2025届高三生物二轮复习光合速率的影响因素讲义

光合速率的影响因素 命题方向： 立意： 确保学生对影响光合速率的各类因素有全面的理解，包括光照强度、CO2浓度、温度、水分、矿质营养等。 培养学生分析不同环境因素如何影响光合速率的能力，以及运用这些知识解决生物学问题的能力。引导学生理解光合速率的影响因素在植物生长和农业生产中的重要性，提升科学探究精神。 情境： 引入光合速率影响因素领域的最新科研成果，展示科学探索的最新进展。 结合大学教材，深入探讨光合速率的影响因素及其调控机制，如光合作用与呼吸作用的平衡、光合色素的作用等。通过分析农业生产中光合速率影响因素的应用，如合理密植、光周期调控、施肥等，展示这些因素在实际生产中的重要性。 设问： 设计问题以检验学生对光合速率影响因素的基本概念的记忆，例如“光合作用中，光反应和暗反应的关键区别是什么？”“CO2浓度如何影响光合速率？”提出问题以促进学生对光合速率影响因素原理的深入理解，例如“在高温条件下，光合速率为何会下降？”“水分胁迫如何影响植物的光合作用？” 设计问题以考查学生将光合速率影响因素原理应用于实际问题的能力，例如“如何通过调整光照条件来提高作物的光合速率？”“在干旱地区，如何通过选择适宜的植物种类来提高光合效率？”鼓励学生进行科学探究和创新思考，例如“设计一个实验来探究不同CO2浓度对光合速率的影响。”“分析光合速率影响因素在不同生态系统中的作用，并提出可能的改进措施。” 核心提炼 核心考向一 探究环境因素对光合作用强度的影响 核心考向二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 教材剖析 核心考向一：探究环境因素对光合作用强度的影响 1．光合作用强度 1.知识梳理 (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．影响光合作用强度的因素 3．控制影响光合作用实验自变量的方法 4．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的数量 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：取材→排气→沉水→分组→光照→观察并记录。 (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)。 经典例题 1．(2024·北京房山区高三联考)某生物研究小组以菠菜叶为实验材料，探究CO2浓度对光合作用强度的影响，实验装置及实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该实验中小圆叶片上浮到液面的时间属于无关变量 B．图乙bc段平缓，可适当缩短台灯与烧杯的距离使曲线进一步下降 C．图乙c点之后曲线上升，说明随NaHCO3浓度增加光合作用增强 D．将图甲装置中的NaHCO3溶液换成NaOH溶液，可用于测定小圆叶片的细胞呼吸强度 答案　B 解析　该实验中小圆叶片上浮到液面的时间属于因变量，A错误；图乙bc段平缓，说明此时限制光合速率增大的因素可能是光照强度，可适当缩短台灯与烧杯的距离使曲线进一步下降，B正确；图乙c点之后曲线上升，小圆叶片上浮到液面所需要的时间更长，说明随NaHCO3浓度增加光合作用强度下降，C错误；小圆叶片细胞呼吸消耗氧气，产生二氧化碳，二氧化碳会被NaOH溶液吸收，叶片不能上浮，无法测得气体体积变化，因此将图甲装置中的NaHCO3溶液换成NaOH溶液不能测定小圆叶片的细胞呼吸强度，D错误。 核心考向二：辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 1．内部因素 (1)与植物自身的遗传特性有关，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 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 (3)叶面积指数 2．外部环境因素 (1)单因子变量对光合速率的影响 ①光照强度 ②CO2浓度 ③温度 ④水分或矿质元素 (2)多因子变量对光合速率的影响 经典例题 2．（2024·湖北武汉·模拟预测）与水稻轮作的油菜常常会由于积水导致根系缺氧、光合速率下降，造成减产。