分析真題 巧用變式 突破難點
——光合作用與細胞呼吸專題常見題型解析

甘肅 尚艷霞

光合作用與細胞呼吸是細胞代謝的核心知識，是歷年高考命題的主干內容。2018年生物《考試大綱》中光合作用和細胞呼吸的相關內容仍為Ⅱ類要求。

近幾年的高考題，光合作用和細胞呼吸的試題綜合性強、靈活性大，且與農業(yè)生產聯(lián)系緊密。本專題綜合題題型主要有以下幾種：

1.表格型試題

本專題試題通常會以表格的形式出現(xiàn)。對于此類試題，首先需辨析總光合速率、凈光合速率、細胞呼吸速率的關系，即真正光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率；此外還應明確題目中這三種速率的表示方法。

【典例1】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和細胞呼吸的影響（其他實驗條件都是理想的），實驗以CO2的吸收量與釋放量為指標。實驗結果如表所示。下面對該表數(shù)據分析正確的是 （ ）

溫度（℃） 5 10 15 20 25 30 35光照下吸收CO2量（mg/h） 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00黑暗中釋放CO2量 （mg/h） 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50

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20℃時該植物生長得最快

C.每天光照12小時，20℃時該植物積累有機物最多

D.每天光照12小時，30℃時積累有機物的量是10℃時的2倍

【解析】植物生長速率與其有機物是否積累有關，光照條件下吸收CO2的速率可代表其凈光合速率，晝夜不停地光照，該植物在35℃時可以生長，在25℃時生長得最快；在光照時間和黑暗時間相同時，植物的有機物凈積累量主要取決于光合作用的凈合成量減去細胞呼吸消耗量，所以凈光合作用越強越好。經過計算分析，20℃時有機物積累量最多為12×（3.25-1.5）= 21 mg ；每天光照12小時，30℃時積累的有機物的量是10℃時的0.5倍。

【答案】C

【試題分析】本題是典型的用CO2的吸收量和釋放量來表示有機物的積累和消耗的試題。本實驗主要研究溫度對光合作用與細胞呼吸的影響。在讀表時，要明確光照條件下吸收CO2量為凈吸收量，即凈光合作用量；黑暗中釋放CO2量代表的是細胞呼吸強度，即有機物的消耗量。植物是否生長的判斷依據是植物有機物是否積累。

【變式訓練1】某實驗小組研究溫度對水綿光合作用的影響，實驗結果如下圖所示，據圖分析下列有關說法正確的是 （ ）

A.據圖可知，水綿細胞呼吸的最適溫度為35℃

B.圖中水綿細胞積累有機物速率最大時的溫度是25℃

C.每天光照10小時，最有利于水綿生長的溫度是25℃

D.在5℃時，水綿細胞產生氧氣的速率是消耗氧氣的速率的2倍

【答案】B

2.曲線型試題

坐標曲線圖中描述的是因變量隨自變量的變化而變化的趨勢。它是表達、概括、拓展、深化生物學知識的重要形式。針對本專題曲線型試題的復習，在教學過程中教師可借助數(shù)學方法，首先讓學生明確橫軸和縱軸所表示的變量，然后再對“四點三趨勢”（即起點、折點、交點和終點，以及升、平、降三種變化趨勢）的生物學意義進行分析。

【典例2】如圖表示在適宜的光照、CO2濃度等條件下，某植物在不同溫度下的凈光合速率和細胞呼吸速率曲線。下列有關說法中錯誤的是 （ ）

A.與光合作用相比，細胞呼吸有關酶的適宜溫度更高

B.在40℃之前，總光合速率大于細胞呼吸速率

C.在30℃時總光合速率最大

D.在40℃時，該植物不再進行光合作用

【解析】圖中實線表示凈光合作用速率，虛線表示細胞呼吸速率，總光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率。由題圖可知，溫度為30℃時總光合速率最大，即（總）光合作用的最適溫度為30℃，而細胞呼吸的最適溫度在42℃左右，即與光合作用相比，細胞呼吸有關酶的適宜溫度更高；40℃之前，凈光合速率大于0，這說明在40℃之前總光合速率大于細胞呼吸速率；40℃時，該植物仍在進行光合作用，只是光合速率等于細胞呼吸速率。

