高中生物：光合速率測(cè)定方法的歸類

　　一、液滴移動(dòng)法

　　密閉透光小室中放入NaHCO3緩沖液，可維持裝置中的CO2濃度。裝置中的CO2緩沖液（或NaHCO3溶液）就起到了提供CO2的作用。CO2的提供不會(huì)改變?cè)�裝置中的氣體壓強(qiáng)，但產(chǎn)生的O2會(huì)增加裝置中的氣體壓強(qiáng)。氧氣總變化量=光合作用釋放的氧氣量－呼吸作用吸收的氧氣量，因此根據(jù)裝置中紅液滴的移動(dòng)方向和距離，可以判斷出光合作用強(qiáng)度的大小。該方法通過測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)植物釋放的氧氣量表示光合作用速率，因此測(cè)定的是凈光合速率。如果要計(jì)算總光合速率，還應(yīng)將該裝置放在遮光條件下測(cè)出呼吸速率。

　　例1  下圖中甲為測(cè)定光合作用速率的裝置，在密封的試管內(nèi)放一新鮮葉片和二氧化碳緩沖液，試管內(nèi)氣體體積的變化可根據(jù)毛細(xì)刻度管內(nèi)紅色液滴的移動(dòng)距離測(cè)得。在不同強(qiáng)度的光照條件下，測(cè)得的氣體體積如圖乙所示，并假定植物葉片的呼吸速率不變。

　　（1）標(biāo)記實(shí)驗(yàn)開始時(shí)毛細(xì)刻度管中液滴所在位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)光照強(qiáng)度由0漸變?yōu)?.5千勒克斯時(shí)（不同光照強(qiáng)度照射的時(shí)間均等），液滴所在位置應(yīng)在實(shí)驗(yàn)初始標(biāo)記的           _______位置處。

　　（2）在圖乙中，光照強(qiáng)度為15千勒克斯時(shí)，植物1小時(shí)光合作用產(chǎn)生的氣體量為_______毫升（假設(shè)隨光照的增強(qiáng)，植物體的溫度不變）。

　�。�3）為了防止無關(guān)因子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，本實(shí)驗(yàn)還應(yīng)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)照實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)組裝置的區(qū)別是______________                。如果對(duì)照組在相同光照情況下，刻度管中的紅色液滴向右移了5毫米，其原因                                    。?

　　（4）如果將試管中的CO2緩沖液改為水，則實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)指標(biāo)是                         _____________________值。

　　解析：（1）CO2因緩沖液的存在，體積保持不變。氣體體積的變化是由于O2引起的。當(dāng)光強(qiáng)在0至2.5之間變化時(shí)，光合作用釋放的氧氣量小于呼吸作用吸收的氧氣量，故液滴一直向左移動(dòng)，當(dāng)光強(qiáng)度增至2.5千勒克司時(shí)，紅色液滴才停止向左移動(dòng)。

　　（2）光照強(qiáng)度為15千勒克斯時(shí)，植物1小時(shí)凈光合作用放出的氣體量為150 mL，同時(shí)被自己呼吸作用消耗的氣體量為50 mL，因此產(chǎn)生的氣體量為200 mL。

　�。�3）對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該放置經(jīng)過消毒的死葉片，對(duì)照實(shí)驗(yàn)刻度管中的紅色液滴向右移動(dòng)的距離，是環(huán)境因素（如溫度變化等）對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

　　（4）如果將試管中的CO2緩沖液改為水，密閉試管中氣體的變化量為氧氣釋放量與二氧化碳吸收量的差值。

　　答案：（1）左側(cè)  （2）200  （3）新鮮葉片改為經(jīng)消毒的死葉片  環(huán)境因素（如溫度變化等）對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響  （4）二氧化碳釋放量與氧氣吸收量的差

　　二、圓片上浮法

　　利用真空滲入法排除葉肉細(xì)胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉于水中。在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在細(xì)胞間積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時(shí)間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少（或者葉片全部上浮所需時(shí)間的長(zhǎng)短），即能比較光合作用的強(qiáng)弱。

