内容正文:
当你点燃一块煤
你看到的是亿万年前的光
南溪一中生物教研组 刘海晗
植物工厂
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
南溪一中生物教研组 刘海晗
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
一 捕获光能的色素和结构
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、捕获光能的色素
探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》
(一)实验原理:
1、提取:色素能溶解在___________
无水乙醇
2、分离:——纸层析法,色素在_______中的溶解度_____,
扩散速度______,达到分离。
层析液
不同
溶解度高,扩散___, 溶解度低,扩散___,
快
慢
不同
(二)实验方法步骤:
试剂与原理
提取色素
制滤纸条
划滤液细线
分离色素
SiO2
无水乙醇
Ca2CO3
—充分研磨
—保护色素
—溶解色素
滤液细线细、直、齐(2-3次)
——色素扩散起点相同
层析液
——不同色素扩散速度不同
细线不能触及层析液
——色素溶于层析液,色素带不清晰
(或用体积分数为95%的乙醇+无水碳酸钠)
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、捕获光能的色素
探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》
南溪一中生物教研组 刘海晗
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
(约占1/4)
叶绿素
(约占3/4)
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
最少
较少
最多
较多
最高
较高
较低
最低
最快
较快
较慢
最慢
(三)结果分析:
元素组成:
胡萝卜素: C、H
叶 黄 素: C、H、O
叶绿素a/b:C、H、O、
N、Mg(矿质元素)
一、捕获光能的色素
探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》
南溪一中生物教研组 刘海晗
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
(约占1/4)
叶绿素
(约占3/4)
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
最少
较少
最多
较多
最高
较高
较低
最低
最快
较快
较慢
最慢
(三)结果分析
一、捕获光能的色素
探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》
吸收光谱
蓝紫光和红光
光谱
主要吸收蓝紫光
色素的作用:吸收、传递、转换光能
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1、叶绿体的结构
①透明的内、外膜有利于光的透过。
②与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中。
③四种光合色素分布在类囊体的薄膜上。
类囊体
基粒
堆叠
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
2、叶绿体的功能
思考·讨论 恩格尔曼的实验
黑暗
(局部受光)
均匀光照
好氧菌集中在叶绿体被光照射的部位
好氧菌集中在叶绿体所有受光照射的部位
恩格尔曼的第一个实验
实验结论:
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②氧气是由叶绿体释放的。
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
2、叶绿体的功能
思考·讨论 恩格尔曼的实验
恩格尔曼的第一个实验
实验设计巧妙之处
排除O2的干扰。
水绵:叶绿体呈螺旋式带状,便于观察。
好氧细菌:可确定释放氧气的部位。
①选材:
②没有空气:
叶绿体上的光照和无光照部位,形成对照。
③用极细的光束点状投射:
明确实验结果完全是由光照引起的。
④局部光照和均匀光照下形成对照:
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
2、叶绿体的功能
思考·讨论 恩格尔曼的实验
实验结论:
恩格尔曼的第二个实验
透过三棱镜的光照射水绵,大量好氧细菌聚集在红光区和蓝紫光区。
叶绿体主要利用红光和蓝紫光释放氧气
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、概念检测:1.× √ ×; 2.A二、拓展应用:1.有关,不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光,即红藻反射出红光,绿藻反射出绿光,褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光,因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。2.与传统生产方式相比,植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等,但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。综述性短文只要证据确凿、逻辑清晰、言之有理就可以。
练习与应用P101
第一部分 捕获光能的色素和结构
南溪一中生物教研组 刘海晗
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
二 光合作用的原理和应用
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、光合作用的原理
绿色植物通过叶绿体,利用光能,把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物,并释放出O2的过程。
+O2
光能
叶绿体
2、反应式:
CO2+H2O
(CH2O)
底物
产物
场所
条件
:+多种酶
根据提示,结合以上概念尝试写出光合作用的化学反应式?
