黑白瓶法测光合作用原理

黑白瓶法测定呼吸光合速率题大招适用题型【2019•全国Ⅱ】（2）通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量（生产者所制造的有机物总量）。

若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O 2含量（A ）；另两份分别装入不透光（甲）和透光（乙）的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量（B ）和乙瓶中的O 2含量（C ）。

据此回答下列问题。

在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C 与A 的差值表示这段时间内_____________；C 与B 的差值表示这段时间内_____________；A 与B 的差值表示这段时间内_________。

识别标志操作步骤测定呼吸和光合速率的装置为黑白瓶，可能会再设置一个对照组。

运用“黑白瓶”原理，测定光合速率及进行相关数据计算，方法如下：（1）“黑瓶”不透光，测定的是呼吸速率；“白瓶”给予光照，测定的是净光合速率。

总光合作用量（强度）＝净光合强度+呼吸作用强度。

题大招操作步骤（2）有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量（或CO2的增加量）为呼吸作用强度；白瓶中O2的增加量（或CO2的减少量）为净光合强度；二者之和为总光合作用强度。

（3）在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＝总光合作用量。

【推导（3）】：设黑白瓶中初始溶氧量为a，一段时间后，黑瓶溶氧量为MA，白瓶溶氧量为MB。

则：呼吸速率＝a－MA；净光合速率＝MB－a总光合＝净光合＋呼吸＝（MB－a）＋（a－MA）＝MB－MA例题分析依题意可知：甲、乙两瓶中只有生产者，A值表示甲、乙两瓶中水样的初始O2含量；甲瓶O2含量的变化反映的是呼吸作用耗氧量，因此B=A-呼吸作用耗氧量；乙瓶O2含量变化反映的是净光合作用放氧量，所以C=A+光合作用总放氧量-呼吸作用耗氧量。

黑白瓶法的原理和方法黑白瓶法是一种常见的实验方法，在科学研究和教学中被广泛应用。

它通过在一组相同形状、大小的瓶子中放入黑色和白色小球，观察小球的分布情况，以揭示物质的基本性质和规律。

本文将介绍黑白瓶法的原理和实验方法，帮助读者更好地理解和应用这一实验方法。

我们来了解一下黑白瓶法的原理。

黑白瓶法基于概率统计的原理，通过模拟随机事件，研究物质分布的规律。

在黑白瓶法中，黑色和白色小球代表了两种不同的物质或状态，比如黑色小球可以代表粒子，白色小球可以代表空隙。

通过观察小球在瓶子中的分布情况，可以推断物质的性质和行为。

接下来，我们来介绍一下黑白瓶法的具体实验方法。

首先，准备一组相同形状、大小的瓶子，如透明玻璃瓶或塑料瓶。

然后，在每个瓶子中放入一定数量的黑色和白色小球，可以根据实际需要自行调整小球的数量。

为了保证实验的可靠性，应该重复进行多次实验，取得多组数据。

在实验中，我们可以通过不同的方法来观察小球的分布情况。

一种简单的方法是将瓶子轻轻摇晃，使小球充分混合，然后观察小球在瓶子中的分布情况。

另一种方法是用手轻轻晃动瓶子，以模拟物质在外力作用下的行为。

还可以通过倾斜瓶子，使小球沿着瓶口方向运动，观察小球在不同位置的分布情况。

在观察小球的分布情况时，我们可以得出一些结论。

如果黑色和白色小球均匀混合在一起，并且没有明显的分层现象，那么可以认为物质是均匀分布的。

如果黑色小球聚集在一起，白色小球也聚集在一起，形成分层现象，那么可以认为物质是不均匀分布的。

通过观察小球的分布情况，我们可以推断物质的性质，比如粒子的聚集程度、空隙的分布情况等。

除了观察小球的分布情况，我们还可以进一步分析实验数据，得出更多的结论。

比如，可以计算黑色和白色小球的比例，从而推断物质中黑色和白色成分的含量。

还可以通过统计学方法，比如计算平均值、方差等，对实验数据进行分析，揭示物质分布的规律。

黑白瓶法是一种基于概率统计原理的实验方法，通过观察小球在瓶子中的分布情况，揭示物质的基本性质和规律。

以光合速率测定为背景的实验试题，具有“情景新颖、关注科技、联系实际”等特点，已成为各省市高考的重点和热点。

下面从测定方法的角度进行分类解读，以供参考。

一、圆片上浮法利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。

在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。

根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。

例2 下面甲图为研究光合作用的实验装置。

用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙)，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。

