光合速率与呼吸速率的测定

植物生理学实验报告植物光合和呼吸作用气孔导度和蒸腾速率的测定实验目的1.了解植物光合作用和呼吸作用的基本原理；2.掌握测定植物光合速率和呼吸速率的方法；3.研究气孔导度和蒸腾速率对植物光合和呼吸的影响。

实验器材和试剂1.叶片割断测光变色；2.2%苯酚溶液；3.高锰酸钾溶液；4.高速搅拌器；5.快速气孔导度仪。

实验步骤1.测光变色法测定植物光合速率a.取一片健康的叶片，清洗干净并将其放入植物夹，放置在一定的光照下静置30分钟；b.取出叶片，剪去主脉，用尺寸吗测量剩下的叶片面积；c.在100毫升测试管中加入60毫升的2%苯酚溶液，并把叶片放入其中；d.启动计时器，并立即测定溶液的吸光度，每20秒测量一次，直至溶液的吸光度不再变化；e.计算吸光度的差值ΔA。

f.根据标准曲线得到ΔA对应的氧气释放量。

a.取一片健康的叶片，清洗干净并将其放入植物夹，放置在一定的光照下静置30分钟；b.取出叶片，剪去主脉，用尺寸吗测量剩下的叶片面积；c.用快速气孔导度仪测量叶片的气孔导度；d.用高速搅拌器将叶片搅拌至均质的状态；e.在一定比例下加入高锰酸钾溶液，并盖紧容器；f.监测高锰酸钾溶液颜色的变化，根据变化速率计算呼吸速率。

3.研究气孔导度对光合作用的影响a.分别测量三片不同大小的叶片的气孔导度；b.在充足的光照下测定叶片的光合速率；c.根据实验数据计算气孔导度和光合速率的相关性。

4.研究气孔导度对蒸腾作用的影响a.分别测量三片不同大小的叶片的气孔导度；b.在一定的湿度条件下测定叶片的蒸腾速率；c.根据实验数据计算气孔导度和蒸腾速率的相关性。

实验结果和讨论1.实验结果：根据实验数据计算出的光合速率和呼吸速率；2.实验讨论：分析气孔导度和蒸腾速率对光合和呼吸的影响。

总结通过本实验，我们深入了解了植物生理学中光合作用和呼吸作用的基本原理，并掌握了测定植物光合速率和呼吸速率的方法。

我们还研究了气孔导度和蒸腾速率对植物光合和呼吸的影响。

净光合速率和呼吸速率的关系引言净光合速率和呼吸速率是生物学中两个重要的生理过程。

光合作用是植物通过光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程，而呼吸是植物和动物通过氧气将有机物质氧化为二氧化碳和水释放能量的过程。

净光合速率和呼吸速率之间存在着密切的关系，本文将对它们之间的关系进行探讨。

净光合速率和呼吸速率的定义净光合速率净光合速率是指植物单位面积叶片在单位时间内进行光合作用所固定的二氧化碳量减去单位时间内呼吸所释放的二氧化碳量。

净光合速率可以用以下公式表示：净光合速率 = 光合速率 - 呼吸速率呼吸速率呼吸速率是指植物或动物单位时间内氧气消耗量和二氧化碳释放量的总和。

呼吸速率可以用以下公式表示：呼吸速率 = 氧气消耗量 + 二氧化碳释放量净光合速率和呼吸速率的关系净光合速率和呼吸速率之间存在着一种平衡关系。

在光照充足的情况下，植物的光合作用速率会超过呼吸速率，从而导致净光合速率为正值。

而在光照不足或夜间等无光照的情况下，植物的光合作用速率会低于呼吸速率，从而导致净光合速率为负值。

影响净光合速率和呼吸速率的因素净光合速率和呼吸速率受到多个因素的影响，下面将介绍一些主要的因素：光照强度光照强度是影响净光合速率的重要因素。

光照强度越高，植物的光合作用速率越快，从而净光合速率也会增加。

在光照充足的情况下，植物的光合作用速率会超过呼吸速率，净光合速率为正值。

温度温度是影响净光合速率和呼吸速率的关键因素。

适宜的温度可以促进光合作用和呼吸作用的进行，从而提高净光合速率和呼吸速率。

然而，当温度过高或过低时，光合作用和呼吸作用的速率都会受到抑制，净光合速率和呼吸速率会下降。

二氧化碳浓度二氧化碳浓度是影响净光合速率的重要因素。

二氧化碳是光合作用的底物之一，其浓度越高，植物的光合作用速率越快，从而净光合速率也会增加。

然而，在某些情况下，二氧化碳浓度过高也会抑制光合作用的进行。

氧气浓度氧气浓度是影响呼吸速率的重要因素。

光合速率、呼吸速率的关系及测定方法一、光合速率、呼吸速率的关系1.光合速率与呼吸速率的常用表示方法在黑暗时，植物体只能进行呼吸作用，所以在黑暗条件下测得的数据就是呼吸速率；而在光照条件下，植物体可以同时进行光合作用和呼吸作用，因此，在光下直接测得的数据是净光合速率；总光合速率无法直接测得，只能间接求得：总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。

如表列出了部分常见的与总光合速率和净光合速率有关的关键词。

总光合速率O2产生速率CO2固定（或消耗）速率有机物产生（或制造、生成）速率净光合速率O2释放速率CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率2.光合作用和细胞呼吸曲线解读（1）A点：只进行呼吸作用，不进行光合作用，净光合量小于0，如图甲所示。

（2）AB段：真正光合速率小于呼吸速率，净光合量小于0，如图乙所示。

（3）B点：真正光合速率等于呼吸速率，净光合量等于0，如图丙所示。

（4）B点以后：真正光合速率大于呼吸速率，净光合量大于0，如图丁所示。

3.确认净光合速率与植物生长的关系在相对密闭的环境中一昼夜CO2含量的变化曲线图分析（O2变化与CO2相反）：①如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加（即植物生长）；②如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少；③如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变；④CO2含量最高点为C点（C′点），CO2含量最低点为E点（E′点）。

注：①图中光合速率与呼吸速率相等的点有C（C′）、E（E′）点。

②图中曲线与横轴围成的面积S2－（S1＋S3）的代数和即为净光合量。

若该值＞0，则植物生长；若该值≤0，则植物不生长。

【典例1】（2020·晋冀鲁豫名校高三联考）为探究长期高温和增施CO2（采用智能型二氧化碳发生器）对黄瓜叶片净光合速率的影响，某小组进行了相关实验。

实验设置了四个组：常温（20～25 ℃）、高温（35～40 ℃）、常温（20～25 ℃）＋CO2（1 000～1 500 mol·L－1），部分实验结果如图所示，回答下列问－1）、高温（35～40 ℃）＋CO2（100～1 500 mol·L题：（1）在上述基础上，欲利用所学知识测量高温下黄瓜总光合速率，方法为_______________________________________________________________________________________________________。

实验植物光合与呼吸速率的测定红外线CO2吸收法一、实验目的光合作用是地球上最重要的生命现象，它是唯一能把太阳能转化为稳定的化学能贮藏在有机物中的过程，是维持地球上物质循环的关键环节，也是农作物产量形成的决定性因素。

在植物科学研究中，经常需要测定光合作用。

在光合作用（及呼吸作用）测定方法的发展过程中，曾经有过多次革新，其中包括测定干物质积累的称重法，测定CO2吸收（和释放）的滴定法，测氧气释放的检压法和氧电极法等。

与这些方法相比，红外线气体分析仪堪称较先进的方法。

它不但快速、准确，而且可将测定信号变为电信号输出，便于仪器的自动化和智能化。

一、实验原理红外线CO2气体分析仪（IRGA）工作原理：当红外光经过含有CO2的气体时，能量就因CO2的吸收而降低，降低的多少与CO2的浓度有关，并服从朗伯—比尔定律。

即红外线经过CO 2气体分子时，其辐射能量减少，被吸收的红外线辐射能量的多少与该气体的吸收系数（K ）、气体浓度（C）和气体层的厚度（L ）有关，可以用下式表示：E = E 0 e -KCL式中： E 0：入射红外线的辐射能量；E：透过的红外线的辐射能量。

一般红外线CO 2 气体分析仪内设臵仅让 4.26μm 红外线通过的滤光片，其辐射能量即E 0，只要测得透过的红外线辐射能量（E ）的大小，即可知CO 2气体浓度。

本实验中：IRGA 是测定CO 2浓度的专用仪器，不能直接测定植物叶片的光合速率，必须根据IRGA的性能和测定目的，将IRGA与同化室组成一定的气路系统，才能进行叶片光合速率的测定。

