光合作用綜合題型的歸類分析

安徽 阮爾早

光合作用綜合題型的歸類分析

安徽 阮爾早

綠色植物光合作用綜合題型，一直是高考的重點，通常借助坐標曲線、表格等對光合作用的生理過程和相關數(shù)據(jù)進行綜合考查；常見的題型有裝置圖題、黑白瓶題、葉片干重稱重題和坐標曲線題。下面從不同角度對本難點進行歸類和淺析。

一、知識儲備

無論何種題型，只要明確以下幾點就能夠抓住問題的本質：

（1）光合作用強度：

①含義：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數(shù)量。

②指標：一定時間內原料消耗或產(chǎn)物生成的數(shù)量來定量表示。

（2）影響光合作用的環(huán)境因素：光照時間長短與強弱、光質、CO2濃度、溫度、水分等。

（3）光合速率與呼吸速率的常用表示方法：

項目 含 義表示方法（單位面積的葉片在單位時間__內變化________________量）_______________O2___________________________________________________________________________________CO2有機物真正光合速率植物在光下實際合成有機物的速率CO2固定速率或葉綠體吸收CO2速率有機物產(chǎn)生（制造、生成）速率O2產(chǎn)生（生成）速率或葉綠體釋放O2速___________________________________率凈光合速率植物有機物的積累速率植物或葉片或葉肉細胞O2釋_放速率______植物或葉片或葉肉細胞CO2吸收速率有機物積累速率呼吸速率單位面積的葉片在單位時間內分解有機物（主要是糖類）_的速__________________________________________率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2釋放速率有機物消耗速率

___明確以下幾點，可抓住此類問題的本質_____________

條件 ____________________________________________________題目常見的關鍵語句 所指的含義植物“產(chǎn)生”的O2量或植物“合成”的有機物的量光照條件下實質上是在葉綠體中產(chǎn)生的量，即光合作用總量或真光_________________________合作用量_________________植物“釋放”的O2量或植物“積累”的有機物的量或植___物“吸收”的CO2量_______實質上是凈光合作用量，即光合作用總量－呼吸作用消耗量_____________________黑暗條件下____________________________________________________植物“釋放”的CO2量或植物“吸收”的O2量 實質上是呼吸作用釋放量關系式光合作用實際產(chǎn)O2量＝實測的O2釋放量＋呼吸作用消耗的O2量；光合作用實際消耗CO2量＝實測的CO2吸收量＋呼吸作用釋放的CO2量；光合作用葡萄糖積累量＝光合作用____產(chǎn)生葡萄糖量－呼吸_______作用消耗葡萄糖量__________________

二、題型分析

1.裝置圖題

與光合作用和呼吸作用相關的裝置圖，常將氧氣的變化量作為觀測指標。解讀裝置圖時，要注意圖示中的三個因素和一個變化量：

__項________目_______________________圖中信息_______________________信息所指的含義光源與植物間的距離 ______光__________________照強度的變化____CO2的_____________緩沖液__________________________使CO2濃度保持穩(wěn)定__溫度計或恒溫箱________溫度對光合作用速_________率的影響光照下氣體變化量因 素___________________體積增大_光合作用速率＞呼吸作用速率體積不變______光合作用速率＝呼吸作用速率___________________體積減小光合作用速率＜呼吸作用速率

常見的裝置如下圖或與下圖相似，解答問題時要注意：

①圖1中常用氣泡的釋放速率（或單位時間內釋放的氣泡數(shù)）作為觀測指標；

②圖2中常將毛細刻度管中有色液滴的移動位置作為觀測指標；

③上述兩個指標，指的都是凈光合作用量，即光合作用總量－呼吸作用消耗量。

例1（2016·沈陽模擬）如圖3表示番茄葉肉細胞內兩個重要的生理過程，圖4是某科研小組利用密閉的透明玻璃小室探究番茄植株光合作用速率的裝置。

圖5

將圖4所示的裝置放在自然環(huán)境下，測定夏季一晝夜（零點開始）小室內植物氧氣釋放速率的變化，得到如圖5所示曲線。觀察裝置中液滴的位置，c點時刻的液滴位于起始位置的___________側，液滴移到最右側是在一天中的________點。在下午某段時間內，記錄液滴的移動，獲得以下數(shù)據(jù)：

_______________每__隔20分鐘記錄一次數(shù)據(jù)________________________……_________25_________27_________31_________37____…__…____

該組實驗數(shù)據(jù)是在圖5所示曲線的________段獲得的。如果要測定該植物的真正光合作用速率，該如何設置對照實驗？_____________________________。

【答案】左 18（g） e～f 設置如圖4一樣的裝置，將該裝置遮光放在與圖4裝置相同的環(huán)境條件下

【解析】由曲線可知，c點光合作用強度與呼吸作用強度相等，在此點之前，光合作用強度小于呼吸作用強度，小室內氧氣濃度降低，液滴左移，c點以后液滴逐漸向右移動，在18（g）點時移至最右。分析表格中數(shù)據(jù)可知，隨時間的推移，光合速率越來越強，該組實驗數(shù)據(jù)是在圖5所示曲線e～f段測得的；如果要測定該植物的真正光合作用速率，應設置如圖4一樣的裝置，將該裝置遮光放在和圖4裝置相同的環(huán)境條件下作為對照。