有关分析正确的是( )A.在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小B.在bc段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间C.在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降D.因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶圆片不能进行呼吸作用解析：解答本题的关键是理解影响光合作用的因素。

据本实验原理可知，叶圆片上浮的时间可表示光合作用强度，两者呈负相关。

在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增大，故A项错误。

在bc段，单独增加光照或温度，都可以缩短叶圆片上浮的时间，但增加 NaHCO3溶液浓度则不能，故B项错误。

实验中，光合作用可以释放氧气，故D项错误。

答案：C二、液滴移动法密闭透光小室中放入NaHCO3缓冲液，可维持装置中的CO2浓度。

装置中的CO2缓冲液(或NaHCO3溶液)就起到了提供CO2的作用。

CO2的提供不会改变原装置中的气体压强，但产生的O2会增加装置中的气体压强。

氧气总变化量=光合作用释放的氧气量-呼吸作用吸收的氧气量，因此根据装置中红液滴的移动方向和距离，可以判断出光合作用强度的大小。

“黑白瓶法”测定光合作用与细胞呼吸速率“黑白瓶法”：用黑瓶(无光照的一组)测得的为呼吸作用强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作用强度值，综合两者即可得到真光合作用强度值。

1．生物呼吸类型判定实验设计探究某生物材料的细胞呼吸类型(假设生物材料为植物种子，呼吸底物只有葡萄糖且不考虑外界条件的影响)，某同学设计实验装置如图，请完善下面的结果预测。

(1)若甲液滴 ，乙液滴 ，则只进行有氧呼吸。

(2)若甲液滴 ，乙液滴 ，则只进行无氧呼吸。

(3)若甲液滴 ，乙液滴 ，则既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。

特别提醒为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。

对照装置与装置甲相比，不同点是用“___________________”代替“发芽种子”，其余均相同。

实验原理：组织细胞呼吸作用吸收O 2，释放CO 2，CO 2被NaOH 溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴_______。

单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。

装置乙为对照。

误差的校正①如果实验材料是绿色植物，整个装置应_______处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。

②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行_______处理。

③为防止______、_______等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子_________)，其他条件均不变。

2．光合速率与呼吸速率的测定(1)测定装置(2)测定方法及解读 Ⅰ.测定呼吸强度⎩⎪⎨⎪⎧ ①装置烧杯中放入适宜浓度NaOH 溶液用于吸收CO 2②玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰③置于适宜温度环境中④红色液滴向左移动(代表呼吸耗氧量)Ⅱ.测定净光合速率⎩⎪⎨⎪⎧ ①装置烧杯中放入适宜浓度的NaHCO 3溶液，用于保证容器内CO 2浓度恒定满足光合需求②必需给予较强光照处理，且温度适宜③红色液滴向右移动的距离(代表净光合速率)(3)实验设计中的3个关键点①变量的控制手段，如光照强度的大小可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO 2浓度的大小可用不同浓度的CO 2缓冲液调节。

2022年高考生物总复习：巧借“黑白瓶”原理，速解光合速率测定及相关数据推算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是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。

具体方法如下：(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(或CO2的增加量)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，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。

【典例4】下表所示是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法测定夏季某池塘不同深度水体中，初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度比较后的数据。

下列有关分析正确的是()A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3 g/m2B.水深2 m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率C.水深3 m处白瓶中水生植物不进行光合作用D.水深4 m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体解析根据题意可知，黑瓶中水生植物只能进行呼吸作用，白瓶中水生植物既能进行光合作用又能进行呼吸作用，在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据即为正常的呼吸消耗量。

由表中数据可知，在水深1 m处白瓶中水生植物产生的O2量＝3＋1.5＝4.5(g/m2)。

水深2 m处白瓶中水生植物光合速率＝1.5＋1.5＝3.0[g/(m2·d)]，呼吸速率为1.5 g/m(m2·d)。

水深3 m处白瓶中水生植物光合作用量等于呼吸作用量，即1.5 g/m2。

水深4 m处白瓶中藻类植物能进行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体。

答案D进行光合速率、呼吸速率计算，常用如下关系：(1)摩尔数数量关系C6H12O6∶CO2∶O2＝1∶6∶6(2)分子量关系：C6H12O6(180)∶6CO2(6×44)∶6O2(6×32)。

