光合作用圖表曲線突破錦囊

光合作用是高考熱點(diǎn)，多以圖表曲線的形式進(jìn)行考查。正確分析與光合作用有關(guān)的圖表曲線，是高考取勝的關(guān)鍵之一。

在解答光合作用圖表曲線題時(shí)，要遵循的最基本思路是：（1）首先明確縱軸、橫軸的含義，判斷縱坐標(biāo)代表的是凈光合速率還是總光合速率，有的曲線用氧氣吸收量表示光合作用速率，則縱向走勢(shì)與平常用氧氣釋放量表示的正好相反；（2）分析曲線的趨勢(shì)以及與縱、橫軸的關(guān)系；（3）分析關(guān)鍵點(diǎn)，如起點(diǎn)、折點(diǎn)、交叉點(diǎn)、終點(diǎn)；（4）圖中顯示多個(gè)變量時(shí)，要把多變量轉(zhuǎn)化為單變量（如例1），同一曲線的自變量是橫坐標(biāo)代表的某變量，不同曲線可以垂直于橫軸畫(huà)輔助線，比較不同曲線之間的差異。

下面按不同的曲線類(lèi)型進(jìn)行具體分析。

1. 光合作用中的“”型曲線

遇到這類(lèi)曲線時(shí)可以首先想到它是表示光合速率與外界條件之間的關(guān)系。

解這類(lèi)曲線題首先要注意起點(diǎn)的差異：當(dāng)橫坐標(biāo)為0，縱坐標(biāo)也為0時(shí)，常表示總光合速率與某變量的關(guān)系；當(dāng)橫坐標(biāo)為0，縱坐標(biāo)有負(fù)值時(shí)，常表示凈光合速率與某變量的關(guān)系。

例1 生產(chǎn)實(shí)踐表明：在一定范圍內(nèi)，提高CO2濃度，能增強(qiáng)光合作用。如下圖1是對(duì)某農(nóng)作物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，請(qǐng)據(jù)圖分析并回答：（lx：勒克斯，光照強(qiáng)度的單位。A、B、C、D、E為曲線上的點(diǎn)，a、m、n為坐標(biāo)軸上的點(diǎn)。）

（1）圖1曲線I表明 。

（2）圖1中當(dāng)CO2濃度為400 mg·L-1時(shí)，光合作用最強(qiáng)的相應(yīng)處是 光照。曲線Ⅲ的最強(qiáng)光合作用需要的最低CO2濃度是 。

（3）圖1中這組實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是 。

（4）圖1 中m點(diǎn)表示 。如果提高光照強(qiáng)度，則m點(diǎn)的位置將 移動(dòng)。

（5）圖1中AB段和CD段影響光合作用的主要限制因子分別是 。n點(diǎn)時(shí)的CO2濃度下，該農(nóng)作物有機(jī)物和能量代謝的量變關(guān)系是 。

（6）圖1中A、E點(diǎn)進(jìn)行的圖2中的生理過(guò)程分別有 、 。

解析：此題縱坐標(biāo)有負(fù)值出現(xiàn)，表示的應(yīng)是凈光合速率。

圖1中曲線I反映的是光照強(qiáng)度為70 lx的凈光合速率與外界CO2濃度的關(guān)系。

當(dāng)CO2濃度為400 mg·L-1時(shí)，不同曲線表示的光照強(qiáng)度不同，此處光合作用最強(qiáng)的光照強(qiáng)度是700 lx。對(duì)于曲線Ⅲ，CO2濃度的飽和點(diǎn)是500 mg·L-1。

此圖涉及的兩個(gè)自變量分別是光照強(qiáng)度和CO2濃度，說(shuō)明CO2濃度和光照強(qiáng)度都會(huì)影響光合作用強(qiáng)度。

