淺談三大速率的辨析與應(yīng)用

摘 要：光合作用是高中生物教學(xué)的重難點(diǎn)，也是高考的重要考點(diǎn)，但是很多學(xué)生存在對(duì)（真）光合速率、凈光合速率和呼吸速率的概念不清楚，無法有效的從題干中提取出三大速率，從而導(dǎo)致在分析特定條件下植物的生長(zhǎng)問題的時(shí)候無從下手或者得出錯(cuò)誤答案。筆者主要從三大速率概念的形成、具體實(shí)例分析的角度，剖析三大速率的本質(zhì)及生長(zhǎng)問題的分析，力求突破這一教學(xué)重難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：（真）光合速率;凈光合速率;呼吸速率;植物生長(zhǎng)

光合作用是高中生物教學(xué)的重難點(diǎn)，也是高考的重要考點(diǎn)，但是很多學(xué)生存在對(duì)（真）光合速率、凈光合速率和呼吸速率的概念不清楚，無法有效的從題干中提取出三大速率，從而導(dǎo)致在分析特定條件下植物的生長(zhǎng)問題的時(shí)候無從下手或者得出錯(cuò)誤答案?；谶@種日常教學(xué)的實(shí)際情況，筆者主要結(jié)合在一線的教學(xué)思考和教學(xué)策略，從三大速率概念的形成、具體實(shí)例分析的角度，剖析三大速率的本質(zhì)及生長(zhǎng)問題的分析，力求突破這一教學(xué)重難點(diǎn)。

一、 理清三大速率，明確三者關(guān)系

（一） （真）光合速率、呼吸速率與凈光合速率的概念與關(guān)系

（真）光合速率通常用單位時(shí)間、單位面積CO2的固定量或O2的產(chǎn)生量表示，有時(shí)也用單位時(shí)間、單位葉面積有機(jī)物的制造量來表示;呼吸速率通常用單位時(shí)間、單位面積CO2的產(chǎn)生量、O2的消耗量或者有機(jī)物的消耗量表示;凈光合速率通常用光照條件下單位時(shí)間、單位面積CO2的吸收量或者O2的釋放量表示，有時(shí)也以單位時(shí)間、單位面積有機(jī)物的積累量來表示。其中（真）光合速率=呼吸速率+凈光合速率。

（二） 分析具體實(shí)例，有效提取三大速率

1. 從細(xì)胞氣體交換圖中提取三大速率

圖1中我們可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)葉綠體沒有固定CO2和產(chǎn)生O2，線粒體消耗了6個(gè)單位O2和產(chǎn)生了6個(gè)單位CO2，說明此時(shí)細(xì)胞只進(jìn)行呼吸作用，且呼吸速率=6。圖2細(xì)胞此時(shí)葉綠體產(chǎn)生的3個(gè)單位的O2量提供給線粒體利用，但是不足以滿足線粒體需求，線粒體還從細(xì)胞外吸收了3個(gè)單位O2，說明呼吸速率=6，（真）光合速率=3，而凈光合速率=（真）光合速率-呼吸速率=-3。同理，我們可以從圖像中得出圖3細(xì)胞的呼吸速率=6，（真）光合速率=6，凈光合速率=0;圖4細(xì)胞的呼吸速率=6，（真）光合速率=8，凈光合速率=2。

2. 從曲線中提取三大速率

如圖所示，A點(diǎn)時(shí)光照強(qiáng)度為0，植物只進(jìn)行呼吸作用，單位時(shí)間釋放的CO2量體現(xiàn)呼吸速率，從中可以確定呼吸速率=6。在呼吸速率不變的情況下，B點(diǎn)時(shí)釋放到外界的CO2量為3，可以確定有3個(gè)單位的CO2被光合作用所固定，即（真）光合速率=3，結(jié)合三者關(guān)系可得凈光合速率=-3，同理可以確定C點(diǎn)的（真）光合速率=6，凈光合速率=0。而在D點(diǎn)時(shí)，植物從外界吸收2個(gè)單位的CO2，可以確定（真）光合速率=8，凈光合速率=2。

3. 從直方圖中提取三大速率

結(jié)合三大速率的概念，可確定圖中O2產(chǎn)生量表示（真）光合速率，那么在光照強(qiáng)度為a時(shí)，植物只進(jìn)行呼吸作用，從而確定呼吸速率=6。接下來通過O2的產(chǎn)生量可以確定b、c、d時(shí)的（真）光合速率分別為3、6和8，通過計(jì)算可得出三個(gè)點(diǎn)的凈光合速率分別為-3、0、2。

4. 從表格數(shù)據(jù)中提取三大速率

溫度（℃）5101520253035

光照下吸收CO2（mg/h）1.001.752.503.253.753.503.00

黑暗中釋放CO2（mg/h）0.500.751.001.502.253.003.50

在黑暗條件下植物只進(jìn)行呼吸作用，從數(shù)據(jù)中可知5℃下呼吸速率=0.50mg/h，同理可知其他溫度下的呼吸速率。在光照下植物既進(jìn)行光合作用，又進(jìn)行呼吸作用，從光照下吸收的CO2量體現(xiàn)了凈光合速率，從而可以確定5℃下凈光合速率=1.00mg/h，計(jì)算出（真）光合速率=1.50mg/h，其他溫度下同理可以確定。

5. 從光暗處理變化量中提取三大速率

例如，在25℃下某植物經(jīng)黑暗處理1小時(shí)，質(zhì)量減少了1mg，再經(jīng)光照1小時(shí)，質(zhì)量比黑暗處理前增加了3mg。

