光合作用图像

光合作用和呼吸作用生成物量的计算 在近几年的高考及各地市模拟试题中 有关光合作用和呼吸作用生成物量的计算题频频出现 这类试题 涉及植物的光合作用和呼吸作用两大生理过程 同时还与化学知识相结合 是综合性较强的热点试题 一 方法与技巧 光合作用强度大小的指标一般用光合速率表示 光合速率通常以每小时每平方分米叶面积吸收二 氧化碳的毫克数表示 绿色植物每时每刻 不管有无光照 都在进行呼吸作用 分解有机物 消耗氧气 产 生二氧化碳 而光合作用合成有机物 吸收二氧化碳 释放氧气 只有在光照条件下才能进行 也就是说 植物在进行光合作用吸收二氧化碳的同时 还进行呼吸作用释放二氧化碳 而呼吸作用释放的部分或全部二 氧化碳未出植物体又被光合作用利用 所以把在光照下测定的二氧化碳的吸收量 只是光合作用从外界吸收 的量 没有把呼吸作用产生出的二氧化碳计算在内 称为表现光合速率或净光合速率 如果在测光合速率时 同时测其呼吸速率 把它加到表现光合速率上去 则得到真正光合速率 即 真正光合速率 表观光合速率 呼吸速率 具体可表达为 真正光合作用 CO2吸收量 表观光合作用 CO2吸收量 呼吸作用 CO2释放量 如果将上述公式推广到氧气和葡萄糖 则得到下列公式 真正光合作用 O2释放量 表观光合作用 O2释放量 呼吸作用 O2吸收量 真正光合作用葡萄糖合成量 表观光合作用葡萄糖合成量 呼吸作用葡萄糖分解量 有关光合作用和呼吸作用的计算会涉及葡萄糖的生成量 消耗量和积累量 氧气的生成量 消耗量 二 氧化碳的同化量 生成量 能量等计算问题 计算依据的知识是 光合作用的总反应式 有氧呼吸的总反应式 无氧呼吸的总反应式 1mol 葡萄糖彻底氧化分解释放的总能量为 2870KJ 其中 1161KJ 左右的能量储存在 ATP 中 1mol 的葡萄 糖 在分解成乳酸后 释放的总能量为 196 65KJ 其中 61 08KJ 的能量储存在 ATP 中 绿色植物积累的有机物是光 合作用制造的有机物的量减去呼吸作用消耗的有机物的量 6CO6CO2 2 12H12H2 2O O C C6 6H H12 12O O6 6 6H 6H2 2O O 6O6O2 2 光能 叶绿体 C C6 6H H12 12O O6 6 6H 6H2 2O O 6O6O2 2 6CO6CO2 2 12H12H2 2O O 能能 量量 酶 C C6 6H H12 12O O6 6 2C 2C2 2H H5 5OH 2COOH 2CO2 2 能量能量 酶 C6H12O6 2C3H6O3 能量能量 酶 例例 1 1 将某一绿色植物置于一个大型密封玻璃容器中 在一定条件下给予充足的光照 容器中二氧化碳的 含量每小时减少了 45mg 放在黑暗条件下 容器中二氧化碳每小时增加了 20mg 据实验测定 这绿色植物在上 述光照条件下 每小时制造葡萄糖 45mg 请据此回答下列问题 1 在上述光照和黑暗条件下 这绿色植物的呼吸强度哪一个强 2 若在一昼夜给 5h 光照 19h 黑暗的情况下 此植物体消耗葡萄糖 mg 其有机物含量的变 化是增加还是减少 解析 根据光合作用的总反应式可求出在光照条件下 每小时制造 45mg 葡萄糖所利用的二氧化碳的量为 66mg 计算依据光合作用生成 1 摩尔的葡萄糖需要利用 6 摩尔的二氧化碳 葡萄糖的相对分子质量为 180 6 分 子的二氧化碳的相对分子质量为 264 所以 180 264 45 x x 代表在光照条件下 每小时制造 45mg 葡萄糖所利 用的 CO2的质量 x 66mg 根据给出的已知条件 充足的光照 