光合作用曲線的 “點(diǎn)點(diǎn)”分析

安徽 徐新河

光合作用曲線的 “點(diǎn)點(diǎn)”分析

安徽 徐新河

在影響光合作用因素的分析中，多變量因素影響下的光合作用曲線變化一直是一個(gè)很有迷惑性的問(wèn)題。這類問(wèn)題包括光照強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，改變溫度或CO2濃度或植物情況下的變化；CO2濃度為橫坐標(biāo)，改變光照強(qiáng)度或溫度或植物情況下的變化；以及以溫度為橫坐標(biāo)，改變光照強(qiáng)度或CO2濃度或植物情況下的變化等。

1.光照強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，改變溫度或CO2濃度或植物情況下的光合速率變化

1.1 光照強(qiáng)度與溫度為兩個(gè)自變量時(shí)的曲線變化

例1.（改編）環(huán)境CO2濃度一定，其他條件均最適宜時(shí)，北沙參在不同溫度和光照強(qiáng)度條件下的光合速率如圖1所示，光合速率以干重增加速率（mg/單位面積·h）表示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

圖1

（1）圖1表明影響植物光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素是________。

（2）25℃條件下比15℃條件下的光補(bǔ)償點(diǎn)________（填“低”或“高”），把溫度從25℃降至15℃條件下光飽合點(diǎn)（________填“升高”或“降低”）。

（3）25℃條件下，5 Klx光照強(qiáng)度時(shí)的真正光合速率________（填“大于”“等于”或“小于”）P點(diǎn)代表的真正光合速率。在14 Klx光照照度下，25℃條件下限制其光合速率增加的主要環(huán)境因素有_______________。

【規(guī)律分析】先分析一種溫度條件下的曲線變化：光照強(qiáng)度為0時(shí)，縱坐標(biāo)數(shù)值代表呼吸速率，曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)是光補(bǔ)償點(diǎn)，表示光合速率與呼吸速率相等時(shí)的光照強(qiáng)度。當(dāng)曲線上升到不再隨光照強(qiáng)度增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度為光飽合點(diǎn)。再對(duì)比分析兩條曲線，可知在未達(dá)到最適溫度前，升高溫度時(shí)呼吸速率上升，光補(bǔ)償點(diǎn)升高，同樣光飽合點(diǎn)也升高。當(dāng)達(dá)到光飽合點(diǎn)時(shí)限制其變化的環(huán)境因素一般為其他的不是最適條件下的無(wú)關(guān)變量，如溫度、CO2濃度等。真正光合速率是凈光合速率與呼吸速率之和，所以凈光合速率高時(shí)不一定真正光合速率高。

【參考答案】（1）光照強(qiáng)度和溫度 （2）高 降低（3）等于 溫度和CO2濃度

1.2 光照強(qiáng)度與CO2濃度為兩個(gè)自變量的曲線變化

例2.（2007·北京卷）科學(xué)家研究CO2濃度、光照強(qiáng)度和溫度對(duì)同一植物光合作用強(qiáng)度的影響，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。請(qǐng)據(jù)圖判斷下列敘述不正確的是 （ ）

圖2

A.光照強(qiáng)度為a時(shí)，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強(qiáng)度差異的原因是CO2濃度不同

B.光照強(qiáng)度為 b 時(shí)，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強(qiáng)度差異的原因是溫度不同

C.光照強(qiáng)度為a～b，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高

D.光照強(qiáng)度為a～c，曲線Ⅰ、Ⅲ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高

【規(guī)律分析】當(dāng)曲線中有多個(gè)自變量時(shí)，先從一個(gè)自變量開(kāi)始分析，如只分析曲線Ⅰ，自變量就是光照強(qiáng)度。再分析曲線Ⅰ和Ⅱ，這兩條曲線的區(qū)別是溫度，所以可以固定某個(gè)光照強(qiáng)度，比較溫度變化下的光合作用強(qiáng)度變化，可以發(fā)現(xiàn)適當(dāng)提高溫度，光飽合點(diǎn)上升，且達(dá)到光飽合點(diǎn)后，溫度較高的光合速率高。再分析曲線Ⅱ和Ⅲ，這兩條曲線的區(qū)別是CO2濃度，固定某個(gè)光照強(qiáng)度下，比較CO2濃度變化下的光合作用強(qiáng)度變化，可以發(fā)現(xiàn)適當(dāng)提高CO2濃度，光飽合點(diǎn)也上升，且達(dá)到光飽合點(diǎn)后，CO2濃度較高的光合速率高。

