考点6 区分净光合作用速率和总光合作用速率，掌握相关计算规律
1．呼吸速率、总(真正)光合速率与表观光合速率的关系的确认
(1)光合作用速率表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物的生成量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为净光合速率和真光合速率。在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量，称为净光合速率，而植物真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。而呼吸速率是将植物置于黑暗中，实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量都可表示呼吸速率。
(2)不同情况下净光合量、真光合量和呼吸量的判定
条件
题目中常见的关键语句
所指的含义
光照条件下
植物“产生”的O2量，或植物“合成”的有机物的量
实质上是在叶绿体中产生的量，即光合作用总量或真光合作用量
植物“释放”的O2量，或植物“积累”的有机物的量
实质上是净光合作用量，即光合作用总量－呼吸作用消耗量
植物“吸收”的CO2量
实质上是净光合作用量
黑暗条件下
植物“释放”的CO2量
实质上是呼吸作用释放量
植物“吸收”的O2量
实质上是呼吸作用吸收量
(3)有机物积累量的表示方法：一昼夜有机物的积累量(用CO2的量表示)可用式子表示为：积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸释放的CO2量。
2．有关细胞呼吸计算的规律总结
规律一：细胞有氧呼吸时，葡萄糖∶CO2∶O2＝1∶6∶6；无氧呼吸时，葡萄糖∶CO2∶酒精＝1∶2∶2或葡萄糖∶乳酸＝1∶2。
规律二：消耗等量葡萄糖时，则酒精发酵与有氧呼吸产生的CO2
7
的摩尔数之比为1∶3；有氧呼吸消耗氧气摩尔数与有氧呼吸和酒精发酵产生的二氧化碳摩尔数之和的比为3∶4。
规律三：产生同样数量的ATP时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的摩尔数之比为19∶1。
规律四：在进行有氧呼吸和无氧呼吸的气体变化计算及反应速率比较时，应使用C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量和C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量这两个反应式，并结合化学课上所学的，根据化学方程式计算的规律和方法进行解答。
规律五：如果在题干中没有给出所要计算的具体数值，只有体积比，则可将此比值当成实际体积(或物质的量)进行计算，最后求解。
题组一 透过坐标系相关数据，辨析相关规律
1．(2012·新课标全国，29)将玉米种子置于25 ℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发，每天定时取相同数量的萌发种子，一半直接烘干称重，另一半切取胚乳烘干称重，计算每粒的平均干重，结果如图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳，据图回答下列问题：
(1)萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成__________，再通过______________作用为种子萌发提供能量。
(2)萌发过程中在____________小时之间种子的呼吸速率最大，在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为____________mg。
(3)萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质，其最大转化速率为____________mg·粒－1·d－1。
(4)若保持实验条件不变，120小时后萌发种子的干重变化趋势是____________，原因是________________________________________。
答案 (1)葡萄糖 呼吸(或生物氧化) (2)72～96 26.5 (3)22 (4)持续下降 幼苗呼吸作用消耗有机物，且不能进行光合作用
解析 解答本题的突破点：①正确分析坐标曲线的生物学含义：随着时间的延续，胚乳干重逐渐减少，种子的干重也逐渐减少。②两条曲线变化趋势不一致的原因：第(3)小问提到的“胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质”。
7
(1)淀粉被水解成葡萄糖后才能被细胞通过呼吸作用利用，为种子萌发提供能量。(2)因为胚乳减少的干重中有一部分转化成幼苗的组成物质，所以衡量种子的呼吸速率应以种子的干重减少量为指标。由图示曲线可以看出，在72～96 h之间，单位时间内种子的干重减少量最大，该时间段(24 h)内每粒种子呼吸消耗的平均干重为204.2－177.7＝26.5(mg)。(3)转化速率＝(胚乳的减少量－种子的干重减少量)/单位时间。在72～96 h内，转化速率为(161.7－118.1)－(204.2－177.7)＝17.1(mg·粒－1·d－1)，96～120 h内，转化速率为(118.1－91.1)－(177.7－172.7)＝22(mg·粒－1·d－1)，因此最大转化速率为22 mg·粒－1·d－1。(4)黑暗条件下，萌发种子只能进行细胞呼吸而不能进行光合作用，因而种子干重持续下降。
2．(经典高考)以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是( )
