生物第3单元 细胞的能量供应和利用 拓展微课 光合速率的测定方法及计算.ppt

拓展微课　光合速率的测定方法及计算专题讲解难点一　测定光合速率的常用方法1.利用液滴移动测定光合速率(1)实验装置　图3-10-36(2)测定原理①在黑暗条件下,甲装置中的植物只进行细胞呼吸,由于 NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率,可代表呼吸速率②在光照条件下,乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率③真光合速率=净光合速率+呼吸速率　(3)测定方法①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真光合速率4)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素引起误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正　【典题示导】1.为探究CO2浓度和光照强度对植物光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图3-10-37所示的实验装置若干组,利用CO2缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定,在室温25 ℃时进行了一系列的实验,对相应装置准确测量的结果如下表所示,下列说法错误的是(　　)　图3-10-37 组别实验条件液滴移动(mL/h)光照强度(lx)CO2浓度(%)100.05左移2.2428000.03右移6.00310000.03右移9.00410000.05右移11.20515000.05右移11.20615000.03右移9.00　A.1组中液滴左移的原因是植物有氧呼吸消耗了氧气B.6组中液滴右移的原因是植物光合作用产生氧气量小于有氧呼吸消耗氧气量C.与3组比较可知,限制2组液滴移动的主要环境因素是光照强度D.与4组比较可知,限制3组液滴右移的主要环境因素是CO2浓度[答案] B[解析] 1组中没有光照,液滴向左移2.24 mL/h,说明植物呼吸作用消耗了密闭小室内的氧气,A正确;6组在光照强度为1500 lx,CO2浓度为0.03%时,既进行光合作用又进行呼吸作用,液滴向右移动9.00 mL/h,说明植物光合作用产生氧气量大于有氧呼吸消耗氧气量,B错误;2组和3组相比,CO2浓度都为0.03%,光照强度分别是800 lx和1000 lx,故限制2组液滴移动的主要环境因素是光照强度,C正确;3组和4组相比,光照强度都为1000 lx,CO2浓度分别是0.03%和0.05%,故限制3组液滴移动的主要环境因素是CO2浓度,D正确。

　2.利用黑白瓶法测定水生植物的光合速率(1)测定原理:黑瓶不透光,瓶中生物仅能进行呼吸作用;白瓶透光,瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用因此,光合作用产生氧气量=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量2)测定方法:取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c,将a先包以黑胶布,再包以锡箔用a、b、c三瓶从待测水体深度相同位置取水,测定c瓶中的氧气含量将a瓶、b瓶密封后再沉入取水处,24小时后取出,测定两瓶中的氧气含量　(3)计算规律规律1:有初始值的情况下,黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量;白瓶中氧气的增加量为净光合作用量;两者之和为总光合作用量规律2:在没初始值的情况下,白瓶中测得的氧气现有量与黑瓶中测得的氧气现有量之差即为总光合作用量　【典题示导】2.[2017·山西四校联考] 某同学为研究某池塘(溶氧充足)中2米深处生物的光合作用和有氧呼吸,设计了黑白瓶实验:取三个大小相同、体积适宜的透明玻璃瓶,标号1、2、3,其中1号瓶用黑胶布和锡箔纸包住遮光用三个瓶子在池塘2米深的相同位置取满水,测3号瓶的溶氧量,记为a然后将1、2号瓶放回取水处,24 h后取出,测1、2号瓶的溶氧量记作b、c下列表述不正确的是(　　)A.c-a可用来表示该处生物24 h的光合作用净值B.c-b可用来表示该处生物24 h的光合作用总值C.如果没有3号瓶,则不能测出该处生物24 h内呼吸作用氧气的消耗量D.如果没有3号瓶,也可以计算出该处生物24 h内光合作用产生的氧气量　[答案] C[解析] 由题意可知,a-b为该处生物24 h呼吸作用消耗氧气量,c-a为该处生物24 h净光合作用的氧气积累量,则总光合作用值=净光合作用值+呼吸作用值=c-a+a-b=c-b,因此A、B正确。

如果没有3号瓶,也可以测出该处生物24 h内光合作用产生的氧气量和呼吸作用消耗的氧气量,先测量1、2号瓶刚取出时的溶氧量,然后再测量24 h后1、2号瓶中的溶氧量,那么1号瓶溶氧量的差值就是呼吸作用消耗的氧气量,2号瓶溶氧量的差值是光合作用净产氧量,两者相加为该处生物总光合作用产生的氧气量,因此C错误,D正确　3.“半叶法”测定光合作用有机物的产生量(1)使用范围:检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量,常用于大田农作物的光合速率测定2)测定方法:在测定时,将植物对称叶片的一部分遮光或取下置于暗处,另一部分则留在光下进行光合作用,过一定时间后,在这两部分的对应部位取同等面积的叶片,分别烘干称重因为对称叶片的两对应部位的等面积的干重,开始时被视为相等,照光后的叶片重量超过黑暗中的叶重,超过部分即为光合作用产物的产量,并通过一定的计算可得到光合作用强度　【典题示导】3.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(如图3-10-38所示),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的对应部位截取相等面积的叶片(图中虚线所示),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)。

