第3单元 第10讲 影响光合作用的因素及其应用(教用Word)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中生物学高考一轮总复习（不定项版）

第10讲　影响光合作用的因素及其应用 课标内容 实验:探究不同环境因素对光合作用的影响。 微考点大突破 考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响 1.探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理。 叶片含有气体,上浮叶片下沉充满细胞间隙,叶片上浮 (2)实验流程。 (3)注意事项。 ①叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2,释放O2,使叶肉细胞间隙充满了气体,浮力增大,叶片上浮。 ②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。 ③为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。 2.实验结论 在一定光照强度范围内,光合作用强度随光照强度的增强而增强。 提醒　设计实验探究影响光合作用强度的因素分析 教考衔接 1.判断正误。 (1)在探究光照强度对光合作用强度的影响中,增加光照强度或温度,都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间。(必修1 P105“探究·实践”)(×) (2)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。(必修1 P105“旁栏思考”)(×) 2.在“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验中,若改用普通灯泡(钨丝)作为光源,应注意什么,怎样改进? 答:____________________________________________________________________________________________________________________________。 提示　若改用普通灯泡作为光源应注意灯泡发热造成的温度变化对实验的影响,应在灯泡和光源之间加一玻璃水柱进行隔温处理 角度　结合光合作用影响因素的实验,考查科学探究能力 研究金鱼藻等沉水植物对水环境的适应性特征及其生长与环境因子的关系,将有利于人类更好地利用沉水植物。回答下列问题: (1)图1是金鱼藻叶片横切局部图。在长期水环境的选择作用下,金鱼藻形成了许多适应性特征:叶片细裂成丝状,增加了_______________________________;叶片结构中有____________________,增加了叶片中气体的含量而使其易在水中舒展,有利于接受光照;表皮细胞中含有_____________,使表皮细胞具备了进行光合作用的能力。 (2)某实验小组利用金鱼藻探究光照强度对光合作用的影响,部分实验装置如图2所示。材料用具包括金鱼藻、玻璃棒、量筒、20W LED台灯、弯曲的玻璃喷管(尖端可匀速喷出气泡)、CO2缓冲液、清水等。实验步骤如下: ①剪取2~4根金鱼藻,将切口端部分插入玻璃喷管,并固定在玻璃棒上。 ②将图2装置放入量筒中,注意将玻璃喷管的尖端朝_____________(填“上”或“下”),且全部浸没在水中。 ③将上述装置按一定距离放置在20 W LED台灯前。 ④打开灯的电源开关。 ⑤计数一分钟内____________________________________________________________________________________________________________________________。 ⑥按一定值(如10 cm)调整光源的距离,重复③~⑤步骤至少3次。 ⑦设计记录实验结果的表格: 上述步骤中,金鱼藻的切口插到玻璃喷管上有利于____________________,玻璃喷管不能过于弯曲的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)研究发现,部分水生植物在夜间吸收CO2并转变为有机酸,白天将这些有机酸运输到叶绿体,释放出CO2,这种CO2固定方式的优点是____________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　(1)根据题干信息可知,金鱼藻属于沉水植物,在长期水环境的选择作用下,金鱼藻形成了许多适应性特征,其叶片细裂成丝状,这增加了金鱼藻细胞与水的接触面积,有利于其从水体中吸收CO2等物质,也增加了光合作用面积,有利于光合作用的进行。分析题图1可知,叶片结构中有气腔和通气组织,增加了叶片中气体的含量而使其易在水中舒展,有利于接受光照;光合作用的场所是叶绿体,从题图1中可以看出表皮细胞中含有叶绿体,使表皮细胞具备了进行光合作用的能力。(2)根据题中信息可知,本实验的目的是利用金鱼藻探究光照强度对光合作用的影响,因此自变量是光照强度,因变量是光合作用速率(可用单位时间内从玻璃喷管中冒出的气泡数量来表示)。由此分析实验步骤,②将题图2装置放入量筒中,将玻璃喷管的尖端朝上放置,且全部浸没在水中。⑤计数一分钟内从玻璃喷管中冒出的气泡数量。⑦设计记录实验结果的表格时注意要具有表格标题、自变量、因变量,具体见答案。金鱼藻的切口插到玻璃喷管上有利于收集气体并计数气泡,玻璃喷管不能过于弯曲的原因是避免气体聚集在管口而不喷出。