第3单元 第7课时 光合作用的影响因素及其应用（word教师用书）-【高考领航】2025年高考生物大一轮复习

第7课时　光合作用的影响因素及其应用 　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.应用影响光合作用的环境因素知识，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 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 ①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。 ②光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 (2)实验装置分析 ①自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 ②中间的盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。 ③因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。 (3)实验流程 　小圆形叶片上浮实验中的三个关注点 ①叶片上浮的原因是光合作用产生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。②打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。③为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入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。 1.如图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原因是(　　) A.叶片吸水膨胀，密度减小 B.溶液内产生的CO2大量附着在叶面上 C.叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上 D.NaHCO3溶液因放出CO2而密度增大 解析：C　叶片浮出水面的原因是叶片进行光合作用，产生的O2附着在叶面上，使叶片浮力变大而浮在水面上，A、B不符合题意，C符合题意；溶液内不会产生过多的CO2，NaHCO3溶液的作用是保持容器内CO2的浓度稳定，D不符合题意。 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)，以研究光合速率与NaHCO3溶液浓度的关系。下列有关分析不正确的是(　　) 甲　　　　　　　　乙 A.在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐增大 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 解析：D　NaHCO3溶液可提供CO2，且叶圆片上浮至液面的时间可代表光合速率，时间越短，光合速率越大。由图乙可知，在ab段，随NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐增大，A正确；bc段增大NaHCO3溶液浓度，叶圆片上浮至液面的时间基本不变，即光合速率基本不再增加，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　光合作用的影响因素及其应用 高考情境探究 1.(2022·北京卷，改编)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，回答下列问题： (1)光合速率随温度发生了怎样的变化？ 提示：据图可知，当CO2浓度一定且低于最适温度时光合速率随温度升高而升高，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。 (2)CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响如何？ 提示：当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度的升高而改变程度不大。 (3)在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度发生怎样的变化？判断的依据是什么？ 提示：升高。分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，最适温度为25 ℃左右；当CO2浓度为370 μL·L－1时，最适温度为30 ℃左右；当CO2浓度为1000 μL·L－1时，最适温度继续延后，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高。 2.(2023·山东卷)当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤，使PSⅡ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PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；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PSⅡ均造成了损伤。 (1)该实验的自变量为拟南芥种类、光照强度。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CO2浓度、温度(答出2个因素即可)。 (2)根据本实验，不能(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。 (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少(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，原因是突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PSⅡ的损伤，虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高，光反应产物多。 重点难点阐释 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 ②CO2浓度 ③温度 ④水 ⅰ.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。 ⅱ.曲线分析 图1　　　　　　　　　图2 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，植物部分气孔关闭，影响了CO2的供应。 ⅲ.应用：预防干旱，合理灌溉。 ⑤矿质元素 ⅰ.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。 ⅱ.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。 ⅲ.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.如图为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Mg，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点将向左移 解析：A　b点表示光补偿点，此时光合速率＝呼吸速率。若植物体缺Mg，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点右移，A错误。某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃，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正确。 　结合坐标曲线分析光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题 (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) B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大CO2浓度(光照强度) 左移 右移 适当减小CO2浓度(光照强度) 右移 左移 土壤缺Mg2＋ 右移 左移 　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。 2.科研人员检测晴朗天气下露天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.光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因 B.致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭 C.致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱 D.适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施 解析：B　早晨太阳出来后光照强度不断增大，使得露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，A正确；大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是太阳出来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，而露天栽培的油桃在mn段Pn下降，是因为环境温度过高导致气孔关闭，不能吸收CO2，B错误；15时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，C正确；适时浇水从而避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥从而增加CO2浓度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 3.(2024·重庆巴蜀中学校考)科研人员探究适宜光强、温度下，环境CO2浓度对甲、乙两种高等植物光合速率的影响，进行了实验一，结果如图所示。再在光强、温度不变的条件下进行实验二：将甲、乙置于初始CO2浓度为450 μmol/mL的同一密闭容器中，测定两者净光合速率随时间的变化。下列关于实验一、二的结果和结论的叙述，错误的是(　　) A.由图可知乙比甲更适宜生活在干旱环境中 B.实验二中甲的净光合速率先于乙下降 C.实验二中乙的叶肉细胞净光合速率最终为正值 D.实验二中密闭容器气压随CO2浓度下降而下降 解析：D　实验一的结果表明植物乙的CO2补偿点小于植物甲，低浓度CO2下乙也能进行光合作用，干旱环境气孔部分关闭，通过气孔进入叶肉的CO2减少，乙比甲更适应干旱环境，A正确；实验二中，密闭容器初始CO2浓度为450 μmol/mL，由图可知，此时，植物甲达到CO2饱和点，甲乙均吸收CO2，导致容器中CO2浓度下降，一段时间内，甲的净光合速率下降，乙的净光合速率不变，B正确；甲、乙置于同一密闭容器中时，随光合作用的进行，容器中CO2浓度下降，甲光合作用下降比乙快，先达到CO2补偿点，当甲光合作用低于呼吸作用时，释放的CO2能使乙的叶肉细胞净光合速率保持为正值，C正确；容器中气体体积不变，压强不会随着CO2浓度的下降而下降，D错误。 1.(2022·海南卷)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 解析：B　本实验是探究适宜温度下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；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，叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需时间越短，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，光合速率最小，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，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。 2.(2023·北京卷)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。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 解析：C　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。 3.(2021·广东卷)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(如图a示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(如图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是(　　) a b A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度) B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度) C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关 D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大 解析：D　据图a可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，由此可推断，t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)，t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)，A、B正确；通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；三者光合速率的差异，在一定光照强度下，随光照强度的增加而变大，但是超过光饱和点，再增大光照强度，三者光合速率的差异不再变化，D错误。 4.(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。 a b 回答下列问题： (1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量　　　，原因可能是___________________________________________________。 (2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的　　　　　　　，因而生长更快。 (3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究： 实验材料：选择前期　　　　　　　　　一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。 实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以　　　　为对照，并保证除　　　　　　　外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。 结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。 分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是_____________________________________________________。 解析：(1)分析题图b结果可知，培养10天后，A组叶绿素含量为4.2，C组叶绿素含量为4.7，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。(2)比较图b中B1叶绿素含量为5.3，B2组的叶绿素含量为3.9，A组叶绿素含量为4.2；B1净光合速率为20.5，B2组的净光合速率为7.0，A组净光合速率为11.8，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3＋3.9)/2＝4.6，净光合速率为(20.5＋7.0)/2＝13.75，两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。(3)分析题意可知，该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮阴程度，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示条件，分为A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组、C组为对照，并保证除遮阴程度外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果B组遮阴程度下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少。 答案：(1)较高　遮阴条件下植物合成较多的叶绿素　(2)糖类等有机物　(3)光照条件　A组、C组　遮阴程度　探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少 学科网（北京）股份有限公司 $$