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1、,拓展微課,光合速率的測定方法及計算,專題講解( 破難點,難點一測定光合速率的常用方法 1.利用液滴移動測定光合速率 (1)實驗裝置 圖W1-1,,,(2)測定原理 在黑暗條件下,甲裝置中的植物只進行細胞呼吸,由于 NaOH溶液吸收了細胞呼吸產(chǎn)生的CO2,所以單位時間內(nèi)紅色液滴左移的距離表示植物吸收O2的速率,可代表呼吸速率。 在光照條件下,乙裝置中的植物進行光合作用和細胞呼吸,由于NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定,所以單位時間內(nèi)紅色液滴右移的距離表示植物釋放O2的速率,可代表凈光合速率。 真光合速率=凈光合速率+呼吸速率。,(3)測定方法 將植物(甲裝置)置于黑暗中一定時間,記

2、錄紅色液滴移動的距離,計算呼吸速率。 將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間,記錄紅色液滴移動的距離,計算凈光合速率。 根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算得到真光合速率。 (4)物理誤差的校正:為防止氣壓、溫度等物理因素引起誤差,應設置對照實驗,即用死亡的相同大小的同種綠色植物分別進行上述實驗,根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。,例1為探究CO2濃度和光照強度對植物光合作用的影響,某興趣小組設計了如圖W1-2所示的實驗裝置若干組,利用CO2緩沖液維持密閉小室內(nèi)CO2濃度的相對恒定,在室溫25 時進行了一系列的實驗,對相應裝置準確測量的結果如下表所示,下列說法錯誤的是() 圖W1-2,,,

3、A.1組中液滴左移的原因是植物進行有氧呼吸消耗了氧氣 B.6組中液滴右移的原因是植物光合作用產(chǎn)生氧氣量小于有氧呼吸消耗氧氣量 C.與3組比較可知,限制2組液滴移動的主要環(huán)境因素是光照強度 D.與4組比較可知,限制3組液滴右移的主要環(huán)境因素是CO2濃度,,,,答案 B,解析 1組中沒有光照,液滴向左移2.24 mL/h,說明植物呼吸作用消耗了密閉小室內(nèi)的氧氣,A正確;6組在光照強度為1500 lx,CO2濃度為0.03%時,既進行光合作用又進行呼吸作用,液滴向右移動9.00 mL/h,說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量大于有氧呼吸消耗的氧氣量,B錯誤;2組和3組相比,CO2濃度都為0.03%,光照強度

4、分別是800 lx和1000 lx,故限制2組液滴移動的主要環(huán)境因素是光照強度,C正確;3組和4組相比,光照強度都為1000 lx,CO2濃度分別是0.03%和0.05%,故限制3組液滴移動的主要環(huán)境因素是CO2濃度,D正確。,2.利用黑白瓶法測定水生植物的光合速率 (1)測定原理:黑瓶不透光,瓶中生物僅能進行呼吸作用;白瓶透光,瓶中生物可進行光合作用和呼吸作用。因此,光合作用產(chǎn)生氧氣量=白瓶中氧氣增加量+黑瓶中氧氣減少量。 (2)測定方法:取三個相同的透明玻璃瓶a、b、c,將a先包以黑膠布,再包以錫箔。用a、b、c三瓶從待測水體深度相同位置取水,測定c瓶中的氧氣含量。將a瓶、b瓶密封后再沉入

5、取水處,24小時后取出,測定兩瓶中的氧氣含量。,,,,,,(3)計算規(guī)律 規(guī)律1:有初始值的情況下,黑瓶中氧氣的減少量為有氧呼吸量;白瓶中氧氣的增加量為凈光合作用量;兩者之和為總光合作用量。 規(guī)律2:在沒初始值的情況下,白瓶中測得的氧氣現(xiàn)有量與黑瓶中測得的氧氣現(xiàn)有量之差即為總光合作用量。,,,,,,例22018河北景縣模擬 下表是采用黑白瓶(不透光瓶可透光瓶)法測定夏季某池塘不同深度水體中,初始平均O2濃度與24小時后平均O2濃度的差值。下列有關分析正確的是(),,,,,A.水深1 m處白瓶中水生植物24小時產(chǎn)生的O2為3 g/m2 B.水深2 m處白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率

