光合作用曲线的 “点点”分析

安徽 徐新河

光合作用曲线的 “点点”分析

安徽 徐新河

在影响光合作用因素的分析中，多变量因素影响下的光合作用曲线变化一直是一个很有迷惑性的问题。这类问题包括光照强度为横坐标，改变温度或CO2浓度或植物情况下的变化；CO2浓度为横坐标，改变光照强度或温度或植物情况下的变化；以及以温度为横坐标，改变光照强度或CO2浓度或植物情况下的变化等。

1.光照强度为横坐标，改变温度或CO2浓度或植物情况下的光合速率变化

1.1 光照强度与温度为两个自变量时的曲线变化

例1.（改编）环境CO2浓度一定，其他条件均最适宜时，北沙参在不同温度和光照强度条件下的光合速率如图1所示，光合速率以干重增加速率（mg/单位面积·h）表示。请回答下列问题：

图1

（1）图1表明影响植物光合作用强度的环境因素是________。

（2）25℃条件下比15℃条件下的光补偿点________（填“低”或“高”），把温度从25℃降至15℃条件下光饱合点（________填“升高”或“降低”）。

（3）25℃条件下，5 Klx光照强度时的真正光合速率________（填“大于”“等于”或“小于”）P点代表的真正光合速率。在14 Klx光照照度下，25℃条件下限制其光合速率增加的主要环境因素有_______________。

【规律分析】先分析一种温度条件下的曲线变化：光照强度为0时，纵坐标数值代表呼吸速率，曲线与横坐标的交点是光补偿点，表示光合速率与呼吸速率相等时的光照强度。当曲线上升到不再随光照强度增加而增加时的光照强度为光饱合点。再对比分析两条曲线，可知在未达到最适温度前，升高温度时呼吸速率上升，光补偿点升高，同样光饱合点也升高。当达到光饱合点时限制其变化的环境因素一般为其他的不是最适条件下的无关变量，如温度、CO2浓度等。真正光合速率是净光合速率与呼吸速率之和，所以净光合速率高时不一定真正光合速率高。

【参考答案】（1）光照强度和温度 （2）高 降低（3）等于 温度和CO2浓度

1.2 光照强度与CO2浓度为两个自变量的曲线变化

例2.（2007·北京卷）科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图2。请据图判断下列叙述不正确的是 （ ）

图2

A.光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同

B.光照强度为 b 时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同

C.光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高

D.光照强度为a～c，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高

【规律分析】当曲线中有多个自变量时，先从一个自变量开始分析，如只分析曲线Ⅰ，自变量就是光照强度。再分析曲线Ⅰ和Ⅱ，这两条曲线的区别是温度，所以可以固定某个光照强度，比较温度变化下的光合作用强度变化，可以发现适当提高温度，光饱合点上升，且达到光饱合点后，温度较高的光合速率高。再分析曲线Ⅱ和Ⅲ，这两条曲线的区别是CO2浓度，固定某个光照强度下，比较CO2浓度变化下的光合作用强度变化，可以发现适当提高CO2浓度，光饱合点也上升，且达到光饱合点后，CO2浓度较高的光合速率高。

【参考答案】D

1.3 光照强度与植物种类为两个自变量的曲线变化

例3.（2007·全国卷Ⅱ·节选）图3表示光照强度对A、B两种C3植物光合作用强度的影响。据图回答：

图3

（2）在农业生产中，与B植物相比，A植物应种植在________条件下。

【规律分析】与环境因素影响光合速率不同，植物的不同是光合速率变化的内因。对图中任意一条曲线来说，就是确定某种植物时，其他的环境因素如温度、CO2浓度等为适宜或是固定为某一个数值时，随光照强度的增加，光合作用强度增加，存在光补偿点与光饱合点。而对另一种植物来说，趋势是一样的，但是可能由于植物种类不同，而出现光补偿点与光饱合点的不同。如阴生植物较阳生植物来说，其光补偿点与光饱合点都比较低，而且光饱合点时的光合作用强度也比较低。

【参考答案】（1）在低于P光照强度下B植物光能利用率比A植物的高，在高于P光照强度下A植物光能利用率比B植物的高 （2）较强光照

2.CO2浓度为横坐标，改变光照强度或植物种类下的光合速率变化

2.1 CO2浓度与光照强度为两个自变量的曲线分析

例4.（改编）将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在未达到最适光照强度下测定叶片光合作用的强度（以CO2吸收速率表示），测定结果如图4。下列相关叙述，正确的是 （ ）

图4

A.如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移

从2017年1—12月在北大医疗健康管理中心进行健康体检、年龄18岁以上的人群57 686人中筛查，选取体检项目中包括尿酸、身高、体质量、血压、空腹血糖、血脂及重要病史信息无缺失者，排除既往患有高尿酸血症、高血压、糖尿病、高脂血症正在服用药物治疗的人员，最终纳入研究对象52 673人，其中男性27 419人（52.06%），女性25 254人（47.94%）。

B.如果光照强度适当降低，a点右移，b点左移

C.如果光照强度适当升高，a点左移，b点左移

D.如果光照强度适当升高，a点右移，b点左移

【规律分析】当CO2浓度为横坐标时，光照强度、温度、植物种类等为无关变量，需要控制在相同条件下，保证单一变量为CO2浓度。当在一定光照强度下，某个CO2浓度下光合速率与呼吸速率相等，这个CO2浓度为CO2补偿点，而达到某个CO2浓度时，光合速率达到最大，再增加CO2浓度，光合速率也不增加，这个CO2浓度为CO2饱合点。在未达到最适光照强度时，适当增加光照强度，增加了光反应的强度，光合作用速率增加，呼吸速率不变，光补偿点会左移。同样整体光合作用速率增加，最大光合作用速率所需要的CO2浓度也增加，光饱合点也会右移。

【参考答案】B

2.2 CO2浓度与植物种类为两个自变量的曲线分析

例5.（ 2009·全国卷Ⅱ）（1）图5表示A、B两种植物的光照等其他条件适宜的情况下，光合作用强度对环境中CO2浓度变化的响应特性。据图判断在CO2浓度为300μL·L-（1接近大气CO2浓度）时，光合作用强度较高的植物是______________。

（2）若将上述两种植物幼苗置于同一密闭的玻璃罩中，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，生长首先受影响的植物是_______，原因是__________________。

（3）当植物净固定CO2量为0时，表明植物__________。

图5

【规律分析】当坐标中出现两条曲线，代表两种变量的作用时，可固定某一CO2浓度，看不同植物出现的差异，如较低的CO2浓度下，哪种植物光合作用强度高，进而比较两种植物的CO2补偿点和CO2饱合点的不同，从而形成两种植物的具体不同。

【参考答案】（1）A （2）B 两种植物光合作用强度对CO2浓度变化的响应特性不同，在低浓度CO2条件下，B植物利用CO2进行光合作用的能力弱，积累光合产物少，故随着玻璃罩中CO2浓度的降低，B植物生长首先受影响 （3）光合作用固定的CO2量与呼吸释放的CO2量相等

3.温度为横坐标，改变CO2浓度等条件下的光合作用速率的变化

例6.（改编）图6表示一定光照强度下，不同CO2浓度下的温度对光合作用和呼吸作用速率的影响曲线，下列说法正确的是 （ ）

图6

A.在大气CO2浓度下适于农作物有机物量积累的温度是30℃左右

B.随温度的增加，两种CO2浓度下植物有机物的积累量都在增加

C.低于25℃的一定范围内，适当提高温度，CO2饱合点可能增加

D.大于35℃，饱合CO2浓度条件下植物生长状态较大气CO2浓度下差

【规律分析】温度影响植物呼吸作用与光合作用相关酶的活性，一般光合作用的相关酶的最适温度较低，而呼吸作用的相关酶的最适温度较高。随温度的升高，较低温度下，光合作用速率增加的较快，而呼吸作用速率增加得较慢，表观（净）光合速率表现出增加。较高温度下，呼吸作用速率增加得较快，而光合作用速率增加得较慢甚至会出现下降，这样表观光合速率表现为增加变缓，也可能表现出下降。当达到某个温度时，光合速率与呼吸速率相等或光合速率小于呼吸速率时，表观光合速率为0或为负值，植物生长受影响。

当温度和CO2浓度为两个自变量时，除了分析单个曲线中温度对光合作用的影响外，还要固定某个温度，对比不同CO2浓度下光合作用速率的变化情况。在一定温度范围内，光照强度不变，随CO2浓度的增加，光合速率增加，这样，适当提高温度，CO2饱合点可能增加。同样适当提高温度，光饱合点也可能增加。

【参考答案】C

总之，分析多种变量对植物光合作用的影响时，首先限制其他变量，分析单一变量条件下光合作用速率的变化。无论曲线以哪个变量为横坐标，曲线中又有哪些变量的变化而产生的变化，都可以固定某些变量，只研究其中的某一个变量所产生曲线的不同，进而得出在变化条件时发生的曲线与坐标交点、拐点、曲线与曲线交点等“点点”的变化情况。

（作者单位：安徽省阜阳市第三中学）