第3章 第17课时 光合作用的影响因素及其应用(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

第17课时　光合作用的影响因素及其应用 高考目标定位 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响 1．光合作用强度 (1)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)。 判断正误 　(1)在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，NaHCO3浓度越高，叶片浮起来的速率就越快(　×　) 提示　随着NaHCO3溶液浓度的增大，植物细胞失水增多，细胞代谢减慢，光合作用速率会降低。 (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(　√　) (3)因为配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶圆片只能进行无氧呼吸(　×　) 提示　虽然配制的NaHCO3 溶液中不含O2，但叶圆片本身可进行光合作用产生O2，所以整个实验过程中叶圆片可进行有氧呼吸。 考向一　探究环境因素对光合作用强度的影响 【例1】　(2024·湖北高考)植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗，实验结果如下表所示。下列叙述正确的是(　　 ) 组别 光照处理 首次开 花时间 茎粗 (mm) 花的叶黄 素含量 (g/kg) 鲜花累计 平均产量 (kg/hm2) ① 光照8 h/ 黑暗16 h 7月4日 9.5 2.3 13 000 ② 光照12 h/ 黑暗12 h 7月18日 10.6 4.4 21 800 ③ 光照16 h/ 黑暗8 h 7月26日 11.5 2.4 22 500 A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，且产量最高 B．植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关 C．综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理 D．植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关 【答案】　C 【解析】　A、由表中数据分析可知，三组中，第①组首次开花时间最早，说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，但在三组中产量最低，A错误； B、由题干信息可知，植物甲的花品质与叶黄素含量呈正相关，根据表格数据分析，第①组光照处理中的黑暗时长最长，花的叶黄素含量最低，而第③组光照处理中的黑暗时长最短，但花的叶黄素含量却不是最高的，说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相关，B错误； C、由表中信息可知，第②组光照处理，花的叶黄素含量最高，植物甲的花品质最好，第③组光照处理，鲜花累计平均产量最高，说明植物甲的花产量最高，综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理，C正确； D、由表中数据分析可知，第②组光照处理，花的叶黄素含量最高，但鲜花累计平均产量却不是最高，说明植物甲花的产量不是最高，所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关，D错误。 故选C。 【例2】　(2023·浙江高考)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_____________________________________________。 【答案】　(1)能量　渗透 (2)光合色素主要吸收红光和蓝紫光　红光∶蓝光＝3∶2　叶绿素和含氮物质的含量最高，光合作用最强 (3)光合速率最大且增加值最高　升高温度　减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生 【解析】　(1)植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供能量，又能作为信号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，造成外界溶液浓度高于细胞液浓度，根细胞会因渗透作用失水使植物细胞发生质壁分离，造成生菜萎蔫。 (2)分析图乙可知，与CK组相比，A、B、C组的干重都较高。结合题意可知，CK组使用的是白光照射，而A、B、C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，故A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物含量更高，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)时，植物的干重最高；结合图甲可知，B组植物叶绿素和氮含量都比A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)两组，有机物积累量最高，植物干重最大，最有利于生菜产量的增加。 (3)由图可知，在25 ℃时，提高CO2浓度时光合速率增幅最高，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，还可以升高温度，使光合作用有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析，优点还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生等。 考点二　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 判断正误 　(1)温室条件下，通过增施农家肥增产的原因是其可以提高作物对有机物的吸收(　×　) 提示　有机肥在土壤中被微生物分解时会释放CO2，增加了大棚中的CO2浓度，进而促进了光合作用，为作物自身提供了必需的物质，因此有利于作物增产。 (2)适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度(　√　) (3)玉米幼苗从土壤中吸收的水分主要用于光合作用(　×　) 提示　玉米幼苗从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。 (4)生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率就随之增加(　×　) 提示　较弱光照条件下，在叶绿体基质中光反应产生的ATP和NADPH较少，即使CO2浓度升高，光合速率并不随之增加，此时限制光合作用的环境因素是光照强度。 (5)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等(　×　) 提示　整株植物处于光补偿点时，此时植株既不从环境吸收CO2，也不向环境释放CO2，即光合作用吸收的CO2不来自外界，完全由细胞呼吸释放的CO2提供；整株植物细胞皆进行细胞呼吸，而光合作用在叶肉细胞等部分植物细胞中进行，所以叶肉细胞的光合作用强度应大于细胞呼吸强度。 光合作用是一系列的光化学步骤和物质转变过程，影响其变化的因素也是多方面的，请同学们结合如下问题深度认知各种因素影响光合作用变化的内在机理。 (1)若图1为某作物光合速率随光照强度的变化曲线。请绘出B点时，该植物的叶肉细胞中的气体交换图解。 提示　如图所示 (2)上述曲线图是在光合作用的最适温度25 ℃条件下测得数据绘制的曲线，现若将温度提高至细胞呼吸的最适温度30 ℃，再测得数据绘制曲线，则图中A、B、C、D点分别如何移动？若该植物缺少镁离子，则图中A、B、C、D点分别如何移动？若上述曲线图是阳生植物的相关曲线，则阴生植物的曲线中B、C、D点分别如何移动？ 提示　若将温度提高至细胞呼吸的最适温度30 ℃，则图中A点下移，B点右移，C点左下移，D点左移。若植物缺少镁离子，则A点不动，B点右移，C点左下移，D点左移。阴生植物的曲线中B点左移，C点左下移，D点左移。 (3)如果将光照强度继续加强，会导致后期植物光合作用下降，其原因可能有两种：第一种原因为光照强度过强引起叶绿素降解，进而导致光合作用降低。第二种原因为光照强度过强引起植物叶片蒸腾作用加快，植物为了避免失水过多而关闭部分气孔，导致CO2吸收不足，进而导致光合作用降低。 (4)为了选择适宜栽种的该作物品种，研究人员在相同的条件下分别测定了3个品种S1、S2、S3的光补偿点和光饱和点，结果如图2和图3。最适宜在果树林下套种的品种是S2，理由是S2达到光饱和点和光补偿点所需要的光照强度都最低，因而适宜生长在光照比较弱的环境中。最适应较高光照强度的品种是S3。若增加环境中CO2浓度后，测得S2的光饱和点显著提高，但S3的光饱和点却没有显著改变，原因可能是在超过原光饱和点的光照强度下，S2的光反应产生了过剩的NADPH和ATP，而S3在光饱和点时可能①②③(填序号，多选)。 ①光反应已基本饱和　②暗反应已基本饱和 ③光、暗反应都已基本饱和 　 考向二　辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 【例3】　(2024·北京高考)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是(　　 ) A．增加叶片周围环境CO2浓度 B．将叶片置于4 ℃的冷室中 C．给光源加滤光片改变光的颜色 D．移动冷光源缩短与叶片的距离 【答案】　A 【解析】　A、CO2是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释放量，A符合题意；B、降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意；C、给光源加滤光片，减少了光源，会降低光合速率，C不符合题意；D、移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。故选A。 【例4】　(2023·北京高考)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 【答案】　C 【解析】　A、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正确； B、在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高主要原因是光合酶的活性增强，B正确； C、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错误； D、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正确。 故选C。 考向三　光呼吸和光抑制 【例5】　(2024·吉林高考)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是____________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是_____________和______________。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自____________和__________(填生理过程)。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是_______________________________________。据图3中的数据______(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是____________________________________________________。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是_____________________________________________________________。 