一輪 總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的辨析與測定(共25張ppt)

1、高考提分微課(二)總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的辨析與測定,小專題 總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的辨析與測定,-2-,一,二,一、總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的辨析1.總光合速率、凈光合速率與呼吸速率的關(guān)系(1)綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織只進(jìn)行細(xì)胞呼吸,測得數(shù)據(jù)為呼吸速率(如下頁左上圖中的A點(diǎn))。(2)綠色組織在有光條件下,光合作用與細(xì)胞呼吸同時進(jìn)行,測得的數(shù)據(jù)為凈光合速率。(3)總(真正)光合速率=凈

2、光合速率+呼吸速率。(4)對各點(diǎn)(段)光合作用和細(xì)胞呼吸的分析,-3-,-4-,①在黑暗條件下,細(xì)胞不進(jìn)行光合作用,只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。O2的吸收量等于CO2的釋放量。②在較弱光照強(qiáng)度下,細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度,細(xì)胞表現(xiàn)為吸收O2,釋放CO2。③在光補(bǔ)償點(diǎn)時,細(xì)胞呼吸強(qiáng)度等于光合作用強(qiáng)度,細(xì)胞表現(xiàn)為既不吸收氣體,也不放出氣體。光合作用產(chǎn)生的O2全部被線粒體吸收;細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2全部被葉綠體吸收。④在較強(qiáng)光照強(qiáng)度下,光合作用

3、強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,細(xì)胞表現(xiàn)為吸收CO2,釋放O2。,-5-,一,二,⑤?？记€分析,-6-,一,二,-7-,一,二,-8-,注意:總光合作用速率曲線與細(xì)胞呼吸速率曲線的交點(diǎn)表示,光合作用速率=細(xì)胞呼吸速率,但不要認(rèn)為凈光合作用速率曲線與細(xì)胞呼吸速率曲線的交點(diǎn)也表示光合作用速率=呼吸作用速率,此時總光合作用速率恰恰是細(xì)胞呼吸速率的2倍。,根據(jù)關(guān)鍵詞判定:,-10-,一,二,典例1在CO2濃度為0.03%、溫度恒定且適宜的條件下,測定植

4、物甲和植物乙在不同光照條件下的光合速率,結(jié)果如下圖。下列有關(guān)分析正確的是(　　),A.光照強(qiáng)度為1 klx時,植物甲開始進(jìn)行光合作用B.光照強(qiáng)度為3 klx時,植物乙不進(jìn)行光合作用C.若在C點(diǎn)時突然停止CO2供應(yīng),短時間內(nèi)植物甲的葉綠體中C3的含量會增加D.D點(diǎn)時限制植物乙的光合速率增大的主要環(huán)境因素是CO2的濃度,D,解析：光照強(qiáng)度為1 klx時,植物甲的光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,A項(xiàng)錯誤;光照強(qiáng)度為3 klx時,植物乙的總

5、光合速率=凈光合速率+呼吸速率=0+20=20 [mg/(100 cm2葉·h)],B項(xiàng)錯誤;對于植物甲,C點(diǎn)時突然停止CO2供應(yīng),CO2固定受阻,導(dǎo)致短時間內(nèi)C3的含量減少,C項(xiàng)錯誤;D點(diǎn)是植物乙的光飽和點(diǎn),因此光照強(qiáng)度不再是限制因素,而題中又提出“溫度恒定且適宜”,因此此時限制植物乙的光合速率增大的主要環(huán)境因素是CO2的濃度,D項(xiàng),-12-,2.凈(表觀)光合速率與總(真正)光合速率的微觀水平分析,注m1,m2表示CO2的

6、消耗量;n1,n2表示O2的產(chǎn)生量。(1)呼吸速率①用CO2表示:m1,即線粒體釋放CO2的量或“黑暗”條件下細(xì)胞或植物體釋放CO2的量。②用O2表示:n1,即線粒體吸收O2的量或“黑暗”條件下細(xì)胞或植物體從外界吸收的O2的量。,(2)總光合速率①用CO2表示:m1+m2,即葉綠體利用CO2或固定CO2總量(為細(xì)胞呼吸量與凈光合作用量之和)。②用O2表示:n1+n2,即葉綠體產(chǎn)生O2的總量(為細(xì)胞呼吸量與凈光合作用量之和)。,

7、-13-,一,二,典例2 圖甲表示某種植物光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系,圖乙表示該植物葉肉細(xì)胞的部分結(jié)構(gòu)(圖中M和N代表兩種氣體)。據(jù)圖判斷,下列說法錯誤的是(注:不考慮無氧呼吸)(　　),A.圖甲中A點(diǎn)對應(yīng)的縱坐標(biāo)的數(shù)值可用圖乙中的m2或n2表示B.在圖甲中A點(diǎn)時,圖乙中不存在的過程是m3、m4、n3、n4C.在圖甲中C點(diǎn)時,圖乙中不存在的過程是m2、m3、n2、n3D.圖甲中E點(diǎn)以后,圖乙中n4不再增加,其主要原因是m1值太低

