“光合作用與生物固氮”四個易錯知識點及例題解析

摘 要： 本文針對高中《生物》中“光合作用與生物固氮”一章學生易錯的四個知識點進行了分析，并分別以例題加以解析，與讀者共享。

關鍵詞： 高中《生物》光合作用與生物固氮 例題解析

“光合作用與生物固氮”是人教版高中《生物》選修本的第二章，該章內容與必修本中的“光合作用”有著密切聯系，在整個選修本中占有重要地位。本人在長期的課堂教學及試卷批改中發現，較多學生由于概念混淆和對教材知識理解程度不夠，容易在下面四個知識點出錯。現匯總如下，并以例題解析：

一、 凈光合速率與總光合速率

單位葉面積在單位時間內吸收CO 的量或釋放O 的量，稱為光合速率。注意：一般測定光合速率的方法都沒有把葉片的呼吸作用考慮在內，所以測定的結果實際上是光合作用減去呼吸作用的差值，稱為凈光合速率。如果把測定的凈光合速率加上呼吸速率，則得到真正的光合速率，即總光合速率。

例1. 將一新鮮葉片放在特殊的裝置內，給予不同強度的光照。測到氧氣釋放量如下表所示：

對該數據分析，錯誤的是（）。

A. 該葉片呼吸作用吸引O 的速率為0.2ul/(ul/cm ·min)

B. 光強為2klx時，光合速度與呼吸速度相等

C. 光強為8klx時，光合作用釋放O 的速率為0.8ul/(ul/cm ·min)

D. 光強超過10kLx后，光合速率不再提高

解析：該題的關鍵在于理解表格中釋放O 的速率代表的是凈光合速率還是總光合速率。裝置內的葉片只有在光合作用大于呼吸作用時，才會釋放出O ，也就是說測定到的釋放O 的速率代表是葉片在裝置中所釋放的O ，代表的是凈光合速率。而C選項中光合作用釋放O 的速率代表的是總光合速率，因為O 就是通過光合作用所釋放的。總光合速率應該是凈光合速率與呼吸速率之和，應該為0.8+0.2=1.0，因此C選項錯誤。

例2. 以測定的CO 吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響，結果如圖所示。下列分析正確的是（）。

A.光照相同時間，35℃時光合作用制造的有機物的量與30℃時相等

B. 光照相同時間，在20℃條件下植物積累的有機物的量最多

C. 溫度高于25℃時，光合作用制造的有機物的量開始減少

D. 兩曲線的交點表示光合作用制造的與呼吸作用消耗的有機物的量相等

解析：該題的關鍵也在于理解坐標圖中的虛線(光照下CO 的吸收量)代表的是凈光合速率還是總光合速率。吸收的CO 是指植物體在利用了自身呼吸作用產生的CO 進行光合作用的前提下，再從周圍空氣中所吸收的CO 。因此虛線實際代表的是凈光合速率，實線則代表的是呼吸速率。A、C選項中所說的光合作用制造的有機物的量代表的是總光合量，B選項中所說的植物積累的有機物量代表的是凈光合速率。在35℃下凈光合速率為3.5，呼吸速率為3.0；在30℃下凈光合速率為3.0，呼吸速率為3.5。因而在1小時內，在這兩個溫度條件下光合作用制造的有機物都為6.5。正確選項為A。在25℃條件下植物積累的有機物量最多，因而B選項錯誤。在溫度為25℃時凈光合速率為3.75，呼吸速率為2.25，總光合速率為6.0，低于30℃時總光合速率，因而C選項錯誤。在兩曲線交點，虛線的值不為零，光合速率大于呼吸速率，因而D選項錯誤。

二、 光能利用率與光合作用效率

光能利用率是指單位土地面積上，農作物通過光合作用所產生的有機物中所含的能量與這塊地所接受的太陽能的比。綠色植物通過光合作用制造的有機物中所含能量與植物所吸收光能的比稱為光合作用效率。對于大田栽培來說，一塊地一年能接受多長時間的光照，能接受多少太陽能，非人力所能控制，因而一塊面積已經固定的地，要想提高光能利用率，就必須想辦法提高有機物的合成總量。方法有三：一方面是延長光合作用時間，主要是指提高復種指數，將一年一熟改為一年兩熟、一年多熟。這樣，雖然這塊地在這年內的光照時間沒有隨復種指數的提高而改變，但光合作用的時間卻延長了，使有機物合成總量增多。另一方面，可以增大光合作用的面積，主要指進行合理密植，通過控制葉面積指數，使每一熟的農作物總體積累的光合產物最多。方法三就是要提高農作物自身的光合作用效率。光合作用效率與進行光合作用所需的各種條件有關，如CO 的濃度、光照強弱、水分、溫度和土壤PH等。由此可見，提高農作物自身光合作用效率可以提高農作物對光能的利用率，而提高了農作物對光能利用卻并不一定就提高了農作物的光合作用效率。絕不能將提高光能利用率與提高光合作用效率等同起來。

