光合作用和呼吸作用中創(chuàng)新型考題探秘

安徽 胡 彬

光合作用和呼吸作用中創(chuàng)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(duì)象，但近年的考題出現(xiàn)了一些新動(dòng)向，如借助各種圖、表進(jìn)行背景創(chuàng)新，甚至考題中蘊(yùn)含一些大學(xué)知識(shí)。命題者的本意是試圖通過(guò)創(chuàng)設(shè)新情境，考查學(xué)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(zhàn)性，且易出現(xiàn)思維定式或思維僵化等現(xiàn)象。下面結(jié)合近年的考題，不僅從知識(shí)層面進(jìn)行拓展解讀，更多的是加強(qiáng)對(duì)考題的研究，幫助同學(xué)們?cè)诮獯鹂碱}中不斷提高自己的綜合能力。

考向一：實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖、表化，側(cè)重考查信息獲取與處理能力

近年不少實(shí)驗(yàn)考題，以柱形圖、表格、曲線圖的形式，定性或定量地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以考查學(xué)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(lán)光對(duì)花生幼苗光合作用的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。（注：氣孔導(dǎo)度越大，氣孔開(kāi)放程度越高）

與15d幼苗相比，30d幼苗的葉片凈光合速率____________________。與對(duì)照組相比，__________光處理組的葉肉細(xì)胞對(duì)CO2的利用率高，據(jù)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(shuō)明30d幼苗的凈光合速率更大。三種光照射，藍(lán)光處理組吸收的CO2更多，胞間CO2濃度更低，說(shuō)明對(duì)CO2的利用率更高，而藍(lán)光處理的組氣孔導(dǎo)度也最大，說(shuō)明藍(lán)光通過(guò)促進(jìn)氣孔開(kāi)放，使CO2供應(yīng)充分，加快暗反應(yīng)，最終提高光合速率。

【答案】高 藍(lán) 藍(lán)光促進(jìn)了氣孔開(kāi)放，CO2供應(yīng)充分，暗反應(yīng)加快

考向二：影響光合作用強(qiáng)度因素中的相互抵消問(wèn)題

植物對(duì)CO2的利用與光照強(qiáng)度有關(guān)，在弱光情況下，只能利用較低的CO2濃度。此時(shí)，CO2濃度高點(diǎn)也不會(huì)增加光合作用強(qiáng)度。隨著光照的增強(qiáng)，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?qū)胨竞螅瑴y(cè)的光照強(qiáng)度對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻和原種水稻的氣孔導(dǎo)度及光合速率的影響結(jié)果，如下圖所示。（注：氣孔導(dǎo)度越大，氣孔開(kāi)放程度越高）

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

【解析】結(jié)合題圖：光合速率隨光照強(qiáng)度的變化曲線可以看出在低于8×102μmol·s－1的范圍內(nèi)影響光合作用的主要因素為光照強(qiáng)度。由原種水稻與轉(zhuǎn)基因水稻的光合速率與光強(qiáng)度變化關(guān)系曲線可看出：光強(qiáng)為10×102～14×102μmol ·s－1時(shí)，原種水稻的氣孔導(dǎo)度降低，但光合速率基本不變，說(shuō)明暗反應(yīng)吸收CO2速率未改變，即實(shí)際利用CO2量未改變。根據(jù)信息推知，可能是CO2供應(yīng)已充足且光照強(qiáng)度已達(dá)飽和點(diǎn)，也可能是光照強(qiáng)度增加與CO2供應(yīng)不足對(duì)光合速率的正負(fù)影響相互抵消。

【答案】光照強(qiáng)度 光照強(qiáng)度增加與CO2供應(yīng)不足對(duì)光合速率的正負(fù)影響相互抵消（或“CO2供應(yīng)已充足且光照強(qiáng)度已達(dá)飽和點(diǎn)”）

考向三：光照下釋放的CO2還可來(lái)自其他途徑

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

【例3】某研究小組測(cè)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(shí)間變化趨勢(shì)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(shí)間內(nèi)吸收或釋放CO2的量），回答下列問(wèn)題：

在光照條件下，圖形A＋B＋C的面積表示該植物在一定時(shí)間內(nèi)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(cè)該植物存在另一個(gè)__________的途徑，CO2進(jìn)出葉肉細(xì)胞都是通過(guò)____________的方式進(jìn)行的。

【解析】根據(jù)坐標(biāo)圖分析，A為葉肉細(xì)胞吸收外界的CO2，而B＋C的總和則是植物自身產(chǎn)生CO2的量，兩部分的CO2都會(huì)被植物的葉肉細(xì)胞所吸收，即光合作用固定的CO2。遮光之后，植物主要進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生CO2，根據(jù)遮光后平穩(wěn)段直線的變化趨勢(shì)，可推知B面積表示這段時(shí)間內(nèi)植物呼吸作用放出的CO2量，而C段則表示植物可能通過(guò)其他途徑產(chǎn)生CO2。CO2屬于小分子，進(jìn)出細(xì)胞都是通過(guò)自由擴(kuò)散的方式進(jìn)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(kuò)散

考向四：關(guān)于“午休”問(wèn)題

在一天當(dāng)中光、溫、水、氣、土等條件在不斷變化，這些環(huán)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(dǎo)致氣孔關(guān)閉，葉肉細(xì)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(chǎn)物增多等也會(huì)影響。

“午休”點(diǎn)凈光合速率低的原因一般認(rèn)為是氣孔關(guān)閉，引起細(xì)胞間隙CO2濃度降低所致。試題通過(guò)創(chuàng)設(shè)新情境還可能涉及其他因素，應(yīng)根據(jù)具體考題獲取信息后進(jìn)行分析推斷。

