2026届高考生物一轮复习讲义第17讲　光合作用的影响因素和应用

第17讲　光合作用的影响因素和应用 【课标要求】 1.说出影响光合作用速率的环境因素； 2.实验：探究不同环境因素对光合作用的影响。 考点　影响光合作用的环境因素及其应用 考 点 透 析 知识1　光合作用强度 1. 光合作用强度表示方法 2. 提高光能利用率的途径 延长 ，增加 (光合作用有效面积)，提高光合作用速率(光合速率)。 知识2　影响光合作用的环境因素及应用 1. 光照强度 (1)原理：光照强度通过影响植物的 反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率 ，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 (2)曲线解读 项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行 作用 吸收O2、释放CO2 A～ B段 呼吸作用强度 光合作用强度 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸作用强度 光合作用强度 不与外界进行气体交换 B点 以后 呼吸作用强度 光合作用强度 吸收CO2、 (3)应用：温室大棚中，适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产。 2. CO2浓度 (1)原理：CO2影响 反应阶段，制约 的形成。 (2)曲线解读 ①图1中A点表示 点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度。 ②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 ③图1中B点和图2中B′点对应的CO2浓度都表示 点。 (3)应用：在农业生产上可以通过通风、增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合作用速率。 3. 温度 (1)原理：温度通过影响 进而影响光合作用。 (2)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当 室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 4. 水分和矿质元素 (1)原理 ①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。 ②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。 (2)应用：合理施肥(过度易引起“烧苗”)、适当浇水(过度易引起“烂根”)。  深 度 指 津 多因子对光合作用的影响及应用 图像 　　 含义 P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；当到Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可适当提高图示的其他因子 应用 温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率 知识3　影响光合作用的内部因素及应用 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： 2. 植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 思辨小练 1. 判断下列说法的正误： (1)CO2浓度影响暗反应速率，不影响光反应速率。( ) (2)氮、磷、镁、铁等元素的缺乏会影响光合作用。( ) (3)遇到连续阴雨天气，温室或大棚补充光源时补充红光和蓝紫光比补充白光好。( ) 2. 下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。10～12时的光合作用强度明显减弱的原因是什么？ 3. 在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些好处？ 典 题 说 法 考向1　单因子对光合作用的影响 例1 (2024·江苏开学考)兴趣小组通过实验探究光强对洋葱生长的影响，实验时设置5种光强的LED红蓝光，对“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱进行相同时间的处理，图1和图2分别为“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱地上部分的质量。下列相关叙述正确的是( ) 图1 图2 A. 该实验的变量是洋葱的品种 B. 光强越大，“金冠”洋葱的产量一定越高 C. 5种光强的红光与蓝光比例应保持一致 D. 