深度学习补偿点和饱和点

深度学习补偿点与饱和点 1 补偿点与饱和点的定义及含义 1.1 补偿点的定义及含义 光合作用强度等于呼吸作用强度时所需的光照强度称为光补偿点；光合作用强度等于呼吸作用强度时所需的CO2 浓度称为CO2 补偿点。 补偿点越低说明植物利用低光照强度或低CO2 浓度的能力越强，反之越弱。光照强度或CO2 浓度小于等于补偿点时植物无有机物的积累不能正常生长，若处于叶片或叶肉细胞的补偿点时，由于植物还有很多细胞只进行呼吸作用消耗有机物而不能进行光合作用，导致植物无有机物的积累不能正常生长。只有大于整株植物的补偿点时植物才能积累有机物正常生长。 例1.(2022年全国甲卷第29题第3问)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是 _______________________________________________________________________。 例2. （2022年湖南卷）将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10μmol/（s·m2）时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35℃/25℃，光照强度为2μmol/（s·m2），每天光照时长为14小时。回答下列问题: （1）在此条件下，该水稻种子____（填“能”或“不能”）萌发并成苗（以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗），理由是 。 （2）若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10μmol/（s·m2），其他条件与上述实验相同，该水稻____（填“能”或“不能”）繁育出新的种子，理由是 （答出两点即可）。 （3）若该水稻种子用于稻田直播（即将种子直接撒播于农田），为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有___________________________特性。 1.2 饱和点的定义及含义 光合作用强度达到最大时所需的最低光照强度称为光饱和点；光合作用强度达到最大时所需的最低CO2 浓度称为CO2 饱和点。 例3．（2022年6月浙江卷）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5klx光合曲线的斜率（mgCO2．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。 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 ______，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 饱和点形成的原因 2.1 光饱和点形成的原因 光饱和点形成的主要原因是叶绿体中光合色素的含量有限导致其吸收的光能有限，其他原因还包括因CO2浓度较低或固定CO2的酶的数量有限等使暗反应速率较慢导致NADPH、ATP积累抑制了光反应或暗反应为光反应提供的ADP、Pi和NADP+有限等。 例4.（2022年山东卷）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。①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）；②氧气的产生速率继续增加的原因是 。 2.2 CO2饱和点形成的原因 CO2饱和点形成的主要原因是叶绿体中固定CO2的酶的数量有限或其活性达到了最大，其他原因还包括因光照强度较低或光合色素含量有限等使光反应速率较慢导致光反应产生的ATP、NADPH含量有限，C5供应不足，暗反应产生的有机物不能及时运出而在叶绿体中积累抑制了暗反应等。 例5.（2023年湖南卷）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出三点即可）。 3 影响补偿点与饱和点变化的因素 3.1 影响补偿点变化的因素 凡是影响光合速率和呼吸速率的因素都会影响补偿点发生变化。若条件的改变使光合速率增强或呼吸速率降低，则补偿点会降低，如适当补充矿质元素、温度由35℃降为25℃会使光补偿点和CO2补偿点都降低，适当增强光照强度会使CO2补偿点降低，适当增加CO2浓度会使光补偿点降低；反之，若条件的改变使光合速率降低或呼吸速率增强，则补偿点都会升高。 例6．（2021年山东卷第20题第2问）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 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 与未喷施 SoBS 溶液相比，喷施 100mg/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 。 例7. （2023年重庆卷）水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。 （1）通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标（单位省略），结果如下表。 光反应 暗反应 光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax 野生型 0．49 180．1 4．6 129．5 突变体 0．66 199．5 7．5 164．5 注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率 ①类囊体薄膜电子传递的最终产物是_____。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和_____。 ②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。 田间光照产量 田间遮阴产量 野生型 6．93 6．20 突变体 7．35 3．68 （2）研究人员进一步测定了田间光照和遮荫条件下两种水稻的产量（单位省略），结果如下表。 ①在田间遮荫条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是 ，外因是 。 ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。 ③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点（光合速率和呼吸速率相等时的光照强度），突变体水稻较野生型_____（填“高”、“低”或“相等”）。 3.2 影响饱和点变化的因素 凡是影响光合速率的因素都会影响饱和点发生变化。若条件的改变使光合速率增强，则饱和点会升高，如适当补充矿质元素、温度由35℃降为25℃会使光饱和点和CO2饱和点都升高，适当增强光照强度会使CO2饱和点升高，适当增加CO2浓度会使光饱和点升高；反之，若条件的改变使光合速率降低，则饱和点都会降低。 例8.