【答案】D

【試題分析】不管曲線如何變化，坐標曲線的分析首先要注意把握題干中的關鍵信息，明確坐標中橫縱坐標間的關系；其次明確曲線關鍵點的生物學含義；最后明確曲線的變化趨勢及原因。

【變式訓練2】某校生物興趣小組用玉米作為實驗材料，研究不同條件下的光合作用速率和細胞呼吸速率，繪出圖甲、乙和丙，圖中光合速率與細胞呼吸速率并不相等的點是 （ ）

A.a B.b C.c D.d

【答案】A

3.相關曲線中關鍵點移動型試題

光合作用坐標圖中關鍵點移動問題的分析環(huán)節(jié)多，過程復雜，難度較大，常常是學生學習的一個障礙。教師一般依據光合作用原理引導學生分析光合作用坐標圖中關鍵點的移動（見典例3解析中的解法1），若能采用模型構建的方法來引導學生分析則更直觀、易懂，易被學生掌握（見典例3解析中的解法2）。

【典例3】已知某植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃，如圖表示30℃時光合作用與光照強度的關系。若溫度降到25℃（原光照強度和二氧化碳濃度不變），理論上圖中相應點a、b、d的移動方向分別是（ ）

A.下移、右移、上移

B.下移、左移、下移

C.上移、左移、上移

D.上移、右移、上移

【解析】解法1：圖中a、b、d三點分別表示細胞呼吸強度、光補償點和在光飽和點時的光合作用強度。由題干“光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃”可知，當溫度從30℃降到25℃時，細胞呼吸強度降低，a點上移；光合作用強度增強，所以在光飽和點（d點）時吸收的CO2增多，d點上移；b點時光合作用強度＝細胞呼吸強度，在25℃時細胞呼吸強度降低，光合作用強度增強，在除光照強度外其他條件不變的情況下要使其仍然與細胞呼吸強度相等，需降低光照強度以使光合作用強度與細胞呼吸強度相等，即b點左移。

解法2：此類關鍵點移動的問題還可借助三角形面積的變化來解答。過d點作X軸的垂線，與X軸相交于e點，在原圖上由b、d、e可構建△bde。對于細胞呼吸，凡是能夠改變細胞呼吸使其增大的環(huán)境因素（如升高溫度）均會使a點下移，反之亦然；凡是能夠改變光合作用使其增大的環(huán)境因素（如增加光照強度等）均會使△bde的面積增大，此時b、d、e點均外擴，即b點左移，d點上移，反之則使△bde的面積減小，b、d、e點均內縮，即b點右移，d點下移。

【答案】C

【試題分析】對于該類試題，首先明確曲線中的關鍵點代表的生物學含義；再次明確試題中的環(huán)境因素；最后分析環(huán)境因素對曲線中關鍵點移動的影響。

【變式訓練3】如圖所示，在圖甲裝置A與裝置B中敞口培養(yǎng)相同數(shù)量的小球藻，以研究光照強度（其他條件均為最適）對小球藻產生氧氣的影響。裝置A的曲線如圖乙。據圖分析，下列敘述正確的是 （ ）

A.P點處產生的ATP可用于暗反應

B.適當降低溫度，P點將下移

C.在圖乙上繪制裝置B的曲線，Q點應右移

D.降低CO2濃度時，R點應右移

【答案】C

4.實驗型試題

實驗型試題屬于常見題型，但學生在此類題目的解答上問題較多。實驗設計試題的類型：（1）對光合作用和細胞呼吸產生或釋放的氣體的定性驗證、定量測定和呼吸熵的定量測定；（2）對光合作用和細胞呼吸發(fā)生場所的驗證等?；诖?，教師首先讓學生明確測定時選取的方法（酸堿指示劑、觀葉片沉浮法、半葉法、黑白瓶法等），其次仔細審題，確定試題類型，然后了解相關方法容易產生的誤區(qū)及原因，最后，教師通過精選同類試題，指導學生掌握解題規(guī)律，從而提高解題能力。

【典例4】為了驗證葉片在光合作用和細胞呼吸過程中有氣體的產生和消耗，請用所提供的實驗材料與用具，在給出的實驗步驟和預測實驗結果的基礎上，繼續(xù)完成實驗步驟的設計和預測實驗結果，并對預測結果進行分析。