并非所有的植物都會(huì)出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，如玉米、甘蔗能利用葉肉細(xì)胞間隙的低濃度CO2進(jìn)行光合作用，不會(huì)出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。在春秋季節(jié)溫度不會(huì)過(guò)高，植物也不會(huì)出現(xiàn)午休現(xiàn)象。

【例4】長(zhǎng)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(wú)風(fēng)的夏日，觀測(cè)得到了該植物光合速率等生理指標(biāo)日變化趨勢(shì)圖。

據(jù)圖分析：①光合作用消耗ATP最快的時(shí)刻是____________________。根吸水能力最強(qiáng)的時(shí)刻是。②直接引起蒸騰速率變化的生理指標(biāo)是__________；推測(cè)導(dǎo)致12：00時(shí)光合速率出現(xiàn)低谷的環(huán)境因素主要是__________（填“光照”或“CO2”）。③在14：00時(shí)若適當(dāng)提高CO2濃度，短時(shí)間內(nèi)葉綠體中［H］含量的變化是__________。

【解析】據(jù)圖中信息可知，在10：00時(shí)，光合速率最大，則暗反應(yīng)消耗ATP最快；在12：00時(shí)，蒸騰速率最快，則根吸水能力最強(qiáng)。氣孔的開(kāi)啟程度直接影響水分的散失，即影響蒸騰作用，在12：00時(shí)，氣孔導(dǎo)度最大，CO2能滿足光合作用的需要，因此光合速率出現(xiàn)低谷的環(huán)境因素主要是光照。在14：00時(shí)，若提高CO2濃度，在暗反應(yīng)階段中三碳化合物還原增強(qiáng)，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(dǎo)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(shí)間、單位葉面積吸收CO2的量）的變化曲線，下列敘述錯(cuò)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(yīng)過(guò)程減緩

B.在11：00—12：30之間，花生的單位葉面積有機(jī)物積累量比玉米的多

C.在17：00時(shí)，玉米和花生的單位葉面積釋放O2速率相同

D.在18：30時(shí)，玉米既能進(jìn)行光反應(yīng)，也能進(jìn)行暗反應(yīng)

【分析】在9：30—11：00之間，隨著光照的增強(qiáng)、溫度的升高，植株的蒸騰作用加強(qiáng)，葉片上部分氣孔關(guān)閉，CO2進(jìn)入植物體內(nèi)的量減少。玉米能利用低濃度的CO2，其暗反應(yīng)過(guò)程無(wú)明顯影響；而花生不能利用低濃度的CO2，對(duì)CO2吸收減少，導(dǎo)致暗反應(yīng)過(guò)程減緩。花生凈光合速率對(duì)應(yīng)的有機(jī)物量即為花生的單位葉面積有機(jī)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(jī)物積累量比玉米的少，B項(xiàng)錯(cuò)誤。在17：00時(shí)，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(shí)，玉米仍進(jìn)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(shí)玉米既能進(jìn)行光反應(yīng)也能進(jìn)行暗反應(yīng)。

【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(jìn)行光合作用。該類植物適宜生活在干旱環(huán)境中。長(zhǎng)期干旱時(shí)，氣孔夜間張開(kāi)，CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞在細(xì)胞質(zhì)生成蘋果酸，然后暫時(shí)儲(chǔ)存在液泡中。白天氣孔關(guān)閉，光合作用中的CO2不是從空氣中直接吸收，而是來(lái)源于夜間形成的蘋果酸，蘋果酸從液泡中擴(kuò)散到細(xì)胞質(zhì)中，被脫羧放出CO2，供植物細(xì)胞進(jìn)行暗反應(yīng)。

【例6】觀賞植物蝴蝶蘭可通過(guò)改變CO2吸收方式以適應(yīng)環(huán)境變化。長(zhǎng)期干旱條件下，蝴蝶蘭在夜間吸收CO2并貯存在細(xì)胞中。

依圖分析，長(zhǎng)期干旱條件下的蝴蝶蘭在0－4時(shí)__________（填“有”或“無(wú)”）ATP和［H］的合成，原因是__________；此時(shí)段__________（填“有”或“無(wú)”）光合作用的暗反應(yīng)發(fā)生，原因是__________；10－16時(shí)無(wú)明顯CO2吸收的直接原因是 。

【分析】0－4時(shí)沒(méi)有光照，雖不能通過(guò)光合作用的光反應(yīng)合成ATP和［H］，但呼吸作用可以合成ATP和［H］。暗反應(yīng)需要光反應(yīng)提供的ATP和［H］，還原C3形成C5以固定CO2，0－4時(shí)不能發(fā)生光反應(yīng)，因此CO2的固定進(jìn)而C3的還原等暗反應(yīng)都無(wú)從發(fā)生。10－16時(shí)溫度較高，長(zhǎng)期干旱條件下植物葉片氣孔關(guān)閉，因此無(wú)明顯CO2吸收。

【答案】有 此時(shí)段細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用，呼吸作用的第一、二階段均有［H］產(chǎn)生，第一、二、三階段均有ATP生成

無(wú) 此時(shí)段沒(méi)有光反應(yīng)，而暗反應(yīng)必須要由光反應(yīng)提供ATP和［H］，故不存在暗反應(yīng) 氣孔關(guān)閉

光合作用－呼吸作用中的創(chuàng)新型考題常以某種“信息”的形式呈現(xiàn)。解決該類題的策略是：首先準(zhǔn)確提取題干有效信息，并遷移利用好有效信息，同時(shí)結(jié)合已有知識(shí)進(jìn)行綜合分析推理。切忌認(rèn)知上的慣性出現(xiàn)錯(cuò)誤。

（作者單位：安徽省靈璧縣靈璧一中）