容器中二氧化碳含量每小时减少 45mg 用于光合作用 由于每小时 制造 45mg 葡萄糖需要 66mg 的二氧化碳 所以还有 21mg 的二氧化碳来自呼吸作用产生的 66mg 45mg 21mg 在黑暗条件下 容器中二氧化碳每小时增加了 20mg 在黑暗条件下 不能进行光合作用 只能进行呼吸 作用 在光照条件下 绿色植物既能进行光合作用 又能进行呼吸作用 每小时呼吸作用产生的二氧化碳为 21mg 相比之下 说明绿色植物在光照条件下呼吸强度大 在光照条件下 每小时呼吸作用产生 21mg 二氧化碳 可依据有氧呼吸的总反应式推算出每小时消耗葡萄 糖多少毫克 180 264 Y 21 消耗葡萄糖约为 14 32mg 光照 5 小时 呼吸作用消耗葡萄糖约为 71 6mg 14 32mg 5 在黑暗条件下 每小时呼吸作用产生 20mg 二氧化碳 可依据有氧呼吸的总反应式推算出每小时消耗葡萄 糖多少毫克 180 264 Z 20 消耗葡萄糖约为 13 64mg 黑暗 19 小时 呼吸作用消耗葡萄糖约为 259 16mg 13 64mg 19 所以此植物一昼夜共消耗葡萄糖约为 330 76mg 71 6mg 259 16mg 在光照条件下 每小时制造 45mg 葡萄糖 5 小时共制造 225mg 葡萄糖 一昼夜共消耗约 330 76mg 的葡萄 糖 所以在此种条件下 有机物的含量在减少 例例 2 2 半叶法 是测定光合作用强度的常用方法 其基本过程是 将植物对称叶片的一部分 图中 A 剪下 置于暗处 另一部分 图中 B 则留在植株上进行光合作用 一段时间后 在 A B 的对应部分截取相同大小 的叶片并烘干称重 然后计算出光合作用强度 mg dm2 h 主要实验步骤 1 在田间选取有代表性的植物绿叶若干 编号 2 叶基部处理 为了确定选定叶片的 不外运或从外部运入 同时不影响 的供应 必须采 用环割或烫伤等措施破坏叶柄的韧皮部 筛管 而又不伤及木质部 导管 3 剪最样品 按编号分别剪下对称叶的 A 部 不剪下主脉 置于湿润黑暗处 5h 后再依次剪下 B 同样按编号 置于湿润黑暗处 4 称重比较 将各同号之 A B 按对应部分重叠 切下等大的方形叶块 如图中的虚线部分 分别烘干至恒重 称重 记录 Wa Wb 请你设计表格 以记录和分析实验数据 假定选定的叶片是 4 片 5 W Wa Wb 则 W 表示的生物学意义是 6 若实验步骤 3 中 剪下叶的 A 部 不剪下主脉 立即烘干 称重 记为 Wc 则 Wb Wc 的生物学意义是 解答 2 光合作用产物 有机物 不要答成 淀粉 因为光合作用产物可能不是淀粉 也包含其他的有机 物 水和矿质元素 要答全 4 叶片编号 Wa Wb W Wa Wb 1 2 3 4 平均值 5 求 W 所表示的生物学意义 可设 A B 这两小块叶片初始重量为 m 5h 内光合作用制造的有机物和呼吸作 用消耗的有机物重量分别为 a b Wa m a b Wb m b W Wa Wb a 则 W 表示光照下被截叶片 5h 内光合作用产生 的有机物总量 实际光合作用产量 6 同样假设小叶片初始重量为 m 5h 内光合作用制造有机物的量为 a 吸吸消耗的有机物量为 b Wc m Wb m a b Wb Wc a b 表示的是光照下被截取的叶片 5h 光合作用有机物的积累量 净光合作用量 让学生不明白的是后两问 同样是求光合作用量 为什么一个是光合作用总量 一个是光合作用净量 光合 作用总量等于净量加上呼吸作用消耗量 第 4 步两小块叶都进行了呼吸作用 第 5 步 只有光下的叶 