甘肅 尚艷霞

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

近幾年的高考題，光合作用和細(xì)胞呼吸的試題綜合性強(qiáng)、靈活性大，且與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(huì)以表格的形式出現(xiàn)。對(duì)于此類試題，首先需辨析總光合速率、凈光合速率、細(xì)胞呼吸速率的關(guān)系，即真正光合速率＝凈光合速率＋細(xì)胞呼吸速率；此外還應(yīng)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(shí)驗(yàn)裝置中，研究溫度對(duì)光合作用和細(xì)胞呼吸的影響（其他實(shí)驗(yàn)條件都是理想的），實(shí)驗(yàn)以CO2的吸收量與釋放量為指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表所示。下面對(duì)該表數(shù)據(jù)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(shí)該植物不能生長

B.晝夜不停地光照，在20℃時(shí)該植物生長得最快

C.每天光照12小時(shí)，20℃時(shí)該植物積累有機(jī)物最多

D.每天光照12小時(shí)，30℃時(shí)積累有機(jī)物的量是10℃時(shí)的2倍

【解析】植物生長速率與其有機(jī)物是否積累有關(guān)，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(shí)可以生長，在25℃時(shí)生長得最快；在光照時(shí)間和黑暗時(shí)間相同時(shí)，植物的有機(jī)物凈積累量主要取決于光合作用的凈合成量減去細(xì)胞呼吸消耗量，所以凈光合作用越強(qiáng)越好。經(jīng)過計(jì)算分析，20℃時(shí)有機(jī)物積累量最多為12×（3.25-1.5）= 21 mg ；每天光照12小時(shí)，30℃時(shí)積累的有機(jī)物的量是10℃時(shí)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(jī)物的積累和消耗的試題。本實(shí)驗(yàn)主要研究溫度對(duì)光合作用與細(xì)胞呼吸的影響。在讀表時(shí)，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(xì)胞呼吸強(qiáng)度，即有機(jī)物的消耗量。植物是否生長的判斷依據(jù)是植物有機(jī)物是否積累。

【變式訓(xùn)練1】某實(shí)驗(yàn)小組研究溫度對(duì)水綿光合作用的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示，據(jù)圖分析下列有關(guān)說法正確的是 （ ）

A.據(jù)圖可知，水綿細(xì)胞呼吸的最適溫度為35℃

B.圖中水綿細(xì)胞積累有機(jī)物速率最大時(shí)的溫度是25℃

C.每天光照10小時(shí)，最有利于水綿生長的溫度是25℃

D.在5℃時(shí)，水綿細(xì)胞產(chǎn)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(biāo)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(dá)、概括、拓展、深化生物學(xué)知識(shí)的重要形式。針對(duì)本專題曲線型試題的復(fù)習(xí)，在教學(xué)過程中教師可借助數(shù)學(xué)方法，首先讓學(xué)生明確橫軸和縱軸所表示的變量，然后再對(duì)“四點(diǎn)三趨勢”（即起點(diǎn)、折點(diǎn)、交點(diǎn)和終點(diǎn)，以及升、平、降三種變化趨勢）的生物學(xué)意義進(jìn)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(xì)胞呼吸速率曲線。下列有關(guān)說法中錯(cuò)誤的是 （ ）

A.與光合作用相比，細(xì)胞呼吸有關(guān)酶的適宜溫度更高

B.在40℃之前，總光合速率大于細(xì)胞呼吸速率

C.在30℃時(shí)總光合速率最大

D.在40℃時(shí)，該植物不再進(jìn)行光合作用

【解析】圖中實(shí)線表示凈光合作用速率，虛線表示細(xì)胞呼吸速率，總光合速率＝凈光合速率＋細(xì)胞呼吸速率。由題圖可知，溫度為30℃時(shí)總光合速率最大，即（總）光合作用的最適溫度為30℃，而細(xì)胞呼吸的最適溫度在42℃左右，即與光合作用相比，細(xì)胞呼吸有關(guān)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(xì)胞呼吸速率；40℃時(shí)，該植物仍在進(jìn)行光合作用，只是光合速率等于細(xì)胞呼吸速率。

