例析多層次對“光合作用與細胞呼吸”綜合考察

光合作用與細胞呼吸是新陳代謝內容的主干知識，從近幾年各種類型考題統計來看，本部分知識在高考中考查的分量很重，從題型方面，尤以坐標曲線及探究性試驗論述題題型考察難度較大，如上海2004、2005、2006每年都有坐標曲線題，2006年全國理綜題第30題等，這些知識往往與其他相關知識聯系，綜合性強，思維含量高，現筆者從以下角度例析對光合作用與細胞呼吸的考查。

1 細胞器層面對光合作用和細胞呼吸的綜合考察

【例1】 有一位科學家做了這樣一個試驗，將10 g葉肉細胞中的葉綠體和線粒體分離開來，在離體條件下分別測定其光合作用（用CO₂的吸收量表示）和呼吸作用強度（用CO₂的釋放量表示）。圖1中A圖表示：分別在15 ℃和30 ℃條件下，測得的葉綠體在不同光照條件下每小時CO₂的吸收量；B圖表示：在不同溫度條件下測得的線粒體每小時CO₂的釋放量，請仔細分析后回答下列問題。

（1） 在溫度為15 ℃，光照為8 000 lx的條件下，離體葉綠體的光合作用強度為 μg#8226;h^-1/10 g；離體葉綠體在溫度為30 ℃時呼吸作用強度為______μg#8226;h^-1/10 g。

（2） 假定植物葉肉細胞內的葉綠體和線粒體的生理活性與其離體狀態時一致，在溫度為30 ℃，光照強度為8 000 lx時，將某植物先光照10 h，然后轉入無光條件下（平均溫度為15 ℃），則10 g葉肉組織一晝夜能積累葡萄糖_________μg。

（3） 種在吐魯番的哈密瓜往往比種在紹興的品質要好，其主要原因是①____________；②_______________。

（4） 以葡萄糖（1mol）為底物的有氧呼吸過程可分為3個階段，其中釋放能量最多的一個階段的反應式為________。

答案：（1） 4 1.5 （2） 37.16 （3） 日照時間長、光合作用時間長 沙漠性氣候晝夜溫差大，有利于有機物的積累 （4） 24[H]＋6O₂12H2O+Q

解析：對于細胞器水平進行光合作用和呼吸作用，光合作用的場所在葉綠體，細胞呼吸主要在線粒體，因為每個場所只進行一種生理活動，因為呼吸作用主要在線粒體內進行，因而不同溫度下隨光照強度的增加CO₂的吸收量的起點應是0點，在溫度15 ℃光照強度8 000 lx時，圖A中對應的葉綠體的光合作用強度為4 μg#8226;h^-1/10g，離體線粒體在溫度為30 ℃時，呼吸作用強度為1.5 μg#8226;h^-1/10g，在溫度為30 ℃，光照強度8 000 lx，光照10 h，二氧化碳凈減少量（8×10－10×1.5）μg/10g，再轉入無光條件下（平均溫度15 ℃），共計一晝夜減少的二氧化碳量為（8×10－10×1.5－0.75×14）μg/10g＝54.5μg/10g，又因為吸收6個CO₂產生一個葡萄糖，CO₂的分子量是44，而葡萄糖的分子量為180，（54.5×180）÷（44×6）＝37.16 μg，吐魯番地處新疆，緯度高，日照強度高，晝夜溫差大，便于有機物的儲存；有氧呼吸釋放能量最多的是第3階段。

3 個體層面上對光合作用及細胞呼吸綜合的考察

【例3】 圖2表示某綠色植物光合作用中光強度和氧氣釋放速度的關系。圖3表示該植物在不同溫度下，某一光強度時氧氣釋放量和時間的關系，請據圖回答：

① 當圖4縱坐標分別表示光合作用所產生氧氣的凈釋放量和總量時，則它們分別是在光強度為______和______10³lx下的測定值。

② 若該植物的呼吸商（呼吸商=呼吸放出的CO₂量／呼吸消耗的O₂量）為0.8，在25 ℃條件下，1 h內呼吸作用放出的CO₂量為______mL。

③ 若該植物的呼吸商為0.8，在25 ℃、4×10³ lx光強度下，該植物進行光合作用時除完全利用呼吸所產生的CO₂外，每小時還應從外界吸收CO₂______毫升。

④ 在4×10³ lx光強度下，25 ℃時該植物每小時光合作用所產生的葡萄糖量是15 ℃時的______倍，這主要是因為______。

答案：① 4 2.5 ② 16 ③ 54 ④ 1.4 溫度影響光合作用中酶的活性（暗反應的酶活性）

解析：本題是基于植物體本身進行考察，因為其同時存在光合作用和呼吸作用，因而存在補償點和飽和點，圖2中兩條坐標曲線，據溫度對呼吸的影響，溫度高，細胞呼吸消耗有機物和氧氣的速度快，而當光強為0時，對應的數值即為氧氣的消耗量，實線表示呼吸的消耗速度為10 mL#8226;h^-1，應為15℃環境條件，虛線表示呼吸消耗速度為20 mL#8226;h^-1，應為25℃環境條件，注意此圖中2條坐標曲線代表的數值為凈量；圖3表示產生氧氣量和時間的關系，讀數實應以60 min為準，以便與圖2代表氧氣的釋放速度，單位為mL#8226;h^-1，以60 min作對照，其氧氣量和釋放速度的數值相統一。

① 若圖3縱坐標表示光合作用氧氣的凈釋放量，在1 h內產生40 mL（15℃時）。在圖3中可判斷，實線代表15 ℃時氧氣釋放速度的凈量，在坐標曲線上40對應的光強為4×10³ lx，若圖3縱坐標表示光合作用產生氧氣的總量時，在1 h單獨光合作用產生40 mL（15 ℃時），則圖2中凈量＋呼吸消耗＝40，呼吸消耗為10，則凈量應為坐標曲線（實線）上30，其對應的光強為2.5×10³ lx。

② 25 ℃，1h內細胞呼吸消耗的氧氣為20 mL，根據公式，釋放的二氧化碳量為20×0.8＝16 mL。

③ 據第②小題，25 ℃、4×10³ lx光強下，1 h內呼吸作用釋放的二氧化碳為16 mL，而從圖3坐標曲線（虛線中）可讀出，在25 ℃、4×10³ lx光強下，氧氣釋放的凈量為50，加上呼吸消耗20，單獨光合作用應為70 mL，需要的二氧化碳為70 mL，去掉細胞呼吸釋放的16 mL，應從外界吸收70－16＝54 mL。

④ 4 ×10³ lx時，25 ℃時光合作用產生的葡萄糖（用氧氣釋放代替）＝凈量＋呼吸消耗＝50＋20＝70；15 ℃時光合作用產生葡萄糖（用氧氣釋放量代替）＝凈量＋呼吸消耗＝40＋10＝50，比例為70/50=1.4倍，因為溫度影響光合作用中酶的活性，所以在同樣的光照條件下產生的葡萄糖量不同。

4 從試驗層面上對光合作用與細胞呼吸的綜合考察

高考試驗在光合作用與細胞呼吸方面的考查，尤其以論述題的形式最為難，它可以考查學生的組織、歸納和綜合運用能力以及探討問題的創新能力和評價能力，這種考查既有利于發揮學生的主動性和創造性，也有利于了解學生把握問題的深度和廣度，還有利于了解學生做答的具體思維過程。