分析真题 巧用变式 突破难点——光合作用与细胞呼吸专题常见题型解析

甘肃 尚艳霞

光合作用与细胞呼吸是细胞代谢的核心知识，是历年高考命题的主干内容。2018年生物《考试大纲》中光合作用和细胞呼吸的相关内容仍为Ⅱ类要求。

近几年的高考题，光合作用和细胞呼吸的试题综合性强、灵活性大，且与农业生产联系紧密。本专题综合题题型主要有以下几种：

1.表格型试题

本专题试题通常会以表格的形式出现。对于此类试题，首先需辨析总光合速率、净光合速率、细胞呼吸速率的关系，即真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率；此外还应明确题目中这三种速率的表示方法。

【典例1】将某绿色植物放在特定的实验装置中，研究温度对光合作用和细胞呼吸的影响（其他实验条件都是理想的），实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如表所示。下面对该表数据分析正确的是 （ ）

温度（℃） 5 10 15 20 25 30 35光照下吸收CO2量（mg/h） 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00黑暗中释放CO2量 （mg/h） 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50

A.昼夜不停地光照，在35℃时该植物不能生长

B.昼夜不停地光照，在20℃时该植物生长得最快

C.每天光照12小时，20℃时该植物积累有机物最多

D.每天光照12小时，30℃时积累有机物的量是10℃时的2倍

【解析】植物生长速率与其有机物是否积累有关，光照条件下吸收CO2的速率可代表其净光合速率，昼夜不停地光照，该植物在35℃时可以生长，在25℃时生长得最快；在光照时间和黑暗时间相同时，植物的有机物净积累量主要取决于光合作用的净合成量减去细胞呼吸消耗量，所以净光合作用越强越好。经过计算分析，20℃时有机物积累量最多为12×（3.25-1.5）= 21 mg ；每天光照12小时，30℃时积累的有机物的量是10℃时的0.5倍。

【答案】C

【试题分析】本题是典型的用CO2的吸收量和释放量来表示有机物的积累和消耗的试题。本实验主要研究温度对光合作用与细胞呼吸的影响。在读表时，要明确光照条件下吸收CO2量为净吸收量，即净光合作用量；黑暗中释放CO2量代表的是细胞呼吸强度，即有机物的消耗量。植物是否生长的判断依据是植物有机物是否积累。

【变式训练1】某实验小组研究温度对水绵光合作用的影响，实验结果如下图所示，据图分析下列有关说法正确的是 （ ）

A.据图可知，水绵细胞呼吸的最适温度为35℃

B.图中水绵细胞积累有机物速率最大时的温度是25℃

C.每天光照10小时，最有利于水绵生长的温度是25℃

D.在5℃时，水绵细胞产生氧气的速率是消耗氧气的速率的2倍

【答案】B

2.曲线型试题

坐标曲线图中描述的是因变量随自变量的变化而变化的趋势。它是表达、概括、拓展、深化生物学知识的重要形式。针对本专题曲线型试题的复习，在教学过程中教师可借助数学方法，首先让学生明确横轴和纵轴所表示的变量，然后再对“四点三趋势”（即起点、折点、交点和终点，以及升、平、降三种变化趋势）的生物学意义进行分析。

【典例2】如图表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下，某植物在不同温度下的净光合速率和细胞呼吸速率曲线。下列有关说法中错误的是 （ ）

A.与光合作用相比，细胞呼吸有关酶的适宜温度更高

B.在40℃之前，总光合速率大于细胞呼吸速率

C.在30℃时总光合速率最大

D.在40℃时，该植物不再进行光合作用

【解析】图中实线表示净光合作用速率，虚线表示细胞呼吸速率，总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。由题图可知，温度为30℃时总光合速率最大，即（总）光合作用的最适温度为30℃，而细胞呼吸的最适温度在42℃左右，即与光合作用相比，细胞呼吸有关酶的适宜温度更高；40℃之前，净光合速率大于0，这说明在40℃之前总光合速率大于细胞呼吸速率；40℃时，该植物仍在进行光合作用，只是光合速率等于细胞呼吸速率。

【答案】D

【试题分析】不管曲线如何变化，坐标曲线的分析首先要注意把握题干中的关键信息，明确坐标中横纵坐标间的关系；其次明确曲线关键点的生物学含义；最后明确曲线的变化趋势及原因。

【变式训练2】某校生物兴趣小组用玉米作为实验材料，研究不同条件下的光合作用速率和细胞呼吸速率，绘出图甲、乙和丙，图中光合速率与细胞呼吸速率并不相等的点是 （ ）

A.a B.b C.c D.d

【答案】A

3.相关曲线中关键点移动型试题

光合作用坐标图中关键点移动问题的分析环节多，过程复杂，难度较大，常常是学生学习的一个障碍。教师一般依据光合作用原理引导学生分析光合作用坐标图中关键点的移动（见典例3解析中的解法1），若能采用模型构建的方法来引导学生分析则更直观、易懂，易被学生掌握（见典例3解析中的解法2）。

【典例3】已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25℃和30℃，如图表示30℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25℃（原光照强度和二氧化碳浓度不变），理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是（ ）

A.下移、右移、上移

B.下移、左移、下移

C.上移、左移、上移

D.上移、右移、上移

【解析】解法1：图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。由题干“光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25℃和30℃”可知，当温度从30℃降到25℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以在光饱和点（d点）时吸收的CO2增多，d点上移；b点时光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25℃时细胞呼吸强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。

