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(diǎn)，通常借助坐標(biāo)曲線、表格等對(duì)光合作用的生理過程和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)曲線題。下面從不同角度對(duì)本難點(diǎn)進(jìn)行歸類和淺析。

一、知識(shí)儲(chǔ)備

無論何種題型，只要明確以下幾點(diǎn)就能夠抓住問題的本質(zhì)：

（1）光合作用強(qiáng)度：

①含義：植物在單位時(shí)間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。

②指標(biāo)：一定時(shí)間內(nèi)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(shí)間長(zhǎng)短與強(qiáng)弱、光質(zhì)、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(xiàng)目 含 義表示方法（單位面積的葉片在單位時(shí)間__內(nèi)變化________________量）_______________O2___________________________________________________________________________________CO2有機(jī)物真正光合速率植物在光下實(shí)際合成有機(jī)物的速率CO2固定速率或葉綠體吸收CO2速率有機(jī)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(jī)物的積累速率植物或葉片或葉肉細(xì)胞O2釋_放速率______植物或葉片或葉肉細(xì)胞CO2吸收速率有機(jī)物積累速率呼吸速率單位面積的葉片在單位時(shí)間內(nèi)分解有機(jī)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(jī)物消耗速率

___明確以下幾點(diǎn)，可抓住此類問題的本質(zhì)_____________

條件 ____________________________________________________題目常見的關(guān)鍵語句 所指的含義植物“產(chǎn)生”的O2量或植物“合成”的有機(jī)物的量光照條件下實(shí)質(zhì)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(jī)物的量或植___物“吸收”的CO2量_______實(shí)質(zhì)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(shí)質(zhì)上是呼吸作用釋放量關(guān)系式光合作用實(shí)際產(chǎn)O2量＝實(shí)測(cè)的O2釋放量＋呼吸作用消耗的O2量；光合作用實(shí)際消耗CO2量＝實(shí)測(cè)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(guān)的裝置圖，常將氧氣的變化量作為觀測(cè)指標(biāo)。解讀裝置圖時(shí)，要注意圖示中的三個(gè)因素和一個(gè)變化量：

__項(xiàng)________目_______________________圖中信息_______________________信息所指的含義光源與植物間的距離 ______光__________________照強(qiáng)度的變化____CO2的_____________緩沖液__________________________使CO2濃度保持穩(wěn)定__溫度計(jì)或恒溫箱________溫度對(duì)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(shí)要注意：

①圖1中常用氣泡的釋放速率（或單位時(shí)間內(nèi)釋放的氣泡數(shù)）作為觀測(cè)指標(biāo)；

②圖2中常將毛細(xì)刻度管中有色液滴的移動(dòng)位置作為觀測(cè)指標(biāo)；

③上述兩個(gè)指標(biāo)，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(xì)胞內(nèi)兩個(gè)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(cè)定夏季一晝夜（零點(diǎn)開始）小室內(nèi)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(diǎn)時(shí)刻的液滴位于起始位置的___________側(cè)，液滴移到最右側(cè)是在一天中的________點(diǎn)。在下午某段時(shí)間內(nèi)，記錄液滴的移動(dòng)，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在圖5所示曲線的________段獲得的。如果要測(cè)定該植物的真正光合作用速率，該如何設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)？_____________________________。

【答案】左 18（g） e～f 設(shè)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(diǎn)光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度相等，在此點(diǎn)之前，光合作用強(qiáng)度小于呼吸作用強(qiáng)度，小室內(nèi)氧氣濃度降低，液滴左移，c點(diǎn)以后液滴逐漸向右移動(dòng)，在18（g）點(diǎn)時(shí)移至最右。分析表格中數(shù)據(jù)可知，隨時(shí)間的推移，光合速率越來越強(qiáng)，該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在圖5所示曲線e～f段測(cè)得的；如果要測(cè)定該植物的真正光合作用速率，應(yīng)設(shè)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(duì)照。

2.黑白瓶題

將裝有測(cè)樣點(diǎn)的水和光合植物的黑、白瓶置于不同水層中，測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)溶解氧含量的變化，借此測(cè)定水生植物光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物僅能進(jìn)行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可進(jìn)行光合作用和呼吸作用。因此，在相同條件下放置一定時(shí)間，由黑瓶中所測(cè)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(jì)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(dāng)?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼樱盅b于六對(duì)黑白瓶中，剩余的水樣測(cè)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(shí)后以溫克碘量法測(cè)定各組培養(yǎng)瓶中的氧含量，記錄數(shù)據(jù)如下：

光照強(qiáng)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(xì)胞呼吸消耗的O2量為_________mg/L·24h。

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

（3）光照強(qiáng)度至少為_________（填字母）時(shí)，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(jìn)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(jìn)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(xì)胞呼吸消耗的O2量為原初溶解氧-24小時(shí)后氧含量，即10-3=7（mg/L·24 h）。（2）當(dāng)光照強(qiáng)度為c時(shí)，表觀光合速率的大?。?4小時(shí)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(shí)，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(qiáng)度至少為a時(shí)，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(jìn)行光合作用形成有機(jī)物，而有機(jī)物的積累可使葉片單位面積的干物質(zhì)增加，測(cè)定時(shí)須選擇對(duì)稱性良好、厚薄均勻一致的兩組葉片，一組葉片用于測(cè)量干重的初始值，另一組（半葉遮黑的）葉片用于測(cè)定干重的終點(diǎn)值。計(jì)算方法：設(shè)葉片的初始質(zhì)量為Ma，黑暗處理單位時(shí)間之后稱重質(zhì)量為Mb，接著光照單位時(shí)間后稱重質(zhì)量Mc，則單位時(shí)間內(nèi)呼吸作用的消耗量為Ma-Mb，凈光合產(chǎn)量為（Mc-Ma）+（Ma-Mb），實(shí)際光合產(chǎn)量為（Mc-Ma）+（Ma-Mb）+（Ma-Mb）。