紫玉洋葱的最适光强为500 μmol·m－2·s－1 变式 (2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现，平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是( ) A. 呼吸作用变强，消耗大量养分 B. 光合作用强度减弱，有机物合成减少 C. 蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫 D. 叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少 考向2　多因子对光合作用的影响 例2 (2024·扬州期末)为探究光照强度对不同植物光合作用的影响，某研究小组利用A、B两种植物在适宜温度下进行了相关研究，结果如下图所示。下列叙述正确的是( ) A. 该实验的自变量是光照强度 B. 光照强度为3 000 lx时，光照强度限制了B植物的放氧速率 C. 两种植物相比，A植物更适合在强光环境中生长 D. 光照强度为300 lx时，A、B植物的总光合作用速率相同 考向3　光合作用原理的应用 例3 (2025·南通期初节选)黄连具有极高的药用价值，喜冷凉、湿润、荫蔽，忌高温、干旱。为探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员研究了光强对黄连光合特性的影响，结果如图1。请回答下列问题： 图1 (1)光强大于500 μmol·m－2·s－1后，黄连叶片胞间二氧化碳浓度 ，主要原因是 。 (2)黄连的光饱和点约为 μmol·m－2·s－1；当光强过强时，光反应产生的电子不能及时传递给 生成NADPH，从而传给O2产生O(自由基)，损伤光合结构导致光抑制。 (3)研究表明干旱也会引起光抑制降低黄连产量，研究人员研究了干旱对qp(光化学淬灭，光系统Ⅱ光化学反应的能力)和qN(荧光淬灭，热耗散能力)的影响，结果如图2，CK(正常水分)、LD(轻度干旱)、MD(中度干旱)、HD(重度干旱)。 图2 ①在同一光照强度下，随着干旱程度的增加，植株受到的光抑制程度 ，其判断依据是 。 ②据图可知，重度干旱胁迫下 (填“气孔因素”或“非气孔因素”)影响黄连叶片光合作用，要判断另一因素是否也限制黄连叶片的光合作用，还需测量 (指标)。 ③生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量，还可采取的措施及其作用是 。 实验8　探究环境因素对光合作用的影响 实 验 归 纳 1. 探究光照强度对光合作用的影响 (1)原理 (2)实验装置分析及设计思路 装置 自变量 是自变量，可利用小烧杯与光源的 来调节 无关 变量 叶片大小、溶液的量、温度、台灯的功率等无关变量都要保持适宜且一致。台灯为白炽灯，装置中盛水的玻璃柱的作用是 ，避免光照对烧杯内水温产生影响 因变量 因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片 或者浮起相同数量的叶片所用的 来衡量光合作用的强弱 (3)实验步骤 第一步：制备若干 的圆形叶片； 第二步：将圆形叶片置于盛有清水的注射器内，堵住注射器前端的小孔，拉动活塞，重复几次； 第三步：将处理后的等量圆形叶片分别置于 浓度的CO2缓冲液中； 第四步：用不同功率的冷光源(该实验通过调节光源与小烧杯的距离来调节)照射相同时间； 第五步：观察并记录上浮的叶圆片数。 (4)预期结果：台灯与实验装置的距离越远，相同时间内叶片浮起数量越少。 2. 探究CO2浓度对光合作用的影响 (1)自变量： 。 (2)因变量： 。 (3)无关变量： 、矿质营养、圆形叶片的大小和数量等。 (4)实验步骤(略)。 实 验 延 伸 1. 部分试剂、装置说明 (1)CO2缓冲液：维持实验过程中CO2浓度相对稳定，常用于测定绿色植物的光合速率，也可用NaHCO3溶液代替。 (2)冷光源可避免不同强度的光照导致环境温度发生变化。可采用LED灯；若用白炽灯，需要增加吸热装置。 2. 实验结果的测定 (1)气体的定性测量：叶圆片照光后，进行光合作用就会放出氧气，氧气在水中的溶解度很小，积累于细胞间隙，叶片即由下沉转为上浮。根据上浮叶片的比例可判断。 (2)气体的定量测定：O2的释放速率可用O2传感器测量，CO2吸收速率可用CO2传感器测量。 实验素养 实验分析及迁移 (1)光照条件下，利用O2传感器或CO2传感器测出的气体变化量属于 (填“净光合速率”或“总光合速率”)。 (2)结合此探究影响光合作用强度因素的实验，推测思考：若要探究影响呼吸作用速率的因素，应将实验装置进行 处理。 题 组 运 用 1. (2024·镇江期末)兴趣小组用真空渗水法探究环境因素对某植物光合作用强度的影响，实验结果如下表所示。