光合作用与呼吸作用综合题解法例谈

光合作用与呼吸作用知识是高中生物学教材的重点和难点，也是历年高考的重要命题点。通过巧妙设计有关这两方面知识的实验题或混合计算题，既可考查考生对重要知识的掌握程度和灵活运用能力，又可体现学科内知识的有机综合，以及知能结合、学以致用的命题理念。这类题难度大，考查的能力层次高，考生如果没有一定的解题技能，是不可能拿到高分的。

一、光合作用强度的测量指标

光合作用强度通常以光合速率为指标。光合速率一般用每小时每平方分米叶面积吸收CO2（或释放O2）的毫克数来表示。

测定光合速率必须在光下进行，由于呼吸作用时刻都在进行，所以测定出来的气体变化量只是净光合速率或表观光合速率，而实际光合速率应等于净光合速率与呼吸速率之和，即真正光合作用CO2消耗量=实测CO2消耗量+呼吸作用CO2释放量（或真正光合作用O2释放量）=实测O2释放量+呼吸作用O2消耗量。

二、光照强度对光合速率的影响

光是光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。在其他条件都适宜的情况下，光合速率随光照强度的增加而加快。当光照强度增加到一定数值后，如果再提高光照强度，光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始出现光饱和现象的光照强度称为光饱和点（上图中C点对应的光照强度）。在光饱和点以下，随着光照强度的减弱，光合速率减慢。当减弱到一定光照强度时，光合作用吸收CO2量与呼吸作用释放CO2量相等，这时的光照强度称为光补偿点（上图中B点对应的光照强度）。当光照强度低于光补偿点时，光合作用速率小于呼吸作用速率；当光照强度达到光补偿点时，光合作用速率与呼吸作用速率相等；当光照强度高于光补偿点时，光合作用速率大于呼吸作用速率；当光照强度长期处于光饱和点时，对光合作用最有利。由此看来，如果植物长期处于弱光或较强光照下，则不能正常生长；植物只有处于光照强度大于光补偿点的环境中，才能正常生长。值得注意的是，不同类型植物的光饱和点与补偿点是不同的，阳生植物的光饱和点与光补偿点一般都高于阴生植物。

三、高考试题解析

【例1】（2006年全国理综卷Ⅰ）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用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，并对你的预测结果进行分析。

实验材料和用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、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和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片浮在液面上。

（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。

（3）分析预测的结果。

【命题解读】 这是一道验证性实验设计题，看起来容易，得高分却很难。本题要求考生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，并对预测的结果进行解释、分析。该题充分体现了2006年《考试大纲》中“具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理”的能力要求。本题考查的能力层次高，包括四大能力中的理解能力和实验能力。

【解题指导】 解答设计性的实验分析题时，应按规律性的思路进行。

（1）了解题目要求。解题时，首先必须明白题意。本题的具体要求有三个：①续写实验步骤；②预测实验结果；③分析实验结果。

（2）明确实验目的。把握具体要求后，接着就要搞清楚该实验所要解决的问题是什么。如果对实验目的把握不准，则整个实验设计就无从谈起。本实验的目的是：①验证叶片在光合作用过程中有气体的产生和消耗；②验证叶片在呼吸作用过程中有气体的产生和消耗。

（3）分析实验原理。实验原理是实验设计的灵魂，决定着实验步骤的设计及相应实验材料和用具的选择。只有理解了实验原理，才能正确选择实验器材，安排实验程序，进行正确的操作和预测、分析

实验结果，得出实验结论。本实验所依据的原理是：在光照强度和温度都适宜的条件下，叶片利用NaHCO3稀溶液中的CO2和H2O，通过叶绿体进行光合作用，产生O2；在黑暗时，叶片利用光合作用产生的O2，进行有氧呼吸，释放CO2。

（4）确定实验思路。根据实验原理，充分利用所给的实验用具设计思路，并对产生的现象做出预测。从给出的实验步骤中，可知本题的实验思路是：首先将盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管放在日光灯下被照射一段时间，通过观察两试管底部叶肉细胞间隙已没有气体的叶片上浮，来说明光合作用产生了气体（O2），然后，将上述两试管在暗处放置一段时间，通过观察已上浮的叶片下沉，来说明呼吸作用消耗了气体（O2）。

（5）设计实验步骤。实验步骤是实验设计的核心。实验程序的安排一定要遵循科学性原则、可操作性原则、对照原则和单一变量原则。本题要求续写实验步骤，考生应在前两步的基础上完成实验方案的设计。步骤是：先将这两支试管放在日光灯下被照射一段时间。再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。

（6）预测和分析实验结果。实验设计题一般都会有实验结果的预期和分析。如果是验证性实验，其结果的预期应该是唯一的，且与事实相符；如果是探究（索）性实验，其结果的预期是未知的或不确定的，可能出现的结果和相应的结论有多种。本题是验证性实验，结果是确定的，那就是：①光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片上浮，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。这是因为光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶肉细胞间隙中的O2增加，叶片上浮。而蒸馏水中缺乏CO2和O2，叶片不能进行光合作用和有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。②黑暗下，NaHCO3稀溶液中的叶片下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。这是因为黑暗中，NaHCO3稀溶液中的叶片进行呼吸作用，消耗了叶肉细胞间隙中的O2，放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉。而蒸馏水中缺乏O2，叶片不能进行有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。

【参考答案】见解题指导。

【错因分析】考生解答本题时出错的原因主要有两个方面：一方面是审题严重失误。表现为：①把“验证”看成“探究”，预期的结果有多种；②把“继续完成实验步骤的设计”理解成“重新设计实验步骤”；③把“分析预测的结果”理解成“预测结果”或“得出结论”。另一方面是不会确定观测指标。观测指标是衡量实验对象变化程度的标准，它与反应变量和实验变量有着直接关联，实验结果只有通过外显的观察指标才能得到反映。本题的观测指标是实验对象――叶片的运动（上浮和下沉）情况，而不是气泡数。

（作者单位：贵州省正安县第二中学）