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有關(guān)光合作用和呼吸作用生成物量的計(jì)算
有關(guān)光合作用和呼吸作用生成物量的計(jì)算有關(guān)光合作用和呼吸作用生成物量的計(jì)算 李慶森 在近幾年的高考及其他考試的試題中，有關(guān)光合作用和呼吸作用生成物量的計(jì)算題頻頻出現(xiàn)。這類(lèi)試題涉及植物的光合作用和呼吸作用兩大生理過(guò)程，同時(shí)還與化學(xué)知識(shí)相結(jié)合，是綜合性較強(qiáng)的熱點(diǎn)試題。但學(xué)生在解答此類(lèi)試題時(shí)常常感到困難，甚至不知如何分析�，F(xiàn)以典型題目為例，分析以下此類(lèi)試題的解題思路，供大家參考。 1 例題 將某一綠色植物置于密閉的玻璃容器中，在一定條件下不給光照，ＣＯ２的含量每小時(shí)增加8ｍｇ；如給予充足的光照后，容器內(nèi)ＣＯ２的含量每小時(shí)減少36ｍｇ。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定上述光照條件下光合作用每小時(shí)能產(chǎn)生葡萄糖30ｍｇ。請(qǐng)回答： （1）上述條件下，比較光照時(shí)呼吸作用的強(qiáng)度與黑暗時(shí)呼吸作用的強(qiáng)度是_______的。 （2）在光照時(shí)植物每小時(shí)葡萄糖的凈生產(chǎn)量是_________ｍｇ。 （3）若一晝夜中先光照4ｈ，接著放置在黑暗的條件下20ｈ，該植物體內(nèi)有機(jī)物含量的變化是_________。 2 分析 光合作用強(qiáng)度大小的指標(biāo)一般用光合速率表示。光合速率通常以每小時(shí)每平方分米葉面積吸收二氧化碳的毫克數(shù)表示。由于綠色植物每時(shí)每刻（不管有無(wú)光照）都在進(jìn)行呼吸作用，分解有機(jī)物，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳；而光合作用合成有機(jī)物，吸收二氧化碳，釋放氧氣，只在有光條件下才能進(jìn)行。也就是植物在進(jìn)行光合作用吸收二氧化碳的同時(shí)，還進(jìn)行呼吸作用釋放二氧化碳，而呼吸作用釋放的部分或全部二氧化碳未出植物體又被光合作用利用，所以人們把在光照下測(cè)定的二氧化碳的吸收量（只是光合作用從外界吸收的量，沒(méi)有把呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳計(jì)算在內(nèi)）稱(chēng)為表觀光合速率或凈光合速率。如果我們?cè)跍y(cè)光合作用速率時(shí)，同時(shí)測(cè)其呼吸速率，把它加到表觀光合速率上去，則得到真正光合速率。即： 真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率 具體可表達(dá)為： 真正光合作用ＣＯ２的吸收量=表觀光合作用ＣＯ２的吸收量+呼吸作用ＣＯ２釋放量 如果將上述公式推廣到氧氣和葡萄糖，則得到下列公式： 真正光合作用Ｏ２釋放量=表觀光合作用Ｏ２釋放量+呼吸作用Ｏ２吸收量 真正光合作用葡萄糖合成量=表觀光合作用葡萄糖合成量+呼吸作用葡萄糖分解量 3 求解 根據(jù)上面的分析和題意可知，光照時(shí)葡萄糖凈（表觀）生產(chǎn)量是光合作用每小時(shí)產(chǎn)生的真正的（總的）葡萄糖量減去呼吸作用每小時(shí)消耗的葡萄糖量。而葡萄糖量與ＣＯ２量求解有直接關(guān)系，可通過(guò)ＣＯ２量的變化推測(cè)有機(jī)物（葡萄糖）含量的變化。 （1）先利用化學(xué)方程式計(jì)算出光照條件下，光合作用每小時(shí)真正產(chǎn)生30ｍｇ葡萄糖需要消耗的ＣＯ２量。 從上面計(jì)算結(jié)果可知，植物真正產(chǎn)生30ｍｇ的葡萄糖，需要44ｍｇ的ＣＯ２，而實(shí)際上容器內(nèi)ＣＯ２的含量每小時(shí)只減少36ｍｇ，還有8（44－36）ｍｇ的ＣＯ２來(lái)自光照條件下呼吸作用釋放出來(lái)的。與題目交待的不給光照時(shí)（只能進(jìn)行呼吸作用）產(chǎn)生的ＣＯ２量相等。所以在該條件下，光照時(shí)呼吸作用的強(qiáng)度與黑暗時(shí)呼吸作用的強(qiáng)度是相等的。 （2）由呼吸作用每小時(shí)產(chǎn)生的ＣＯ２的量是8ｍｇ，計(jì)算出消耗的有機(jī)物葡萄糖量 題目交待光照時(shí)，植物每小時(shí)真正（總的）能產(chǎn)生葡萄糖30ｍｇ，呼吸作用消耗5.5ｍｇ，則凈生產(chǎn)量為24.5（30－5.5）ｍｇ。 此問(wèn)題，還可以根據(jù)ＣＯ２的實(shí)際減少量來(lái)計(jì)算，題目交待在光照條件下容器內(nèi)的ＣＯ２的含量每小時(shí)減少36ｍｇ，這是與植物的呼吸作用無(wú)關(guān)的，減少的ＣＯ２已作為光合作用的原料合成了葡萄糖，也就是凈產(chǎn)生的葡萄糖，具體計(jì)算如（1）。 （3）根據(jù)上述（1）（2）的計(jì)算結(jié)果，可知一晝夜（24ｈ）中，4ｈ制造的葡萄糖總量為4×30=120ｍｇ，消耗總量為24×5.5=132ｍｇ，兩數(shù)說(shuō)明該植物體內(nèi)有機(jī)物含量減少。或者先計(jì)算4ｈ產(chǎn)生的葡萄糖量為4×24.5=98ｍｇ，再計(jì)算20ｈ黑暗（只有呼吸作用）消耗的葡萄糖量為20×5.5=110ｍｇ，然后再比較這兩個(gè)數(shù)據(jù)，可得出同樣結(jié)論。 4 與圖表的結(jié)合 （廣東省1999年高考試題）將某種綠色植物的葉片，放在特定的實(shí)驗(yàn)裝置中。研究在10℃、20℃的溫度下，分別置于5000Ｉｘ、20000Ｉｘ光照和黑暗條件下的光合作用和呼吸作用。結(jié)果如圖所示。 （1）該葉片的呼吸速率在20℃下是10℃下的______倍。 （2）該葉片在10℃、5000Ｉｘ的光照下，每小時(shí)光合作用所產(chǎn)生的氧氣量為_(kāi)___ｍｇ。 （3）該葉片在20℃、20000Ｉｘ的光照下，如果光合作用合成的有機(jī)物都是葡萄糖，每小時(shí)產(chǎn)生的葡萄糖為_(kāi)_____ｍｇ。 這道題與前面講述的例題相比，主要有兩點(diǎn)不同：一是前面的例題是以光合作用與呼吸作用過(guò)程中ＣＯ２量的變化作為計(jì)算依據(jù)，而此題是以Ｏ２量的變化作為計(jì)算依據(jù)。具體怎樣分析及所要用的公式前面的敘述中已經(jīng)提到。二是此題所需的數(shù)據(jù)及其他信息要從圖形中找到。所以要解答此題要求學(xué)生具有較高的識(shí)圖能力、圖像思維轉(zhuǎn)換能力和化學(xué)知識(shí)結(jié)合的綜合意識(shí)。 分析題中兩圖可知，上圖實(shí)際表示了黑暗條件下只有呼吸作用兩種不同溫度條件下的呼吸速率。由于題目沒(méi)有特別交待，人們一般認(rèn)為呼吸速率不受光照影響，光照條件下10℃和20℃時(shí)的呼吸速率仍然可表示為0.5ｍｇＯ２·ｈ-1，即后者是前者的3倍。 下圖較復(fù)雜，由于在光照條件下，植物體既有光合作用，又有呼吸作用，圖中所示的Ｏ２釋放量應(yīng)是光合作用釋放量減去呼吸作用消耗量的“凈量”，從圖中可得10℃、5000Ｉｘ的光照下Ｏ２釋放“凈量”為3.5ｍｇＯ２·ｈ-1。再?gòu)纳蠄D分析可知，在10℃下呼吸作用吸收0.5ｍｇＯ２·ｈ-1，利用前面分析時(shí)用到的公式，則此時(shí)光合作用實(shí)際釋放Ｏ２每小時(shí)為3.5+0.5=4.0ｍｇ。同理，不難求得20℃、20000Ｉｘ條件下光合作用實(shí)際每小時(shí)釋放Ｏ２量為：6+1.5=7.5ｍｇ，運(yùn)用光合作用反應(yīng)式可得此時(shí)光合作用每小時(shí)合成葡萄糖量為：7.5×180／32×6≈7.03ｍｇ。 故答案為（1）3�。�2）4�。�3）7.03 5 適應(yīng)性訓(xùn)練 假設(shè)某植物光合作用制造的有機(jī)物僅有葡萄糖，呼吸作用利用的有機(jī)物也只有葡萄糖。將此綠色植物置于密閉的玻璃容器中，在一定條件下給予充足的光照后，容器內(nèi)ＣＯ２的含量每小時(shí)減少了180ｍｇ，放在黑暗條件下，容器內(nèi)ＣＯ２含量每小時(shí)增加40ｍｇ。 （1）若測(cè)得該綠色植物在上述光照條件下每小時(shí)制造葡萄糖225ｍｇ，則上述光照條件下每小時(shí)通過(guò)呼吸作用釋放的ＣＯ２的量為_(kāi)________ｍｇ。 （2）其他條件不變，將此植物置于光照條件下1ｈ，再置于黑暗條件下4ｈ，此植物體內(nèi)有機(jī)物含量變化情況是_________，具體數(shù)值為_(kāi)________ｍｇ。 參考答案：（1）150 （2）增加 13.6
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