(3)白天水生植物对CO2的竞争激烈,夜晚水体中含有丰富的CO2,因此部分水生植物在夜间吸收CO2并转变为有机酸,白天将这些有机酸运输到叶绿体,释放出CO2,有利于其白天获得更多的CO2进行光合作用。 答案　(1)光合作用面积和气体的吸收面积　通气组织、气腔　叶绿体　(2)②上　⑤从玻璃喷管中冒出的气泡数量(不可只答“气泡数量”) ⑦ 不同光照强度下金鱼藻每分钟产生的气泡数 距离/cm 5 15 25 35 平均气泡数/个 收集气体(并计数气泡)　避免气体聚集在管口而不喷出(表达出“不利于气泡冒出”的意思即可) (3)白天水生植物对CO2的竞争激烈,夜晚水体中含有丰富的CO2,有利于其白天获得更多CO2进行光合作用 考点二　影响光合作用的因素及其应用 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。 a.原理:光照强度影响光反应阶段,制约ATP和NADPH的产生,进而制约暗反应。 b.曲线分析。 ②CO2浓度。 a.原理:CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3的生成来影响光合作用强度。 b.曲线分析。 ③温度。 a.原理:温度通过影响酶的活性影响光合作用强度。 b.曲线分析。 ④水分或矿质元素。 a.原理。 ⅰ.水既是光合作用的原料,又是生物体内各种化学反应的介质,如植物缺水会导致萎蔫,使光合速率下降。 ⅱ.水分还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内。 ⅲ.矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分,矿质元素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。 (2)多因子对光合速率的影响。 提醒　①不同因素的作用具有互补效应。如当光照强度降低时,可通过增加CO2浓度补偿。②不同条件下关键影响因素不同。如其他条件适宜,CO2达到饱和点,此时限制因素最可能是五碳化合物的含量。 教考衔接 1.农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的光合作用等生理活动,也可以影响环境。如中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施。轮作是指在同一块田地上有顺序地在季节间和年度间轮换种植不同作物的种植方式。间作套种是指在同一土地上按照不同比例种植不同种类农作物的种植方式。 (1)中耕松土能促进植物生长的原因是什么? 答:____________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)缺磷影响光合作用的原因是什么? 答:____________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)轮作的好处有哪些? 答:______________________________________________________________。 (4)玉米和大豆的根系深浅不同,植株高矮不同。玉米间作套种大豆可充分利用哪些资源提高农作物产量? 答:____________________________________________________________________________________________________________________________。 提示　(1)①减少杂草与农作物对水分、矿质元素和光的竞争。②增加土壤氧气含量,促进根系的细胞呼吸,进而促进根细胞对无机盐的吸收 (2)P是ATP、NADPH及某些酶的组成元素,缺磷植株照光后叶片中ATP和NADPH的含量明显下降,暗反应速率随之降低,从而使光合作用受到影响 (3)防止土壤养分失衡 (4)不同层次土壤内的水分、养分(无机盐)、光能、空间等 2.结合如图分析并回答问题: C点时两者光合作用速率____________________(填“相等”“不相等”或“不一定相等”),理由:____________________________________________________________________________________________________________________________。 提示　不一定相等　两者的呼吸速率不一定相等 1.光合作用曲线中的“关键点”移动 (1)CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向:有左移、右移之分,其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点,CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的最低CO2浓度(或光照强度),位于横轴上。 ①呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点B应右移,反之左移。 ②呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点B应右移,反之左移。 ③若改变某一外界因素(如温度),使光合作用与呼吸作用均受影响,则补偿点移动要视具体情况而定。例如,提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率增加值,则B点右移,反之左移。 ④若外界因素改变,导致植物最大光合速率减小,达到最大光合速率所需的CO2浓度(或光照强度)也会降低,C点左移,反之右移。 ⑤阴生植物与阳生植物相比,CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。 (2)其他点的移动也要分情况。例如,呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,曲线上的A点不动,D点向左下方移动,反之,向右上方移动。 2.影响光合作用强度的因素 (1)外因:光照强度、温度、CO2浓度等。 影响因素 产生的影响 影响过程 光照强度 影响水光解后产生NADPH的过程,影响ATP的形成 主要是光 反应阶段 CO2浓度 影响C3的合成 主要是暗 反应阶段 温度 影响光合作用酶的活性 主要是暗 反应阶段 (2)内因:酶的活性和数量、色素的种类和数量、五碳化合物的含量等。 角度一　考查环境因素影响光合作用的图像分析 1.(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　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项正确;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,B项正确;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项错误;题图中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项正确。 答案　C 2.(不定项)非光化学猝灭(NPQ)是光合色素通过分子振动将吸收的过剩光能以热能形式散失的机制,该机制可避免强光损伤光合结构,但强光下发生的NPQ在光减弱时仍会持续一段时间。自然环境中光照强度通常在短时间中剧烈波动,为探究光波动对植物光合作用的影响,研究人员以黄瓜幼苗为材料,设置光照强度相同但强光-弱光波动频率不同的T1、T2、T3组(光波动频率T1<T2<T3),一段时间后测量黄瓜幼苗的生物量、光合色素含量及NPQ指标,结果如图所示。下列说法错误的是(　　) A.与T1组相比,T2组黄瓜幼苗光合作用固定的光能少 B.光波动频率越高,黄瓜幼苗在弱光期NPQ的总持续时间越长 C.T3组黄瓜幼苗色素含量的变化,不利于其适应光剧烈波动的环境 D.培育出光照增强时NPQ降低的黄瓜品种,能提高其光合产量 解析　据题图可知,T1组和T2组的光合色素基本相同,但T1组的生物量远高于T2组,由此推断,与T1组相比,T2组黄瓜幼苗光合作用固定的光能少,A项正确;由题意“强光下发生的NPQ在光减弱时仍会持续一段时间”可知,随着光波动频率的增大,NPQ指标也在增加,黄瓜幼苗在弱光期NPQ的总持续时间越长,B项正确;NPQ能够避免强光损伤光合结构,据题图可知,T3组NPQ指标最高,能更好地适应光剧烈波动的环境,C项错误;NPQ指标越大,其生物量越小,故培育出光照减弱时NPQ降低的黄瓜品种,能提高其光合产量,D项错误。 答案　CD 角度二　考查环境因素影响光合作用的实验分析 3.地衣是藻类和真菌共生的复合体,其体内水分完全受外界环境的影响。科学家研究了不同含水量情况下两种附生地衣(平滑牛皮叶、网肺衣)随光照强度变化而导致的光合作用速率的变化,结果如图所示,下列相关叙述错误的是(　　) A.本实验的自变量是附生地衣的种类、含水量、光照强度 B.不同含水量情况下,两种附生地衣呼吸作用强度较低的都是网肺衣 C.不同含水量情况下,两种附生地衣中较适应高光强的都是平滑牛皮叶 D.增加附生地衣的含水量有利于提高附生地衣对光能的利用率 解析　分析题图可知,本实验的自变量是附生地衣的种类、含水量、光照强度,A项正确;由题图可知,在光照强度为0时,不同含水量情况下网肺衣的呼吸速率均小于5,平滑牛皮叶的呼吸速率都大于5,故两种附生地衣中呼吸作用强度较低的都是网肺衣,B项正确;当含水量为W4时,平滑牛皮叶的净光合速率接近0,网肺衣的净光合速率随光照强度的升高而逐渐增强,说明当含水量为W4时,网肺衣更适应高光强,C项错误;由题图可知,随着光照强度的增强,含水量的增加,两种地衣的净光合速率均逐渐提高,故增加附生地衣的含水量有利于提高附生地衣对光能的利用率,D项正确。 答案　C 4.(2023·浙江6月选考,T22)植物工厂是一种新兴的农业生产模式,可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示,不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下:CK组(白光)、A组(红光∶蓝光=1∶2)、B组(红光∶蓝光=3∶2)、C组(红光∶蓝光=2∶1),每组输出的功率相同。 回答下列问题: (1)光为生菜的光合作用提供_____________,又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求,若营养液中的离子浓度过高,根细胞会因_____________作用失水造成生菜萎蔫。 (2)由图乙可知,A、B、C组的干重都比CK组高,原因是______________________________________________________。由图甲、图乙可知,选用红、蓝光配比为____________________,最有利于生菜产量的提高,原因是______________________________________________________________。 (3)进一步探究在不同温度条件下,增施CO2对生菜光合速率的影响,结果如图丙所示。由图可知,在25 ℃时,提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳,判断依据是______________________________________________________________。