生物第3單元 細胞的能量供應(yīng)和利用 拓展微課 光合速率的測定方法及計算

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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3-10-36(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的O2吸收速率,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的O2釋放速率,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,記錄紅色液滴移動的距離,計算呼吸速率。

2、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(yīng)設(shè)置對照實驗,即用死亡的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(jié)果進行校正?！镜漕}示導(dǎo)】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(shè)計了如圖3-10-37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(yīng)裝置準確測量的結(jié)果如下表所示,下列說法錯誤的是()圖3-10-37 組別實驗條件液滴移動(mL/h)光照強度(

3、lx)CO2濃度(%)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9.00A.1組中液滴左移的原因是植物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%

4、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)生氧氣量大于有氧呼吸消耗氧氣量,B錯誤;2組和3組相比,CO2濃度都為0.03%,光照強度分別是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。(

5、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?！镜漕}示導(dǎo)】2.2017山西四校聯(lián)考 某同學(xué)為研究某池塘(溶氧充足)中2米深處生物的光合作用和有氧呼吸,設(shè)計了黑白瓶實驗:取三個大小相同、體積適宜的透明玻璃瓶,

6、標號1、2、3,其中1號瓶用黑膠布和錫箔紙包住遮光。用三個瓶子在池塘2米深的相同位置取滿水,測3號瓶的溶氧量,記為a。然后將1、2號瓶放回取水處,24 h后取出,測1、2號瓶的溶氧量記作b、c。下列表述不正確的是()A.c-a可用來表示該處生物24 h的光合作用凈值B.c-b可用來表示該處生物24 h的光合作用總值C.如果沒有3號瓶,則不能測出該處生物24 h內(nèi)呼吸作用氧氣的消耗量D.如果沒有3號瓶,也可以計算出該處生物24 h內(nèi)光合作用產(chǎn)生的氧氣量答案 C解析 由題意可知,a-b為該處生物24 h呼吸作用消耗氧氣量,c-a為該處生物24 h凈光合作用的氧氣積累量,則總光合作用值=凈光合作用值

7、+呼吸作用值=c-a+a-b=c-b,因此A、B正確。如果沒有3號瓶,也可以測出該處生物24 h內(nèi)光合作用產(chǎn)生的氧氣量和呼吸作用消耗的氧氣量,先測量1、2號瓶剛?cè)〕鰰r的溶氧量,然后再測量24 h后1、2號瓶中的溶氧量,那么1號瓶溶氧量的差值就是呼吸作用消耗的氧氣量,2號瓶溶氧量的差值是光合作用凈產(chǎn)氧量,兩者相加為該處生物總光合作用產(chǎn)生的氧氣量,因此C錯誤,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,過一定

8、時間后,在這兩部分的對應(yīng)部位取同等面積的葉片,分別烘干稱重。因為對稱葉片的兩對應(yīng)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,超過部分即為光合作用產(chǎn)物的產(chǎn)量,并通過一定的計算可得到光合作用強度?！镜漕}示導(dǎo)】3.采用“半葉法”對番茄葉片的光合作用強度進行測定,其原理是將對稱葉片的一部分A遮光,另一部分B不做處理(如圖3-10-38所示),并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時后,在A、B的對應(yīng)部位截取相等面積的葉片(圖中虛線所示),烘干稱重,分別記為MA、MB,獲得相應(yīng)數(shù)據(jù),則可計算出該葉片的光合作用強度,其單位是mg/(dm2h)。若M=M

9、B-MA,則M表示 ()A.B葉片被截取部分在6小時內(nèi)光合作用合成的有機物總量B.B葉片被截取部分在6小時內(nèi)呼吸作用消耗的有機物總量C.B葉片被截取部分在6小時內(nèi)有機物凈積累量D.A葉片被截取部分在6小時內(nèi)呼吸作用消耗的有機物總量圖3-10-38答案 A解析 設(shè)在A、B的對應(yīng)部位截取相等面積的葉片的初始重量為E,由題意可知,MA=E-A葉片被截取部分6小時呼吸作用消耗的有機物總量,MB=E-A葉片被截取部分6小時呼吸作用消耗的有機物總量+B葉片被截取部分6小時光合作用制造的有機物總量,所以M=MB-MA=(E-A葉片被截取部分6小時呼吸作用消耗的有機物總量+B葉片被截取部分6小時光合作用合成的

