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，在密封的試管內放一新鮮葉片和二氧化碳緩沖液，試管內氣體體積的變化可根據毛細刻度管內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）標記實驗開始時毛細刻度管中液滴所在位置。實驗時，當光照強度由0漸變?yōu)?.5千勒克斯時（不同光照強度照射的時間均等），液滴所在位置應在實驗初始標記的           _______位置處。

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

　�。�3）為了防止無關因子對實驗結果的干擾，本實驗還應設置對照實驗，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)據指標是                         _____________________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，因此產生的氣體量為200 mL。

　�。�3）對照實驗中，應該放置經過消毒的死葉片，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  （2）200  （3）新鮮葉片改為經消毒的死葉片  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胞間積累，結果使原來下沉的葉片上浮。根據在相同時間內上浮葉片數(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溶液濃度的關系。有關分析正確的是(　  )

　　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，使葉肉細胞失水而導致代謝水平下降

　　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行呼吸作用

　　解析：解答本題的關鍵是理解影響光合作用的因素。據本實驗原理可知，葉圓片上浮的時間可表示光合作用強度，兩者呈負相關。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

　　將對稱葉片左側遮光右側曝光，并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠种�間的物質和能量的轉移。在適宜光照下照射一段時間后，從兩側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），在光下進行光合作用，光照一段時間后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，獲得相應數(shù)據，然后計算植物光合作用強度（單位mg/dm2．h），請結合以上內容回答相關問題

　�。�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。

　�。�2）光照4小時后，將同一葉片的A、B兩部分按對應部位疊在一起，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）木質部的結構主要有導管和木纖維組成，而導管是負責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）只進行呼吸作用，質量減少。光葉（B）既進行光合作用也進行呼吸作用，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　水和礦質元素的供應  （2）光照下的葉片被截取部分在4小時內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  一同學研究某湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸時，設計了如下操作：①取三個相同的透明玻璃瓶標號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，三個瓶子的測量結果如圖所示。關于24小時內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．光合作用產生的氧氣量為（k-w）mol/瓶

　　B．光合作用產生的氧氣量為（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行有氧呼吸，不能進行光合作用，瓶中氧氣消耗，消耗量為（w-v）mol/瓶；b瓶既進行有氧呼吸有進行光合作用，a和b兩瓶有氧呼吸強度相等，則光合作用產生氧氣量為（k-v）mol/瓶。

　　答案：B

　　鞏固練習

　　1  從沒有經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，葉片內有機物不向其他部位轉移。以下分析正確的是：（     ）

　　A．三個葉圓片的質量大小關系一定是z＞x＞y

　　B．葉圓片Z在4小時內的有機物積累量為(z-x-2y)g

　　C．葉圓片Z在后2小時內的有機物制造量為(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，結果如下表，請據表分析，該池塘一晝夜生產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驗示意圖，裝置中的碳酸氫鈉溶液可維持瓶內的二氧化碳濃度，該裝置置于20℃環(huán)境中。實驗開始時，針筒的讀數(shù)是0.2mL，毛細管內的水滴在位置X。20min后，針筒的容量需要調至0.6mL的讀數(shù)，才能使水滴仍維持在位置X處。據此回答下列問題：

　�。�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