例析光合作用過程中植物的“午休現象”

張瑞環 劉曉菊

(1 河北省張家口市第一中學 張家口 075000； 2 河北省秦皇島市盧龍縣中學 秦皇島 066400)

1 高考題中的植物“午休現象”

高中生物學教師研究近幾年的高考題是必要的，每年的高考題都是下一年組織教學的重要參考。2018年全國Ⅰ卷理綜第30題考查了影響光合作用的外界因素，其中涉及了幾個重要的知識點：“凈光合速率”“陽生植物和陰生植物的區別”“夏季中午植物的午休現象”。

影響光合作用的外界因素包括光照強度、溫度和二氧化碳濃度，特別要注意區分的是夏季晴天中午時間段，影響光合速率下降的外界因素是二氧化碳濃度，而下午時間段光合速率也會下降，但影響該時間段的因素為光照強度。

例題1 (2018年全國Ⅰ卷理綜第30題)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強度的變化趨勢如圖1所示。回答下列問題：

圖1 光照強度對甲、乙植物凈光合速率的影響示意圖

(1) 當光照強度大于a時，甲、乙兩種植物中，對光能的利用率較高的植物是甲。

(2) 甲、乙兩種植物單獨種植時，如果種植密度過大，那么凈光合速率下降幅度較大的植物是甲，判斷的依據是甲植物在低光照強度下的凈光合速率小于乙植物。

(3) 甲、乙兩種植物中，更適合在林下種植的是乙。

(4) 某植物夏日晴天中午12：00時葉片的光合速率明顯下降,其原因是進入葉肉細胞的CO2(填“O2”或“CO2”)不足。

解析： (1)圖中乙植物的光的飽和點和光補償點都比甲植物低，乙屬于陰生植物，甲植物屬于陽生植物。當光照強度大于a時，在光照強度相同時，甲植物的凈光合速率變化幅度明顯大于乙植物，因此可以得出甲植物對光能的利用率明顯高于乙植物。(2)在種植密度過大時，植物接受的光照強度相對較弱，從圖中可以看出，光照強度較弱時，甲植物凈光合速率降低幅度比乙植物降低的幅度大，且低于兩曲線交叉點所對應的光照強度時，甲植物的凈光合速率小于乙植物。(3)林下光照強度較弱，適合陰生植物生長，圖中乙植物的光的飽和點和光補償點都比甲植物低，乙屬于陰生植物，所以更適合在林下種植的是乙植物。(4)夏日晴天中午12：00時，蒸騰作用過于旺盛，植物為了減少對水分的散失，葉片上的大量氣孔會關閉，導致進入細胞間隙的二氧化碳的含量下降，從而引起光合速率下降，這是夏季晴朗中午出現的“植物午休現象”。

2 教材中的植物“午休現象”

“夏季中午植物的午休現象”，在人教版必修1中也有涉及。人教版必修1教材是通過課后練習的拓展題交代這部分知識的，以圖示植物白天不同時段的光合作用強度來考查光合作用的影響因素。這也提示教師關注教材資源所涉及的知識點，包括課后練習、旁欄思考題、旁欄相關信息、知識鏈接等。

例題2 (人教版必修1第106頁拓展題)圖2是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答：

圖2 某綠色植物葉片光合作用強度隨時間變化示意圖

(1) 為什么7～10時的光合作用強度不斷增強？

(2) 為什么12時左右的光合作用強度明顯減弱？

(3) 為什么14～17時的光合作用強度不斷減弱？

解析： (1)7～10時的光照強度不斷增強，所以光合作用的強度不斷增強。(2)中午12時左右的溫度很高，蒸騰作用很強，植物葉片的氣孔大量關閉，二氧化碳供應減少，所以光合作用強度明顯減弱。(3)14～17時的光照強度不斷減弱，所以光合作用強度不斷減弱。

3 模擬考題中的植物“午休現象”

光合作用這部分知識，是高考題中的重點和難點之一，有時與細胞呼吸綜合考查，有時單獨考查，又常常與曲線圖表結合在一起，綜合性較強。考生對光合作用具體過程掌握不好，是不會分析并回答曲線題、圖表題的重要原因；其次，識圖能力不足，不能從圖中獲取有效信息是考生答錯的原因之一；再次，畫圖是考生的軟肋，少數考生平時不太注重生物圖像、表格的繪制、識別與分析也是原因之一。下面結合一道曲線分析及曲線繪制題來分析光合作用過程中的特殊現象。

例題3 (2018年河北唐山二模試題)圖3表示一株水稻葉肉細胞內的C5的相對含量在夏季中某天24 h內(有一段時間烏云遮蔽)的變化趨勢。據圖回答問題：

圖3 水稻葉肉細胞內的C5的相對含量隨時間變化示意圖

圖4 水稻葉肉細胞內的C3的相對含量隨時間(10時到13時)變化示意圖

(1) AB段和IJ段的C5含量維持在較低的水平，其主要原因是缺乏光反應產生的[H]和ATP，C3不能被還原生成C5。

(2) 烏云消失的時間可能是曲線上D點對應的時刻。與F點相比，G點葉綠體中[H]的含量較高(選填“高”或“低”)。

(3) 請在圖4坐標當中畫一條曲線，表示圖3中的DG段(10時到13時)水稻葉肉細胞內C3的相對含量隨時間變化的趨勢(設D點為10點鐘時C3的相對含量)。

解析： 題干中關鍵信息是“葉肉細胞”及“夏季”，因此我們想到光合作用過程及夏季植物會出現午休現象。

題中圖3曲線中拐點的生理意義為： B點表示有光照之后，光反應開始產生[H]和ATP，使C5的生成速率加快，C點表示烏云遮蔽，光照減弱，光反應生成[H]和ATP減慢，所以C5的生成速率減慢，D點C5的生成速率開始上升，說明烏云消失；F點表示夏季中午作物出現午休現象，氣溫過高導致氣孔關閉，CO2供應不足，因此C5的消耗速率下降，C5開始積累而上升；G點作物午休結束，CO2供應上升，因此C5的消耗速率上升，C5的量下降；HI段光照逐漸減弱，導致光反應生成[H]和ATP減慢，C5的生成速率下降，因此C5的量不斷下降；IJ段沒有光照，光合作用停止。

因此，D點C5的生成速率開始上升，C3的相對含量下降；E點到F點C5略有上升，C3相對含量緩慢而略下降；F點表示夏季中午作物出現午休現象，CO2供應不足，C3生成速率下降，直到G點作物午休結束，C3的生成才進入加快趨勢，下降趨勢結束。因此曲線繪制如圖5所示。

圖5 水稻葉肉細胞內的C3的相對含量隨時間(10時到13時)變化示意圖

本題最主要的特殊之處是對曲線中關鍵拐點的分析，“烏云遮蔽”及“夏季中午的午休現象”是分析的難點。這樣的題目體現了對學生生物學學科核心素養及綜合能力的考查。