对油菜进行淹水处理，测定有关指标并进行相关性分析，结果见下表。下列叙述错误的是（　　） 光合速率 叶绿素含量 气孔导度 胞间CO2浓度 光合速率 1 叶绿素含量 0.86 1 气孔导度 0.99 0.90 1 胞间CO2浓度 -0.99 -0.93 -0.99 1 注：气孔导度表示气孔张开程度。表中数值为相关系数（r），当越接近1，相关越密切。r>0时，两者呈正相关；r<0时，两者呈负相关。 A．淹水时，油菜根部细胞利用丙酮酸产酒精，酒精积累会对植株产生毒害 B．水稻根部部分细胞程序性死亡形成通气腔隙，利于植株进行有氧呼吸 C．气孔导度与光合速率呈正相关，气孔导度的增大是由于光合速率上升 D．综合分析表中数据，推测除CO2外还存在其他因素影响油菜光合速率 【答案】C 【分析】有氧呼吸分为三个阶段，第一阶段在细胞质进行，第二阶段在线粒体基质进行，第三阶段在线粒体内膜进行，且第三阶段释放的能量最多。无氧呼吸分为两个阶段，均在细胞质基质进行。 由表可知，胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2上升，说明光合速率下降主要由非气孔限制因素导致的。 【详解】A、淹水时，油菜根部细胞由于缺乏氧气进行无氧呼吸，利用丙酮酸产酒精，酒精积累会对植株产生毒害，A正确； B、水稻根部部分细胞程序性死亡形成通气腔隙，增加了氧气含量，利于植株进行有氧呼吸，B正确； C、气孔导度直接影响二氧化碳的吸收，气孔导度大，进入到细胞间隙的二氧化碳就更多，气孔导度（在一定范围内）与光合速率呈正相关，光合速率上升是由于气孔导度的增大，C错误； D、叶绿素含量与胞间CO2浓度的相关系数为负值，说明二者呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2上升，说明光合速率下降主要由非气孔限制因素导致的，D正确。 故选C。 3．（23-24高一上·四川雅安·阶段练习）为探究影响光合速率的因素，研究人员将某品种的玉米苗植株置于20℃条件下培养，其余培养条件及实验结果如图所示。下列叙述正确的是（    ） A．该实验的自变量是土壤含水量 B．制约B点CO2吸收量的因素只有光照强度 C．D点与C点CO2吸收量有差别的原因是施肥与否 D．土壤含水量在40%~60%的条件下施肥的效果较好 【答案】D 【知识点】光合作用原理的应用、影响光合作用的因素 【分析】分析题意，本实验目的是探究影响光合速率的因素，实验的自变量是土壤含水量、施肥情况和光照强度，因变量是光合速率，可通过二氧化碳的吸收量进行测定，据此分析作答。 【详解】A、结合题意及图示可知，本实验有不同光照强度、是否施肥、土壤含水量三个自变量，A错误； B、结合图示可知，制约B点CO2吸收速率的因素有光照强度，此外可能还有土壤含水量，B错误； C、D点与C点CO2吸收速率有差别的原因是土壤含水量的不同，C错误； D、据图可知，土壤含水量在40%~60%的条件下光照强度为800umol.m-2.s-1、施肥条件下二氧化碳吸收速率最大，说明此时施肥效果较好，B正确；故选D。 4．（24-25高三上·江苏盐城·阶段练习）某实验小组用小球藻进行实验，探究影响光合速率的因素。他们将一定量的小球藻浸入适宜培养液的试管中，以白炽台灯作为光源。移动台灯改变光源与试管的距离；CO2浓度分别设置为0.03%和0.05%，据实验结果绘制成下图中曲线1、曲线2。 (1)该探究实验中自变量是 ，曲线EF段 不再成为光合速率的主要限制因素，若C处突然关闭台灯，叶绿体中C₃的含量将如何变化？ 。 (2)F点的含义是 。若用缺镁培养液培养小球藻，其他条件不变，F点应向 移。 (3)该小组又做了探究小球藻最适生长温度的预实验，实验结果见下表： 温度（℃） 10 20 30 40 50 光照下释放O2（mg/h） 9.67 14.67 19.67 21.67 19.33 请根据预实验结果，设计进一步的探究实验： 材料用具：小球藻若干、大试管若干、含CO2缓冲液的培养液、水浴锅若干、量筒等。 该实验应控制好的两个主要无关变量是：① ；② 。 实验步骤： 第一步，取材、分组与编号： 。 第二步，分组控制温度，进行实验： （温度梯度差为1℃）。 第三步，光照6h后测定各组的O2释放量。 