A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．其他条件不变，光照强度适当增强时，两曲线的交点将向左下方移动
答案 A
解析 分析题意与图像可知，图中的虚线代表净光合作用量，实线代表呼吸作用量。在光照下，光合作用制造的有机物总量(真光合作用量)＝呼吸作用消耗的有机物量(呼吸量)＋有机物的净积累量(净光合作用量)，即某温度下图中实线所对应的量加上虚线所对应的量就是真光合作用量。读取图中20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃等温度下对应的CO2的吸收量与释放量，根据上面的等式关系可以推断出：光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等；光照相同时间，在25 ℃条件下植物积累的有机物的量最多；温度高于25 ℃时，有机物的净积累量开始减少；两曲线的交点表示某温度时，有机物的净积累量与呼吸作用消耗的有机物的量相等，当其他条件不变，光照强度适当增强时，净光合作用量增大，两曲线的交点将向右上方移动。
3．(1)某科研人员将绿色的小麦叶片放在温度适宜的密闭容器内，在不同的光照条件下，测定该容器内氧气量的变化如图所示。如果小麦叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15 min内，小麦叶片光合作用的平均速率(用氧气产生量表示)是________mol/min。
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答案 6×10－8
解析 据图可知，0～5 min之间，小麦叶片在暗室中只进行呼吸作用，所以呼吸作用每分钟消耗氧气量＝(5－4)×10－7mol÷5 min＝0.2×10－7mol/min；5～15 min之间，小麦的净光合作用速率＝(8－4)×10－7mol÷10 min＝0.4×10－7mol/min；故5～15 min小麦的平均光合作用速率＝净光合作用速率＋呼吸消耗速率＝0.4×10－7mol/min＋0.2×10－7mol/min＝6×10－8mol/min。
(2)(2017·长沙模拟节选)如图为不同光照条件下，测得马尾松和锥栗的光合速率的变化曲线。
①图中C点锥栗的总光合速率_____(填“等于”“大于”或“小于”)马尾松的总光合速度。
②若锥栗每天接受12小时光照，且平均光照强度为1 200 lx，则一昼夜6 dm2的叶片净产生氧气________mmol。据图分析，马尾松林中的锥栗高度比马尾松低却能正常生长的原因是___________________________________________________________________。
答案 ①小于 ②288 锥栗在较弱光照条件下有生长优势
解析 ①图中C点锥栗的总光合速率为6＋2＝8 mmol·dm－2·h－1，马尾松的总光合速度为6＋4＝10 mmol·dm－2·h－1。②若锥栗每天接受12小时光照，且平均光照强度为1 200 lx，则净光合量为12×6＝72 mmol，而夜晚12小时消耗的氧气有12×2＝24 mmol，一昼夜6 dm2的叶片释放氧气(72－24)×6＝288 mmol。由于锥栗在较弱光照条件下有生长优势，所以马尾松林中的锥栗高度比马尾松低却能正常生长。
(3)如图表示在不同温度下，测定某植物叶片1 cm2质量(mg)变化情况(均考虑为有机物的质量变化)的操作流程及结果，据图分析回答问题：
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①从图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为________(mg·cm－2·h－1)(用图中字母表示)，实际光合速率可表示为____________(mg·cm－2·h－1)(用图中字母表示)。
②从图分析，恒定在上述________℃下，维持12 h光照，12 h黑暗，该植物叶片1 cm2增重最多，增重了____mg。
答案 ①X Y＋2X ②14 36
解析 ①由图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为X(mg·cm－2·h－1)，而单位时间光照下叶片重量的增加量表示的是净光合速率，故光照一小时总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝M＋Y－(M－X)＋X＝Y＋2X(mg·cm－2·h－1)。②从结果可以看出，在14 ℃下，维持12 h光照，12 h黑暗，该植物叶片增重最多，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率＝(3＋2×2)×12－2×24＝36(mg)。
题组二 透过表格数据，辨析相关规律
4．(2014·广东，26节选)观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表。请回答下列问题：
光照强度
叶色
平均叶面积(cm2)
气孔密度(个·mm－2)
净光合速率
(μmol CO2·m－2·s－1)
强
浅绿
13.6(100%)
826(100%)
4.33(100%)
中
绿
20.3(149%)
768(93%)
4.17(96%)
弱
深绿
28.4(209%)
752(91%)
3.87(89%)
注：括号内的百分数以强光照的数据作为参照。
