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浅谈测定光合速率的常用方法

作者:杨丹 来源:考试周刊 2019年96期
  摘 要:光合作用是高考的重点内容,光合速率、呼吸速率及两者间的关系也是重难点。如何提高光合作用总产量是人类社会和生活息息相关的生物学问题,而提高光合作用总产量的关键是提高光合作用速率,简称光合速率,所以本文主要讲述的就是测定光合速率的常用方法。
  关键词:光合作用;高考;实验
  
  进行光合作用的植物,每时每刻也在进行着呼吸作用。在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下,OA、OC段,OA+OC分别代表什么生理意义?
  那么光合速率常见的测定方法有哪些呢?光合速率又是如何计算的呢?对于这样一节课怎样处理,现将我在教学中这节课的教学设计与大家交流。
  教学目标
  知识目标:掌握理解测定光合速率的常用方法
  能力目标:通过学习能自主掌握光合速率年的测定方法及在实验设计中灵活应用
  情感目标:培养学生严谨的科学实验态度及社会责任感
  导入:太阳每天输送到地球的能量大约为1×109KJ,而这些能量中大约只有1%以可见光的形式被生态系统的生产者通过光合作用转化为化学能。所以如何提高光合作用速率(简称光合速率)就非常关键。那么光合速率常见的测定方法有哪些呢?(学生可以自由列举自己所知道的方法)
  一、 利用装置法测定植物光合速率与呼吸速率
  (1) 将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,红色液滴移动的方向?此时所测是什么值?学生:向左。所测为呼吸作用强度。
  (2) 将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,红色液滴移动的方向?此时所测是什么值?学生:向右。所测为光合作用强度。
  (3) 怎样根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率?
  学生思考 答案:真正光合速率=呼吸速率+净光合速率
  例:下图甲为光合作用最适温度条件下,植物光合速率测定装置图,图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是( )
  A. 图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动,再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
  B. 现将图甲中的二氧化碳缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液,其他条件不变,则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变
  C. 在一定光照条件下,若适当升高温度,呼吸速率和光合速率都将发生变化。
  D. 若图乙表示甲图植物光合速率由a到b的变化,则可能是适当提高了二氧化碳浓度
  选B,虽然光照条件不变,但由于没有CO2,暗反应不能为光反应提供ADP与NADP+等物质,,影响光反应的进行,产生NADPH的速率将下降。
  这是一个常规题型,有色液滴的移动跟装置内外的压强有关系,高中学生有这个分析能力,但是上课时仍然需要提一下以便给学生肯定的引导,这个专题的题目看到CO2缓冲液、NaOH、NaHCO3等,要多长个心眼多分析它们的作用都是什么。让学生知道这类题型综合性都比较强,在既有光合作用又有呼吸作用的时候首先心理上不能害怕,接下来冷静分析CO2缓冲液能够调节CO2的量,装置内外气体的存在量大于消耗量有色液体向右移动,反之向左移动。学生在做这种题时容易弄混的是CO2缓冲液、NaOH、NaHCO3的作用及分别计算光合作用强度、呼吸作用后再整合最终结果。这需要理解方法后多练习一些同类型的习题。
  拓展:还有一种是当装置出现气密性问题而在实验开始有色液滴就有一定数值时,这时就更复杂一些,需要先解决这种误差,同学们可以先思考这类问题,然后展示一个这类习题,学生尝试解题方法,老师再给予正确答案。
  二、 黑白瓶法
  黑瓶不透光,只进行呼吸作用,白瓶光合作用、呼吸作用都可以进行,所以综合分析黑白瓶所测得值就得到实际光合作用。
  例.某同学为了研究甲湖泊中某水深深度生物光合作用和有氧呼吸的强度。做了以下实验:取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c,将a先包以黑胶布,再包以铅箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水,测定c瓶中水内氧容量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度,经24小时取出,测两瓶氧含量,结果如下图:24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况( )
  A. 24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶
  B. 24小时待測深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶
  C. 24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(k-v)mol/瓶
  D. 24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k-v)mol/瓶
  选D。a瓶在黑暗条件下只能进行有氧呼吸,24小时生物进行呼吸消耗的氧气量为(w-v)mol/瓶;b瓶在光照条件下,氧气的增加量为(k-w)mol/瓶,即为瓶内生物24小时净光合量,故24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量=呼吸消耗的氧气量+净光合量=(w-v)+(k-w)=(k-v)mol/瓶。
  这类题较简单学生理解难度不大,重点是分清楚a、b、c三瓶的不同条件,区分对照组与实验组再进行对照。
  三、 叶圆片称重法
  可以测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,如图所示以有机物的变化量测定光合速率(a为叶圆片面积)。
  净光合速率=(z-y)/2a;
  呼吸速率=(x-y)/2a;
  总光合速=(x+z-2y)/2a。
  例:某同学想要测定植物叶片叶绿体的光合速率,做了以下实验: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重量,M处的处理是下午16点后将整个实验装置黑暗环境3小时,则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位:g·cm-2·h-1,不考虑实验操作及环境温度对植物生理活动的影响)( )

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