陳衛(wèi)東

摘 要：在高中生物必修一光合作用教學(xué)內(nèi)容中，學(xué)生往往難以區(qū)分凈光合速率和總光合速率.本文通過概念、實(shí)例和曲線等方面對凈光合速率和總光合速率加以分析和區(qū)別.

關(guān)鍵詞：總光合速率;凈光合速率;比較分析

一、概念

凈光合速率又稱表觀光合速率，即一般測定的光合速率.如果把凈光合速率加上呼吸速率，則得到總（真正）光合速率.

總光合速率又稱真正光合速率或?qū)嶋H光合速率，如果我們在測光合作用速率時（凈光合速率），同時，測其呼吸速率，把它加到凈光合速率上去，則得到總光合速率.

即：總光合速率=凈光合速率+呼吸速率（如圖1）.

二、分析

如果想要分析清楚凈光合速率問題，首先要分析清楚葉綠體和線粒體之間的關(guān)系，如圖2所示.①、②、③、④、⑤、⑥都是表示氣體，⑦表示一種化合物.

從圖2分析可知，①、④、⑥表示氧氣，②、③、⑤表示二氧化碳，⑦表示丙酮酸.不考慮丙酮酸，只考慮氣體的變化.分析①、②、③、④、⑤、⑥途徑可能存在的情況：

1.當(dāng)光合作用大于呼吸作用

可以發(fā)生的途徑有：①、②、③、④.線粒體產(chǎn)生的二氧化碳都被葉綠體吸收，而線粒體需求的氧氣都由葉綠體提供.①表示氧氣釋放量或②表示二氧化碳吸收量，都可以表示凈光合量;

2.當(dāng)光合作用等于呼吸作用

可以發(fā)生的途徑有：③、④.此時的光照強(qiáng)度為光補(bǔ)償點(diǎn)，葉綠體產(chǎn)生的氧氣正好被線粒體完全利用，線粒體產(chǎn)生的二氧化碳正好被葉綠體完全利用，凈光合效率為0;

3.當(dāng)光合作用小于呼吸作用（大于0）

可以發(fā)生的途徑有：③、④、⑤、⑥.葉綠體產(chǎn)生的氧氣都被線粒體吸收利用，葉綠體需要的二氧化碳也全由線粒體提供.⑥表示氧氣量吸收或⑤表示二氧化碳釋放量，都可以表示凈光合量（此時兩個值均為負(fù)值）;

4.當(dāng)光合作用等于0，即表示沒有光合作用

可以發(fā)生的途徑有：⑤、⑥，此時的凈光合速率完全是由呼吸作用決定.（0—⑥）（表示氧氣釋放量）或（0—⑤）（表示二氧化碳吸收量）都可以表示凈光合量（此時兩個值也均為負(fù)值）.

三、表示曲線

凈光合速率可以用氧氣釋放率或二氧化碳吸收率或有機(jī)物增加率來表示.由于測量氣體體積相對容易，因此，常用用氧氣釋放率或二氧化碳吸收率來表示凈光合速率.其曲線如圖3.

由于考查的對象是光合作用的變化，所以，一般認(rèn)為由圖中對應(yīng)的呼吸作用是一個恒定量.其中ABC對應(yīng)的上行曲線可以表示CO2吸收量或O2釋放量，在光照強(qiáng)度為0時，凈光合速率吸收的二氧化碳量（或氧氣釋放量）就是呼吸速率釋放的二氧化碳量（或氧氣吸收量），只是數(shù)值上正好是相反數(shù).

與ABC對應(yīng)的下行曲線（與ABC曲線正好以X軸為對稱軸），則可以表示CO2釋放量或O2吸收量.

在ABC曲線中，A點(diǎn)表示總光合速率為0，只有呼吸作用;B點(diǎn)對應(yīng)的光照強(qiáng)度為光補(bǔ)償點(diǎn)，表示的凈光合速率為0，此時的總光合速率等于呼吸速率;C點(diǎn)對應(yīng)的光照強(qiáng)度為光飽和點(diǎn)，在此光照強(qiáng)度后，光照增強(qiáng)，光合速率不再增強(qiáng).

四、測定

測定凈光合速率、呼吸速率和總光合速率可以用以下裝置進(jìn)行測定：

1.裝置圖及分析（注：忽略溫度對氣體膨脹的影響，如考慮則需要再設(shè)置對照組）

兩圖實(shí)驗(yàn)過程中都關(guān)閉玻璃閥門.

甲圖裝置小燒杯中放置的是氫氧化鈉溶液，目的是吸收玻璃鐘罩中的二氧化碳，這樣鐘罩內(nèi)就不存在二氧化碳，該鐘罩是用來測定呼吸作用，條件是遮光，紅色液滴移動的長度表示玻璃鐘罩中的氧氣被吸收量.