實驗材料與用具：煙草幼苗、試管兩支、蒸餾水、溴麝香草酚藍、NaHCO3稀溶液（為光合作用提供原料）、真空泵、CO2充氣機、暗培養(yǎng)箱、日光燈（實驗過程中光照和溫度等條件適宜，空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計）。

實驗步驟和預測實驗結果：

（1）剪取兩小塊相同的煙草葉片，分別放入盛有等量蒸餾水（含溴麝香草酚藍）和NaHCO3稀溶液（含等量溴麝香草酚藍）的兩支試管中。此時，葉片均浮在液面上，溶液呈現(xiàn)藍色。

（2）用真空泵抽去兩支試管內液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后，敞開試管口，可觀察到葉片均下沉到試管底部溶液呈現(xiàn)藍色。

（3）__________________________________________________________________________________ 。

（4）__________________________________________________________________________________ 。

（5）__________________________________________________________________________________ 。

【解析】溴麝香草酚藍是酸堿指示劑。一開始溶液呈現(xiàn)藍色，說明溶液呈堿性，所以先使溶液呈酸性，才能檢測出光合作用吸收CO2而使溶液呈堿性。本題的關鍵是空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計，由此得出：蒸餾水的試管無氣體的產生和消耗，所以溶液始終呈現(xiàn)藍色，葉片始終在試管底部。

【答案】（3）向NaHCO3稀溶液試管充入CO2，使溶液呈現(xiàn)黃綠色，另一試管不充入CO2

（4）將這兩支試管放在日光燈下，光照一段時間。結果：NaHCO3稀溶液中的葉片上浮，溶液呈現(xiàn)藍色，蒸餾水中的葉片仍在試管底部，溶液呈現(xiàn)藍色

（5）再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時間。結果 ：NaHCO3稀溶液中的葉片下沉，溶液呈現(xiàn)黃綠色，蒸餾水中的葉片仍在試管底部，溶液呈現(xiàn)藍色

【試題分析】本題考查如何利用酸堿指示劑及葉片沉浮法定性證明光合作用產生O2、細胞呼吸消耗O2。

【變式訓練4】有多種方法可以測定植物的光合作用速率。請回答以下相關問題：

（1）在光照適宜、溫度恒定的條件下，圖甲的實驗裝置為密閉容器，圖甲中的曲線為測量1 h內該容器中CO2的變化量。圖甲中AB段，葉綠體內ADP含量最高的場所是____________ 。導致AB段曲線變化的主要原因是________________。該綠色植物前30 min實際光合作用的平均速率為______________μL·L-1CO2/min。

（2）某科研小組為探究植物光合作用速率的變化情況，設計了由透明的玻璃罩構成的小室（如圖乙（a）所示，其中CO2緩沖液可以吸收或提供CO2，保證瓶中CO2恒定）。

①將該裝置放在自然環(huán)境下，測定夏季一晝夜小室內植物O2釋放速率的變化，得到如圖乙（b）所示曲線，那么影響小室內植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素是____________ ；影響A點變化的內因是 ____________ ；裝置中氧氣濃度最高的時間是 _____________點；圖中裝置刻度管中液滴移到最左點是在曲線中的_____________ 點。

②在實驗過程中某段光照時間內，記錄液滴的移動，獲得以下數(shù)據：該組實驗數(shù)據是在B曲線的___________ 段獲得的。

每隔一定時間記錄一次刻度數(shù)據…… 29 29 32 34 38 ……

③為了使該實驗的數(shù)據更加準確，還應該設置該實驗的___________ 。

④如果要測定該植物細胞呼吸的速率，怎樣利用該裝置設計實驗？

___________________________________。

【答案】（1）葉綠體基質 容器中CO2逐漸被光合作用消耗 146

（2）①光照強度、溫度 酶活性下降 18（或G）C ②DF ③對照組（或對照實驗） ④將此裝置遮光（或遮光并將緩沖液換成NaOH溶液），每隔一定時間記錄刻度數(shù)據

除上述分析外，光合作用和細胞呼吸類試題背景材料也會與農業(yè)生產相結合，以考查學生對信息的獲取和處理能力。不論題型如何變化，只要教師能在備考過程中有效引導學生系統(tǒng)而詳細地理解、記憶基礎知識，并引導學生自行總結相關的題型解題通法，就可以應對本專題的各種新題型。