专题1 第3讲 影响光合作用速率的因素 （课件）-【步步高】2024年新高考生物考前三个月（鲁湘辽吉）

专题一　光合作用和细胞呼吸 第3讲 影响光合作用速率的因素 (2023·青岛高三模拟)净光合速率是植物光合作用积累有机物的速率，是实际光合速率与呼吸速率的差值。回答下列问题： (1)通常可用单位时间内单位光照叶面积____________________________ ________________表示植物的净光合速率。若某植物的净光合速率为负值，则该植物______(填“能”或“不能”)正常生长。 典例示范 CO2的吸收量(O2的释放量、 有机物的积累量) 不能 PART ONE (2)如图1是在20 ℃条件下，A、B两种植物的光合作用速率随光照强度变化的曲线。 ①在较长时间的连续阴雨环境中，A、B两种植物相比，受影响较大的是_____植物。 ②当光照强度为8 klx时，比较A、B两种植物有机物的积累速率MA、MB和有机物的合 成速率NA、NB的大小，结果应分别为MA____MB、NA_____NB(填“>” “<”或“＝”)。 ③当光照强度大于7 klx后，B植物的光合作用速率不再增加。此时要想再提高光合作用的速率，可改变的外部环境因素主要有_____和__________。 A ＝ > 温度 CO2浓度 (3)如图2表示水分或盐胁迫下使某种植物净光合速率降低的因子(分为气孔限制和非气孔限制两个方面)，图中可表示非气孔限制的是____(填“A”或“B”)。胞间CO2浓度下降会导致叶肉细胞中短时间内C3的含量______(填“上升”“下降”或“不变”)。 B 下降 (4)研究表明，光照过强会抑制植物的光合作用。强光最先损伤植株顶端的幼叶，导致其光合速率降低，并可能引起植物死亡。科研人员以拟南芥为材料研究幼叶应对强光影响的机制。 ①CLH基因编码降解叶绿素的C酶，科研人员利用强光照射野生型拟南芥(WT)和CLH基因缺失突变体(clh)的幼叶，并统计幼叶存活率，结果见表。由表可知C酶可______幼叶存活率。 光照时间/h 0 24 48 72 96 WT幼叶存活率 100% 100% 85% 48% 0 clh幼叶存活率 100% 88% 60% 22% 0 提高 ②检测强光处理不同时长下WT和clh突变体叶片的光合作用强度(如图3)，说明C酶的作用在强光条件下被激活，并且主要在幼叶中发挥作用，得出这一推论的依据是________ ____________________________________________________________________________。进一步检测显示CLH基因在幼叶中_____(填“高”或“低”)表达，为上述推论补充了证据。 A、C组 光合作用强度无显著差异，但D组光合作用强度低于B组，且幼叶的差距比老叶更大 高 ③D1蛋白可与叶绿素分子结合形成PSⅡ的核心结构，但D1极易受到光损伤。高等植物的叶绿体存在PSⅡ修复循环途径，该途径首先降解受损的D1，fh酶是直接降解D1的酶，再以新合成的D1替代原有D1，从而恢复PSⅡ的活性。后续实验证明，强光处理时，C酶通过降解结合在D1上的叶绿素，促进fh酶对D1的降解，进而加速PSⅡ的修复循环。结合上述系列研究，阐明强光下植物体中幼叶的光保护机制：_________________ ____________________________________________________________________________________________________________________。 强光下幼叶中CLH 基因高表达，合成大量C酶降解结合在D1上的叶绿素，进而促进fh酶降解D1，加速幼叶中PSⅡ的修复循环，从而提高幼叶存活率 1.光照 (1)光照强度 应用提炼 (2)阳生植物的光饱和点远远高于阴生植物，而C4植物的光饱和点高于C3植物。 (3)强光伤害——光抑制：主要发生在PSⅡ中，过强的光照强度会在PSⅡ部位产生活性氧等自由基，自由基为强氧化剂，不及时清除会破坏附近的叶绿素及蛋白质，从而使光合器官受损，光合活性下降。 因此植物会产生一系列的保护措施： ①通过叶片运动、叶绿体运动减少光能的吸收； ②加强光呼吸、蒸腾作用等加强热耗散； ③增加活性氧的清除系统； ④加强PSⅡ的修复循环等。 2.气孔限制因素和非气孔限制因素 前者是指环境因素使气孔导度降低，CO2吸收减少，导致光合速率下降。后者是指环境因素影响色素含量、酶的活性等而直接抑制光合作用。 对点精练 1.(2023·本溪高三质量调研)金银花不仅是一味重要的中药材，而且具有很高的观赏价值。为提高金银花产量，某实验小组对三种金银花净光合速率的日变化进行了研究，结果如图1所示；图2表示其叶肉细胞中光合作用部分过程示意图，光系统Ⅰ(P700)和光系统Ⅱ(P680)是由蛋白质和光合色素组成的复合体。请回答下列问题： (1)图1所示时间15～19时内红花金银花叶肉细胞产生ATP的场所有______________ _________________________________________。三个品种金银花在12时左右均出现“光合午休”现象，为缓解“光合午休”现象，宜采取的措施是_________。 细胞质基质、 线粒体(基质、内膜)、叶绿体(类囊体薄膜) 适当遮阴 (2)P680和P700镶嵌在叶绿体的_________ ______上，其上的色素可利用无水乙醇提取、纸层析法分离，色素分离的原理是_________________________________ ________________________________________。 类囊体 薄膜 不同色素在层析液中的溶解度不同， 溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快 (3)光照的驱动既促使水分解产生H＋，又伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中的H＋转运至类囊体腔，同时________ ___________________________，造成膜内外的H＋产生了浓度差。请结合图示信息分析，跨膜的H＋浓度差在光合作用中的作用是_____________________。 在形成 NADPH的过程中消耗部分H＋ 为ATP的合成提供能量 (4)研究表明：金银花“光合午休”现象还与叶片中的D1蛋白含量密切相关(D1蛋白是调节光系统Ⅱ活性的关键蛋白质)。强光照会导致D1蛋白含量下降，而水杨酸(SA)能减小D1蛋白含量下降的幅度。下面某同学以红花金银花为实验材料，设计实验验证此结论的实验思路，请将该方案进行完善。 ①将生长状况一致的红花金银花均分成3组，编号A、B、C； ②分别在_______________________________________三种条件下培养，其他条件保持____________； ③一段时间后，检测各组D1蛋白的含量，并比较得出结论。 ④预期结果：三组D1蛋白的含量大小关系为___________________________ ____________(用各组编号表示)。 强光照、强光照加水杨酸处理、适宜光照 相同且适宜 A<B<C(注意：必须与前面的 条件相对应) 2.