与弱光下相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数____________，单位时间内平均每片叶CO2吸收量____________。对强光下生长的柑橘适度遮阴，持续观测叶色、叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改变的是______________，最后发生改变的是______________。
答案 少 少 净光合速率 叶面积
解析 柑橘平均每片叶的气孔总数＝平均叶面积×气孔密度，通过计算可知，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数最少，单位时间内平均每片叶CO2吸收量也少。在遮阴条件下，植物接受的光照减少，会首先影响其光合速率，净光合速率随之改变。为了适应弱光环境，植物要合成更多的叶绿素来尽量提高光合速率，一段时间后，植物叶面积也会变大，以便通过增加气孔总数来提高光合速率。
7
5．(1)(2017·泰安一模节选)某实验小组在提取与分离该植物的色素过程中，偶然发现其缺失叶黄素色素带。为了研究缺失该色素带的植株(甲)和正常的植株(乙)光合作用速率的差异，在不同的光照强度下测定了两植株的CO2吸收速率，结果如表：
光照强度(klx)
0
5
10
15
20
25
30
CO2吸收速率
(mg·m－2·h－1)
甲
－3.6
－0.72
2.4
3.0
4.8
6.9
7.0
乙
－4.6
－1
2.4
3.6
5.8
7.9
8.8
根据表格中信息可知，当光照强度为10 klx时，植株甲的光合作用速率______(填“大于”“小于”或“等于”)植株乙；当光照强度为25 klx时，植株甲积累的葡萄糖的量约为_________ mg·m－2·h－1。
答案 小于 4.7
解析 表中光照强度为10 klx时，植株甲的光合作用速率为2.4＋3.6＝6.0，植物乙的光合作用速率为2.4＋4.6＝7.0。当光照强度为25 klx时，植株甲积累的二氧化碳的量为6.9 mg·m－2·h－1，则换算成葡萄糖的量为≈4.7 mg·m－2·h－1。
(2)(2017·淄博一模节选)为探究不同条件对植物光合速率和呼吸速率的影响，某兴趣小组的同学利用盆栽植物进行了相关实验，结果见下表，则据表分析，可用于探究温度对光合速率影响的组别是__________________；Ⅱ组实验中CO2变化量的含义是________________；实验中植物生长最旺盛和呼吸作用最弱所对应的温度依次是______________。
组别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
温度(℃)
10
10
20
20
30
30
40
40
光照强度/lx
1 000
0
1 000
0
1 000
0
1 000
0
CO2初始量(相对值)
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
12 h后CO2量(相对值)
4.5
5.1
3.5
5.4
1.9
5.9
2.0
5.8
答案 Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ 10 ℃时，12 h植物呼吸释放CO2的量 30 ℃和10 ℃
解析 表中Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ对应的数据表明：这几个实验组最初所提供光照强度和CO2量是相同的，不同的是温度，故自变量是温度，无关变量是光照强度、二氧化碳浓度，所以可以构成一个实验组合。据表分析，30 ℃时该植物12 h通过光合作用吸收CO2的量为5.0－1.9＝3.1，是最多的一组，最有利于植物生长。由表中Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ对应的数据表明：10 ℃时该植物12 h通过呼吸作用释放的CO2总量为5.1－5.0＝0.1，是最少的一组。
(3)(2017·宣城二模节选)植物各器官生长发育消耗的有机物都是通过叶光合作用合成。研究人员在不同条件下，对某一时刻番茄叶肉细胞中有机物含量的影响进行了研究，实验结果如表所示(土壤含水量是指土壤最大含水量的百分比)。则：
光照强度
土壤含水量 (%)
有机物含量 (g·L－1)
7
正常光
80
1.9
40
1.6
弱光
80
1.2
40
1.4
①当土壤含水量为40%时，植物表现为缺水，此时，弱光条件下其叶肉细胞中的有机物含量反而多于土壤含水量为80%时，从水分供应角度分析原因可能是_______________________。
②叶肉细胞的净光合作用等于光合作用合成的有机物减去叶肉细胞呼吸作用消耗的有机物。表中所示有机物含量是否是叶肉细胞净光合作用？________(填“是”或“不是”)，说明理由__________________________________________________________________________。
答案 ①土壤缺水对呼吸作用的影响大于对光合作用的影响 ②不是 表中所示叶肉细胞中有机物是光合作用合成量减去细胞呼吸作用消耗量和运到其他器官后的量
解析 ①当土壤含水量为40%时，植物表现为缺水，此时，弱光条件下其叶肉细胞中的有机物含量反而多于土壤含水量为80%时，从水分供应角度分析原因可能是土壤缺水对呼吸作用的影响大于对光合作用的影响。②净光合作用量＝总光合作用量－呼吸作用消耗量。由于叶肉细胞光合作用合成有机物后，一部分用于自身呼吸作用，一部分运输到植物体其他部位，剩余的部分即为叶片的“有机物含量”，因此该值不能表示叶肉细胞的净光合作用量。
7
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