6、 C.水深3 m處白瓶中水生植物不進行光合作用 D.水深4 m處白瓶中藻類植物產(chǎn)生ATP的場所是葉綠體、細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體,,,,,,,,,,,,,答案 D,解析 根據(jù)題意可知,黑瓶中水生植物只能進行呼吸作用,白瓶中水生植物既能進行光合作用又能進行呼吸作用,在相同條件下培養(yǎng)一定時間,黑瓶中所測得的數(shù)據(jù)為正常的呼吸消耗量。由表中數(shù)據(jù)可知,在水深1 m處白瓶中水生植物24小時產(chǎn)生的O2為3+1.5=4.5g/m2,A錯誤。水深2 m處白瓶中水生植物光合速率為1.5+1.5=3.0 g/(m2d),呼吸速率為1.5 g/(m2d),B錯誤。水深3 m處白瓶中水生植物光合作用量等于呼吸作用量,即1.5

7、 g/m2,C錯誤。水深4 m處白瓶中藻類植物能進行光合作用和呼吸作用,故白瓶中藻類植物產(chǎn)生ATP的場所是葉綠體、細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體,D正確。,3.“半葉法”測定光合作用有機物的產(chǎn)生量 (1)使用范圍:檢測單位時間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量,常用于大田農(nóng)作物的光合速率測定。 (2)測定方法:在測定時,將植物對稱葉片的一部分遮光或取下置于暗處,另一部分則留在光下進行光合作用,過一段時間后,在這兩部分的對應部位取同等面積的葉片,分別烘干稱重。對稱葉片的兩對應部位的等面積的干重,開始時被視為相等,照光后的葉片重量超過黑暗中的葉重,超過部分即光合作用產(chǎn)物的產(chǎn)量,并通過一定的計算可得到光合作用有機物的產(chǎn)

8、生量。,,,,,,,例3某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做處理(如圖W1-3所示),并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉移。在適宜光照下照射6 h后,在A、B的對應部位截取同等面積的葉片,烘干稱重,分別記為MA、MB,獲得相應數(shù)據(jù),則可計算出該葉片的光合速率,其單位是mg/(dm2h)。請分析回答下列問題: 圖W1-3,,,,,(1)MA表示6 h后葉片初始質(zhì)量-呼吸作用有機物的消耗量;MB表示6 h后()+()-呼吸作用有機物的消耗量。 (2)若M=MB-MA,則M表示。 (3)真正光合速率的計算方法是。 (4)本方法也

9、可用于測定葉片的呼吸速率,寫出實驗設計思路。 。,,,,,,,,,答案(1)葉片初始質(zhì)量光合作用有機物的總產(chǎn)量 (2)B葉片被截取部分在6 h內(nèi)光合作用合成的有機物總量 (3)M除以時間再除以面積或M/(截取面積時間) (4)將從測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分開,一部分立即烘干稱重,另一部分在黑暗中保存幾小時后再烘干稱重,根據(jù)二者干重差即可計算出葉片的呼吸速率,,,,,解析 葉片A部分遮光,雖不能進行光合作用,但仍可照常進行呼吸作用。葉片B部分不做處理,既能進行光合作用,又可以進行呼吸作用。分析題意可知,MB表示6 h后葉片初始質(zhì)量+光合作用有機物的總產(chǎn)量-呼吸作用有機物的消耗量,MA

10、表示6 h后葉片初始質(zhì)量-呼吸作用有機物的消耗量,則MB-MA就是光合作用6 h內(nèi)有機物的總產(chǎn)量(B葉片被截取部分在6 h內(nèi)光合作用合成的有機物總量)。由此可計算真正光合速率,即M除以時間再除以面積。,難點二交替光照與連續(xù)光照問題 1.原理分析:光反應和暗反應在不同酶的催化作用下相對獨立進行,由于催化暗反應的酶的催化效率和數(shù)量都是有限的,因此在一般情況下,光反應的速率比暗反應的快,光反應的產(chǎn)物ATP和H不能被暗反應及時消耗掉。 2.過程分析:持續(xù)光照,光反應產(chǎn)生的大量的ATP和H不能被暗反應及時消耗掉,暗反應限制了光合作用的速率,降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替進行,則黑暗間隔有利于充分

