光合作用与呼吸作用相关计算题解法探究.docx

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光合作用与呼吸作用相关计算题解法探究

“光合作用与呼吸作用”相关计算题解法探究

植物的新陈代谢历年来都是高考的“主角”，而以光合作用和呼吸作用知识为背景的试题历来是高考生物命题的重点和热点。

在近几年的高考生物试题中，尤其是上海、广东、江苏等地的试题中，有关光合作用和呼吸作用的综合计算题经常出现。

这类试题涉及植物的光合作用和呼吸作用两大生理过程，同时还与化学知识相结合，是综合性较强的热点试题。

不少考生在解答此类试题时常常感到困惑，甚至不知如何分析。

本文将通过知识整理和典例精析的形式，帮助考生掌握这类计算题的解题方法和技巧。

1．明确净光合速率，真正光合速率的表示方法及相互关系。

1.表示方法：

净光合速率通常以o2释放量，或co2二氧化碳或有机物积累量来表示；真正光合速率（也称为总光合速率或实际光合速率）通常用o2产生量，co2固定量或有机物的产生量来表示。

2.相互关系

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o2吸收量（即空气中o2的减少量）或co2释放量（即空气中的co2增加量）直接反应呼吸速率。

在光照条件下，植物同时进行光合作用和呼吸作用，此时测得的空气中的o2增加量（或co2的减少量）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o2，放出co2。

因此此时测得的数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。

图像如下：

（5-1）

光合作用总反应式：

6CO2+12H2O——→C6H12O6+6H2O+6O2

解题的时候把我以下5点：

（1）反应前后的摩尔比是进行有关计算的基础。

（2）光合作用释放6个o2全部来自光反应阶段原料H20的分解。

（3）光反应阶段需要12个H20，光解产物24个【H】，在暗反应中用于还原6个co2,并产生6个H20.

（4）光合作用产物C6H12O6中的C和O来自原料co2，【H】来自原料H20.

（5）生产物6个H20中的【H】来自原料H20，O来自原料co2，

有氧呼吸作用总反应式：

C6H12O6+6H2O+6O2——→6CO2+12H2O+能量

要注意以下问题

（1）在有光条件下，光合作用和呼吸作用同时进行。

（2）光合作用实际消耗CO2量=实测得CO2减少量+呼吸作用CO2释放量

（3）光合作用实际消耗O2量=实测得O2减少量+呼吸作用O2释放量

（4）光合作用葡萄糖净生产量=光合作用实际葡萄糖生产量—呼吸作用葡萄糖消耗量

2．把握呼吸速率，净光合速率的测定方法及判定。

1.测定方法：

呼吸速率：

将植物置于黑暗中，测定容器中CO2增加量，O2减少量或有机物的减少量。

净光合速率：

将植物置于光下，测定容器中，O2增加量，CO2减少量或有机物的增加量。

2.判定方法：

（1）若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收量为0.则为真正（实际）光合速率，若为负值则为净光合速率。

（2）若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。

（3）有机物积累量一般为净光合速率，制造量一般为真正（实际）光合速率。

（4）位置描述判定法：

对于试题中出现的“文字”理解，可以参考小表。

项目

总光合量

净光合量

有机物

植物体（或叶片）产生（或制造量）

植物体积累量；收获植物所得的有机物量，一段时间内干物质增加量

O2量

植物体产生或制造量，叶绿体释放量

植物体释放量；植物体所处外界环境中O2的增加量

CO2量

植物体固定量（或同化量）；叶绿体吸收量

植物体从外界吸收量；植物所处外界环境中CO2的减少量

3．注意计算中个细节

1.光合作用强度与呼吸作用强度相对强弱的比较。

（1）没有光合作用时，植物人又呼吸作用，植物体内葡萄糖的总量减少，环境中的CO2量增加，O2量减少。

（2）有光合作用但弱于呼吸作用时，植物体内葡萄糖的总量减少，环境中的CO2量增加，O2量减少。

（3）光合作用和呼吸作用的强度相等，植物体内葡萄糖的总量不变，环境中的CO2量不变，O2量不变。

（4）光合作用强度大于呼吸作用强度，植物体内葡萄糖的总量增加，环境中的CO2量减少（减少部分即用于来合成葡萄糖的增加量），O2量增加（增加部分即是积累了多少葡萄糖时所释放的部分）。

