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考點7　凈光合作用速率和總光合作用速率及相關計算 1．呼吸速率、總(真正)光合速率與表觀光合速率的關系的確認 (1)光合作用速率表示方法：通常以一定時間內CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等產物的生成量來表示。但根據測量時的實際情況，光合作用速率又分為凈光合速率和真光合速率。在有光條件下，植物同時進行光合作用和細胞呼吸，實驗容器中O2增加量、CO2減少量或有機物的增加量，都可代表凈光合速率，而植物真光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。而呼吸速率是將植物置于黑暗中，實驗容器中CO2增加量、O2減少量或有機物減少量都可表示呼吸速率。 (2)不同情況下凈光合量、真光合量和呼吸量的判定 條件 題目中常見的關鍵語句 所指的含義 光照條件下　 植物“產生”的O2量，或植物“合成”的有機物的量 實質上是在葉綠體中產生的量，即光合作用總量或真正光合作用量 植物“釋放”的O2量，或植物“積累”的有機物的量 實質上是凈光合作用量，即光合作用總量－細胞呼吸消耗量 植物“吸收”的CO2量 實質上是凈光合作用量 黑暗條件下　 植物“釋放”的CO2量 實質上是細胞呼吸釋放量 植物“吸收”的O2量 實質上是細胞呼吸吸收量 (3)有機物積累量的表示方法：一晝夜有機物的積累量(用CO2的量表示)可用式子表示為：積累量＝白天從外界吸收的CO2量－晚上呼吸釋放的CO2量。 2．有關細胞呼吸計算的規(guī)律總結 規(guī)律一：細胞有氧呼吸時，葡萄糖∶CO2∶O2＝1∶6∶6；無氧呼吸時，葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2或葡萄糖∶乳酸＝1∶2。 規(guī)律二：消耗等量葡萄糖時，則酒精發(fā)酵與有氧呼吸產生的CO2的摩爾數之比為1∶3；有氧呼吸消耗氧氣摩爾數與有氧呼吸和酒精發(fā)酵產生的二氧化碳摩爾數之和的比為3∶4。 規(guī)律三：產生同樣數量的ATP時，無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖的摩爾數之比為19∶1。 規(guī)律四：在進行有氧呼吸和無氧呼吸的氣體變化計算及反應速率比較時，應使用C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量和C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量這兩個反應式，并結合化學課上所學的，根據化學方程式計算的規(guī)律和方法進行解答。 規(guī)律五：如果在題干中沒有給出所要計算的具體數值，只有體積比，則可將此比值當成實際體積(或物質的量)進行計算，最后求解。 題組一　透過坐標中數據，辨析相關規(guī)律 1．以測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響，結果如圖甲所示。下列分析正確的是(　　) A．光照相同時間，在20 ℃條件下植物積累的有機物的量最多 B．光照相同時間，35 ℃時光合作用制造的有機物的量與30 ℃相等 C．如果該植物原重X kg，置于暗處4 h后重(X－1)kg，然后光照4 h后重(X＋2)kg，則總光合速率為 kgh－1 D．若將乙裝置中NaHCO3溶液換成蒸餾水，則在黑暗條件下可測得B曲線 答案　B 解析　在光照時間相同的情況下，在25 ℃時，CO2吸收量最大，即光合作用凈合成量最大，積累的有機物最多，A錯誤；在光照時間相同的情況下，30 ℃時光合作用的總量為3.50(凈合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，35 ℃時光合作用的總量為3.00(凈合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，二者相同，B正確；該植物原重X kg，置于暗處4 h后重(X－1)kg，然后光照4 h后重(X＋2)kg，則總光合速率為1 kgh－1，C錯誤；將乙裝置中NaHCO3溶液換成氫氧化鈉溶液，則在黑暗條件下可測得B曲線，D錯誤。 2．如圖表示在不同溫度下，測定某植物葉片1 cm2質量(mg)變化情況(均考慮為有機物的質量變化)的操作流程及結果，據圖分析回答問題： (1)從圖分析可知，該植物的呼吸速率可表示為________mgcm－2h－1(用圖中字母表示)，實際光合速率可表示為________mgcm－2h－1(用圖中字母表示)。 (2)從圖分析，恒定在上述________℃下，維持12 h光照，12 h黑暗，該植物葉片1 cm2增重最多，增重了______mg。 答案　(1)X　Y＋2X　(2)14　36 解析　(1)由圖分析可知，該植物的呼吸速率可表示為X(mgcm－2h－1)，而單位時間光照下葉片重量的增加量表示的是凈光合速率，故光照1小時總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝M＋Y－(M－X)＋X＝Y＋2X(mgcm－2h－1)。(2)從結果可以看出，在14 ℃下，維持12 h光照，12 h黑暗，該植物葉片增重最多，凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率＝(3＋22)12－224＝36(mg)。 題組二　透過表格中數據，辨析相關規(guī)律 3．(2018如皋一模)科研人員為探究土壤含水量、CO2濃度對某作物生長的影響，在最適溫度和光照強度的智能溫室內進行實驗的結果如下表。請分析回答： 組別 土壤含水量 CO2濃度(%) 凈光合速率(μmol CO2m－2s－1) 相對氣孔開度(%) 水分利用效率 A 適宜 0.03 12 100 1.78 B 干旱 0.03 7.5 62 1.81 C 適宜 0.06 15 83 3.10 D 干旱 0.06 9.5 47 3.25 (1)與C組相比，限制B組作物光合作用的環(huán)境因素有_____________________；若在D組的基礎上適當提高溫度，則該作物凈光合速率會__________；提高CO2濃度，作物對水分的利用效率會________________。 (2)研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫導致類囊體結構破壞、光合色素含量和光反應中水的供應減少，導致為暗反應提供的______________________減少。因此，有人認為干旱主要通過影響光反應進而影響光合作用，結合表中數據分析，上述觀點__________________(填“合理”或“不合理”)，理由是_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)土壤含水量、CO2濃度　降低(或減弱)　提高(或增大)　(2)ATP和[H]　不合理　干旱通過影響氣孔開度而影響暗反應；干旱對光反應和暗反應的影響大小無從判定 解析　(1)據表分析可知，與C組相比，B組與其不同之處為土壤含水量和CO2濃度，故這兩個因素為限制B組作物光合作用的環(huán)境因素。在D組的基礎上適當提高溫度，會超過光合作用的最適溫度，則該作物凈光合速率會降低；若提高CO2濃度，光合作用增強，作物對水分的利用效率會增大。(2)干旱脅迫導致類囊體結構破壞、光合色素含量和光反應中水的供應減少，光反應減慢，其為暗反應提供的ATP和[H]會減少。干旱通過影響氣孔開度而影響暗反應；干旱對光反應和暗反應的影響大小無從判定，所以認為干旱主要通過影響光反應進而影響光合作用的觀點不合理。 4．某種番茄的黃化突變體與野生型相比，葉片中的葉綠素、類胡蘿卜素含量均降低。凈光合作用速率(實際光合作用速率－呼吸速率)、呼吸速率及相關指標如表所示： 材料 葉綠素a/b 類胡蘿卜素/葉綠素 凈光合作用速率(μmol CO2m－2s－1) 細胞間CO2濃度(μmol CO2m－2s－1) 呼吸速率(μmol CO2m－2s－1) 突變體 9.30 0.32 5.66 239.07 3.60 野生型 6.94 0.28 8.13 210.86 4.07 (1)番茄的黃化突變可能_________(填“促進”或“抑制”)葉綠素a向葉綠素b轉化的過程。 (2)突變體葉片中葉綠體對CO2的消耗速率比野生型降低了______ μ molm－2s－1。研究人員認為氣孔因素不是導致突變體光合速率降低的限制因素，依據是___________________。 答案　(1)抑制　(2)2.94　突變體葉片中的細胞間CO2濃度高 解析　(1)由表格可知，突變體中葉綠素a/b與類胡蘿卜素/葉綠素比值升高，葉綠素減少使葉片呈現(xiàn)黃化色澤，可能的原因是突變可能抑制了葉綠素a向葉綠素b轉化的過程。(2)根據題表可知，突變體葉片中葉綠體對CO2的消耗速率為凈光合速率＋呼吸速率＝5.66＋3.60＝9.26(μmol CO2m－2s－1)，同理，野生型葉片中葉綠體對CO2的消耗速率為8.13＋4.07＝12.20(μmol CO2m－2s－1)，突變體葉片中葉綠體的CO2的消耗速率比野生型低12.20－9.26＝2.94(μmol CO2m－2s－1)。由于突變體葉片中的胞間CO2濃度較高，所以氣孔因素不是導致突變體光合速率降低的限制因素。