8、,答案,解析,圖甲中的A點(diǎn)表示植物只能進(jìn)行細(xì)胞呼吸,不能進(jìn)行光合作用,則圖乙中的m2或n2可表示此時植物的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,圖乙中不存在的過程是m3、m4、n3、n4,A、B兩項(xiàng)正確;在圖甲中C點(diǎn)時,光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,植物不吸收氣體,也不釋放氣體,所以圖乙中不存在的過程是m2、m3、n2、n3,C項(xiàng)正確;圖甲中E點(diǎn)以后,圖乙中n4不再增加,其主要原因是m3值太低,D項(xiàng)錯誤。,D,-14-,一,二,(1)裝置中溶液的作用:在測細(xì)胞

9、呼吸速率時NaOH溶液可吸收容器中的CO2;在測凈光合速率時NaHCO3溶液可提供CO2,以保證容器內(nèi)CO2濃度的恒定。（適宜濃度的CO2緩沖液用于保證容器內(nèi)CO2濃度恒定，滿足光合作用需求）,二、總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的測定1.氣體體積變化法——測光合作用產(chǎn)生O2(或消耗CO2)的體積,-15-,一,二,(2)測定原理①在黑暗條件下,甲裝置中的植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2,所以單位時間內(nèi)

10、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。②在光照條件下,乙裝置中的植物進(jìn)行光合作用和細(xì)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。③總(真正)光合速率=凈光合速率+呼吸速率。,(3)測定方法①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定的時間,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)置于光下相同時間,記錄紅色液滴移動的

11、距離,計算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算得到總(真正)光合速率。(4)物理誤差的校正:為減小氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差,應(yīng)設(shè)置對照實(shí)驗(yàn),即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。,-16-,一,二,典例3某興趣小組設(shè)計了如右上圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置若干組,室溫25 ℃下進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn),下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　),注裝置內(nèi)氧氣充足,不考慮無氧呼吸。,A.若X溶液為CO2緩沖液并

12、給予光照,液滴移動距離可表示凈光合作用強(qiáng)度大小B.若要測真正光合強(qiáng)度,需另加設(shè)一裝置遮光處理,X溶液為NaOH溶液C.若X溶液為清水并給予光照,光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度時,液滴右移D.若X溶液為清水并遮光處理,消耗的底物為脂肪時,液滴左移,C,-17-,2.“黑白瓶”——測透光、不透光兩瓶中氧氣的剩余量“黑瓶”不透光,測定的是有氧呼吸量,“白瓶”給予光照,測定的是凈光合作用量?！昂诎灼俊痹囶}是一類通過凈光合作用強(qiáng)度和有氧呼吸

13、強(qiáng)度推算總光合作用強(qiáng)度的試題。一般規(guī)律如下:①總光合作用量(強(qiáng)度)=凈光合作用量(強(qiáng)度)+有氧呼吸消耗量(強(qiáng)度);②在有初始值的情況下,黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量,白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量,兩者之和為總(真正)光合作用量;③沒有初始值的情況下,白瓶中測得的現(xiàn)有量-黑瓶中測得的現(xiàn)有量=總(真正)光合作用量。即：總光合作用量=凈光合量（白瓶中測得的現(xiàn)有量-初始量）+有氧呼吸消耗

14、量（初始量-黑瓶中測得的現(xiàn)有量）,-18-,A.水深1 m處白瓶中水生植物24 h制造的氧氣為3 g/m3　B.水深2 m處黑瓶中水生植物不能進(jìn)行水的光解,但能進(jìn)行C3的還原C.水深3 m處白瓶中水生植物產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是葉綠體和線粒體D.水深4 m處白瓶和黑瓶中的水生植物均不進(jìn)行光合作用,典例4下表是采用黑白瓶(不透光瓶和可透光瓶)測定夏季某池塘不同深度水體中初始平均O2濃度與24 h后平均O2濃度,并比較計算后的數(shù)據(jù)。下列有

15、關(guān)分析正確的是(　　),答案,解析,C,白瓶透光,瓶內(nèi)植物可進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸,黑瓶不透光,瓶內(nèi)植物只能進(jìn)行細(xì)胞呼吸。在相同條件下培養(yǎng)一定時間,黑瓶中所測得的數(shù)據(jù)表示瓶內(nèi)植物細(xì)胞呼吸所消耗的氧氣量為1.5 g/m3,白瓶中所測得的數(shù)據(jù)表示瓶內(nèi)植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量與細(xì)胞呼吸消耗的氧氣量的差值。綜上分析可知:在水深1 m處白瓶中水生植物24 h制造的氧氣量為3+1.5=4.5(g/m3),A項(xiàng)錯誤;水深2 m處黑瓶中水生植物不能進(jìn)行

