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1、高考提分微课(二)总光合速率、净光合速率、呼吸速率的辨析与测定,小专题 总光合速率、净光合速率、呼吸速率的辨析与测定,1,-2-,一,二,一、总光合速率、净光合速率、呼吸速率的辨析1.总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系(1)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行细胞呼吸,测得数据为呼吸速率(如下页左上图中的A点)。(2)绿色组织在有光条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据为净光合速率。(3)总(真正)光合速率=净光合速率+呼吸速率。(4)对各点(段)光合作用和细胞呼吸的分析,2,-3-,3,-4-,在黑暗条件下,细胞不进行光合作用,只进行细胞呼吸。O2的吸收量等于CO2的释放量。在
2、较弱光照强度下,细胞呼吸强度大于光合作用强度,细胞表现为吸收O2,释放CO2。在光补偿点时,细胞呼吸强度等于光合作用强度,细胞表现为既不吸收气体,也不放出气体。光合作用产生的O2全部被线粒体吸收;细胞呼吸产生的CO2全部被叶绿体吸收。在较强光照强度下,光合作用强度大于细胞呼吸强度,细胞表现为吸收CO2,释放O2。,4,-5-,一,二,常考曲线分析,5,-6-,一,二,6,-7-,一,二,7,-8-,注意:总光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交点表示,光合作用速率=细胞呼吸速率,但不要认为净光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交点也表示光合作用速率=呼吸作用速率,此时总光合作用速率恰恰是细胞呼
3、吸速率的2倍。,8,根据关键词判定:,9,-10-,一,二,典例1在CO2浓度为0.03%、温度恒定且适宜的条件下,测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率,结果如下图。下列有关分析正确的是(),A.光照强度为1 klx时,植物甲开始进行光合作用B.光照强度为3 klx时,植物乙不进行光合作用C.若在C点时突然停止CO2供应,短时间内植物甲的叶绿体中C3的含量会增加D.D点时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度,D,10,解析：光照强度为1 klx时,植物甲的光合作用强度等于细胞呼吸强度,A项错误;光照强度为3 klx时,植物乙的总光合速率=净光合速率+呼吸速率=0+20=
4、20 mg/(100 cm2叶h),B项错误;对于植物甲,C点时突然停止CO2供应,CO2固定受阻,导致短时间内C3的含量减少,C项错误;D点是植物乙的光饱和点,因此光照强度不再是限制因素,而题中又提出“温度恒定且适宜”,因此此时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度,D项,11,-12-,2.净(表观)光合速率与总(真正)光合速率的微观水平分析,注m1,m2表示CO2的消耗量;n1,n2表示O2的产生量。(1)呼吸速率用CO2表示:m1,即线粒体释放CO2的量或“黑暗”条件下细胞或植物体释放CO2的量。用O2表示:n1,即线粒体吸收O2的量或“黑暗”条件下细胞或植物体从外界吸收
5、的O2的量。,(2)总光合速率用CO2表示:m1+m2,即叶绿体利用CO2或固定CO2总量(为细胞呼吸量与净光合作用量之和)。用O2表示:n1+n2,即叶绿体产生O2的总量(为细胞呼吸量与净光合作用量之和)。,12,-13-,一,二,典例2 图甲表示某种植物光合作用强度与光照强度的关系,图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断,下列说法错误的是(注:不考虑无氧呼吸)(),A.图甲中A点对应的纵坐标的数值可用图乙中的m2或n2表示B.在图甲中A点时,图乙中不存在的过程是m3、m4、n3、n4C.在图甲中C点时,图乙中不存在的过程是m2、m3、n2、n3D.图甲中E点以
6、后,图乙中n4不再增加,其主要原因是m1值太低,答案,解析,图甲中的A点表示植物只能进行细胞呼吸,不能进行光合作用,则图乙中的m2或n2可表示此时植物的细胞呼吸强度,图乙中不存在的过程是m3、m4、n3、n4,A、B两项正确;在图甲中C点时,光合作用强度等于细胞呼吸强度,植物不吸收气体,也不释放气体,所以图乙中不存在的过程是m2、m3、n2、n3,C项正确;图甲中E点以后,图乙中n4不再增加,其主要原因是m3值太低,D项错误。,D,13,-14-,一,二,(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,以保证容器内CO2
7、浓度的恒定。（适宜浓度的CO2缓冲液用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求）,二、总光合速率、净光合速率、呼吸速率的测定1.气体体积变化法测光合作用产生O2(或消耗CO2)的体积,14,-15-,一,二,(2)测定原理在黑暗条件下,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。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。总(真正)光合速率=净光合速率+呼吸速
8、率。,(3)测定方法将植物(甲装置)置于黑暗中一定的时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。将同一植物(乙装置)置于光下相同时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。根据呼吸速率和净光合速率可计算得到总(真正)光合速率。(4)物理误差的校正:为减小气压、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。,15,-16-,一,二,典例3某兴趣小组设计了如右上图所示的实验装置若干组,室温25 下进行了一系列的实验,下列有关叙述错误的是(),注装置内氧气充足,不考虑无氧呼吸。,A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照,液滴