【參考答案】D

1.3 光照強(qiáng)度與植物種類為兩個(gè)自變量的曲線變化

例3.（2007·全國(guó)卷Ⅱ·節(jié)選）圖3表示光照強(qiáng)度對(duì)A、B兩種C3植物光合作用強(qiáng)度的影響。據(jù)圖回答：

圖3

（2）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，與B植物相比，A植物應(yīng)種植在________條件下。

【規(guī)律分析】與環(huán)境因素影響光合速率不同，植物的不同是光合速率變化的內(nèi)因。對(duì)圖中任意一條曲線來(lái)說(shuō)，就是確定某種植物時(shí)，其他的環(huán)境因素如溫度、CO2濃度等為適宜或是固定為某一個(gè)數(shù)值時(shí)，隨光照強(qiáng)度的增加，光合作用強(qiáng)度增加，存在光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽合點(diǎn)。而對(duì)另一種植物來(lái)說(shuō)，趨勢(shì)是一樣的，但是可能由于植物種類不同，而出現(xiàn)光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽合點(diǎn)的不同。如陰生植物較陽(yáng)生植物來(lái)說(shuō)，其光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽合點(diǎn)都比較低，而且光飽合點(diǎn)時(shí)的光合作用強(qiáng)度也比較低。

【參考答案】（1）在低于P光照強(qiáng)度下B植物光能利用率比A植物的高，在高于P光照強(qiáng)度下A植物光能利用率比B植物的高 （2）較強(qiáng)光照

2.CO2濃度為橫坐標(biāo)，改變光照強(qiáng)度或植物種類下的光合速率變化

2.1 CO2濃度與光照強(qiáng)度為兩個(gè)自變量的曲線分析

例4.（改編）將川芎植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調(diào)節(jié)小室CO2濃度，在未達(dá)到最適光照強(qiáng)度下測(cè)定葉片光合作用的強(qiáng)度（以CO2吸收速率表示），測(cè)定結(jié)果如圖4。下列相關(guān)敘述，正確的是 （ ）

圖4

A.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點(diǎn)左移，b點(diǎn)左移

從2017年1—12月在北大醫(yī)療健康管理中心進(jìn)行健康體檢、年齡18歲以上的人群57 686人中篩查，選取體檢項(xiàng)目中包括尿酸、身高、體質(zhì)量、血壓、空腹血糖、血脂及重要病史信息無(wú)缺失者，排除既往患有高尿酸血癥、高血壓、糖尿病、高脂血癥正在服用藥物治療的人員，最終納入研究對(duì)象52 673人，其中男性27 419人（52.06%），女性25 254人（47.94%）。

B.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點(diǎn)右移，b點(diǎn)左移

C.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)升高，a點(diǎn)左移，b點(diǎn)左移

D.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)升高，a點(diǎn)右移，b點(diǎn)左移

【規(guī)律分析】當(dāng)CO2濃度為橫坐標(biāo)時(shí)，光照強(qiáng)度、溫度、植物種類等為無(wú)關(guān)變量，需要控制在相同條件下，保證單一變量為CO2濃度。當(dāng)在一定光照強(qiáng)度下，某個(gè)CO2濃度下光合速率與呼吸速率相等，這個(gè)CO2濃度為CO2補(bǔ)償點(diǎn)，而達(dá)到某個(gè)CO2濃度時(shí)，光合速率達(dá)到最大，再增加CO2濃度，光合速率也不增加，這個(gè)CO2濃度為CO2飽合點(diǎn)。在未達(dá)到最適光照強(qiáng)度時(shí)，適當(dāng)增加光照強(qiáng)度，增加了光反應(yīng)的強(qiáng)度，光合作用速率增加，呼吸速率不變，光補(bǔ)償點(diǎn)會(huì)左移。同樣整體光合作用速率增加，最大光合作用速率所需要的CO2濃度也增加，光飽合點(diǎn)也會(huì)右移。

【參考答案】B

2.2 CO2濃度與植物種類為兩個(gè)自變量的曲線分析

例5.（ 2009·全國(guó)卷Ⅱ）（1）圖5表示A、B兩種植物的光照等其他條件適宜的情況下，光合作用強(qiáng)度對(duì)環(huán)境中CO2濃度變化的響應(yīng)特性。據(jù)圖判斷在CO2濃度為300μL·L-（1接近大氣CO2濃度）時(shí)，光合作用強(qiáng)度較高的植物是______________。

