关于胞间CO2与净光合速率的关系

胞间CO2浓度与净光合速率的关系
胞间CO2浓度（Ci）是光合生理生态研究中经常用到的一个参数。

特别是光合作用的气孔限制分析中，胞间CO2浓度的变化方向是确定光合速率变化的主要原因和是否为气孔因素的必不可少的判断依据。

按照光合生理学，胞间二氧化碳浓度Ci（μmol）是CO2同化速率与气孔导度的比值。

影响胞间CO2浓度（Ci）的因素：进行光合作用的叶片中，细胞间CO2是通过气孔吸收进来的，后被细胞吸收进行光合作用而消耗，所以影响胞间CO2浓度有以下4个因素。

①空气中的CO2浓度（Ca）：叶片周围空气的CO2浓度
②气孔导度（Gs）：表示的是气孔张开的程度。

③叶肉导度（gm）：CO2从气孔下腔传输到羧化位点的阻力称为叶肉阻力，其倒数即为叶肉导度。

④净光合速率（Pn）：表观光合速率
◆Ca增高、Gs和gm增大、Pn降低都可导致Ci增高；
◆Ca降低、Gs和gm减小、Pn增大都可导致Ci降低；
Ci的变化是这四者共同作用的结果，在正常生理状态下，若Ca基本不变，则Ci由Gs 和Pn决定（因为gm只有足够小的时候才会明显影响胞间CO2浓度的变化），当Gs是影响Pn变化的主要因素时，Pn与Ci成正相关关系，当Gs不是影响Pn的主要因素时，Ci与Pn成负相关关系。

（反之也成立）
例题1:（2013江苏卷）33.（9分）为探讨盐对某生物燃料树种幼苗光合作用的影响，在不同浓度NaCl条件下，对其净光合速率、胞间CO2浓度、光合色素含量等进行测定，结果如下图。

检测期间细胞的呼吸强度没有显著变化。

请参照图回答下列问题:
（1）叶绿体中色素的功能是。

（2）大气中的CO2可通过植物叶片表面的进入植物体内。

光合作用产生的有机物（C6H12O6）中的氧来源于原料中的，有机物（C6H12O6）中的氧经细胞有氧呼吸后到终产物中。

（3）当NaCl浓度在200~250 mmol/L时净光合速率显著下降，自然条件下该植物在夏季晴朗的中午净光合速率也会出现下降的现象。

前者主要是由于，后者主要是由于。

（4）总光合速率可用单位时间内单位叶面积上表示。

请在答题卡指定位置的坐标图上绘制该实验中总光合速率变化趋势的曲线图。

【答案】
（1）吸收、传递、转换光能
（2）气孔CO2CO2
（3）光合色素含量降低胞间CO2 浓度降低
（4）光合作用消耗的CO2量（光合作用产生的O2量或光合作用产生的有机物的量）绘图
【解析】（1）叶绿体中色素的功能是吸收、传递和转化光能，用于光合作用的暗反应阶段。

（2）大气中CO2的吸收需通过植物叶片表面的气孔扩散进入叶肉细胞，是光合作用的暗反应阶段的反应物，CO2中的O进入到暗反应的产物葡萄糖中。

葡萄糖参与有氧呼吸时，其中的O在第二阶段进入到产物CO2中。

（3）结合三幅图分析，NaCl浓度在200～250mmol/L时净光合速率显著下降是与光合色素含量低相对应的，抑制光反应过程。

但夏季晴朗一天的中午，出现净光合速率下降则是由于抑制暗反应过程，夏日午后气温较高、蒸腾作用过强导致气孔关闭，CO2的吸收减少以至于胞间CO2浓度较低，CO2难以扩散到叶肉细胞内参与暗反应。

（4）总光合速率可用光合作用过程中CO2的消耗量或O2的产生量或有机物的产生量来表示，绘制曲线时需标出横纵坐标的意义，还要注意总光合速率大于净光合速率。

此题通过定性分析绘出总光合作用随NaCl浓度变化趋势即可。

例题2:（2014上海卷部分）（五）回答下列有关光合作用的问题。

（11分）
52．据图16，非气孔因素主要影响Pn-MD的时间段是________，以下属于非气孔因素的是________________（多选）。

A．CO2供应不足
B．叶肉细胞内叶绿体类囊体膜受损
C．还原三碳化合物的酶空间结构改变
D．固定CO2的酶活力不足
【答案】第12—15天 B 、C、D
【解析】在第12-15天内气孔开放度增加，胞间二氧化碳浓度增大，此时限制光合的因素不是二氧化碳，其主要限制因素为非气孔因素，可能是BCD.
例题3：(2019·宁波9月十校联考)重金属Cd2＋是剧毒环境污染物，土壤中的Cd2＋会影响植物的多种生理活动。