（2021年广东卷）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（图a，示意图），造成叶绿体相对受光面积的不同（图b），进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其它性状基本一致。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 例9. （2021年海南卷）植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在 点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B点的移动方向是 。 例10．（2022年湖北卷低21题第1问）不同条件下植物的光合速率和光饱和点（在一定范围内，随光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点）不同，研究证实高浓度臭氧（O3）对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会_________（填“减小”、“不变”或“增大”）。 例11. （2024年山东卷）从开花至籽粒成熟，小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比，某突变体叶片变黄的速度慢，籽粒淀粉含量低。研究发现，该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性，而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示，开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示，其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂，KT为细胞分裂素类植物生长调节剂，气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。 检测指标 植株 14天 21天 28天 胞间CO2浓度 （μmolCO2mol-1） 野生型 140 151 270 突变体 110 140 205 气孔导度（molH2Om-2s-1） 野生型 125 95 41 突变体 140 112 78 （1）光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有 。结合细胞分裂素的作用，据图分析，与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是 。 （2）光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析，与野生型相比，开花14天后突变体的光饱和点______（填“高”或“低”），理由是 。 （3）已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析，突变体籽粒淀粉含量低的原因是 。 例12.（2023年广东卷）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2000μmol 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________WT（填“高于”、“低于”或“等于”）。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0~50μmol 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 。 4 达到饱和点时影响光合作用的环境因素 达到光饱和点时光照强度不再影响光合作用，此时影响光合作用的环境因素是光照强度以外的环境因素，如CO2 浓度、温度和矿质元素等。 达到CO2 饱和点时CO2 浓度不再影响光合作用，此时影响光合作用的环境因素是CO2 浓度以外的环境因素，如光照强度、温度和矿质元素等。 例13.（2022年重庆卷）用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。①若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有 。②生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有 （答两点）。 深度学习补偿点与饱和点参考答案 例1、答案：干旱会导致气孔开度减小，进入叶片的CO2浓度降低，C4植物的CO2补偿点比C3植物低，C4植物利用较低CO2浓度的能力比C3植物强 例2、（1）能 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成 （2）不能 光照强度为10μmol/(s•m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累，水稻秧苗不能正常生长；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花 （3）耐受低氧、耐受酒精毒害 例3、叶绿素含量  光合速率  呼吸速率  低于5klx光合曲线的斜率 例4、①叶绿体中与暗反应有关的酶的数量有限、CO2供应不足、C5供应不足等（三点中答两点） ②光反应速率没有达到饱和，暗反应为光反应提供了较多的ADP、Pi和NADP+，强光照射下光能的吸收速率继续增加，使水光解产生氧气的速率继续增加 例5、固定CO2的酶的数量有限或固定CO2的酶的活性达到最大；光合色素含量有限导致光反应产生的ATP、NADPH含量有限；C5供应不足；暗反应产生的有机物不能及时运出而在叶绿体中积累抑制了暗反应等。 例6、低 喷施 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 例7、（1） ①NADPH C5（核酮糖—1，5-二磷酸或RuBP） ②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 （2）①突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 ②蔗糖 ③高 例8、D 例9、B 右上方 例10、增大 例11、（1） ATP、NADPH 与野生型相比，突变体细胞分裂素较多，细胞分裂素能促进细胞分裂和叶绿素的合成，且突变体类囊体膜稳定性更高，叶绿素降解少，所以开花后突变体叶片变黄的速度慢 （2） 高 突变体气孔导度更大而胞间CO2浓度更小，而呼吸作用不受影响，说明突变体光合作用暗反应消耗CO2速率更大，需要更强的光照强度进行光反应为暗反应提供更多的ATP和NADPH，因此突变体光饱和点更高 （3）由图可知突变体蔗糖转化酶活性大于野生型，更容易催化蔗糖分解为单糖，导致突变体运输到籽粒的蔗糖减少，所以突变体籽粒合成的淀粉含量低 例12、（1）类胡萝卜素/叶绿素的值较高 红光和蓝紫 （2）高于 呼吸速率较高 （3）有机物积累较多 （4）为什么低光照强度下WT的净光合速率高于ygl，而在高光照强度下ygl的净光合速率高于WT 例13、①NADPH、ATP和CO2 ②适当增加二氧化碳的浓度；适当提高环境温度；适当补充矿质元素等 1 学科网（北京）股份有限公司 $$