玉米葉片光合速率的測定

① 光合速率的測定

【原理】

植物進行光合作用形成有機物，而有機物的積累可使葉片單位面積的干物重增加，但是，葉片在光下積累光合產物的同時，還會通過輸導組織將同化物運出，從而使測得的乾重積累值偏低。為了消除這一偏差，必須將待測葉片的一半遮黑，測量相同時間內葉片被遮黑的一側單位面積乾重的減少值，作為同化物輸出量（和呼吸消耗量）的估測值。這就是經典的「半葉法」測定光合速率的基本原理。測定時須選擇對稱性良好、厚薄均勻一致的兩組葉片，一組葉片用於測量乾重的初始值，另一組（半葉遮黑的）葉片用於測定乾重的終了值，不但手續煩瑣，而且誤差較大。「改良半葉法」採用燙傷、環割或化學試劑處理等方法來損傷葉柄韌皮部活細胞，以防止光合產物從葉中輸出（這些處理幾乎不影響木質部中水和無機鹽分向葉片的輸送），僅用一組葉片，且無須將一半葉片遮黑，既簡化了手續，又提高了測定的准確性。

【儀器與用具】

分析天平（感量0.1mg）1台；烘箱1台；稱量皿（或鋁盒）2個（或者20個）；剪刀1把；刀片；金屬或有機玻璃模板1塊；打孔器1支；紗布2塊；熱水瓶或其他可攜帶的加熱設備；附有紗布的夾子2個；毛筆2支；有蓋搪瓷盤1個；紙牌20個；鉛筆1支等。

【試劑】

石蠟；

5%～10%三氯乙酸。

【方法】

1.選擇測定葉片 實驗可在晴天上午7～8點鍾開始。預先在田間選定有代表性的葉片（如葉片在植株上的部位、年齡、受光條件等應盡量一致）10張，掛牌編號。

2.葉片基部處理 根據材料的形態解剖特點可任選以下1種：

(1) 對於葉柄木質化較好且韌皮部和木質部易分開的雙子葉植物，可用刀片將葉柄的外皮環割0.5cm左右寬，切斷韌皮部運輸。

(2) 對於韌皮部和木質部難以分開的小麥、水稻等單子葉植物，可用剛在開水（水溫90℃以上）中浸過的用紗布包裹的試管夾，夾住葉鞘及其中的莖稈燙20秒左右，以傷害韌皮部。2個夾子可交替使用。如玉米等葉片中脈較粗壯，開水燙不徹底的，可用毛筆蘸燒至110～120℃的石蠟燙其葉基部。

(3) 對葉柄較細且維管束散生，環剝法不易掌握或環割後葉柄容易折斷的一些植物如棉花,可採用化學環割。即用毛筆蘸三氯乙酸（蛋白質沉澱劑）點塗葉柄，以殺傷篩管活細胞。

為了使經以上處理的葉片不致下垂，可用錫紙、橡皮管或塑料管包繞，使葉片保持原來的著生角度。

3. 剪取樣品 葉基部處理完畢後，即可剪取樣品，記錄時間，開始進行光合速率測定。一般按編號次序分別剪下對稱葉片的一半（中脈不剪下），並按編號順序將葉片夾於濕潤的紗布中，放入帶蓋的搪瓷盤內，保持黑暗，帶回室內。帶有中脈的另一半葉片則留在植株上進行光合作用。過4～5h後（光照好，葉片大的樣品，可縮短處理時間），再依次剪下另外半葉。同樣按編號包入濕潤紗布中帶回。兩次剪葉的次序與所化時間應盡量保持一致，使各葉片經歷相同的光照時數。

4. 稱重比較 將各同號葉片之兩半對應部位疊在一起，用適當大小的模板和單面刀片（或打孔器），在半葉的中部切（打）下同樣大小的葉面積，將光暗處理的葉塊分別放在兩個稱量皿（或鋁盒）中（必要時放在20個稱量皿中，每一樣品放入一個稱量皿）。先在105℃下殺青10min，然後在80℃下烘至恆重（約5h），在分析天平上分別稱重，將測定的數據填入表21-1中,並計算結果。

