密閉空間內生物光合作用和呼吸作用分析

鄧海姣

摘 要：細胞呼吸和光合作用是生物體維持正常生命活動的重要代謝過程也是高考中的高頻考點，利用密閉空間內氣體的變化量不僅可以判斷細胞呼吸的方式而且可以測定生物體呼吸作用強度和光合作用強度進而綜合分析生物體呼吸作用和光合作用曲線。

關鍵詞：光合作用;呼吸作用;凈光合速率

呼吸作用是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量并生成ATP的過程。呼吸作用根據是否消耗氧氣分為有氧呼吸和無氧呼吸。動物不能進行光合作用只能通過呼吸作用為體內各項生命活動提供能量;大多數綠色植物是自養生物除了進行呼吸作用消耗有機物還能利用光合作用積累有機物。自然狀態下，生物體釋放的CO2或者消耗的O2很難收集因而無法判斷呼吸的方式及測定呼吸和光合作用強度。如果在密閉容器內以容器內氣體的變化量引起的液滴方向移動和距離變化就可以判斷生物體呼吸的方式及測量呼吸速率及光合速率。

一、測定生物細胞呼吸和光合作用速率

【例1】某同學用下圖所示實驗裝置測定果蠅幼蟲的呼吸速率。實驗所用毛細管橫截面積為1mm2，實驗開始時，打開軟管夾，將裝置放入25℃水浴中，10min后關閉軟管夾，隨后每隔5分鐘記錄一次毛細管中液滴移動的位置。

密閉容器內的生物材料是動物體，只需要考慮細胞呼吸，不需要考慮光合作用，果蠅進行無氧呼吸，不消耗O2，產物只有乳酸，液滴不發生移動;有氧呼吸消耗O2，產生的CO2被X（NaOH）溶液吸收，裝置內氣體總體積減少，液滴向左移。單位時間內液滴左移的距離表示細胞呼吸的速率。

【例2】某生物興趣小組設計了以下裝置進行光合作用強度的測試實驗（忽略溫度對氣體膨脹的影響）。

①測定植物的呼吸作用強度：裝置的燒杯中放入NaOH溶液;將玻璃鐘罩遮光處理，放在適宜溫度的環境中;30分鐘后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度。

②測定植物的凈光合作用強度：裝置的燒杯中放入NaHCO3溶液;將裝置放在光照充足、溫度適宜的環境中;30分鐘后記錄紅墨水滴移動的方向和刻度。請預測紅墨水滴移動方向并分析原因：

裝置中的植物既要進行呼吸作用也要進行光合作用。玻璃罩遮光處理后排除了光合作用的影響，植物只進行呼吸作用，單位時間內紅墨水左移的距離表示細胞呼吸的速率。若要測定植物凈光合作用速率必須給予適宜的光照和溫度，植物光合作用強度大于呼吸作用強度時釋放氧氣，裝置內氣體量增加，液滴右移，單位時間內右移的距離代表凈光合強度。

二、密閉空間內生物呼吸和光合作用曲線分析

【例3】在天氣晴朗的夏季，將用全素營養液培養的植株放入密閉的玻璃罩內放在室外進行培養.每隔一段時間用CO2濃度檢測儀測定玻璃罩內CO2濃度，繪制成如圖所示曲線（水平虛線表示：實驗開始時玻璃罩內CO2濃度）.

分析圖中的曲線：AB段——無光照，植物只進行呼吸作用，CO2濃度不斷上升;BC段——凌晨溫度較低，呼吸減弱，CO2濃度上升的速率減低;CD段——開始進行光合作用，呼吸作用強度大于光合作用強度，CO2濃度仍在上升，到D點達到最大值，此時光合速率等于呼吸速率;DH段——光合作用強度大于呼吸作用強度，CO2濃度不斷下降，H點達到最小值，此時光合速率又等于呼吸速率;HK段——光照持續減弱直至光照停止，CO2濃度又開始上升。

密閉容器內CO2濃度上升（O2濃度下降）表示只進行呼吸作用或者呼吸作用強度大于光合作用強度;CO2濃度下降（O2濃度上升），表示光合作用強度大于呼吸作用強度;當CO2濃度（O2濃度）達到最大值或者最小值代表光合作用強度等于呼吸作用強度。

參考文獻：

[1]黃劍興.初高中生物學教學銜接策略——以“光合作用”教學為例[J].福建基礎教育研究，2018（11）：125-126.