16、光合作用,也就不能進(jìn)行水的光解和C3的還原,B項(xiàng)錯誤;水深3 m處白瓶中水生植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量與細(xì)胞呼吸消耗的氧氣量相等,因此產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是葉綠體和線粒體,C項(xiàng)正確;在水深4 m處白瓶中水生植物24 h制造的氧氣量為-1+1.5=0.5(g/m3),能進(jìn)行光合作用,D項(xiàng)錯誤。,-20-,3.“半葉法”——測光合作用有機(jī)物的產(chǎn)生量半葉法的原理:植物進(jìn)行光合作用形成有機(jī)物,而有機(jī)物的積累可使葉片單位面積的干重增加,但是,葉片在

17、光下積累光合產(chǎn)物的同時,還會通過輸導(dǎo)組織將同化物運(yùn)出,從而使測得的干重積累值偏低。為了消除這一偏差,必須將待測葉片的一半遮黑,測量相同時間內(nèi)葉片被遮黑的一側(cè)單位面積干重的減少值,作為同化物輸出量(和呼吸消耗量)的估測值?！案牧及肴~法”采用燙傷、環(huán)割或化學(xué)試劑處理等方法來損傷葉柄韌皮部活細(xì)胞,以防止光合產(chǎn)物從葉中輸出(這些處理幾乎不影響木質(zhì)部中水和無機(jī)鹽向葉片的輸送),僅用一組葉片,且無須將一半葉片遮黑,就能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?既簡化了實(shí)驗(yàn)

18、過程,又提高了測定的準(zhǔn)確性。,-21-,一,二,典例5某同學(xué)欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率,做了如下圖所示實(shí)驗(yàn)。在葉柄基部做環(huán)剝處理(僅限制葉片有機(jī)物的輸入和輸出),在不同時間分別在同一葉片上陸續(xù)取下面積為1 cm2的葉圓片,烘干后稱其質(zhì)量,測得葉片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6 [g/(cm2·h)](不考慮取葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實(shí)驗(yàn)條件是(　　),A.下午4時后

19、將整個實(shí)驗(yàn)裝置遮光3 hB.下午4時后將整個實(shí)驗(yàn)裝置遮光6 hC.下午4時后在陽光下照射1 hD.晚上8時后在無光下放置3 h,A,-22-,答案,解析,葉圓片的起始干重為上午10時移走時的x g,從上午10時到下午4時,葉片在這6 h內(nèi)既進(jìn)行光合作用,又進(jìn)行細(xì)胞呼吸,所以下午4時移走的葉圓片干重(y g)減去上午10時移走時的葉圓片干重(x g)的差值,就等于該葉圓片凈光合作用產(chǎn)生干物質(zhì)的量:(y-x)g。若要求出細(xì)胞呼吸消耗的

20、干物質(zhì)量,應(yīng)將葉片遮光處理,先假設(shè)葉片遮光處理a h后干重為z g, 下午4時移走的葉圓片干重y g減去葉片遮光處理a h后的干重z g的差值,就是細(xì)胞呼吸消耗的干物質(zhì)量:(y-z)g。已知測得葉片的葉綠體光合作用速率=(3y-2z-x)/6[g/(cm2·h)],據(jù)真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率,得出:(3y-2z-x)/6 =(y-x)/6+(y-z)/a,計算出a=3(h),A項(xiàng)正確。,-23-,一,二,典例6某研究

21、小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合速率進(jìn)行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做處理,并采用適當(dāng)?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 h后,在A、B的對應(yīng)部位截取同等面積的葉片,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速率,其單位是mg/(dm2·h)。請分析回答下列問題。,(1)MA表示6 h后葉片初始質(zhì)量-細(xì)胞呼吸有機(jī)物的消耗量;MB表示6 h后　　　　　　　+　

22、　　　　　　　　　　-細(xì)胞呼吸有機(jī)物消耗量。 (2)若M=MB-MA,則M表示　　　　　　。 (3)總光合速率的計算方法是　　　　　　　　　　　。 (4)本方法也可用于測定葉片的呼吸速率,寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路?！　　　?。,葉片初始質(zhì)量,光合作用有機(jī)物總產(chǎn)量,B葉片被截取部分在6 h內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量,M除以截取面積,再除以時間,即M/(截取面積×時間),將從測定葉片的相對應(yīng)部分切割的