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气,冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度,还可以_____________,使光合速率进一步提高,从农业生态工程角度分析,优点还有______________________________________________________________________。 解析　(1)叶绿体类囊体的薄膜上有捕获光能的色素,光合作用中,光能会转化为ATP和NADPH中的化学能。光为生菜的光合作用提供了能量。若营养液中的离子浓度过高,则营养液的浓度大于根细胞的细胞液浓度,可导致根细胞发生渗透失水。(2)由题图分析可知,A、B、C三组的干重都高于CK组,这是因为光合色素主要吸收红光和蓝紫光,因此与CK组相比,不同配比的红光和蓝光的组别光合速率高,有机物积累多。B组(红光∶蓝光=3∶2)的氮含量、叶绿素含量以及干重均最高,因此当红、蓝光的配比为红光∶蓝光=3∶2时,最有利于生菜产量的提高。(3)温度为25 ℃时,高CO2浓度下和大气CO2浓度下生菜的光合速率均较高,且高CO2浓度下生菜的光合速率与大气CO2浓度下生菜的光合速率的差值较大。因此在25 ℃时,提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气,冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度和温度,从而使植物光合速率进一步提高。利用秸秆发酵生产沼气,有利于实现物质的循环利用,提高能量的利用率,增加作物产量,减少环境污染。 答案　(1)能量　渗透 (2)与CK组相比,A、B、C三组使用的是红光和蓝紫光,光合色素主要吸收红光和蓝紫光,A、B、C三组吸收的光更充分,光合作用速率更高,植物干重更高　红光∶蓝光=3∶2　当光质配比为B组时,植物叶绿素含量、氮含量和干重都比其他三组高,有利于植物的光合作用,即B组植物的净光合速率更大,积累的有机物更多 (3)25 ℃时,高CO2浓度下和大气CO2浓度下生菜的光合速率均较高,且25 ℃时高CO2浓度下生菜的光合速率与大气CO2浓度下生菜的光合速率的差值较大　提高温度　有利于实现物质的循环利用,提高能量利用率,减少环境污染 角度三　考查光合作用影响因素的生产应用 5.农业谚语是劳动人民口口相传的生产实践经验,其中蕴藏着丰富的生物学原理,下列相关分析不正确的是(　　) A.“犁地深一寸,等于上层粪”——中耕松土有利于植物根细胞吸收无机盐 B.“春天粪堆密,秋后粮铺地”——粪肥中的能量流向植物,促进粮食增产 C.“人黄有病,苗黄缺肥”——氮、镁是构成叶绿素的成分,缺(含氮、镁的)肥导致叶片变黄 D.“玉米带大豆,十年九不漏”——玉米和大豆的间作套种,充分利用群落的空间结构 解析　中耕松土增加土壤的含氧量,为根系提供更多的氧气,促进细胞有氧呼吸,有利于植物的根部通过主动运输吸收无机盐离子,A项正确;粪肥中的能量不能流向植物,粪肥中有机物可被微生物分解形成无机物,无机物可被植物吸收利用,促进粮食增产,B项错误;氮、镁是构成叶绿素的必需成分,植物缺乏氮、镁会导致叶片发黄,C项正确;玉米和大豆的间作套种,可以提高阳光利用率,大豆上的根瘤菌还具有固氮作用,增加土壤中氮的含量,充分利用了群落的空间结构,D项正确。 答案　B 6.(2022·浙江6月选考,T27)通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。 处理 指标 光饱 和点 (klx) 光补 偿点 (lx) 低于5 klx光 合曲线的斜率 (mg CO2· dm-2·hr-1· klx-1) 叶绿素 含量 (mg· dm-2) 单株光 合产量 (g干重) 单株叶光 合产量 (g干重) 单株果实 光合产量 (g干重) 不遮阴 40 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25 遮阴 2小时 35 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21 遮阴 4小时 30 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13 [注]　光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。 回答下列问题: (1)从实验结果可知,花生可适应弱光环境,原因是在遮阴条件下,植株通过增加____________________,提高吸收光的能力;结合光饱和点的变化趋势,说明植株在较低光强度下也能达到最大的_____________;结合光补偿点的变化趋势,说明植株通过降低_____________,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中_______________________________的指标可以判断,实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。 (2)植物的光合产物主要以_____________形式提供给各器官。根据相关指标的分析,可知较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至_____________中。 (3)与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均_____________。