第3单元 第6课时 光合作用的影响因素及其应用（Word教参）-【优化指导】2025年高考生物一轮复习高中总复习·第1轮（人教不定项版）

第6课时　光合作用的影响因素及其应用 目标导航 1．分析影响光合作用因素的曲线模型，理解环境因素对光合作用的影响。(科学思维) 2．通过探究环境因素对光合作用强度的影响实验，培养学生实验设计和分析能力。(科学探究) 3．结合影响光合作用的环境因素，指导农业生产。(社会责任) 考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响 [对应学生用书P92] 1．光合作用强度 (1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 (2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 2．探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 (2)实验中变量分析 自变量 不同光照强度 控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制 因变量 光合作用强度 检测因变量 同一时间段内叶片浮起数量 对无关变量 进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致 (3)实验流程 (4)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，单位时间内浮起的圆形小叶片也越多。 (5)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。 提醒：①打孔时要避开大的叶脉，因为其中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。 ②为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。 3．影响光合作用强度的因素 (1)影响光合作用强度的内部因素：色素的含量、酶的含量和活性、叶龄等。 (2)影响光合作用强度的环境因素：光照强度、二氧化碳浓度、温度、水分等。只要影响到原料(CO2、水)、能量的供应(动力——光能)，都可能是影响光合作用强度的因素。 思维延伸——长句表达专练 (1)在教材“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，叶片上浮的原因是什么？ 提示：叶片光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，会释放O2，使叶片细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 (2)LED灯会产生热量，距离越近(功率越大)热量越多，从而影响装置中溶液的温度，请你提出改进措施。 提示：在台灯和盛有圆形小叶片的烧杯之间放一盛水的玻璃柱，该玻璃柱可以吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。 1．下图为“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验装置图，下列关于该图的说法正确的是(　　) A．用盛水玻璃柱吸收灯光热量是为了使光均匀照射水藻 B．向光源方向移动试管，试管内的水温不会有显著变化 C．该实验装置测出的植物光合速率为总光合速率 D．改变盛水玻璃柱与灯的距离可以用来探究光照强度对光合作用的影响 B　解析：用盛水玻璃柱吸收灯光热量是为了避免灯光热量对试管内水温的影响，A错误；向光源方向移动试管，由于盛水玻璃柱吸收灯光热量，所以试管内的水温不会有显著变化，B正确；该实验装置测出的植物光合速率为净光合速率，C错误；改变试管与灯的距离可以用来探究光照强度对光合作用的影响，D错误。 2．(2024·江西临江高三月考)图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙)，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。下列有关分析不正确的是(　　) A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增大 B．在bc段，单独增加光照或温度，都可能缩短叶圆片上浮至液面的平均时间 C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，叶肉细胞失水而使代谢水平下降 D．因为配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶圆片只能进行无氧呼吸 D　解析：NaHCO3溶液可提供CO2，且叶圆片上浮至液面的平均时间可代表光合作用速率，时间越短，光合作用速率越大。由图乙可知，在ab段，随NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增大，A正确；bc段增大NaHCO3溶液浓度，叶圆片上浮至液面的平均时间基本不变，即光合作用速率基本不再增加，CO2浓度达到饱和点，此时可通过改变其他条件，如光照、温度等继续提高光合作用速率，B正确；在c点以后，因为NaHCO3溶液浓度过高，叶圆片的叶肉细胞渗透失水，代谢速率下降，所以叶圆片上浮至液面所用的平均时间增加，C正确；虽然配制的NaHCO3溶液中不含O2，但叶圆片本身可进行光合作用产生O2，所以整个实验过程中叶圆片可进行有氧呼吸，D错误。 考点二　影响光合作用的因素及应用 [对应学生用书P93] 1．内部因素 (1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同)，以阴生植物、阳生植物为例，如下图所示。 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 (3)叶面积指数 2．外部因素 (1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析 ①光照强度 原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 ②CO2浓度 原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的形成进而影响光合速率。 ③温度 ④水 a．