1、概念:
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
① 19世纪末,科学界普遍认为
② 1928年
(CH2O)n
有毒
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
③ 1937年,希尔实验
希尔实验模拟装置
氧化剂:Fe3+
叶绿体悬浮液:有H2O,无CO2
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
③ 1937年,希尔,离体叶绿体实验
5min后
H2O
光照叶绿体
Fe3+
得e-
Fe2+
O2
H+
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
讨论 P103
1. 希尔实验是否说明植物光合作用产生的O2中的O元素全部都来自水?
否,反应体系中还存在其他O元素供体,没有排除其它物质的干扰,也没有直接观察到O元素的转移。
2. 希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应?
是,因为悬浮液中没有CO2,糖类合成时需要CO2中的C元素。
水的光解与糖的合成是分阶段进行的。
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
④ 1941年,鲁宾和卡门,同位素标记O元素实验 P51
对比实验
3. 实验结论:
水
讨论 P103
光合作用释放的O2中的O元素全部来自 水 。
O2
18O2
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一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
⑤ 1954年,阿尔农,离体叶绿体实验-1
4. 用示意图表示ATP合成
与希尔反应的关系。
材料:
处理:
结果:
结论:
光照下,水光解同时ADP和Pi合成ATP。
讨论 P103
H2O O2 + 2H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
离体叶绿体
加入ADP、Pi,给予光照
叶绿体生成ATP,且同时水光解产生O2
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
⑤ 1954年,阿尔农,离体叶绿体实验-2
NADP++2H++2e- NADPH+H+
酶
H2O
希尔反应:光照叶绿体
Fe3+
得e-
Fe2+
O2
H+
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2,NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2,不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2,不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
结论:CO2转化成(CH2O)需要________条件下产生的_________和______ 。
光照
NADPH
ATP
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一、光合作用的原理
思考·讨论 探索光合作用的原理的部分实验
⑥ 1946年,卡尔文,同位素标记C元素实验
思路:
材料:
处理:
结果:
14CO2 → 14C3 → 14C6 + 14C5
同位素标记14CO2,研究物质转化过程
小球藻
光照、提供14CO2;不同时间杀死小球藻鉴定放射性物质。
如果光照下突然中断CO2供应,C3急剧减少而C5量增加;
突然停止光照,C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
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一、光合作用的原理
根据是否需要光能,可以概括的分为光反应和暗反应(碳反应)
南溪一中生物教研组 刘海晗
叶
绿
体
色
素
H2O
叶
绿
体
色
素
O2
NADPH
ADP +Pi
酶
ATP
2C3
多种酶
供能
还原
(CH2O)
暗反应
(叶绿体基质)
光反应
(类囊体薄膜上)
CO2
C5
固定
色
素
还原、供能
NADP+
H+
光合作用的过程
一、光合作用的原理
反应式:
光能
叶绿体
CO2+H2O
(CH2O)+O2
6CO2+12H2O
C6H12O6+6O2+6H2O
总反应式:
+H2O
色
素
光能
水光解
南溪一中生物教研组 刘海晗
过程
比较 光 反 应 暗 反 应
进行部位
进行条件
物质变化
能量转化
联 系
叶绿体类囊体薄膜
光、色素、酶
①水光解:H2O →O2 +H+
②NADPH合成:H++NADP+→NADPH
③ATP合成:ADP+Pi+能量→ATP
①CO2固定: CO2+C5→2C3
②C3 还原:
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定化学能
