4.半叶法——测定光合作用有机物的产生量
如图所示,“半叶法”的原理是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(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫 伤)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射一段时间后,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作用强度。若M=MB-MA,则M表示B叶片被 截取部分在这段时间内光合作用合成的有机物总量。 5.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
3.反应式
CO2+H2O
(CH2O)+O2
二、光合作用的影响因素
1.三大单因子变量对光合速率的影响
因素
原理
图像
影响光反应阶段,制约 ATP及NADPH的产生, 进而制约暗反应
影响暗反应阶段,制约C 3的生成
应用
温室大棚内适当提高光 照强度可以提高光合速 率;欲使植物生长,必须使 光照强度大于光补偿点
(2)根据实验条件判定:实验结果所给数值若为黑暗条件下绿色植物的测定 值,则为呼吸速率;若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值,则为净光 合速率。 (3)根据代谢过程图解进行判定:
图中①和④分别表示从外界吸收的CO2和释放到外界中的O2,两者均 表示净光合速率;图中②和⑤分别表示线粒体进行细胞呼吸产生的CO2和 消耗的O2,两者均表示呼吸速率;图中③和⑥分别表示叶绿体进行光合作用
植物的O2释放速率,可代表净光合速率。 (3)总光合速率=净光合速率+有氧呼吸速率。 (4)物理误差的校正:为防止气压、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。 2.叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量 (1)操作图示
考点三 光合作用与细胞呼吸的关系
一、光合作用和有氧呼吸过程中的物质和能量联系 1.过程联系
上图表示叶肉细胞内部分代谢过程,①~④表示物质,甲~戊表示过程,请写
出序号代表的物质。
(1)物质:[①] ATP 、[②] O2 、[③] CO2 、[④] 丙酮酸 。 (2)过程:[甲]光反应、[乙]有氧呼吸第二阶段、[丙]暗反应、[丁]有氧呼吸
(2)结果分析
净光合速率=(z-y)/2S(S为叶圆片面积,下同); 呼吸速率=(x-y)/2S; 总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。 3.黑白瓶法——测溶氧量的变化 (1)“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。总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸量(强 度)。 (2)有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加 量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。 (3)在没有初始值的情况下(初始值设为X),白瓶中测得的现有量(设为M)-黑 瓶中测得的现有量(设为N)=总光合作用量,即(X-N)+(M-X)=M-N。 注:该方法假设植物不进行无氧呼吸。
用毛细吸管吸取色素 滤液,沿铅笔线均匀画 一条滤液细线,待滤液 干后再画一两次
(1)滤液细线要细而直 (2)干燥后重复画一两 次,既能使滤液细线有 较多的色素,又能使各 色素扩散的起点相同
(1)在层析时,不能让滤 液细线触及层析液 (2)滤纸条上呈现四条 颜色、宽度不同的色 素带
思考:若收集到的滤液绿色过浅,试分析有哪些可能原因? 提示:可能原因:使用放置数天的绿叶,滤液色素(叶绿素)太少;未加二氧 化硅,研磨不充分;未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏;一次加入 大量的无水乙醇,提取浓度太低(正确做法:分次加入少量 无水乙醇)。 3.实验结果
说明:甲图代表24小时内植物净光合速率的变化曲线,乙图代表24小时内密 闭环境中的CO2含量变化曲线,甲中a~i与乙中的A~I一一对应。
甲
光合速率与呼吸速率相等
净光合速率等于0,c点和g点
能积累有机物的时间(光合速率 净光合速率大于0,即c~g(不
大于呼吸速率)
含c、g点)
有机物积累最少和最多的点 c点和g点
3.水和矿质元素对光合速率的影响 (1)水既是光合作用的原料,又是体内多种化学反应的介质,如植物缺水导 致萎蔫,光合速率下降。另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响①CO2 进入叶肉细胞。 (2)矿质元素主要通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产 生直接或间接的影响。如Mg可以影响② 叶绿素 的合成,N可以影响叶 绿素、酶等物质的合成。
耗量
提示:表中“CO2吸收量”是指植物体或植物细胞吸收的CO2量,代表 净光合速率;若有文字表述为“光合作用CO2吸收量”则代表真正光合速 率。