为探究干旱胁迫对农作物光合作用的影响，科学家通过使用20%聚乙二醇(PEG)模拟干旱环境，探究干旱胁迫对三种不同品种的甘薯(潮薯1号、福薯7号、徐薯18号)的影响，结果如表所示： PEG处理对三种甘薯光合作用的影响 品种 组别 气孔导度 [mol/(m2·s)] 胞间CO2浓度 (μmmol/mol) 净光合速率[μmol/(m2·s)] 可溶性糖(%) 有机酸(%) 潮薯 1号 CK组 (对照) 0.034 298.8 2.18 13.85 0.49 PEG组 0.01 548.3 －1.06 11.79 0.58 品种 组别 气孔导度 [mol/(m2·s)] 胞间CO2浓度 (μmmol/mol) 净光合速率[μmol/(m2·s)] 可溶性糖(%) 有机酸(%) 福薯 7号 CK组 (对照) 0.077 254.6 6.31 16.77 0.27 PEG组 0.009 607.7 －1.15 9.15 0.61 徐薯 18号 CK组 (对照) 0.044 291.2 2.69 14.56 0.45 PEG组 0.014 586.9 －1.75 10.89 0.52 (1)由表中结果可知，干旱胁迫后甘薯风味变差的直接原因是___________ ___________________________________。三种甘薯中，适应干旱能力相对最弱的是_________。 (2)环境因素对光合作用的限制分为气孔限制和非气孔限制，前者是指环境因素使气孔导度降低，CO2吸收减少，导致光合速率下降。后者是指环境因素影响色素含量、酶的活性等而直接抑制光合作用。上述实验结果可以确定干旱胁迫抑制甘薯光合作用存在非气孔限制，理由是_________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________。 干旱胁迫后 甘薯的可溶性糖含量减少，有机酸增多 福薯7号 实验结果 显示干旱胁迫后甘薯的净光合速率下降，气孔导度降低，但是胞间CO2浓度增大，说明干旱胁迫导致了光合作用利用CO2的能力下降，存在非气孔限制 (3)进一步研究发现，干旱胁迫对甘薯的光合作用体系还会造成一系列影响。 ①干旱胁迫可导致甘薯叶绿体中类囊体数量减少、形态膨胀弯曲、基质片层模糊等，这些亚显微结构的变化可通过____________(仪器)观察鉴定。 ②干旱胁迫可导致甘薯的叶绿素含量明显减少，这种变化将导致甘薯对_______(填“红光”或“蓝紫光”)的吸收能力下降得更加明显。 电子显微镜 红光 ③干旱胁迫会导致暗反应中固定CO2的酶活性降低，最终导致强光下植物吸收的光能过剩，不能全部转化成有机物中的化学能，过剩的光能还可能进一步导致叶绿体中自由基增多，从而对植物产生危害。请从光合作用过程的角度解释该酶活性降低导致光能过剩的原理：________________ _________________________________________________________________________________________。自由基可通过_______________________ __________________________________等方式直接影响光反应阶段，甚至导致植物细胞衰老、死亡。 该酶活性降低， CO2固定减慢，生成的C3减少，对ATP和NADPH的消耗减少，导致ATP和NADPH积累，抑制光反应 攻击类囊体薄膜的磷脂 分子(或攻击类囊体薄膜中的光反应酶) 1.某科研小组探究了不同遮阴条件对油茶叶绿素含量及其光合特性的影响，得到了如表所示的结果。 注：CK为全光照组，Pn表示净光合速率，Ci表示胞间CO2浓度。 1 2 3 4 5 遮阴度 总叶绿素 (mg·g－1FW) 光合生理指标 Pn值 Ci值 CK 2.215±0.142 8.96 242.66 40% 2.436±0.243 7.61 238.87 75% 2.768±0.049 5.52 238.44 90% 2.808±0.353 4.41 255.49 预测演练 PART TWO 1 2 3 4 5 油茶叶肉细胞中某种膜结构上含有光系统PSⅠ和PSⅡ，两系统参与一系列电子传递过程，如图为CK组某种膜结构上发生的反应(数字表示生理过程)。回答下列问题： (1)油茶叶绿素分布在叶绿体的____________。欲提取油茶叶肉细胞中的叶绿素，通常加入的试剂是_________。 类囊体薄膜 无水乙醇 1 2 3 4 5 (2)据表可知，随着遮阴比例的增大，油茶叶肉细胞中叶绿素含量也逐渐增加，这一生理变化的意义是_____________________________________ ________________________________________________________________________。遮阴度90%条件下，Pn最低，若气孔导度与对照组相比没有明显变化，结合表格数据分析，引起光合速率下降的主要因素是_______ ______(填“非气孔因素”或“气孔因素”)，作出此判断的依据是________________________________________________________________________。 叶绿素含量提高，有利于光合作用的进行， 避免因为光照不足导致的光合作用速率下降，这是植物对弱光环境的一种适应 因素 非气孔 与对照组相比，遮阴度90%条件下，胞间CO2浓度不仅没有下降，反而有所上升 1 2 3 4 5 (3)图中电子(e－)由水释放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，电子中的能量转移到_________中，膜的___(填“A”或“B”)侧H＋浓度更高，图中④过程合成ATP所需的能量来自_________________________。 NADPH B 类囊体膜两侧H＋的浓度差 (4)夏季久雨或久阴骤晴时，田间油茶成熟叶片会发生光抑制现象，主要原因是叶片在弱光下发育成熟，天气骤晴后光照强度远远大于其生长所需光照强度，导致光系统________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)受到损伤，而新生叶则可以通过发育调节很好地适应新的光环境。 1 2 3 4 5 PSⅡ 1 2 3 4 5 2.(2023·广东，18)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 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 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。 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 类胡萝卜素/叶绿素比值上升 蓝紫 1 2 3 4 5 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 根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由ygl叶片呈黄绿色可推测，叶片主要吸收蓝紫光。 (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_______________。 高于 呼吸速率较高 1 2 3 4 5 根据图a净光合速率曲线变化可知，WT先到达光饱和点，即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度，ygl有较高的光补偿点，可能原因 是一方面光合速率偏低，另一方面是呼吸速率较高，结合题意可知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知ygl呼吸速率较高。