黑白瓶问题例析作者：刘艳红来源：《试题与研究·高考理综生物》2015年第03期黑白瓶问题，实质上是对必修1《分子与细胞》模块光合作用与细胞呼吸这一主干知识的考查。

在平常考试中，当学生遇到有关黑白瓶问题时，经常出现“绕着走”、犯迷糊等问题，其实是没有真正理解黑瓶、白瓶中测得的数据到底表示什么含义。

为了帮助学生顺利解决上述问题，本文结合典型例题将黑白瓶问题常考查的角度进行初步归类，供读者复习时借鉴。

一、黑白瓶测实际光合量的原理黑白瓶法，即氧气测定法，多用于水生生态系统初级生产量的测定。

用三只玻璃瓶，其中一只用黑胶布包上，再包以锡箔，从待测的水体深度取水，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）再放回待测深度的水中。

黑瓶中的浮游植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。

而白瓶完全被曝晒在光下，瓶中的浮游植物可进行光合作用，因此白瓶中的溶氧量一般会增加。

根据初始瓶、黑瓶、白瓶溶氧剩余量，即可求得净初级生产量（=净光合量）、呼吸量、总初级生产量（=实际光合量）。

一般适用于湖泊、水库、池塘等静水水体以及水流缓和的河流水域中初级生产量的测定。

二、考查视角归类分析视角1：以图表为载体，考查图文转化及数据处理能力例1 采用黑白瓶法（黑瓶外包黑胶布和锡箔以模拟黑暗条件；白瓶为透光瓶）测定池塘各深度24小时内的平均氧气浓度变化，结果如下表，则该池塘一昼夜产生氧气的量是（）A.8g/m3B.14g/m3C.22g/m3D.32g/m3【解析】本题以表格为载体考查考生对净光合作用、呼吸作用、实际光合作用的理解以及数据的分析能力。

池塘一昼夜产生氧气的量，实质上指的是各水层一昼夜产生的氧气量的总和。

产生的氧气量，就是光合作用总量=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量。

对于水深5m 至水底范围内的生物来说，无论有无光照，黑瓶和白瓶中氧气的变化量都是相同的，说明此范围水域内的生物不进行光合作用。

生态学黑白瓶法测定光合速率第一章：介绍和背景1.1 引言生态学是研究生物和环境相互作用的科学，它涉及到许多不同的测量方法和技术。

其中，测定光合速率是生态学中重要的实验手段之一。

在本文中，我们将探讨一种称为黑白瓶法的测定光合速率的方法。

我们将首先介绍生态学中光合速率的概念，并解释为什么测定它对于理解生态系统的功能和稳定性至关重要。

我们将详细介绍黑白瓶法的原理和步骤，以及如何使用它来测量光合速率。

我们将回顾这种方法的优缺点，并讨论其在生态学研究中的应用和局限性。

1.2 光合作用和光合速率光合作用是植物、藻类和一些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程。

它是地球上生物质生产的主要途径，也是维持生态系统中能量流动的根本过程。

光合速率指的是单位时间内单位面积叶片对光进行光合作用的能力。

它是植物光合效率的重要指标，也反映了光合作用与环境因素的相互作用。

1.3 黑白瓶法的原理和步骤黑白瓶法是一种常用的测定光合速率的方法。

它通过测定在不同光照条件下水中溶解氧的变化来推测光合速率。

该方法通常需要使用两个瓶子：一个瓶子被涂成黑色，另一个则是透明的。

黑色瓶子吸收光线，而透明瓶子允许光线透过。

实验过程中，我们将分别在黑色瓶子和透明瓶子中加入相同数量的水样，然后将它们暴露在不同光照条件下，例如阳光下和遮挡光线的条件下。

在实验进行的过程中，我们会定期取出瓶子并测量水样中的溶解氧浓度。

根据溶解氧浓度的变化，我们可以推断出光合速率的高低。

充足的光照条件下，植物光合作用将导致水样中的溶解氧浓度上升，而光照受限的条件下，溶解氧浓度的上升速率将减慢或停止。

1.4 黑白瓶法的优缺点黑白瓶法作为测定光合速率的方法，具有一些优点和缺点。

它是一种相对简单和经济的方法，只需要基本的实验设备和材料即可进行。

该方法对于不同种类的生物体都适用，包括植物、藻类和一些细菌。

黑白瓶法可以在不同的实地条件下进行，从而更贴近实际生态系统中的情况。