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(共33张PPT)
光合速率和呼吸速率
测定方法总结
一个想法使用一次是一个技巧，经过多次的使用就可以成为一种方法。
——美国数学家乔治·波利亚
概念
光合速率指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量或者是O2的释放量；也可以用单位时间、单位叶面积干物质的积累量来表示。
真正光合速率（总光合速率）=净光合速率+呼吸速率
三者的常用表示方法：
理清净光合速率和真正光合速率内涵
在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实验容器中单位时间O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量，用于表示净光合速率，而真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
项目 表示方法（单位时间内）
净光合速率 ①“测定的”植物(叶片)吸收CO2量或“实验容器内”CO2的减少量；②“植物(叶片)”释放O2量或“容器内”O2的增加量；③植物(叶片)“积累”葡萄糖量或植物(叶片)质量(有机物)增加量
真正光合速率 ①叶绿体“吸收”CO2量；②叶绿体“释放”O2量；③植物或叶绿体“产生”葡萄糖量
呼吸速率(遮光条件下测得) 黑暗条件下，植物CO2释放量、O2吸收量、C6H12O6消耗量
通过曲线图分析总光合速率、净光合速
率与呼吸速率
的关系
曲线对应点 细胞生理活动 ATP产生场所 细胞或植物体外观表现 图示
A点 只进行细胞呼吸，不进行光合作用——呼吸速率 只在细胞质基质和线粒体 从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段(不含A、B点) 呼吸量＞光合量——净光合＜0 细胞质基质、线粒体、叶绿体 从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点 光合量＝呼吸量——净光合＝0 与外界不发生气体交换
B点之后 光合量＞呼吸量——净光合＞0 从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气
光合速率与植物生长
①当净光合速率＞0时，植物积累有机物而
生长；
②净光合速率＝0时，植物不能生长；
③净光合速率＜0时，植物不能生长，
长时间处于此种状态，植物将死亡。
曲线a：总光合强度
曲线b：呼吸强度
ab间差（a-b）：
净光合强度或干物质量
交点F：
光合强度＝呼吸强度
（此时净光合速率等于0，植物不能生长）
曲线c：净光合强度
曲线d：呼吸强度
c+d:总光合强度
交点G：
净光合强度＝呼吸强度
（此时植物仍能生长直
至曲线c与横轴相交使得
净光合量降为0时）
1.在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中四种主要乔木幼苗叶片的生理指标(见下表)，下列分析正确的是
物种指标 构树 刺槐 香樟 胡颓子
光补偿点(千勒克斯) 6 4 1.8 1.1
光饱和点(千勒克斯) 13 9 3.5 2.6
A.光照强度为1.1千勒克斯时，胡颓子的幼苗的净光合速率小于零
B.光照强度为10千勒克斯时，影响构树和刺槐幼苗光合速率的环境因素都有光照强度和CO2浓度
C.若将光照强度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗叶绿体中的C3会增加
D.光照强度大于13千勒克斯时，构树幼苗光合作用固定的CO2全部来自外界
答案：A
2.为探究影响光合速率的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是
A.此实验共有三个自变量：光照强度、施肥情况和土壤含水量
B.光照强度为800 lux是玉米在25 ℃条件下的光饱和点
C.在土壤含水量为40%～60%的条件下，施肥促进光合作用的效果明显
D.制约c点时光合作用
强度的因素主要是土
壤含水量
答案：B
1.测定组织细胞呼吸速率
(1)测定组织细胞呼吸速率的装置与原理
①装置
②指标：细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示。
③原理：组织细胞呼吸
作用吸收O2，释放CO2，
CO2被NaOH溶液吸收，
使容器内气体压强减小，
刻度管内的水滴左移。
单位时间内水滴左移的
体积即表示呼吸速率。
(2)物理误差的校正
①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。
③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。
注　用脂肪(或脂质)含量高的种
子，如油料种子做测定实验，则
水滴移动更明显(因其消耗O2量
更大)。
半叶法（遮盖法）
割主叶脉法
同位素标
记法
验证（探索）光合作用需
CO2并放O2、光强的影响
光合作用产生淀粉
验证（探索）光合
作用中物质的转变
打孔法（抽气法）
密封法
光质对光合作用的影响
分光法
可同时使用
一、干物质量的积累“半叶法”---测光合作用有机物的生产量，即单位时间、单位叶面积干物质积累数