例3. 合理施肥能提高光能利用率，下列敘述除哪項外都與提高光合作用效率密切相關（）。

A. N使葉面積增大，增大了光合作用的面積

B. N是光合作用產物蛋白質的必需元素

C. N是NADP 和ATP的組成成分，可以提高光合能力

D. K促進光合產物的運輸

解析：B、C、D三項都暗含了要保證必需礦質元素的供應從而提高光合作用效率。A選項也提到了N元素，不可否認保證N元素的供應可以通過合成與光合作用相關的酶、葉綠素、ADP和NADP 等而提高光合作用的效率，但A選項重點強調的是增大了光合作用的面積。而增大光合作用面積只能提高農作物對光能的利用率，卻不能提高農作物自身的光合作用效率。答案應該選A。

三、 C 途徑與C 途徑

C 途徑、C 途徑是指CO 的固定途徑。在試卷批改中，發現有不少學生對這兩條途徑的反應物與產物、C 植物和C 植物的葉肉細胞和維管束鞘細胞中發生的反應容易混淆。

例4. 在C 途徑與C 途徑，CO 被固定為（）。

A. C 和C B. PEP和C C. C 和PEPD. C 和PEP

解析：在每屆的高三學生當中，這道題有不少學生選C。CO與C 相結合反應形成C ，這就是C 途徑。在C 途徑中，C 是反應物，C 是產物。CO 與PEP相結合形成C ，這就是C 途徑。在C 途徑中，PEP是反應物，C 是產物。所以應該選A。

例5. 既能吸收光能、又能將CO 轉變為(CH O)的細胞是（）。

A. C 植物的葉肉細胞 B. C 植物的維管束鞘細胞

C. C 植物的葉肉細胞 D. C 植物的維管束鞘細胞

解析：C 植物維管束鞘細胞沒有葉綠體，不能進行光合作用，而進行光合作用的細胞只是葉肉細胞，其葉肉細胞含結構完整的葉綠體，也能進行光合作用全過程。C 植物進行光合作用的細胞有葉肉細胞和維管束鞘細胞，但其維管束鞘細胞的葉綠體不含基粒，不能進行光合作用，只能進行暗反應的C 途徑和C 的還原，其葉肉細胞雖然含有結構完整的葉肉細胞，但不能進行光合作用全過程，只能進行光反應和暗反應的C 途徑。因此該題應該選A。

四、 生物固氮與自養型

有很多學生容易將根瘤菌等固氮生物全當做自養型生物，這是不正確的。自養型生物與異養型生物最根的區別在于自養型生物能將無機物轉變成自身所需要的有機物，異養型生物卻不能夠。而固氮是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程，只是將一種無機物轉變成另一種無機物，它不能直接與生物的代謝類型掛鉤。在固氮微生物中，有的是自養型生物，如固氮藍藻，而更多的卻是異養型生物，如根瘤菌等具有固氮功能的細菌或部分的放線菌。

例6. 下表是關于三種生物的能源、碳源、氮源、光合色素的描述。

描述正確的生物是（）。

A. 硝化細菌、固氮藍藻和根瘤菌

B. 硝化細菌、固氮藍藻

C. 固氮藍藻

D. 根瘤菌

解析：硝化細菌的能源和氮源都是NH 。根瘤菌是異養型生物，它的能源應是氧化有機物。固氮藍藻既能固氮，也能利用光能進行光合作用，因此答案為C。

以上僅例舉該章最易出錯的四個知識點，事實上，學生還比較容易在下面幾個問題出錯：NADPH有兩個什么基本特點(含活躍化學能及強還原性)？C 植物是否一定比C 植物光合能力強？在其它條件都適宜的情況下，有CO 是否就能進行光合作用？硝化細菌、反硝化細菌和根瘤菌的代謝類型是什么，它們在生態系統中充當什么成分？植物本身能不能固氮？自生與自養有什么區別？問題種種，不再一一例舉。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”