高中生物：光合速率測定方法的歸類

　　一、液滴移動法

　　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的提供不會改變原裝置中的氣體壓強，但產(chǎn)生的O2會增加裝置中的氣體壓強。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方向和距離，可以判斷出光合作用強度的大小。該方法通過測定單位時間內(nèi)植物釋放的氧氣量表示光合作用速率，因此測定的是凈光合速率。如果要計算總光合速率，還應(yīng)將該裝置放在遮光條件下測出呼吸速率。

　　例1  下圖中甲為測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)紅色液滴的移動距離測得。在不同強度的光照條件下，測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)記實驗開始時毛細(xì)刻度管中液滴所在位置。實驗時，當(dāng)光照強度由0漸變?yōu)?.5千勒克斯時（不同光照強度照射的時間均等），液滴所在位置應(yīng)在實驗初始標(biāo)記的           _______位置處。

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

　　（3）為了防止無關(guān)因子對實驗結(jié)果的干擾，本實驗還應(yīng)設(shè)置對照實驗，對照實驗裝置與實驗組裝置的區(qū)別是______________                。如果對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，則實驗測得的數(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)光強在0至2.5之間變化時，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，當(dāng)光強度增至2.5千勒克司時，紅色液滴才停止向左移動。

　　（2）光照強度為15千勒克斯時，植物1小時凈光合作用放出的氣體量為150 mL，同時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）對照實驗中，應(yīng)該放置經(jīng)過消毒的死葉片，對照實驗刻度管中的紅色液滴向右移動的距離，是環(huán)境因素（如溫度變化等）對實驗的影響。

　　（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）對實驗的影響  （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)在相同時間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少（或者葉片全部上浮所需時間的長短），即能比較光合作用的強弱。

　　例2  下面甲圖為研究光合作用的實驗裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個葉圓片，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，測量每個培養(yǎng)皿中葉圓片上浮至液面所用的平均時間(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間

　　C．在c點以后，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，所以整個實驗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)本實驗原理可知，葉圓片上浮的時間可表示光合作用強度，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 錯誤。在bc段，單獨增加光照或溫度，都可以縮短葉圓片上浮的時間，但增加 NaHCO3溶液濃度則不能，故B項錯誤。實驗中，光合作用可以釋放氧氣，故D項錯誤。

　　答案：C

　　三、半葉稱重法

　　將對稱葉片左側(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  測定植物光合作用強度常采用“半葉法”：將若干處于正常生活狀態(tài)的植物對稱葉片的一半剪下，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，光照一段時間后，在A、B的對應(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)，然后計算植物光合作用強度（單位mg/dm2．h），請結(jié)合以上內(nèi)容回答相關(guān)問題

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

　　（2）光照4小時后，將同一葉片的A、B兩部分按對應(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方形葉塊，分別烘干至恒重，記錄為WA、WB，若ΔW＝WB-WA，取多個葉片求ΔW的平均值，則ΔW表示________，假設(shè)每次截取的葉片面積為d，每次光照時間為t，則植物光合作用強度可以表示為________。

　　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鹽；韌皮部中主要有篩管和韌皮纖維，而篩管有輸送有機物的作用。

　　（2）重點理解干重差的含義。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際光合作用中制造的有機物量，即總光合作用。

　　答案：（1）運出葉片　從其他部位運入葉片面　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小時內(nèi)光合作用合成的有機量　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，設(shè)計了如下操作：①取三個相同的透明玻璃瓶標(biāo)號a、b、c，并將a用不透光黑布包扎起來；②將a、b、c三個瓶子均在湖中X深度取滿水，并測定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小時后取出；④測定a、b兩瓶中水的溶氧量，三個瓶子的測量結(jié)果如圖所示。關(guān)于24小時內(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。假定在整個實驗過程中溫度不變，葉片內(nèi)有機物不向其他部位轉(zhuǎn)移。以下分析正確的是：（     ）

　　A．三個葉圓片的質(zhì)量大小關(guān)系一定是z＞x＞y

　　B．葉圓片Z在4小時內(nèi)的有機物積累量為(z-x-2y)g

　　C．葉圓片Z在后2小時內(nèi)的有機物制造量為(z+x-2y)g

　　D．整個實驗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（     ）

　　Ａ．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驗示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶內(nèi)的二氧化碳濃度，該裝置置于20℃環(huán)境中。實驗開始時，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)上述實驗，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際光合速率是      mL/h。

　　答案：（1）不需要     （2）1.2    （3）1.4