【答案】(1) 光照强度和二氧化碳浓度 二氧化碳浓度 增加 (2) 该光照强度（与光源相距105cm）时小球藻光合作用速率等于呼吸作用速率 左 (3) 相同光照时间和距离（相同的光照强度） 小球藻的数量相同 第一步，取材、分组与编号：取5支洁净的大试管，编号为1～5，在5支试管中分别加入等量的含有足量CO2缓冲液的培养液及数量相同的小球藻。另取5个水浴锅，编号为abcde。 第二步，分组控制温度，进行实验：将5个水浴锅的温度依次调节为38℃、39℃、40℃、41℃、42℃（可以适当增加温度梯度），待温度稳定后将5支试管分别放入对应的水浴锅中开展实验，其他条件相同且适宜。 【分析】试题分析：1、分析坐标图：①台灯与试管的距离在15～45cm时，随着光照的增强，光合速率不变，C点与D点都处于相同的光照条件下，但1号试管比2号试管的净光合速率高，所以，限制D点净光合速率的主要因素是CO2浓度；②台灯与试管的距离大于45cm时，在E点之前，随着光照的增强，光合速率逐渐减弱，并且在同一光照强度下，不同的二氧化碳浓度，光合作用强度不同，所以台灯与试管的距离大于45cm时，在E点之前，限制光合作用强度的因素是光照强度和二氧化碳浓度；③EF段表示在不同的二氧化碳浓度下，光合作用强度相同，所以限制EF段净光合速率的主要因素是光照强度；④台灯与试管的距离为105cm时，光合速率等于呼吸速率。 2、分析图表：实验的目的是探究小球藻生长的最适温度，显然自变量为温度，而因变量是O2的释放速率。对温度的设置要注意参照题中给出的预实验，注意找出O2的释放速率变化中的“拐点”所对应的温度。 【详解】（1）根据题意，该实验目的是探究影响光合速率的因素，实验中以白炽台灯作为光源。移动台灯改变光源与试管的距离；CO2浓度分别设置为0.03%和0.05%，因此该探究实验的自变量是光照强度和二氧化碳浓度；EF段表示在不同的二氧化碳浓度下，光合作用强度相同，所以限制EF段净光合速率的主要因素是光照强度，CO2浓度不再成为光合速率的主要限制因素；若C处突然关闭台灯，则光反应停止，影响了三碳化合物的还原，消耗的三碳化合物减少，二氧化碳和五碳化合物固定生成三碳化合物的速率短时间内不变，所以叶绿体中C3含量的变化是增加。 （2）F点氧气的释放量为0，说明该光照强度（与光源相距105 cm）时小球藻光合速率等于细胞呼吸速率。镁是合成叶绿素的重要成分，缺镁会影响叶绿素的合成，使小球藻光合速率减慢，在其他条件不变时，F点应向左移。 （3）实验的自变量是温度，因变量是氧气的释放速度，在实验过程中还需要控制相同的光照强度（相同光照时间和距离）和相同的小球藻数量等无关变量。 第一步：取材、分组与编号：取5支洁净的大试管，编号为1～5，在5支试管中分别加入等量的含有足量CO2缓冲液的培养液及数量相同的小球藻。另取5个水浴锅，编号为abcde。 第二步：分组控制温度，使其依次为38℃、39℃、40℃、41℃、42℃（可以适当增加温度梯度），分别编号为1～5号，待温度稳定后将5支试管分别放入对应的水浴锅中开展实验，其他条件相同且适宜。 命题预测 预测一：光呼吸的机制与影响 在光合作用过程中，固定CO2的酶为RuBP羧化酶。该酶能够促进下图中两个方向的化学反应。这些反应受到O2与CO2浓度比值的影响。其中RuBP羧化酶能够催化C5与氧气的反应，由此产生的C2化合物进入线粒体并释放CO2的过程，被称为光呼吸。下列说法不正确的是（    ）    A．CO2浓度较高时，C5和CO2反应消耗NADPH和ATP B．光呼吸的结果会导致光呼吸减弱，该过程体现了负反馈调节 C．夏季晴朗的中午出现“光合午休”时，植物光呼吸的强度会有所增强 D．某些植物通过光呼吸会使叶绿体中CO2的浓度增加，进而抑制O2与C5结合 【答案】A 【分析】题图分析：据图可知，当氧气浓度高时，RuBP羧化酶催化C5与O2反应；当二氧化碳浓度高，RuBP羧化酶催化C5与CO2反应。 【详解】A、C5和CO2反应属于二氧化碳的固定，不消耗NADPH和ATP，A错误； B、在一个系统中，系统本身工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫作反馈调节。反馈调节包括正反馈调节和负反馈调节，正反馈调节使系统发展，负反馈调节维持系统相对稳定。