建立方程等量关系解决有关光合计算难题

刘宝

摘要：本文通过对一经典试题分析，依据方程等量关系有效解决光合速率和呼吸速率有关的计算，避免混淆总光合速率和净光合速率的情況出现.

关键词：光合速率；呼吸速率；计算；方程等量关系

在光合速率和呼吸速率的有关计算中，如绿叶圆片的称干重实验或黑白瓶实验中，有时会出现总光合速率与净光合速率相混淆的情况，极易出错.如果建立方程等量关系来分析计算，问题就会变得简单多了.

学生一定要明确总光合速率、净光合速率、呼吸速率之间的关系和常用表示方法（如表1）.

才能更快速的建立方程等量关系：（1）总光合速率=净光合速率+呼吸速率；（2）有机物制造速率=有机物积累速率+有机物消耗速率；（3）CO2固定速率=CO2吸收速率+黑暗中CO2释放速率；（4）O2产生速率=O2释放速率+黑暗中O2吸收速率.

例1将同一菠菜叶片用打孔器打成叶圆片若干，分组进行如下实验.已知叶片实验前，在不同温度下分别暗处理1h，测其质量变化，在立即光照1h（光照强度相同），再测其质量变化，得到如下结果：

解析分析题意可知，叶圆片在2h中只进行了1h光合作用，而呼吸作用应该为2h；暗处理后的质量变化=1h呼吸作用消耗有机物的量，光照后与暗处理前质量变化=1h光合作用制造有机物的量—2h呼吸作用消耗有机物的量（即：1h光合作用制造有机物的量=光照后与暗处理前质量变化+1h呼吸作用消耗有机物的量×2）；这两个方程等量关系建立好以后，题目就迎刃而解了：（1）27℃时总光合速率=（3+1×2）mg/h=5，净光合速率=5-1=4mg/h；（2）28℃时总光合速率=（3+2×2）mg/h=7mg/h，净光合速率=7-2=5mg/h；（3）29℃时总光合速率=（3+3×2）mg/h=9mg/h，净光合速率=9-3=6mg/h；（4）30℃时总光合速率=（1+1×2）mg/h=3mg/h，净光合速率=3-1=2mg/h（如表3）

29℃时总光合速率最大，故参与光合作用的酶的最适温度为29℃，30℃时叶片总光合速率为3mg/h，净光合速率为2mg/h.

例2某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部作环剥处理（仅限制叶片有机物的输入和输出），于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片的光合作用速率=（3y-2z-x）/6g·cm2h-l（不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响）.则M处的实验条件是（）

A.午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时

B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时

C.下午4时后在阳光下照射6小时

D.下午4时后将整个实验装置遮光3小时

答案D

解析起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重x克，从上午10时到下午4时，叶片在这6小时内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午4时移走的叶圆片干重y 克减去上午10时移走时的叶圆片干重x克的差值，就等于该叶圆片净光合作用干物质量：（y-x）克. 若要求出呼吸作用干物质量，应将叶片遮光处理，先假设叶片遮光处理为M小时后干重为z克， 下午4时移走的叶圆片干重y 克减去叶片遮光处理M小时后的干重z克差值，就是呼吸作用干物质量：（y-z）克. 已知：测得叶片的叶绿体光合作用速率=（3y-2z-x）/6 g·cm2h-1 ， 据真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率，得出：（3y-2z-x）/6 = （y-x）/ 6 + （y-z）/M ，计算出M = 3小时 ，故D正确.

总之，在光合计算有关题目中应通过各种途径培养学生建模思想，启发、引导学生从题意中寻找方程等量关系，提高学生分析问题和解决问题的能力和初步的建构数学模型的能力，形成良好的解题习惯.endprint