例1 : 某研究小组用番茄进行光合作用实验，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，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a小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，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)。
问题：
（1）可用什么方法阻止两部分叶片
的物质和能量转移？
（2）a小时内上述B部位截取的叶片
光合作用合成有机物的总量（M）为__________。
可先在中央大叶脉基部用热水、或热石蜡液烫伤
M=MB-MA
例2 :如图，从经过饥饿处理的植物的同一叶片上陆续取下面积相同的叶圆片，称其干重。在不考虑叶片内有机物向其他部位转移的情况下分析。
（1）叶圆片y比叶圆片x＿＿＿（轻或重），原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
（2）（y－x）g可代表（ ）
A．呼吸作用消耗的养料 B．蒸腾作用散失的水分
C．光合作用中有机物的净增量 D．光合作用中有机物的制造量
（3）叶圆片Z比叶圆片y＿＿＿（轻或重），原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
（4）在下午4时至晚上10时这段时间里，呼吸作用速率可表示为（用字母和有关数据表示）＿＿＿；
（5）如果从上午10时到下午4时这段时间里，温度不变，呼吸作用速率不变（与下午4时至晚上10时呼吸速率相同），则这段时间里制造的有机物总量为＿＿＿＿＿＿g（用字母和有关数据表示）。
〖参考答案〗
（1）重 光照条件下，叶片光合作用积累了有机物
（2）C
（3）轻（1分） 黑暗中叶片呼吸作用消耗了有机物
（4）（Y－Z）/6
（5）2Y－X－Z
二。植物光合速率与呼吸速率的实验测定常用方法
(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
(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）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正光合速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，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。
二、气体体积变化法---测光合作用O2产生(或CO2消耗)的体积
例2 某生物兴趣小组设计了图3 装置进行光合速率的测试实验（忽略温度对气体膨胀的影响）。
①测定植物的呼吸作用强度：装置的烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；1小时后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。
②测定植物的净光合作用强
度：装置的烧杯中放入
NaHCO3缓冲溶液；将装
置放在光照充足、
温度适宜的环境中；1小时后
记录红墨水滴移动的方向和
刻度，得Y值。
请你预测在植物生长期红墨水
滴最可能移动方向并分析原因：
例3 : 图4是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度，该装置置于20℃环境中。实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的水滴在位置X。20min后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数，才能使水滴仍维持在位置X处。据此回答下列问题：
（1）若将图中的碳酸氢钠
溶液换成等量清水，重复
上述实验，20min后，要
使水滴维持在位置X处，
针筒的容量（需向左/
需向右/不需要）调节。
（2）若以释放出的氧气量来代
表净光合作用速率，该植物的
净光合作用速率是 mL/h。
1.2
（3）若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量
浓氢氧化钠溶液，在20℃、无光条件下，
30min后，针筒的容量需要调至0.1mL的
读数，才能使水滴仍维持在X处。则在有
光条件下该植物的实际(总)光合速率是 mL/h。
1.4
例4 : 如果将植物换成一定量萌发的种子，用甲、乙两套装置可以测定种子的呼吸商（释放CO2的量与O2吸收量的比值）。甲装置烧杯内加入50mL的蒸馏水，单位时间内着色液滴向左移动X厘米，乙装置烧杯内加入50mL
的20% NaOH溶液，
单位时间内着色液滴
移动Y厘米，种子萌
发的呼吸商可表
示 。
(Y-X）/Y
三、测溶氧量的变化---黑白瓶法
例5 :某同学研究湖泊中某深度处生物光合作用和需氧呼吸强度。具体操作如下：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三个瓶从待测水体深度处取水，测定瓶中水的氧含量。将a瓶、b瓶密封再沉入原取水处，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24小时内待测深度水体中生物光合作用和需氧呼吸的情况是（ ）
