Question

20．图中甲、乙分别表示温度和光照强度对大叶黄杨代谢强度的影响，代谢强度以CO₂吸收或释放量（mmol/单位面积•h）表示； 图丙表示温度和光照强度对北沙参代谢强度的影响，代谢强度以干重增加速率（mg/单位面积•h）表示．请回答下列问题：（在研究某环境因素对该植物代谢的影响时，其他条件均为最适状态）

（1）图甲中曲线A和曲线B分别代表大叶黄杨的真光合速率和呼吸作用速率，温度为42.5℃时，大叶黄杨从外界吸收CO₂的相对量为-2（2）
（3）（4．45℃以后两曲线的变化趋势不同的原因是光合作用有关的酶对高温更敏感（或呼吸作用有关的酶更耐高温）．
（2）结合图甲，图乙中植物的CO₂吸收的相对量是在温度为30时测定的．如果大叶黄杨在图乙所示E点光照强度下，光照9小时并黑暗处理15小时，则单位面积的叶片24小时内积累的葡萄糖量有180mg．
（3）图丙中，20℃条件下，C点以后北沙参光合速率不再增大的限制因素是温度．30℃、5Klx光照强度时的总光合速率等于（大于、等于、小于）20℃、8Klx光照强度时的总光合速率．
（4）以下是等质量的不同植物在密闭容器里做的实验（不同器官呼吸作用强度相同）：

容器	植物种类	植物部位	光 颜色	温度（℃）	O2增加量（mL/8小时）
1	紫罗兰	叶	红	25	110
2	紫罗兰	叶	绿	25	0
3	紫罗兰	根	红	25	-20
4	菠菜	叶	红	25	100
5	菠菜	叶	无光	25	M

表格中M为-30时，红光条件下紫罗兰和菠菜叶的实际光合作用速率是相同的．第2组实验表示有机物的积累量为零．紫罗兰叶片处于此条件下8小时内，叶肉细胞中叶绿体内产生的O₂总量大于 （填“大于”“小于”或“等于”）线粒体中消耗的O₂总量，叶绿体内产生的ATP总量大于（填“大于”“小于”或“等于”）线粒体中产生的ATP总量．
（5）某生物科技小组借助5套密封装置，研究不同光照强度与该绿色植物O₂相对释放量的关系．在其他条件相同的情况下，1h内记录到如下表所示的实验结果：

光照强度（lx） O2释放量（mL） 组别	0	400	800	1200	1600
1	-3.0	-1.3	0	5.5	10.7
2	-3.2	-1.1	-0.1	5.4	10.6
3	-3.1	-1.2	0.1	5.6	10.8
平均值

在每种光照条件下，均设置了l、2、3组是遵循了平行重复原则．上述三组实验条件下最大O₂产生量平均为每小时13.8mL．
（6）科学家通过对绿色植物转换CO₂的研究中知道：①在一定浓度范围内，绿色植物对外界CO₂的转换为定值（实际光合作用消耗的CO₂量=外界CO₂量×转换率+呼吸作用CO₂释放量）；②绿色植物光合作用利用 的CO₂来自于外界与呼吸作用两方面．已测得呼吸作用释放CO₂为0.6umol/h，现用红外测量仪在恒温不同光照下测得如下的数据，实际光合量用葡萄糖表示
（光合作用总反应式：6CO₂+12H₂$→_{叶绿体}^{光能}$C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O）

外界CO2浓度（μmol/h） 实际光合量（μmol/h）		1.2	2.4	3.6	4.8
光照强度（klx）	1	0.1	0.1	0.1	0.1
	2	0.27	0.44	0.61	0.78

①当光照强度为1klx时，实际光合量都为0.1μmol，此时光合作用与呼吸作用的关系为光合作用强度=呼吸作用强度，光合作用中所需的CO₂全部由呼吸作用提供；当光照强度为2klx时，实际光合量0.27μmol/h时，植物从外界吸收CO₂为1.02μmol/h，植物对外界CO₂转换率为0.85．
②设外界CO₂浓度为6.0μmol/h、光照强度为2klx时，植物对外界CO₂转换率与上述相同，则该条件下绿色植物的实际光合量为0.95μmol/h．