　　例2  下面甲圖為研究光合作用的實(shí)驗(yàn)裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個(gè)葉圓片，再用氣泵抽出氣體直至葉片沉入水底，然后將等量的葉圓片轉(zhuǎn)至含有不同濃度的NaHCO3溶液中，給予一定的光照，測(cè)量每個(gè)培養(yǎng)皿中葉圓片上浮至液面所用的平均時(shí)間(見圖乙)，以研究光合作用速率與NaHCO3溶液濃度的關(guān)系。有關(guān)分析正確的是(　  )

　　A．在ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸減小

　　B．在bc段，單獨(dú)增加光照或溫度或NaHCO3溶液濃度，都可以縮短葉圓片上浮的時(shí)間

　　C．在c點(diǎn)以后，因NaHCO3溶液濃度過高，使葉肉細(xì)胞失水而導(dǎo)致代謝水平下降

　　D．因配制的NaHCO3溶液中不含氧氣，所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中葉圓片不能進(jìn)行呼吸作用

　　解析：解答本題的關(guān)鍵是理解影響光合作用的因素。據(jù)本實(shí)驗(yàn)原理可知，葉圓片上浮的時(shí)間可表示光合作用強(qiáng)度，兩者呈負(fù)相關(guān)。在ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸增大，故A項(xiàng) 錯(cuò)誤。在bc段，單獨(dú)增加光照或溫度，都可以縮短葉圓片上浮的時(shí)間，但增加 NaHCO3溶液濃度則不能，故B項(xiàng)錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)中，光合作用可以釋放氧氣，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

　　答案：C

　　三、半葉稱重法

　　將對(duì)稱葉片左側(cè)遮光右側(cè)曝光，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠种�間的物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射一段時(shí)間后，從兩側(cè)截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為a（遮光）和b（曝光），則b-a所代表的是總光合量。

　　例3  測(cè)定植物光合作用強(qiáng)度常采用“半葉法”：將若干處于正常生活狀態(tài)的植物對(duì)稱葉片的一半剪下，用濕紗布包裹放于黑暗處（記為A），另一半則留在植株上（記為B），在光下進(jìn)行光合作用，光照一段時(shí)間后，在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算植物光合作用強(qiáng)度（單位mg/dm2．h），請(qǐng)結(jié)合以上內(nèi)容回答相關(guān)問題

　�。�1）對(duì)葉片基部處理時(shí)，用刀片小心環(huán)剝實(shí)驗(yàn)葉片葉柄的韌皮部，但不能傷及木質(zhì)部，目的是使選定葉片中的有機(jī)物既不能________________，也不能________________，而且又不能影響________的供應(yīng)。

　�。�2）光照4小時(shí)后，將同一葉片的A、B兩部分按對(duì)應(yīng)部位疊在一起，在無粗葉脈處放上金屬模板，用刀片沿金屬模板的邊緣切下兩個(gè)方形葉塊，分別烘干至恒重，記錄為WA、WB，若ΔW＝WB-WA，取多個(gè)葉片求ΔW的平均值，則ΔW表示________，假設(shè)每次截取的葉片面積為d，每次光照時(shí)間為t，則植物光合作用強(qiáng)度可以表示為________。

　　解析：（1）木質(zhì)部的結(jié)構(gòu)主要有導(dǎo)管和木纖維組成，而導(dǎo)管是負(fù)責(zé)輸送水分和溶解在水中的無機(jī)鹽；韌皮部中主要有篩管和韌皮纖維，而篩管有輸送有機(jī)物的作用。

　　（2）重點(diǎn)理解干重差的含義。暗葉（A）只進(jìn)行呼吸作用，質(zhì)量減少。光葉（B）既進(jìn)行光合作用也進(jìn)行呼吸作用，其干重是凈積累的有機(jī)物量（總光合量－呼吸作用量），這樣光葉與暗葉的干重差就是實(shí)際光合作用中制造的有機(jī)物量，即總光合作用。

　　答案：（1）運(yùn)出葉片　從其他部位運(yùn)入葉片面　水和礦質(zhì)元素的供應(yīng)  （2）光照下的葉片被截取部分在4小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)量　ΔW/dt

