶液为光合作用提供原料，且浓度变化对溶液pH的影响忽略不计，其他实验条件相同），观察第1片叶圆片上浮所需时间（min），结果如图。请回答：
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（1）当NaHCO3溶液浓度为1%～4%时，相同浓度下，幼叶上浮时间均比成熟叶长，可能是幼叶的光合作用能力比成熟叶________（填“强”或“弱”）。有人推测幼叶与成熟叶光合作用能力差异可能是叶片中光合色素的含量不同，为寻求证据，可以用________分别提取菠菜幼叶、成熟叶的色素，再用________法分离色素，观察并比较二者色素带的宽度及颜色深浅。
（2）在NaHCO3溶液浓度为0%的溶液中，叶圆片直至实验结束仍未上浮，其原因是缺乏NaHCO3直接影响光合作用的________阶段。当浓度超过5%，叶圆片也不上浮，最可能的原因是浓度过大，导致______________________。 （3）当NaHCO3溶液浓度为3%时，适当提高溶液温度，第一片叶圆片上浮时间延长，该现象不能表明提高后的温度已超过总光合作用的最适温度，请说明理由：______________________________。
五、CO2传感器检测法-测装置中CO2浓度的变化
例题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，如图1所示。相同温度下，在一段时间内测得结果绘制成曲线，如图2所示。
请据图回答：
（1）在60 min至120 min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60 min至120 min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________ppm/min。
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参
（1）可先在大叶脉基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理 （2）叶片初始质量 光合作用有机物的总产量
（3）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 （4）M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)
（5）将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
（1）不需要 （2） 1.2 （3）1.4
（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 （2）21 （3） a （4）温度或二氧化碳浓度
（1）烧杯内相同时间上浮的叶圆片数或叶圆片上浮所需的时间
（2）光照强度 温度 CO2浓度 （3）3 3 （4）水和无机盐
（1）弱 无水乙醇 纸层析
（2）暗反应 细胞渗透失水过多而死亡
（3）叶圆片上浮时间延长，只能表明净光合作用速率降低
（1）逐渐降低 CO2的浓度逐渐降低
（2）植物光合作用强度大于呼吸作用强度 25
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