叶绿体基质
NADPH 、ATP、多种酶、与光无关
一、光合作用的原理
思考·讨论P104 光反应和暗反应的区别与联系
ADP+Pi
2C3 (CH2O)糖类
酶
NADP+
NADPH
ATP
光反应是暗反应的基础,为暗反应提供NADPH和ATP;
暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+ 。
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、光合作用原理的应用
环境改变(光照/CO2浓度)时光合作用各物质含量的变化
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O) 合成量
光照由强到弱,CO2供应不变
光照由弱到强,CO2供应不变
光照不变,CO2由充足到不足
光照不变,CO2由不足到充足
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
降低光照
增加CO2浓度
降低CO2浓度
增加光照
C3
C5
C3
C5
注意:NADPH和ATP的含量变化是一致;C3和C5含量的变化是相反。
南溪一中生物教研组 刘海晗
1. 光合作用过程的正确顺序是( )
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A. ④③②⑤① B. ④②③⑤① C. ③②④①⑤ D. ③④②①⑤
2. 在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用
光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的
物质,组合正确的是( )
A. 红光,ATP下降 B. 红光,未被还原的C3上升
C. 绿光,NADPH下降 D. 绿光,C5上升
D
C
课堂练习
南溪一中生物教研组 刘海晗
课堂练习
3. 下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a~g为物质,①~⑥为反应过程,
物质转换用实线表示,能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是( )
光合色素
O2
吸水
水光解
ATP合成
ADP
ATP
NADPH
NADP+
CO2
CO2固定
C3还原
有机物合成
D
A. 图中a主要吸收红光和蓝紫光,绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
B. 将b物质用18O标记,最终在(CH2O)中能检测到18O
C. 图中①表示水分的吸收,③表示水的光解
D. c为ATP,f为NADPH
NADP+
南溪一中生物教研组 刘海晗
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
练习与应用P106练习3
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、光合作用原理的应用
探究·实践 探究 环境因素 对 光合作用强度 的影响
光合作用强度
光合速率:
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
植物在单位时间内原料消耗量或产物生成量
光照强度
CO2浓度
水分
光
光质、光照强度、光照时间、光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
气孔开闭情况
影响
因素
主要:光照强度、CO2浓度、
温度
其次:H2O、矿质元素
(N、Mg、K、P...)
外因
环境因素
内因
叶龄、酶的种类、数量、活性、色素的含量、植物种类、植物自身特性(阴生、阳生)
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、光合作用原理的应用
探究·实践 探究 光照强度 对 光合作用强度 的影响
自 变 量:
因 变 量:
无关变量:
光照强度(小圆叶片与台灯的距离)
同一时间内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量
1、实验原理
排除叶内细胞间隙的空气,充以水分,使其密度增大下沉。
光合作用植物放出O2,在细胞间积累,使其密度减小上浮。
根据上浮所需的时间长短,即能比较光合作用的强弱。
小圆形叶片的数量、取材的部位、气体逸出程度等
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、光合作用原理的应用
探究·实践 探究 光照强度 对 光合作用强度 的影响
2、实验步骤
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、光合作用原理的应用
探究·实践 探究 光照强度 对 光合作用强度 的影响
1
2
3
叶片浮起数量多
叶片浮起数量较多
叶片浮起数量少
南溪一中生物教研组 刘海晗
二、光合作用原理的应用
探究·实践 探究 光照强度 对 光合作用强度 的影响
3、实验结果
烧杯
编号 处理条件 圆形叶片浮起的数量
