植物的光合作用产量.docx
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植物的光合作用产量
植物的光合作用产量
一、知识间的联系
1、植物的光合作用
光合作用是植物在叶绿体中利用光能将二氧化碳和水合成有机物、释放氧气、将光能转变为化学能并储存在有机物中的过程。
光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。
光反应需要光，将水分解为氧气和还原态的氢，将光能转变为ATP中的化学能。
暗反应有光无光均可进行，二氧化碳经五碳化合物的固定生成三碳合物，三碳化合物在光反应提供的还原态氢和ATP的作用下合成葡萄糖并生成水。
光合作用的实质是将光能转变为化学能、将无机物转变为有机物。
光合作用是自然界最基本的物质代谢和能量代谢。
2、植物的呼吸作用
呼吸作用的实质是分解有机物、释放能量。
呼吸作用包括有氧呼吸和无氧呼吸。
有氧呼吸主要在线粒体中进行，无氧呼吸在基质中进行。
有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段是相同的，都是在基质中将葡萄糖分解为丙酮酸，产生还原态的氢。
在无氧的情况下，丙酮酸继续在基质中被分解为酒精和二氧化碳或乳酸。
在有氧的情况下，丙酮酸进入线粒体被分解释放出二氧化碳并产生还原态氢，还原态的氢和氧结合生成水。
呼吸作用的意义是为各项生命活动提供能量。
3、光合作用与呼吸作用的关系及光合作用产量
光合作用与呼吸作用在物质代谢上有密切的关系，一方面光合作用的产物是呼吸作用的反应物，另一方面呼吸作用的产物又可作为光合作用的原料。
但它们并不是可逆的反应，这是因为它们是在不同的场所进行的；光合作用利用了光能，而呼吸作用释放的能量被用于各项生命活动；光合作用必须在有光的条件下进行，而呼吸作用时时刻刻都在进行。
二、重难点知识讲解
1、光合作用产量
植物的光合作用产量（即植物积累有机物的总量）取决于光合作用和呼吸作用两方面，植物通过光合作用制造有机物，同时通过呼吸作用消耗有机物，因此光合作用产量=光合作用合成的有机物总量—呼吸作用分解的有机物总量。
凡是影响光合作用和呼吸作用的因素都会影响植物的光合作用产量，这些因素包括光（含光照强度、日照长度和光质）、温度、大气中CO2含量等等。
2、光合作用强度和呼吸作用强度
一般以光合速率和呼吸速率（即单位时间单位叶面积吸收和放出CO2的量或放出和吸收O2的量）来表示植物光合作用和呼吸作用的强度，并以此间接表示植物合成和分解有机物的量的多少。
在黑暗条件下植物不进行光合作用，只进行呼吸作用，因此此时测得的氧气吸收量（即空气中O2的减少量）或二氧化碳释放量（即空气中的CO2增加量）直接反映呼吸速率。
在光照条件下，植物同时进行光合作用和呼吸作用，此时测得的空气中氧气的增加量（或二氧化碳减少量）比植物实际光合作用所产生的O2量（或消耗的CO2量要）少，因为植物在光合作用的同时也在通过呼吸作用消耗氧气、放出二氧化碳。
因此此时测得的值并不能反映植物的实际光合速率，而反映出表观光合速率或称净光合速率。
净光合速率=实际光合速率—呼吸速率
三、典型题例
有关植物光合作用产量的考题在近几年的上海和广东生物高考试卷中都占有相当的比例。
这部分内容与农业、林业生产实际联系密切，既可以考查学生对于光合作用、呼吸作用及其相互关系等知识的掌握，又可以考查学生运用所学知识理解或解决实际问题的综合能力。
这部分考题以选择题、简答题等多种形式出现，而且往往结合图表，因此还可以考查学生识图转换、计算等能力。
例1：
将农田一昼夜的温度变化Ⅰ，光照变化Ⅱ和植物吸收CO2的变化Ⅲ数据绘成曲线图。
请回答：
（1）
植物在段内制造有机物，在段内积累有机物。
（2）CO2的吸收曲线（即曲线Ⅲ）与时间直线围成一块正面积和一块负面积。
植物在一昼夜中对有机物的有效积累的多少，取决于这两块面积的。
[解析]
