浅谈三大速率的辨析与应用

摘 要：光合作用是高中生物教学的重难点，也是高考的重要考点，但是很多学生存在对（真）光合速率、净光合速率和呼吸速率的概念不清楚，无法有效的从题干中提取出三大速率，从而导致在分析特定条件下植物的生长问题的时候无从下手或者得出错误答案。笔者主要从三大速率概念的形成、具体实例分析的角度，剖析三大速率的本质及生长问题的分析，力求突破这一教学重难点。

关键词：（真）光合速率;净光合速率;呼吸速率;植物生长

光合作用是高中生物教学的重难点，也是高考的重要考点，但是很多学生存在对（真）光合速率、净光合速率和呼吸速率的概念不清楚，无法有效的从题干中提取出三大速率，从而导致在分析特定条件下植物的生长问题的时候无从下手或者得出错误答案。基于这种日常教学的实际情况，笔者主要结合在一线的教学思考和教学策略，从三大速率概念的形成、具体实例分析的角度，剖析三大速率的本质及生长问题的分析，力求突破这一教学重难点。

一、 理清三大速率，明确三者关系

（一） （真）光合速率、呼吸速率与净光合速率的概念与关系

（真）光合速率通常用单位时间、单位面积CO2的固定量或O2的产生量表示，有时也用单位时间、单位叶面积有机物的制造量来表示;呼吸速率通常用单位时间、单位面积CO2的产生量、O2的消耗量或者有机物的消耗量表示;净光合速率通常用光照条件下单位时间、单位面积CO2的吸收量或者O2的释放量表示，有时也以单位时间、单位面积有机物的积累量来表示。其中（真）光合速率=呼吸速率+净光合速率。

（二） 分析具体实例，有效提取三大速率

1. 从细胞气体交换图中提取三大速率

图1中我们可以发现此时叶绿体没有固定CO2和产生O2，线粒体消耗了6个单位O2和产生了6个单位CO2，说明此时细胞只进行呼吸作用，且呼吸速率=6。图2细胞此时叶绿体产生的3个单位的O2量提供给线粒体利用，但是不足以满足线粒体需求，线粒体还从细胞外吸收了3个单位O2，说明呼吸速率=6，（真）光合速率=3，而净光合速率=（真）光合速率-呼吸速率=-3。同理，我们可以从图像中得出图3细胞的呼吸速率=6，（真）光合速率=6，净光合速率=0;图4细胞的呼吸速率=6，（真）光合速率=8，净光合速率=2。

2. 从曲线中提取三大速率

如图所示，A点时光照强度为0，植物只进行呼吸作用，单位时间释放的CO2量体现呼吸速率，从中可以确定呼吸速率=6。在呼吸速率不变的情况下，B点时释放到外界的CO2量为3，可以确定有3个单位的CO2被光合作用所固定，即（真）光合速率=3，结合三者关系可得净光合速率=-3，同理可以确定C点的（真）光合速率=6，净光合速率=0。而在D点时，植物从外界吸收2个单位的CO2，可以确定（真）光合速率=8，净光合速率=2。

3. 从直方图中提取三大速率

结合三大速率的概念，可确定图中O2产生量表示（真）光合速率，那么在光照强度为a时，植物只进行呼吸作用，从而确定呼吸速率=6。接下来通过O2的产生量可以确定b、c、d时的（真）光合速率分别为3、6和8，通过计算可得出三个点的净光合速率分别为-3、0、2。

4. 从表格数据中提取三大速率

温度（℃）5101520253035

光照下吸收CO2（mg/h）1.001.752.503.253.753.503.00

黑暗中释放CO2（mg/h）0.500.751.001.502.253.003.50

在黑暗条件下植物只进行呼吸作用，从数据中可知5℃下呼吸速率=0.50mg/h，同理可知其他温度下的呼吸速率。在光照下植物既进行光合作用，又进行呼吸作用，从光照下吸收的CO2量体现了净光合速率，从而可以确定5℃下净光合速率=1.00mg/h，计算出（真）光合速率=1.50mg/h，其他温度下同理可以确定。