根据实验结果推测,在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间为_____________(A.<2小时　B.2小时　C.4小时　D.>4小时),才能获得较高的花生产量。 解析　(1)与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的叶绿素含量都有提高,故花生通过增加叶绿素含量,提高吸收光的能力来适应弱光环境。与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的光饱和点和光补偿点均降低,这说明植株在较低光强度下也能达到最大的光合速率,而植株通过降低呼吸速率,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,低于5 klx光合曲线的斜率(mg CO2·dm-2·hr-1·klx-1)分别为1.22、1.23、1.46,这说明,在实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。(2)植物的光合产物主要以蔗糖形式提供给各器官。对比题表中不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下的单株光合产量、单株叶光合产量、单株果实光合产量可知,在较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至叶中。(3)在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,花生植株的单株光合产量(g干重)分别为18.92、18.84、16.64,与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均降低。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,单株果实光合产量(g干重)分别为8.25、8.21、6.13,可判断在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间<2小时,才能获得较高的花生产量。 答案　(1)叶绿素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲线的斜率　(2)蔗糖　叶　(3)降低　A 考点三　光合作用与细胞呼吸的综合运用 1.光合作用与细胞呼吸的关系 (1)图解光合作用与细胞呼吸过程中的物质转化关系。 (2)光合作用和细胞呼吸的比较。 比较 项目 光合作用 细胞呼吸 代谢 类型 合成作用(或同化作用) 分解作用(或异化作用) 发生 范围 含叶绿体的植物细胞;蓝细菌、光合细菌等 所有活细胞 发生 场所 叶绿体(真核生物);细胞质(原核生物) 有氧呼吸:细胞质基质、线粒体(真核生物);细胞质(原核生物) 无氧呼吸:细胞质基质 发生 条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 物质 变化 无机物有机物 有机物无机物 能量 变化 光能→化学能 化学能→热能、ATP中活跃的化学能 实质 无机物有机物;储存能量 有机物无机物(或简单有机物);释放能量 能量转化的联系 元素转移的联系 C:CO2(CH2O)→丙酮酸→CO2 O:H2OO2→H2O H:H2OH+→NADPH(CH2O)→[H]→H2O 过程 联系 2.辨析真正光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系 (1)结合曲线辨析。 提醒　当植株净光合速率为0时,叶肉细胞的净光合速率大于0;当叶肉细胞中净光合速率为0时,植株的净光合速率小于0。 (2)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。 (3)绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据为净光合速率。 (4)真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。 (5)植物“三率”的判断方法。 ①根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率;当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。 ②根据关键词判定。 检测指标 呼吸速率 净光合速率 真正(总) 光合速率 CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定 量、消耗量 O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量 有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量 3.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(以光合速率大于呼吸速率为例) 项目 表示方法 呼吸 速率 线粒体释放CO2量(m1);黑暗条件下细胞(植物体)释放CO2量(葡萄糖消耗量) 线粒体吸收O2量(n1);黑暗条件下细胞(植物体)吸收O2量 净光合 速率 细胞(植物体)吸收的CO2量(m2);植物(叶片)积累葡萄糖量 细胞(植物体)释放的O2量(n2) 真正光 合速率 叶绿体固定CO2量[m3(或m1+m2)];植物(叶绿体)产生葡萄糖量 叶绿体产生O2量[n3(或n1+n2)] 1.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较 2.