正確解讀圖表破解光合作用和呼吸作用關(guān)系的難題

　　光合作用和呼吸作用是高中生物教學(xué)的重點，也是高考設(shè)題考查的熱點，在高考中常常以圖表曲線的形式出現(xiàn)，重在考查學(xué)生對光合作用和呼吸作用的關(guān)系的理解，學(xué)生解答有一定難度。盡管有關(guān)這方面的專題論述不少，但依然是用抽象的描述解釋抽象，不利于學(xué)生領(lǐng)會掌握。我在教學(xué)過程中借助圖表曲線，引導(dǎo)學(xué)生對光合作用和呼吸作用的關(guān)系進(jìn)行梳理分析，非常有利于學(xué)生對這部分知識的理解和應(yīng)用。
　　一、光合作用和呼吸作用關(guān)系的典型曲線和圖示分析
　　1.圖示與曲線上幾個關(guān)鍵點和線段的對應(yīng)關(guān)系及生物學(xué)含義
　?。?）圖1曲線表示，在一定CO濃度和溫度等條件下，在一定范圍內(nèi)，光合作用速率（或光合作用強(qiáng)度）隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，但當(dāng)光照強(qiáng)度增加到一定強(qiáng)度時，光合速率達(dá)到最大值后不再增大。
　?。?）圖2表示光照強(qiáng)度為零，植物不進(jìn)行光合作用，只進(jìn)行呼吸作用。此時植物釋放的CO等于線粒體釋放的CO。植物外觀上表現(xiàn)為向外界釋放CO，同時也表明了此時的呼吸強(qiáng)度（如果是恒溫條件，而且忽略光照對溫度的影響，則此后的呼吸強(qiáng)度也保持不變）。該圖對應(yīng)于圖1中的A點。
　?。?）圖3表示植物的呼吸作用大于光合作用，即線粒體釋放的CO，一部分被葉綠體吸收用于光合作用，還有一部分釋放到外界。此時植物外觀表現(xiàn)為向外界釋放CO，該圖應(yīng)對應(yīng)于圖1中的AB段。
　　（4）圖4表示光合作用強(qiáng)度和呼吸作用強(qiáng)度相等。此時植物在外觀上表現(xiàn)為既不吸收CO又不釋放CO，該圖應(yīng)對應(yīng)于圖1中的B點。B點對應(yīng)的光照強(qiáng)度代表光補償點。
　?。?）圖5表示光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，即葉綠體吸收的CO除來自線粒體外還來自外界。此時植物外觀上將表現(xiàn)為吸收CO（此時該CO吸收量即代表凈光合作用量）。該圖對應(yīng)于圖1中的B點之后。C點對應(yīng)的光照強(qiáng)度代表光飽和點。
　　2.兩個關(guān)鍵點的變化規(guī)律
　　在圖1曲線所示狀況下，若改變某一因素（如CO濃度），使光合作用增強(qiáng)（減弱），而呼吸作用不受影響時，光補償點應(yīng)左移（右移），光飽和點應(yīng)右移（左移）；若改變某一因素（如溫度），使呼吸作用增強(qiáng)（減弱），則光補償點應(yīng)右移（左移）。
　　另外，陰生植物的光補償點和光飽和點都比陽生植物的小。
　　3.限制AC段和CD段光合作用強(qiáng)度的主要因素
　　AC段：限制因素主要是光照強(qiáng)度。
　　CD段：限制因素主要是外因有：CO濃度、溫度等。內(nèi)因有：酶的數(shù)量和活性、葉綠體色素含量、C含量等。
　　4.光合作用和呼吸作用的計算關(guān)系式
　　光合作用和細(xì)胞呼吸的原料和產(chǎn)物相反，但二者不是可逆過程。通常用單位時間里CO吸收量、O釋放量或有機(jī)物的制造量來代表光合作用強(qiáng)度。用單位時間里CO釋放量、O吸收量或有機(jī)物的消耗量來代表呼吸作用強(qiáng)度。而光合作用強(qiáng)度又有實際光合作用強(qiáng)度和凈光合作用強(qiáng)度。它們的關(guān)系式可表示為：凈光合作用強(qiáng)度=實際光合強(qiáng)度-呼吸作用強(qiáng)度。
　　二、典型例題分析
　　1.（2006四川理綜）將川芎植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調(diào)節(jié)小室CO濃度，在適宜光照強(qiáng)度下測定葉片光合作用的強(qiáng)度（以CO吸收速率表示），測定結(jié)果如下圖。下列相關(guān)敘述96676dddd21e00c9b118ee60272e4d0c，正確的是（?搖 ?搖）。
　　A.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點左移，b點左移
　　B.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點左移，b點右移
　　C.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，a點右移，b點右移
　　D.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，a點左移，b點右移