2.黑白瓶題

將裝有測樣點的水和光合植物的黑、白瓶置于不同水層中，測定單位時間內溶解氧含量的變化，借此測定水生植物光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物僅能進行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可進行光合作用和呼吸作用。因此，在相同條件下放置一定時間，由黑瓶中所測得的數(shù)據(jù)可以得知正常的呼吸耗氧量，白瓶中含氧量的變化為表觀光合作用量（即凈光合量），然后就可以計算出總光合作用量（總光合作用量=白瓶中氧氣增加量+黑瓶中氧氣減少量） 。

例2 某研究小組從當?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼?，分裝于六對黑白瓶中，剩余的水樣測得原初溶解氧的含量為10 mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下，分別在起始和24小時后以溫克碘量法測定各組培養(yǎng)瓶中的氧含量，記錄數(shù)據(jù)如下：

光照強度（klx） 0（黑暗） a b c d e白瓶溶氧量（mg/L） 3 10 16 24 30 30黑瓶溶氧量（mg/L） 3 3 3 3 3 3

（1）黑瓶中溶解氧的含量降低為3 mg/L的原因是__________；該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的O2量為_________mg/L·24h。

（2）當光照強度為c時，白瓶中植物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為_________mg/L·24h。

（3）光照強度至少為_________（填字母）時，該水層產(chǎn)氧量才能維持生物正常生活耗氧量所需。

【答案】（1）黑瓶中植物不能進行光合作用產(chǎn)生氧氣，而生物呼吸消耗氧氣 7

（2）21

（3）a

【解析】（1）黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因是黑瓶沒有光照，植物不能進行光合作用產(chǎn)生氧，其中的生物呼吸消耗氧氣，該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的O2量為原初溶解氧-24小時后氧含量，即10-3=7（mg/L·24 h）。（2）當光照強度為c時，表觀光合速率的大?。?4小時后氧含量-原初溶解氧，即24-10=14（mg/L·24 h）。呼吸速率為10-3=7（mg/L·24 h）。則真正光合速率為14+7=21（mg/L·24 h）。（3）黑暗時，黑白瓶都是3 mg/L·24 h，說明水體生物呼吸速率為10-3=7（mg/L·24 h），所以光照強度至少為a時，凈光合速率為10-3=7（mg/L·24 h），才能維持水中生物正常生活耗氧量所需。

3.葉片干重稱重題

植物進行光合作用形成有機物，而有機物的積累可使葉片單位面積的干物質增加，測定時須選擇對稱性良好、厚薄均勻一致的兩組葉片，一組葉片用于測量干重的初始值，另一組（半葉遮黑的）葉片用于測定干重的終點值。計算方法：設葉片的初始質量為Ma，黑暗處理單位時間之后稱重質量為Mb，接著光照單位時間后稱重質量Mc，則單位時間內呼吸作用的消耗量為Ma-Mb，凈光合產(chǎn)量為（Mc-Ma）+（Ma-Mb），實際光合產(chǎn)量為（Mc-Ma）+（Ma-Mb）+（Ma-Mb）。

例3（2016·龍巖質檢）將生理狀況相同的某種綠葉均分成四組，在不同溫度下分別暗處理1h，再光照1h（光強相同），測其干重質量變化，得到如下表的數(shù)據(jù)?？梢缘贸龅慕Y論是 （ ）

_______________________________組別_一__二__三_____四____________________________________溫度/℃_____________________27_28__29__3__0______暗處理后質量_____________變化/mg____________－1__－2 _－3__－__1光照后與暗處理前相比質量變化/mg ＋3.5 ＋3 ＋3 ＋1

A. 該植物光合作用的最適溫度約是27℃

B．該植物呼吸作用的最適溫度約是29℃

C．27℃～29℃下的凈光合速率相等

D．30℃下的真正光合速率為2 mg/h

【答案】B

【解析】綠葉暗處理1 h，再光照1 h，那么綠葉進行了2 h的呼吸作用和1 h的光合作用。結合表中數(shù)據(jù)可計算出27℃～30℃的呼吸速率分別為1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h、1 mg/h，光合作用制造的有機物總量（總光合速率）分別為3.5＋1＋1＝5.5（mg/h）、3＋2＋2＝7（mg/h），3＋3＋3＝9（mg/h）、1＋1＋1＝3（mg/h），故該植物光合作用和呼吸作用最適溫度均約為29℃，A項錯誤，B項正確，D項錯誤；27℃～29℃凈光合速率分別為5.5－1＝4.5（mg/h）、7－2＝5（mg/h）、9－3＝6（mg/h），C項錯誤。