10、有機物總量)-(E-A葉片被截取部分6小時呼吸作用消耗的有機物總量)=B葉片被截取部分6小時光合作用合成的有機物總量,A項正確,B、C、D三項錯誤。難點二交替光照與連續(xù)光照問題1.原理分析:光反應(yīng)和暗反應(yīng)在不同酶的催化作用下相對獨立進行,由于催化暗反應(yīng)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(yīng)的速率比暗反應(yīng)的快,光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP和H不能被暗反應(yīng)及時消耗掉。2.過程分析:持續(xù)光照,光反應(yīng)產(chǎn)生的大量的ATP和H不能被暗反應(yīng)及時消耗掉,暗反應(yīng)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利用光照時積累的光反應(yīng)的產(chǎn)物,持續(xù)進行一段時間的暗反應(yīng)。3

11、.結(jié)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?！镜漕}示導(dǎo)】4.對三株大小、長勢相同的植株分別進行如下處理:甲連續(xù)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,連續(xù)交替共10 h;丙先光照5 s,再在黑暗中放置5 s,連續(xù)交替共10 h。在其他條件相同的情況下,實驗結(jié)束時它們體內(nèi)有機物的含量是()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,光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和H還能維持暗反應(yīng)進行一小段時間,所以制造的有機物含量丙乙甲。難點三與光合速率有關(guān)的計算1.與光合速率有關(guān)的計算公式(1)光合作用實際產(chǎn)

12、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。2.有關(guān)植物生長的計算公式(1)光照條件下,凈光合速率0,植物因積累有機物而生長;凈光合速率=0,植物不能生長;凈光合速率黑暗時間呼吸速率,植物生長?！镜漕}示導(dǎo)】5.2017吉林九校模擬 如圖3-10-39所示,圖甲表示水稻的葉肉細胞在光照強度分別為A、B、C、D時,單位時間內(nèi)CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量的變化。圖乙表示藍藻光合速率與光照強度的關(guān)系,下列說法正確的是()

13、A.圖甲中,光照強度為B時,細胞光合速率等于呼吸速率B.圖甲中,光照強度為D時,單位時間內(nèi)細胞從周圍吸收2個單位的CO2C.圖乙中,當光照強度為X時,細胞中產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體D.圖乙中,限制E、F、G點光合作用速率的因素主要是光照強度圖3-10-39答案 B解析 分析圖甲可知,光照強度為B時,CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量相等,都為3單位,細胞呼吸釋放的CO2首先供應(yīng)葉綠體進行光合作用,剩余部分釋放到外界,說明此時細胞呼吸作用大于光合作用,A項錯誤;光照強度為D時,水稻葉肉細胞光合作用速率大于細胞呼吸速率,光照強度為A時,CO2釋放量可表示呼吸速率,則光照強度為D時,O2

14、產(chǎn)生總量為8單位,需要消耗的CO2量也為8單位,所以單位時間內(nèi)需從外界吸收的CO2量為2單位,B項正確;藍藻不含線粒體和葉綠體,C項錯誤;圖乙中,限制G點光合作用速率的因素不是光照強度,可能是二氧化碳濃度或溫度等,D項錯誤。6.2017湖南衡陽五校聯(lián)考 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3-10-40所示。在不考慮葉片內(nèi)有機物向其他部位轉(zhuǎn)移的情況下分析(實驗過程中光照適宜,溫度不變):(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

15、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。 圖3-10-40 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。(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,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,故葉圓片Y制造的有機物總量為(y-x)+(y

16、-z)=2y-x-z。跟蹤訓(xùn)練1.某生物小組以狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計了甲、乙、丙、丁四組實驗。各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定,每組處理的總時間均為135 s,具體處理方法和實驗結(jié)果如下表所示:組別處理方法光合作用產(chǎn)物的相對含量甲先光照后黑暗,時間各為67.5 s50%乙先光照后黑暗,光照和黑暗交替處理,每次光照和黑暗時間各為7.5 s70%丙先光照后黑暗,光照和黑暗交替處理,每次光照和黑暗時間各為3.75 ms(毫秒)94%丁光照時間為135 s100%下列相關(guān)敘述中,錯誤的是()A.光照相同的時間,甲組光合作用產(chǎn)物的相對含量少于丙組B.實驗表明,光合作用的某

