“四种图”厘清光合作用与有氧呼吸

蒋立锋 郭 育

(1 陕西省柞水中学 商洛 711400； 2 陕西省西安市田家炳中学 西安 710500)

光合作用与呼吸作用是生物学中最基本的内容，是高考考查的重点，通过“四种图”来厘清两者从微观到宏观的逻辑关系，通过相关概念、原理、曲线、计算以及实验为抓手，可以系统性地彻底解决光合作用与呼吸作用相关问题。

1 反应式概念图

依据概念可用①式表示，但在教学中，经常讨论暗反应到底有没有水产生，依据教材上的原理图来看，并没有提及是否有水产生，这是高中教材对这一原理进行了简化处理，实际过程中是有水产生的；此外，从实际的原理和简化教学来看，②式更为合适。

2 原理图

2.1 过程图 光合与呼吸作用的过程图可以借用2017年全国Ⅱ卷中的题图形表示(图1)，该图简洁而清晰地显示了各种分子的转换关系和场所，有助于解决教学中的物质与能量转换问题，其中，相似的概念应重点加以区分，如三碳化合物、[H]、能量、酶和膜等。

2.2 生物图 从生命系统的层次来看，分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统、生物圈均会涉及光合与呼吸作用，其实质是两者在时间与空间的区别和联系，厘清暂时与永恒、局部与整体的辩证关系，尤其是以活细胞为基本单位分析这类问题时，更应顺应这一思路： 局部光合、整体呼吸，暂时光合、永恒呼吸。相关物质的去向与数量、生物生长与否、环境中的气体变化等问题，均需要依据上述思路和对应的生物图才能正确理解与计算。图2列举了三种常见的生物图。

图1 光合和呼吸作用过程图

图2 光合与呼吸作用不同层次的生物图

3 曲线图

将上述生物图中的生理过程通过测量某些相关物质(CO2、 O2、葡萄糖等)所得的数据呈现出来，常见形式有数据表格、柱状图、曲线图等，其本质相同，其中曲线图最为简洁直观。分析光合与呼吸作用的曲线图，首先要弄清纵、横坐标的含义，其次要特别注意曲线的交点、斜率、面积等，最后能用生物图解释曲线图。

3.1 呼吸、光合与净光合概念辨析 总结如表1。

表1 呼吸、光合与净光合概念辨析

3.2 曲线图模型及其变形 图3是经典的曲线模型。

图3 经典的曲线模型

其中，A点： 黑暗条件下，细胞不进行光合作用，只进行呼吸作用。吸入线粒体中的O2的物质的量等于其释放的CO2的物质的量。

A→B： 如图所示，在较弱光照强度下，呼吸强度大于光合强度，细胞表现为吸收O2、放出CO2。其中m=m1+m2； n=n1+n2； m=n； m1=n1； m2=n2。

B点： 在光补偿点时，呼吸强度等于光合强度，细胞表现为既不吸收气体也不放出气体。光合作用产生的O2全部被线粒体吸收；呼吸作用产生的CO2全部被叶绿体吸收。

B→C： 较强光照强度下，光合强度大于呼吸强度，细胞表现吸收CO2、放出O2。其中a=a1+a2； b=b1+b2； a=b； a1=b1； a2=b2。

图3曲线是在仅光照强度呈线性增加而其他因素均保持不变时测得的净光合速率变化，该条件下光合速率呈先增加后稳定的线性特征，而呼吸速率则默认保持不变，维持在光照强度为零时的数值。因此，该图形应该是经典的理想型模型图。

实际环境下，一天内的环境因素变化并不呈线性，而且光照强度改变后一定影响温度，因此实际环境中的曲线并非线性增加或降低这么简单，会变形成多种复杂的曲线。这种在实际环境下测得光合曲线图(图4)，分别以植物和环境为分析对象，互相印证，直接和间接地反映出植物的净光合速率变化。由于横轴为时间，故该曲线图与横轴围成的面积可表示该时间段内植物的净光合量，计算时注意正负。

图4 光合作用与时间关系

4 实验图

4.1 实验装置图 该装置(图5)借助密闭空间中的气体变化，来反映生物的相关生理过程的快慢关系，可分为探究呼吸方式、呼吸底物种类和探究净光合速率。总体来看，该装置的目的是为了探究细胞呼吸和光合作用，由于内部生物种类和条件的不同，可分别反映不同层次的细胞呼吸和光合作用的差异。例如黑暗时，可测得细胞呼吸；如将其配置成生态瓶，则可以测得净生产量。

图5 光合作用与有氧呼吸检测装置

4.2 实验原理、结果及结论 总结如表2。

表2 光合与呼吸检测实验原理、结果及结论

表2 光合与呼吸检测实验原理、结果及结论

目的有氧呼吸无氧呼吸有氧呼吸底物净光合速率净生产量烧杯内试剂NaOH溶液蒸馏水蒸馏水NaHCO3NaHCO3有色液滴移动左移右移左移或不移左、右移或不移左、右移或不移原理O2减少CO2产生大于O2消耗糖类氧化分解消耗的O2和产生的CO2相同,脂肪比糖类氧化分解消耗的O2多而产生的CO2少CO2不变,植物光合作用产生的O2与有氧呼吸消耗的O2不尽相同CO2不变,生产者光合作用产生的O2与生产者、消费者、分解者有氧呼吸消耗的O2不尽相同