解法2：此类关键点移动的问题还可借助三角形面积的变化来解答。过d点作X轴的垂线，与X轴相交于e点，在原图上由b、d、e可构建△bde。对于细胞呼吸，凡是能够改变细胞呼吸使其增大的环境因素（如升高温度）均会使a点下移，反之亦然；凡是能够改变光合作用使其增大的环境因素（如增加光照强度等）均会使△bde的面积增大，此时b、d、e点均外扩，即b点左移，d点上移，反之则使△bde的面积减小，b、d、e点均内缩，即b点右移，d点下移。

【答案】C

【试题分析】对于该类试题，首先明确曲线中的关键点代表的生物学含义；再次明确试题中的环境因素；最后分析环境因素对曲线中关键点移动的影响。

【变式训练3】如图所示，在图甲装置A与装置B中敞口培养相同数量的小球藻，以研究光照强度（其他条件均为最适）对小球藻产生氧气的影响。装置A的曲线如图乙。据图分析，下列叙述正确的是 （ ）

A.P点处产生的ATP可用于暗反应

B.适当降低温度，P点将下移

C.在图乙上绘制装置B的曲线，Q点应右移

D.降低CO2浓度时，R点应右移

【答案】C

4.实验型试题

实验型试题属于常见题型，但学生在此类题目的解答上问题较多。实验设计试题的类型：（1）对光合作用和细胞呼吸产生或释放的气体的定性验证、定量测定和呼吸熵的定量测定；（2）对光合作用和细胞呼吸发生场所的验证等。基于此，教师首先让学生明确测定时选取的方法（酸碱指示剂、观叶片沉浮法、半叶法、黑白瓶法等），其次仔细审题，确定试题类型，然后了解相关方法容易产生的误区及原因，最后，教师通过精选同类试题，指导学生掌握解题规律，从而提高解题能力。

【典例4】为了验证叶片在光合作用和细胞呼吸过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对预测结果进行分析。

实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、溴麝香草酚蓝、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、CO2充气机、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。

实验步骤和预测实验结果：

（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水（含溴麝香草酚蓝）和NaHCO3稀溶液（含等量溴麝香草酚蓝）的两支试管中。此时，叶片均浮在液面上，溶液呈现蓝色。

（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部溶液呈现蓝色。

（3）__________________________________________________________________________________ 。

（4）__________________________________________________________________________________ 。

（5）__________________________________________________________________________________ 。

【解析】溴麝香草酚蓝是酸碱指示剂。一开始溶液呈现蓝色，说明溶液呈碱性，所以先使溶液呈酸性，才能检测出光合作用吸收CO2而使溶液呈碱性。本题的关键是空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计，由此得出：蒸馏水的试管无气体的产生和消耗，所以溶液始终呈现蓝色，叶片始终在试管底部。

【答案】（3）向NaHCO3稀溶液试管充入CO2，使溶液呈现黄绿色，另一试管不充入CO2

（4）将这两支试管放在日光灯下，光照一段时间。结果：NaHCO3稀溶液中的叶片上浮，溶液呈现蓝色，蒸馏水中的叶片仍在试管底部，溶液呈现蓝色

（5）再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。结果 ：NaHCO3稀溶液中的叶片下沉，溶液呈现黄绿色，蒸馏水中的叶片仍在试管底部，溶液呈现蓝色

【试题分析】本题考查如何利用酸碱指示剂及叶片沉浮法定性证明光合作用产生O2、细胞呼吸消耗O2。

【变式训练4】有多种方法可以测定植物的光合作用速率。请回答以下相关问题：

（1）在光照适宜、温度恒定的条件下，图甲的实验装置为密闭容器，图甲中的曲线为测量1 h内该容器中CO2的变化量。图甲中AB段，叶绿体内ADP含量最高的场所是____________ 。导致AB段曲线变化的主要原因是________________。该绿色植物前30 min实际光合作用的平均速率为______________μL·L-1CO2/min。

（2）某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况，设计了由透明的玻璃罩构成的小室（如图乙（a）所示，其中CO2缓冲液可以吸收或提供CO2，保证瓶中CO2恒定）。

①将该装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜小室内植物O2释放速率的变化，得到如图乙（b）所示曲线，那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是____________ ；影响A点变化的内因是 ____________ ；装置中氧气浓度最高的时间是 _____________点；图中装置刻度管中液滴移到最左点是在曲线中的_____________ 点。

②在实验过程中某段光照时间内，记录液滴的移动，获得以下数据：该组实验数据是在B曲线的___________ 段获得的。

每隔一定时间记录一次刻度数据…… 29 29 32 34 38 ……

③为了使该实验的数据更加准确，还应该设置该实验的___________ 。

④如果要测定该植物细胞呼吸的速率，怎样利用该装置设计实验？

___________________________________。

【答案】（1）叶绿体基质 容器中CO2逐渐被光合作用消耗 146

（2）①光照强度、温度 酶活性下降 18（或G）C ②DF ③对照组（或对照实验） ④将此装置遮光（或遮光并将缓冲液换成NaOH溶液），每隔一定时间记录刻度数据

除上述分析外，光合作用和细胞呼吸类试题背景材料也会与农业生产相结合，以考查学生对信息的获取和处理能力。不论题型如何变化，只要教师能在备考过程中有效引导学生系统而详细地理解、记忆基础知识，并引导学生自行总结相关的题型解题通法，就可以应对本专题的各种新题型。