乙圖裝置小燒杯中放置的是碳酸氫鈉溶液，目的是緩沖玻璃鐘罩中的二氧化碳濃度，當(dāng)玻璃鐘罩內(nèi)二氧化碳減少時，能夠及時補(bǔ)充;當(dāng)玻璃鐘罩內(nèi)二氧化碳多時，可以吸收儲存.該鐘罩是用來測定凈光合作用，紅色液滴移動的長度表示玻璃鐘罩中的氧氣變化量.

2.測定的過程

（1）測定植物的呼吸作用強(qiáng)度：將甲圖裝置玻璃鐘罩遮光處理，放在適宜溫度的環(huán)境中，1小時后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度，得X值.

（2）測定植物的凈光合作用強(qiáng)度：將乙圖裝置放在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中，1小時后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度，得Y值（表示凈光合量）.

（3）總光合量=X+Y

五、例題

例1 圖5表示某植物葉肉細(xì)胞在光照強(qiáng)度分別為a、b、c、d時，單位時間內(nèi)葉肉細(xì)胞CO2釋放量和葉綠體O2釋放總量的變化.下列判斷錯誤的是（BC）

A.光照強(qiáng)度為a時，葉肉細(xì)胞不能進(jìn)行光合作用

B.光照強(qiáng)度為b時，光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度

C.光照強(qiáng)度為c時，葉肉細(xì)胞無呼吸作用

D.光照強(qiáng)度d時，葉肉細(xì)胞單位時間內(nèi)從外界吸收2個單位的CO2

解析 本題中題干一個關(guān)鍵性的表述是“葉肉細(xì)胞CO2釋放量和葉綠體O2釋放總量”，葉肉細(xì)胞CO2釋放量顯然是指葉肉細(xì)胞中經(jīng)過葉綠體和線粒體共同作用后再釋放出來的CO2量，是凈光合量;葉綠體O2釋放總量僅指葉綠體光合作用釋放的O2量，是指總光合量.理清了這一點(diǎn)，做題才能有了正確的思路.當(dāng)光照強(qiáng)度為a時，葉綠體無氧氣釋放，即不能進(jìn)行光合作用，A正確.光照強(qiáng)度為b時，葉肉細(xì)胞CO2釋放量3，即意味著其凈光合量為-3，因此，在光照強(qiáng)度為b時，光合作用小于呼吸作用，B答案錯誤.光照強(qiáng)度為c時，總光合量（氧氣釋放量）為6，此時的呼吸量仍為6，凈光合量為0，C錯誤;光照強(qiáng)度d時，葉肉細(xì)胞釋放的氧氣量為8，葉綠體產(chǎn)生8個單位氧氣，也需要8個單位CO2，而線粒體呼吸作用只能產(chǎn)生6個單位間CO2，因此，需要從外界吸收2個單位CO2，D正確.

例2 圖6中甲表示某種植物光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系，乙表示該植物葉肉細(xì)胞的部分結(jié)構(gòu)（圖中M和N代表兩種氣體的體積），下列說法正確的是（注：不考慮無氧呼吸）（D）

A.甲圖中的縱坐標(biāo)數(shù)值即為乙圖中的m4

B.在甲圖中a、b、c、d、e任意一點(diǎn)，乙圖中都有m1=n1>0，m2=n2>0

C.當(dāng)達(dá)到甲圖中e點(diǎn)時，可以通過增加光照強(qiáng)度來提供光合作用強(qiáng)度

D.甲圖中c點(diǎn)時，乙圖中有m1=n1=m4=n4

解析 本題甲圖是隨著光照強(qiáng)度變化的凈光合量曲線，乙圖中m1、m2、m3、m4都表示CO2，其中m1表示線粒體釋放的CO2，m4表示葉綠體吸收的CO2，m3表示細(xì)胞從外界吸收的CO2，m2表示細(xì)胞向外釋放的CO2;n1、n2、n3、n4均表示O2，n1表示線粒體吸收的O2，n4表示葉綠體釋放的O2，n2表示細(xì)胞吸收的O2，n3表示細(xì)胞向外釋放的O2.甲圖中的縱坐標(biāo)表示的CO2吸收量是指葉肉細(xì)胞從外界環(huán)境中吸收的CO2量，即乙圖中的m3，A錯誤;乙圖中，由于線粒體始終保持活動，因此，m1=n1>0，如果存在m2和n2，則兩者相等，這種情況的前提條件是總光合量小于呼吸量，當(dāng)總光合量大于或等于呼吸量時，m2和n2就不存在了，B錯誤;e點(diǎn)為光飽和點(diǎn)，即當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到e點(diǎn)對應(yīng)的光照強(qiáng)度時，光照強(qiáng)度再增加，光合作用強(qiáng)度也不再增加（不考慮溫度變化，凈光合強(qiáng)度也不增加），C錯誤;甲圖中的c點(diǎn)為光補(bǔ)償點(diǎn)，乙圖中葉綠體產(chǎn)生的O2正好被線粒體利用，線粒體產(chǎn)生的CO2也正好被葉綠體完全利用，由于在光合作用中，吸收的CO2和放出的O2是等值的，D正確.

參考文獻(xiàn)：

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