有關光合作用和呼吸作用生成物量的計算

李慶森

在近幾年的高考及其他考試的試題中，有關光合作用和呼吸作用生成物量的計算題頻頻出現。這類試題涉及植物的光合作用和呼吸作用兩大生理過程，同時還與化學知識相結合，是綜合性較強的熱點試題。但學生在解答此類試題時常常感到困難，甚至不知如何分析。現以典型題目為例，分析以下此類試題的解題思路，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的含量每小時增加8ｍｇ；如給予充足的光照后，容器內ＣＯ２的含量每小時減少36ｍｇ。據實驗測定上述光照條件下光合作用每小時能產生葡萄糖30ｍｇ。請回答：

（1）上述條件下，比較光照時呼吸作用的強度與黑暗時呼吸作用的強度是_______的。

（2）在光照時植物每小時葡萄糖的凈生產量是_________ｍｇ。

（3）若一晝夜中先光照4ｈ，接著放置在黑暗的條件下20ｈ，該植物體內有機物含量的變化是_________。

2　分析

光合作用強度大小的指標一般用光合速率表示。光合速率通常以每小時每平方分米葉面積吸收二氧化碳的毫克數表示。由于綠色植物每時每刻（不管有無光照）都在進行呼吸作用，分解有機物，消耗氧氣，產生二氧化碳；而光合作用合成有機物，吸收二氧化碳，釋放氧氣，只在有光條件下才能進行。也就是植物在進行光合作用吸收二氧化碳的同時，還進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定的二氧化碳的吸收量（只是光合作用從外界吸收的量，沒有把呼吸作用產生的二氧化碳計算在內）稱為表觀光合速率或凈光合速率。如果我們在測光合作用速率時，同時測其呼吸速率，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

根據上面的分析和題意可知，光照時葡萄糖凈（表觀）生產量是光合作用每小時產生的真正的（總的）葡萄糖量減去呼吸作用每小時消耗的葡萄糖量。而葡萄糖量與ＣＯ２量求解有直接關系，可通過ＣＯ２量的變化推測有機物（葡萄糖）含量的變化。

（1）先利用化學方程式計算出光照條件下，光合作用每小時真正產生30ｍｇ葡萄糖需要消耗的ＣＯ２量。

從上面計算結果可知，植物真正產生30ｍｇ的葡萄糖，需要44ｍｇ的ＣＯ２，而實際上容器內ＣＯ２的含量每小時只減少36ｍｇ，還有8（44－36）ｍｇ的ＣＯ２來自光照條件下呼吸作用釋放出來的。與題目交待的不給光照時（只能進行呼吸作用）產生的ＣＯ２量相等。所以在該條件下，光照時呼吸作用的強度與黑暗時呼吸作用的強度是相等的。

（2）由呼吸作用每小時產生的ＣＯ２的量是8ｍｇ，計算出消耗的有機物葡萄糖量

題目交待光照時，植物每小時真正（總的）能產生葡萄糖30ｍｇ，呼吸作用消耗5.5ｍｇ，則凈生產量為24.5（30－5.5）ｍｇ。

此問題，還可以根據ＣＯ２的實際減少量來計算，題目交待在光照條件下容器內的ＣＯ２的含量每小時減少36ｍｇ，這是與植物的呼吸作用無關的，減少的ＣＯ２已作為光合作用的原料合成了葡萄糖，也就是凈產生的葡萄糖，具體計算如（1）。

（3）根據上述（1）（2）的計算結果，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，兩數說明該植物體內有機物含量減少。或者先計算4ｈ產生的葡萄糖量為4×24.5=98ｍｇ，再計算20ｈ黑暗（只有呼吸作用）消耗的葡萄糖量為20×5.5=110ｍｇ，然后再比較這兩個數據，可得出同樣結論。

4　與圖表的結合

（廣東省1999年

[1] [2] 

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