【答案】D

【試題分析】不管曲線如何變化，坐標(biāo)曲線的分析首先要注意把握題干中的關(guān)鍵信息，明確坐標(biāo)中橫縱坐標(biāo)間的關(guān)系；其次明確曲線關(guān)鍵點(diǎn)的生物學(xué)含義；最后明確曲線的變化趨勢及原因。

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

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

【答案】A

3.相關(guān)曲線中關(guān)鍵點(diǎn)移動(dòng)型試題

光合作用坐標(biāo)圖中關(guān)鍵點(diǎn)移動(dòng)問題的分析環(huán)節(jié)多，過程復(fù)雜，難度較大，常常是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)障礙。教師一般依據(jù)光合作用原理引導(dǎo)學(xué)生分析光合作用坐標(biāo)圖中關(guān)鍵點(diǎn)的移動(dòng)（見典例3解析中的解法1），若能采用模型構(gòu)建的方法來引導(dǎo)學(xué)生分析則更直觀、易懂，易被學(xué)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(xì)胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃，如圖表示30℃時(shí)光合作用與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若溫度降到25℃（原光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度不變），理論上圖中相應(yīng)點(diǎn)a、b、d的移動(dòng)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(diǎn)分別表示細(xì)胞呼吸強(qiáng)度、光補(bǔ)償點(diǎn)和在光飽和點(diǎn)時(shí)的光合作用強(qiáng)度。由題干“光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃”可知，當(dāng)溫度從30℃降到25℃時(shí)，細(xì)胞呼吸強(qiáng)度降低，a點(diǎn)上移；光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，所以在光飽和點(diǎn)（d點(diǎn)）時(shí)吸收的CO2增多，d點(diǎn)上移；b點(diǎn)時(shí)光合作用強(qiáng)度＝細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，在25℃時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度降低，光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，在除光照強(qiáng)度外其他條件不變的情況下要使其仍然與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等，需降低光照強(qiáng)度以使光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等，即b點(diǎn)左移。

解法2：此類關(guān)鍵點(diǎn)移動(dòng)的問題還可借助三角形面積的變化來解答。過d點(diǎn)作X軸的垂線，與X軸相交于e點(diǎn)，在原圖上由b、d、e可構(gòu)建△bde。對(duì)于細(xì)胞呼吸，凡是能夠改變細(xì)胞呼吸使其增大的環(huán)境因素（如升高溫度）均會(huì)使a點(diǎn)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(qiáng)度等）均會(huì)使△bde的面積增大，此時(shí)b、d、e點(diǎn)均外擴(kuò)，即b點(diǎn)左移，d點(diǎn)上移，反之則使△bde的面積減小，b、d、e點(diǎn)均內(nèi)縮，即b點(diǎn)右移，d點(diǎn)下移。

【答案】C

【試題分析】對(duì)于該類試題，首先明確曲線中的關(guān)鍵點(diǎn)代表的生物學(xué)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(duì)曲線中關(guān)鍵點(diǎn)移動(dòng)的影響。

【變式訓(xùn)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(qiáng)度（其他條件均為最適）對(duì)小球藻產(chǎn)生氧氣的影響。裝置A的曲線如圖乙。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是 （ ）

A.P點(diǎn)處產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)

B.適當(dāng)降低溫度，P點(diǎn)將下移

C.在圖乙上繪制裝置B的曲線，Q點(diǎn)應(yīng)右移

D.降低CO2濃度時(shí)，R點(diǎn)應(yīng)右移

【答案】C

4.實(shí)驗(yàn)型試題

實(shí)驗(yàn)型試題屬于常見題型，但學(xué)生在此類題目的解答上問題較多。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試題的類型：（1）對(duì)光合作用和細(xì)胞呼吸產(chǎn)生或釋放的氣體的定性驗(yàn)證、定量測定和呼吸熵的定量測定；（2）對(duì)光合作用和細(xì)胞呼吸發(fā)生場所的驗(yàn)證等?；诖耍處熓紫茸寣W(xué)生明確測定時(shí)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(xì)審題，確定試題類型，然后了解相關(guān)方法容易產(chǎn)生的誤區(qū)及原因，最后，教師通過精選同類試題，指導(dǎo)學(xué)生掌握解題規(guī)律，從而提高解題能力。

【典例4】為了驗(yàn)證葉片在光合作用和細(xì)胞呼吸過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗，請(qǐng)用所提供的實(shí)驗(yàn)材料與用具，在給出的實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)和預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)材料與用具：煙草幼苗、試管兩支、蒸餾水、溴麝香草酚藍(lán)、NaHCO3稀溶液（為光合作用提供原料）、真空泵、CO2充氣機(jī)、暗培養(yǎng)箱、日光燈（實(shí)驗(yàn)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(jì)）。

實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lán)）和NaHCO3稀溶液（含等量溴麝香草酚藍(lán)）的兩支試管中。此時(shí)，葉片均浮在液面上，溶液呈現(xiàn)藍(lán)色。

（2）用真空泵抽去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細(xì)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(lán)色。

（3）__________________________________________________________________________________ 。

（4）__________________________________________________________________________________ 。

（5）__________________________________________________________________________________ 。

【解析】溴麝香草酚藍(lán)是酸堿指示劑。一開始溶液呈現(xiàn)藍(lán)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(guān)鍵是空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計(jì)，由此得出：蒸餾水的試管無氣體的產(chǎn)生和消耗，所以溶液始終呈現(xiàn)藍(lán)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(shí)間。結(jié)果：NaHCO3稀溶液中的葉片上浮，溶液呈現(xiàn)藍(lán)色，蒸餾水中的葉片仍在試管底部，溶液呈現(xiàn)藍(lán)色

（5）再將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時(shí)間。結(jié)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(lán)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(chǎn)生O2、細(xì)胞呼吸消耗O2。

【變式訓(xùn)練4】有多種方法可以測定植物的光合作用速率。請(qǐng)回答以下相關(guān)問題：

（1）在光照適宜、溫度恒定的條件下，圖甲的實(shí)驗(yàn)裝置為密閉容器，圖甲中的曲線為測量1 h內(nèi)該容器中CO2的變化量。圖甲中AB段，葉綠體內(nèi)ADP含量最高的場所是____________ 。導(dǎo)致AB段曲線變化的主要原因是________________。該綠色植物前30 min實(shí)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(shè)計(jì)了由透明的玻璃罩構(gòu)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(nèi)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(nèi)植物光合作用速率變化的主要環(huán)境因素是____________ ；影響A點(diǎn)變化的內(nèi)因是 ____________ ；裝置中氧氣濃度最高的時(shí)間是 _____________點(diǎn)；圖中裝置刻度管中液滴移到最左點(diǎn)是在曲線中的_____________ 點(diǎn)。

②在實(shí)驗(yàn)過程中某段光照時(shí)間內(nèi)，記錄液滴的移動(dòng)，獲得以下數(shù)據(jù)：該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在B曲線的___________ 段獲得的。

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

③為了使該實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，還應(yīng)該設(shè)置該實(shí)驗(yàn)的___________ 。

④如果要測定該植物細(xì)胞呼吸的速率，怎樣利用該裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

___________________________________。

【答案】（1）葉綠體基質(zhì) 容器中CO2逐漸被光合作用消耗 146

（2）①光照強(qiáng)度、溫度 酶活性下降 18（或G）C ②DF ③對(duì)照組（或?qū)φ諏?shí)驗(yàn)） 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(shí)間記錄刻度數(shù)據(jù)

除上述分析外，光合作用和細(xì)胞呼吸類試題背景材料也會(huì)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，以考查學(xué)生對(duì)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(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)而詳細(xì)地理解、記憶基礎(chǔ)知識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生自行總結(jié)相關(guān)的題型解題通法，就可以應(yīng)對(duì)本專題的各種新題型。