11、利用光照時積累的光反應的產(chǎn)物,持續(xù)進行一段時間的暗反應,提高了光能的利用率。 3.結論:在光照強度和光照時間不變的情況下,交替光照比連續(xù)光照制造的有機物相對較多。,,,,例4研究人員以生長狀態(tài)相同的綠色植物為材料、在相同的條件下進行了四組實驗,其中D組連續(xù)光照T秒,A、B、C組依次縮小光照、黑暗的交替頻率如圖W1-4所示,每組處理的總時間均為T秒。比較各組結果,發(fā)現(xiàn)單位光照時間內(nèi)光合作用產(chǎn)物的相對含量從A到D依次越來越大。下列相關說法正確的是() 圖W1-4,,,,A.本實驗中光照強度是無關變量,故光照強度的改變不影響實驗組光合作用產(chǎn)物的相對含量 B.光照期間,光反應通過水的光解為暗反應提供

12、ATP和H C.實驗組黑暗變?yōu)楣庹諘r,光反應速率增加,暗反應速率變小 D.推測在某光照、黑暗的交替頻率上,單位光照時間內(nèi)光合作用產(chǎn)物的相對含量達到100%,,,,,,,,答案 D,解析 本實驗中溫度、光照強度和CO2濃度是無關變量,無關變量也是影響實驗結果的變量,只是人為控制相同而已,A錯誤;光照期間,光反應通過水的光解為暗反應提供H,ATP不是通過水的光解形成的,B錯誤;實驗組黑暗變?yōu)楣庹諘r,光反應、暗反應速率均增加,C錯誤;實驗結果表明,隨著光照和黑暗交替頻率的增加,可以使ATP和H及時被利用與及時再生,從而提高了光合作用中CO2的同化量,故隨著光照和黑暗交替頻率的增加,在某個頻率上單位光

13、照時間內(nèi)光合作用產(chǎn)物的相對含量達到100%,D正確。,難點三與光合速率有關的計算 1.光合作用實際產(chǎn)氧量=實測的氧氣釋放量+呼吸作用耗氧量。 2.光合作用實際二氧化碳消耗量=實測的二氧化碳吸收量+呼吸作用二氧化碳釋放量。 3.光合作用實際葡萄糖生產(chǎn)量=光合作用葡萄糖積累量+呼吸作用葡萄糖消耗量。 4.總光合量=凈光合量+呼吸量。,,,,例5某生物小組為探究溫度對某綠色植物光合速率與呼吸速率的影響進行了相關實驗,結果如圖W1-5所示。下列說法正確的是() 圖W1-5,,,,A.5 時,真光合速率約為呼吸速率的3倍 B.25 時,光合速率最大 C.30 時,增強光照,葉綠體內(nèi)C3的量會增多 D.

14、35 時,光照一段時間,植物體中干物質(zhì)量將減少,,,,,,,,答案 A,解析 題圖中的光照下吸收CO2量表示凈光合速率,黑暗中釋放CO2量表示呼吸速率,凈光合速率=真光合速率-呼吸速率。在5 時,凈光合速率為1.0 mgh-1,呼吸速率為0.5 mgh-1,真光合速率為1.5 mgh-1,真光合速率是呼吸速率的3倍,A項正確;25 時,光合速率約為3.7+2.2=5.9 mgh-1,30 時,光合速率約為3.5+3=6.5 mgh-1,因此25 時光合速率不是最大的,B項錯誤;30 時,增強光照,光反應產(chǎn)生的H和ATP增多,C3的還原過程加快,葉綠體內(nèi)C3的量會減少,C項錯誤;35 時,凈光合

15、速率大于零,因此光照一段時間,植物體中干物質(zhì)量將增加,D項錯誤。,例6從經(jīng)過“饑餓”處理的某植物的同一葉片上陸續(xù)取下面積相同的葉圓片,稱其干重,如圖W1-6所示。在不考慮葉片內(nèi)有機物向其他部位轉移的情況下分析(實驗過程中光照適宜,溫度不變): 圖W1-6,,,,請回答: (1)葉圓片Y比葉圓片X(填“輕”或“重”),原因是。 (2)在下午4時至晚上10時這段時間里,葉圓片Z的呼吸作用消耗量可表示為 g。 (3)如果實驗過程中葉片的呼吸作用速率不變,則從上午10時到下午4時這段時間里,葉圓片Y制造的有機物的量可表示為g。,,,,,,,,答案 (1)重經(jīng)過光照后葉片通過光合作用積累了有機物,重量