光是进行光合作用的必要条件，曲线Ⅱ显示从时间b至f段有光照，植物通过光合作用吸收CO2而合成有机物，但由于要补偿呼吸作用所消耗的有机物，植物在白天实际上只在时间c至e段才积累有机物。
从曲线Ⅲ可以看出，c至e段植物光合作用吸收的CO2要多于呼吸作用放出的CO2，即光合作用大于呼吸作用，这时植物才能积累有机物。
从一昼夜的情况看，植物只在白天进行光合作用，但时刻都在进行呼吸作用。
从曲线Ⅲ可以看出，正面积表示植物积累的有机物总量，而负面积表示植物消耗的有机物总量，因此植植物在一昼夜中对有机物的有效积累的多少，取决于这两块面积的代数和。
例2：
（1999年高考广东生物试题）将某种绿色植物的叶片放在特定的实验装置中，研究在10℃、20℃的温度下，分别置于5000勒克斯、20000勒克斯光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用，结果如下图所示。
（1）该叶片的呼吸速率在20℃下是10℃下的倍。
（2）该叶片在10℃、5000勒克斯的光照下，每小时光合作用所产生的氧气量是毫克。
（3）叶片在20℃、20000勒克斯的光照下，如果光合作用合成的有机物都是葡萄糖，每小时产生的葡萄糖为毫克。
[解析]从左图可以看出，20℃下叶片1小时吸收O21.5mg，10℃下叶片1小时吸收O20.5mg，因此该叶片的呼吸速率在20℃下是10℃下的1.5/0.5=3倍。
光照条件下测得的氧气释放量=光合作用产生的氧气量—黑暗条件下测得的氧气吸收量。
通过以上等式可以推算出植物的实际光合速率，即植物在单位时间内光合作用所产生的氧气量。
从右图可以看出，该叶片在10℃、5000勒克斯的光照下1小时释放O23.5mg；从左图可以看出，该叶片在黑暗、10℃条件下1小时吸收O20.5mg，因此该叶片在10℃、5000勒克斯的光照下，每小时光合作用产生的氧气量是：
3.5mg+0.5mg=4mg。
同理可以推算出该叶片在20℃、20000勒克斯的光照下，每小时光合作用所产生的氧气量是：
6mg+1.5mg=7.5mg。
根据光合作用的总反应式6CO2+12H2O=C6H12O6+6O2+6H2O推算出叶片每小时产生的葡萄糖总量是：
（180*7.5）/（6*32）=7.03mg。
例3：
（1999年高考上海生物试题）下图是测定光合作用速度的仪器。
在密闭小室内放有一新鲜叶片和CO2缓冲液，缓冲液用以调节小室内二氧化碳的量，使其浓度保持在0.03%。
小室内气体体积的变化可以根据毛细血管内水银柱的移动距离测得。
在不同强度光照条件下，测得小室内气体体积如下表所示（表中气体体积的单位是微升/平方厘米叶面积/分。
“+”表示增加，“-”表示减少。
光强度单位为千勒克斯）。
请回答：
光强度
0
5
10
20
30
40
气体体积
-0.25
+0.5
+1.2
+1.7
+1.7
+1.7
（1）光强度为0时，小室内减少的气体是，减少的原因是。
（2）光强度增加时，小室内增加的气体是，增加的原因是。
（3）题目略。
（4）请根据表中数据，在右边方格内绘制O2生成总量和光强度间关系曲线。
[解析]此题是一道实验题。
题目已经说明小室内CO2的含量保持一定值，因此小室内气体体积的变化就是O2的变化。
当光强度为0时，叶片只进行呼吸作用而消耗O2，因此小室内气体体积减少。
当光强度增加时，叶片进行光合作用而产生O2，因此小室内气体体积增大。
表中所列光强度为5-40时气体体积增加的数值并不是叶片实际光合作用所生成的O2量。
光合作用所生成的O2量应该等于这些数值加上呼吸作用所消耗的O2量（即光强度为0时气体的减少值0.25），见下表。
据表可画出曲线图。
光强度
0
5
10
20
30
40
气体体积
-0.25
+0.5
+1.2
+1.7
+1.7
+1.7
O2生成总量
0
0．75
1．45
1．95
1．95
1．95
例4：
（2000年广东高考生物试题）将生长状况相同的同一种树的幼苗分成若干组，分别置于不同日温和夜温组合下生长（其他各种条件都相同）。