常用的气路系统有密闭式和开放式两种（本实验采用密闭式）。

1、密闭式气路系统：被测植物或叶片密闭在同化室中，不与同化室外发生任何的气体交换，同化室内的CO 2浓度因光合作用而下降，或由呼吸作用而上升，可用IRGA 测定同化室内CO 2浓度的下降值或上升，计算光合速率或呼吸速率。

二、仪器闭路光合的工作原理为：由两根气路管在叶室和红外线CO 2分析仪之间连通形成回路进行气体的循环，在叶片的光合作用吸收CO 2放出O 2的过程中达到对CO 2浓度降低的测量，从而计算出植物光合作用速率等数据。

实验15氧电极法测定植物光合速率和呼吸速率植物光合作用是植物体内发生的一系列化学反应，将阳光、二氧化碳和水转化为有机物和氧气，是地球上最重要的能量来源。

光合速率是衡量光合作用活性的重要参数，可以通过氧电极法进行测定。

本实验使用氧电极法测定植物光合速率和呼吸速率。

实验材料和方法实验材料：氧电极、氧电极测试器、小苗一批、二氧化碳气源装置、三角板、试管、分液漏斗、水桶、砝码、天平、橡皮管、移液管。

1. 实验设备预备将氧电极和氧电极测试器连接，并将氧电极校正在饱和氧气状态下的电极电势。

2. 确定实验方案准备3组小植株，每组5个小植株。

将它们随机分成2组，第1组用于光合作用速率的测定，第2组用于呼吸速率的测定。

在实验时，先测定第1组小植株的光合速率，再测定第2组小植株的呼吸速率。

3. 测定光合速率（1）将5个小植株放置于三角板上，加上水桶，使其处于稳定的平衡状态。

用移液管向水桶中加入50 mL的脱气水，并用分液漏斗加入2 mL的1% NaHCO3溶液，用橡皮管将三角板与氧电极测试器连接，并将试管口紧贴三角板，避免空气进入。

（2）将光源对准小植株，启动氧电极测试器，记录氧电极电势的变化。

当氧电极电势保持稳定时，测定时间为5 min，记录最后的电势值。

然后将光源关闭，等待3 min，记录氧电极电势的变化，测定时间为5 min，记录最后的电势值。

（3）重复以上步骤，分别测定两组小植株的光合速率。

计算每个小植株的光合速率，并计算平均值。

实验结果分析实验数据：光合速率1组：2.21 μmol m^-2s^-1，2.15 μmol m^-2s^-1，2.18 μmol m^-2s^-1，2.16 μmol m^-2s^-1，2.19 μmol m^-2s^-1平均光合速率1组：2.18 μmol m^-2s^-1通过本实验的测定结果可以看出，第1组小植株的光合速率（平均值为2.18 μmol m^-2s^-1）高于第2组小植株的光合速率（平均值为1.83 μmol m^-2s^-1），说明第1组小植株的光合作用更为活跃。

光合速率测定方法光合速率(实际光合速率）=呼吸速率+净光合速率（表观光合速率）有机物制造量=有机物消耗量+有机物积累量O2产生量= O2消耗量+O2释放量CO2固定量= CO2产生量+CO2吸收量1、半叶法-——-—-测光合作用有机物的生产量，即单位时间、单位面积干物质积累数例1、某研究小组用番茄进行光合作用实验，采用“半叶法”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（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、或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理）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的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重（mg），获得相应数据,分别记为MA、MB．则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/（dm2·h)问题：若M=MA—MB，则M表示变式训练：探究不同温度情况下，某种植物的叶片重量的变化情况(假设重量变化均来自有机物的增减）,实验流程及结果如下(单位：mg)。

请分析回答下列问题:（1)实验的第二阶段的自变量是。

（2)实验中a数值表示的是 .(3）比较叶片在整个实验过程中的增重情况可知，26℃条件下（填“大于"“小于”或“等于"）27℃条件下.（4)实验过程中29℃条件下叶片有机物的实际合成量是 mg。

在此条件下,该植物体（填“能”或“不能”）正常生长2、气压瓶法—---—-测光合作用O2产生量例2、某生物兴趣小组打算测定一植株的光合速率，他们设计如下装置①、测定植物呼吸作用强度,方法步骤：a。