17、些過程不需要光照,該過程發(fā)生于葉綠體基質(zhì)C.該實驗表明光合作用的暗反應(yīng)與光反應(yīng)無關(guān)D.實驗中葉綠體產(chǎn)生的ATP和H沒有被光照時的暗反應(yīng)全部消耗答案C解析 四組實驗中,甲、乙、丙三組的光照總時間都是67.5 s,而甲、乙、丙三組中光合作用產(chǎn)物的相對含量的排序是丙乙甲,A正確;實驗表明,光合作用的光反應(yīng)需要光照,暗反應(yīng)有光、無光都可以進行,暗反應(yīng)發(fā)生的場所是葉綠體基質(zhì),B正確;該實驗說明光反應(yīng)可以為暗反應(yīng)提供一些條件,C錯誤;實驗表明,調(diào)整光照后暗反應(yīng)還在短時間內(nèi)進行,因為光反應(yīng)產(chǎn)生的H和ATP在光照時沒有被暗反應(yīng)消耗完,D正確。2.取某種植物生長狀態(tài)一致的新鮮葉片,用打孔器將葉片打出若干圓片,將

18、圓片平均分成甲、乙、丙三組。甲組立即進行烘干處理并測得圓片干重為a,乙組保持濕潤且置于一個黑暗密閉裝置內(nèi),丙組保持濕潤且置于一個密閉裝置內(nèi)并給予適宜強度的光照。乙組和丙組其他條件一致,一小時后,測得乙裝置內(nèi)圓片干重為b,丙裝置內(nèi)圓片干重為c。下列敘述正確的是 ()A.c-a為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的真正光合速率B.c-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的凈光合速率C.a-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的呼吸速率D.實驗過程中,乙組圓片葉肉細胞呼吸速率保持恒定答案 C解析 c-a為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的凈光合速率;c-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的真正光合速率;a-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的呼吸速率;隨著乙裝置內(nèi)O2

19、濃度的下降,葉肉細胞呼吸速率也下降。3.將生長狀況相同的某種植物的葉片均分成4等份,在不同溫度下分別暗處理1 h,再光照1 h(光照強度相同),測其有機物變化,得到如圖3-10-41所示數(shù)據(jù)。下列說法正確的是 ()A.該植物在27 時生長最快,在29 和30 時不表現(xiàn)生長現(xiàn)象B.該植物呼吸作用和光合作用的最適溫度在所給的4個溫度中都是29 C.在27 、28 和29 時光合作用制造的有機物的量相等D.30 時光合作用制造的有機物量等于呼吸作用消耗的有機物量,都是1 mg/h圖3-10-41 答案 B解析 暗處理后有機物減少量代表呼吸速率,4個溫度下分別為1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h

20、、1 mg/h,光照后與暗處理前相比有機物增加量代表1 h光合作用制造有機物量和2 h呼吸作用消耗有機物量的差值,所以4個溫度下總光合速率(有機物制造量)分別為5 mg/h、7 mg/h、9 mg/h、3 mg/h。該植物在29 時生長最快,4個溫度下都表現(xiàn)生長現(xiàn)象;該植物在29 條件下制造的有機物量最多;該植物在30 條件下光合作用制造的有機物量為3 mg/h,呼吸作用消耗的有機物量為1 mg/h。4.2017吉林長春二模 用等體積的三個玻璃瓶甲、乙、丙,同時從某池塘水深0.5 m處的同一位置取滿水樣,立即測定甲瓶中的氧氣含量,并將乙、丙瓶密封后沉回原處。一晝夜后取出玻璃瓶,分別測定兩瓶中的

21、氧氣含量,結(jié)果如下表(不考慮化能合成作用)。下列有關(guān)分析,合理的是 ()A.丙瓶中浮游植物的細胞產(chǎn)生H的場所是線粒體內(nèi)膜B.在一晝夜內(nèi),丙瓶生物細胞呼吸消耗的氧氣量約為1.1 mgC.在一晝夜后,乙瓶水樣的pH比丙瓶的低D.在一晝夜內(nèi),乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用產(chǎn)生的氧氣量約為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,里面的浮游植物只進行呼吸作用,產(chǎn)生H的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì),A錯誤;在一晝夜內(nèi),丙瓶生物細胞呼吸消耗的氧氣量約為4.9-3.8=1.1 mg,B正確;乙瓶中由于浮游植物進行光合作用,故瓶中氧氣增多,二