【答案】　(1)CO2的固定 (2)细胞质基质　线粒体基质 (3)光呼吸　呼吸作用　7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程　不能　总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，无法得出呼吸速率 (4)与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 【解析】　(1)在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。 (2)有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。 (3)由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程，因此与WT相比，株系1和2的净光合速率较高。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，因此无法得出呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。 (4)由图2、图3可知，与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。 【例6】　光呼吸是指植物的绿色细胞在光照条件下O2含量与 CO2含量比值高时，吸收 O2放出CO2 的过程，光呼吸与光合作用暗反应都需要 Rubisco羧化酶的参与。如图所示，回答下列问题： (1)Rubisco羧化酶催化的底物有__________，植物进行光呼吸需要的条件有_______________________________(至少写出两点)。 (2)光呼吸会消耗有机物释放CO2降低了植物的净光合效率，影响农作物产量，可适当的抑制光呼吸以增加作物产量，可采取的措施有______________________________________________(至少写出两点)。 (3)光呼吸也有积极意义，在干旱高温天气或过强光照下，光呼吸可以消耗植物体内过多的________________________，又可以为光合作用提供_________。 【答案】　(1)C5、CO2、O2　光照、高O2含量或低CO2含量 (2)提高Rubisco酶催化C5与CO2的反应速率、减少其C5与O2的反应速率、多通风、大棚内释放干冰、使用农家肥、使用光呼吸抑制剂 (3)NADPH和ATP　CO2 【解析】　(1)分析题图，Rubisco酶能催化CO2和C5反应生成C3，还能催化C5与O2反应生成C2，所以Rubisco羧化酶催化的底物有C5、CO2、O2，光呼吸是指植物的绿色细胞在光照条件下O2含量与 CO2含量比值高时，吸收O2放出CO2的过程，所以植物进行光呼吸需要的条件有光照、高O2含量或低CO2含量。 (2)光呼吸会消耗有机物释放CO2降低了植物的净光合效率，影响农作物产量，可适当的抑制光呼吸以增加作物产量，植物进行光呼吸需要的条件有光照、高O2含量或低CO2含量。由图可知可采取的措施有提高Rubisco酶催化C5与CO2的反应速率、减少其C5与O2的反应速率、多通风、大棚内释放干冰、使用农家肥、使用光呼吸抑制剂等。 (3)由图可知，光呼吸也有积极意义，在干旱高温天气或过强光照下，气孔会关闭，光合作用暗反应减慢，消耗的NADPH和ATP减少，导致NADPH和ATP积累，而光呼吸中C2会在NADPH和ATP作用下，生成CO2和C3，消耗植物体内过多的NADPH和ATP，同时又可以为光合作用提供CO2。 1．探究光照强度对光合作用强度影响的实验中，抽出小圆叶片细胞间气体后先放在黑暗下的目的是防止提前进行光合作用。给予光照一段时间后叶片上升的原因是光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气，细胞间隙充满氧气，所以叶片上浮。该实验中NaHCO3的作用是给光合作用提供CO2，密闭的液滴移动装置中NaHCO3的作用是保持CO2浓度稳定。 2．影响光合速率的外界因素主要是光照强度、温度、CO2浓度等。 3．“正其行，通其风”是通过提高二氧化碳浓度来提高光合作用速率的。夜晚适当降低温度是为了减少细胞呼吸有机物的消耗来增加一天中有机物的积累量。 4．整个植株表现为单位时间内CO2吸收量为0时，该植株叶肉细胞的光合作用强度大于(填“大于”“等于”或“小于”)叶肉细胞的细胞呼吸强度，原因是该条件下叶肉细胞的光合速率等于整个植株的细胞呼吸速率，因此叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率。 5．(2018·全国Ⅲ，29节选)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知，当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均增加。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低。 6．(2020·全国Ⅰ，30节选)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A和C，选择这两种作物的理由是作物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。 作物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/ (μmol·m-2·s-1) 1 200 1 180 560 623 7.(2019·全国Ⅰ，29)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会降低，出现这种变化的原因是气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少。 8．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。 (2)从反应条件和能量来看光呼吸与有氧呼吸的区别在于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。 学科网（北京）股份有限公司 $$