一定时间后测定幼苗的高度，如下表：
（标“—”为该组未做实验）
夜温（℃）
平均高度（cm）
日温（℃）
11
17
23
30
—
33.2
19.9
23
30.7
24.9
15.8
17
16.8
10.9
—
请据表回答下列问题：
（1）幼苗生长最快的温度组合是：
日温，夜温。
幼苗生长最慢的温度组合是：
日温，夜温。
（2）出现上述结果的原因是。
[解析]例5中影响光合产量的因素主要是光，而此题是讨论温度对于光合产量的影响。
表中显示，在日温30℃、夜温17℃下生长的幼苗平均高度最高，也就是植物积累的有机物最多，光合产量最高；在日温17℃、夜温17℃下生长的幼苗平均高度最低，也就是植物积累的有机物最少，光合产量最低。
白天温度高，有利于幼苗进行光合作用，合成有机物。
幼苗在夜间只进行呼吸作用，温度高时呼吸作用强烈，有机物消耗多，对生长不利。
可见昼夜温差大，有利于积累有机物，幼苗生长快。
根据与例4同样的原理，人们常在夜晚适当降低温室温度以提高农作物产量。
从例2还可以看出，光合产量的高低往往取决于光和温度的综合作用。
例如在我国的青海、宁夏等地区，农作物的产量较高的原因就包括光和温度两方面，即长日照和较大的昼夜温差。
当光和温度都处于最适合植物生长的条件下，这时制约农作物生长的因素往往是大气中的CO2浓度的不足。
在温室生产中，人们可以通过物理或化学的方法调节大气中CO2的浓度，以提高农作物的产量。
四、专题训练
1、某绿色植物置于密闭玻璃容器中，给予必要条件，放在光照下，容器内CO2含量每小时减少36mg；放在黑暗下，容器内CO2含量每小时增加8mg。
并测得在光下制造了葡萄糖30mg。
据此判断，该植物在上述光照和黑暗条件下，其呼吸作用强度的变化如何？
2、某种淡水绿藻置于一定容量的器皿中培养。
在不同的温度条件下，该绿藻的光合速率（用每小时氧气释放量表示）与光强度的关系以及呼吸速率（用每小时氧气消耗量表示）如下图所示。
据此分析回答：
（1）该绿藻在20℃的条件下，用15Klx的光连续照射22.6h，合成的葡萄糖约为mg。
其中，用于呼吸消耗的葡萄糖约为mg。
（2）将该绿藻置于20℃下连续培养24h，其中，连续12h给予5Klx的光照，然后连续12h处于黑暗中。
该绿藻在一天内葡萄糖含量的变化为（增加或减少）mg。
（3）该绿藻在20℃的条件下，用15Klx的光连续照射22.6h，合成的葡萄糖约为mg。
其中，用于呼吸消耗的葡萄糖约为mg。
（4）将该绿藻置于20℃下连续培养24h，其中，连续12h给予5Klx的光照，然后连续12h处于黑暗中。
该绿藻在一天内葡萄糖含量的变化为（增加或减少）mg。
3、
下图为某成熟森林生态系统的植物叶面积指数与呼吸和光合作用关系示意图（图中叶面积指数是指单位地表面积上植物叶片的总面积数量。
该数值越大，表示叶片交错覆盖的程度越大）。
①干物质量低于光合作用生产量的原因是：
②当叶面积指数达7—8后，干物质量会下降，原因是：
。
③为保持林木最大的生产量应采取的措施是。
4、大气中二氧化碳浓度约为0.03%。
大棚中种黄瓜，随着二氧化碳浓度的升高黄瓜产量增加，因为。
当二氧化碳浓度大于1%时，产量反而下降，这是因为。
五、参考答案
1、在黑暗下，CO2的增加量=呼吸作用放出的CO2量。
因此在黑暗条件下呼吸作用强度是8mgCO2/小时。
在光照下，CO2的减少量=光合作用消耗的CO2量-呼吸作用放出的CO2量。
要先根据生成的葡萄糖量计算出光合作用消耗的CO2量：
30×6×44/180=44（mg/小时）
6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2
6×44180
?
30
呼吸作用放出的CO2量=44-36=8（mg/小时）。
因
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