原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水将导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。 b．曲线分析 图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。 图2曲线上E点处光合作用强度暂时降低，是因为温度较高，蒸腾作用过强，植物部分气孔关闭，影响了CO2的供应。 c．应用：预防干旱，合理灌溉。 ⑤矿质元素 a．原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是酶的组成元素，N、P是ATP、磷脂的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等。 b.曲线分析 在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当矿质元素超过一定含量后，土壤溶液的浓度过高，植物会因渗透失水而使光合作用强度下降。 c．应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。 (2)多因子对光合速率的影响 1．易错辨析——规避高频误区(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)光合作用的强度就是指植物在单位时间内通过光合作用积累糖类的数量。(　　×　　) (2)当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应。(　　√　　) (3)镁可以通过影响叶绿素的合成从而影响光反应。(　　√　　) (4)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用。(　　√　　) (5)实验中测得的O2 产生量是植物光合作用实际产生的总O2 量。(　　×　　) 2．思维延伸——长句表达专练 (1)土壤板结，光合速率下降的原因是土壤板结，导致土壤中缺氧，根细胞进行无氧呼吸，产生的ATP减少，供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少，光合色素的合成和酶数量减少，光合作用减弱。 (2)缺磷影响光合作用的原因是缺磷使叶片中ATP和NADPH的含量不足，暗反应速率降低，从而使光合作用受到影响。 (3)(必修1 P106“拓展应用1”改编)在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片在10—12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，光合作用暗反应受到限制，使叶片光合作用强度减弱。 1．(2024·湖北咸宁模拟)为了研究温度对玉米幼苗生长的影响，某研究小组进行了如下实验：将若干组等量的、生长状况一致的玉米幼苗，白天给予26 ℃的恒定温度，不同实验组给予不同的夜温，其他条件相同且适宜。结果如图1所示。将同一批玉米幼苗分别置于恒定的不同温度下培养，其他培养条件相同，光合作用强度与光照强度之间的关系如图2所示。下列有关叙述正确的是(　　) A．A点时玉米幼苗相对生长速率较低的主要原因是夜温太低 B．玉米幼苗生长的最适温度组合是日温26 ℃、夜温20 ℃ C．玉米幼苗夜间生长所需的能量由线粒体提供 D．15 ℃时玉米幼苗的光合作用强度高于10 ℃ A　解析：酶的活性受温度影响，由题图可知，A点时玉米幼苗相对生长速率较低的主要原因是夜温太低，A正确；由于没有在其他日温和夜温条件下进行实验作对照，所以仅根据图1，不能确定日温26 ℃、夜温20 ℃一定是玉米幼苗生长的最适温度组合，B错误；玉米幼苗夜间生长主要通过有氧呼吸提供能量，因此其所需的能量由线粒体和细胞质基质提供，C错误；由图2可知，光照强度较低时，15 ℃时玉米幼苗的光合作用强度低于10 ℃时，D错误。 2.（不定项）右图为CO2吸收量与光照强度关系的坐标图，当光合作用相关因素改变后，a、b、c点的移动描述不正确的是(　　) A．若植物体缺Mg2＋，则对应的b点将向左移 B．已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃，则温度由25 ℃上升到30 ℃时，对应的a点将下移，b点将右移 C．若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a点、b点、c点将分别向上移、左移、左移 D．若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，则b点将向右移 AD　解析：若植物体缺Mg2＋，叶绿素含量降低，光合速率下降，需要更强光照条件，才能使光合速率等于呼吸速率，故b点将向右移，A错误。温度由25 ℃上升到30 ℃时，呼吸速率上升，故a点下移；呼吸速率上升，光合速率下降，要让光合速率＝呼吸速率，需要更强光照，故b点将向右移，B正确。阳生植物的呼吸速率、光补偿点和光饱和点都比阴生植物高，若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a点、b点、c点将分别向上移、左移、左移，C正确。植物光合作用最有效的光是红光和蓝紫光，若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，光合速率上升，要让光合速率＝呼吸速率，需要较弱光照即可，故b点将向左移，D错误。 光合作用曲线中的“关键点”移动 (1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。 (2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变) 变化 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大CO2浓 度(或光照强度) 左移 右移 适当减小CO2浓 度(或光照强度) 右移 左移 土壤缺Mg2＋ 右移 左移 注意：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 (3)D点：代表最大光合速率，当增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。 3．(2024·福建宁德高三校考)科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成图。