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (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。 有机物积累较多 1 2 3 4 5 净光合速率较高，则有机物的积累量较多，更有利于植株生长发育，因此产量较高。 (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：______________________________? 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 答案　如图所示 为什么达到光饱和点时，ygl的净光合速率高于WT 由于ygl呼吸速率较高，且有较高的光补偿点，因此在0～50 μmol·m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl的净光合速率趋势曲线图如答案所示。根据两图可提出问题：为什么达到光饱和点时，ygl的净光合速率高于WT? 1 2 3 4 5 3.(2022·湖南，17)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8～10 μmol/(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2 μmol/(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_____________________________ _________________________________________________________________________。 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 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 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，因此在光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时，虽然光照强度低于光补偿点，但光照有利于叶片叶绿素的形成，种子仍能萌发并成苗。 (2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(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2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 3 4 5 不能 光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照 14小时后没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花 耐受酒精毒害 1 2 3 4 5 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，此时种子获得氧气较少，可通过无氧呼吸分解有机物供能，无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用，推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。 4.(2023·山东，21)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 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (1)该实验的自变量为___________。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______________________ ___________(答出2个因素即可)。 光、H蛋白 CO2浓度、温度、水分、 矿质元素等 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，结合题图分析，实验的自变量有光、H蛋白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分、矿质元素等。 1 2 3 4 5 (2)根据本实验，______(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_____________ _________________________________________________________________。 不能 突变体中PSⅡ 损伤小，但不含有H蛋白，不能修复；野生型中PSⅡ损伤大，但能修复 据图分析，强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高，能减少强光对PSⅡ复合体的损伤。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_____(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_____________________________________________。 1 2 3 4 5 少 突变体的NPQ强度高，能够减少强光对PSⅡ的损伤 1 2 3 4 5 据图分析，强光照射下突变体中NPQ强度高，而NPQ能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少；突变体的NPQ强度高，能够减少强光对PSⅡ的 损伤且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ活性高，能为暗反应提供较多的NADPH和ATP，促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于野生型。 5.(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 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (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 苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。 1 2 3 4 5 (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_______________ __________________________________。 NADPH、ATP等的浓度不再增加；CO2浓度有限 光能的吸收速率 继续增加，使水的光解速率继续增加 1 2 3 4 5 (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 据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能是通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用的。 1 2 3 4 5 $$