2025年高考生物一轮复习精讲课件：光合作用的影响因素及其应用

第17讲 光合作用的影响因素及其应用 考点一 探究环境因素对光合作用强度的影响 1.某实验小组利用菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片，在适宜条件下探究NaHCO3溶液浓度对光合作用强度的影响，结果如图。下列说法正确的是(　　) D A.叶圆片上浮情况只与光合作用强度有关，与呼吸作用强度无关 B.②～⑤组幼叶圆片上浮的速度比成熟叶圆片上浮的速度快 C.若适当加大光照强度，⑥⑦组的叶圆片也会上浮 D.取叶圆片时应避开大的叶脉，以减少无关变量对实验的干扰 有同学认为叶圆片之所以浮起,是因为细胞呼吸消耗了有机物且产生了CO2。根据实验结果判断该观点是否正确?并说明理由。 　　　　　　　　　　　　 。  错误,因为①组实验中,叶圆片一样进行了细胞呼吸,却没有叶圆片浮起,叶圆片上浮的原因是光合作用强度大于细胞呼吸强度,叶圆片内氧气增多 题后延伸： 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　　　　的数量。 (2)表示方法：用一定时间内　　　　　　　　　　　　　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　　　　，充满细胞间隙，叶片又会　　　　。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 糖类　 原料消耗或产物生成的数量 氧气　 上浮 必备知识： (2)实验中变量分析 自变量 控制自变量 因变量 检测因变量 同一时间段内________________　　　　　　 对无关变量进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致 不同光照强度 调节光源与烧杯的距离进行控制或不同功率的LED台灯 光合作用强度　 叶片浮起数量 考点一 探究环境因素对光合作用强度的影响 （3）实验流程 黑暗 浮起的数量 (4)实验结果：在一定范围内，光源与小烧杯的距离越近，单位时间内浮起的圆形小叶片　　　　。 (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　　　　（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）。 越多　 增强 作用： 吸收光的热量，避免光照时实验装置中温度的变化对实验结果造成干扰 无叶绿体，减少无关变量对实验的干扰 防止提前进行光合作用 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 2.2020，全国1卷(3)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表，从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是 。选择这两种作物的理由是 。 作物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/umol·m-2·s-1 1200 1180 560 623 A和C 作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用。 题后归纳： 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。 高于 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 3.在单位时间里,生产者所固定的全部太阳辐射能量,叫作总初级生产量;总初级生产量扣除生产者自身的呼吸量,剩下的就是净初级生产量。如图表示一个森林生态系统中森林地上部分总初级生产量、净初级生产量的变化情况。图中横坐标表示叶面积指数(单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数),纵坐标表示最大光合量。下列叙述正确的是(　　) A.当叶面积指数达到8时,森林的净初级生产量达到了最大值 B.当叶面积指数达到4~6时,对森林进行合理开采利用最合理 C.当叶面积指数达到8时,限制a曲线上升的因素是CO2浓度 D.最大光合量时的叶面积吸收了大部分的太阳辐射能量 B 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 增大 (3)叶面积指数 下降 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 4.若图1为某作物光合速率随光照强度的变化曲线。A、B、D分别代表什么含义？B点时，该植物的叶肉细胞中的气体交换保留哪些箭头___________。 a,b,c,d, 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 题后归纳： 外部环境因素 ①光照强度 光反应 ATP及NADPH 细胞 呼吸 ＝ > 光照强度 ②CO2浓度 暗反应 CO2补偿 光合速率与细胞呼 吸速率相等 进行光合作用所需CO2 的最低浓度 CO2饱和 有机肥 CO2浓度 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动:细胞呼吸增强,A点 ; 细胞呼吸减弱,A点 。 (2)补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增大,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点 应 ,反之 。 ②细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应 ,反之 。 (3)饱和点(C点)和D点的移动:相关条件的改变,如增大光照强度(或增大CO2浓度)使光合速率增大时,C点 ,D点 ;反之,则移动方向相反。 下移 上移 右移 左移 右移 左移 右移 右上移 光合作用曲线中的“关键点”移动 10 巩固、(2021·广东，15)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(图1所示)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2所示)，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.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 D 5.蕹菜(俗称藤藤菜)可全水生也可陆生，陆生蕹菜叶单位面积叶绿素含量低于水生，科研小组在一定光照强度等条件下，测定不同温度对水生蕹菜的净光合速率和呼吸速率的影响，结果如图所示。下列叙述不合理的是(　　) A.陆生蕹菜的光补偿点可能高于水生蕹菜 B.若提高蕹菜生活环境中CO2浓度，陆生菜的光饱和点不一定提高 C.将水生蕹菜由温度18 ℃移至26 ℃下，其光补偿点将降低 D.图中八个温度点，一昼夜中8 h光照的条件下均能生长 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 C 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 ③温度 酶的活性 增大 最适 酶的活性 光合速率与呼吸速率相等 昼夜温差 有机物积累　 ④水分或矿质元素 原料 介质 气孔 CO2 题后归纳： 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 6.西洋参受干旱胁迫，生长会受影响。检测西洋参在重度干旱条件下与光合作用相关的指标，结果如图所示。下列叙述正确的是(　　) B A.CO2吸收速率随着干旱时间的延长而上升 B.干旱既影响光反应又影响暗反应 C.胞间CO2浓度仅受气孔导度影响 D.降低气孔导度不利于西洋参适应干旱环境 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 多因子变量对光合速率的影响 光照 强度 CO2浓度 提高 温度 CO2浓度 光照强度和CO2浓度 题后归纳： [拓展] 气孔的结构及影响因素 1.