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本講考綱要求：
1.影響光合作用速率的環境因素（Ⅱ）
（1）總結測定光合速率的方法
一、葉片沉浮法
「探究環境因素對光合作用強度的影響」
實驗原理：用真空滲入法排除葉肉細胞間隙的氣體，充以水溶液，使葉圓片沉於水中。在光合作用過程中，葉圓片吸收CO2而放出氧氣，由於氧在水中的溶解度很少，並在細胞間和葉表面積累，結果使原來下沉的葉圓片上浮，根據上浮所需的時間長短，即能衡量光合作用的強弱。改變測定體系的CO2濃度，溫度和光強等，就能觀察這些因素對光合作用的影響。
【例1】為了驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中分別有氣體的產生和消耗，請用所提供的實驗材料與用具，在給出的實驗步驟和預測實驗結果的基礎上，繼續完成實驗步驟的設計和預測實驗結果，並對你的預測結果進行分析。
實驗材料與用具：菸草幼苗、試管兩支、蒸餾水、NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料)、真空泵、暗培養箱、日光燈(實驗過程中光照和溫度等條件適宜，空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計)。
實驗步驟和預測實驗結果：
（1）剪取兩小塊相同的菸草葉片，分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管中。此時，葉片均浮在液面上。
（2）用真空泵抽去兩支試管內液體中和葉肉細胞間隙中的氣體後，敞開試管口，可觀察到葉片均下沉到試管底部。
（3） 。
（4） 。
分析預測的結果：
（1）
（2）
二、氣體體積變化法（又稱氣壓瓶法）
(1)裝置中溶液的作用：在測細胞呼吸速率時NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在測淨光合速率時NaHCO3溶液可提供CO2，保證了容器內CO2濃度的恆定。
(2)測定原理
①在黑暗條件下甲裝置中的植物只進行細胞呼吸，由於NaOH溶液吸收了細胞呼吸產生的CO2，所以單位時間內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行光合作用和細胞呼吸，由於NaHCO3溶液保證了容器內CO2濃度的恆定，所以單位時間內紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表淨光合速率。
③真正光合速率＝淨光合速率＋呼吸速率。
(3)測定方法
①將植物(甲裝置)置於黑暗中一定時間，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)置於光下一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算淨光合速率。
③根據呼吸速率和淨光合速率可計算得到真正光合速率。
(4)物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。
【例2】某轉基因作物有很強的光合作用能力。某中學生物興趣小組在暑假開展了對該轉基因作物光合作用強度測試的研究課題，設計了如圖所示裝置。請你利用這些裝置完成光合作用強度的測試實驗，並分析回答有關問題。
(1)先測定植物的呼吸作用強度，方法步驟如下：
①甲、乙兩裝置的D中都放入____________，裝置乙作為對照。
②將甲、乙裝置的玻璃鐘罩進行____________處理，放在溫度等相同且適宜的環境中。
③30 min後分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。
(2)測定植物的淨光合作用強度，方法步驟如下：
①甲、乙兩裝置的D中放入______________________________。
②把甲、乙裝置放在________________________________。
③30 min後分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。
(3)實驗進行30 min後，記錄的甲、乙裝置中紅墨水滴移動情況如下表：
實驗30 min後紅墨水滴移動情況
測定植物呼吸作用強度
甲裝置
____(填「左」或「右」)移1.5 cm
乙裝置
右移0.5 cm
測定植物淨光合作用強度
甲裝置
____(填「左」或「右」)移4.5 cm
乙裝置
右移0.5 cm
(4)假設紅墨水滴每移動1 cm，植物體內的葡萄糖增加或減少1 g，那麼該植物的呼吸速率是________g/h；白天光照15 h。一晝夜葡萄糖的積累量是________g(不考慮晝夜溫差的影響)。
三、黑白瓶法
「黑白瓶」測定水生植物光合速率。將裝有水和光合植物的黑、白瓶置於不同水層中,測定單位時間內瓶中溶解氧(或CO2)含量的變化,藉此測定水生植物的光合速率。「黑瓶」不透光,瓶中生物僅能進行細胞呼吸;「白瓶」透光,瓶中生物可進行光合作用和細胞呼吸。可分為有初始值與沒有初始值兩種情況:
①有初始值時,黑瓶中O2的減少量(或CO2的增加量)為有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的減少量)為淨光合作用量;兩者之和為總光合作用量。