（5）不存在只进行光合作用而不进行呼吸作用的生物或细胞。

2.只要温度相等，有光照和无光照情况下，植物的呼吸作用强度相等。

3.标准状况下，1moL气体的体积=22.4L

4.摩尔数与质量的关系：

摩尔数=物质的质量（克）/相对分子质量（或摩尔质量）。

5.要注意单位的换算：

如1L=1000ml

6.一定要牢记光合作用和呼吸作用的总反应式，注意不要算错相对分子质量，一定要记住：

C6H12O6—180；O2—32；CO2—44；

4．常见考查类型及例题分析。

光合作用和呼吸作用是植物体内两个重要的生理过程，是相互对立有彼此联系的两个生理过程。

光合作用的产物氧气和葡萄糖可作为呼吸作用的原料。

呼吸作用的产物二氧化碳和水也可作为光合作用的原料。

有关光合作用和呼吸作用的计算会涉及葡萄糖的生成量，消耗量和积累量，氧气的生成量，消耗量，二氧化碳的同化量，生成量，能量等计算问题。

1.以坐标图的形式，考查净光合速率与呼吸作用之间的关系。

例1：

下图表示在不同光照强度下，某植物的氧气释放速率。

该植物在2000lx光照强度下，每小时光合作用所产生的氧气量。

（ml）是（）

A．17B．12C．18D．23

例2.（06年上海生物卷）请完成下列有关光合作用的问题。

在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定某双子叶植物叶片在不同光照条件下的光合作用速度，结果如右表。

表中负值表示二氧化碳释放量，正值表示二氧化碳吸收量。

光照强度

（千勒克司）

光合作用速度

（CO2mg/100cm2叶·小时）

1.0

-2.0

3.0

+2.0

5.0

+6.0

7.0

+10.0

8.0

+12.0

10.0

+12.0

（1）在右侧坐标系上绘出光照强度（横坐标）与该植物叶片光合作用速度（纵坐标）的关系图。

（2）该植物叶片的呼吸速度是（CO2/l00cm2叶·小时）。

（3）在光照强度为千勒克司时，该植物叶片光合成量和呼吸消耗量相等。

（4）在一天中，将该植物叶片置于10千勒克司光照下10小时，其余时间置于黑暗中，则每l00cml叶片产生的葡萄糖中_____mg将转化为淀粉。

（取小数点后一位）

（5）据图分析，在0～8千勒克司范围内，光合作用速度受因素影响；超过8千勒克司时，光合作用速度受_______因素影响。

2.以气体的变化为连接点，综合考查计算及推理能力。

例3:

将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器中，在一定条件下不给光照，CO2量的含量每小时减少36mg.据实验测定上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖30mg（这里指的是真正的产生量，未排除呼吸消耗）。

请回答：

（1）上述条件下，比较光照时呼吸作用强度与黑暗时呼吸作用强度的大小。

（2）在光照时植物每小时葡萄糖的净生产量是_______________mg。

（3）若一昼夜中先光照4h，接着放置在黑暗的条件下20h，该植物体内有机物含量的变化是___________________________。

解析：

根据上面的分析和题意可知，光照对葡萄糖净（表观）生产量是光合作用每小时产生的真正的（总的）葡萄糖量减去呼吸作用每小时消耗的葡萄糖量。

而葡萄糖量与CO2量有直接关系，可通过CO2量的变化推测葡萄糖量的变化。

（1）先利用化学方程式计算出光照条件下，光合作用每小时真正产生30mg葡萄糖需要消耗的CO2量。

6×44180

X30

解得x=44（mg）

从上面的计算结果可知，植物真正产生30mg的葡萄糖，需要44mg的CO2，而实际上容器内CO2的含量每小时只减少36mg，还有44－36=8mg的CO2来自光照条件下的呼吸作用。