若M=MB-MA,则M表示 (　　)A.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B.B叶片被截取部分在6小时内呼吸作用消耗的有机物总量C.B叶片被截取部分在6小时内有机物净积累量D.A叶片被截取部分在6小时内呼吸作用消耗的有机物总量图3-10-38　[答案] A[解析] 设在A、B的对应部位截取相等面积的叶片的初始重量为E,由题意可知,MA=E-A叶片被截取部分6小时呼吸作用消耗的有机物总量,MB=E-A叶片被截取部分6小时呼吸作用消耗的有机物总量+B叶片被截取部分6小时光合作用制造的有机物总量,所以M=MB-MA=(E-A叶片被截取部分6小时呼吸作用消耗的有机物总量+B叶片被截取部分6小时光合作用合成的有机物总量)-(E-A叶片被截取部分6小时呼吸作用消耗的有机物总量)=B叶片被截取部分6小时光合作用合成的有机物总量,A项正确,B、C、D三项错误　难点二　交替光照与连续光照问题1.原理分析:光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行,由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的,因此在一般情况下,光反应的速率比暗反应的快,光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。

2.过程分析:持续光照,光反应产生的大量的ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉,暗反应限制了光合作用的速率,降低了光能的利用率但若光照、黑暗交替进行,则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物,持续进行一段时间的暗反应3.结论:在光照强度和光照时间不变的情况下,交替光照比连续光照制造的有机物相对较多　【典题示导】4.对三株大小、长势相同的植株分别进行如下处理:甲连续光照5 h,再在黑暗中放置5 h,共10 h;乙先光照1 h,再在黑暗中放置1 h,连续交替共10 h;丙先光照5 s,再在黑暗中放置5 s,连续交替共10 h在其他条件相同的情况下,实验结束时它们体内有机物的含量是 (　　)A.丙>乙>甲 B.甲=乙=丙￿C.丙>甲>乙 D.甲>乙>丙[答案] A[解析] 停止光照后,光反应产生的ATP和[H]还能维持暗反应进行一小段时间,所以制造的有机物含量丙>乙>甲　难点三　与光合速率有关的计算1.与光合速率有关的计算公式(1)光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼吸作用耗氧量2)光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳吸收量+呼吸作用二氧化碳释放量3)光合作用实际葡萄糖生产量=光合作用葡萄糖积累量+呼吸作用葡萄糖消耗量。

4)总光合量=净光合量+呼吸量　2.有关植物生长的计算公式(1)光照条件下,净光合速率>0,植物因积累有机物而生长;净光合速率=0,植物不能生长;净光合速率<0,植物不能生长,长时间处于此种状态,植物将死亡2)一昼夜,光照时间×净光合速率>黑暗时间×呼吸速率,植物生长　【典题示导】5.[2017·吉林九校模拟] 如图3-10-39所示,图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为A、B、C、D时,单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化图乙表示蓝藻光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是(　　)A.图甲中,光照强度为B时,细胞光合速率等于呼吸速率B.图甲中,光照强度为D时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2C.图乙中,当光照强度为X时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体D.图乙中,限制E、F、G点光合作用速率的因素主要是光照强度图3-10-39　[答案] B[解析] 分析图甲可知,光照强度为B时,CO2释放量和O2产生总量相等,都为3单位,细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用,剩余部分释放到外界,说明此时细胞呼吸作用大于光合作用,A项错误;光照强度为D时,水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率,光照强度为A时,CO2释放量可表示呼吸速率,则光照强度为D时,O2产生总量为8单位,需要消耗的CO2量也为8单位,所以单位时间内需从外界吸收的CO2量为2单位,B项正确;蓝藻不含线粒体和叶绿体,C项错误;图乙中,限制G点光合作用速率的因素不是光照强度,可能是二氧化碳浓度或温度等,D项错误。

