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“光合作用”难点问题剖析

http://www.newdu.com 2018-12-02 人民教育出版社 佚名 参加讨论

    “光合作用”难点问题剖析
    湖南省耒阳市第一中学 周 伟
    光合作用历来是高考考查的重点,也是学生学习的难点。特别是一些涉及定性分析和定量计算的问题,如果不能准确地找到解题的突破口,将会使分析过程变得更加复杂,甚至得一些出错误的结论。下面笔者就光合作用中的几个难点问题剖析如下:
    一、坐标曲线关键点移动问题
    例1.植物的生理活动受各种因素影响,下列叙述中不正确的是(    )
    A.若适当提高温度,则Y点应向右移动
    B.若曲线表示阴生植物,则Y点应向左移动
    C.若横坐标为CO2浓度,曲线表示C4植物,则Y点应向左移动
    D.若以缺镁的完全营养液培养植物幼苗,则Y点应向左移动
    答案:选D
    解答本题要求学生理解各种因素对光反应和暗反应过程的影响,读懂坐标曲线中关键点的含义。并在此基础上进行定性分析和正确推理。
    根据题图可知,若横坐标所示的因素为光照强度,则Y点表示光补偿点。若横坐标所示的因素为CO2浓度,则Y点表示CO2补偿点。无论植物是处于光补偿点,还是CO2补偿点,其光合速率均等于呼吸速率。坐标曲线中补偿点的移动情况可分为如下几种情况进行讨论:
    (1)若改变某一外界因素(如CO2浓度、光照强度),使光合速率增大或减小,而呼吸速率不受影响。那么为使光合速率等于呼吸速率,则补偿点相应地向左移或向右移。D选项中改变的外界因素是必需矿质元素的供应量,以缺镁的完全营养液培养植物幼苗,植物会出现叶绿素的合成量减少,从而使光反应受到抑制。也就是说在同等光照强度下,植物的光合速率会减小。这时Y点应向右移动,通过增加光照强度来提高光合速率,以满足光合速率等于呼吸速率的要求。故D选项错误。
    (2)若改变某一外界因素(如温度),使光合速率增大或减小,而呼吸速率也受到不同程度的影响。补偿点的移动则需视具体情况而定。A选项中,适当提高温度,光合速率的增加值要小于呼吸速率的增加值。这时Y点应向右移动,通过增加光照强度来提高光合速率,使光合速率等于呼吸速率。故A选项正确。
    (3)若改变植物的类型(如C3植物改为C4植物、阳生植物改为阴生植物),则补偿点的移动情况要依植物的生理特性而定。因为C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶对CO2的亲和力高,可利用低浓度的CO2。所以在CO2浓度较低时,C4植物的光合速率要大于C3植物的光合速率。这就意味着,C4植物更易达到CO2补偿点。C选项中,曲线表示C4植物,则Y点左移。故C选项正确。又因为阴生植物耐阴,适宜在光照较弱的环境中生长。那么在光照强度较弱时,阴生植物的光合速率要大于阳生植物的呼吸速率。这就意味着,阴生植物更易达到光补偿点。B选项中,曲线表示阴生植物,则Y点应向左移动。故B选项正确。
    二、中间产物含量变化问题
    例2.如图是一晴朗夏日某植物的光合作用强度随时间变化的曲线图,C点与B点比较,叶肉细胞内的C3、C5、ATP和[H]的含量发生的变化依次是(   )
    A.升 升 升 升   B.降 降 降降
    C.降 升 升 升  D.升 升 降 降
    答案:选C
    解答本题要求学生理解光反应与暗反应之间的联系,综合分析光合作用过程中物质的动态变化。并在此基础上建立思维模型,以获取正确的解题线索。
    题中所示曲线是非常典型的“双峰型曲线”。在曲线中的B点与D点之间,光合作用强度有一次短暂的下降,这是因为在夏季正午,植物为防止水分过分蒸腾而关闭气孔,从而导致细胞间隙的CO2浓度降低,光合速率相对减小。由于题目要求的是分析中间产物含量的变化,不妨先建立模型(如图)。
     
    模型中C3的含量与C5化合物的含量可分别视作一个“仓库”。于是分析它们的含量变化,就只需要分别去比较其“来源”和“去路”变化值的大小。因为C点对应的CO2浓度低于B点,在短时间内固定反应变慢,还原反应基本不变,从而导致C3含量降低,C5含量升高。随着时间的推移,C3含量持续的下降会引起还原反应相应变慢,从而导致对[H]和ATP的消耗量减少,故[H]和ATP的含量均升高。
    三、总光合速速率与净光合速率计算问题
    例3.有一位科学家做了这样一个实验,将10g叶肉细胞中的叶绿体和线粒体分离开来,在离体条件下分别测定其光合作用中CO2的吸收量(图A)和呼吸作用中CO2的释放量(图B)。
     
    (1)当光照强度为8千勒克斯的条件,温度为15℃的条件下,离体叶绿体的光合作用强度是___________ μg/h/10g,温度为30℃的条件下的叶肉细胞既不吸收CO2,也不释放CO2,此时的光照强度应为___________ 千勒克斯。
    (2)假定离体叶绿体和线粒体与在叶肉细胞内的生理活性基本一致,在温度为30℃,光照强度为8000勒克斯下照光10h后,再移到温度也为30℃的暗处,此10克叶肉组织24h能积累的葡萄糖是_______ μg。如果黑暗条件下的温度平均为15℃,则10克叶肉组织合成的葡萄糖是_______ μg。
    答案:(1)4 1.5 (2)30 54.5
    本题以实验所测数据绘制而成的图形为背景,综合考查学生的读图能力和处理实验数据的能力。因此要求学生充分理解光合速率概念的内涵,并根据光合作用方程式进行有关数量的换算。由题可知,实验数据是在离体条件下测得的。离体的叶绿体只进行光合作用,故其光合作用中CO2的吸收量表示总(实际)光合速率。离体的线粒体主要进行呼吸作用,故其呼吸作用中CO2的释放量表示呼吸速率。总光合速率与呼吸速率的关系可表示为:总(实际)光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率。这个关系式有三个衍生式:
    ?光合作用实际产生的O2量=净释放的O2量+呼吸作用消耗的O2量;
    ?光合作用实际消耗的CO2量=净消耗的CO2量+呼吸作用产生的CO2量;
    ?光合作用合成的葡萄糖量=积累的葡萄糖量+呼吸作用分解的葡萄糖量。
    第(1)问比较简单,叶肉细胞既不吸收CO2,也不释放CO2时,应是总光合速率等于呼吸速率,在坐标中找到使两者相等的点即可。第(2)问就需要学生正确区分“积累的葡萄糖”与“合成的葡萄糖”。积累的葡萄糖表示的是光合作用净合成量,依题意可求得CO2的净释放量为:(8×10-24×1.5)=44 μg。因为吸收6molCO2产生1mol葡萄糖(CO2的分子量是44,葡萄糖的分子量为180),所以求得积累的葡萄糖为(44×180)÷(44×6)=30 μg。合成的葡萄糖表示的是光合作用总合成量,故不需考虑呼吸作用消耗的葡萄糖,依题意求得合成的葡萄糖是(8×10×180)÷(44×6)=54.5μg。  (责任编辑:admin)
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