9、移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测真正光合强度,需另加设一装置遮光处理,X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照,光合作用强度大于细胞呼吸强度时,液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理,消耗的底物为脂肪时,液滴左移,C,16,-17-,2.“黑白瓶”测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量,“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。“黑白瓶”试题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题。一般规律如下:总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸消耗量(强度);在有初始值的情况下,黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼
10、吸量,白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量,两者之和为总(真正)光合作用量;没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=总(真正)光合作用量。即：总光合作用量=净光合量（白瓶中测得的现有量-初始量）+有氧呼吸消耗量（初始量-黑瓶中测得的现有量）,17,-18-,A.水深1 m处白瓶中水生植物24 h制造的氧气为3 g/m3B.水深2 m处黑瓶中水生植物不能进行水的光解,但能进行C3的还原C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用,典例4下表是采用黑白瓶(不透光瓶和可透光瓶)测定夏季某池
11、塘不同深度水体中初始平均O2浓度与24 h后平均O2浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(),答案,解析,C,18,白瓶透光,瓶内植物可进行光合作用和细胞呼吸,黑瓶不透光,瓶内植物只能进行细胞呼吸。在相同条件下培养一定时间,黑瓶中所测得的数据表示瓶内植物细胞呼吸所消耗的氧气量为1.5 g/m3,白瓶中所测得的数据表示瓶内植物光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量的差值。综上分析可知:在水深1 m处白瓶中水生植物24 h制造的氧气量为3+1.5=4.5(g/m3),A项错误;水深2 m处黑瓶中水生植物不能进行光合作用,也就不能进行水的光解和C3的还原,B项错误;水深3 m处白瓶中水
12、生植物光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等,因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体,C项正确;在水深4 m处白瓶中水生植物24 h制造的氧气量为-1+1.5=0.5(g/m3),能进行光合作用,D项错误。,19,-20-,3.“半叶法”测光合作用有机物的产生量半叶法的原理:植物进行光合作用形成有机物,而有机物的积累可使叶片单位面积的干重增加,但是,叶片在光下积累光合产物的同时,还会通过输导组织将同化物运出,从而使测得的干重积累值偏低。为了消除这一偏差,必须将待测叶片的一半遮黑,测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少值,作为同化物输出量(和呼吸消耗量)的估测值。“改良半叶法”
13、采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞,以防止光合产物从叶中输出(这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐向叶片的输送),仅用一组叶片,且无须将一半叶片遮黑,就能达到实验目的,既简化了实验过程,又提高了测定的准确性。,20,-21-,一,二,典例5某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片,烘干后称其质量,测得叶片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6 g/(cm2h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实
14、验条件是(),A.下午4时后将整个实验装置遮光3 hB.下午4时后将整个实验装置遮光6 hC.下午4时后在阳光下照射1 hD.晚上8时后在无光下放置3 h,A,21,-22-,答案,解析,叶圆片的起始干重为上午10时移走时的x g,从上午10时到下午4时,叶片在这6 h内既进行光合作用,又进行细胞呼吸,所以下午4时移走的叶圆片干重(y g)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x g)的差值,就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量:(y-x)g。若要求出细胞呼吸消耗的干物质量,应将叶片遮光处理,先假设叶片遮光处理a h后干重为z g,下午4时移走的叶圆片干重y g减去叶片遮光处理a h后的干重z
