一輪 總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的辨析與測(cè)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(cè)定,小專(zhuān)題 總光合速率、凈光合速率、呼吸速率的辨析與測(cè)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(cè)得數(shù)據(jù)為呼吸速率(如下頁(yè)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(shí)進(jìn)行,測(cè)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(duì)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(shí),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(shí)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(cè)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(shí),植物甲開(kāi)始進(jìn)行光合作用B.光照強(qiáng)度為3 klx時(shí),植物乙不進(jìn)行光合作用C.若在C點(diǎn)時(shí)突然停止CO2供應(yīng),短時(shí)間內(nèi)植物甲的葉綠體中C3的含量會(huì)增加D.D點(diǎn)時(shí)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(shí),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(cuò)誤;光照強(qiáng)度為3 klx時(shí),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(cuò)誤;對(duì)于植物甲,C點(diǎn)時(shí)突然停止CO2供應(yīng),CO2固定受阻,導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)C3的含量減少,C項(xiàng)錯(cuò)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(shí)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(shuō)法錯(cuò)誤的是(注:不考慮無(wú)氧呼吸)(　　),A.圖甲中A點(diǎn)對(duì)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(shí),圖乙中不存在的過(guò)程是m3、m4、n3、n4C.在圖甲中C點(diǎn)時(shí),圖乙中不存在的過(guò)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(shí)植物的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,圖乙中不存在的過(guò)程是m3、m4、n3、n4,A、B兩項(xiàng)正確;在圖甲中C點(diǎn)時(shí),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(guò)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(cuò)誤。,D,-14-,一,二,(1)裝置中溶液的作用:在測(cè)細(xì)胞

9、呼吸速率時(shí)NaOH溶液可吸收容器中的CO2;在測(cè)凈光合速率時(shí)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(cè)定1.氣體體積變化法——測(cè)光合作用產(chǎn)生O2(或消耗CO2)的體積,-15-,一,二,(2)測(cè)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(shí)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(shí)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(cè)定方法①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定的時(shí)間,記錄紅色液滴移動(dòng)的距離,計(jì)算呼吸速率。②將同一植物(乙裝置)置于光下相同時(shí)間,記錄紅色液滴移動(dòng)的

11、距離,計(jì)算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計(jì)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(duì)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(dòng)距離對(duì)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(jì)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(cuò)誤的是(　　),注裝置內(nèi)氧氣充足,不考慮無(wú)氧呼吸。,A.若X溶液為CO2緩沖液并

12、給予光照,液滴移動(dòng)距離可表示凈光合作用強(qiáng)度大小B.若要測(cè)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(shí),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(shí),液滴左移,C,-17-,2.“黑白瓶”——測(cè)透光、不透光兩瓶中氧氣的剩余量“黑瓶”不透光,測(cè)定的是有氧呼吸量,“白瓶”給予光照,測(cè)定的是凈光合作用量?！昂诎灼俊痹囶}是一類(lèi)通過(guò)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(méi)有初始值的情況下,白瓶中測(cè)得的現(xiàn)有量-黑瓶中測(cè)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(cè)得的現(xiàn)有量-初始量）+有氧呼吸消耗

14、量（初始量-黑瓶中測(cè)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(cè)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(jì)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?jī)?nèi)植物可進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸,黑瓶不透光,瓶?jī)?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(shí)間,黑瓶中所測(cè)得的數(shù)據(jù)表示瓶?jī)?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(cè)得的數(shù)據(jù)表示瓶?jī)?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(cuò)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(cuò)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(cuò)誤。,-20-,3.“半葉法”——測(cè)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(shí),還會(huì)通過(guò)輸導(dǎo)組織將同化物運(yùn)出,從而使測(cè)得的干重積累值偏低。為了消除這一偏差,必須將待測(cè)葉片的一半遮黑,測(cè)量相同時(shí)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(cè)值。“改良半葉法”采用燙傷、環(huán)割或化學(xué)試劑處理等方法來(lái)?yè)p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(wú)機(jī)鹽向葉片的輸送),僅用一組葉片,且無(wú)須將一半葉片遮黑,就能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?既簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)

18、過(guò)程,又提高了測(cè)定的準(zhǔn)確性。,-21-,一,二,典例5某同學(xué)欲測(cè)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(shí)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(chēng)其質(zhì)量,測(cè)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(duì)葉生理活動(dòng)的影響和溫度微小變化對(duì)葉生理活動(dòng)的影響)。則M處的實(shí)驗(yàn)條件是(　　),A.下午4時(shí)后

19、將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光3 hB.下午4時(shí)后將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置遮光6 hC.下午4時(shí)后在陽(yáng)光下照射1 hD.晚上8時(shí)后在無(wú)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(shí)移走時(shí)的x g,從上午10時(shí)到下午4時(shí),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(shí)移走的葉圓片干重(y g)減去上午10時(shí)移走時(shí)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(shí)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(cè)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(jì)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(duì)番茄葉片的光合速率進(jìn)行測(cè)定。將對(duì)稱(chēng)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(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片,烘干稱(chēng)重,分別記為MA、MB,獲得相應(yīng)數(shù)據(jù),則可計(jì)算出該葉片的光合速率,其單位是mg/(dm2·h)。請(qǐng)分析回答下列問(wèn)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(jì)算方法是　　　　　　　　　　　。 (4)本方法也可用于測(cè)定葉片的呼吸速率,寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)間,即M/(截取面積×時(shí)間),將從測(cè)定葉片的相對(duì)應(yīng)部分切割的

23、等面積葉片分開(kāi),一部分立即烘干稱(chēng)重,另一部分在黑暗中保存幾小時(shí)后再烘干稱(chēng)重,根據(jù)二者干重差即可計(jì)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(jì)算凈光合速率,即M除以截取面積,再除以時(shí)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(shí)間,即M/(截取面積×時(shí)間)(4)將從測(cè)定葉片的相對(duì)應(yīng)部分切割的等面積葉片分開(kāi),一部分立即烘干稱(chēng)重,另一部分在黑暗中保存幾小時(shí)后再烘干稱(chēng)重,根據(jù)二者干重差即可計(jì)算出葉片的呼吸速率,拓展：4、連續(xù)光照與交替光照類(lèi)問(wèn)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(duì)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(shí)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(shí)暗反應(yīng)仍可進(jìn)行一段時(shí)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(duì)植物

26、光合作用的影響，科學(xué)家以生長(zhǎng)狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計(jì)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(shí)間均為135s，處理結(jié)束時(shí)測(cè)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(shí)間各為67.5s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)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(shí)間各為7.5s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)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(shí)間各為3.75ms（毫秒）；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為94%． D組（對(duì)照組）：光照時(shí)間為135s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為100%． 回答下列問(wèn)題：,（1）單位光照時(shí)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(shí)利用與及時(shí)再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量．,高于,C組光照時(shí)間只有D組的一半，但光合產(chǎn)物的相對(duì)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(cè)裝置內(nèi)CO2濃度的變化 利用CO2對(duì)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(cè)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(wú)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(cè)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(duì)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(shí),小麥葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用所需CO2的來(lái)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(shí)測(cè)定，得到圖3曲線。解釋曲3“沒(méi)有曲線2平滑”的主要原因是________________________________________________________________________,（4）圖3中12時(shí)至14時(shí)光合作用速率明顯下降。分析其原因是__________________________________