植物光合作用速率的测定方法

罗进宏

【摘要】光合作用是高中生物中的主干知识和历年高考命题的热点，本文对光合作用速率的测定方法进行了汇总，帮助学生更好的理解总光合作用强度，净光合作用强度和呼吸作用强度之间的关系。

【关键词】光合作用速率；测定

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）10-0278-02

光合作用是人教版高中生物必修一第五章第四节的内容，它是高中生物中的主干知识和历年高考命题的热点，高考考纲的要求是：（1）光合作用的过程（2）影响光合作用的环境因素（3）叶绿体中色素的提取和分离实验。对影响光合作用的环境因素的考查大多以表格或坐标曲线图的形式出现，学生解决这类题的难点主要是无法准确的判断题干中的总光合作用强度，净光合作用强度和呼吸作用强度。为了帮助学生更好的理解这三个量，在复习过程中我选择了通过植物光合作用速率的测定并把实验结果绘制成坐标曲线图的方式进行突破，同时使学生明确：光合作用速率的衡量指标是单位时间内单位面积叶片的二氧化碳变化量、氧气变化量、有机物的变化量，而这三个量的变化不仅和光合作用有关也和呼吸作用有关，因此，结合细胞内的气体代谢图分析可知，在植物光合作用速率的测定过程中，单位时间内单位面积叶片的二氧化碳变化量、氧气变化量、有机物的变化量均只能代表呼吸作用和光合作用的综合结果，也就是植物（叶片）与环境之间的二氧化碳或氧气的吸收量或释放量，即净光合作用强度。通过这种方式处理效果是肯定的。在本文中我对植物光合作用的测定方法总结如下：

一、叶圆片上浮法

叶片在正常情况下，组织细胞间隙间充满空气，可采取真空渗入法，即排除间隙内的空气，充以水分，使叶片沉于水中，然后在光合作用的过程中，利用不断产生的氧气在细胞间隙中的积累，致使下沉的叶片又不断上浮，通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用时间长短来衡量光合作用的强度。

1.在黑暗环境下，叶片只进行呼吸作用，不进行光合作用，产生的二氧化碳溶于水，叶片沉在水底。

2.在弱光下，叶片既进行光合作用也进行呼吸作用，而且光合作用强度小于呼吸作用强度，所以叶片细胞间隙间中仍然沒有氧气积累，所以叶片沉在水底。

3.在较强光照条件下，叶片既进行光合作用也进行呼吸作用，而且光合作用强度大于呼吸作用强度，所以叶片细胞间隙间中有氧气积累并释放到细胞外，所以叶片上浮。

可见，该方法测得的数值并不代表真正的光合作用强度，而是总光合作用强度和呼吸作用的差值，即净光合作用强度。

典例：某同学想探究二氧化碳浓度与光合速率的关系。他取A、B、C、D四株都有5片叶的小白菜，用直径lcm的打孔器打取小叶圆片各10片，并设法抽去气体使之下沉，置于光下。取100mL三角瓶4个，编号1～4，按下表操作（光照、温度相同且适宜）并记录结果。下列评价或修正不合理的是（）。

A.自变量是二氧化碳浓度（NaHC03的质量）

B.只要控制光照强度、温度相同即可

C.实验材料本身存在的差异会影响实验结果

D.制备的叶 圆片投入三角瓶前应放黑暗处

二、实验装置中的液滴移动法

引导学生对下图的实验装置进行分析：

1.光合作用速率的衡量指标有哪些？（单位时间内反应物的消耗量和产物的生成量，包括二氧化碳变化量、氧气变化量、有机物的变化量）。

2.该装置测定中用哪个指标比较容易检测？（光合作用过程中气体体积的变化量，包括二氧化碳变化量、氧气变化量）。

3.光合作用过程中二氧化碳的消耗量和氧气的吸收量有什么关系？（相等）。

4.要如何测出气体的变化量？（在烧杯中放入二氧化碳缓冲液，维持二氧化碳的稳定，检测氧气的变化量）。

5.在强光照条件下，液滴怎么移动？液滴移动的距离代表什么？（向右移动，代表植物向装置中释放的氧气量）。

6.该距离能不能代表光合作用的实际强度？为什么？（不能，因为光合作用产生的氧气还有一部分被线粒体的呼吸作用消耗）

7.那么要如何才能测到光合作用的产生的实际氧气总量呢？（在有光条件下测得液滴移动情况代表净光合作用强度，在黑暗条件下测得液滴移动情况为呼吸作用强度，总光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度）。