圖1中 m點(diǎn)是光照強(qiáng)度為70 lx下CO2濃度的飽和點(diǎn)，是最強(qiáng)光合作用需要的最低CO2濃度。此時(shí)限制光合作用的是外界因素，主要是光照。另外，從圖也可看出，提高光照強(qiáng)度，CO2濃度的飽和點(diǎn)即最強(qiáng)光合作用需要的最低CO2濃度點(diǎn)會(huì)向右移動(dòng)。

圖1中曲線的AB段，光照強(qiáng)度相同，隨CO2濃度增加光合作用速率增大，說(shuō)明此時(shí)的限制因素是CO2濃度；對(duì)于CD段，已達(dá)到了CO2濃度的飽和點(diǎn)，從圖可知，增大光照強(qiáng)度，光合速率也會(huì)增大。此時(shí)的限制因素是光照強(qiáng)度。n點(diǎn)處CO2的吸收量為0，即凈光合速率為0，此時(shí)光合作用消耗的CO2與呼吸作用產(chǎn)生的CO2量相等。

圖2是另外一種表示葉肉細(xì)胞光合作用的模式圖，其中a、b過(guò)程分別表示葉綠體光合作用吸收CO2和釋放O2的過(guò)程，e、f分別表示線粒體吸收O2和釋放CO2的過(guò)程，c、d分別表示O2和CO2。圖1中的A點(diǎn)凈光合速率為0，此時(shí)進(jìn)行的圖2中的生理過(guò)程只有c、d。圖1中E點(diǎn)光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，此時(shí)進(jìn)行的圖2中生理過(guò)程有a、b、c、d。黑暗時(shí)只有呼吸作用，即只有e、f；當(dāng)光合作用小于呼吸作用時(shí)，則有圖2中的c、d、e、f。

答案：（1）光強(qiáng)為70 lx，在CO2濃度較低范圍內(nèi)，隨CO2濃度的增加，光合作用逐漸增強(qiáng)；超過(guò)一定濃度后，光合作用強(qiáng)度增加幅度減小；繼續(xù)提高CO2濃度，光合作用強(qiáng)度不再增加 （2）700 lx 500 mg·L-1 （3）CO2濃度和光照強(qiáng)度都會(huì)影響光合作用強(qiáng)度 （4）在光照強(qiáng)度為70 lx下，光合作用達(dá)到最強(qiáng)時(shí)，CO2濃度的最小值 向右 （5）CO2濃度和光照強(qiáng)度 光合作用利用的CO2與呼吸作用產(chǎn)生的CO2量相等 （6）c、d a、b、c、d

2. “”型曲線及其相互關(guān)系的判斷

“”型曲線常用于考查：（1）葉綠體內(nèi)[H]和ATP的生成量與C3化合物的剩余量的關(guān)系；（2）C3與C5的剩余量的關(guān)系。

現(xiàn)把其中的關(guān)系列表如下：

條件項(xiàng)目C3C5[H]和ATP（CH2O）合成量

光照不變，停止CO2供應(yīng)減少增加增加減少或

沒(méi)有

光照不變，CO2供應(yīng)增加增加減少減少增加

光照不變，CO2供應(yīng)不變，（CH2O）運(yùn)輸受阻增加減少增加減少

停止光照，CO2供應(yīng)不變?cè)黾酉陆禍p少或

沒(méi)有減少或

沒(méi)有

增強(qiáng)光照，CO2供應(yīng)不變減少增加增加增加

例2 在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%的環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢(shì)如下圖。

回答問(wèn)題：

（1）圖中物質(zhì)A是 （C3化合物、C5化合物）。

（2）在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是 ；將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度升高的原因是 。

（3）若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3和C5化合物濃度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，物質(zhì)A的濃度將比B的 （低、高）。

（4）CO2濃度為0.003%時(shí)，該植物光合速率最大時(shí)所需要的光照強(qiáng)度比CO2濃度為1%時(shí)的 （高、低），其原因是 。