　　【解析】盡管該題的自變量是CO濃度，但根據(jù)前述知識可推知，a點是CO補償點，b點是CO飽和點。在題干限定條件下，如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，則光合作用強(qiáng)度降低，而呼吸作用強(qiáng)度不變。此時，要維持光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度，則必然要增大CO濃度，以提高光合作用強(qiáng)度，所以a點右移；當(dāng)光照強(qiáng)度適當(dāng)降低時，光合作用的光反應(yīng)減弱，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度降低，則光合作用強(qiáng)度達(dá)到最大值時所需CO濃度（CO飽和點）較低，所以b點左移。如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，則光合作用強(qiáng)度增大，而呼吸作用強(qiáng)度不變。此時，要維持光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度，則在較低CO濃度下就可以實現(xiàn)，所以a點左移；當(dāng)光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)時，光合作用的光反應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度增大，則光合作用達(dá)到最大值所需CO濃度（CO飽和點）較高，所以b點右移。
　　正確答案：D。
　　2.（2007山東理綜）以測定的CO吸收量與釋放量為指標(biāo)，研究溫度對某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響，結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是（?搖 ?搖）。
　　A.光照相同時間，35℃時光合作用制造的有機(jī)物的量與30℃時相等
　　B.光照相同時間，在20℃條件下植物積累的有機(jī)物的量最多
　　C.溫度高于25℃時，光合作用制造的有機(jī)物的量開始減少
　　D.兩曲線的交點表示光合作用制造的與呼吸作用消耗的有機(jī)物的量相等
　　【解析】根據(jù)前面對光合作用和呼吸作用關(guān)系的分析，通過讀圖可知，圖示的虛線（光照下CO的吸收量）表示光合作用凈積累有機(jī)物的量，實線（黑暗下CO的釋放量）表示呼吸作用消耗有機(jī)物的量。根據(jù)公式：總光合作用制造的有機(jī)物的量=凈光合量+呼吸量=虛線量+實線量，可逐一計算出20℃、25℃、30℃、35℃條件下，光合作用制造的有機(jī)物的量。35℃時光合作用制造的有機(jī)物的量為：3（凈光合量）+3.5（呼吸量）=6.5mg/h；30℃時光合作用制造的有機(jī)物的量為：3.5（凈光合量）+3（呼吸量）=6.5mg/h。所以A選項正確。光照相同時間，在25℃條件下植物積累的有機(jī)物的量最多，所以B選項錯誤。25℃、30℃和35℃時光合作用制造的有機(jī)物的量分別為6mg/h、6.5mg/h和6.5mg/h，也就是說，在25℃之后，總光合量還在增加，所以C選項錯誤；兩曲線的交點表示光合作用積累的有機(jī)物的量與呼吸作用消耗的有機(jī)物的量相等，所以D選項錯誤。
　　正確答案：A
　　3.將某綠色植物放在特定的實驗裝置中，研究溫度對光合作用與呼吸作用的影響（其他實驗條件都是理想的），實驗以CO的吸收量與釋放量為指標(biāo)。實驗結(jié)果如下表所示。
　　A.晝夜不停地光照，在35℃時該植物不能生長
　　B.晝夜不停地光照，在15℃時該植物生長得最快
　　C.每天交替進(jìn)行12小時光照、12小時黑暗，在20℃時，該植物積累的有機(jī)物最多
　　D.每天交替進(jìn)行12小時光照、12小時黑暗，在30℃時該植物積累的有機(jī)物是在10℃時的2倍
　　【解析】光照下吸收的CO量代表的是凈光合作用量，也就是有機(jī)物的積累量；黑暗中釋放的CO量代表的是呼吸量，也就是有機(jī)物的消耗量。35℃時該植物的有機(jī)物積累量為3mg/h，植物能正常生長，所以A選項錯誤。光照下CO吸收量最大的是25℃下的3.75mg/h，該溫度下植物生長最快，所以B選項錯誤。每天交替進(jìn)行12小時光照、12小時黑暗，在20℃時該植物積累的有機(jī)物為：3.25×12-1.5×12=21mg；同理可算出其他溫度條件下有機(jī)物的積累量；在所有的溫度中20℃時有機(jī)物積累量最多，所以C選項正確。每天交替進(jìn)行12小時光照、12小時黑暗，在10℃時該植物積累的有機(jī)物為1.75×12-0.75×12=12mg；在30℃時該植物積累的有機(jī)物為：3.5×12-3.0×12=6mg；在10℃時該植物積累的有機(jī)物是30℃時的2倍，所以D選項錯誤。
　　正確答案：C。