光合作用中常用的实验方法.ppt

光合作用中常用的实验方法光合作用中常用的实验方法奉化中学奉化中学 戴长虹戴长虹一、光合作用实验中涉及到的药品和器材一、光合作用实验中涉及到的药品和器材及作用及作用NaOH(吸收吸收CO2)Ca(OH)2(检验检验CO2)缓冲液缓冲液NaHCO3溶液溶液(CO2的来源，保证装置内的来源，保证装置内CO2浓度稳定浓度稳定)酒精酒精(脱去叶片中的色素，便于观察脱去叶片中的色素，便于观察淀粉和碘液的颜色反应淀粉和碘液的颜色反应)碘液碘液(检验淀粉检验淀粉)灯灯(光源光源)布布(黑纸黑纸)(遮光遮光)二、光合作用实验的常用方法二、光合作用实验的常用方法饥饿饥饿照光法可以用来验证光合作用的原料或生成的照光法可以用来验证光合作用的原料或生成的产物：实验植物先遮光饥饿，再照光，一段时间后用产物：实验植物先遮光饥饿，再照光，一段时间后用碘液检测淀粉的生成，其遮光饥饿时为了营造空白对碘液检测淀粉的生成，其遮光饥饿时为了营造空白对照，便于结果分析照，便于结果分析1、下图是用健壮植株设计的一个研究植物生理的装置，、下图是用健壮植株设计的一个研究植物生理的装置，A中装有某种液体。请回答以下问题：中装有某种液体。请回答以下问题：(1)欲通过检测叶片中是否有淀粉欲通过检测叶片中是否有淀粉来验证光合作用需要来验证光合作用需要CO2作原料作原料,应该用应该用_个这样的装置，个这样的装置，先都置于先都置于_24小时，再置小时，再置于于_，且对且对A的处理应该是的处理应该是_。两两黑暗黑暗适宜强度（相同）的光照下适宜强度（相同）的光照下实验组中用实验组中用NaOH溶液，对照组中用清水溶液，对照组中用清水（2）若装置中的玻璃钟罩全部遮光，）若装置中的玻璃钟罩全部遮光，A溶液为溶液为NaHCO3缓冲液，则可用这一装置来测定缓冲液，则可用这一装置来测定_。为除去气体膨胀或收缩因素，对照组应为为除去气体膨胀或收缩因素，对照组应为_。若两个装置起始液面左右相平，一段时间后都是左高右若两个装置起始液面左右相平，一段时间后都是左高右低，且实验组的液面高度差为低，且实验组的液面高度差为10，对照组为，对照组为2，则可以得，则可以得出的实验结论是出的实验结论是_。细胞呼吸中氧气的消耗量细胞呼吸中氧气的消耗量将植株换成同样大小的死植株将植株换成同样大小的死植株细胞呼吸消耗了细胞呼吸消耗了4个单位的氧个单位的氧同位素标记法：通常用来研究光合作用中物质的同位素标记法：通常用来研究光合作用中物质的转移。转移。2.光合作用研究史上有许多经典的实验光合作用研究史上有许多经典的实验.请分析回答下列问题请分析回答下列问题:卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中,通过通气管向密闭容器通过通气管向密闭容器中通入中通入CO2,通气管上有一个开关通气管上有一个开关,可以控制可以控制CO2的供应的供应,密闭密闭容器周围有光源容器周围有光源,通过控制电源开关可以控制光照的有无通过控制电源开关可以控制光照的有无.卡尔文向密闭容器中通入卡尔文向密闭容器中通入14CO2,经过不同时间的照光经过不同时间的照光(数数秒直至数十分钟秒直至数十分钟)后后,将小球藻放入沸酒精中处理将小球藻放入沸酒精中处理,其目的是其目的是,从而使小球藻中的化合物停留在碳反应的某一阶段从而使小球藻中的化合物停留在碳反应的某一阶段;然后分然后分离出各种化合物离出各种化合物,测定其放射性测定其放射性.上述实验中卡尔文是通过控上述实验中卡尔文是通过控制制来探究来探究14CO2中碳原子的转移路径中碳原子的转移路径.卡尔文发现光照卡尔文发现光照30秒秒,14C出现在三碳化合物出现在三碳化合物,五碳化合物五碳化合物和六碳化合物和六碳化合物,七碳化合物等七碳化合物等20余种化合物中余种化合物中;而当把光照时而当把光照时间缩短为间缩短为5秒时秒时,14C主要出现在一种三磷酸甘油酸主要出现在一种三磷酸甘油酸(三碳化合三碳化合物物)中中,这说明这说明.为探究固定为探究固定CO2的化合物的化合物,卡尔文改变某实验条件后卡尔文改变某实验条件后,发现发现RuBP的含量快速升高的含量快速升高,其改变的实验条件是其改变的实验条件是,由此得出固由此得出固定定CO2的物质是的物质是RuBP.