從中我們可以確定黑暗處理1小時(shí)只進(jìn)行呼吸作用，從而得出呼吸速率=1mg/h，接下來我們可以分析3mg的變化量是進(jìn)行了1小時(shí)光合作用和2小時(shí)呼吸作用的結(jié)果，也就是（真）光合速率-2×呼吸速率=3，從而得出（真）光合速率=5mg/h，凈光合速率=4mg/h。

6. 從實(shí)驗(yàn)裝置中液滴的移動(dòng)提取三大速率

把該實(shí)驗(yàn)裝置放在黑暗的條件下（小燒杯加入NaOH溶液），植物只進(jìn)行呼吸作用，產(chǎn)生的CO2被NaOH溶液吸收，消耗的O2量造成裝置內(nèi)氣體體積下降，導(dǎo)致液滴左移，單位時(shí)間左移的量可以體現(xiàn)呼吸作用消耗的O2量，也就是呼吸速率。若把該實(shí)驗(yàn)裝置放在一定的光照條件下（小燒杯加入CO2緩沖溶液），植物既進(jìn)行光合作用又進(jìn)行呼吸作用，裝置內(nèi)的CO2濃度維持穩(wěn)定，裝置內(nèi)O2的變化量導(dǎo)致液滴移動(dòng)，單位時(shí)間液滴的移動(dòng)量體現(xiàn)了凈光合速率。左移時(shí)表示凈光合速率<0、不移動(dòng)表示凈光合速率=0、右移表示凈光合速率>0。再結(jié)合（真）光合速率=凈光合速率+呼吸速率可以計(jì)算出相應(yīng)的（真）光合速率。

二、 利用三大速率，解決生長(zhǎng)問題

植物要出現(xiàn)生長(zhǎng)現(xiàn)象，必須出現(xiàn)有機(jī)物的增多，所以在分析生長(zhǎng)問題的時(shí)候，我們要通過對(duì)三大速率的理解，從題干中有效提取信息，來確定特定條件下植物的有機(jī)物是否增多，最終確定是否生長(zhǎng)。下面，我主要從幾種典型類型中來分析植物的生長(zhǎng)問題。

（一） 如何確定某個(gè)點(diǎn)是否生長(zhǎng)

例1 某研究小組在密閉恒溫玻璃室內(nèi)進(jìn)行植物栽培實(shí)驗(yàn)，連續(xù)48h測(cè)定室內(nèi)CO2濃度及植物CO2吸收速率，得到如圖所示曲線（整個(gè)過程呼吸作用強(qiáng)度恒定）。

（1）12點(diǎn)時(shí)植物是否生長(zhǎng)？，原因是。

（2）植物生長(zhǎng)最快的點(diǎn)是，原因是。

分析：通過圖中的曲線，可以確定CO2吸收速率>0時(shí)，凈光合速率>0，此時(shí)植物要從外界吸收CO2，造成室內(nèi)CO2濃度下降，此時(shí)，植物體光合作用制造的有機(jī)物量多于呼吸作用消耗的有機(jī)物量，有機(jī)物增多，植物表現(xiàn)出生長(zhǎng)現(xiàn)象。若凈光合速率最大，則植物積累的有機(jī)物最多，生長(zhǎng)也就最快。

答案：（1）是 該點(diǎn)凈光合速率>0，光合作用制造的有機(jī)物量多于呼吸作用消耗的有機(jī)物量，有機(jī)物增多 （2）36 該點(diǎn)凈光合速率最大，植物積累的有機(jī)物最多

（二） 如何確定經(jīng)過一段時(shí)間是否生長(zhǎng)

例2 以測(cè)定的CO2吸收量與釋放量為指標(biāo)，研究溫度對(duì)某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響。

（1）在20℃的條件下持續(xù)光照12小時(shí)，該植物是否生長(zhǎng)？，原因是

。

（2）35℃的條件下光照12小時(shí)，黑暗12小時(shí)，該植物是否生長(zhǎng)？，

原因是 。

分析：從圖中黑暗下CO2的釋放速率可以確定呼吸速率，比如30℃下的呼吸速率為3.00mg/h。而光照下CO2的吸收速率體現(xiàn)的是凈光合速率，比如30℃下的凈光合速率為3.50mg/h。持續(xù)光照下植物同時(shí)進(jìn)行光合作用和呼吸作用，只要凈光合速率>0，則光合作用制造的有機(jī)物量多于呼吸作用消耗的有機(jī)物量，植物有機(jī)物增多，出現(xiàn)生長(zhǎng)現(xiàn)象。光照12小時(shí)，黑暗12小時(shí)要出現(xiàn)生長(zhǎng)，必須12小時(shí)光照下光合作用制造的有機(jī)物量多于24小時(shí)呼吸作用消耗的有機(jī)物總量。從圖中我們可以確定35℃下的（真）光合速率=3.00+3.50=6.50mg/h，所以在35℃的條件下光照12小時(shí)，黑暗12小時(shí)，植物的變化為12×6.50-24×3.50<0，有機(jī)物量減少，不能生長(zhǎng)。

答案：（1）是 20℃凈光合速率>0，持續(xù)光照下光合作用制造的有機(jī)物量多于呼吸作用消耗的有機(jī)物量，有機(jī)物增多

（2）否 12小時(shí)光照下光合作用制造的有機(jī)物量少于24小時(shí)呼吸作用消耗的有機(jī)物總量

參考文獻(xiàn)：

[1]張德建.淺析光合速率、呼吸速率及凈光合速率三者之間的關(guān)系.生物學(xué)教學(xué)，2009，34（1）：68-69.

作者簡(jiǎn)介：陳洪章，廣東省汕頭市，汕頭市六都中學(xué)。