光合作用综合题型的归类分析

安徽 阮尔早

光合作用综合题型的归类分析

安徽 阮尔早

绿色植物光合作用综合题型，一直是高考的重点，通常借助坐标曲线、表格等对光合作用的生理过程和相关数据进行综合考查；常见的题型有装置图题、黑白瓶题、叶片干重称重题和坐标曲线题。下面从不同角度对本难点进行归类和浅析。

一、知识储备

无论何种题型，只要明确以下几点就能够抓住问题的本质：

（1）光合作用强度：

①含义：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。

②指标：一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。

（2）影响光合作用的环境因素：光照时间长短与强弱、光质、CO2浓度、温度、水分等。

（3）光合速率与呼吸速率的常用表示方法：

项目 含 义表示方法（单位面积的叶片在单位时间__内变化________________量）_______________O2___________________________________________________________________________________CO2有机物真正光合速率植物在光下实际合成有机物的速率CO2固定速率或叶绿体吸收CO2速率有机物产生（制造、生成）速率O2产生（生成）速率或叶绿体释放O2速___________________________________率净光合速率植物有机物的积累速率植物或叶片或叶肉细胞O2释_放速率______植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率单位面积的叶片在单位时间内分解有机物（主要是糖类）_的速__________________________________________率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率

___明确以下几点，可抓住此类问题的本质_____________

条件 ____________________________________________________题目常见的关键语句 所指的含义植物“产生”的O2量或植物“合成”的有机物的量光照条件下实质上是在叶绿体中产生的量，即光合作用总量或真光_________________________合作用量_________________植物“释放”的O2量或植物“积累”的有机物的量或植___物“吸收”的CO2量_______实质上是净光合作用量，即光合作用总量－呼吸作用消耗量_____________________黑暗条件下____________________________________________________植物“释放”的CO2量或植物“吸收”的O2量 实质上是呼吸作用释放量关系式光合作用实际产O2量＝实测的O2释放量＋呼吸作用消耗的O2量；光合作用实际消耗CO2量＝实测的CO2吸收量＋呼吸作用释放的CO2量；光合作用葡萄糖积累量＝光合作用____产生葡萄糖量－呼吸_______作用消耗葡萄糖量__________________

二、题型分析

1.装置图题

与光合作用和呼吸作用相关的装置图，常将氧气的变化量作为观测指标。解读装置图时，要注意图示中的三个因素和一个变化量：

__项________目_______________________图中信息_______________________信息所指的含义光源与植物间的距离 ______光__________________照强度的变化____CO2的_____________缓冲液__________________________使CO2浓度保持稳定__温度计或恒温箱________温度对光合作用速_________率的影响光照下气体变化量因 素___________________体积增大_光合作用速率＞呼吸作用速率体积不变______光合作用速率＝呼吸作用速率___________________体积减小光合作用速率＜呼吸作用速率

常见的装置如下图或与下图相似，解答问题时要注意：

①图1中常用气泡的释放速率（或单位时间内释放的气泡数）作为观测指标；

②图2中常将毛细刻度管中有色液滴的移动位置作为观测指标；

③上述两个指标，指的都是净光合作用量，即光合作用总量－呼吸作用消耗量。

例1（2016·沈阳模拟）如图3表示番茄叶肉细胞内两个重要的生理过程，图4是某科研小组利用密闭的透明玻璃小室探究番茄植株光合作用速率的装置。

图5

将图4所示的装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜（零点开始）小室内植物氧气释放速率的变化，得到如图5所示曲线。观察装置中液滴的位置，c点时刻的液滴位于起始位置的___________侧，液滴移到最右侧是在一天中的________点。在下午某段时间内，记录液滴的移动，获得以下数据：

_______________每__隔20分钟记录一次数据________________________……_________25_________27_________31_________37____…__…____

该组实验数据是在图5所示曲线的________段获得的。如果要测定该植物的真正光合作用速率，该如何设置对照实验？_____________________________。