　6.[2017·湖南衡阳五校联考] 从经过“饥饿”处理的某植物的同一叶片上陆续取下面积相同的叶圆片,称其干重,如图3-10-40所示在不考虑叶片内有机物向其他部位转移的情况下分析(实验过程中光照适宜,温度不变):(1)叶圆片Y比叶圆片X　　(填“轻”或“重”),原因是　 (2)在下午4时至晚上10时这段时间里,叶圆片Z的呼吸作用消耗量可表示为　g (3)如果实验过程中叶片的呼吸作用速率不变,则从上午10时到下午4时这段时间里,叶圆片Y制造的有机物的量可表示为　　　　g 图3-10-40 　[答案] (1)重　经过光照后叶片通过光合作用积累了有机物,重量增加     (2)y-z (3)2y-x-z[解析] (1)叶圆片Y经过了光合作用,积累了一些有机物,故实验中的叶圆片Y要比叶圆片X重2)下午4时至晚上10时,叶圆片Z的呼吸作用消耗量为y-z3)下午4时到晚上10时呼吸作用消耗的有机物的量是y-z,上午10时到下午4时的时间间隔和下午4时到晚上10时的时间间隔都是6个小时,可确定上午10时到下午4时一个叶圆片呼吸作用所消耗的有机物量也是y-z,故叶圆片Y制造的有机物总量为(y-x)+(y-z)=2y-x-z。

跟踪训练1.某生物小组以状态相同的某种植物为材料设计了甲、乙、丙、丁四组实验各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135 s,具体处理方法和实验结果如下表所示:　组别处理方法光合作用产物的相对含量甲　先光照后黑暗,时间各为67.5 s50%乙　先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5 s70%丙　先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)94%丁光照时间为135 s100%　下列相关叙述中,错误的是(　　)A.光照相同的时间,甲组光合作用产物的相对含量少于丙组B.实验表明,光合作用的某些过程不需要光照,该过程发生于叶绿体基质C.该实验表明光合作用的暗反应与光反应无关D.实验中叶绿体产生的ATP和[H]没有被光照时的暗反应全部消耗[答案]C[解析] 四组实验中,甲、乙、丙三组的光照总时间都是67.5 s,而甲、乙、丙三组中光合作用产物的相对含量的排序是丙>乙>甲,A正确;实验表明,光合作用的光反应需要光照,暗反应有光、无光都可以进行,暗反应发生的场所是叶绿体基质,B正确;该实验说明光反应可以为暗反应提供一些条件,C错误;实验表明,调整光照后暗反应还在短时间内进行,因为光反应产生的[H]和ATP在光照时没有被暗反应消耗完,D正确。

2.取某种植物生长状态一致的新鲜叶片,用打孔器将叶片打出若干圆片,将圆片平均分成甲、乙、丙三组甲组立即进行烘干处理并测得圆片干重为a,乙组保持湿润且置于一个黑暗密闭装置内,丙组保持湿润且置于一个密闭装置内并给予适宜强度的光照乙组和丙组其他条件一致,一小时后,测得乙装置内圆片干重为b,丙装置内圆片干重为c下列叙述正确的是 (　　)A.c-a为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率B.c-b为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率C.a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率D.实验过程中,乙组圆片叶肉细胞呼吸速率保持恒定　[答案] C[解析] c-a为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率;c-b为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率;a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率;随着乙装置内O2浓度的下降,叶肉细胞呼吸速率也下降3.将生长状况相同的某种植物的叶片均分成4等份,在不同温度下分别暗处理1 h,再光照1 h(光照强度相同),测其有机物变化,得到如图3-10-41所示数据下列说法正确的是 (　　)A.该植物在27 ℃时生长最快,在29 ℃和30 ℃时不表现生长现象B.该植物呼吸作用和光合作用的最适温度在所给的4个温度中都是29 ℃C.在27 ℃、28 ℃和29 ℃时光合作用制造的有机物的量相等D.30 ℃时光合作用制造的有机物量等于呼吸作用消耗的有机物量,都是1 mg/h图3-10-41 　[答案]   B[解析] 暗处理后有机物减少量代表呼吸速率,4个温度下分别为1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h、1 mg/h,光照后与暗处理前相比有机物增加量代表1 h光合作用制造有机物量和2 h呼吸作用消耗有机物量的差值,所以4个温度下总光合速率(有机物制造量)分别为5 mg/h、7 mg/h、9 mg/h、3 mg/h。