16、增加 (2)y-z (3)2y-x-z,解析 (1)葉圓片Y經(jīng)過了光合作用,積累了一些有機物,故實驗中的葉圓片Y要比葉圓片X重。(2)下午4時至晚上10時,葉圓片Z的呼吸作用消耗量為(y-z)g。(3)下午4時到晚上10時呼吸作用消耗的有機物的量是(y-z)g,上午10時到下午4時的時間間隔和下午4時到晚上10時的時間間隔都是6個小時,可確定上午10時到下午4時一個葉圓片呼吸作用所消耗的有機物量也是(y-z)g,故葉圓片Y制造的有機物總量為(y-x)+(y-z)=(2y-x-z)g。,,,跟蹤訓練 當堂清,1.取生長旺盛的天竺葵葉片,用打孔器打出小圓片若干并抽取葉片細胞內(nèi)空氣,均分后置于不同

17、濃度的NaHCO3溶液中,給予相同的一定強度光照,記錄圓葉片上浮至液面所需時間,其結果繪制的曲線如圖W1-7所示。下列相關敘述錯誤的是() 圖W1-7,,,,A.YZ段平緩的限制因素可能是光照強度 B.Y點比X點細胞內(nèi)的光合速率小 C.Z點后曲線上行,可能是葉片細胞失水所致 D.Y點時葉肉細胞產(chǎn)生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體,,,答案 B,解析 YZ段隨著NaHCO3溶液濃度的增加,圓葉片上浮到液面所需要的時間基本不變,說明限制因素不再是二氧化碳濃度,可能是光照強度或溫度等其他條件,故A正確;與X點相比,Y點時圓葉片上浮至液面所需時間短,產(chǎn)生O2的速率快,即光合速率大,故B錯誤;Z點后,N

18、aHCO3溶液濃度過高造成植物細胞失水,代謝速率減慢,故葉片上浮到液面所需要的時間延長,故C正確;Y點時葉肉細胞同時進行光合作用和細胞呼吸,因此產(chǎn)生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體,故D正確。,2.圖W1-8表示測定金魚藻光合作用強度的實驗密閉裝置,氧氣傳感器可監(jiān)測O2濃度的變化,下列敘述錯誤的是() 圖W1-8,,,,,,,,,,A.該實驗裝置可用于探究不同單色光對光合作用強度的影響 B.加入NaHCO3溶液的主要目的是吸收呼吸作用釋放的CO2 C.拆去濾光片,單位時間內(nèi)氧氣傳感器測到的O2濃度高于單色光下O2濃度 D.若將此裝置放在黑暗處,可測定金魚藻的呼吸作用強度,,,答案 B,解析 題

19、圖中裝置可以選用不同的濾光片,形成不同的單色光照射金魚藻,所以該實驗裝置可以用于探究不同單色光對光合作用強度的影響,A正確;加入NaHCO3溶液的主要目的是給金魚藻的光合作用提供CO2,B錯誤;去掉濾光片,單位時間內(nèi)金魚藻受到的光照強度增大,所以光合作用增強,產(chǎn)生的O2變多,C正確;將該裝置置于黑暗環(huán)境中,植物只能進行呼吸作用,可以通過O2的含量變化來測定金魚藻的呼吸作用強度,D正確。,3.2018湖南常德一中二模 某研究小組從當?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼?分裝于6對黑白瓶中,剩余的水樣測得初始溶解氧的含量為10 mg/L,白瓶為透明玻璃瓶,黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于6種不同的

20、光照條件下,24小時后,實測獲得6對黑白瓶中溶解氧的含量,記錄數(shù)據(jù)如下,以下說法不正確的是(),,,,,,,,,,A.若只考慮光照強度,該深度湖水中所有生物在晚上8 h內(nèi)呼吸消耗O2的量為7/3 mg B.光照強度為a klx時,該水層生物產(chǎn)氧量與生物耗氧量可維持動態(tài)平衡 C.當該水層中的溶氧量達到30 mg/L時,光照強度將不再成為限制溶氧量增加的主要因素 D.若將e klx光照下的白瓶置于b klx光照下,瓶中光合生物細胞的C3含量會增加,C5含量會減少,,,,,,,,,,,,答案 A,解析 黑瓶中溶解氧的含量降低為3 mg/L的原因是黑瓶沒有光照,植物不能進行光合作用產(chǎn)生氧,其中的生物呼