4．坐標曲線題

解答光合作用相關曲線的基本步驟：

明標 即明確橫坐標和縱坐標所表示的含義找點即找出曲線中的起點、止點、頂點、交點和轉折點等關鍵點。如光照強度或CO2濃度對光合作用強度影響的曲線中，在光照強度為零時，曲線在縱坐標上對應的點表示細胞呼吸所釋放的CO2量或消耗的O2量；曲線在橫坐標上的交點為光補償點，即表示光合作用強度與細胞呼吸強度相同時的光照強度析線即找出曲線上升、下降或波動等變化趨勢，并找出變化的原因。如夏天一天中的光合作用曲線，往往會呈現(xiàn)“M”型變化，其“午休”效應出現(xiàn)的原因是缺水導致氣孔關閉，使得CO2供應不足找因在受多種因素影響時，找出曲線的限制因素。方法是對縱坐標或橫坐標畫垂線、或者只看某一條曲線的變化，從而將多因素轉變?yōu)閱我灰蛩兀M而確定限制因素

例4（2016·徐州質檢）下列關于曲線的描述，正確的是（ ）

圖6

圖7

圖8

A. 圖6中，兩曲線的交點對應的是凈光合速率為0時的溫度

B. 圖7中，C點對所有進行光合作用的細胞來說，葉綠體消耗的CO2量等于細胞呼吸產(chǎn)生的CO2量

C. 圖8中a、b兩點為光合速率和呼吸速率相等的點

D. 若呼吸作用的原料全部為葡萄糖，則圖6中30℃時10 h需消耗葡萄糖15 mg

【答案】C

【解析】本題考查對光合作用圖解的分析、理解。圖6中，虛線表示的是凈光合速率，實線表示的是呼吸速率，A錯誤；圖7中C點表示整個植物體光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用釋放的CO2量，但對于進行光合作用的細胞來說，葉綠體消耗的CO2量大于細胞呼吸產(chǎn)生的CO2量，B錯誤；圖8中a、b兩點都表示CO2濃度變化的轉折點，此時光合速率等于呼吸速率，C正確；由圖6可知，30℃時植物呼吸作用每小時產(chǎn)生3 mg CO2，根據(jù)呼吸作用的總反應式可知：C6H12O6→6CO2，設1 h需消耗葡萄糖x mg，則（6×44）/3＝180/x，x≈2.045 mg/h，則10 h需消耗葡萄糖20.45 mg，D錯誤。

例5（2016·淮南質檢）將一植物放在密閉的玻璃罩內，置于室外進行培養(yǎng)，假定玻璃罩內植物的生理狀況與自然環(huán)境中相同。用CO2濃度測定儀測得了該玻璃罩內CO2濃度的變化情況，繪成如圖9所示的曲線。下列有關說法不正確的是 （ ）

圖9

A. CO2濃度下降從D點開始，說明植物進行光合作用是從D點開始的

B. BC段較AB段CO2濃度增加減慢，原因是低溫使植物呼吸作用減弱

C. FG段CO2濃度下降不明顯，原因是氣孔關閉，葉片對CO2的吸收減少

D. H點CO2濃度最低，說明此時植物積累有機物最多

【答案】A

【解析】從生活實踐中獲得信息：2～4 h，溫度較低；11～15 h溫度較高，會造成氣孔關閉等。由圖可知，在D、H點時光合速率等于呼吸速率，D點之前，H點之后都是呼吸作用的速率大于光合作用速率。因此，光合作用從D點之前已始，BC段所處時間為2～4 h，溫度很低，呼吸作用減弱，CO2濃度增加減慢；FG段溫度過高造成氣孔關閉，葉片對CO2的吸收減少，因此CO2濃度下降不明顯；H點對應時間為18 h，CO2濃度最低，說明此時植物積累有機物最多。另外，I點與A點相比，一晝夜密閉裝置內的CO2的濃度下降，說明此段時間內植物CO2的同化量大于CO2產(chǎn)生量，故有機物積累量大于零。

坐標曲線圖有時結合細胞模式圖綜合考查光合作用與呼吸作用之間的聯(lián)系，如圖10所示：

圖10

【分析】（1）在較弱光照強度下（AB段），呼吸強度大于光合強度，細胞表現(xiàn)為吸收O2、放出CO2。其中m=m1+m2；n=n1+n2；m=n；m1=n1；m2=n2。

（2）在光補償點時（B點），呼吸強度等于光合強度，細胞表現(xiàn)為既不吸收氣體也不放出氣體。光合作用產(chǎn)生的O2全部被線粒體吸收；呼吸作用產(chǎn)生的CO2全部被葉綠體吸收。

（3）在較強光照強度下（BC段），光合強度大于呼吸強度，細胞表現(xiàn)為吸收CO2、放出O2。其中a=a1+a2；b=b1+b2；a=b；a1=b1；a2=b2。

總結：無論是何種題型，只要真正地理解光合作用和呼吸作用的過程及原理，認真分析圖表找出相關的關鍵語句或曲線的關鍵點，再結合相關生理過程影響因素的分析，問題自然迎刃而解。

（作者單位：安徽省南陵縣博文中學）