该植物在29 ℃时生长最快,4个温度下都表现生长现象;该植物在29 ℃条件下制造的有机物量最多;该植物在30 ℃条件下光合作用制造的有机物量为3 mg/h,呼吸作用消耗的有机物量为1 mg/h4.[2017·吉林长春二模] 用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙,同时从某池塘水深0.5 m处的同一位置取满水样,立即测定甲瓶中的氧气含量,并将乙、丙瓶密封后沉回原处一昼夜后取出玻璃瓶,分别测定两瓶中的氧气含量,结果如下表(不考虑化能合成作用)下列有关分析,合理的是 (　　)A.丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是线粒体内膜B.在一昼夜内,丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1 mgC.在一昼夜后,乙瓶水样的pH比丙瓶的低D.在一昼夜内,乙瓶中生产者实际光合作用产生的氧气量约为0.7 mg透光玻璃瓶甲 透光玻璃瓶乙 不透光玻璃瓶丙4.9 mg5.6 mg3.8 mg　[答案]   B[解析] 丙瓶不透光,里面的浮游植物只进行呼吸作用,产生[H]的场所有细胞质基质和线粒体基质,A错误;在一昼夜内,丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为4.9-3.8=1.1 mg,B正确;乙瓶中由于浮游植物进行光合作用,故瓶中氧气增多,二氧化碳减少,而丙瓶生物只能消耗氧气,释放二氧化碳,因此乙瓶水样的pH比丙瓶的高,C错误;在一昼夜内,乙瓶中生产者实际光合作用产生的氧气量约为净光合作用氧气释放量+呼吸作用消耗的氧气量=5.6-4.9+1.1=1.8 mg,D错误。

5.某实验小组将玉米幼苗置于一密闭容器内,测定温度对光合作用和细胞呼吸的影响(用容器内CO2的变化量表示),结果如下表(“+”表示增加,“-”表示减少),下列说法正确的是(　　)A.由表中数据可知,光合作用酶和细胞呼吸酶的最适温度相同B.在适宜光照下,35 ℃时光合速率小于呼吸速率C.由表可知,在适宜光照下,最有利于植物生长的温度是30 ℃D.在黑暗情况下,叶肉细胞内无ATP的形成温度(℃)1015202530354045适宜光照 -12 -17 -23 -26 -35 -26 -24 -15黑暗+6 +11 +18 +25 +35 +40 +32 +20　[答案]   C[解析] 黑暗条件下,不同温度下二氧化碳的数值表示不同温度下的呼吸速率,而光照条件下的数值表示不同温度下的净光合作用数值由表中数据可知,呼吸作用酶的最适温度为35 ℃,光合作用(净光合作用+呼吸作用)酶的最适温度为30 ℃,故A错误;适宜光照下,35 ℃时植物的光合作用速率为66,呼吸作用速率为40,光合速率大于呼吸速率,故B错误;根据表格可知,植物在30 ℃下的净光合作用速率最大,因此30 ℃时最有利于植物的生长,故C正确;黑暗时,叶肉细胞不进行光合作用,进行呼吸作用,有ATP的合成,故D错误。

6.某研究小组做了如下实验:在密闭的玻璃钟罩内测定玉米幼苗在不同温度条件下净光合速率(用植物的氧气释放量表示)的变化(注:不同温度下该植物的呼吸速率是已知的,其他环境条件恒定不变),实验结果如下表请分析回答下列问题:(1)该实验的自变量是　　　　,无关变量是　　　　　　　　　(至少写出两个)2)在温度为45 ℃时,植物体内产生ATP的场所有　　　　　　　　　  处理温度(℃)202530354045净光合速率(μmol O2·mm-2·h-1)2.212.432.352.121.800呼吸速率(μmol O2·mm-2·h-1)0.300.370.440.550.330.30(3)该植物真正光合作用的最适温度　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用的最适温度,真正光合速率与净光合速率、呼吸速率之间的关系为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用关系式表示)  (4)如果一昼夜之内,将该植物放置在实验光照条件下和黑暗条件下各12 h,则在温度为　　　　℃时,植物体内积累的有机物最多 　[答案] (1)温度　光照强度、二氧化碳浓度、植株的生理状态等   (2)叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质、线粒体    (3)小于　真正光合速率=净光合速率+呼吸速率(其他答案合理亦可)(4)25[解析] (1)据表分析可知,该实验的自变量是温度,因变量是净光合速率,无关变量主要有光照强度和二氧化碳浓度等。

2)在温度为45 ℃时,净光合速率为0,此时植物光合速率=呼吸速率,光合作用与呼吸作用此时都可以产生ATP,故植物体内产生ATP的场所有叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质和线粒体3)题表中真正光合作用的最适温度为25 ℃,呼吸作用的最适温度为35 ℃,该植物真正光合作用的最适温度小于呼吸作用的最适温度,且真正光合速率=净光合速率+呼吸速率4)一昼夜之内,将该植物放置在题述实验的光照条件和黑暗条件下各12 h,则在净光合速率与呼吸速率之差最大时,植物体内积累有机物最多,据表分析,25 ℃时该值最大。