备课素材知识点：弱光下色素含量变化- 高中生物人教版必修一

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为了研究弱光对大豆生长、光合作用和产量的影响，研究小组用两种大豆在正常光（100％）和弱光（20％）条件下进行实验，结果如下表。
注：净光合速率用单位时间单位面积的叶片从外界吸收的CO2量表示。
下列叙述错误的是（ ）
A.弱光条件下，主茎伸长有利于获得更多的光照
B.光合色素含量改变有利于适应不同的光照环境
C.净光合速率大的大豆品种，单株种子产量也大
D.弱光条件下，南豆比黑豆更适合栽种
解析：试题考查光照强度对不同品种的大豆光合速率的影响。
据表可知，同一品种在弱光条件下，主茎伸长，有利于获得更多的光照，从而增强光合速率和产量，A正确；在不同光照强度下，南豆和黑豆的光合色素含量改变，有利于适应不同的光照环境，B正确；据表数据可知，净光合速率大的大豆品种，单株种子产量并不是增大，如在强光下南豆的净光合速率比黑豆大（4.41大于3.97），但单株种子产量南豆比黑豆小（18.21小于36.71），C错误；弱光条件下，南豆的净光合速率和产量比黑豆大，所以南豆比黑豆更适合栽种，D正确。故答案为C。
这道试题情景中有“弱光照对色素的影响”。
那么，为什么光照强度减弱会影响色素的含量？
光照强度是植物生长中非常重要的环境因素之一，它对植物生长和发育有着重要的影响。光照强度越强，光合作用速率和效率就越高，从而促进植物生长。光照强度也会影响植物的叶片形态。在光照充足的条件下，植物会产生更大、更宽、更厚的叶片，而在光照较弱的条件下，叶片则会较小、较细、较薄。光照强度还可以影响植物的生长速度。当光照强度适宜时，植物生长较快，发育较好，而在光照不足的情况下，植物生长速度会减缓。因此，适宜的光照强度对于植物的生长和发育至关重要。不同种类的植物对光照强度的需求也有所不同，所以在种植植物时，需要考虑到光照强度对植物的影响，并为其提供合适的光照条件。
光合作用是作物生长和产量形成的基础，光作为光合作用的驱动力，同时也影响光合器官的结构和功能。
上述试题的研究存在两个自变量，一是光照强度（强光和弱光），弱光采用遮阳网处理，光照强度为正常光照的20%，用光量子传感器测定大豆冠层有效辐射；二是不同的大豆品种（南豆和黑豆）。
无关变量有播种时间相同，播种行距相同即密度相同，追肥的量相同，田间管理措施相同。
1.检测指标（因变量）的测定
（1）光合色素测定：用分光光度计测定，是在470nm，646nm，663nm波长下的OD值（分别测定的是类胡萝卜素、叶绿素b和叶绿素a，是由光合色素的吸收光谱决定，如图），计算光合色素的含量。
光合色素的吸收光谱
（2）形态指标及生物量测定：由于大豆大部分根长在土层中，取样时挖根深度为25cm，连同地上部分带回实验室测定株高和茎粗后，将叶、茎杆、根分别剪下装入纸袋于烘箱中105度杀青1小时，75度烘至恒重（大于72小时），称重测得生物量。
（3）大豆叶片的解剖结构：一定部位取叶片，在靠近主脉基部的1/3作石蜡切片，在显微成像分析系统下进行显微照相。
（4）光合特性测定：选用光合测定系统测定光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度，蒸腾速率等，重复3次，取平均值。
光合测定系统
最后采用一定的软件统计分析所得的数据。
2.测定的相关数据分析
（1）色素含量变化分析
从色素的含量变化来看，南豆和黑豆的叶绿素a均增加，叶绿素总量均增加，而类胡萝卜素南豆增加，弱光处理对黑豆影响较大，理由是叶绿素a/b值严重下降，叶绿素/类胡萝卜素值则大幅度提高。原因是叶绿素b和类胡萝卜素有利于吸收散射光较短波长的蓝紫光，大豆通过改变光合色素的含量和比例，来获取得多的沟通。因此，弱光条件下，南豆比黑豆更适合栽种。
（2）形态指标及生物量
在弱光条件下，两种大豆的株高显著增高，有利于得到光照，但茎粗、地上地下生物量及根冠比显著降低。通过显微观察叶片的结构没有色素含量变化大。上述形态变化可能是因为弱光条件下，大豆幼苗的光合能力降低，影响植物生物化学能的供应，导致积累的生物量减小，而且地下生物量较地下生物量减少得快，根冠比随光强减弱呈减少趋势。
（3）单株产量
大豆的光合能力和产量密切相关。由于光照强度适当提高有利于光合作用，因此弱光降低了大豆的的净光合速率和单株产量。弱光条件下，南豆的单株产量高于黑豆，而正常光照强度下，南豆的单株产量低于黑豆，在弱光条件下，南豆和黑豆分别比正常光照下的单株产量低17%和76%，因此大豆的耐阴性强。
从试题的表格中发现，南豆的净光合速度高，单株种子产量低的原因是，测定净光合速率根据注解“单位时间单位面积的叶片从外界吸收的CO2量表示”，强调的是叶片，但植株不同，呼吸速率不同，贮藏在种子的有机物不同，也就是说，南豆品种的叶片净光合速率大，但整个植株的呼吸速率南豆高，单株种子产量反而低。