15、g的差值,就是细胞呼吸消耗的干物质量:(y-z)g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率=(3y-2z-x)/6g/(cm2h),据真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,得出:(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/a,计算出a=3(h),A项正确。,22,-23-,一,二,典例6某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。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6 h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速率,其单位是mg/(dm2h
16、)。请分析回答下列问题。,(1)MA表示6 h后叶片初始质量-细胞呼吸有机物的消耗量;MB表示6 h后+-细胞呼吸有机物消耗量。(2)若M=MB-MA,则M表示。(3)总光合速率的计算方法是。(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率,写出实验设计思路。,叶片初始质量,光合作用有机物总产量,B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量,M除以截取面积,再除以时间,即M/(截取面积时间),将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开,一部分立即烘干称重,另一部分在黑暗中保存几小时后再烘干称重,根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率,23,叶片A遮光,不能进行光合作用,但可照常进行细胞呼吸。叶片
17、B不做处理,既能进行光合作用,又可以进行细胞呼吸。分析题意可知,MB表示6 h后叶片初始质量+光合作用有机物的总产量-细胞呼吸有机物的消耗量,MA表示6 h后叶片初始质量-细胞呼吸有机物的消耗量,则MB-MA就是光合作用6 h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算净光合速率,即M除以截取面积,再除以时间。,(1)叶片初始质量光合作用有机物的总产量(2)B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量(3)M除以截取面积,再除以时间,即M/(截取面积时间)(4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开,一部分立即烘干称重,另一部分在黑暗中保存几小时
18、后再烘干称重,根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率,24,拓展：4、连续光照与交替光照类问题 光合作用中的光反应和暗反应是在不同酶的催化作用下相对独立进行的。一般情况下，光反应的速率比暗反应快，在连续光照条件下，光反应产生的H和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应抑制了光反应的进行，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进行的条件下，光反应刚停止时暗反应仍可进行一段时间，光反应产生的H和ATP可以被暗反应充分利用，从而提高了光能利用率。,25,（例7）为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验各组实验的温度、光
19、照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量处理方法和实验结果如下：A组：先光照后黑暗，时间各为67.5s；光合作用产物的相对含量为50%B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5s；光合作用产物的相对含量为70%C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75ms（毫秒）；光合作用产物的相对含量为94%D组（对照组）：光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%回答下列问题：,26,（1）单位光照时间内，C组植物合成有机物的量_（填“高于”、“等于”或“低于”）D组植
20、物合成有机物的量，依据是_；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要_，这些反应发生的部位是叶绿体的_（2）A、B、C三组处理相比，随着_的增加，使光下产生的_能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量,高于,C组光照时间只有D组的一半，但光合产物的相对含量却是D组的94%,基质,光照,光照和黑暗次数（频率）,ATP和还原H,27,5、红外线CO2传感器-测装置内CO2浓度的变化 利用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有一线性关系，故CO2含量变化即可灵敏地反映在检测仪上,6、小叶片浮起数量法-定性比较光合作用强度的大小,28,(例8)将一株
21、小麦密闭在无色玻璃钟罩内（钟罩体积为V L)，在室内调温25，给予恒定适宜的光照60min，然后遮光处理60min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化，得到图2曲线。（1）若要获得小麦的真正光合速率，_（填“需要”或“不需要”）另设对照组。0-60min小麦的真正光合速率为 _mol CO2/V L.h。（V是钟罩体积）。,不必,1600,29,（2）实验10min时,小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是_。在停止光照的瞬间叶绿体内C3的含量_。（3）假定玻璃钟罩足够大、CO2充分，在夏季的晴天将上述装置放到室外进行24小时测定，得到图3曲线。解释曲3“没有曲线2平滑”的主要原因是_,（4）图3中12时至14时光合作用速率明显下降。分析其原因是_。,线粒体供给和胞外吸收,增多（或升高）,室外温度变化较大,室外光照强度不恒定,环境温度高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭，CO2供应不足,30,