Answer 1

分析 1、甲图是温度对叶黄杨光合作用强度、呼吸作用强度的影响，A是实际光合作用强度随温度变化而变化的曲线，B曲线表示呼吸作用强度随温度变化而变化的曲线，由曲线可知，大叶黄杨最适宜的光合作用的温度是30℃，45℃是呼吸作用的最适宜温度，45℃以后，随温度升高A、B曲线均下降，但是曲线A降低更迅速，说明光合作用对高温更敏感，呼吸作用较耐高温．
乙图是光合作用强度随温度变化的曲线，纵轴表示二氧化碳的吸收量，为净光合作用强度，C点表示呼吸作用强度，D点是光的补偿点，最大净光合速率是6，因此实际最大光合速率是6+2=8，该曲线是温度为30℃时净光合速率随光照强度变化而变化的曲线．
丙图是不同光照强度、温度条件下，干物质增加速率，代表净光合作用速率；由题图可知，在20℃、30℃、40℃三个温度条件下，30℃净光合速率最大，其次是20℃，40℃条件下净光合速率最小．
2、从实验表格1中可以看出，本实验重复了3次，多次重复实验能够避免偶然，从若干次实验中都得出相同的结论，体现出结论的广泛性．表格中的光照强度为0lx时，植物只进行呼吸作用，因此求出的平均值即3.2为呼吸作用强度；光照强度为400lx时，氧气的释放量的平均值为-1.1ml，表示此时呼吸作用大于光合作用；光照强度为800lx时，氧气的释放量的平均值为0，表示此时呼吸作用等于光合作用；此后都是光合作用大于呼吸作用．
3、分析表格2中的信息可知，实验的自变量是外界二氧化碳的浓度和光照强度，因变量是实际光合量．实际光合作用强度=表观光合作用强度+呼吸作用强度，影响光合作用的环境因素有温度、光照强度、CO₂浓度等．

解答 解：（1）由题图甲可知，温度为42.5℃时大叶黄杨实际光合作用强度是3，呼吸作用强度是5，因此大叶黄杨从外界吸收CO₂的相对量为3-5=-2．
由分析可知，光合作用有关的酶对高温更敏感，呼吸作用有关的酶更耐高温，因此45℃以后光合作用、呼吸作用曲线的变化趋势不同．
（2）由分析可知，图乙中植物最大净光合作用速率是2，呼吸作用速率是2，实际光合作用速率是8，对应甲图中30℃时的实际光合作用速率；大叶黄杨在图乙所示E点光照强度下的净光合速率是4，光照9小时并黑暗处理15小时，则单位面积的叶片24小时内吸收的二氧化碳量是4×9-2×15=6mmol，积累葡萄糖相对量是1mmol，即为180mg．
（3）由题图可知，丙图中，20℃条件下，C点以后北沙参光合速率不再增大，但是升高温度会提高光合作用速率，因此限制因素是温度．图丙中，30℃、5Klx光照强度时的总光合速率是8+4=12，20℃、8Klx光照强度时的总光合速，10+2=12，二者相等．
（4）根据紫罗兰叶在红光照射下氧气增加量为110（mL/8小时），根氧气增加量为-20（mL/8小时），可推出M为-30（mL/8小时）时，红光条件下紫罗兰和菠菜叶的实际光合作用速率是相同的．第2组实验表示有机物的积累量为零．光合作用强度等于呼吸作用强度，紫罗兰叶片处于此条件下8小时内，叶肉细胞中叶绿体内产生的O₂总量大于线粒体中消耗的O₂总量，叶绿体内产生的ATP总量大于线粒体中产生的ATP总量．
（5）在进行探究实验时，进行多次重复实验，最后可以取平均值，从而减小实验的误差．当光照强度为1600lx作用强度最大，释放O₂平均值10.6ml光合速率．表格中的光照强度为0lx时，植物只进行呼吸作用，因此求出的平均值即3.2ml为呼吸速率，因此上述实验条件下最大O₂产生量每小时=10.6+3.2=13.8ml．
（6）①当光照强度为1klx时，实际光合量都为0.1μmol，原因是光照强度弱，光反应生成的ATP和[H]的量有限．光合作用强度=呼吸作用强度，光合作用中所需的CO₂全部由呼吸作用提供．当光照强度为2klx时，当实际光合量0.27μmol/h时，消耗C0₂的量=0.27×6=1.62μmol/h，植物从外界吸收CO₂的量=1.62μmol/h-0.6umol/h=1.02μmol/h；植物对外界CO₂转换率=1.02÷1.2=0.85．
②外界CO₂浓度为6.0μmol/h时，该条件下绿色植物的实际光合量=（6.0×0.85+0.6）÷6=0.95μmol/h．
故答案为：
（1）-2       光合作用有关的酶对高温更敏感（或呼吸作用有关的酶更耐高温）
（2）30    180     
（3）温度   等于   
（4）-30   大   大
（5）平行重复     13.8
（6）①光合作用强度=呼吸作用强度，光合作用中所需的CO₂全部由呼吸作用提供  1.02   0.85  ②0.95

点评 本题的知识点是光合作用、呼吸作用的物质变化、能量变化和场所，光合作用与呼吸作用之间的关系，影响光合作用和呼吸作用的环境因素，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识的内在联系，形成知识网络，并学会应用相关知识结合题图信息进行推理、通过分析、比较等方法综合解答问题，认同结构与功能相适应的生物学观点．