8.如果要排除无关变量对实验结果的干扰，应该怎么做？（将装置中的幼苗换成死的）。

9.在不同光照条件下，实验装置中的液滴如何移动？

典例：某研究小组用下图所示的装置来探究光照强度对光合作用强度的影响（温度适宜，不考虑微生物对实验的影响），请回答下列问题：

（1）进行实验时装置中的活塞应____（填“打开”或“关闭”）。

（2）若实验中观测指标为装置中氧气含量的变化，则该装置需要进行适当的修改，具体修改措施为。为了使测量的氧气变化量更加精确，可设置对照组，对照组装置的容器和小烧杯中分别放入____、____。

（3）对实验装置修改并设置了对照组后，该小组测得装置中液滴移动随光照强度变化曲线如下图，据图回答：

①AB段，实验组装置中液滴将____（填“左移”、“右移”或“不移”）。

②光照强度为0时，对照组液滴不移动，光照强度为140W时，对照组液滴向右移动0.2cm，则此时该植物的氧气产生量为____cm。（用液滴移动距离表示）。

③B点时，光合作用速率____（填“一定”、“不一定”或“一定不”）等于呼吸作用速率，此时叶肉细胞中产生ATP的细胞器时____。

三、半叶法

植物叶片的主叶脉两侧对称部分叶面积基本相等，其形态和生理功能也基本一致。用物理和化学方法处理叶柄或茎的韧皮部，保留木质部，以阻止叶片光合作用产物的运出，但是又保证了正常的水和无机盐的供应。然后，将对称叶片的一半黑暗处理（只发生呼吸作用），另一半光照（既发生呼吸作用，也发生光合作用），相同时间后，在每一半叶片中取相同的面积的叶称量它的干重，二者的干重差即为有机物的积累量（总光合作用强度）。该方法操作起来比较简单，但是误差较大。

典例：将一株生长正常的番茄幼苗对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理（如图丙所示），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小时后，在A、B的对应部位截取相等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。若M=MB﹣MA，则M的确切含义可以描述为____。

四、黑白瓶法

该方法是生态学中常用的方法，常用于测量水生生态系统的生产者的生产量（制造有机物的量）用三只玻璃瓶从待测水体深度取水，保留一瓶（初始瓶）以测定水中原来的溶氧量，其余两瓶（黑白瓶）放回待测深度的水体中，黑瓶中的生物由于得不到光照只能进行呼吸作用，因此黑瓶中的溶氧量就会减少，而白瓶可以接受充足的光照，植物可以进行光合作用，黑瓶中的溶氧量一般会增加。相同时间后，测定黑白瓶的溶氧量，初始瓶的溶氧量—黑瓶溶氧量即代表植物的呼吸作用的强度，白瓶的溶氧量—初始瓶的溶氧量即为植物的净光合作用强度，二者之和即为植物的总光合作用强度。

典例：生态系统制造的有机物为总初级生产量，欲测定某生态系统的总初级生产量，可用3个玻璃瓶从待测深度取水样注入其中一瓶中，作为初始瓶（IB）以测定水中初始溶氧量。将另外两个瓶中的一个涂黑（不透光），然后将这一对黑瓶（DB）和白瓶（LB）沉入取水样深度，24小时后，取出进行溶氧测定。呼吸量为_________，净初级生产量_________，光合作用的总初级生产量为_________。

总之，生物学是一门实验学科，通过光合作用强度的测定方法的总结，学生深刻的认识到：总光合作用强度、净光合作用强度、和呼吸作用强度的关系，不管用什么方法测定，实验中测得的数据均为净光合作用强度，是总光合作用强度和呼吸作用强度的共同结果。

参考文献

[1]蒋丹﹒用模型建构的方法突破光合作用的难点知识[J].中学生物教学，2010，10：16.endprint