解析：本題主要考查光合作用C3和C5化合物含量變化的相關(guān)知識(shí)及識(shí)圖能力。

（1）CO2濃度降低后，直接影響光合作用暗反應(yīng)中CO2的固定，導(dǎo)致C3化合物的產(chǎn)生量減少，而C5化合物被消耗相對(duì)少，并且光反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)生的ATP和[H]又消耗C3化合物，同時(shí)還能產(chǎn)生C5化合物，從而確定物質(zhì)A是C3化合物，物質(zhì)B是C5化合物。

（2）根據(jù)暗反應(yīng)的特點(diǎn)，一個(gè)C5與一個(gè)CO2結(jié)合，形成2個(gè)C3。由于C3與C5都是暗反應(yīng)循環(huán)路徑的中間產(chǎn)物，這就決定了無(wú)論是在高濃度還是低濃度的CO2環(huán)境中，只要是平衡狀態(tài)，C3與C5生成與消耗的速率都是相同的，此時(shí)的C3濃度就是C5的2倍。當(dāng)CO2濃度突然降低時(shí)，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導(dǎo)致C5化合物積累。

對(duì)于處于平衡狀態(tài)的葉綠體來(lái)講，積累C3與C5而不參與循環(huán)那是不經(jīng)濟(jì)的，也是不合理的；從解題技巧的角度來(lái)分析，也不應(yīng)該考慮循環(huán)之外C3與C5的積累問(wèn)題，因?yàn)闆](méi)有依據(jù)可以對(duì)此做出分析與推測(cè)，因而不符合命題者的意圖。

（3）若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，C3和C5化合物的濃度保持穩(wěn)定后，暗反應(yīng)保持穩(wěn)定，此時(shí)根據(jù)暗反應(yīng)中CO2的固定反應(yīng)式確定，C3化合物的量應(yīng)是C5化合物的量的2倍。

（4）CO2濃度降低后，因?yàn)榘捣磻?yīng)減弱，所需的光反應(yīng)產(chǎn)物ATP和[H]減少，所以達(dá)到最大光合速率所需的光照強(qiáng)度降低。

答案：（1）C3化合物 （2）暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達(dá)到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定，根據(jù)暗反應(yīng)的特點(diǎn)，此時(shí)C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍 當(dāng)CO2濃度突然降低時(shí)，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導(dǎo)致C5化合物積累 （3）高 （4）低 CO2濃度低時(shí)，暗反應(yīng)的強(qiáng)度低，所需的ATP和[H]少

3. “^”型曲線

“”型曲線即縱坐標(biāo)隨橫坐標(biāo)的變化先升高后又下降。通常這類(lèi)圖象的橫坐標(biāo)有一個(gè)相對(duì)于縱坐標(biāo)的最適點(diǎn)，要注意最適點(diǎn)前后變化的原因。

“”型曲線一般用于考查：（1）光合作用在一天內(nèi)隨時(shí)間的變化或隨光照強(qiáng)度的變化關(guān)系；（2）光合速率與葉齡的關(guān)系、光合作用速率與外界溫度的關(guān)系；（3）凈光合速率與葉面積指數(shù)的關(guān)系；（4）綠色植物中葉綠素a、葉綠素b吸收光能的百分比與光的波長(zhǎng)（如藍(lán)紫光區(qū)域、紅橙光區(qū)域）的關(guān)系。

