析高考光合試題 顯綜合性考查的命題趨勢

廣東

《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》在命題建議中指出試題應注重考查學生綜合運用所學的知識和技能解決問題的能力。對生物學知識的綜合運用，有利于學生從多角度去思考生命現象，增強學生對生命觀念的領悟和運用，從而加深理解生命的深度。因此，綜合性考查是高考試題命制的必然要求，從某一主干知識出發跨章節或跨模塊考查學生的知識理解和運用能力，是近幾年高考命題的主要趨勢之一。光合作用是植物重要的代謝活動，其相關知識是高中生物課程的主干知識，是高考必考內容，近幾年對該主干知識的考查呈現綜合性趨勢。本文通過擷取幾道光合作用高考試題進行分析，略窺一斑，以期為師生備考提供思路。

1.光合作用和呼吸作用的整合

植物的生長離不開光合作用和呼吸作用這兩個重要的代謝活動，學生容易在學習時將其分割成兩個獨立的過程。事實上，維持植物進行自身生命活動所需要的能量來自于細胞呼吸作用，氧化分解有機物產生水和CO2，同時放出大量能量。植物光合作用利用光能，將水和CO2轉化成儲存著能量的有機物并且釋放出O2。物質的合成和分解總是伴隨著能量的吸收或釋放，學生需明白二者相互區別又彼此聯系，并對植物代謝形成整體統一的認識，從而培養學生的物質與能量觀。

【例1】（2017 年，全國卷Ⅰ，第30 題）植物的CO2補償點是指由于CO2的限制，光合速率與呼吸速率相等時環境中的CO2濃度。已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的。回答下列問題：

（1）將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養。培養后發現兩種植物的光合速率都降低，原因是_________________________________。甲種植物凈光合速率為0 時，乙種植物凈光合速率__________________________（填“大于0”“ 等于0”或“小于0”）。

（2）若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中，照光培養一段時間后，發現植物的有氧呼吸增加，原因是_______________________________________________________________________________。

【答案】（1）植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量，使密閉小室中CO2濃度降低，光合速率也隨之降低 大于0 （2）甲種植物在光下光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加，而O2與有機物分解產生的NADH 發生作用形成水是有氧呼吸的一個環節，所以當O2增多時，有氧呼吸會增加

【分析】該試題一共設置了兩小題，考查了光合作用和呼吸作用的物質之間的聯系，第（1）小題題干關鍵信息為“CO2補償點、密閉小室、適宜條件下照光培養”，可以推知該小題考查的是CO2濃度對光合作用的影響，而密閉小室內CO2濃度的變化取決于植物光合作用與呼吸作用強度的比較，由“照光培養”可推測植物光合作用大于呼吸作用，故引起密閉小室內CO2濃度的減少。第（2）小題考查O2對有氧呼吸的影響，根據題干關鍵信息“密閉、無O2、照光培養、有氧呼吸增加”可推測有氧呼吸增加是因為密閉小室內O2增加，而有光條件下，只有植物進行光合作用產生的O2，用于有氧呼吸第三階段與[H]反應生成水。該試題不僅體現了知識的綜合，也體現了能力上的綜合，需要學生具備一定的分析獲取證據、并運用證據進行因果推理的能力。

2.光合作用和遺傳變異的整合

光照是植物生長所必需的環境因子，研究表明，光照強度對光合作用的影響表現為弱光對光合作用的影響和強光對光合作用的抑制，光脅迫條件下，植株自身對弱光環境產生適應性表現，葉綠素的含量增加，提高了植株本身對弱光的利用。實際上，葉綠素的合成這一過程受到酶的調控，而酶的合成離不開相關基因的表達，因此植物對不同光強的響應，從根本上是由植物的遺傳特性所決定。立足于此，讓學生明白到植物生長受到基因和環境共同的影響，培養學生的適應與進化觀。