5min 10min 15min
1 距离台灯15cm 1 5 9
2 距离台灯25cm 0 2 5
3 距离台灯35cm 0 1 1
自 变 量
因 变 量
光合作用强度
0
光照强度
在一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度也不断增强,
超过一定值后光合作用强度趋于稳定。
4、实验结论
南溪一中生物教研组 刘海晗
代谢类型
同化作用
异化作用
自养
异养
光能自养:
化能自养:
利用光能。
利用化学能。
非己→自己
自己→非己
无机物
有机物
→
举例:绿色植物、蓝细菌
举例:铁细菌、硫细菌、硝化细菌
利用现成有机物
举例:人、动物、真菌及大多数细菌。
进行有氧呼吸
需氧
厌氧
兼性厌氧
进行无氧呼吸
举例:人、动植物、硝化细菌等大多数生物。
举例:蛔虫、乳酸菌、破伤风杆菌等。
有氧和无氧
举例:酵母菌等。
拓展:细胞的代谢类型
南溪一中生物教研组 刘海晗
能量
硝化细菌的化能合成作用
CO2+H2O
(CH2O)+O2
1、定义:
2、举例:
铁细菌、硫细菌、硝化细菌
利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的过程。
NH3
HNO2
HNO3
氧化
氧化
化能合成作用
南溪一中生物教研组 刘海晗
第二部分 光合作用的原理和应用一、概念检测:1.√ × ×; 2.D;
二、拓展应用:1.(1)光照强度逐渐增大;
(2)此时温度很高,导致气孔大量关闭,CO2无法进入叶片组织,致使光合作用暗反应受到限制;(3)光照强度不断减弱;(4)光照强度、温度;
(5)根据本题信息,可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式,如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等,提高绿色植物光合作用强度。
2.植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳),从给出的信息可以看出,植物生长的基本条件都是满足的,因此,只要没有病虫害等不利因素,这株植物(幼苗)就能够生存一段时间但究竟能够生存多长时间,涉及的问题很多。
练习与应用P106
南溪一中生物教研组 刘海晗
一、选择题:1.B;2.B;3.B;4.C;5.D;6.D二、非选择题:
2.(1)提高;因为CO2参与光合作用暗反应,在光照充足的情况下,CO2增加,其单位时间内与C5结合形成的C3也会增加,形成的葡萄糖也增加,故光合作用速率增加。(2)NADPH和ATP的供应限制;固定CO2的酶活性不够高、C5的再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等,都是制约因素。所以单纯增加CO2,不能使反应速率倍增。
(3)可能成立,若植物长期处于CO2倍增下,降低了固定CO2的酶含量或者活性,当恢复到大气CO2浓度后,已经降低的固定CO2的酶的含量或活性未能恢复,又失去了高浓度CO2的优势,因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率。学生可大胆做出合理推测,而不局限于说出上述答案。
复习与提高P108
南溪一中生物教研组 刘海晗
(4)回答本题的关键是摒弃简单的线性思维方式,要从生命活动的复杂性角度去回答。首先,不能只从光合作用效率可能提高的角度来看待温室效应,而必须全面分析温室效应可能产生的环境问题。其次,仅从大气中CO2比例增加是否提高光合作用速率的角度看,也不能以线性思维来看待。植物光合作用受到温度、水分等外部因素的影响,也受到内部的酶的活性等因素的影响,长期高CO2浓度可能使某些酶活性降低,高温也可能引起植物其他的变化,如色素降低;同时温室效应导致气温升高,引起蒸发率升高而影响水分供应,高温环境增强呼吸作用消耗的有机物也增多。因此温室效应不一定会提高作物产量。
复习与提高P108
南溪一中生物教研组 刘海晗
补充1:影响光合作用的因素
B
光照强度
0
(一)光
O点:光照强度为0
0—B:随着光照强度增加,光合作用强度增大
B点后:随着光照强度增加,光合作用强度不再增加
光合作用速率
1、光照强度
(影响因素:光照强度)
(限制因素:CO2浓度、温度等)
2、光质
3、光照时间
红光>蓝紫光>绿光
农业上的应用:
适当提高光照强度
大棚用无色透明,补充蓝紫光或红光延长光照时间
——主要影响光反应,制约NAHPH和ATP产生
南溪一中生物教研组 刘海晗
补充1:影响光合作用的因素
(二)CO2
——主要影响暗反应,制约C3的生成。
B
CO2浓度
光合作用速率
O—A:CO2浓度较低,不进行光合作用
A点:进行光合作用的C02最低浓度
B点后:随着C02浓度增加,光合速率没有变化
A—B:随着C02浓度增加,光合速率增大
(影响因素:C02浓度)
(主要限制因素:光照强度、温度等)
O
A
农业上的应用:
正其行,通其风增施农家肥,投放干冰
合理密植
南溪一中生物教研组 刘海晗
补充1:影响光合作用的因素
(三)温度
——主要影响暗反应,制约C3的生成。
温度
光合作用速率
农业上的应用:
温室栽培
增大昼夜温差
你知道新疆的水果含糖量普遍较高的原因吗?
白天温度高,有利于光合作用合成有机物;
夜间温度低,有利于降低呼吸作用消耗有机物。
南溪一中生物教研组 刘海晗
补充1:影响光合作用的因素
(四)H2O
——主要影响暗反应,制约C3的生成。
农业上的应用:
缺水→植物气孔关闭→CO2吸收减少→暗反应减弱
合理灌溉
气孔———
南溪一中生物教研组 刘海晗
补充1:影响光合作用的因素
(五)矿质元素
农业上的应用:
合理施肥
N
P
Mg:
光合作用中各种酶的组成元素
是ATP的组成元素
是叶绿素的组成元素
是ATP的组成元素
是磷脂的组成元素
是叶绿素的组成元素
K:
促进有机物的运输,有利于光合作用的进行
植物会因土壤溶液浓度过高发生渗透失水,而出现萎蔫
注意
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多因素对光合作用的影响
P点之前:限制光合速率的因素应为________坐标所表示的因子;
P-Q之间:限制光合速率的因素应为________坐标所表示的因子;
Q点之后:______坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子。
横
横、纵
横
补充1:影响光合作用的因素
南溪一中生物教研组 刘海晗
比较项目 光合作用 有氧呼吸
场 所
条 件
物质转变
能量转变
实 质
反应式
联
系
补充2:光合作用与细胞呼吸的区别与联系P108.2
叶绿体
细胞质基质和线粒体
在光照条件下进行
有光无光都能进行
无机物→有机物
有机物→无机物
光能→ATP中活跃的化学能
→有机物中稳定的化学能
有机物中稳定的化学能→
ATP中活跃的化学能、热能
氧化分解有机物,释放能量,合成ATP
合成有机物,储存能量
南溪一中生物教研组 刘海晗
补充2:光合作用与细胞呼吸的区别与联系
图A对应右图 ,含义: ;
图B对应右图 ,含义: ;
图C对应右图 ,含义: ;
图D对应右图 ,含义: ;
观察下面两幅图,指出左、右图的对应关系
呼吸作用 > 光合作用
只有呼吸作用没有光合作用
呼吸作用 = 光合作用
呼吸作用 < 光合作用
AB段
A点
B点
BC段
C点之前:限制因素是光照强度; C点之后:限制因素是CO2浓度、温度等
限制因素
(光补偿点)
(光饱和点)
D
光合速率达到最大时,所需的最低光照强度。
南溪一中生物教研组 刘海晗
光照强度
0
CO2吸收
CO2释放
A:
补充2:光合作用与细胞呼吸的区别与联系
只进行呼吸作用
A
南溪一中生物教研组 刘海晗
光照强度
0
CO2吸收
CO2释放
B:
补充2:光合作用与细胞呼吸的区别与联系
呼吸作用=光和作用
即:光补偿点
A
B
南溪一中生物教研组 刘海晗
光照强度
0
CO2吸收
CO2释放
BC:
补充2:光合作用与细胞呼吸的区别与联系
呼吸作用<光和作用
A
C
B
南溪一中生物教研组 刘海晗
光照强度
0
CO2吸收
CO2释放
D:
补充2:光合作用与细胞呼吸的区别与联系
A
C
B
D
光合速率达到最大时,所需的最低光照强度。
净光合
速率
总光合
速率
呼吸速率
C点之前:限制因素是光照强度; C点之后:限制因素是CO2浓度、温度等
南溪一中生物教研组 刘海晗
①名称叫法:
总光合速率=实际光合速率=真正光合速率
净光合速率=实测光合速率=表观光合速率
②表示方法:
光合作用产生的O2
光合作用固定的CO2
光合作用制造的有机物
= O2释放量 + O2消耗量
= CO2吸收量 + CO2释放量
= 有机物积累量 + 有机物消耗量
总正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
补充2:光合作用与细胞呼吸的区别与联系
南溪一中生物教研组 刘海晗
补充3:总光合速率、净光合速率、呼吸速率的测定
(1)气体体积变化法
(吸收CO2)
CO2缓冲液
(维持CO2浓度)
遮光
充足光照
液滴左移
移动距离代表有氧呼吸的O2吸收量
单位时间内左移距离代表呼吸速率
液滴右移
移动距离代表光合作用的O2释放量
单位时间内右移距离代表净光合速率
有氧呼吸速率测定装置
净光合速率测定装置
——测光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积
南溪一中生物教研组 刘海晗
(2)圆形叶片称重法
(3)黑白瓶法
遮光的部分测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值
曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值
黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值
白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值
——测定有机物的变化量
——测溶氧量的变化
补充3:总光合速率、净光合速率、呼吸速率的测定
南溪一中生物教研组 刘海晗
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