光合作用和呼吸作用中創新型考題探秘

安徽 胡 彬

光合作用和呼吸作用中創新型考題探秘

安徽 胡 彬

“光合作用－呼吸作用”綜合題一直是命題者青睞的對象，但近年的考題出現了一些新動向，如借助各種圖、表進行背景創新，甚至考題中蘊含一些大學知識。命題者的本意是試圖通過創設新情境，考查學生獲取信息能力、利用信息分析與推理等能力。處理該類題具有一定的挑戰性，且易出現思維定式或思維僵化等現象。下面結合近年的考題，不僅從知識層面進行拓展解讀，更多的是加強對考題的研究，幫助同學們在解答考題中不斷提高自己的綜合能力。

考向一：實驗結果圖、表化，側重考查信息獲取與處理能力

近年不少實驗考題，以柱形圖、表格、曲線圖的形式，定性或定量地呈現實驗結果，以考查學生獲取信息和分析處理信息等能力。

【例1】某課題小組研究紅光和藍光對花生幼苗光合作用的影響，實驗結果如圖所示。（注：氣孔導度越大，氣孔開放程度越高）

與15d幼苗相比，30d幼苗的葉片凈光合速率____________________。與對照組相比，__________光處理組的葉肉細胞對CO2的利用率高，據圖分析，其原因是__________。

【解析】與15d幼苗相比，30d幼苗的CO2吸收量更大，說明30d幼苗的凈光合速率更大。三種光照射，藍光處理組吸收的CO2更多，胞間CO2濃度更低，說明對CO2的利用率更高，而藍光處理的組氣孔導度也最大，說明藍光通過促進氣孔開放，使CO2供應充分，加快暗反應，最終提高光合速率。

【答案】高 藍 藍光促進了氣孔開放，CO2供應充分，暗反應加快

考向二：影響光合作用強度因素中的相互抵消問題

植物對CO2的利用與光照強度有關，在弱光情況下，只能利用較低的CO2濃度。此時，CO2濃度高點也不會增加光合作用強度。隨著光照的增強，植物能吸收利用較高的CO2濃度，光合速度加快。

【例2】將玉米的PEPC酶基因導入水稻后，測的光照強度對轉基因水稻和原種水稻的氣孔導度及光合速率的影響結果，如下圖所示。（注：氣孔導度越大，氣孔開放程度越高）

光照強度低于8×102μmol·s－1時，影響轉基因水稻光合速率的主要因素是__________；光照強度為10× 102～14×102μmol·s－1時，原種水稻的氣孔導度下降但光合速率基本不變，可能的原因是__________。

【解析】結合題圖：光合速率隨光照強度的變化曲線可以看出在低于8×102μmol·s－1的范圍內影響光合作用的主要因素為光照強度。由原種水稻與轉基因水稻的光合速率與光強度變化關系曲線可看出：光強為10×102～14×102μmol ·s－1時，原種水稻的氣孔導度降低，但光合速率基本不變，說明暗反應吸收CO2速率未改變，即實際利用CO2量未改變。根據信息推知，可能是CO2供應已充足且光照強度已達飽和點，也可能是光照強度增加與CO2供應不足對光合速率的正負影響相互抵消。

【答案】光照強度 光照強度增加與CO2供應不足對光合速率的正負影響相互抵消（或“CO2供應已充足且光照強度已達飽和點”）

考向三：光照下釋放的CO2還可來自其他途徑

解答此類題，要樹立光照下釋放的CO2可來自細胞呼吸的意識，同時要依據獲取的題干信息推知還可能來自其他途徑，如光呼吸（即植物同時存在依賴光的吸收O2釋放CO2的反應）。光呼吸屬于超綱內容，不必掌握，解題中要注意避免思維定式，利用題干信息進行大膽細致的分析推理才是解題的關鍵。

【例3】某研究小組測得在適宜條件下某植物葉片遮光前吸收CO2的速率和遮光（完全黑暗）后釋放CO2的速率。吸收或釋放CO2的速率隨時間變化趨勢的示意圖如下（吸收或釋放CO2的速率是指單位面積葉片在單位時間內吸收或釋放CO2的量），回答下列問題：

在光照條件下，圖形A＋B＋C的面積表示該植物在一定時間內單位面積葉片光合作用__________，其中圖形B的面積表示__________，從圖形C可推測該植物存在另一個__________的途徑，CO2進出葉肉細胞都是通過____________的方式進行的。

【解析】根據坐標圖分析，A為葉肉細胞吸收外界的CO2，而B＋C的總和則是植物自身產生CO2的量，兩部分的CO2都會被植物的葉肉細胞所吸收，即光合作用固定的CO2。遮光之后，植物主要進行呼吸作用產生CO2，根據遮光后平穩段直線的變化趨勢，可推知B面積表示這段時間內植物呼吸作用放出的CO2量，而C段則表示植物可能通過其他途徑產生CO2。CO2屬于小分子，進出細胞都是通過自由擴散的方式進行的。

【答案】固定的CO2總量 呼吸作用釋放出的CO2量釋放CO2自由擴散

考向四：關于“午休”問題

在一天當中光、溫、水、氣、土等條件在不斷變化，這些環境因素的變化造成了植物的“午休”。引起植物“午休”的主要原因是高溫，高溫導致氣孔關閉，葉肉細胞間隙的CO2濃度下降，光合速率降低。此外，高溫抑制光合作用中酶的活性，CO2低與O2高，水分減少，光合產物增多等也會影響。

