淺談三大速率的辨析與應用

摘 要：光合作用是高中生物教學的重難點，也是高考的重要考點，但是很多學生存在對（真）光合速率、凈光合速率和呼吸速率的概念不清楚，無法有效的從題干中提取出三大速率，從而導致在分析特定條件下植物的生長問題的時候無從下手或者得出錯誤答案。筆者主要從三大速率概念的形成、具體實例分析的角度，剖析三大速率的本質及生長問題的分析，力求突破這一教學重難點。

關鍵詞：（真）光合速率;凈光合速率;呼吸速率;植物生長

光合作用是高中生物教學的重難點，也是高考的重要考點，但是很多學生存在對（真）光合速率、凈光合速率和呼吸速率的概念不清楚，無法有效的從題干中提取出三大速率，從而導致在分析特定條件下植物的生長問題的時候無從下手或者得出錯誤答案。基于這種日常教學的實際情況，筆者主要結合在一線的教學思考和教學策略，從三大速率概念的形成、具體實例分析的角度，剖析三大速率的本質及生長問題的分析，力求突破這一教學重難點。

一、 理清三大速率，明確三者關系

（一） （真）光合速率、呼吸速率與凈光合速率的概念與關系

（真）光合速率通常用單位時間、單位面積CO2的固定量或O2的產生量表示，有時也用單位時間、單位葉面積有機物的制造量來表示;呼吸速率通常用單位時間、單位面積CO2的產生量、O2的消耗量或者有機物的消耗量表示;凈光合速率通常用光照條件下單位時間、單位面積CO2的吸收量或者O2的釋放量表示，有時也以單位時間、單位面積有機物的積累量來表示。其中（真）光合速率=呼吸速率+凈光合速率。

（二） 分析具體實例，有效提取三大速率

1. 從細胞氣體交換圖中提取三大速率

圖1中我們可以發現此時葉綠體沒有固定CO2和產生O2，線粒體消耗了6個單位O2和產生了6個單位CO2，說明此時細胞只進行呼吸作用，且呼吸速率=6。圖2細胞此時葉綠體產生的3個單位的O2量提供給線粒體利用，但是不足以滿足線粒體需求，線粒體還從細胞外吸收了3個單位O2，說明呼吸速率=6，（真）光合速率=3，而凈光合速率=（真）光合速率-呼吸速率=-3。同理，我們可以從圖像中得出圖3細胞的呼吸速率=6，（真）光合速率=6，凈光合速率=0;圖4細胞的呼吸速率=6，（真）光合速率=8，凈光合速率=2。

2. 從曲線中提取三大速率

如圖所示，A點時光照強度為0，植物只進行呼吸作用，單位時間釋放的CO2量體現呼吸速率，從中可以確定呼吸速率=6。在呼吸速率不變的情況下，B點時釋放到外界的CO2量為3，可以確定有3個單位的CO2被光合作用所固定，即（真）光合速率=3，結合三者關系可得凈光合速率=-3，同理可以確定C點的（真）光合速率=6，凈光合速率=0。而在D點時，植物從外界吸收2個單位的CO2，可以確定（真）光合速率=8，凈光合速率=2。

3. 從直方圖中提取三大速率

結合三大速率的概念，可確定圖中O2產生量表示（真）光合速率，那么在光照強度為a時，植物只進行呼吸作用，從而確定呼吸速率=6。接下來通過O2的產生量可以確定b、c、d時的（真）光合速率分別為3、6和8，通過計算可得出三個點的凈光合速率分別為-3、0、2。

4. 從表格數據中提取三大速率

溫度（℃）5101520253035

光照下吸收CO2（mg/h）1.001.752.503.253.753.503.00

黑暗中釋放CO2（mg/h）0.500.751.001.502.253.003.50

在黑暗條件下植物只進行呼吸作用，從數據中可知5℃下呼吸速率=0.50mg/h，同理可知其他溫度下的呼吸速率。在光照下植物既進行光合作用，又進行呼吸作用，從光照下吸收的CO2量體現了凈光合速率，從而可以確定5℃下凈光合速率=1.00mg/h，計算出（真）光合速率=1.50mg/h，其他溫度下同理可以確定。