使酶失活，导致碳反应停止使酶失活，导致碳反应停止反应时间长短反应时间长短CO2固定的第一个产物是三固定的第一个产物是三磷酸甘油酸，然后由三磷酸磷酸甘油酸，然后由三磷酸甘油酸转变为其他化合物甘油酸转变为其他化合物停止停止CO2供应供应半叶法是测定大田农作物光合作用强度的常用方法半叶法是测定大田农作物光合作用强度的常用方法之一。之一。3、采用采用“半叶法半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进对番茄叶片的光合作用强度进行测定，其原理是：将对称叶片的一部分（行测定，其原理是：将对称叶片的一部分（A）遮）遮光，另一部分（光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法）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，在小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度。可计算出该叶片的光合作用强度。若若M=MB-MA，则，则M表示表示。B叶片被截取部分在叶片被截取部分在6小小时内光合作用合成的有机时内光合作用合成的有机物总量物总量3、下面的方法可用来测定田间棉花植株的光合作用强度。操作、下面的方法可用来测定田间棉花植株的光合作用强度。操作步骤如下：步骤如下：在田间选有代表性的叶片在田间选有代表性的叶片20片（叶片左右称），挂小纸牌编片（叶片左右称），挂小纸牌编号。号。用用5%的三氯乙酸点涂叶柄一圈，将叶柄的筛管细胞杀死，并的三氯乙酸点涂叶柄一圈，将叶柄的筛管细胞杀死，并采取措施尽量保持叶片的自然生长角度。采取措施尽量保持叶片的自然生长角度。按编号顺序分别剪下叶片对称的一半，立即处死，然后依次按编号顺序分别剪下叶片对称的一半，立即处死，然后依次夹入湿润的纱布中，放于暗处；夹入湿润的纱布中，放于暗处；4小时后，要再按编号的顺序以小时后，要再按编号的顺序以同样的速度剪下另一半叶片，也依次夹入湿润的纱布中。同样的速度剪下另一半叶片，也依次夹入湿润的纱布中。返回实验室，将各同号叶片的两半对应叠在一起，在无粗叶返回实验室，将各同号叶片的两半对应叠在一起，在无粗叶脉处用刀片沿边切下一定面积的两个叶块，分别置于两个称量皿脉处用刀片沿边切下一定面积的两个叶块，分别置于两个称量皿中，在中，在8090下烘干下烘干5小时，然后在分析天平上称量，记录小时，然后在分析天平上称量，记录数据，进行比较。请回答下列问题：数据，进行比较。请回答下列问题：（1）在该实验中，特定时间段内（）在该实验中，特定时间段内（4小时）每片叶块的净光合产小时）每片叶块的净光合产量的计算方法为量的计算方法为_。（2）用三氯乙酸杀死叶柄筛管细胞的目的是）用三氯乙酸杀死叶柄筛管细胞的目的是_。（3）试验步骤中，有一些措施是为了减少实验误差而设置的，）试验步骤中，有一些措施是为了减少实验误差而设置的，请你列举两例。请你列举两例。照光的叶片干重总量减去黑暗中的叶片照光的叶片干重总量减去黑暗中的叶片干重总量，再除以叶片数干重总量，再除以叶片数阻止实验叶片阻止实验叶片的光合作用产的光合作用产物输出物输出（1）照光的叶片干重总量减去黑暗中的叶片干重总量，）照光的叶片干重总量减去黑暗中的叶片干重总量，再除以叶片数（再除以叶片数（2分）分）（2）阻止实验叶片的光合作用产物输出（）阻止实验叶片的光合作用产物输出（2分）分）（3）（以下内容写出任意两项均可，其它合理的分析也）（以下内容写出任意两项均可，其它合理的分析也可得分，每项可得分，每项2分，共分，共4分）分）实验的对象不是一片叶子而是实验的对象不是一片叶子而是20片叶子；片叶子；采用同一叶片对称的两部分进行对照比较的方法；采用同一叶片对称的两部分进行对照比较的方法；先后两次剪下的叶片同样保存在湿润的纱布中；先后两次剪下的叶片同样保存在湿润的纱布中；用于烘干和称重的各叶片两半的部位和面积相同。用于烘干和称重的各叶片两半的部位和面积相同。4某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，作如某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，作如图所示实验。在叶柄基部作环剥处理（仅限制叶片有机图所示实验。