（2）若將上述兩種植物幼苗置于同一密閉的玻璃罩中，在光照等其他條件適宜的情況下，一段時(shí)間內(nèi)，生長(zhǎng)首先受影響的植物是_______，原因是__________________。

（3）當(dāng)植物凈固定CO2量為0時(shí)，表明植物__________。

圖5

【規(guī)律分析】當(dāng)坐標(biāo)中出現(xiàn)兩條曲線，代表兩種變量的作用時(shí)，可固定某一CO2濃度，看不同植物出現(xiàn)的差異，如較低的CO2濃度下，哪種植物光合作用強(qiáng)度高，進(jìn)而比較兩種植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)和CO2飽合點(diǎn)的不同，從而形成兩種植物的具體不同。

【參考答案】（1）A （2）B 兩種植物光合作用強(qiáng)度對(duì)CO2濃度變化的響應(yīng)特性不同，在低濃度CO2條件下，B植物利用CO2進(jìn)行光合作用的能力弱，積累光合產(chǎn)物少，故隨著玻璃罩中CO2濃度的降低，B植物生長(zhǎng)首先受影響 （3）光合作用固定的CO2量與呼吸釋放的CO2量相等

3.溫度為橫坐標(biāo)，改變CO2濃度等條件下的光合作用速率的變化

例6.（改編）圖6表示一定光照強(qiáng)度下，不同CO2濃度下的溫度對(duì)光合作用和呼吸作用速率的影響曲線，下列說(shuō)法正確的是 （ ）

圖6

A.在大氣CO2濃度下適于農(nóng)作物有機(jī)物量積累的溫度是30℃左右

B.隨溫度的增加，兩種CO2濃度下植物有機(jī)物的積累量都在增加

C.低于25℃的一定范圍內(nèi)，適當(dāng)提高溫度，CO2飽合點(diǎn)可能增加

D.大于35℃，飽合CO2濃度條件下植物生長(zhǎng)狀態(tài)較大氣CO2濃度下差

【規(guī)律分析】溫度影響植物呼吸作用與光合作用相關(guān)酶的活性，一般光合作用的相關(guān)酶的最適溫度較低，而呼吸作用的相關(guān)酶的最適溫度較高。隨溫度的升高，較低溫度下，光合作用速率增加的較快，而呼吸作用速率增加得較慢，表觀（凈）光合速率表現(xiàn)出增加。較高溫度下，呼吸作用速率增加得較快，而光合作用速率增加得較慢甚至?xí)霈F(xiàn)下降，這樣表觀光合速率表現(xiàn)為增加變緩，也可能表現(xiàn)出下降。當(dāng)達(dá)到某個(gè)溫度時(shí)，光合速率與呼吸速率相等或光合速率小于呼吸速率時(shí)，表觀光合速率為0或?yàn)樨?fù)值，植物生長(zhǎng)受影響。

當(dāng)溫度和CO2濃度為兩個(gè)自變量時(shí)，除了分析單個(gè)曲線中溫度對(duì)光合作用的影響外，還要固定某個(gè)溫度，對(duì)比不同CO2濃度下光合作用速率的變化情況。在一定溫度范圍內(nèi)，光照強(qiáng)度不變，隨CO2濃度的增加，光合速率增加，這樣，適當(dāng)提高溫度，CO2飽合點(diǎn)可能增加。同樣適當(dāng)提高溫度，光飽合點(diǎn)也可能增加。

【參考答案】C

總之，分析多種變量對(duì)植物光合作用的影響時(shí)，首先限制其他變量，分析單一變量條件下光合作用速率的變化。無(wú)論曲線以哪個(gè)變量為橫坐標(biāo)，曲線中又有哪些變量的變化而產(chǎn)生的變化，都可以固定某些變量，只研究其中的某一個(gè)變量所產(chǎn)生曲線的不同，進(jìn)而得出在變化條件時(shí)發(fā)生的曲線與坐標(biāo)交點(diǎn)、拐點(diǎn)、曲線與曲線交點(diǎn)等“點(diǎn)點(diǎn)”的變化情況。

（作者單位：安徽省阜陽(yáng)市第三中學(xué)）