3.植物有机物积累量的计算方法 (1)计算方法:常见以下两种情况 ①持续光照条件下:有机物积累量=V净·t。 ②有时光照有时黑暗条件下,有两种计算方法:
方法一:有机物积累量=光合作用产生量-呼吸作用消耗量=(V净+V呼)·t光-V呼· (t光+t暗) 方法二:有机物积累量=光照时的积累量-黑暗时的消耗量=V净·t光-V呼·t暗
开始进行光合作用的时间
b点
一昼夜后能否积累有机物
计算:Ⅱ-(Ⅰ+Ⅲ)是否大于0
乙 曲线的最高点(C)和最低点(G) 曲线下降时,即 C~G(不含C、G点) C点和G点 C点之前(B点) 比较I点时CO2浓度是否比A点 时低
提升二 “三率”的判断和计算
1.“三率”的概念及内在关系 (1)呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下 测得的值——单位时间内一定组织的CO2释放量或O2吸收量。 (2)真正(总)光合速率:表示植物绿色组织在有光条件下进行光合作用消耗 CO2的量或产生O2的量。 (3)净光合速率:植物绿色组织在有光条件下,光合作用与细胞呼吸同时进 行时,测得的数据为净光合速率。从数值关系上:净光合速率=光合速率-呼 吸速率。 2.“三率”的判断 (1)根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值代表呼吸速 率,该曲线则代表净光合速率;若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。
思考1:如何根据实验结果判断色素的含量以及在层析液中的溶解度大小? 提示1:判断色素含量可根据色素带的宽度和颜色深浅;判断色素在层析液 中的溶解度可根据色素带距离滤液细线的远近。 思考2:叶片为什么多数是绿色的,秋天叶片变黄或变红是什么原因? 提示2:叶片颜色主要是由两类色素决定的,一是存在于叶绿体中的叶绿素 和类胡萝卜素,二是存在于液泡内的花青素。叶片多数呈绿色是因为叶绿 素较多,叶片对绿光吸收最少,叶片反射出来的光主要是绿光。秋天低温时 叶绿素分子被破坏,叶片显示出类胡萝卜素的颜色,故叶片变黄。枫树等 叶片的红色则是液泡中花青素在酸性条件下呈现出的颜色。
第一阶段、[戊]有氧呼吸第三阶段。
2.物质联系
(1)C元素:CO2
(CH2O)
丙酮酸
CO2
(2)O元素:H2O
O2
H2O
3.能量联系
二、光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP 的来源和去向
光合作用
有氧呼吸
[H]
来源
光反应阶段产生
有氧呼吸第①一二、
阶段
去向
用于C3还原
用于第三阶段还原O2
ATP
来源
② 光反应
三个阶段都产生
阶段ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生
去向
用于C3还原
用于各项生命活动
注:表中的[H]在光合作用中指NADPH,在有氧呼吸中指NADH
知能拓展
提升一 光合作用和呼吸作用常见曲线解读
1.光合作用和有氧呼吸综合曲线解读
（1）各点（段）的光合作用和呼吸作用分析
曲线对 应点
细胞生 理活动
ATP产 生场所
植物组织外 观表现
A.大田中增加空气流 动,以增加CO2浓度,如 “正其行,通其风”; B.温室中可增施有机 肥,以增大CO2浓度
通过影响酶活性进而 影响光合作用(主要制 约暗反应)
A.大田中适时播种; B.温室中,增加昼夜温 差,保证植物有机物的 积累
思考:在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处? 提示:有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素,增加 了土壤的肥力,另外还释放出热量和CO2,增加了大棚内的温度和CO2 浓度,有利于光合作用的进行。
二、捕获光能的结构——叶绿体 1.结构:
2.与光合作用相适应的结构特点 (1)光合色素分布于类囊体薄膜上,具有吸收、传递和转换光能的作用。 (2)与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和 叶绿体基质 中。
考点二 光合作用的过程及影响因素
一、光合作用的过程 1.光合作用过程图解
思考:光反应停止,暗反应是否也马上停止? 提示:不是。光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的 积累,在光反应停止时,暗反应仍 可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。 2.过程分析 (1)光反应为暗反应提供了① [H]和ATP ,其转移方向是从类囊体薄 膜到叶绿体基质。 (2)能量变化:光能→② ATP 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学 能。 (3)若环境中的CO2含量减少,则叶绿体中C3的含量将降低,C5的含量将升 高,[H]和ATP的含量将升高。
2.多因子变量对光合速率的影响
(1)甲图曲线的自变量是光照强度和温度,在P点之前限制光合速率的因素 是光照强度(横坐标所表示的因子),PQ之间限制光合速率的因素是光照强 度或温度,Q点限制光合速率的因素是温度。 (2)乙图曲线中高CO2浓度且光照强度为Q时限制光合速率的环境因素是温 度。若环境因素均适宜,限制光合速率的因素主要是光合色素和有关酶的 含量等。
图示
A点
只进行细胞呼吸, 只有细胞质基质 从外界吸收O2,向
不进行光合作用 和线粒体
外界排出CO2