氧气浓度高、二氧化碳浓度低时促进光呼吸消进行，光呼吸耗氧气产生二氧化碳，减少氧气浓度的同时增加二氧化碳浓度，该过程维持氧气浓度和二氧化碳浓度保持相对稳定，该过程体现了负反馈调节，B正确； C、据图可知，当氧气浓度高时，RuBP羧化酶催化C5与O2反应；当二氧化碳浓度高，RuBP羧化酶催化C5与CO2反应。夏季晴朗的中午，温度很高，导致气孔导度下降，CO2难以进入叶片组织，O2难以出叶片组织，使得O2与CO2浓度比值上升，故光呼吸强度会增强，C正确； D、由于光呼吸能够产生二氧化碳，使叶绿体中CO2的浓度增加，进而抑制O2与C5结合，可以促进光合作用的进行，D正确。故选A。 预测二：C4植物的光合作用特点 为探究 C4 植物中的 PEPC 酶和 PPDK 酶能否提高C3植物光合作用的效率，研究者将玉米（C4 植物）的PEPC酶基因和PPDK酶基因导入水稻（C3植物）。在灌浆期一定的 CO2 浓度条件下，分别测定了双转基因水稻和原种水稻的叶绿素含量及净光合速率，结果如下图所示。下列有关分析，错误的是（    ） A．该实验的自变量为是否导入 PEPC酶基因和和 PPDK酶基因 B．由图甲可知，双转基因水稻对红光和蓝紫光的吸收率比原种水稻高 C．PEPC酶基因和PPDK酶基因通过降低细胞呼吸作用来提高净光合速率 D．若在适宜光照条件下提高实验时CO2的浓度，可增加双转基因水稻的产量 【答案】C 【分析】题图分析：自变量为是否导入 PEPC酶基因和和 PPDK酶基因；因变量为叶绿素含量、净光合速率。 【详解】A、依据题干信息，原种水稻与双转基因水稻的区别是是否导入 PEPC酶基因和和 PPDK酶基因，是该实验的自变量，A正确； B、依据图甲可知，双转基因水稻与原种水稻相比，其叶绿素含量明显提高，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，说明双转基因水稻对红光和蓝紫光的吸收率比原种水稻高，B正确； C、PEPC 酶基因和 PPDK 酶基因表达产生的物质，导致叶绿素含量增高，因此应该是提高光合作用强度来达到提高净光合作用强度的，C错误； D、若在适宜的光照条件下，即光照强度一定时，增大其他因素如CO2浓度，可增加双转基因水稻的产量（净光合速率），D正确。故选C。 预测3：CAM植物的光合作用特点 景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的碳反应(乙)。下列关于这类植物的叙述错误的是（ ） A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体 B．景天酸代谢(CAM)途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关 C．给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中 D．若上午某一时刻，突然降低外界CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内会降低 【答案】D 【分析】植物在光照条件下进行光合作用，光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解，产生ATP和[H]，同时释放氧气，ATP和[H]用于暗反应阶段三碳化合物的还原，细胞的呼吸作用不受光照的限制，有光无光都可以进行，为细胞的各项生命活动提供能量。据此分析解答。 【详解】A、在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A正确； B、具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，因此可以适应干旱的环境条件，B正确； C、晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14CO2→14C3→（14CH2O），C正确； D、在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D错误。故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $$