与光合作用有关的图像解读

纵观近年来的生物高考试卷，不难发现，光合作用一直是命题的热点和考查的重点。其中，以图表为载体、实验为情境是常见形式。本文拟对光合作用有关的图像进行解读。

解读一:光合作用过程图

光合作用过程可分为光反应阶段和暗反应阶段。从反应场所看，光反应在类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行。从物质角度看，光反应阶段生成了\[H\]、O2和ATP，暗反应阶段生成了有机物、ADP和Pi。从元素行踪看，O2中的O来自于H2O中的O；有机物中的C来自于CO2中的C，有机物中的O来自于CO2中的O。从能量角度看，光反应阶段将光能转化为ATP中活跃的化学能；暗反应阶段将活跃的化学能转化为稳定的化学能贮存在有机物中。

注意，光反应和暗反应不总是同时进行。如刚刚进入黑暗时，暗反应还是可以进行短暂时间的。再如，在人为实验条件下，打破叶绿体，可以单独完成光反应或暗反应。

解读二:光照强度与光合作用强度的关系

图中A点，植物只进行呼吸作用（也表示呼吸强度）；B点光合作用强度等于呼吸作用强度（光补偿点）；C点为光合作用强度达到最大时的最小光照强度（光饱和点）。

图中线段AB（不包括A、B两点）：呼吸作用强度＞光合作用强度；线段BC（不包括B点）：光合作用强度＞呼吸作用强度。

A、B、C的数值不是固定不变的，会随着植物种类、环境因素变化而发生移动。

若图中代表的是阳生植物，则阴生植物的A点上移，B点左移，C点左移。

若温度降低或CO2浓度提高，则A点上移，B点左移，C点左移。

若土壤或培养液缺乏Mg，由于Mg是合成叶绿素所必需的，所以缺Mg导致叶绿素含量下降，光能吸收减弱，因此必须在更强的光强下才能保证光合作用强度等于呼吸作用强度，B点向右移。

解读三:CO2与光合作用强度的关系

图中b点光合作用强度等于呼吸作用强度（CO2的补偿点）；c点为光合作用强度达到最大时的最小CO2浓度（CO2饱和点）。

图中a～b：CO2浓度太低，农作物消耗光合产物；b～c：随CO2浓度增加，光合作用强度增大；c～d：CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；d～e：CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。

CO2补偿点和CO2饱和点也不是固定不变的，也会随着植物种类、环境因素变化而发生移动。

与C3植物相比，C4植物由于“CO2泵”的存在，CO2的补偿点和CO2饱和点均低于C3植物，所以b、c点均左移。

假设呼吸作用强度不变，若光照强度增大，通过降低CO2浓度维持光合作用强度与呼吸作用强度相等，b点左移，但由于光反应产生的\[H\]和ATP促进了暗反应的进行，所以吸收的CO2增多，b点右移。

解读四：温度与光合作用强度的关系

A点为光合作用所需酶的最适温度。低于A点温度时，酶活性随温度升高而逐渐增大，高于A点温度时，随着温度升高，酶活性下降，甚至丧失。不同植物最适温度不同。

解读五：总光合速率和净光合速率的关系

从图中可以看出，净（表观）光合速率＝总（真正）光合速率－呼吸速率。

用CO2表示：植物吸收的＝植物利用（同化）的－呼吸作用产生的。

用O2表示：植物释放的＝植物产生的－呼吸作用消耗的。

这里还可以用下图来进一步说明，箭头①③代表线粒体释放CO2，箭头②④代表线粒体吸收O2；箭头④⑤代表叶绿体释放O2，箭头③⑥代表叶绿体吸收CO2。

当净光合速率＞0时，净光合速率用CO2表示为图中的⑥，用O2表示为图中的⑤。

当净光合速率＝0时，图中只存在箭头③和④；当净光合速率＜0（仍存在光合作用）时，图中存在箭头①②③④。

典型例题

例1.科学家研究小麦20℃时光合作用强度与光照强度的关系，得到如下图曲线。下列有关叙述不正确的是（ ）

A.随着环境温度的升高，cd段位置不断上移

B.a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体

C.其他条件适宜，当植物少量缺Mg时，b点将向右移动

D.外界条件均适宜时，c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与叶绿体中酶的数量有关

解析：因为a点时叶肉细胞只进行细胞呼吸，所以产生ATP的细胞器只有线粒体。c点之后，限制小麦光合作用强度增加的有外因和内因。内因包括叶绿体中酶的数量、色素含量等。在一定范围内，升高温度，光合作用强度增大，cd段位置上移，但超过一定温度，cd段位置会下移。

答案：A

例2.将某植物的叶肉细胞放在含低浓度的NaHCO3的培养液中，并用石蜡油覆盖液面。先照光一段时间，然后在相同光照强度下不同时间测定叶肉细胞的光合作用强度。下列示意图中能正确反映测定时间与光合作用强度关系的是（ ）