5. 从光暗处理变化量中提取三大速率

例如，在25℃下某植物經黑暗处理1小时，质量减少了1mg，再经光照1小时，质量比黑暗处理前增加了3mg。

从中我们可以确定黑暗处理1小时只进行呼吸作用，从而得出呼吸速率=1mg/h，接下来我们可以分析3mg的变化量是进行了1小时光合作用和2小时呼吸作用的结果，也就是（真）光合速率-2×呼吸速率=3，从而得出（真）光合速率=5mg/h，净光合速率=4mg/h。

6. 从实验装置中液滴的移动提取三大速率

把该实验装置放在黑暗的条件下（小烧杯加入NaOH溶液），植物只进行呼吸作用，产生的CO2被NaOH溶液吸收，消耗的O2量造成装置内气体体积下降，导致液滴左移，单位时间左移的量可以体现呼吸作用消耗的O2量，也就是呼吸速率。若把该实验装置放在一定的光照条件下（小烧杯加入CO2缓冲溶液），植物既进行光合作用又进行呼吸作用，装置内的CO2浓度维持稳定，装置内O2的变化量导致液滴移动，单位时间液滴的移动量体现了净光合速率。左移时表示净光合速率<0、不移动表示净光合速率=0、右移表示净光合速率>0。再结合（真）光合速率=净光合速率+呼吸速率可以计算出相应的（真）光合速率。

二、 利用三大速率，解决生长问题

植物要出现生长现象，必须出现有机物的增多，所以在分析生长问题的时候，我们要通过对三大速率的理解，从题干中有效提取信息，来确定特定条件下植物的有机物是否增多，最终确定是否生长。下面，我主要从几种典型类型中来分析植物的生长问题。

（一） 如何确定某个点是否生长

例1 某研究小组在密闭恒温玻璃室内进行植物栽培实验，连续48h测定室内CO2浓度及植物CO2吸收速率，得到如图所示曲线（整个过程呼吸作用强度恒定）。

（1）12点时植物是否生长？，原因是。

（2）植物生长最快的点是，原因是。

分析：通过图中的曲线，可以确定CO2吸收速率>0时，净光合速率>0，此时植物要从外界吸收CO2，造成室内CO2浓度下降，此时，植物体光合作用制造的有机物量多于呼吸作用消耗的有机物量，有机物增多，植物表现出生长现象。若净光合速率最大，则植物积累的有机物最多，生长也就最快。

答案：（1）是 该点净光合速率>0，光合作用制造的有机物量多于呼吸作用消耗的有机物量，有机物增多 （2）36 该点净光合速率最大，植物积累的有机物最多

（二） 如何确定经过一段时间是否生长

例2 以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响。

（1）在20℃的条件下持续光照12小时，该植物是否生长？，原因是

。

（2）35℃的条件下光照12小时，黑暗12小时，该植物是否生长？，

原因是 。

分析：从图中黑暗下CO2的释放速率可以确定呼吸速率，比如30℃下的呼吸速率為3.00mg/h。而光照下CO2的吸收速率体现的是净光合速率，比如30℃下的净光合速率为3.50mg/h。持续光照下植物同时进行光合作用和呼吸作用，只要净光合速率>0，则光合作用制造的有机物量多于呼吸作用消耗的有机物量，植物有机物增多，出现生长现象。光照12小时，黑暗12小时要出现生长，必须12小时光照下光合作用制造的有机物量多于24小时呼吸作用消耗的有机物总量。从图中我们可以确定35℃下的（真）光合速率=3.00+3.50=6.50mg/h，所以在35℃的条件下光照12小时，黑暗12小时，植物的变化为12×6.50-24×3.50<0，有机物量减少，不能生长。

答案：（1）是 20℃净光合速率>0，持续光照下光合作用制造的有机物量多于呼吸作用消耗的有机物量，有机物增多

（2）否 12小时光照下光合作用制造的有机物量少于24小时呼吸作用消耗的有机物总量

参考文献：

[1]张德建.浅析光合速率、呼吸速率及净光合速率三者之间的关系.生物学教学，2009，34（1）：68-69.

作者简介：陈洪章，广东省汕头市，汕头市六都中学。