进行呼吸作用 烘干的小叶已死亡不再呼吸 所以二者不同 为了更好区分二者 最好用数据来进行设定光 合作用和呼吸作用的量 这样学生就不会弄错 且清楚明白 记忆深刻 例例 3 3 将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器中 在一定条件下不给光照 CO2的含量每小时增加 8mg 给予 充足的光照后 容器内 CO2的含量每小时减少 36mg 据实验测定上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄 糖 30mg 请回答 1 上述条件下 比较光照时呼吸作用强度与黑暗时呼吸作用强度的大小 2 在光照时植物每小时葡萄糖的净生产量是 mg 3 若一昼夜中先光照 4h 接着放置在黑暗的条件下 20h 该植物体内有机物含量的变化是 解析 根据上面的分析和题意可知 光照对葡萄糖净 表观 生产量是光合作用每小时产生的真正的 总的 葡萄糖量减去呼吸作用每小时消耗的葡萄糖量 而葡萄糖量与 CO2量有直接关系 可通过 CO2量的变化推测 葡萄糖量的变化 1 先利用化学方程式计算出光照条件下 光合作用每小时真正产生 30mg 葡萄糖需要消耗的 CO2量 6 44 180 x 30 解得 x 44 mg 从上面的计算结果可知 植物真正产生 30mg 的葡萄糖 需要 44mg 的 CO2 而实际上容器内 CO2的含量 每小时只减少 36mg 还有 44 36 8mg 的 CO2来自光照条件下的呼吸作用 与题干中不给光照时 只能进行 呼吸作用 产生的 CO2量相等 所以在该条件下 光照时呼吸作用强度与黑暗时呼吸作用强度是相等的 2 由呼吸作用每小时产生的 CO2量是 8mg 计算出消耗的葡萄糖量 180 6 44 y 8 解得 y 5 5 mg 由题干知 植物每小时真正 总的 能产生葡萄糖 30mg 呼吸作用消耗 5 5mg 则净生产量为 30 5 5 24 5mg 解此问还可以根据 CO2的实际减少量来计算 由题干知 在光照条件下容器内的 CO2的含量每小时减少 36mg 这是与植物的呼吸作用无关的 减少的 CO2全部作为光合作用的原料合成了葡萄糖 也就是净产生的 葡萄糖 6 44 180 36 z 解得 z 24 5 mg 3 根据上述 1 2 的计算结果 可知一昼夜 24h 中 4h 制造的葡萄糖总量为 4 30 120mg 消耗总量为 24 5 5 132mg 说明该植物体内有机物含量减少 或者先计算 4h 产生的葡萄糖量为 4 24 5 98mg 再计算 20h 黑暗条件下 只有呼吸作用 消耗的葡萄糖量为 20 5 5 110mg 然后再比较这 两个数据 可得出同样结论 例析光合作用强度曲线变化规律 光合作用是高中生物的重点和难点 光合作用强度曲线变化图解是近几年高考常见题型 是一种综合能 力的体现 学生在做有关光合作用强度计算题 点位变换题时 把握不准曲线代表的含义 经常出现错误 现就教学中常见光合曲线有关图形变化归纳分析如下 一一 光合作用强度的净值与总值判定 二 氧 化 碳 浓 度 F E C B D A 光照强度光照强度 A 光合作用 CO2 吸收量 CO2 吸收量 C B A O 图 1图 2 时间 图 3 分析曲线分三步 一看坐标轴 首先看它的横纵坐标含义 二看关键点 包括起点 转折点 终点等 三看图走向 看曲线趋势 图1 纵坐标为CO2吸收量 曲线的起点为负值 则CO2吸收量代表光合作用强度净值量 A点表示只进行 呼吸作用 B点表示光合作用强度等于呼吸作用强度 