解析：由于是密封的装置，随着植物光合作用的进行，溶液中的CO2越来越少，所以光合作用强度下降。

答案：C

例3.下图甲表示A、B两种植物光合作用强度随光照强度改变的变化曲线；图乙表示将A植物放在不同浓度CO2环境条件下，A植物光合作用强度受光照强度影响的变化曲线。请分析回答：

图甲 图乙

（1）在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是。

（2）图中的a点表示 。

（3）在c点时，叶绿体中ADP的移动方向是。

（4）e点与d点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量；e点与f点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量。（填“高”、“低”、“基本一致”）

解析：（1）根据图甲可以确定A代表阳生植物，B代表阴生植物。（2）图中的a点表示植物的呼吸强度，即单位时间内A植物细胞呼吸释放的CO2的量。（3）c点时，光合作用强度最大，此时大量合成ATP。又ATP是光反应的产物，ADP是暗反应的产物，所以叶绿体中ADP的移动方向是从叶绿体基质向类囊体薄膜方向移动。（4）e点与d点相比较，光照强度增大，生成的ATP和\[H\]较多，还原的C3多，所以e点时叶肉细胞中C3的含量低。e点与f点对应的光照强度适宜，但e点的CO2浓度比f点高，固定生成的C3多，所以C3的含量高。

答案：（1）A

（2）单位时间内A植物细胞呼吸释放的CO2的量

（3）从叶绿体基质向类囊体薄膜方向移动

（4）低 高

例4.下图中甲表示在光照充足、CO2浓度适宜的条件下，温度对某植物的真正光合作用速率和呼吸作用速率的影响。请据图回答：

（1）分析图甲可知，其中的（“实线”或“虚线”)表示真正光合作用速率，比较两曲线可看出，与有关的酶对高温更为敏感。

（2）该植物生长的最适温度约是；在温度为55℃的条件下，该植物叶肉细胞中产生ATP的场所有。

（3）根据图甲，在图乙的坐标上画出植物在15～60℃范围内的净光合作用速率的变化曲线。

解析：（1）真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。图中实线代表的数据大于虚线的，所以实线表示真正光合作用速率，虚线表示呼吸速率。光合作用的最适温度大约是30℃，呼吸速率的最适温度约为40℃，所以与光合作用有关的酶对高温更敏感。（2）30℃时，净光合速率最大，植物积累的有机物最多，最适宜生长。观察图知，55℃时，与光合作用有关的酶失活，但细胞呼吸仍在进行。所以叶肉细胞中产生ATP的过程只有细胞呼吸，场所是细胞质基质、线粒体。（3）根据净光合速率＝真正光合速率（实线）－呼吸速率（虚线），进行计算得出每个温度下的数值，然后描点、连线。

答案：（1）实线 光合作用

（2）30℃ 细胞质基质、线粒体

（3）见下图

例5.为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养，实验结果如下图所示。请回答：

（1）与D点相比，B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是。C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是。

（2）实验结果表明，在的条件下施肥效果明显。从增加光合面积的角度考虑，采取措施提高玉米的光能利用率。

解析：（1）B点与D点相比，唯一的差异是光照强度；C点与D点相比，唯一的差异是含水量。（2）由图可看出，土壤含水量在40%～60%时，施肥组的光合作用强度明显高于未施肥组。在农业生产上，增加光合面积的措施一般是合理密植。

答案：（1）光照强度 水分

（2）土壤含水量在40%～60% 合理密植

跟踪训练

1.科学家研究CO2 浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如下图。请据图判断下列叙述不正确的是（ ）

A.光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同

B.光照强度为 b 时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同

C.光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高

D.光照强度为a～c，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高

2.右图所示中甲、乙两曲线分别表示一种C3植物和一种C4植物的光合作用速率与环境中CO2浓度的关系（其他条件相同）。下列相关叙述中不正确的是（ ）

A.乙植物在较低CO2浓度时比甲植物具有生长优势

B.甲植物的光合作用速率将随CO2浓度的升高而不断提高

C.CO2浓度为n时，甲、乙两植物光合速率相等

D.若能改善光照条件，两种植物m点的光合速率还可提高

3.将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内一天中CO2浓度的变化情况，绘制成如下图的曲线。下列有关说法正确的是（ ）

A.植物光合作用从D点开始，H点时光合作用最强

B.BC段较AB段CO2浓度增加减慢，是因为低温使植物呼吸作用减弱

C.FG段CO2浓度下降不明显，是因为光照强度减弱，光合作用减弱

D.在这样的条件下放置一天，植物的有机物质量下降

4.下图中的甲、乙为―昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题：

（1）根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的段，其中光合作用强度最高的是点，植株积累有机物最多的是点。