22、氧化碳減少,而丙瓶生物只能消耗氧氣,釋放二氧化碳,因此乙瓶水樣的pH比丙瓶的高,C錯誤;在一晝夜內(nèi),乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用產(chǎn)生的氧氣量約為凈光合作用氧氣釋放量+呼吸作用消耗的氧氣量=5.6-4.9+1.1=1.8 mg,D錯誤。5.某實驗小組將玉米幼苗置于一密閉容器內(nèi),測定溫度對光合作用和細胞呼吸的影響(用容器內(nèi)CO2的變化量表示),結(jié)果如下表(“+”表示增加,“-”表示減少),下列說法正確的是()A.由表中數(shù)據(jù)可知,光合作用酶和細胞呼吸酶的最適溫度相同B.在適宜光照下,35 時光合速率小于呼吸速率C.由表可知,在適宜光照下,最有利于植物生長的溫度是30 D.在黑暗情況下,葉肉細胞內(nèi)無ATP

23、的形成溫度()1015202530354045適宜光照 -12 -17 -23 -26 -35 -26 -24 -15黑暗+6 +11 +18 +25 +35 +40 +32 +20答案 C解析 黑暗條件下,不同溫度下二氧化碳的數(shù)值表示不同溫度下的呼吸速率,而光照條件下的數(shù)值表示不同溫度下的凈光合作用數(shù)值。由表中數(shù)據(jù)可知,呼吸作用酶的最適溫度為35 ,光合作用(凈光合作用+呼吸作用)酶的最適溫度為30 ,故A錯誤;適宜光照下,35 時植物的光合作用速率為66,呼吸作用速率為40,光合速率大于呼吸速率,故B錯誤;根據(jù)表格可知,植物在30 下的凈光合作用速率最大,因此30 時最有利于植物的生長,故

24、C正確;黑暗時,葉肉細胞不進行光合作用,進行呼吸作用,有ATP的合成,故D錯誤。6.某研究小組做了如下實驗:在密閉的玻璃鐘罩內(nèi)測定玉米幼苗在不同溫度條件下凈光合速率(用植物的氧氣釋放量表示)的變化(注:不同溫度下該植物的呼吸速率是已知的,其他環(huán)境條件恒定不變),實驗結(jié)果如下表。請分析回答下列問題:(1)該實驗的自變量是,無關(guān)變量是(至少寫出兩個)。(2)在溫度為45 時,植物體內(nèi)產(chǎn)生ATP的場所有。 處理溫度()202530354045凈光合速率(mol O2mm-2h-1)2.212.432.352.121.800呼吸速率(mol O2mm-2h-1)0.300.370.440.550.33

25、0.30(3)該植物真正光合作用的最適溫度(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用的最適溫度,真正光合速率與凈光合速率、呼吸速率之間的關(guān)系為(用關(guān)系式表示)。 (4)如果一晝夜之內(nèi),將該植物放置在實驗光照條件下和黑暗條件下各12 h,則在溫度為時,植物體內(nèi)積累的有機物最多。 答案 (1)溫度光照強度、二氧化碳濃度、植株的生理狀態(tài)等 (2)葉綠體類囊體薄膜、細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體 (3)小于真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率(其他答案合理亦可)(4)25解析 (1)據(jù)表分析可知,該實驗的自變量是溫度,因變量是凈光合速率,無關(guān)變量主要有光照強度和二氧化碳濃度等。(2)在溫度為45 時,凈光合速率為0,此時植物光合速率=呼吸速率,光合作用與呼吸作用此時都可以產(chǎn)生ATP,故植物體內(nèi)產(chǎn)生ATP的場所有葉綠體類囊體薄膜、細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。(3)題表中真正光合作用的最適溫度為25 ,呼吸作用的最適溫度為35 ,該植物真正光合作用的最適溫度小于呼吸作用的最適溫度,且真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。(4)一晝夜之內(nèi),將該植物放置在題述實驗的光照條件和黑暗條件下各12 h,則在凈光合速率與呼吸速率之差最大時,植物體內(nèi)積累有機物最多,據(jù)表分析,25 時該值最大。