与题干中不给光照时（只能进行呼吸作用）产生的CO2量相等。

所以在该条件下，光照时呼吸作用强度与黑暗时呼吸作用强度是相等的。

（2）由呼吸作用每小时产生的CO2量是8mg，计算出消耗的葡萄糖量。

1806×44

y8

解得y=5.5（mg）

由题干知，植物每小时真正（总的）能产生葡萄糖30mg，呼吸作用消耗5.5mg，则净生产量为30－5.5=24.5mg。

解此问还可以根据CO2的实际减少量来计算。

由题干知，在光照条件下容器内的CO2的含量每小时减少36mg，这是与植物的呼吸作用无关的，减少的CO2全部作为光合作用的原料合成了葡萄糖，也就是净产生的葡萄糖。

6×44180

36z解得z=24.5（mg）

（3）根据上述

（1）

（2）的计算结果，可知一昼夜（24h）中，4h制造的葡萄糖总量为4×30=120mg，消耗总量为24×5.5=132mg，说明该植物体内有机物含量减少。

或者先计算4h产生的葡萄糖量为4×24.5=98mg，再计算20h黑暗条件下（只有呼吸作用）消耗的葡萄糖量为20×5.5=110mg，然后再比较这两个数据，可得出同样结论。

3.以实验为背景，考查对知识的运用能力。

例4：

下图是为探究绿色植物光合作用速率的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内二氧化碳浓度。

该装置放在20℃境中。

实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的水滴在位置X。

30分钟后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。

据此实验回答下列问题：

（1）以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是mL/h。

（2）用这一方法测量光合作用速率，比实际的光合速率为低，原因是____________。

（3）假若将该植物的叶的下表皮涂上一层凡士林，光合作用的速率会大幅度下降，原因是_________________________。

（4）如果在原实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在0．6mL读数处。

在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30℃，针筒容量需要调至0.8mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。

比较两个实验可以得出什么结论_________________。

五．跟踪训练：

1.下图为光照强度与光合作用固定co2下图为的量（光合量）之间的关系，对这一曲线的叙述，错误的是（）

A．在A点时，光合量与呼吸量相等

B．在过B点后，再提高光照强度，光合量不再提高

C．在B点时，总的光合量为7mg／m2·h

D．在A点时，总的光合量为0

2.下图是某高二生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度在恒定水平。

下列几种实验结果（给予相同的环境条件），你觉得不可能出现的是（）

A.甲、乙装置水滴都左移B。

甲、乙装置水滴都右移

C.甲装置水滴不动，乙装置水滴左移D。

甲装置水滴右移，乙装置水滴左移

3.下图表示的是光照强度与光合作用强度之间关系的曲线，该曲线是通过实测一片叶子在不同光照条件下CO2吸收和释放的情况。

能代表细胞中发生的情况与曲线中AB段（不包括A、B两点）相符的一项是（）

4.将某种绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中，研究其在10℃、20℃的温度条件下，分别置于5klx、10klx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。