5. 從光暗處理變化量中提取三大速率

例如，在25℃下某植物經黑暗處理1小時，質量減少了1mg，再經光照1小時，質量比黑暗處理前增加了3mg。

從中我們可以確定黑暗處理1小時只進行呼吸作用，從而得出呼吸速率=1mg/h，接下來我們可以分析3mg的變化量是進行了1小時光合作用和2小時呼吸作用的結果，也就是（真）光合速率-2×呼吸速率=3，從而得出（真）光合速率=5mg/h，凈光合速率=4mg/h。

6. 從實驗裝置中液滴的移動提取三大速率

把該實驗裝置放在黑暗的條件下（小燒杯加入NaOH溶液），植物只進行呼吸作用，產生的CO2被NaOH溶液吸收，消耗的O2量造成裝置內氣體體積下降，導致液滴左移，單位時間左移的量可以體現呼吸作用消耗的O2量，也就是呼吸速率。若把該實驗裝置放在一定的光照條件下（小燒杯加入CO2緩沖溶液），植物既進行光合作用又進行呼吸作用，裝置內的CO2濃度維持穩定，裝置內O2的變化量導致液滴移動，單位時間液滴的移動量體現了凈光合速率。左移時表示凈光合速率<0、不移動表示凈光合速率=0、右移表示凈光合速率>0。再結合（真）光合速率=凈光合速率+呼吸速率可以計算出相應的（真）光合速率。

二、 利用三大速率，解決生長問題

植物要出現生長現象，必須出現有機物的增多，所以在分析生長問題的時候，我們要通過對三大速率的理解，從題干中有效提取信息，來確定特定條件下植物的有機物是否增多，最終確定是否生長。下面，我主要從幾種典型類型中來分析植物的生長問題。

（一） 如何確定某個點是否生長

例1 某研究小組在密閉恒溫玻璃室內進行植物栽培實驗，連續48h測定室內CO2濃度及植物CO2吸收速率，得到如圖所示曲線（整個過程呼吸作用強度恒定）。

（1）12點時植物是否生長？，原因是。

（2）植物生長最快的點是，原因是。

分析：通過圖中的曲線，可以確定CO2吸收速率>0時，凈光合速率>0，此時植物要從外界吸收CO2，造成室內CO2濃度下降，此時，植物體光合作用制造的有機物量多于呼吸作用消耗的有機物量，有機物增多，植物表現出生長現象。若凈光合速率最大，則植物積累的有機物最多，生長也就最快。

答案：（1）是 該點凈光合速率>0，光合作用制造的有機物量多于呼吸作用消耗的有機物量，有機物增多 （2）36 該點凈光合速率最大，植物積累的有機物最多

（二） 如何確定經過一段時間是否生長

例2 以測定的CO2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。

（1）在20℃的條件下持續光照12小時，該植物是否生長？，原因是

。

（2）35℃的條件下光照12小時，黑暗12小時，該植物是否生長？，

原因是 。

分析：從圖中黑暗下CO2的釋放速率可以確定呼吸速率，比如30℃下的呼吸速率為3.00mg/h。而光照下CO2的吸收速率體現的是凈光合速率，比如30℃下的凈光合速率為3.50mg/h。持續光照下植物同時進行光合作用和呼吸作用，只要凈光合速率>0，則光合作用制造的有機物量多于呼吸作用消耗的有機物量，植物有機物增多，出現生長現象。光照12小時，黑暗12小時要出現生長，必須12小時光照下光合作用制造的有機物量多于24小時呼吸作用消耗的有機物總量。從圖中我們可以確定35℃下的（真）光合速率=3.00+3.50=6.50mg/h，所以在35℃的條件下光照12小時，黑暗12小時，植物的變化為12×6.50-24×3.50<0，有機物量減少，不能生長。

答案：（1）是 20℃凈光合速率>0，持續光照下光合作用制造的有機物量多于呼吸作用消耗的有機物量，有機物增多

（2）否 12小時光照下光合作用制造的有機物量少于24小時呼吸作用消耗的有機物總量

參考文獻：

[1]張德建.淺析光合速率、呼吸速率及凈光合速率三者之間的關系.生物學教學，2009，34（1）：68-69.

作者簡介：陳洪章，廣東省汕頭市，汕頭市六都中學。