【答案】左 18（g） e～f 设置如图4一样的装置，将该装置遮光放在与图4装置相同的环境条件下

【解析】由曲线可知，c点光合作用强度与呼吸作用强度相等，在此点之前，光合作用强度小于呼吸作用强度，小室内氧气浓度降低，液滴左移，c点以后液滴逐渐向右移动，在18（g）点时移至最右。分析表格中数据可知，随时间的推移，光合速率越来越强，该组实验数据是在图5所示曲线e～f段测得的；如果要测定该植物的真正光合作用速率，应设置如图4一样的装置，将该装置遮光放在和图4装置相同的环境条件下作为对照。

2.黑白瓶题

将装有测样点的水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内溶解氧含量的变化，借此测定水生植物光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，在相同条件下放置一定时间，由黑瓶中所测得的数据可以得知正常的呼吸耗氧量，白瓶中含氧量的变化为表观光合作用量（即净光合量），然后就可以计算出总光合作用量（总光合作用量=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量） 。

例2 某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和24小时后以温克碘量法测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下：

光照强度（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为3 mg/L的原因是__________；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为_________mg/L·24h。

（2）当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为_________mg/L·24h。

（3）光照强度至少为_________（填字母）时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。

【答案】（1）黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧气，而生物呼吸消耗氧气 7

（2）21

（3）a

【解析】（1）黑瓶中溶解氧的含量降低为3mg/L的原因是黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生氧，其中的生物呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为原初溶解氧-24小时后氧含量，即10-3=7（mg/L·24 h）。（2）当光照强度为c时，表观光合速率的大小：24小时后氧含量-原初溶解氧，即24-10=14（mg/L·24 h）。呼吸速率为10-3=7（mg/L·24 h）。则真正光合速率为14+7=21（mg/L·24 h）。（3）黑暗时，黑白瓶都是3 mg/L·24 h，说明水体生物呼吸速率为10-3=7（mg/L·24 h），所以光照强度至少为a时，净光合速率为10-3=7（mg/L·24 h），才能维持水中生物正常生活耗氧量所需。

3.叶片干重称重题

植物进行光合作用形成有机物，而有机物的积累可使叶片单位面积的干物质增加，测定时须选择对称性良好、厚薄均匀一致的两组叶片，一组叶片用于测量干重的初始值，另一组（半叶遮黑的）叶片用于测定干重的终点值。计算方法：设叶片的初始质量为Ma，黑暗处理单位时间之后称重质量为Mb，接着光照单位时间后称重质量Mc，则单位时间内呼吸作用的消耗量为Ma-Mb，净光合产量为（Mc-Ma）+（Ma-Mb），实际光合产量为（Mc-Ma）+（Ma-Mb）+（Ma-Mb）。

例3（2016·龙岩质检）将生理状况相同的某种绿叶均分成四组，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h（光强相同），测其干重质量变化，得到如下表的数据。可以得出的结论是 （ ）

_______________________________组别_一__二__三_____四____________________________________温度/℃_____________________27_28__29__3__0______暗处理后质量_____________变化/mg____________－1__－2 _－3__－__1光照后与暗处理前相比质量变化/mg ＋3.5 ＋3 ＋3 ＋1

A. 该植物光合作用的最适温度约是27℃

B．该植物呼吸作用的最适温度约是29℃

C．27℃～29℃下的净光合速率相等

D．30℃下的真正光合速率为2 mg/h

【答案】B

【解析】绿叶暗处理1 h，再光照1 h，那么绿叶进行了2 h的呼吸作用和1 h的光合作用。结合表中数据可计算出27℃～30℃的呼吸速率分别为1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h、1 mg/h，光合作用制造的有机物总量（总光合速率）分别为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），故该植物光合作用和呼吸作用最适温度均约为29℃，A项错误，B项正确，D项错误；27℃～29℃净光合速率分别为5.5－1＝4.5（mg/h）、7－2＝5（mg/h）、9－3＝6（mg/h），C项错误。