植物的总光合速率、净光合速率和呼吸速率关系常考图形分析 (1) (2) (3)以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标。 3.光合速率与植物生长的关系 (1)当净光合速率>0时,植物因积累有机物而生长。 (2)当净光合速率=0时,植物不能生长。 (3)当净光合速率<0时,植物不能生长,长时间处于此种状态,植物将死亡。 角度　通过光合速率与呼吸速率的综合应用,考查科学思维能力 1.甲、乙两图分别表示一天内某丛林水分的失与得(A、B)和CO2的吸收与释放(m、N、L)的变化情况(S代表面积)。请据图分析,下列说法错误的是(　　) A.若SB-SA>0,则多余的水分用于光合作用等生理过程 B.若SB-SA>0,且Sm-SN-SL>0,则丛林树木净光合作用大于0 C.从暗反应的角度考虑,若在一昼夜内SN+SL<Sm,植物就能正常生长 D.若SB-SA<0,仅从环境推测,当日气温可能偏高或土壤溶液浓度偏低 解析　分析题图可知,SB是植物细胞吸收的水分,SA是植物通过蒸腾作用散失的水分,SB-SA>0,多余的水分用于光合作用等生理过程,A项正确;SB-SA>0,代表植物细胞吸收的水分大于蒸腾作用散失的水分,Sm-SN-SL>0,代表有机物的积累量大于0,B项正确;若在一昼夜内SN+SL<Sm,说明有机物的积累量大于0,该植物能正常生长,C项正确;SB-SA<0,代表植物细胞吸收的水分小于蒸腾作用散失的水分,从环境推测,当日气温可能偏高,蒸腾作用强或者土壤溶液浓度高,细胞不能吸水,甚至失水,D项错误。 答案　D 2.(2023·广东卷,T18)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显,但在高密度栽培条件下ygl产量更高,其相关生理特征见下表和图。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。) 水稻 材料 叶绿素 (mg/g) 类胡萝卜 素(mg/g) 类胡萝卜 素/叶绿素 WT 4.08 0.63 0.15 ygl 1.73 0.47 0.27 分析图表,回答下列问题: (1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和____________________,叶片主要吸收可见光中的____________________光。 (2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·m-2·s-1时,ygl的净光合速率较WT更高,但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加,比较两者的光饱和点,可得ygl_____________(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和____________________。 (3)与WT相比,ygl叶绿素含量低,高密度栽培条件下,更多的光可到达下层叶片,且ygl群体的净光合速率较高,表明该群体____________________,是其高产的原因之一。 (4)试分析在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题:____________________。 解析　(1)水稻叶绿体中的光合色素有4种:胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。据题表可知,与野生型水稻相比,黄绿叶突变体(ygl)的叶绿素含量低,类胡萝卜素/叶绿素的值较高,导致ygl叶色黄绿。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,因此ygl叶片主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。(2)光饱和点是光合速率不再随光照强度增加时的光照强度。据题图a可知,ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。根据题图c可知,与WT相比,ygl的呼吸速率较高。据题表可知,与WT相比,ygl的叶绿素含量较低,当光照强度较低时,叶绿素含量低会导致光反应为暗反应提供的NADPH和ATP较少,使光合速率降低。综合上述分析可知,ygl具有较高的光补偿点的原因可能是其叶绿素含量较低和细胞呼吸速率较高。(3)与WT相比,在高密度栽培条件下,更多的光可到达ygl下层叶片,导致ygl下层叶片的光合速率较高;与WT相比,ygl的叶绿素含量低,但ygl群体的净光合速率较高,表明该群体的光能利用率较高,有机物积累量大。(4)绘制曲线图时要注意:ygl的呼吸速率约为0.9 μmol (CO2)·m-2·s-1,WT的呼吸速率约为0.6 μmol (CO2)·m-2·s-1,而且ygl的光补偿点(约为30 μmol·m-2·s-1)大于WT的光补偿点(约为15 μmol·m-2·s-1),具体曲线图见答案。由题可知,为保证水稻高产,可关注最适栽培密度或最适光照强度,因此可以继续探究高密度栽培条件下,WT和ygl的最适光照强度或探究在较强光照条件下,WT和ygl的最适栽培密度。 答案　(1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高　红光和蓝紫　(2)高于　细胞呼吸速率较高　(3)光能利用率较高 (4)如图所示 探究高密度栽培条件下,WT和ygl的最适光照强度(或探究在较强光照条件下,WT和ygl的最适栽培密度) 考点四　光合速率的测定方法 1.