“午休”點凈光合速率低的原因一般認為是氣孔關閉，引起細胞間隙CO2濃度降低所致。試題通過創設新情境還可能涉及其他因素，應根據具體考題獲取信息后進行分析推斷。

并非所有的植物都會出現“午休”現象，如玉米、甘蔗能利用葉肉細胞間隙的低濃度CO2進行光合作用，不會出現“午休”現象。在春秋季節溫度不會過高，植物也不會出現午休現象。

【例4】長葉刺葵是棕櫚科熱帶植物，為了解其引種到重慶某地后的生理狀況，某研究小組在水分充足、晴朗無風的夏日，觀測得到了該植物光合速率等生理指標日變化趨勢圖。

據圖分析：①光合作用消耗ATP最快的時刻是____________________。根吸水能力最強的時刻是。②直接引起蒸騰速率變化的生理指標是__________；推測導致12：00時光合速率出現低谷的環境因素主要是__________（填“光照”或“CO2”）。③在14：00時若適當提高CO2濃度，短時間內葉綠體中［H］含量的變化是__________。

【解析】據圖中信息可知，在10：00時，光合速率最大，則暗反應消耗ATP最快；在12：00時，蒸騰速率最快，則根吸水能力最強。氣孔的開啟程度直接影響水分的散失，即影響蒸騰作用，在12：00時，氣孔導度最大，CO2能滿足光合作用的需要，因此光合速率出現低谷的環境因素主要是光照。在14：00時，若提高CO2濃度，在暗反應階段中三碳化合物還原增強，消耗ATP和［H］較多，則葉綠體中［H］含量降低。

【答案】①10：00 12：00 ②氣孔導度 光照 ③降低

【例5】下圖是夏季晴朗的白天，玉米和花生凈光合速率（單位時間、單位葉面積吸收CO2的量）的變化曲線，下列敘述錯誤的是 （ ）

A.在9：30—11：00之間，花生凈光合速率下降的原因是暗反應過程減緩

B.在11：00—12：30之間，花生的單位葉面積有機物積累量比玉米的多

C.在17：00時，玉米和花生的單位葉面積釋放O2速率相同

D.在18：30時，玉米既能進行光反應，也能進行暗反應

【分析】在9：30—11：00之間，隨著光照的增強、溫度的升高，植株的蒸騰作用加強，葉片上部分氣孔關閉，CO2進入植物體內的量減少。玉米能利用低濃度的CO2，其暗反應過程無明顯影響；而花生不能利用低濃度的CO2，對CO2吸收減少，導致暗反應過程減緩?；ㄉ鷥艄夂纤俾蕦挠袡C物量即為花生的單位葉面積有機物積累量，由圖示可知，在11：00—12：30之間，花生的單位葉面積有機物積累量比玉米的少，B項錯誤。在17：00時，兩者的凈光合速率相等，則玉米和花生單位葉面積從外界吸收的CO2量相等，向外界釋放的O2量也相等。在18：30時，玉米仍進行光合作用，只是光合速率等于呼吸速率，即凈光合速率為0，故此時玉米既能進行光反應也能進行暗反應。

【答案】B

考向五：植物吸收CO2未必都在白天

一般植物白天吸收CO2釋放O2，而夜間則相反。有些植物如蝴蝶蘭，則在夜晚吸收CO2，但不進行光合作用。該類植物適宜生活在干旱環境中。長期干旱時，氣孔夜間張開，CO2進入葉肉細胞在細胞質生成蘋果酸，然后暫時儲存在液泡中。白天氣孔關閉，光合作用中的CO2不是從空氣中直接吸收，而是來源于夜間形成的蘋果酸，蘋果酸從液泡中擴散到細胞質中，被脫羧放出CO2，供植物細胞進行暗反應。

【例6】觀賞植物蝴蝶蘭可通過改變CO2吸收方式以適應環境變化。長期干旱條件下，蝴蝶蘭在夜間吸收CO2并貯存在細胞中。

依圖分析，長期干旱條件下的蝴蝶蘭在0－4時__________（填“有”或“無”）ATP和［H］的合成，原因是__________；此時段__________（填“有”或“無”）光合作用的暗反應發生，原因是__________；10－16時無明顯CO2吸收的直接原因是 。

【分析】0－4時沒有光照，雖不能通過光合作用的光反應合成ATP和［H］，但呼吸作用可以合成ATP和［H］。暗反應需要光反應提供的ATP和［H］，還原C3形成C5以固定CO2，0－4時不能發生光反應，因此CO2的固定進而C3的還原等暗反應都無從發生。10－16時溫度較高，長期干旱條件下植物葉片氣孔關閉，因此無明顯CO2吸收。

【答案】有 此時段細胞進行呼吸作用，呼吸作用的第一、二階段均有［H］產生，第一、二、三階段均有ATP生成

無 此時段沒有光反應，而暗反應必須要由光反應提供ATP和［H］，故不存在暗反應 氣孔關閉

光合作用－呼吸作用中的創新型考題常以某種“信息”的形式呈現。解決該類題的策略是：首先準確提取題干有效信息，并遷移利用好有效信息，同時結合已有知識進行綜合分析推理。切忌認知上的慣性出現錯誤。

（作者單位：安徽省靈璧縣靈璧一中）