某同学研究Cd2＋污染对香椿光合特性的影响，结果如下图所示。

(注：蒸腾速率是指植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。

)下列据图分析正确的是（）
A.低浓度的Cd2＋可能对香椿叶绿素的合成有促进作用，从而提高光合速率
B.Cd2＋对香椿光合速率的影响趋势与蒸腾速率、胞间CO2浓度的变化一致
C.当Cd2＋处理浓度大于2 mg/kg时，因气孔开度下降而导致光合速率下降
D.随Cd2＋浓度增大，导致2 mg/kg和10 mg/kg细胞间CO2浓度低的直接原因是相同的
解析据上图可知，在一定范围内，低浓度的Cd2＋条件下蒸腾速率高，气孔关闭，碳反应会有所减弱，而光合速率却提高，可能是其对香椿叶绿素的合成有促进作用，使光反应增强，A正确；从上下两图可看出Cd2＋对香椿光合速率的影响趋势与蒸腾速率、气孔开度的变化一致，但据下图可知，Cd2＋对香椿光合速率的影响趋势与胞间CO2浓度的变化不同，B错误；当Cd2＋处理浓度大于2 mg/kg时，气孔开度是下降的，但胞间的CO2浓度是增加的，所以，导致净光合速率下降因素不是气孔开度，C错误；随Cd2＋浓度増大，导致2 mg/kg 和10 mg/kg细胞间CO2浓度低的直接原因是不同的，理由是2 mg/kg组气孔开度大，直接因素不是气孔开度，而10 mg/kg组时的气孔开度小，是气孔开度的影响，D错误。

例题4：7. （赣州市2019年高三年级摸底考试）夏季晴朗的白天，取某种绿色植物顶部向阳的叶片(阳叶)和下部阴蔽的叶片(阴叶)进行不离体光合作用测试。

从8:00-17:00每隔1h测定一次，结果如下图所示。

请回答：
（2）阴叶胞间CO2浓度与净光合速率呈______ (填“正”或“负”)相关，阳叶出现明显的光合午休现象，而阴叶却没有，表明该种绿色植物叶片光合午休由___________ (填“遗传因素”或“环境因素”)引起。

（3）一般认为，光合午休的原因是此时气温高，蒸腾作用强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱。

图示实验结果___________ (填“支持”或“不支持”)上述观点，判断依据是_____________________________________________。

【答案】负环境因素不支持据图中数据，光合午休时，胞间CO2浓度比较高例题5：（河北省衡水中学2019届高三下学期一调考试理科综合，8分）三倍体西瓜由于含糖量高且无子而备受青睐。

某研究人员对三倍体西瓜进行了一系列相关研究，回答下列问题。

(1)如图是该研究者对三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn，以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化研究结果。

13：00时叶绿体中合成C3的速率___________(填“高于”“等于”或“低于”)11：00时。

17：00后叶片的Ci快速上升，其原因是。

叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是。

(3)以三倍体西瓜幼苗为实验材料，进行短期高温(42℃)和常温(25℃)对照处埋，在不同时间取样测定其叶片净光合速率、气孔导度(气孔导度越大，气孔开放程度越大)及叶绿素含量等指标，结果如图所示。

根据图乙和图丙可知，经过短期高温处理后，西瓜幼苗的净光合速率降低，原因可能是。

叶肉细胞中的色素常用___________进行提取，在短期高温处理过程中，每6h取样，提取西瓜幼苗叶肉细胞中的光合色素后，再通过纸层析法进行分离，色素带会出现的变化是___________。

答案：（1）低于光合速率减小，导致CO2在胞间积累CO2浓度和光照强度（3）叶绿素含量低，使光反应减弱，CO2吸收量减少，使碳反应减弱无水乙醇
叶绿素a和叶绿素b色素带变窄
例题6：（河北省衡水中学2019届3．20联合考试，10分）为探究适当遮光对菊花光合作用的影响，某兴趣小组将菊花幼苗分为等量的两组，对照组给予自然光照，实验组进行25％遮光，处理50天后，测定了两组菊花叶片中的叶绿素含量、胞间CO2浓度和净光合速率，实验结果如下表所示。