23、等面積葉片分開,一部分立即烘干稱重,另一部分在黑暗中保存幾小時后再烘干稱重,根據(jù)二者干重差即可計算出葉片的呼吸速率,葉片A遮光,不能進(jìn)行光合作用,但可照常進(jìn)行細(xì)胞呼吸。葉片B不做處理,既能進(jìn)行光合作用,又可以進(jìn)行細(xì)胞呼吸。分析題意可知,MB表示6 h后葉片初始質(zhì)量+光合作用有機(jī)物的總產(chǎn)量-細(xì)胞呼吸有機(jī)物的消耗量,MA表示6 h后葉片初始質(zhì)量-細(xì)胞呼吸有機(jī)物的消耗量,則MB-MA就是光合作用6 h有機(jī)物的總產(chǎn)量(B葉片被截取部分在6 h內(nèi)

24、光合作用合成的有機(jī)物總量)。由此可計算凈光合速率,即M除以截取面積,再除以時間。,(1)葉片初始質(zhì)量　光合作用有機(jī)物的總產(chǎn)量(2)B葉片被截取部分在6 h內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量(3)M除以截取面積,再除以時間,即M/(截取面積×時間)(4)將從測定葉片的相對應(yīng)部分切割的等面積葉片分開,一部分立即烘干稱重,另一部分在黑暗中保存幾小時后再烘干稱重,根據(jù)二者干重差即可計算出葉片的呼吸速率,拓展：4、連續(xù)光照與交替光照類問題

25、 光合作用中的光反應(yīng)和暗反應(yīng)是在不同酶的催化作用下相對獨(dú)立進(jìn)行的。一般情況下，光反應(yīng)的速率比暗反應(yīng)快，在連續(xù)光照條件下，光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP不能及時被暗反應(yīng)消耗，暗反應(yīng)抑制了光反應(yīng)的進(jìn)行，限制了光合作用的速率，降低了光能利用率。 而在光照和黑暗交替進(jìn)行的條件下，光反應(yīng)剛停止時暗反應(yīng)仍可進(jìn)行一段時間，光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP可以被暗反應(yīng)充分利用，從而提高了光能利用率。,（例7）為了探究不同光照處理對植物

26、光合作用的影響，科學(xué)家以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計了A、B、C、D四組實(shí)驗(yàn)．各組實(shí)驗(yàn)的溫度、光照強(qiáng)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135s，處理結(jié)束時測定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量．處理方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： A組：先光照后黑暗，時間各為67.5s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為50% B組：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7.5s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為70%．

27、 C組：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3.75ms（毫秒）；光合作用產(chǎn)物的相對含量為94%． D組（對照組）：光照時間為135s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為100%． 回答下列問題：,（1）單位光照時間內(nèi)，C組植物合成有機(jī)物的量______（填“高于”、“等于”或“低于”）D組植物合成有機(jī)物的量，依據(jù)是_______________________________________________

28、__________________________ ；C組和D組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可表明光合作用中有些反應(yīng)不需要______，這些反應(yīng)發(fā)生的部位是葉綠體的______． （2）A、B、C三組處理相比，隨著__________________的增加，使光下產(chǎn)生的____________能夠及時利用與及時再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量．,高于,C組光照時間只有D組的一半，但光合產(chǎn)物的相對含量卻是D組的94%,基質(zhì),光照,光

29、照和黑暗次數(shù)（頻率）,ATP和還原H,5、紅外線CO2傳感器---測裝置內(nèi)CO2濃度的變化 利用CO2對紅外線有較強(qiáng)的吸收能力，CO2的多少與紅外線的降低量有一線性關(guān)系，故CO2含量變化即可靈敏地反映在檢測儀上,6、小葉片浮起數(shù)量法---定性比較光合作用強(qiáng)度的大小,(例8)將一株小麥密閉在無色玻璃鐘罩內(nèi)（鐘罩體積為V L)，在室內(nèi)調(diào)溫25℃，給予恒定適宜的光照60min，然后遮光處理60min。全程用CO2傳感器測定鐘罩內(nèi)

30、CO2濃度的變化，得到圖2曲線。（1）若要獲得小麥的真正光合速率，______（填“需要”或“不需要”）另設(shè)對照組。0-60min小麥的真正光合速率為 ______μmol CO2 /V L.h。（V是鐘罩體積）。,不必,1600,（2）實(shí)驗(yàn)10min時,小麥葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用所需CO2的來源是________________________________。在停止光照的瞬間葉綠體內(nèi)C3的含量__

31、____________。（3）假定玻璃鐘罩足夠大、CO2充分，在夏季的晴天將上述裝置放到室外進(jìn)行24小時測定，得到圖3曲線。解釋曲3“沒有曲線2平滑”的主要原因是________________________________________________________________________,（4）圖3中12時至14時光合作用速率明顯下降。分析其原因是__________________________________