②沒有初始值時,白瓶中測得的現有量與黑瓶中測得的現有量之差即總光合作用量。
【例3】同學們想要調查該池塘水體中是否有自養生物存在，及其產氧量是否維持本層水體生物呼吸耗氧所需，通過查閱資料，了解到可通過用黑白瓶法測定各水層生物晝夜平均代謝率來判定。其方法為先測出該池塘某水層的初始溶氧量，再取兩個無色透明玻璃瓶A、B，其中A瓶先包上黑膠布，再包以錫箔，B瓶不包裹。在A、B兩瓶內裝入等量某一水層的水樣，密封后掛入原水層中，24小時後取出並分別測定A、B瓶中的溶氧量(分別設為a、b) 。
(1)A瓶中所測得的數據變化可以得知瓶中________（選填「自養生物」或「所有生物」）的呼吸作用耗氧量；
B瓶中含氧量的變化為________________________________________，則利用A、B兩瓶的測量數據就可以計算出光合作用總生產量為_______。
【例4】下表所示是採用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法測定夏季某池塘不同深度水體中，初始平均O2濃度與24小時後平均O2濃度比較後的數據。下列有關分析正確的是()
水深(m)
1
2
3
4
白瓶中O2濃度(g/m2)
＋3
1.5
0
－1
黑瓶中O2濃度(g/m2)
－1.5
－1.5
－1.5
－1.5
A.水深1 m處白瓶中水生植物24小時產生的O2為3 g/m2
B.水深2 m處白瓶中水生植物光合速率等於所有生物的呼吸速率
C.水深3 m處白瓶中水生植物不進行光合作用
D.水深4 m處白瓶中藻類植物產生ATP的場所是葉綠體、細胞質基質和線粒體
四、半葉法
本方法又叫半葉稱重法，即檢測單位時間、單位葉面積乾物質產生總量，常用於大田農作物的光合速率測定。在測定時，葉片一半遮光，一半曝光，,並採用適當的方法(可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質和能量轉移。適宜光照一段時間後，分別測定兩半葉的乾物質重量，進而計算葉片的真正光合速率、呼吸速率和淨光合速率。
【例5】某研究小組採用「半葉法」對番茄葉片的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，並採用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時後，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘乾稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，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後葉片初始質量－呼吸作用有機物的消耗量；MB表示6 h後(____)＋(____________________________)－呼吸作用有機物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，則M表示____________________________________。
(3)真正光合速率的計算方法是__________________________________。
(4)本方法也可用於測定葉片的呼吸速率，寫出實驗設計思路。______________________________________________________。
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本講答案：
1.（3）將這兩支試管放在日光燈下，照光一段時間。結果：NaHCO3稀溶液中的葉片上浮，蒸餾水中的葉片仍在試管底部。
（4）再將這兩支試管放在暗培養箱中一段時間。結果：NaHCO3稀溶液中的葉片下沉，蒸餾水中的葉片仍在試管底部
分析實驗結果
（1）光照下，NaHCO3稀溶液中的葉片進行光合作用，釋放出的O2多於呼吸作用消耗的O2，葉肉細胞間隙中的O2增加，葉片上浮。而蒸餾水中缺乏CO2和O2，葉片不能進行光合作用和有氧呼吸，葉肉細胞間隙缺乏氣體，因此葉片仍位於試管底部。
（2）黑暗中，NaHCO3稀溶液中的葉片進行呼吸作用，消耗了葉肉細胞間隙中的O2，放出的CO2溶於NaHCO3稀溶液中，葉肉細胞間隙缺乏氣體，葉片下沉。蒸餾水中缺乏O2，葉片不能進行有氧呼吸，葉肉細胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位於試管底部。
2.(1)NaOH溶液 遮光
（2）NaHCO3溶液，裝置乙作為對照 光照充足、溫度等相同且適宜的環境中
(3)左 右
（4）4 84
3.（1）所有生物 總光合作用氧氣產生量與瓶中所有生物呼吸耗氧量的差值 b-a
4.D
5.(1)葉片初始質量 光合作用有機物的總產量
(2)B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量
(3)M值除以時間再除以面積，即M/(截取面積×時間)
(4)將從測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分開，一部分立即烘乾稱重，另一部分在暗中保存幾小時後再烘乾稱重，根據二者乾重差即可計算出葉片的呼吸速率。
第41講 一晝夜光合作用曲線分析