高中生物学奥林匹克竟赛专用 植物生理学
(四)计算题
6-22
1．假定中国长江流域年总辐射量为5.0×10kJ〃m，一年二熟，水稻产量每100m为75kg，小麦产量每
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100m为60kg。经济系数水稻为0.5，小麦为0.4，含水量稻谷13%，小麦籽粒为12%，干物量含能均按1.7
４ -1
×10kJ〃kg计算，试求该地区的光能利用率。
答：光能利用率 ＝ (光合产物中积累的能量/辐射总量)×100%
-2-2４-1
光合产物中积累的能量＝[75kg〃100m÷0.5×(1-13%)＋60kg〃100m÷0.4×(1-12%)]×1.7×10kJ〃kg
４-2
＝4.4625×10kJ〃m
４-26-2
光能利用率＝(4.4625×10kJ〃m/5.0×10kJ〃m)×100%＝0.89%
2．假定还原1 mol CO2需要8 mol光量子，请计算波长为680nm的光转换效率。如以光合有效辐射(1mol光合有效辐射的平均能量为209kJ)推动光合作用，其光能利用率又是多少？(同化1mol CO2形成碳水化合物贮存的化学能为478kJ)
答：8mol 波长680nm光量子的能量为：
-34238-1-9
hNC/λ×8＝6.626×10Ｊ〃s×6.023×10×(3.0×10m〃s／680×10m)×8＝1410kJ 680nm的光能转化率＝贮存的化学能/吸收的光能＝478kJ÷1410kJ≈0.34＝34%
光合有效辐射的光能转化率＝贮存的化学能/吸收的光能＝478kJ÷(209kJ×8)≈0.285＝28.5%
0ˊ－1
3．假定在细胞内条件下从ADP和无机磷生成ATP的ΔG为＋50kJ.mol。请计算在吸收1 mol红光（650nm）量子时所产生的ATP分子的最大理论值。 答：1mol 波长650nm光量子的能量为：
-34238-1-9
hNC/λ＝6.626×10Ｊ〃s×6.023×10×(3.0×10m〃s／650×10m)＝184kJ
－1
184 kJ÷50kJ.mol≈3.7mol
吸收1 mol红光（650nm）量子时所产生的ATP分子的最大理论值为4.4 mol
4．在光合碳固定阶段，经过卡尔文循环，由3mol C2O合成1 mol丙糖磷酸，其自由能变化为1465kJ。与此同时，光合同化力形成阶段产生的9mol ATP和6mol NADPH全部被用于丙糖磷酸的形成。请计算光合碳固定阶段的能量转化效率？
答：每形成1mol ATP需要约50 kJ能量，每形成1mol NADPH的自由能变化220 kJ 9mol ATP和6mol NADPH中能量＝50 kJ×9＋220 kJ×6＝1770 kJ 光合碳固定阶段的能量转化效率＝1465kJ÷1770kJ≈82.8%。
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5．用红外线CO2分析法测定小麦叶片的呼吸耗氧速率和光合放氧速率。供试叶面积为10 cm；叶片放入
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叶室后，暗中体系的CO2释放速率为0.15μmol CO2〃min；光照下体系的CO2消耗速率为1.5μmol CO2〃min。
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计算小麦叶片的呼吸速率和光合速率（μmol CO2〃m〃s）。 解：
-1-1-2
呼吸速率＝体系CO2释放速率（μmol CO2〃min）÷60s〃min ÷叶面积（m）
-1-12－2－1
＝0.15μmol CO2〃min÷60s〃min ÷ 0.001m＝2.5μmol CO2〃m〃s
-1-1-2
光合速率＝体系CO2消耗速率（μmol CO2〃min）÷60s〃min ÷叶面积（m）
-1-12－2－1
＝1.5μmol CO2〃min÷60s〃min ÷ 0.001m＝25μmol CO2〃m〃s
－2－1－2－1
答：此小麦叶片的呼吸速率和光合速率分别为2.5μmolCO2〃m〃s和25μmolCO2〃m〃s。
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