密闭空间内生物光合作用和呼吸作用分析

邓海姣

摘 要：细胞呼吸和光合作用是生物体维持正常生命活动的重要代谢过程也是高考中的高频考点，利用密闭空间内气体的变化量不仅可以判断细胞呼吸的方式而且可以测定生物体呼吸作用强度和光合作用强度进而综合分析生物体呼吸作用和光合作用曲线。

关键词：光合作用;呼吸作用;净光合速率

呼吸作用是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。呼吸作用根据是否消耗氧气分为有氧呼吸和无氧呼吸。动物不能进行光合作用只能通过呼吸作用為体内各项生命活动提供能量;大多数绿色植物是自养生物除了进行呼吸作用消耗有机物还能利用光合作用积累有机物。自然状态下，生物体释放的CO2或者消耗的O2很难收集因而无法判断呼吸的方式及测定呼吸和光合作用强度。如果在密闭容器内以容器内气体的变化量引起的液滴方向移动和距离变化就可以判断生物体呼吸的方式及测量呼吸速率及光合速率。

一、测定生物细胞呼吸和光合作用速率

【例1】某同学用下图所示实验装置测定果蝇幼虫的呼吸速率。实验所用毛细管横截面积为1mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25℃水浴中，10min后关闭软管夹，随后每隔5分钟记录一次毛细管中液滴移动的位置。

密闭容器内的生物材料是动物体，只需要考虑细胞呼吸，不需要考虑光合作用，果蝇进行无氧呼吸，不消耗O2，产物只有乳酸，液滴不发生移动;有氧呼吸消耗O2，产生的CO2被X（NaOH）溶液吸收，装置内气体总体积减少，液滴向左移。单位时间内液滴左移的距离表示细胞呼吸的速率。

【例2】某生物兴趣小组设计了以下装置进行光合作用强度的测试实验（忽略温度对气体膨胀的影响）。

①测定植物的呼吸作用强度：装置的烧杯中放入NaOH溶液;将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中;30分钟后记录红墨水滴移动的方向和刻度。

②测定植物的净光合作用强度：装置的烧杯中放入NaHCO3溶液;将装置放在光照充足、温度适宜的环境中;30分钟后记录红墨水滴移动的方向和刻度。请预测红墨水滴移动方向并分析原因：

装置中的植物既要进行呼吸作用也要进行光合作用。玻璃罩遮光处理后排除了光合作用的影响，植物只进行呼吸作用，单位时间内红墨水左移的距离表示细胞呼吸的速率。若要测定植物净光合作用速率必须给予适宜的光照和温度，植物光合作用强度大于呼吸作用强度时释放氧气，装置内气体量增加，液滴右移，单位时间内右移的距离代表净光合强度。

二、密闭空间内生物呼吸和光合作用曲线分析

【例3】在天气晴朗的夏季，将用全素营养液培养的植株放入密闭的玻璃罩内放在室外进行培养.每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度，绘制成如图所示曲线（水平虚线表示：实验开始时玻璃罩内CO2浓度）.

分析图中的曲线：AB段——无光照，植物只进行呼吸作用，CO2浓度不断上升;BC段——凌晨温度较低，呼吸减弱，CO2浓度上升的速率减低;CD段——开始进行光合作用，呼吸作用强度大于光合作用强度，CO2浓度仍在上升，到D点达到最大值，此时光合速率等于呼吸速率;DH段——光合作用强度大于呼吸作用强度，CO2浓度不断下降，H点达到最小值，此时光合速率又等于呼吸速率;HK段——光照持续减弱直至光照停止，CO2浓度又开始上升。

密闭容器内CO2浓度上升（O2浓度下降）表示只进行呼吸作用或者呼吸作用强度大于光合作用强度;CO2浓度下降（O2浓度上升），表示光合作用强度大于呼吸作用强度;当CO2浓度（O2浓度）达到最大值或者最小值代表光合作用强度等于呼吸作用强度。

参考文献：

[1]黄剑兴.初高中生物学教学衔接策略——以“光合作用”教学为例[J].福建基础教育研究，2018（11）：125-126.