气孔结构   气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道。通过气孔扩散的气体有O2、CO2和水蒸气。气孔的运动可以影响光合作用、细胞呼吸及蒸腾作用。 2.影响气孔开闭的因素 (1)水分:干旱或蒸腾过强,失水多,导致气孔关闭。 (2)植物激素:细胞分裂素能促进气孔开放,而脱落酸却能引起气孔关闭。 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 7.(2021·山东，21)(73练11）光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片细胞呼吸的影响忽略不计。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 (1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的______中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是___________________________________________________ ____________________________________。 基质 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 7.(2021·山东，21)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片细胞呼吸的影响忽略不计。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 (2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度____(填“高”或“低”)，据表分析，原因是_________________________________________________________ __________________________________________________________________________________。 低 喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在_________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 100～300 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 光呼吸 (1)发生条件 ①干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止 CO2进入叶片和O2逸出叶片。 ②Rubisco具有两面性(或双功能)。 (2)过程 题后拓展： (3)发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 (4)危害 ①在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解 加强，一部分碳(1/4)以CO2的形式散失，从而 减少了光合产物的形成和积累。 ②光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了 能量的损耗。 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 (5)意义 ①防止强光对叶绿体的破坏：强光时，光反应速率大于暗反应速率，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，自由基会损伤叶绿体；强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。 ②回收了3/4的碳元素，避免了过多的碳损失。 ③消除乙醇酸(C2)，避免了乙醇酸(C2)积累，使细胞免受伤害。 ④在干旱和高辐射胁迫下，叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低、CO2进入受阻时，光呼吸释放的CO2能被卡尔文循环再利用，以维持糖类等有机物的合成。 在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，即O2与CO2竞争性结合RuBP(C5)，O2与RuBP(C5)在Rubisco催化作用下经一系列反应释放CO2的过程，该过程会消耗ATP和NADPH，因此提高农作物的产量需要降低光呼吸。 (1)增施有机肥可以降低光呼吸，理由是_________________________________ ________________________________________________________。 (2)从反应条件和能量来看光呼吸与有氧呼吸的区别在于___________________ _________________________________________________________________________。 有机肥被微生物分解后，使CO2浓度升高，促进Rubisco催化RuBP(C5)与CO2反应，从而降低光呼吸 光呼吸需要在光照条件下进行，且消耗能量；而有氧呼吸在有光或无光条件下都能进行，且释放能量 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 8.(2022·山东，21)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试 剂L可抑制光反应关键蛋白的 合成。各组幼苗均在温度适宜、 水分充足的条件下用强光照射， 实验结果如图所示。 (1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收， 分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随 层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是________。 蓝紫光 (2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有______________________________、____________ (答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是______________ _________________________________。 C5含量不足 CO2浓度有限 继续增加，使水的光解速率继续增加 光能的吸收速率 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 8.(2022·山东，21)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试 剂L可抑制光反应关键蛋白的 合成。各组幼苗均在温度适宜、 水分充足的条件下用强光照射， 实验结果如图所示。 (3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制________(填“增强”或“减弱”)；乙组与丙组相比，说明BR可能通过___________________ ___________发挥作用。 减弱 促进光反应中关键 蛋白的合成 考点二 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 光抑制 植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。 (1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。 (2)光抑制的主要防御机制 ①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 ②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。 ③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。 题后拓展： 课堂小结 $$