下列相关说法错误的是(　　) A．CO2浓度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因 B．bc段适时通风、mn段适时遮阴可有效缓解Pn下降 C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照强度逐渐减弱 D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施 A　解析：日出后光照强度逐渐增大，ab段、lm段油桃的光合速率(Pn)逐渐增大，因此光照强度是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因，A错误。大棚栽培条件下的油桃在bc段光合速率(Pn)下降，主要原因是日出后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降；而露地栽培的油桃在mn段光合速率(Pn)下降，是环境温度过高导致部分气孔关闭，吸收CO2减少所致，因此bc段适时通风可增加CO2浓度，mn段适时遮阴可减少气孔的关闭数目，从而有效缓解光合速率(Pn)下降，B正确。15时之后光照强度减弱，因此，ef段、op段光合速率(Pn)下降是光照强度减弱引起的，C正确。适时浇水避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥可增加土壤中CO2浓度，均是提高大田作物产量的重要措施，D正确。 开放和密闭环境中CO2、O2含量昼夜变化分析 (1)自然环境中，绿色植物一昼夜内CO2的吸收与释放速率的曲线分析 (2)相对密闭的环境中，绿色植物一昼夜内CO2含量的变化曲线分析 [对应学生用书P96] 1.(2022·海南卷，T3)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是(　　) A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C．四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 B　解析：本实验探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度和光照为无关变量，A错误；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最低，C错误；若在4 ℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，导致净光合速率降低，故各组叶圆片上浮所需时长均会延长，D错误。 2．(2021·辽宁卷，T2)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是(　　) A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度 B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同 C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量 D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度 B　解析：不同植物生长对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，故合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用的速率，D正确。 3．(2023·北京卷，T3)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如下图所示。对此图理解错误的是(　　) A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 C　解析：CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增强，B正确；CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误；图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。 4．(2022·北京卷，T2)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出(　　) A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高 B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C．CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小 D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 D　解析：分析题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小，A正确。分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，最适温度在25 ℃左右；当CO2浓度为370 μL·L－1时，最适温度约为30 ℃；当CO2浓度为1 000 μL·L－1时，最适温度继续升高，可以表明在一定范围内，CO2浓度升高会使光合作用最适温度升高，B正确。分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度升高而改变的程度不大，光合速率在温度的升高下，持续在数值为10处波动，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小，C正确。分析题图可知，10 ℃条件下，CO2浓度为200 μL·L－1至370 μL·L－1时，光合速率有显著提高，而370 μL·L－1至1 000 μL·L－1时，光合速率提高程度不大，CO2浓度高于1 000 μL·L－1时情况未知，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。 5．