表21-1 用改良半葉法測定光合速率的記載表

測定日期： 月 日
地點：

植物材料：
生育期：

平均光照強度（klx）
平均氣溫（℃）：

第一次取樣時間：
第二次取樣時間：

取樣面積（cm2）：
光合作用時間（h）：

樣葉編號
暗處理葉的乾重（mg）
光照葉的乾重（mg）
（光—暗）乾重增量（mg）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

∑X

平均值

光合速率 mg·dm－2·h－1（以干物質計）

mg·dm－2·h－1（以CO2同化量計）

1

5. 計算

（1）按干物質計算

光合速率(mg·dm－2·h－1)=〔(光－暗)乾重增量(mg)〕÷〔葉片切塊面積(dm－2)×光合時間(h)〕

（2）按CO2同化量計算

由於葉片內光合產物主要為蔗糖與澱粉等碳水化合物，而1mol的CO2可形成1mol的碳水化物，故將干物質重量乘系數1.47（44/30=1.47），便得單位時間內單位葉面積的CO2同化量（mg·dm－2·h－1）。

上述是總光合速率的測定與計算，如果需要測定凈光合速率，只需將前半葉取回後，立即切塊，烘乾即可，其他步驟和計算方法同上。

【注意事項】

1. 燙傷如不徹底，部分有機物仍可外運，測定結果偏低。凡具有明顯的水浸漬狀者，表明燙傷完全。這一步驟是該方法能否成功的關鍵之一。

2. 對於小麥、水稻等禾本科植物，燙傷部位以選在葉鞘上部靠近葉枕5mm處為好，既可避免光合產物向葉鞘中運輸，又可避免葉枕處燙傷而使葉片下垂。

② 圖表為某地夏季晴朗的某天，玉米和花生凈光合速率測定值．如圖表示玉米CO2同化途徑．玉米葉肉細胞中有一

（1）中午11：00時，光照增強，溫度過高，葉片氣孔開放程度的下降，CO₂進入葉肉細胞受阻，故CO₂減少，導致花生光合作用速率降低；而玉米內有CO₂泵，在進入植物內的CO₂減少的情況下，仍可以維持細胞內較高的CO₂濃度；並且此時光照增強，促進光合作用加強．
（2）當注入抑制劑後，卡爾文循環（或暗反應、或C₃的還原）受阻，ATP的消耗降低，而光反應產生ATP不受影響，故ATP的含量呈上升趨勢．
（3）與11：00時相比，17：00時，外界環境中光照強度較小，溫度和CO₂濃度基本相同，故光合作用速率受光照強度限制．
（4）提取綠葉中的色素，應在研磨葉片時加入碳酸鈣，防止色素被破壞，利用紙層析法分離色素，缺失的色素帶應位於濾紙條的最下端．
故答案為：（1）CO₂玉米葉肉細胞內有「CO₂泵」，仍可以維持較高的細胞內CO₂濃度，此時光照強度增強，促使光合作用加強
（2）上升此時卡爾文循環（或暗反應、或C3的還原）受阻，ATP的消耗速率降低，而光反應產生的ATP的速率不受影響
（3）光照強度
（4）CaCO₃紙層析最下端