在叶柄基部作环剥处理（仅限制叶片有机物的输入和输出），于不同时间分别在同一叶片上陆续物的输入和输出），于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为取下面积为1cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片的的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片的叶绿体光合作用速率叶绿体光合作用速率=（3y-2z-x）/6gcm2h（不考虑取（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）。则活动的影响）。则M处的实验条件是（处的实验条件是（）A下午下午4时后将整个实验装置遮光时后将整个实验装置遮光3小时小时B下午下午4时后将整个实验装置遮光时后将整个实验装置遮光6小时小时C下午下午4时后在阳光下照射时后在阳光下照射1小时小时D晚上晚上8时后在无光下放置时后在无光下放置3小时小时A黑白瓶法一般用于测定水生植物光合作用固定的太阳能黑白瓶法一般用于测定水生植物光合作用固定的太阳能或制造的有机物或制造的有机物5.为了调查太湖某一水层是否有自养生物存在，及其产为了调查太湖某一水层是否有自养生物存在，及其产氧量能否维持本层水体生物呼吸耗氧所需，可用黑白瓶氧量能否维持本层水体生物呼吸耗氧所需，可用黑白瓶法测定该水层生物昼夜平均代谢率来判定。白瓶为透明法测定该水层生物昼夜平均代谢率来判定。白瓶为透明玻璃瓶，其水体溶解玻璃瓶，其水体溶解O2的昼夜变化值为水中生物光合的昼夜变化值为水中生物光合作用产生的作用产生的O2与呼吸消耗的与呼吸消耗的O2的差值（以的差值（以WDO表示）表示）；黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中水体溶解；黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中水体溶解O2的昼夜的昼夜变化值为水中生物呼吸消耗的变化值为水中生物呼吸消耗的O2（以（以BDO表示）。请表示）。请完成下列实验。完成下列实验。（1）实验步骤：）实验步骤：用采水器取该层水样，分别注满用采水器取该层水样，分别注满500mL黑、白瓶并黑、白瓶并密封剩余水样用于测密封剩余水样用于测；将黑、白瓶将黑、白瓶；溶解氧浓度溶解氧浓度挂回原水层挂回原水层。（2）设计记录所测数据的表格。）设计记录所测数据的表格。黑、白瓶溶氧变化记录表（黑、白瓶溶氧变化记录表（mgL）24h后取出黑、白瓶测溶解氧浓度后取出黑、白瓶测溶解氧浓度 编号编号项目项目白白 瓶瓶黑黑 瓶瓶l l2 23 3平平均均l l2 23 3平均平均24h24h后溶后溶氧量氧量原初溶氧原初溶氧若若WDOBDO0，则有自养生物；，则有自养生物；若若WDOBDO0，则无自养生物；，则无自养生物；若若WDO0，则该水层产氧量能维持生，则该水层产氧量能维持生物耗氧量所需。物耗氧量所需。（3）预测实验结果并分析）预测实验结果并分析变式题变式题5某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为溶解氧的含量为12mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下（由照条件下（由ae逐渐加强），逐渐加强），24小时后，实测获得小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下：六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下：光照强度光照强度(klx(klx)0 0（黑暗）（黑暗）a ab bc cd de e白瓶溶氧量白瓶溶氧量mg/Lmg/L4 412121818262632323232黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量mg/Lmg/L4 44 44 44 44 44 4（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为）黑瓶中溶解氧的含量降低为4mg/L的原因是的原因是；该瓶中所有生物细胞在该瓶中所有生物细胞在24h内呼吸消耗的内呼吸消耗的O2量为量为mg/L。