(2023·山东卷，T21)当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PS Ⅱ 复合体(PS Ⅱ )造成损伤，使PS Ⅱ 活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散，减少多余光能对PS Ⅱ 的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PS Ⅱ ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如下图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PS Ⅱ 均造成了损伤。 (1)该实验的自变量为__________________。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有__________________(答出2个因素即可)。 (2)根据本实验，________(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PS Ⅱ 活性强弱，理由是____________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量________(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)光、H蛋白　CO2浓度、温度 (2)不能　强光照射下突变体的NPQ强度相对值高，PS Ⅱ 损伤小，但不能生成H蛋白，不能修复损伤的PS Ⅱ；而野生型的NPQ强度相对值低，PS Ⅱ 损伤大，但含有H蛋白，能对损伤后的PS Ⅱ 进行修复 (3)少　突变体的NPQ强度相对值高，PS Ⅱ 损伤小，虽然损伤不能修复，但PS Ⅱ 活性高，光反应产物多 解析：(1)以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行相关实验，结合题图分析，实验的自变量有光、H蛋白。影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。(2)依据题图分析，强光照射下突变体的NPQ强度相对值高，PS Ⅱ 损伤小，但不能生成H蛋白，不能修复损伤的PS Ⅱ ；而野生型的NPQ强度相对值低，PS Ⅱ 损伤大，但含有H蛋白，能对损伤后的PS Ⅱ 进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PS Ⅱ 活性强弱。(3)根据题图分析，强光照射下突变体的NPQ强度相对值较高，而NPQ能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少。强光照射下突变体的NPQ强度相对值高，PS Ⅱ 损伤小，虽然损伤不能修复，但PS Ⅱ 活性高，能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于野生型。 6．叶面积指数是指单位土地面积上的植物叶面积，即叶面积指数＝叶片总面积/土地面积，是反映植物群体生长状况的一个重要指标，其大小直接与最终产量高低密切相关。科研人员记录了不同种植密度下，灌浆期玉米叶面积指数、单位土地面积上的植物净光合速率和茎叶夹角的数据(如表)。回答下列问题： 种植密度 (万株·hm－2) 叶面积 指数 净光合速率(CO2) (μmol·m－2·s－1) 茎叶 夹角(°) 3.0 3.03 41.2 35.8 4.5 4.06 39.5 34.0 5.1 4.50 36.2 30.5 6.0 4.65 33.5 29.3 7.5 4.77 30.2 28.8 [设问1] 结合基础概念，考查知识迁移应用能力 (1)在卡尔文循环中，CO2与体内的一种C5结合形成的化合物是________，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成蔗糖后，主要以蔗糖形式从叶片输出。在光反应中，发生的物质变化有________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(写出三点)。 [设问2] 结合新材料的分析和理解，考查批判性能力 (2)随着种植密度的增大，为减弱叶片相互遮挡，茎叶夹角________(填“变大”“变小”或“基本不变”)。叶面积指数和净光合速率呈现负相关，因此，在大田种植时，种植密度越小对作物增产越有利。请判断该观点的正误，并说明理由：____________________________ ______________________________________________________________________________。 [设问3] 通过理论知识应用于生产实际，考查解决实际问题的能力 (3)化肥长期使用不当，会造成土壤性质恶化、土壤中的微生物数量降低，引起分解作用减弱、土壤肥力下降。使用有机肥的积极意义是____________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________(答两点即可)。 答案：(1)C3　ATP的合成、NADPH的合成、H2O在光下分解 (2)变小　错误，种植密度过小，光能得不到充分利用，导致群体净光合作用速率低 (3)防止土壤板结；减少化肥的使用，保护环境；增加土壤中微生物的分解作用，有利于植物矿质元素的吸收；有机肥使用成本较低 解析：(1)在卡尔文循环(属于暗反应过程)中，CO2与体内的一种C5结合生成C3，而后通过C3还原过程形成糖类。C3跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成蔗糖后，主要以蔗糖形式从叶片输出。在光反应中，发生的物质变化有H2O的分解、ATP和NADPH的合成，光反应的产物ATP和NADPH可用于暗反应过程。(2)实验范围内，随着种植密度的增大，茎叶夹角变小，可能是植物为减弱叶片相互遮挡而导致的，是植物自我适应性的表现。种植密度过小，光能得不到充分利用，导致群体净光合作用速率低；而种植密度过大，会由于叶片间相互遮挡，导致总光合速率不再增加，而净光合速率下降导致产量低，因此，在大田种植时，要合理密植。(3)有机肥的使用能增加土壤中微生物的活动，使土壤变得疏松，同时微生物的活动能将有机物分解成无机物，满足农作物的需求，因此有机肥的使用除了能防止土壤板结外，还能减少化肥的使用，避免化肥的使用对环境造成污染，另外还可降低生产成本，同时有机物分解过程中产生的二氧化碳也能提高光合速率。 学科网（北京）股份有限公司 $$