【例2】（2016 年，全國卷Ⅰ，第30 題）為了探究生長條件對植物光合作用的影響，某研究小組將某品種植物的盆栽苗分成甲、乙兩組，置于人工氣候室中，甲組模擬自然光照，乙組提供低光照，其他培養條件相同。培養較長一段時間（T）后，測定兩組植株葉片隨光照強度變化的光合作用強度（即單位時間、單位葉面積吸收CO2的量），光合作用強度隨光照強度的變化趨勢如圖所示。回答下列問題：

（1）據圖判斷，光照強度低于a 時，影響甲組植物光合作用的限制因子是_____________________________________________。

（2）b 光照強度下，要使甲組的光合作用強度升高，可以考慮的措施是提高____________________（填“CO2濃度”或“O2濃度”）。

（3）播種乙組植株產生的種子，得到的盆栽苗按照甲組的條件培養T 時間后，再測定植株葉片隨光照強度變化的光合作用強度，得到的曲線與甲組的相同。根據這一結果能夠得到的初步結論是_____________________________。

【答案】（1）光照強度 （2）CO2濃度（3）乙組光合作用強度與甲組的不同是由環境因素低光照引起的，而非遺傳物質的改變造成的

【分析】根據題干文字和曲線圖的信息，甲、乙兩組屬于同一品種植物，由于環境（甲組自然光照，乙組低光照）的不同，得到的甲組和乙組植物隨光照強度變化的光響應曲線不同，但當將乙組的低光照改為自然光照，得到的曲線又和甲組的相同。學生分析完就會頓生疑問，帶著疑問通過歸納概括可知，甲組和乙組光合作用強度的不同是由環境因素引起，而不是由遺傳物質的改變引起。該試題將光合作用和遺傳進行整合，有利于學生從遺傳的角度去理解植物的光合特性，在解決問題的過程中，培養學生的批判性思維及基于實證的邏輯推理能力。

3.光合作用和植物激素調節的整合

干旱條件是植物生長過程中的主要制約因素之一，植物為應對缺水逆境會啟動自身的干旱響應機制。干旱脅迫條件下，植物合成的與滲透調節相關的物質（如脯氨酸、甜菜堿和多胺類等）可提高植物滲透調節能力。而光合作用是植物生長的基本代謝過程，Deeba 等研究證實，隨著干旱強度的增加，棉花的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度等會降低，而擬南芥ABA 的大量合成可促進葉片氣孔關閉，進而增強其抗旱性。因此植物光合作用等生理過程離不開激素的調節。

【例3】（2019 年，全國卷Ⅰ，第29 題）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開度減小。回答下列問題。

（1）經干旱處理后，該植物根細胞的吸水能力_________。

（2）與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會________________，出現這種變化的主要原因是_____________________。

（3）有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA 引起的。請以該種植物的ABA 缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。

【答案】（1）增強 （2）降低 氣孔開度減小使供應給光合作用所需的CO2減少 （3）取ABA 缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度。預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變；將上述干旱處理的ABA 缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA 處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預期結果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

【分析】干旱條件下，植物體內脯氨酸等滲透調節相關物質的增多，有利于維持植物的滲透壓；脫落酸增多，會使得植物代謝減緩，從而有利于植物在干旱條件下的生存。題干將環境改變后植物出現的適應性生理指標的變化直接呈現出來，使學生容易聯想到植物生理功能的適應性改變，達到對“結構與功能觀”這一“生命觀念”的考查。而學生存在前概念：植物在干旱缺水時，為了防止蒸騰作用導致水分丟失過多，部分氣孔將關閉。第（3）小題題干信息直接提出植物激素ABA 才是引起氣孔開度減小的原因，會引起學生認知沖突，產生質疑，此時必須有科學證據來支撐，由此自然引出實驗設計，達到通過科學探究對“進化與適應觀”這一“生命觀念”的考查。