“液滴移动法”——测定装置中O2的变化 提醒　①真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。②物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。 2.“黑白瓶法”——测溶氧量的变化 提醒　①黑白瓶法常用于水生生态系统光合速率和呼吸速率的测定。②在没有初始值m0时,可利用计算出真正光合速率。 3.“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量 提醒　①本方法又叫半叶称重法,即测定单位时间、单位叶面积干物质的产生总量,常用于大田农作物光合速率的测定。②本方法的要点是一半叶片遮光,另一半叶片照光,同时开始实验。③可选择对称于主脉的多组叶圆片,烘干称重,分别求出WA和WB的平均值,以减小实验误差。 角度　通过光合速率的测定,考查科学探究能力 1.利用装置甲,在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片,抽出空气,进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是(　　) A.从图乙可看出,F植物适合在较强光照下生长 B.光照强度为1 klx时,装置甲中放置E植物的叶圆片进行测定时,液滴不移动 C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率相等 D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短 解析　根据题图乙可知,F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比较低,适合在较弱光照下生长,A项错误;光照强度为1 klx时,E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率,装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的O2,使液滴左移,B项错误;光照强度为3 klx时,E、F两种植物叶圆片的净光合速率相等,但E植物叶圆片的呼吸作用强度大于F植物叶圆片,故光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率不相等,C项错误;光照强度为6 klx时,E植物叶圆片净光合作用速率大于F植物叶圆片的净光合作用速率,故此光照强度下,E植物叶圆片释放的O2多,故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短,D项正确。 答案　D 2.(不定项)下表是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度,并进行比较计算后的数据。下列有关分析错误的是(　　) 水深/m 1 2 3 4 白瓶中O2浓度/(g·) +3 +1.5 0 -1 黑瓶中O2浓度/(g·) -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3 g· B.水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原 C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体 D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用 解析　白瓶透光,瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用,黑瓶不透光,瓶内水生植物只能进行细胞呼吸。在相同条件下培养一定时间,黑瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物呼吸作用所消耗的O2量,为1.5 g·,白瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值。综上分析可知,在水深1 m处,白瓶中水生植物24小时制造的O2量为3+1.5=4.5(g·),A项错误;水深2 m处白瓶中水生植物能进行光合作用,因此能进行水的光解和C3的还原,B项错误;水深3 m处白瓶中水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量相等,因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体,C项正确;在水深4 m处,白瓶中水生植物24小时制造的O2量为-1+1.5=0.5(g·),能进行光合作用,D项错误。 答案　ABD 微真题重体悟 1.(2022·全国乙卷,T2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是(　　) A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率 B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定 C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率 D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率 解析　在适宜且恒定的温度和光照条件下,密闭容器中的小麦会同时进行光合作用和呼吸作用,初期光合速率大于呼吸速率,导致容器内CO2含量逐渐降低;由于密闭容器内的CO2含量有限,随着光合作用持续进行,CO2逐渐被消耗,其含量降低,进而光合作用强度减小;当CO2含量降低到一定水平时,小麦的光合速率和呼吸速率相等,此时净光合速率为0,容器内的CO2含量保持相对稳定。