4．坐标曲线题

解答光合作用相关曲线的基本步骤：

明标 即明确横坐标和纵坐标所表示的含义找点即找出曲线中的起点、止点、顶点、交点和转折点等关键点。如光照强度或CO2浓度对光合作用强度影响的曲线中，在光照强度为零时，曲线在纵坐标上对应的点表示细胞呼吸所释放的CO2量或消耗的O2量；曲线在横坐标上的交点为光补偿点，即表示光合作用强度与细胞呼吸强度相同时的光照强度析线即找出曲线上升、下降或波动等变化趋势，并找出变化的原因。如夏天一天中的光合作用曲线，往往会呈现“M”型变化，其“午休”效应出现的原因是缺水导致气孔关闭，使得CO2供应不足找因在受多种因素影响时，找出曲线的限制因素。方法是对纵坐标或横坐标画垂线、或者只看某一条曲线的变化，从而将多因素转变为单一因素，进而确定限制因素

例4（2016·徐州质检）下列关于曲线的描述，正确的是（ ）

图6

图7

图8

A. 图6中，两曲线的交点对应的是净光合速率为0时的温度

B. 图7中，C点对所有进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量等于细胞呼吸产生的CO2量

C. 图8中a、b两点为光合速率和呼吸速率相等的点

D. 若呼吸作用的原料全部为葡萄糖，则图6中30℃时10 h需消耗葡萄糖15 mg

【答案】C

【解析】本题考查对光合作用图解的分析、理解。图6中，虚线表示的是净光合速率，实线表示的是呼吸速率，A错误；图7中C点表示整个植物体光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量，但对于进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量，B错误；图8中a、b两点都表示CO2浓度变化的转折点，此时光合速率等于呼吸速率，C正确；由图6可知，30℃时植物呼吸作用每小时产生3 mg CO2，根据呼吸作用的总反应式可知：C6H12O6→6CO2，设1 h需消耗葡萄糖x mg，则（6×44）/3＝180/x，x≈2.045 mg/h，则10 h需消耗葡萄糖20.45 mg，D错误。

例5（2016·淮南质检）将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状况与自然环境中相同。用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况，绘成如图9所示的曲线。下列有关说法不正确的是 （ ）

图9

A. CO2浓度下降从D点开始，说明植物进行光合作用是从D点开始的

B. BC段较AB段CO2浓度增加减慢，原因是低温使植物呼吸作用减弱

C. FG段CO2浓度下降不明显，原因是气孔关闭，叶片对CO2的吸收减少

D. H点CO2浓度最低，说明此时植物积累有机物最多

【答案】A

【解析】从生活实践中获得信息：2～4 h，温度较低；11～15 h温度较高，会造成气孔关闭等。由图可知，在D、H点时光合速率等于呼吸速率，D点之前，H点之后都是呼吸作用的速率大于光合作用速率。因此，光合作用从D点之前已始，BC段所处时间为2～4 h，温度很低，呼吸作用减弱，CO2浓度增加减慢；FG段温度过高造成气孔关闭，叶片对CO2的吸收减少，因此CO2浓度下降不明显；H点对应时间为18 h，CO2浓度最低，说明此时植物积累有机物最多。另外，I点与A点相比，一昼夜密闭装置内的CO2的浓度下降，说明此段时间内植物CO2的同化量大于CO2产生量，故有机物积累量大于零。

坐标曲线图有时结合细胞模式图综合考查光合作用与呼吸作用之间的联系，如图10所示：

图10

【分析】（1）在较弱光照强度下（AB段），呼吸强度大于光合强度，细胞表现为吸收O2、放出CO2。其中m=m1+m2；n=n1+n2；m=n；m1=n1；m2=n2。

（2）在光补偿点时（B点），呼吸强度等于光合强度，细胞表现为既不吸收气体也不放出气体。光合作用产生的O2全部被线粒体吸收；呼吸作用产生的CO2全部被叶绿体吸收。

（3）在较强光照强度下（BC段），光合强度大于呼吸强度，细胞表现为吸收CO2、放出O2。其中a=a1+a2；b=b1+b2；a=b；a1=b1；a2=b2。

总结：无论是何种题型，只要真正地理解光合作用和呼吸作用的过程及原理，认真分析图表找出相关的关键语句或曲线的关键点，再结合相关生理过程影响因素的分析，问题自然迎刃而解。

（作者单位：安徽省南陵县博文中学）