下列说法正确的是（）

A该叶片呼吸速率在20℃下是10℃下的2倍

B该叶片在5klx光照下，10℃时积累的有机物比20℃多

C该叶片在10℃、5klx光照下，每小时光合作用所产生的氧气量是3mg

D该叶片在20℃、10klx光照下，每小时光合作用固定的CO2量约是13.75mg

5．下图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。

下列相关叙述中正确的是（）

A.氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等

B.氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍

C.氧浓度为c时，无氧呼吸最弱

D.氧浓度为a时最适于贮藏该植物器官

6．植物生理学家对光合作用进行了大量的研究，下边是其中的一些实验数据曲线：

（1）甲图中AB段和CD段影响光合作用的主要限制因子分别是和。

（2）欲提高温室栽培的叶类蔬菜的产量，甲图中信息告诉我们，应，并可在夜间适当温度。

（3）甲图曲线Ⅲ的最强光合作用需要的最低CO2浓度是mg/l。

图中m点为70Lx光照强度下的CO2饱和点，如果提高光照强度，则m点的位置将向移动。

（4）乙图中30oC时该植物呼吸作用产生C02mg/h，如果呼吸作用的原料全部是葡萄糖，则30oC时10小时需要消耗葡萄糖mg。

（5）乙图中如光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时的量相比（）

A.大于B.小于C.等于D.无法比较

（6）下图能代表细胞中发生的情况与乙图中E点相符的一项是（）

（1）CO2浓度，光照强度

（2）提高CO2浓度和光照强度，降低

（3）500mg/L，右（4）3，20.45（5）C（2分）（6）D（2分）

7．将金鱼藻置于一烧杯中培养。

在不同温度下，金鱼藻光合速率（用每小时O2释放量表示）与光照强度关系如下图所示。

呼吸速率（用每小时O2消耗量表示）与温度的关系如下表。

请据图表回答下列问题。

温度

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

呼吸速度（mg/h）

0.30

0.35

0.50

0.70

1.10

（1）从图中可见，金鱼藻的光合速率与_____________等因素有关。

（2）金鱼藻的呼吸速率随温度升高而升高。

其原因是______________________________。

（3）金鱼藻生成的O2若在同一细胞内被消耗，在其整个过程中，O2穿过了_____层磷脂分子层。

（4）20℃条件下，用15klx的光照强度连续照射10h，合成的葡萄糖总量约为_______mg，其中约有__________mg用于呼吸作用。

（5）10℃条件下连续12h给以20klx的光照，再转入30℃条件下连续8h黑暗处理，则金鱼藻20h内，葡萄糖含量的消长变化为_________mg。

（6）适宜光照和温度条件下的金鱼藻，开始时O2产生较快，但3天后O2生成减慢，其最主要原因是_________________________________。

[（4）（5）小题每格2分，其余每格1分]

（1）光照强度和温度

（2）一定范围内，酶的活性随温度的升高而增强

（3）8（4）79.694.69（5）增加39.75

（6）水中CO2逐渐被光合作用消耗而没有得到及时补充

8.假设某植物光合作用制造的有机物仅有葡萄糖，呼吸作用利用的有机物也只有葡萄糖。

将此绿色植物置于密闭的玻璃容器中，在一定条件下给予充足的光照后，容器内ＣＯ２的含量每小时减少了180ｍｇ，放在黑暗条件下，容器内ＣＯ２含量每小时增加40ｍｇ。

（1）若测得该绿色植物在上述光照条件下每小时制造葡萄糖225ｍｇ，则上述光照条件下每小时通过呼吸作用释放的ＣＯ２的量为_________ｍｇ。

（2）其他条件不变，将此植物置于光照条件下1ｈ，再置于黑暗条件下4ｈ，此植物体内有机物含量变化情况是_________，具体数值为_________ｍｇ。

参考答案：

（1）150　

（2）增加　13.6

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5000Ｉｘ、20000Ｉｘ光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸

作用。

结果如图所示。

（1）该叶片的呼吸速率在20℃下是10℃下的______倍。

（2）该叶片在10℃、5000Ｉｘ的光照下，每小时光合作用所产生的氧气量为____ｍｇ。

（3）该叶片在20℃、20000Ｉｘ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______ｍｇ。

这道题与前面讲述的例题相比，主要有两点不同：

一是前面的例题是以光合作用与呼吸作用过程中ＣＯ２量的变化作为计算依据，而此题是以Ｏ２量的变化作为计算依据。

具体怎样分析及所要用的公式前面的叙述中已经提到。

二是此题所需的数据及其他信息要从图形中找到。

所以要解答此题要求学生具有较高的识图能力、图像思维转换能力和化学知识结合的综合意识。

分析题中两图可知，上图实际表示了黑暗条件下只有呼吸作用两种不同温度条件下的呼吸速率。

由于题目没有特别交待，人们一般认为呼吸速率不受光照影响，光照条件下10℃和20℃时的呼吸速率仍然可表示为0.5ｍｇＯ２ｈ-1，即后者是前者的3倍。

下图较复杂，由于在光照条件下，植物体既有光合作用，又有呼吸作用，图中所示的Ｏ２释放量应是光合作用释放量减去呼吸作用消耗量的“净量”，从图中可得10℃、5000Ｉｘ的光照下Ｏ２释放“净量”为3.5ｍｇＯ２ｈ-1。

再从上图分析可知，在10℃下呼吸作用吸收0.5ｍｇＯ２ｈ-1，利用前面分析时用到的公式，则此时光合作用实际释放Ｏ２每小时为3.5+0.5=4.0ｍｇ。

同理，不难求得20℃、20000Ｉｘ条件下光合作用实际每小时释放Ｏ２量为：

6+1.5=7.5ｍｇ，运用光合作用反应式可得此时光合作用每小时合成葡萄糖量为：

7.5×180／32×6≈7.03ｍｇ。

故答案为

（1）3　

（2）4　（3）7.03