③ 回答下列有關光合作用的問題．表為某地夏季晴朗的某天，玉米和花生凈光合速率測定值．圖表示玉米CO2同化

（1）中午11：00時，光照增強，溫度過高，葉片氣孔開放程度的下降，CO₂進入葉肉細胞受阻，故CO₂減少，導致花生光合作用速率降低；而玉米內有CO₂泵，在進入植物內的CO₂減少的情況下，仍可以維持細胞內較高的CO₂濃度；並且此時光照增強，促進光合作用加強．
（2）當注入抑制劑後，卡爾文循環（或暗反應、或C₃的還原）受阻，ATP的消耗降低，而光反應產生ATP不受影響，故ATP的含量呈上升趨勢．
（3）與11：00時相比，17：00時，外界環境中光照強度較小，溫度和CO₂濃度基本相同，故光合作用速率受光照強度限制．
（4）從外界吸收的CO₂是植物積累的葡萄糖的量是相對應的，兩者物質的量之比為1：6．由表可知每小時每平方米玉米比花生吸收CO₂的物質的量為72mmol，所以在10分鍾內玉米多吸收CO₂12mmol，產生的葡萄糖為2mmol，即360mg/m²．
（5）在光反應中，葉綠體利用光能將水分解為氧氣和還原態的氫．
（6）光反應過程中，ATP的中的能量來源於H⁺的電化學勢能．本題中，注射NH4⁺後消除了膜內外的H⁺的濃度差，電化學勢能為零，所以無法合成ATP．
故答案為：
（1）CO₂ 玉米內有CO₂泵，在進入植物內的CO₂減少的情況下，仍可以維持細胞內較高的CO₂濃度；此時光照強度增強，促進光合作用加強
（2）上升此時卡爾文循環（或暗反應、或C₃的還原）受阻，ATP的消耗降低，而光反應產生ATP不受影響
（3）光照強度
（4）360
（5）水
（6）B

④ 簡要介紹測定光合速率的三種方法及原理。

一、半葉法或改良半葉法（金秀 感謝我吧 By 少威~）

此法測定大田光合作用速率較實用且較簡單，無需特殊儀器設備，但精確度較差。在光照之前，選取對稱葉片。切下一半稱得其乾重，另一半葉片留在植株上進行光合作用，經過一定時間，再切取另一半相當面積的葉片，稱其乾重。單位面積上單位時間內乾重的增加，即代表光合作用速率，用乾重mg/dm2h 表示，這叫光合生產率或凈同化率。沈允鋼等在經典半葉法基礎上加以改進，提出改良半葉法，基本做法同上。剪下對稱的半片葉片，放在暗處並保持一定濕度，這半片葉片雖不能進行光合作用，但仍可照常進行呼吸作用。另一半留在植株上進行光合作用，為避免在處理過程中光合產物通過韌皮部向外輸送，可先在葉柄基部用熱水（或熱石蠟液）燙傷或用呼吸抑制劑處理，以阻止葉片光合產物外運。前後兩次取樣乾重的差值（包括呼吸消耗在內）即為該植物葉片的光合生產率。也可在不對稱的葉片上，用鑽孔器在葉面的一半鑽取一定面積的葉片圓片，兩次取樣，求其乾重差值。

二、co2吸收量的測定

測定植物吸收co2的數量可用紅外線co2分析儀或ph比色法，由於co2對紅外線有較強的吸收能力，co2含量的變化即可靈敏地反映在檢測儀上。紅外線co2分析儀，國內已有生產，既可在室內用葉室進行活體測定，又可在田間利用大氣采樣器採取氣樣帶回實驗室藉助該儀器檢測分析。ph比色法是利用甲酚紅作指示劑，其原理是nahco3溶液中的co2與密閉系統中空氣的co2總是保持平衡狀態，葉片在密閉條件下進行光合作用，不斷吸收密閉系統空氣中的co2，使得nahco2溶液中的co2減少，ph值發生改變，根據溶液中指示劑顏色的變化，即可推算出co2濃度的變化，從而求出該葉片的光合強度。ph比色法適合在野外自然條件下進行測定，缺點是精確度較低。

三、o2的釋放量測定

氧電極法是一種實驗室常用的測氧技術。氧電極由嵌在絕緣棒上的鉑和銀所構成，以氯化鉀為電解質，外覆聚乙烯薄膜，兩極間加0.6～0.8v的極化電壓，溶氧可透過薄膜在陰極上還原，同時在極間產生擴散電流。此電流與溶解氧濃度成正比，電極輸出的記號，可在自動記錄儀上記錄下來。葉片在進行光合作用時如光合速率高，則放氧量多，溶解氧也多，葉片光合作用的放氧量，可以作為測定光合速率的指標。此法靈敏度高，操作簡單，並可連續測定光合作用變化過程。也可用來測定呼吸作用。