即光补偿点 C点表示光合作用强度净值量达到最大值 即光饱和点 AB区段表示呼吸作用强度大于光合作用强度 BC区段表示光合作用强度大于呼吸作用强度 植 物有机物积累增多 图2 与1不同之处 曲线的起点为0 光合作用CO2吸收量代表光合作用强度总值 O点表示光合作用强度 为0 A点表示光合作用强度达到最大值 在OA之间存在一点表示光合作用强度等于呼吸作用强度 图3 CO2浓度代表外界环境中CO2的剩余量 其中AB区段和EF区段表示呼吸作用强度大于光合作用强度 B 点和E点表示呼吸作用强度等于光合作用强度 BE区段表示光合作用强度大于呼吸作用强度 CD区段表示中午 光照过强 温度过高 蒸腾作用增大 导致叶片气孔关闭 从而减少CO2供应 光合作用相对较弱 但光合作 用强度还是大于呼吸作用强度的 例例 1 1 山东理综 山东理综 以测定的 CO2吸收量与释 放量为指标 研究温度对某绿色植物光合作用与 呼吸作用的影响 结果如图所示 下列分析正确 的是 A 光照相同时间 35 时光合作用制造的 有机物的量与 30 相等 B 光照相同时间 在 20 条件下植物积累 的有机物的量最多 C 温度高于 25 时 光合作用制造的有机 物的量开始减少 D 两曲线的交点表示光合作用制造的与呼 吸作用消耗的有机物的量相等 点评点评 常见的光合作用总值表示方法 制造 生产 有机物的量 光合作用CO2吸收量 光合作用 O2释放量 常见的光合作用净值表示方法 积累有机物的量 光下环境中CO2吸收量 光下环境中O2释 放量 由题干信息可知 CO2吸收量与释放量为外界环境下的测得值 则虚线表示光合作用强度净值量 实 线表示呼吸强度 在一定温度下 光合作用制造的有机物的量 光合作用净值量 呼吸作用消耗有机物的量 即35 时为6 5mg h 25 时积累量最多 两曲线的交点表示光合作用净值量与呼吸作用消耗的有机物的量相 等 答案 A 光照强度 光 合 作 用 强 度 A B O P 二 不同植物种类 光合作用强度曲线变化 光照强度 AB C D 吸 收 二 氧 化 碳 量 阳生植物 阴生植物 C3 植物 C4 植物 AB 光 合 作 用 强 度 CO2 含量 图 5图 4 图4 A和B点分别表示阴生植物 阳生植物的光补偿点 阴生植物的光补偿点低于阳生植物 光强只有大 于光补偿点时 才会积累有机物 图 5 中 A B 点表示植物进行光合作用时所需最低二氧化碳浓度 即为光合作用启动点 C4植物对 CO2 的利用率高 例例3 全国卷理综 全国卷理综II 右图表示光照强度 对 A B 两种 C3植物光合作用强度的影响 据图回 答 1 A B 两种植物光合作用过程中对光能利 用的差异是 2 在农业生产中 与 B 植物相比 A 植物应 种植在 条件下 点评点评 在两种 C3植物的曲线图中 关键看光合 作用起动点和 P 点 B 植物在较低的光照下就可进行光合作用 比 A 低 P 点说明此光照下 两种植物光合作 用强度相等 再分析曲线趋势 分析曲线是在描述曲线的基础之上 加入中间环节原因 答案 答案 I 1 在低于 P 光照强度下 B 植物光能利用率比 A 植物的高 在高于 P 光照强度下 A 植物光能 利用率比 B 植物的高 2 较强光照 三三 光合作用强度与其他几个影响因素的变换 图 6 表示某两种植物的光合作用强度与二氧化碳浓度的关系 判断图 6 中 A 点为光合作用二氧化碳浓度 补偿点的说法是否正确呢 因纵轴含义是 光合作用强度 而不是 净光合作用强度 因而是错的 A 点 表示光合作用起动点 即光合作用进行时所需最低 CO2 