4.光合作用和生態系統知識的整合

植物進行光合作用制造有機物并儲存能量是生態系統能量流動的起點，生態系統的光合作用效應關系到自然界的生態平衡和人類的生存。因此結合“生態系統和光合作用”的知識進行考查，提高學生對此方面知識的綜合運用能力，有利于培養學生的生態平衡觀念及生態保護等社會責任意識。

【例4】（2019 年，全國卷Ⅱ，第31 題）回答下列與生態系統相關的問題。

（1）在森林生態系統中，生產者的能量來自于_______，生產者的能量可以直接流向_____________（答出2 點即可）。

（2）通常，對于一個水生生態系統來說，可根據水體中含氧量的變化計算出生態系統中浮游植物的總初級生產量（生產者所制造的有機物總量）。若要測定某一水生生態系統中浮游植物的總初級生產量，可在該水生生態系統中的某一水深處取水樣，將水樣分成三等份，一份直接測定O2含量（A）；另兩份分別裝入不透光（甲）和透光（乙）的兩個玻璃瓶中，密閉后放回取樣處，若干小時后測定甲瓶中的O2含量（B）和乙瓶中的O2含量（C）。據此回答下列問題。

在甲、乙瓶中生產者呼吸作用相同且瓶中只有生產者的條件下，本實驗中C 與A 的差值表示這段時間內_____________；C 與B 的差值表示這段時間內_________________；A 與B 的差值表示這段時間內_______________。

【答案】（1）太陽能 初級消費者、分解者（2）生產者凈光合作用的放氧量 生產者光合作用的總放氧量 生產者呼吸的作用的耗氧量

【分析】從全國卷考點分布以及高考試題保持穩中有變的要求出發，在生態系統知識考查中，借助“地球上幾乎所有生態系統所需要的能量都來自太陽能，能量流動起源于生產者所固定的太陽能”這一切入點，把生態系統和光合作用這一高頻考點聯系起來，回避了多年來關于生態系統常見的考查模式。本題難點在于第（2）小題，利用黑白瓶法測定光合速率，學生要理解A 值表示甲、乙兩個瓶水樣中O2含量的初始值，甲瓶（不透光）內O2含量的變化是有氧呼吸消耗所致，乙瓶（透光）內O2含量的變化反映的是光合作用產生的O2量與有氧呼吸所消耗的O2量的差值，所以在這段時間A-B 表示生產者呼吸作用的耗氧量，C-A 表示生產者凈光合作用的放氧量，（A-B）+（C-A）=C-B 表示生產者光合作用總放氧量，學生需從題干獲取信息，對信息進行推理和加工，得出結果。

綜上所述，光合作用是高中生物學核心主干基礎知識，是全國卷非選擇題中的必考內容。近年來全國卷對光合作用試題的考查呈現綜合性趨勢，常將光合作用與呼吸作用、遺傳變異、植物激素調節和生態系統知識進行整合。知識源于教材又高于教材，從多角度挖掘和建構不同知識點的交叉聯結，有利于學生從多角度去思考生命現象，促進學生對生命觀念的領悟和運用。試題的綜合性不僅體現學科知識的綜合，同時也體現能力的綜合，大體體現在兩方面：第一，通過綜合題干信息（包括圖表、曲線、文字等）進行分析，基于生物學事實和證據進行思考，運用歸納與概括、演繹與推理、比較分析等科學思維方法，探討、闡釋生命現象，經過邏輯推理后用文字正確表述。第二，依托實驗設計，培養學生實驗與探究能力，讓學生在實驗過程中形成科學思維與解決實際問題的能力，促進“科學探究”等學科核心素養的落地。因此，在高三的復習教學中，一方面需要教師對教材的順序和內容進行適當調整，不拘泥于教材，可選擇相關主題并整合其他章節的知識內容，使學生從最合適的角度深化對知識的理解，滲透對生命現象的本質理解；另一方面，教師應深入鉆研教材，把握教材知識的呈現邏輯，創設探究學習氛圍，把教材中的重要概念和核心知識融入到探究過程中，幫助學生形成科學思維，全面提升學科核心素養。