　　四、黑白瓶法

　　黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用，所以呼吸作用量=黑瓶中溶解氧的變化。白瓶既能光合作用又能呼吸作用，所以凈光合作用量=白瓶中溶解氧的變化。真正光合量（總光合量）=白瓶中溶解氧的變化+黑瓶中溶解氧的變化。

　　例4  一同學(xué)研究某湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸時(shí)，設(shè)計(jì)了如下操作：①取三個(gè)相同的透明玻璃瓶標(biāo)號(hào)a、b、c，并將a用不透光黑布包扎起來；②將a、b、c三個(gè)瓶子均在湖中X深度取滿水，并測(cè)定c瓶中水的溶氧量；③將a、b兩瓶密封后再沉入X深度水體中，24小時(shí)后取出；④測(cè)定a、b兩瓶中水的溶氧量，三個(gè)瓶子的測(cè)量結(jié)果如圖所示。關(guān)于24小時(shí)內(nèi)X深度水體中生物光合作用和有氧呼吸情況的分析正確的是（   ）

　　A．光合作用產(chǎn)生的氧氣量為（k-w）mol/瓶

　　B．光合作用產(chǎn)生的氧氣量為（k-v）mol/瓶

　　C．有氧呼吸消耗的氧氣量為（k-v）mol/瓶

　　D．有氧呼吸消耗的氧氣量為v mol/瓶

　　解析：根據(jù)題意可知，c瓶中的含氧含量即為初始含氧量，a瓶包裹黑膠布則只能進(jìn)行有氧呼吸，不能進(jìn)行光合作用，瓶中氧氣消耗，消耗量為（w-v）mol/瓶；b瓶既進(jìn)行有氧呼吸有進(jìn)行光合作用，a和b兩瓶有氧呼吸強(qiáng)度相等，則光合作用產(chǎn)生氧氣量為（k-v）mol/瓶。

　　答案：B

　　鞏固練習(xí)

　　1  從沒有經(jīng)過饑餓處理的植物的同一葉片上陸續(xù)取下面積、厚薄相同的葉圓片，稱其干重。假定在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中溫度不變，葉片內(nèi)有機(jī)物不向其他部位轉(zhuǎn)移。以下分析正確的是：（     ）

　　A．三個(gè)葉圓片的質(zhì)量大小關(guān)系一定是z＞x＞y

　　B．葉圓片Z在4小時(shí)內(nèi)的有機(jī)物積累量為(z-x-2y)g

　　C．葉圓片Z在后2小時(shí)內(nèi)的有機(jī)物制造量為(z+x-2y)g

　　D．整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中呼吸速率可表示為(x-y)g/4h

　　答案：C

　　2  采用黑—白瓶（不透光—可透光瓶）法測(cè)定池塘群落各深度日代謝的平均氧濃度變化，結(jié)果如下表，請(qǐng)據(jù)表分析，該池塘一晝夜生產(chǎn)氧氣和消耗氧氣量分別是（     ）

　�。粒�5、7          B．8、7           C．8、11           D．5、11

　　答案：B

　　3  下圖是探究綠色植物光合作用速率的實(shí)驗(yàn)示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶?jī)?nèi)的二氧化碳濃度，該裝置置于20℃環(huán)境中。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，針筒的讀數(shù)是0.2mL，毛細(xì)管內(nèi)的水滴在位置X。20min后，針筒的容量需要調(diào)至0.6mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在位置X處。據(jù)此回答下列問題：

　　（1）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量清水，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，20min后，要使水滴維持在位置X處，針筒的容量         （需向左/需向右/不需要）調(diào)節(jié)。

　�。�2）若以釋放出的氧氣量來代表光合作用速率，該植物的光合作用速率是     mL/h。

　　（3）若將圖中的碳酸氫鈉溶液換成等量濃氫氧化鈉溶液，在20℃、無光條件下，30min后，針筒的容量需要調(diào)至0.1mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在X處。則在有光條件下該植物的實(shí)際光合速率是      mL/h。

　　答案：（1）不需要     （2）1.2    （3）1.4