浓度 图 7 表示某种植物的光合作用强度与温度和光照强度的关系 图中显示多个变量 分析这种类型图实行 归一法 即把多变量转化为单变量 多因素转变为单因素 确定单一变量 使问题简易化 确定一个变 量的方法有两种 一是在横轴取一点画垂直辅助线 确定横轴变量 讨论辅助线与曲线交叉点和纵轴的关系 由图 7 中 C D 两点 也就是固定光照强度 使温度成为影响光合作用强度的单变量 可以分析得出 T1 T2 还可以得出 在此点影响光合作用强度的主导因素是温度而非光照强度 二是从同一曲线取两点 确定不同曲线的变量 讨论横轴变量与纵轴变量的关系 由图 7 中 B C 两点 也就是固定温度 使光照强度成为影响光合作用强度的单变量 从而分析得出在 B C 范围内影响光合作用强 度的主导因素是光照强度而非温度 图 6图 7 例例 3 北京理综北京理综 科学家研究 CO2 浓度 光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响 得到实验结 果如右图 请据图判断下列叙述不正确的是 A 光照强度为 a 时 造成曲线 II 和 III 光合作用强度 差异的原因是 CO2 浓度不同 B 光照强度为 b 时 造成曲线 I 和 II 光合作用强度 差异的原因是温度的不同 C 光照强度为 a b 曲线 I II 光合作用强度随光照 强度升高而升高 D 光照强度为 a c 曲线 I III 光合作用强度随光 照强度升高而升高 点评点评 光合作用强度在不同阶段起决定作用的因素不一样 在a c中 曲线 光合作用强度随光照强度升 高而升高 曲线 由于CO2的限制因素不升高 答案 D 例例 4 4 一个研究人员将三种不同的植物放到不同的光照条件 光照强度从 0 到全日光照射 下培养几天培养条 件为正常空气 温度为 32 所有植物都不缺水 这三种植物是 C3植物 阳生植物 C3植物 阴生植物 C4植物 研究人员测定了每种植物叶片的光合作用速率 结果如图 8 1 从曲线 B 可以看出 图 8 中 cd 段主要受光合作用的 光或暗 反应的限制 在 60 全日照 光强照射下 通过增加光照强度可以提高 用图中字母表示 植物叶片的光合速率 图 8 2 已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是 25 和 30 图 9 曲线表示该植物在 25 时光 合作用强度与光照强度的关系 若将温度提高到 30 的条件下 原光照强度和 CO2浓度不变 理论上图中 相应点的移动分别是 X 点 填 上移 下移 或 不变 Y 点 填 左移 右移 或 不变 图 9 3 若图 9 曲线表示阴生 C3植物 则 Y 点如何移动 原因是 若图 9 曲线表示 C4植物 横坐标为 CO2浓度 则 Y 点如何移动 原因是 点评 点评 图 8 中 cd 段光照强度增强 但光合效率没有明显变化 说明光不是限制因素 图 9 是单曲线 但涉及点的移动 实际上是双曲线问题 根据学过的阴生植物和阳生植物的有关知识 可进行 C3植物和 C4植 物的图形转换 参考答案 参考答案 1 暗 A 2 下移 右移 3 左移 阴生植物在较低光照下使光合作用强度等于呼吸 作用强度 左移 C4植物能利用较低浓度的 CO2进行光合作用 总之 在生物中 寻求其内在规律 把知识从一个问题迁移到另一个问题 从而达到举一反三 触类旁通 之功效 这样才能加深对基础知识的理解和掌握 加强知识综合运用 灵活思考 提高应变能力 并学会用科 学的语言答题 光照强度 光 合 作 用 强 度 A