装置的烧杯中放入（NaOH或NaHCO3溶液)b.将装置处理,放在温度适宜的环境中.c.30分钟后记录装置红墨水滴移动的方向和刻度。

(方向：，刻度记为Xmm）②、测定植物净光合作用强度，方法步骤：a。

装置的烧杯中放入(NaOH或NaHCO3溶液）b.将装置放在、温度相同的环境中.c.30分钟后记录装置红墨水滴移动的方向和刻度。

2022年高考生物总复习：陆生植物光合速率与呼吸速率的实验测定常用方法(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。

(2)测定原理①在黑暗条件下甲装置中的植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。

②在光照条件下乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。

③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。

(3)测定方法①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。

②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。

③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。

(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。

【典例2】细胞呼吸是生物非常重要的生命活动。

请回答：(1)如图表示人体细胞内有氧呼吸的过程，其中a～c表示相关过程，甲、乙表示相应物质。

①图中物质甲表示________，物质乙表示________。

②图中a、b、c所代表的过程中，产生能量最多的是________，该反应进行的场所是________。

③图中O2的作用是_________________________________________________。

(2)如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，在实验过程中酵母菌始终保持活性(忽略实验室的温度和大气压强对实验结果的影响)。

①据图填写上表内容。

②若仍然通过观察液滴的移动情况来确定酵母菌是否只进行有氧呼吸，应如何完善实验设计？______________________________________________________________________________________________________________________。

实验20 氧电极法测‎定植物组织‎的光合与呼‎吸速率氧电极是为‎测定水中溶‎解氧含量而‎设计的一种‎极谱电极。

目前通用的‎是薄膜氧电‎极，又称Cla‎rk电极，由镶嵌在绝‎缘材料上的‎银极（阳极）和铂极（阴极）构成，电极表面覆‎盖一层厚约‎20～25μm的‎聚四氟乙烯‎或聚已烯薄‎膜，电极和薄膜‎之间充以K‎Cl溶液作‎为支持电解‎质。

由于水中溶‎解氧能透过‎薄膜而电解‎质不能透过‎，因而排除了‎被测溶液中‎各种离子电‎极反应的干‎扰，成为测定溶‎解氧的专用‎电极。

氧电极具有‎灵敏度高，反应快、可连续测量‎记录，能够追踪反‎应的动态变‎化过程等特‎点，因而在叶绿‎体及线粒体‎悬浮液的光‎合放氧和呼‎吸耗氧，某些耗氧或‎放氧的酶促‎反应，以及叶碎块‎或游离叶细‎胞的光合放‎氧等的研究‎上，都得到了广‎泛的应用。

【原理】氧电极法测‎定水中溶解‎氧属于极谱‎分析的一种‎类型。

当两极间外‎加的极化电‎压超过氧分‎子的分解电‎压时，透过薄膜进‎入K Cl溶‎液的溶解氧‎便在铂极上‎还原：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－银极上则发‎生银的氧化‎反应：4Ag＋4Cl－＝4AgCl‎＋4e－此时电极间‎产生电解电‎流。

由于电极反‎应的速度极‎快，阴极表面的‎氧浓度很快‎降低，溶液主体中‎的氧便向阳‎极扩散补充‎，使还原过程‎继续进行，但氧在水中‎的扩散速度‎则相对较慢‎，所以电极电‎流的大小受‎氧的扩散速‎度的限制，这种电极电‎流又称扩散‎电流。

在溶液静止‎、温度恒定的‎情况下，扩散电流受‎溶液主体与‎电极表面氧‎的浓度差控‎制。

随着外加电‎压的加大，电极表面氧‎的浓度必然‎减小，溶液主体与‎电极表面氧‎的浓度差加‎大，扩散电流也‎随之加大。

但当外加的‎极化电压达‎到一定值时‎，阴极表面氧‎的浓度趋近‎于零，于是扩散电‎流的大小完‎全取决于溶‎液主体中的‎氧的浓度。

此时再增加‎极化电压，扩散电流基‎本不再增加‎，使极谱波（即电流-电压曲线）产生一个平‎顶。

实验07 红外线CO2气体分析仪法测定植物光合速率与呼吸速率红外线CO2气体分析仪（IRGA）工作原理：许多由异原子组成的气体分子对红外线都有特异的吸收带。

CO2的红外吸收带有四处，其吸收峰分别在2.69μm、2.77μm、4.26μm 和14.99μm处，其中只有4.26μm的吸收带不与H2O的吸收带重叠，红外仪内设置仅让4.26μm红外光通过的滤光片，当该波长的红外光经过含有CO2的气体时，能量就因CO2的吸收而降低，降低的多少与CO2的浓度有关，并服从朗伯—比尔定律。

