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(nèi)容的主干知識，從近幾年各種類型考題統(tǒng)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(guān)知識聯(lián)系，綜合性強，思維含量高，現(xiàn)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(xué)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(nèi)的葉綠體和線粒體的生理活性與其離體狀態(tài)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(zhuǎn)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(zhì)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(yīng)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(nèi)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(yīng)是0點，在溫度15 ℃光照強度8 000 lx時，圖A中對應(yīng)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(zhuǎn)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(chǎn)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(guān)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(guān)系，請據(jù)圖回答：

① 當圖4縱坐標分別表示光合作用所產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)生的CO₂外，每小時還應(yīng)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(chǎn)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(yīng)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(jù)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(yīng)的數(shù)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(yīng)為15℃環(huán)境條件，虛線表示呼吸消耗速度為20 mL#8226;h^-1，應(yīng)為25℃環(huán)境條件，注意此圖中2條坐標曲線代表的數(shù)值為凈量；圖3表示產(chǎn)生氧氣量和時間的關(guān)系，讀數(shù)實應(yīng)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(shù)值相統(tǒng)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(nèi)產(chǎn)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(yīng)的光強為4×10³ lx，若圖3縱坐標表示光合作用產(chǎn)生氧氣的總量時，在1 h單獨光合作用產(chǎn)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(yīng)為坐標曲線（實線）上30，其對應(yīng)的光強為2.5×10³ lx。

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

③ 據(jù)第②小題，25 ℃、4×10³ lx光強下，1 h內(nèi)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(yīng)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(yīng)從外界吸收70－16＝54 mL。

④ 4 ×10³ lx時，25 ℃時光合作用產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(xué)生的組織、歸納和綜合運用能力以及探討問題的創(chuàng)新能力和評價能力，這種考查既有利于發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，也有利于了解學(xué)生把握問題的深度和廣度，還有利于了解學(xué)生做答的具體思維過程。