回答下列问题(整个实验过程中气孔开放程度几乎不变)：
(1)提取绿叶中的色素时，需加入___________以加速研磨；若要分离所提取的色素可采用_________法。

(3)综合表格信息，推测25％遮光后菊花胞间CO2浓度上升的原因是__________________ ____________________________________________________________________________；若将25％遮光的菊花重新暴露在自然光照下，则短时间内菊花叶肉细胞中C5的含量将_______(填“增多”“减少”或”不变”)。

答案：二氧化硅纸层析遮光后，菊花的叶绿素含量下降，植物的光合作用速率下降，对胞间CO2的吸收和利用减少，但进入胞间的CO2浓度基本不变增多
例题7：（2019年四川省成都实验外国语学校高考生物二诊试卷）观测不同遮阴条件下生长的苦丁茶树，结果见下表。

请回答下列问题：
（2）由表可知，提取叶绿素的材料，最好选择______条件下的叶片。

遮阴更有利于的合成______（填“叶绿素a”或“叶绿素b”），推测原因是。

（3）与全光照相比，60%遮阴条件下的胞间CO2浓度较高，但净光合速率偏低，主要原因是。

答案：60%遮阴叶绿素b 叶绿素b吸收弱光的能力更强光照强度减弱，光反应速率下降，CO2的固定量减少，致使较多CO2滞留胞间，同时导致光合速率下降
例题8：图1为25 ℃环境中甲、乙两种植物在不同光照强度下CO2吸收量的变化曲线，图2表示在一定光照强度下温度对图1中某种植物CO2吸收量和释放量的影响情况[单位：mg/(m2·h)]。

请回答下列问题：
（1）光照强度大于C点时，甲的光合速率大于乙，导致这种差异的主要影响因素包括_________________、_______________。

光照强度大于D点时，两种植物胞间二氧化碳浓度均远低于空气中二氧化碳浓度，其原因是______________________________________。

（2）图2中温度从25 ℃上升到30 ℃的整个过程中，植物体内有机物的总量会__________ (填“增加”“不变”“减少”或“无法判断”)。

图2中植物为图1中的___________，原因是_______________________________________________________________________。

【答案】光合色素的含量酶的活性和含量植物光合作用较强，消耗胞间二氧化碳的速率较快增加甲图2中25 ℃下该植物的细胞呼吸的CO2释放量为 2 mg/(m2·h)，而图1中甲植物在光照强度为0 klx时，曲线与纵轴的交点表示细胞呼吸的CO2释放量，也为2 mg/(m2·h)
【解析】根据题意和图示分析可知：图1表示25℃环境中甲、乙两种植物在不同光照强度下CO2吸收量的变化曲线．A点表示乙植物的光补偿点，B点表示甲植物的光补偿点，C 点表示甲植物的光饱和点。

图2中虚线表示光照下CO2的吸收量，应理解为净光合速率，光照下CO2的消耗量才能代表总光合速率．图中实线表示黑暗中CO2的释放量，即呼吸作用速率。

（1）光照强度大于C点时，乙植物达到了光饱和点，导致其光合作用强度不再增加的主要因素是两种植物的内在因素，如光合色素的含量和酶的活性和含量等。

光照强度大于D点时，两种植物光合作用都较强，消耗胞间二氧化碳的速率较快，导致两种植物胞间二氧化碳浓度均远低于空气中二氧化碳浓度。

（2）图2中当环境温度由25℃上升到30 ℃的过程中，植物的净光合速率大于呼吸速率，故植物体内有机物的量会增加。

图2中25℃下该植物的呼吸作用CO2释放量为2mg/（m2•h），而图1中甲植物在光照强度为0klx时，曲线与纵轴的交点表示呼吸作用的CO2释放量，也为2mg/（m2•h），因此图2植物对应图1中的甲。

例题9：14．下图为某小区绿地中夹竹桃、无花果和迎春花三种灌木植物在夏季晴天的光合速率和胞间CO2浓度随时间变化的测量结果。

请分析回答：
（1）图中10点时，限制三种植物光合速率的因素最可能是____________，此时叶肉细胞卡尔文循环中的_____________________等物质的含量相对较高，离开卡尔文循环的三碳糖，大部分将在_______________转变成______________。

（2）图中12点时测得这三种植物的胞间CO2浓度很高，但它们的光合速率却普遍较低，很可能是由于高温__________________________。

【答案】(胞间)CO2浓度A TP、NADPH和RUBP 叶绿体外(或细胞质中) 蔗糖高温抑制了光合酶的活性。