“光合作用”难点问题剖析

“光合作用”难点问题剖析光合作用历来是高考考查的重点，也是学生学习的难点。特别是一些涉及定性分析和定量计算的问题，如果不能准确地找到解题的突破口，将会使分析过程变得更加复杂，甚至得一些出错误的结论。下面笔者就光合作用中的几个难点问题剖析如下：一、坐标曲线关键点移动问题例1．植物的生理活动受各种因素影响，下列叙述中不正确的是()A．若适当提高温度，则Y点应向右移动B．若曲线表示阴生植物，则Y点应向左移动C．若横坐标为CO2浓度，曲线表示C4植物，则Y点应向左移动D．若以缺镁的完全营养液培养植物幼苗，则Y点应向左移动答案：选D解答本题要求学生理解各种因素对光反应和暗反应过程的影响，读懂坐标曲线中关键点的含义。并在此基础上进行定性分析和正确推理。根据题图可知，若横坐标所示的因素为光照强度，则Y点表示光补偿点。若横坐标所示的因素为CO2浓度，则Y点表示CO2补偿点。无论植物是处于光补偿点，还是CO2补偿点，其光合速率均等于呼吸速率。坐标曲线中补偿点的移动情况可分为如下几种情况进行讨论：（1）若改变某一外界因素（如CO2浓度、光照强度），使光合速率增大或减小，而呼吸速率不受影响。那么为使光合速率等于呼吸速率，则补偿点相应地向左移或向右移。D选项中改变的外界因素是必需矿质元素的供应量，以缺镁的完全营养液培养植物幼苗，植物会出现叶绿素的合成量减少，从而使光反应受到抑制。也就是说在同等光照强度下，植物的光合速率会减小。这时Y点应向右移动，通过增加光照强度来提高光合速率，以满足光合速率等于呼吸速率的要求。故D选项错误。（2）若改变某一外界因素（如温度），使光合速率增大或减小，而呼吸速率也受到不同程度的影响。补偿点的移动则需视具体情况而定。A选项中，适当提高温度，光合速率的增加值要小于呼吸速率的增加值。这时Y点应向右移动，通过增加光照强度来提高光合速率，使光合速率等于呼吸速率。故A选项正确。（3）若改变植物的类型（如C3植物改为C4植物、阳生植物改为阴生植物），则补偿点的移动情况要依植物的生理特性而定。因为C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶对CO2的亲和力高，可利用低浓度的CO2。所以在CO2浓度较低时，C4植物的光合速率要大于C3植物的光合速率。这就意味着，C4植物更易达到CO2补偿点。C选项中，曲线表示C4植物，则Y点左移。故C选项正确。又因为阴生植物耐阴，适宜在光照较弱的环境中生长。那么在光照强度较弱时，阴生植物的光合速率要大于阳生植物的呼吸速率。这就意味着，阴生植物更易达到光补偿点。B选项中，曲线表示阴生植物，则Y点应向左移动。故B选项正确。二、中间产物含量变化问题例2．如图是一晴朗夏日某植物的光合作用强度随时间变化的曲线图，C点与B点比较，叶肉细胞内的C3、C5、ATP和[H]的含量发生的变化依次是（）A．升升升升B．降降降降C．降升升升D．升升降降答案：选C解答本题要求学生理解光反应与暗反应之间的联系，综合分析光合作用过程中物质的动态变化。并在此基础上建立思维模型，以获取正确的解题线索。题中所示曲线是非常典型的“双峰型曲线”。在曲线中的B点与D点之间，光合作用强度有一次短暂的下降，这是因为在夏季正午，植物为防止水分过分蒸腾而关闭气孔，从而导致细胞间隙的CO2浓度降低，光合速率相对减小。由于题目要求的是分析中间产物含量的变化，不妨先建立模型（如图）。模型中C3的含量与C5化合物的含量可分别视作一个“仓库”。于是分析它们的含量变化，就只需要分别去比较其“来源”和“去路”变化值的大小。因为C点对应的CO2浓度低于B点，在短时间内固定反应变慢，还原反应基本不变，从而导致C3含量降低，C5含量升高。随着时间的推移，C3含量持续的下降会引起还原反应相应变慢，从而导致对[H]和ATP的消耗量减少，故[H]和ATP的含量均升高。三、总光合速速率与净光合速率计算问题例3．有一位科学家做了这样一个实验，将10g叶肉细胞中的叶绿体和线粒体分离开来，在离体条件下分别测定其光合作用中CO2的吸收量（图A）和呼吸作用中CO2的释放量（图B）。（1）当光照强度为8千勒克斯的条件，温度为15℃的条件下，离体叶绿体的光合作用强度是___________μg／h/10g，温度为30℃的条件下的叶肉细胞既不吸收CO2，也不释放CO2，此时的光照强度应为___________千勒克斯。（2）假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致，在温度为30℃，光照强度为8000勒克斯下照光10h后，再移到温度也为30℃的暗处，此10克叶肉组织24h能积累的葡萄糖是_______μg。如果黑暗条件下的温度平均为15℃，则10克叶肉组织合成的葡萄糖是_______μg。答案：（1）41.5（2）3054．5本题以实验所测数据绘制而成的图形为背景，综合考查学生的读图能力和处理实验数据的能力。因此要求学生充分理解光合速率概念的内涵，并根据光合作用方程式进行有关数量的换算。由题可知，实验数据是在离体条件下测得的。离体的叶绿体只进行光合作用，故其光合作用中CO2的吸收量表示总（实际）光合速率。离体的线粒体主要进行呼吸作用，故其呼吸作用中CO2的释放量表示呼吸速率。总光合速率与呼吸速率的关系可表示为：总（实际）光合速率=净（表观）光合速率+呼吸速率。这个关系式有三个衍生式：光合作用实际产生的O2量=净释放的O2量+呼吸作用消耗的O2量；光合作用实际消耗的CO2量=净消耗的CO2量+呼吸作用产生的CO2量；光合作用合成的葡萄糖量=积累的葡萄糖量+呼吸作用分解的葡萄糖量。第（1）问比较简单，叶肉细胞既不吸收CO2，也不释放CO2时，应是总光合速率等于呼吸速率，在坐标中找到使两者相等的点即可。第（2）问就需要学生正确区分“积累的葡萄糖”与“合成的葡萄糖”。积累的葡萄糖表示的是光合作用净合成量，依题意可求得CO2的净释放量为：（8×10－24×1．5）=44μg。因为吸收6molCO2产生1mol葡萄糖(CO2的分子量是44，葡萄糖的分子量为180)，所以求得积累的葡萄糖为（44×180）÷（44×6）＝30μg。合成的葡萄糖表示的是光合作用总合成量，故不需考虑呼吸作用消耗的葡萄糖，依题意求得合成的葡萄糖是（8×10×180）÷（44×6）=54．5μg。