例3 下列有關(guān)光合作用圖解正確的是（ ）

A. （1）（2）（3） B. （2）（3）（4）

C. （1）（2）（3）（4） D. （3）（4）

解析：圖（1）中OA段為幼葉，隨著幼葉不斷生長(zhǎng)，葉面積不斷增大，葉內(nèi)的葉綠體不斷增多，葉綠素含量也不斷增多，光合速率不斷增強(qiáng)，AB段葉綠體、葉綠素基本穩(wěn)定，光合速率也基本穩(wěn)定。BC段為老葉，隨葉齡不斷增加，葉綠素被破壞，光合速率又逐漸下降，圖（1）正確。圖（2）反映了溫度對(duì)酶的影響，并且在外界溫度為0時(shí)，光合作用仍可進(jìn)行，圖（2）正確。對(duì)圖（3）來(lái)說(shuō)，隨著葉面積不斷增大，光合作用的實(shí)際產(chǎn)量也不斷增大，但當(dāng)?shù)竭_(dá)葉面積的飽和點(diǎn)后，光合作用實(shí)際產(chǎn)量就不再增大，而呼吸作用卻隨葉面積的增大不斷增大，因此隨著葉面積增大，光合作用凈產(chǎn)量或干物質(zhì)量從H點(diǎn)開(kāi)始逐漸下降，圖（3）正確。對(duì)圖（4）來(lái)說(shuō)，當(dāng)CO2濃度較低時(shí)，光合作用強(qiáng)度小于呼吸作用強(qiáng)度，隨著CO2濃度逐漸增高，光合速率不斷增強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到CO2濃度飽和點(diǎn)后，隨著CO2濃度逐漸增高，光合速率不再增強(qiáng)，而當(dāng)CO2濃度過(guò)高時(shí)，出現(xiàn)了所謂的CO2中毒，光合作用速率反而又下降，圖（4）正確。此題答案為C。

4. 光合作用中的“M”型曲線

光合作用中的“M”型曲線常表示植物在炎熱夏季凈光合速率與時(shí)間的關(guān)系。分析圖象時(shí)要注意分析兩個(gè)最高點(diǎn)與中間的低點(diǎn)之間曲線趨勢(shì)變化的原因。

例4 下圖表示的是一晝夜北方某作物植株CO2吸收量的變化。甲圖為盛夏的某一晴天，乙圖為春天的某一晴天。

（1）甲圖中有機(jī)物積累最多的是 點(diǎn)，兩圖中B點(diǎn)植物干重是否 （是/不是）均低于A點(diǎn)時(shí)的干重。

（2）甲圖中E點(diǎn)和D點(diǎn)相比較，葉肉細(xì)胞內(nèi)的C3、C5、ATP和[H]的含量發(fā)生的變化依次是 。

（3）甲圖中DE段光合作用強(qiáng)度減弱的解釋是：由于中午 過(guò)高， 過(guò)強(qiáng)，葉片的氣孔關(guān)閉，使光合作用原料之一的 供應(yīng)大量減少，以致 反應(yīng)階段植物體內(nèi)的五碳化合物不能與之結(jié)合，使 的形成大為減少。

（4）甲圖中FG段光合作用強(qiáng)度下降的原因是

，使光合作用的 反應(yīng)減弱，為暗反應(yīng)提供的 的生成量減少。乙圖DE段光合作用強(qiáng)度減弱的原因與甲圖中FG段光合作用強(qiáng)度下降的原因 （一樣/不一樣）。

解析：兩圖中縱坐標(biāo)顯示的是凈光合作用速率。對(duì)甲圖來(lái)說(shuō)，C與G之間凈光合速率大于0，因此在G點(diǎn)有機(jī)物積累最多。兩圖中AB段只有呼吸作用，因此B點(diǎn)植物干重均低于A點(diǎn)時(shí)的干重。

甲圖中E點(diǎn)與D點(diǎn)相比，由于氣溫升高，氣孔關(guān)閉，CO2的吸收量減少，導(dǎo)致葉肉細(xì)胞內(nèi)短時(shí)間內(nèi)C3的生成量減少，而由于光照強(qiáng)度不變，被還原消耗的C3的量不變引起C3的含量減少。同樣，短時(shí)間內(nèi) C5的生成量不變，而與CO2結(jié)合消耗的C5的量減少，引起C5的含量增多。短時(shí)間內(nèi)ATP和[H]的生成量不變，而還原過(guò)程中消耗掉的ATP和[H]減少，導(dǎo)致ATP和[H]的含量增多。

甲圖中的DE段與乙圖中DE段下降原因不同，甲圖中的FG段與乙圖中DE段下降都是光照強(qiáng)度下降引起的。

答案：（1）G 是 （2）降、升、升、升 （3）氣溫 蒸騰作用 CO2 暗 三碳化合物 （4）光照減弱 光 ATP和[H] 一樣