（2）乙图中FG段CO2吸收量逐渐减少是因为，以致光反应产生的和逐渐减少，从而影响了暗反应强度，影响了CO2固定。

（3）乙图曲线中间E处光合作用强度暂时降低，可能是因为 。

5.某科研小组的科研人员利用不同的植物分别做了有关光合作用的两组实验，请结合实验过程和结果分析回答问题：

实验一：选用两批相同的番茄幼苗，在最适温度下分别在A、B两个植物生长箱中培养，A生长箱内的CO2浓度维持在0.40%，B生长箱内的CO2浓度维持在0.03%，再分别用不同光照强度的光照射，并比较两个生长箱中番茄幼苗的光合速率，结果如下图：

实验二：选品种优良的玉米和花生，分别单独种植和间行种植，生长相同且适宜时间后，分别测植株的光合速率，结果如下图：

（1）实验一的自变量是，当光照强度为5个单位时，限制光合速率提高的因素是。

（2）气体X会影响番茄幼苗的光合速率。根据实验一的结果，某同学要设计实验来验证气体X对番茄幼苗光合作用的影响是促进还是抑制时，他除了要在生长箱中置入不同浓度的气体X外，还需要在1.5个单位的光照强度、0.40%的二氧化碳浓度下来进行实验最适当，理由是 。

（3）根据实验二结果，当光照强度为1个单位时，玉米单独种植时单位时间单位叶面积上积累的有机物量（“＞”、“＜”或“＝”）间行种植，花生单独种植时单位时间单位叶面积上积累的有机物量（“＞”、“＜”或“＝”）间行种植。

（4）间行种植与单独种植相比，玉米达到最大光合速率所需的光照强度，花生达到最大光合速率所需的光照强度。

6.下图表示三种植物叶片光合作用速率的日变化。请据图回答：

（1）光合作用速率与呼吸作用速率相等的时刻，a植物叶片出现在，c植物叶片出现在。

（2）在6：00~8：00之间，单位时间内吸收CO2最多的是植物叶片。

（3）b植物叶片在晴天中午光照强烈时，光合作用速率出现了低谷，这一现象被称为光合作用的“午休现象”。产生这一现象的主要原因有 。

（4）c植物叶片一天内光合作用速率变化的特点是 。

（5）从图中结果推测，三种植物一天内有机物积累量多少的顺序是>>。

7.下图甲是某植物细胞代谢过程示意图（图中数字代表物质，a、b、c代表细胞器），图乙是该植物置于密闭容器内1小时CO2的变化曲线图（标准状况）。根据图中所给信息回答：

（1）图甲中细胞器a是，物质④是。

（2）图甲中细胞器b、c增大膜面积的方式分别是、。

（3）根据图乙分析，在15℃、1klx光照条件下，该植物5小时内光合作用固定CO2 mL；A点总光合作用强度B点（填“大于”、“小于”或“等于”）；P点为曲线在纵轴上的交点，它上下移动的主要影响因素是。

（4）在条件不变的情况下，若以O2吸收量为观测指标，在图丙中画出该植物在密闭容器内15℃条件下1小时O2的变化曲线图。

参考答案

1.D 提示：从图中可以看出a点时曲线Ⅱ和Ⅲ的外界条件只有一个不同，那就是CO2浓度，所以A项正确；同理B项也正确；在光照强度为a～b时，图中曲线的趋势是上升的，所以C项正确；光照强度为a～c，曲线Ⅰ光合作用强度随光照强度升高而升高，而曲线Ⅲ是基本不变的。

2.B 提示：植物的光合速率只能在一定范围内随CO2浓度的升高而增强，当超过一定浓度后就不再随CO2浓度的升高而增强了。

3.B 提示：图中D点时，光合作用速率等于呼吸作用速率；H点时光照已经减弱，此时CO2浓度低是因为一天的光合作用吸收的结果。FG段CO2浓度下降不明显，是因为中午温度过高，植物蒸腾作用过强，为了减少水分散失，部分气孔关闭，导致光合作用利用的CO2减少。在这样的条件下经过一天，植物的有机物质量将增加，因为最后的CO2浓度低于初始浓度。

4.（1）B~F D E

（2）光照强度逐步减弱 ATP \[H\]

（3）温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响CO2原料的供应

5.（1）光照强度和二氧化碳浓度 二氧化碳浓度

（2）在此条件下，最容易测定气体X对光合速率的影响

（3）＜ ＜

（4）强 弱

6.（1）19：00、5：00 10：00、15：00

（2）b

（3）中午光照强烈，为减少体内水分散失，气孔关闭，通过气孔进入的CO2量减少

（4）在10：00～15：00之间，光合作用速率为负值，其余时间为正值

（5）a b c

7.（1）液泡 丙酮酸

（2）细胞器b通过类囊体堆叠而成的基粒增大膜面积 细胞器c通过内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积

（3）112 小于 温度

（4）如下图