故选D。 答案　D 2.(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 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项正确。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 ℃;当CO2浓度为1 000 μL·L-1时,最适温度接近40 ℃,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,B项正确。当CO2浓度为200 μL·L-1时,光合速率随温度的升高变化幅度不大,温度对光合速率影响小,C项正确。分析题图可知,10 ℃条件下,CO2浓度为370 μL·L-1与1 000 μL·L-1时,两者光合速率数值接近同一数值,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项错误。 答案　D 3.(2022·江苏卷,T20改编)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题: (1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有_____________(从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是____________________。 (2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的_____________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。 ①曲线a,0~t1时段(没有光照,只进行呼吸作用)释放的CO2源于细胞呼吸;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于_______________________________。 ②曲线b,当时间到达t2后,室内CO2浓度不再改变,其原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶,形成了图Ⅲ代谢途径,从而降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的_____________价值。 解析　(1)类囊体薄膜发生的反应有水的光解产生NADPH与氧气,以及ATP的形成,即①⑥。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种,叶绿素a呈蓝绿色,叶绿素b呈黄绿色;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,用红光照射参与反应的主要是叶绿素a和叶绿素b。(2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O,所以在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。(3)①t1~t2时段有光照,CO2源于光呼吸和细胞呼吸。②曲线b有光照后t1~t2时段CO2下降最后达到平衡,说明细胞呼吸和光合作用达到了平衡。(4)题图Ⅲ代谢途径降低了光呼吸,提高了植株生物量,直接提升了流入生态系统的能量,是直接价值的体现。 答案　(1)①⑥　叶绿素a和叶绿素b　(2)过氧化氢　(3)①光呼吸和细胞呼吸　②光合作用强度等于呼吸作用强度　(4)直接 4.(2022·广东卷,T18)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。 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,C组叶片叶绿素含量比A组叶绿素含量高,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)题图b中B1叶绿素含量为5.3 mg·dm-2,B2叶绿素含量为3.9 mg·dm-2,A组叶绿素含量为4.2 mg·dm-2;B1净光合速率为20.5 μmol CO2·m-2·s-1,B2的净光合速率为7.0 μmol CO2·m-2·s-1,A组净光合速率为11.8 μmol CO2·m-2·s-1,可推出B组的玉米植株平均叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6(mg·dm-2),平均净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75(μmol CO2·m-2·s-1),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组条件下是否能提高作物产量。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。若遮阴50%能提高玉米产量的结论成立,则下一步探究的实验思路是探究提高作物产量的最适遮阴比例。 答案　(1)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　遮阴比例　探究提高作物产量的最适遮阴比例 学科网（北京）股份有限公司 $$