⑤ 玉米和小麥是我國兩種重要的糧食作物，下列甲圖和乙圖分別是不同條件下兩種農作物的凈光合作用速率測定結

（1）曲線圖乙中玉米的凈光合作用速率大於小麥的凈光合作用速率，總光合作用速率=凈光合作用速率+呼吸作用速率，若玉米和小麥的呼吸強度相同，則玉米固定CO₂的能力高於小麥．影響光合作用速率的環境因素主要由：CO₂濃度、光照強度和溫度．C點是玉米CO₂濃度的飽和點．因此C點時限制玉米光合作用速率提高的主要環境因素是光照強度和溫度．
（2）乙圖中小麥在12時的光合作用出現「午休現象」是因為溫度過高，氣孔關閉，二氧化碳供應不足，暗反應速率下降．玉米沒有「午休現象」是因為溫度過高或乾旱，葉片氣孔關閉，但能利用葉肉細胞間隙的低濃度CO₂進行光合作用，從而保證C₃的供應充足所以光合作用不受影響，而C3植物小麥則不能，光合效率降低．
（3）①表格中的c、d是在不同高溫下測得的光合作用速率，若c=d，則說明高溫對玉米葉片光合作用的影響不大．
②實驗設計時遵循對照原則，若去掉1、3組，僅通過2、4組相互對照只能得出兩種植物在高溫下光合作用的差異，由於缺乏自身對照，不能得出高溫分別對兩種植物光合作用影響程度的大小．因此，去掉1、3組的方案不可行．
故答案為：
（1）高於 光照強度和溫度
（2）暗反應（固定CO₂） 固定細胞間隙較低濃度的CO₂ C₃
（3）①高溫對玉米葉片光合作用的影響不大
②不可行（僅通過2、4組相互對照只能得出兩種植物在高溫下光合作用的差異，）缺乏自身對照，不能得出高溫分別對兩種植物光合作用影響程度的大小．

⑥ 植物葉片總光合速率怎麼測定

答：可以從以下三個方面測定：1、氧氣的釋放量。2、二氧化碳的吸收量。3、有機物的生成量。

⑦ 將發育狀況不同的玉米葉片分四組實驗，凈光合速率及相關指標的變化見表（註：所測數據為平均值，「-」表

（1）與D組相比，B、C組的葉綠素含量低，導致光能吸收不足；氣孔回相對開放度小，導致答二氧化碳供應不足，最終使凈光合速率偏低．
（2）由於將A、D分別置於光溫恆定的密閉容器中，A的葉肉細胞吸收不到氧氣，進行無氧呼吸，產生酒精；D的葉肉細胞中，缺少CO₂，光反應產生的ATP不能用於暗反應，因而含量增多．
（3）D的新葉已成熟，不再生長，因而合成生長素的能力低，生長素主要由植物的分生區產生．新葉成熟後光合作用增強，因此葉綠體中基粒增多．
故答案為：
（1）二氧化碳吸收不足 葉綠素含量低
（2）酒精 增多
（3）低 基粒

⑧ （2008西城區二模）有一種測定葉片光合速率的方法--半葉乾重法，實驗過程如下：註：1．光合速率是單位面

（1）①由於發育狀況不同的葉片，其光合作用和呼吸作用有差異，違背了單一變數原則．
②篩管的作用是運輸有機物，故阻止篩管運輸功能的目的是：防止葉片合成的有機物向外運輸．導管的作用是運輸水分和無機鹽，故導管也受阻，葉片將會出現萎蔫．
③光照不影響呼吸速率，故光葉與暗葉的呼吸速率基本相同或沒有明顯差異．
④光葉進行光合作用產生有機物，暗葉不進行光合作用，進行呼吸作用消耗有機物．故光葉與暗葉乾重出現差異
（2）①葉片乾重是指葉片光合作用積累的干物質量（或有機物量），根據X的計算公式可得X的單位為mg/cm³?h
②6CO₂+12H₂O