（2）当水层光照强度为）当水层光照强度为c时，在时，在24h内白瓶中植物产生内白瓶中植物产生的氧气量为的氧气量为mg/L。光照强度至少为。光照强度至少为(填字填字母母)时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。当光照强度为需。当光照强度为(填字母填字母)时，再增加光照强时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。（3）若将）若将a光照下的白瓶移至光照下的白瓶移至d光照下，则瓶中植物细光照下，则瓶中植物细胞的光合作用速率胞的光合作用速率，其主要原因是，其主要原因是。被还原后的。被还原后的C3经一系列变化可形成经一系列变化可形成。黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，没有光照，黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气植物不能进行光合作用产生氧气822ad加快加快光反应产生的光反应产生的ATP和和NADPH增多增多糖类、糖类、C5真空渗入法：是制备细胞间隙不含气体的叶片的真空渗入法：是制备细胞间隙不含气体的叶片的一种实验技术，用打孔器打下叶圆片，放于加满一种实验技术，用打孔器打下叶圆片，放于加满水的注射器中抽吸，重复几次，使圆片下沉，等水的注射器中抽吸，重复几次，使圆片下沉，等下沉的叶圆片重新上浮时，则标志植物光合作用下沉的叶圆片重新上浮时，则标志植物光合作用释放的氧气多于呼吸作用消耗的氧气。释放的氧气多于呼吸作用消耗的氧气。6.为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。实验步骤和预测实验结果：实验步骤和预测实验结果：（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片稀溶液的两支试管中。此时，叶片均浮在水面。均浮在水面。（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。管底部。（3）.分析预测结果：分析预测结果：（3）将这两支试管放在日光灯下，照光一段时间。结果：）将这两支试管放在日光灯下，照光一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片上浮，蒸馏水中的叶片在试管底部。稀溶液中的叶片上浮，蒸馏水中的叶片在试管底部。（5分）分）（4）再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：）再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底稀溶液中的叶片下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。（部。（5分）分）分析预测的结果：分析预测的结果：（1）光照下，）光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用，释稀溶液中的叶片进行光合作用，释放出来的氧气多于消耗的氧气，叶肉细胞间隙的氧气增加，放出来的氧气多于消耗的氧气，叶肉细胞间隙的氧气增加，叶片上浮。而蒸馏水中缺乏二氧化碳和氧气，叶片不能进行叶片上浮。而蒸馏水中缺乏二氧化碳和氧气，叶片不能进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍光合作用和呼吸作用，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。（位于试管底部。（6分）分）（2）黑暗中，）黑暗中，NaHCO3稀溶液中的叶片呼吸作用，消耗了稀溶液中的叶片呼吸作用，消耗了叶肉细胞间隙中的氧气，放出二氧化碳溶于叶肉细胞间隙中的氧气，放出二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液稀溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉。蒸馏水中缺乏氧气，中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉。蒸馏水中缺乏氧气，叶片不能进行呼吸作用，叶肉细胞间隙仍缺乏气体，因此叶叶片不能进行呼吸作用，叶肉细胞间隙仍缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。（片仍位于试管底部。（6分）分）8.为检测光质（不同波长的光）对水生黑藻光合作用为检测光质（不同波长的光）对水生黑藻光合作用强度的影响，现提供如下材料，红、绿、白三种颜色强度的影响，现提供如下材料，红、绿、白三种颜色的的40W的灯泡数个，试管数只，黑藻数枝，的灯泡数个，试管数只，黑藻数枝，pH试纸，试纸，石蜡油石蜡油，NaHCO3溶液，请你完成下面的实验设计并溶液，请你完成下面的实验设计并回答有关问题。回答有关问题。（1）现在由你进行实验设计，）现在由你进行实验设计，请写出你的设计思路：请写出你的设计思路：（2）请预测并简要分析上述实验结果：）请预测并简要分析上述实验结果：_。实验开始步骤为：在温度为实验开始步骤为：在温度为20环境中，按右图组装好实验装置。环境中，按右图组装好实验装置。将三种颜色的灯泡分别放在三个图示装将三种颜色的灯泡分别放在三个图示装置等距离的位置照射相同的时间，用置等距离的位置照射相同的时间，用pH试纸检测溶液试纸检测溶液pH的变化。的变化。黑藻在不同光质下光合强度不同，黑藻在不同光质下光合强度不同，CO2的吸收量不的吸收量不同，试管内的同，试管内的pH不同。在白光下光合作用最强，不同。在白光下光合作用最强，测得的测得的pH最大，其次是红光和绿光。最大，其次是红光和绿光。（3）若不增加实验用具，指出另一种检测）若不增加实验用具，指出另一种检测该实验结果的简便方法：该实验结果的简便方法：_。（4）若上述实验效果不明显，请设计一种）若上述实验效果不明显，请设计一种增加光合强度的方法：增加光合强度的方法：_。直接观察气泡释放的速度。直接观察气泡释放的速度。适当提高温度、适当增加光照强度、适当提高温度、适当增加光照强度、适当提高适当提高CO2浓度浓度。9.取一植物形态、大小、生长发育状况相同的四张叶片取一植物形态、大小、生长发育状况相同的四张叶片按下图进行实验，烧杯中的液体可以保证叶片所需的水按下图进行实验，烧杯中的液体可以保证叶片所需的水与矿质元素的正常供应，气体的移动可以通过观察油滴与矿质元素的正常供应，气体的移动可以通过观察油滴的运动判断。（不考虑气体在水中的溶解与外界气压的的运动判断。（不考虑气体在水中的溶解与外界气压的变化和蒸腾作用的影响）变化和蒸腾作用的影响）(1)适宜的光照下适宜的光照下,装置装置A中油滴的移动情况是中油滴的移动情况是。原因是原因是。不移动不移动（2）适宜的光照下短时间内装置）适宜的光照下短时间内装置B中油滴的移动情况是中油滴的移动情况是_，此时装置，此时装置B叶片的表观光合量叶片的表观光合量_零。零。（填大于、小于、或等于）放置一段时间后，装置中的（填大于、小于、或等于）放置一段时间后，装置中的氧气消耗完，这时油滴的移动方向是氧气消耗完，这时油滴的移动方向是_。写出此时。写出此时叶片进行的生理反应的方程式叶片进行的生理反应的方程式_。不移动不移动向左移动向左移动小于小于（3）分析装置）分析装置C中油滴移动情况与光合作用和呼吸作用中油滴移动情况与光合作用和呼吸作用的关系的关系当光合作用强度大于呼吸作用强度时，油滴向当光合作用强度大于呼吸作用强度时，油滴向_移动移动当光合作用强度等于呼吸作用强度时，油滴向当光合作用强度等于呼吸作用强度时，油滴向_移动移动（4）能否直接用）能否直接用B、D装置证明光合作用需要光。装置证明光合作用需要光。不不向右向右不能，因为都缺少不能，因为都缺少CO2,均不能进行光合作用。均不能进行光合作用。（5）能否直接用）能否直接用C、D装置证明光合作用需要二氧化碳装置证明光合作用需要二氧化碳？为什么？如果用？为什么？如果用B、C装置证明光合作用需要二氧化装置证明光合作用需要二氧化碳，应该先将叶片做怎样的处理？碳，应该先将叶片做怎样的处理？（6）如果将）如果将C装置突然从光下移到暗处，短时间内叶肉装置突然从光下移到暗处，短时间内叶肉细胞中的细胞中的ATP、NADPH、C3、C5化合物的含量分别怎样化合物的含量分别怎样变化？要测定叶片细胞呼吸的强度，最好选哪个装置？变化？要测定叶片细胞呼吸的强度，最好选哪个装置？不能，不符合单一变量原则。饥饿处理不能，不符合单一变量原则。饥饿处理下降、下降、上升、下降下降、下降、上升、下降装置装置D