例3（2016·龍巖質(zhì)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(qiáng)相同），測(cè)其干重質(zhì)量變化，得到如下表的數(shù)據(jù)。可以得出的結(jié)論是 （ ）

_______________________________組別_一__二__三_____四____________________________________溫度/℃_____________________27_28__29__3__0______暗處理后質(zhì)量_____________變化/mg____________－1__－2 _－3__－__1光照后與暗處理前相比質(zhì)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(jìn)行了2 h的呼吸作用和1 h的光合作用。結(jié)合表中數(shù)據(jù)可計(jì)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(jī)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(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤。

4．坐標(biāo)曲線題

解答光合作用相關(guān)曲線的基本步驟：

明標(biāo) 即明確橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)所表示的含義找點(diǎn)即找出曲線中的起點(diǎn)、止點(diǎn)、頂點(diǎn)、交點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)。如光照強(qiáng)度或CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度影響的曲線中，在光照強(qiáng)度為零時(shí)，曲線在縱坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)表示細(xì)胞呼吸所釋放的CO2量或消耗的O2量；曲線在橫坐標(biāo)上的交點(diǎn)為光補(bǔ)償點(diǎn)，即表示光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相同時(shí)的光照強(qiáng)度析線即找出曲線上升、下降或波動(dòng)等變化趨勢(shì)，并找出變化的原因。如夏天一天中的光合作用曲線，往往會(huì)呈現(xiàn)“M”型變化，其“午休”效應(yīng)出現(xiàn)的原因是缺水導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，使得CO2供應(yīng)不足找因在受多種因素影響時(shí)，找出曲線的限制因素。方法是對(duì)縱坐標(biāo)或橫坐標(biāo)畫垂線、或者只看某一條曲線的變化，從而將多因素轉(zhuǎn)變?yōu)閱我灰蛩兀M(jìn)而確定限制因素

例4（2016·徐州質(zhì)檢）下列關(guān)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的是凈光合速率為0時(shí)的溫度

B. 圖7中，C點(diǎn)對(duì)所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞來說，葉綠體消耗的CO2量等于細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2量

C. 圖8中a、b兩點(diǎn)為光合速率和呼吸速率相等的點(diǎn)

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

【答案】C

【解析】本題考查對(duì)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(shí)線表示的是呼吸速率，A錯(cuò)誤；圖7中C點(diǎn)表示整個(gè)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(duì)于進(jìn)行光合作用的細(xì)胞來說，葉綠體消耗的CO2量大于細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2量，B錯(cuò)誤；圖8中a、b兩點(diǎn)都表示CO2濃度變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)光合速率等于呼吸速率，C正確；由圖6可知，30℃時(shí)植物呼吸作用每小時(shí)產(chǎn)生3 mg CO2，根據(jù)呼吸作用的總反應(yīng)式可知：C6H12O6→6CO2，設(shè)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(cuò)誤。

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

圖9

A. CO2濃度下降從D點(diǎn)開始，說明植物進(jìn)行光合作用是從D點(diǎn)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(guān)閉，葉片對(duì)CO2的吸收減少

D. H點(diǎn)CO2濃度最低，說明此時(shí)植物積累有機(jī)物最多

【答案】A

【解析】從生活實(shí)踐中獲得信息：2～4 h，溫度較低；11～15 h溫度較高，會(huì)造成氣孔關(guān)閉等。由圖可知，在D、H點(diǎn)時(shí)光合速率等于呼吸速率，D點(diǎn)之前，H點(diǎn)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(diǎn)之前已始，BC段所處時(shí)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(guān)閉，葉片對(duì)CO2的吸收減少，因此CO2濃度下降不明顯；H點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)間為18 h，CO2濃度最低，說明此時(shí)植物積累有機(jī)物最多。另外，I點(diǎn)與A點(diǎn)相比，一晝夜密閉裝置內(nèi)的CO2的濃度下降，說明此段時(shí)間內(nèi)植物CO2的同化量大于CO2產(chǎn)生量，故有機(jī)物積累量大于零。

坐標(biāo)曲線圖有時(shí)結(jié)合細(xì)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(qiáng)度下（AB段），呼吸強(qiáng)度大于光合強(qiáng)度，細(xì)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(bǔ)償點(diǎn)時(shí)（B點(diǎn)），呼吸強(qiáng)度等于光合強(qiáng)度，細(xì)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(qiáng)光照強(qiáng)度下（BC段），光合強(qiáng)度大于呼吸強(qiáng)度，細(xì)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(jié)：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(rèn)真分析圖表找出相關(guān)的關(guān)鍵語句或曲線的關(guān)鍵點(diǎn)，再結(jié)合相關(guān)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(xué)）