分别供给红外仪含与不含CO2的气体，红外仪的检测器便可通过检测红外光能量的变化而输出反映CO2浓度的电讯号。

Ⅰ.密闭系统斜率法一、原理把IRGA与光合作用同化室连接成密闭的气路系统。

将植物材料密封在透明的同化室内，给以适当的光照，同化室内CO2浓度将因植物光合而下降，用IRGA配以适当的记录仪可绘出同化室内CO2浓度随光合时间下降的曲线。

在同化室不漏气、光强度稳定、室内空气不断得到搅动的情况下，该曲线将是一条平滑曲线，在曲线的任一点作切线，即可根据切线的斜率，密闭系统的容积和同化室面积求出在该点的CO2浓度下的光合速率。

二、材料、仪器设备及试剂（一）材料：植物叶片（二）仪器设备：1. 密闭气路光合测定装置：将QGD －07型红外线CO2气体分析仪、XWT－264型自动记录仪、MXQ型气体取样器（图4）、光合作用同化室、温度转换器（测温探头可放在同化室内，输出信号接记录仪）或半导体点温计、橡皮管（内径6～7mm）、塑料气球，按图6所示连接成套，放在一辆医用小推车上。

2. 量子辐射照度计；3. 叶面积仪；4. 铁架台（带试管夹）；5. 0～50℃温度计（用以校正叶室温度）；6. 剪刀；7. 带盖搪瓷盘；8. 纱布。

（三）试剂：1. 无水氯化钙（无水硫酸钙）；2. 烧碱石棉（10目）或碱石灰。

三、实验步骤（一）光合速率的测定1. 安装仪器（1）将安装好的密闭气路光合测定装置安放在靠待测植株1～2m处，接通红外仪、录仪、取样器、温度转换器的供电电源。

速率 学案［典例精析］方法一：气体体积变化法 ——测光合作用。

2产生的体积或CO 2 消耗的体积［实验原理］1甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH 溶液 吸收了细胞呼吸产生的 CO 2，所以单位时间内红色液滴左移的距离 表示植物的。

2吸收速率，可代表呼吸速率。

2. 乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO 3溶液保证了容器内CO 2浓度的恒定，所以单位时间内红色 液滴右移的距离表示植物的 。

2释放速率，可代表净光合速率。

3. 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。

典例1 如图是在一定温度下测定某植物呼吸作用和光合作用强度的实验装置（呼吸底物为葡萄糖，不考虑装置中微生物的影 响），相关叙述正确的是（ ）2020 届轮复习 人教版 实验法测定光合速率与呼吸召oTA .烧杯中盛放NaHCO s溶液，可用于测定一定光照强度下植物的净光合速率B. 在遮光条件下，烧杯中盛放NaOH溶液，可用于测定植物无氧呼吸的强度C .烧杯中盛放清水，可用于测定一定光照强度下真正光合速率D .在遮光条件下，烧杯中盛放清水，可用于测定植物有氧呼吸的强度［解析］NaHCO 3溶液可以维持装置内CO2浓度的恒定，U形管中液面高度的变化是装置中02量的变化造成的，可以代表净光合速率。

NaOH可以吸收CO2，无氧呼吸不消耗02，不能用来测定无氧呼吸的强度。

烧杯中盛放清水，一定光照强度下，光合作用吸收CO2量与释放。

2量相等，有氧呼吸消耗02量与产生CO2量相等，不能测定真正光合速率。

在单位时间内，有氧呼吸消耗的02量等于产生的CO2量，无论有氧呼吸强度多大，U形管中液面都不会发生变化。

［答案］A方法二：叶圆片称重法——测定有机物的变化量［实验原理］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（S为叶圆片面积）在上T 10时移花的 在屮午12时移走的在下午14时移走的 叶圆片X （ I 雀*舀） 叶岡片Y （于重yg ） 叶圆片Z （干® zg ）净光合速率=（z — y ）/2S ;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 。