密閉空間內(nèi)生物光合作用和呼吸作用分析

鄧海姣

摘 要：細(xì)胞呼吸和光合作用是生物體維持正常生命活動的重要代謝過程也是高考中的高頻考點(diǎn)，利用密閉空間內(nèi)氣體的變化量不僅可以判斷細(xì)胞呼吸的方式而且可以測定生物體呼吸作用強(qiáng)度和光合作用強(qiáng)度進(jìn)而綜合分析生物體呼吸作用和光合作用曲線。

關(guān)鍵詞：光合作用;呼吸作用;凈光合速率

呼吸作用是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程。呼吸作用根據(jù)是否消耗氧氣分為有氧呼吸和無氧呼吸。動物不能進(jìn)行光合作用只能通過呼吸作用為體內(nèi)各項(xiàng)生命活動提供能量;大多數(shù)綠色植物是自養(yǎng)生物除了進(jìn)行呼吸作用消耗有機(jī)物還能利用光合作用積累有機(jī)物。自然狀態(tài)下，生物體釋放的CO2或者消耗的O2很難收集因而無法判斷呼吸的方式及測定呼吸和光合作用強(qiáng)度。如果在密閉容器內(nèi)以容器內(nèi)氣體的變化量引起的液滴方向移動和距離變化就可以判斷生物體呼吸的方式及測量呼吸速率及光合速率。

一、測定生物細(xì)胞呼吸和光合作用速率

【例1】某同學(xué)用下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置測定果蠅幼蟲的呼吸速率。實(shí)驗(yàn)所用毛細(xì)管橫截面積為1mm2，實(shí)驗(yàn)開始時，打開軟管夾，將裝置放入25℃水浴中，10min后關(guān)閉軟管夾，隨后每隔5分鐘記錄一次毛細(xì)管中液滴移動的位置。

密閉容器內(nèi)的生物材料是動物體，只需要考慮細(xì)胞呼吸，不需要考慮光合作用，果蠅進(jìn)行無氧呼吸，不消耗O2，產(chǎn)物只有乳酸，液滴不發(fā)生移動;有氧呼吸消耗O2，產(chǎn)生的CO2被X（NaOH）溶液吸收，裝置內(nèi)氣體總體積減少，液滴向左移。單位時間內(nèi)液滴左移的距離表示細(xì)胞呼吸的速率。

【例2】某生物興趣小組設(shè)計(jì)了以下裝置進(jìn)行光合作用強(qiáng)度的測試實(shí)驗(yàn)（忽略溫度對氣體膨脹的影響）。

①測定植物的呼吸作用強(qiáng)度：裝置的燒杯中放入NaOH溶液;將玻璃鐘罩遮光處理，放在適宜溫度的環(huán)境中;30分鐘后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度。

②測定植物的凈光合作用強(qiáng)度：裝置的燒杯中放入NaHCO3溶液;將裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中;30分鐘后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度。請預(yù)測紅墨水滴移動方向并分析原因：

裝置中的植物既要進(jìn)行呼吸作用也要進(jìn)行光合作用。玻璃罩遮光處理后排除了光合作用的影響，植物只進(jìn)行呼吸作用，單位時間內(nèi)紅墨水左移的距離表示細(xì)胞呼吸的速率。若要測定植物凈光合作用速率必須給予適宜的光照和溫度，植物光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度時釋放氧氣，裝置內(nèi)氣體量增加，液滴右移，單位時間內(nèi)右移的距離代表凈光合強(qiáng)度。

二、密閉空間內(nèi)生物呼吸和光合作用曲線分析

【例3】在天氣晴朗的夏季，將用全素營養(yǎng)液培養(yǎng)的植株放入密閉的玻璃罩內(nèi)放在室外進(jìn)行培養(yǎng).每隔一段時間用CO2濃度檢測儀測定玻璃罩內(nèi)CO2濃度，繪制成如圖所示曲線（水平虛線表示：實(shí)驗(yàn)開始時玻璃罩內(nèi)CO2濃度）.

分析圖中的曲線：AB段——無光照，植物只進(jìn)行呼吸作用，CO2濃度不斷上升;BC段——凌晨溫度較低，呼吸減弱，CO2濃度上升的速率減低;CD段——開始進(jìn)行光合作用，呼吸作用強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度，CO2濃度仍在上升，到D點(diǎn)達(dá)到最大值，此時光合速率等于呼吸速率;DH段——光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，CO2濃度不斷下降，H點(diǎn)達(dá)到最小值，此時光合速率又等于呼吸速率;HK段——光照持續(xù)減弱直至光照停止，CO2濃度又開始上升。

密閉容器內(nèi)CO2濃度上升（O2濃度下降）表示只進(jìn)行呼吸作用或者呼吸作用強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度;CO2濃度下降（O2濃度上升），表示光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度;當(dāng)CO2濃度（O2濃度）達(dá)到最大值或者最小值代表光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃劍興.初高中生物學(xué)教學(xué)銜接策略——以“光合作用”教學(xué)為例[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2018（11）：125-126.