21、吸消耗氧氣,該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的O2量為初始溶解氧的含量-24小時后氧含量,即10-3=7 mg/(Ld),故該深度湖水中生物在晚上8 h內(nèi)呼吸消耗O2的量為7/3 mg/L,而計算所有生物氧氣消耗量,需乘以體積,A錯誤;光照強度為a klx時,白瓶中溶氧量不變,說明植物光合作用產(chǎn)生的氧剛好用于所有生物的呼吸作用消耗,故光照強度為a klx時,該水層生物產(chǎn)氧量與生物耗氧量可維持動態(tài)平衡,B正確;,,,由表中數(shù)據(jù)可知,當該水層中的溶氧量達到30 mg/L時,白瓶中含氧量不再增加,所以此時光照強度將不再成為限制溶氧量增加的主要因素,C正確;若將e klx光照下的白瓶置于b klx光照下,光

22、照減弱,光反應產(chǎn)生的H和ATP減少,C3的還原減慢,二氧化碳的固定繼續(xù)進行,所以瓶中光合生物細胞的C3含量會增加,C5含量會減少,D正確。,4.2018山西太原三模 某生物興趣小組為探究綠色植物的光合作用和呼吸作用,設計了如圖W1-9所示實驗裝置,請分析回答: 圖W1-9,,,,,,,,,,,,,,(1)甲和乙構成對照實驗,變量是,探究的是;甲和丙可構成一組對照實驗,實驗的變量是,可以證明。 (2)氧氣有的特性,甲裝置試管中收集的氣體可以使,說明綠色植物的光合作用釋放出氧氣。 (3)有同學利用甲裝置進行了進一步探究,實驗結果如下表:,,,,,,,,,,據(jù)實驗結果分析,得出的結論是。 據(jù)此結論

23、,若要提高大棚作物的產(chǎn)量,可以采取的措施是。 (4)利用丁裝置探究綠色植物的呼吸作用時,應對裝置進行處理。一段時間后,玻璃管中的紅墨水滴向(填“左”或“右”)移動。原因是 。,,,,,,,,,,,,答案(1)有無光照光照對金魚藻光合作用的影響有無植物在有光條件下氧氣是由綠色植物釋放出來的 (2)助燃帶火星的衛(wèi)生香復燃 (3)光照越強,光合作用越強適當增加光照強度 (4)遮光右在遮光時,葉片細胞呼吸作用消耗一定量的O2,而產(chǎn)生的CO2被10%NaOH溶液吸收了,5.2018廣東湛江二模 補光是指在自然光照條件下額外補充不同波長的光。為了探究補光對植物光合作用速率的影響,研究小組在溫度適宜的玻璃溫

24、室中,分別用三種強度相同的單色光對某植物進行補光實驗,補光時間為上午7:0010:00。結果如圖W1-10所示。 圖W1-10,,,,,,,請回答: (1)補光實驗時,采用適宜溫度的原因是。 (2)該實驗證明,自然光照下補充nm的光可以提高光合作用速率。 (3)10:00時光照突然停止,此時光合作用速率是否為0?;原因是。 (4)現(xiàn)有沉于清水底部的30片新鮮小圓葉片、飽和的碳酸氫鈉溶液,其他材料器具自選,欲探究不同濃度的CO2對光合作用強度的影響,請寫出實驗思路: 。,,,,,,,,,答案 (1)避免由于溫度不適影響植物光合作用速率 (2)450、680 (3)否光照停止,葉綠體中依然有積累

25、的ATP和H,暗反應繼續(xù)進行 (4)配制不同濃度的碳酸氫鈉溶液,分別加入等量的小圓葉片,給予相同的光照,一段時間后觀察、記錄小圓葉片上浮的數(shù)量,,,解析 (1)實驗中溫度是無關變量,為了在不同時間、不同波長的補光實驗中對植物光合速率不造成影響,要采用適宜且相同的溫度條件進行實驗。(2)對比曲線分析,與自然光照比較,補充450、680 nm的光可以提高光合作用速率,若采用580 nm的光進行補光實驗,植物光合速率反而更低。(3)10:00時光照突然停止,由于此時葉綠體內(nèi)還有一定量的ATP和H,所以葉綠體內(nèi)暗反應還可以繼續(xù)進行,光合作用合成有機物的速率不為0。(4)欲探究不同濃度的CO2對光合作用強度的影響,則首先應配制不同濃度的碳酸氫鈉溶液,以提供不同濃度的CO2,再選用相同數(shù)量的圓葉片放入不同濃度的碳酸氫鈉溶液,給予相同的光照,觀察、記錄相同時間內(nèi)圓葉片上浮的數(shù)量。,