A．24小时内待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶
B．24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶
C．24小时内待测深度
水体中生物有氧呼吸消
耗的氧气量是
(k－v)mol/瓶
D．24小时内待测深度水
体中生物光合作用产生的
氧气量是(k－v)mol/瓶
D
三、测溶氧量的变化---黑白瓶法
例6 某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和24小时后以温克碘量法测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下： 表2
（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因是 ；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为 mg/L·24h。
（2）当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为 mg/L·24h。
（3）光照强度至少为 （填字母）时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。
光照强度（klx） 0（黑暗） a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3
生物呼吸
消耗氧气
7
7
21
a
例7 :图甲是采用黑白瓶法测定某池塘夏季各深度24小时内的
平均氧浓度变化曲线，纵轴表示水池深度，横轴表示瓶
中O2的变化量(g/m2)；图乙是某同学“探究影响植物光
合速率的因素”的实验装置图。请回答下列问题：光照
适宜时，水深2 m处每平方米的生产者一小时制造的O2
约为________g。
答案：1/8（3/24）
四、定性比较光合作用强度的大小---小叶片浮起数量法
例4 探究光照强弱对光合作用强度的影响，操作过程如下：
步骤 操　作　方　法 说　明
材 料 处理 打孔 取生长旺盛的菠菜叶片绿叶，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片。 注意避开大的叶脉。
抽气 将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。 这一步骤可重复几次。
沉底 将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 叶片细胞间隙充满水而全都沉到水底。
分组 取3只小烧杯，标记为A、B、C，分别倒入20mL富含CO2的清水。分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片。 事先可用口通过玻璃管向清水内吹气。
对照 用3盏40 W台灯分别向A、B、C 3个实验装置进行强、中、弱三种光照。 光照强弱（自变量）可通过调节 来决定。
观察 观察并记录叶片浮起的数量（因变量）。 实验预期：____烧杯中的小叶片浮起的数目最多。
本实验除通过观察相同时间内，叶片上浮数量的多少来反映光合作用速率的大小；还可以通过三个烧杯中上浮相同叶片数量所用时间的长短来描述。但该实验方法只能定性比较，无法测出具体的量变。
小叶片浮起数量法的原理和不足
五、测装置中CO2浓度的变化---红外线CO2传感器
原理：由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一线性关系,因此CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。
例8 : 为测定光合作用速率，将一植物幼苗放入大锥形瓶中，瓶中安放一个CO2传感器来监测不同条件下瓶中CO2浓度的变化，如下图5所示。相同温度下，在一段时间内测得结果如图6所示。请据图回答：

（1）在60～120min时间段内，叶肉细胞光合作用强度的变化趋势为 。理由是 。
（2）在60～120min时间段，瓶内CO2浓度下降的原因是 。此时间段该植物光合速率为 ppm／min。
逐渐降低
CO2浓度降低的趋势逐渐降低
植物的光合作用强度大于呼吸作用强度
25
　 交替光照与连续光照问题
若对某植物作如下处理：（甲）持续光照10分钟，（乙）光照5秒后再黑暗处理5秒，连续交替进行20分钟。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物所制造的有机物总量是 。
甲少于乙
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。
光合作用及呼吸作用在提高作物产量方面的主要应用
途径 措施或方法
延长光照时间 补充光照
增大光合 作用面积 间作、合理密植
提高光合 作用效率 控制适宜光强、提高CO2浓度(如通风)、合理施肥(供应适量必需矿质元素)
提高净光合 作用速率 维持适当昼夜温差(白天适当升温，晚上适当降温)

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