下列叙述正确的是( ) 组别 实验条件 30 min内上浮叶圆片平均数/片 温度 光照强度 NaHCO3浓度 组1 10 ℃ 40 W白炽灯 1% 3 组2 10 ℃ 100 W白炽灯 1% 5 组3 ？ 100 W白炽灯 1% 8 组4 25 ℃ 100 W白炽灯 4% 10 组5 15 ℃ 60 W白炽灯 0% 0 A. 该实验中自变量有温度、光照强度、CO2浓度和上浮叶片的数目 B. 为探究CO2浓度对光合作用强度的影响，应将组3中的温度控制在15 ℃ C. 组5叶圆片没有上浮的原因可能是其不能进行光合作用，没有O2产生 D. 通过组2和4的比较，可证明温度会影响该植物光合作用强度 2. (2024·北京卷)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 配套热练 第17讲　光合作用的影响因素和应用 一、 单项选择题 1. (2024·泰州期末)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列相关叙述错误的是( ) A．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量 B．适时通风可提高系统内的CO2浓度 C．配制培养液的浓度需与根细胞液的相同 D．调控光照强度需根据植物生长特点 2. (2024·盐城中学)植物光合作用可受多种环境因素的影响，下图是在不同温度条件下测得的光照强度对小麦O2吸收速率的影响。下列说法错误的是( ) A．由图可知，影响c点光合速率的主要因素是光照强度和温度 B．若适当提高 CO2浓度，d点将向右上移动，此时叶绿体产生的O2的去向是细胞外 C．在光照和 CO2适宜的条件下用 H18O2 浇灌小麦幼苗，则小麦幼苗周围空气中的水、氧气、二氧化碳均含18O D．b点时小麦根尖细胞中产生 ATP 的场所为细胞质基质和线粒体 3. (2024·湖北卷)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－1) 鲜花累计平均产量/(kg·hm－2) 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 4. (2024·苏州开学考试)某小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图所示。下列有关叙述错误的是( ) A．本实验中，温度和光照强度都属于无关变量 B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C．四组实验中，0.5% NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长 5. (2025·徐州期初)科研人员分离出某植物叶肉细胞的叶绿体，让叶绿体接受5 s光照、5 s黑暗交替(间歇光)处理，持续进行20 min，并用灵敏传感器记录密闭环境中O2和CO2的变化，结果如图所示(S1、S2、S3分别表示相邻的曲线围成的图形面积)。下列相关叙述错误的是( ) A．a～c段，叶绿体的光反应速率明显大于暗反应速率 B．d～e段，CO2吸收速率变慢的原因是C3还原速率减慢 C．S1＋S2的数值可表示光反应速率，S1的数值大于S3 D．总光照时间相同时，间歇光处理有助于有机物的积累 二、 多项选择题 6. (2024·常州期中)光合作用和呼吸作用的原理在生产中有广泛的应用，下列相关叙述正确的有( ) A．保持适当的低温、低氧和干燥，有利于水果、蔬菜和粮食的保存 B．种植水稻时要定期排水，以促进水稻的根系进行有氧呼吸 C．用蓝紫色塑料薄膜代替红色薄膜，能够提升大棚作物的光合速率 D．白天升温的幅度要适宜，否则可能会减少植物积累有机物的量 7. 农谚是我国劳动人民智慧的结晶和经验总结。下列关于农谚中涉及的生物学原理，叙述正确的有( ) A．“玉米带大豆，十年九不漏”，体现合理密植能提高光合作用速率，进而提高农作物产量 B．“稻如莺色红(水稻盈实)，全得水来供”，体现合理灌溉能促进水稻的光合作用，进而提高产量 C．“勤除草，谷粒饱”，体现除草可减少其对阳光、CO2和空间等资源的竞争，进而提高农作物产量 D．“春天粪堆密，秋后粮铺地”，体现粪堆中有机物可以被植物吸收利用，进而促进农作物增产 8. (2024·淮安模拟)东山枇杷是苏州地区栽培面积最大的品种，其品质国内有名。异地引入东山枇杷，则常会因土壤盐碱度高而导致品质和产量下降。为研究盐胁迫对东山枇杷光合作用的影响，研究人员利用东山枇杷苗开展实验。对照组不进行盐胁迫处理，实验组用NaCl溶液或NaHCO3溶液胁迫处理，90 d后检测相关生理指标，结果如下图。请根据相关信息判断，下列说法正确的有( ) A．制作东山枇杷果汁时，加入的果胶酶能将不溶性的淀粉分解为可溶性的半乳糖醛酸 B．异地种植的东山枇杷口感干涩，可能是土壤渗透压高导致其含水量下降 C．盐碱地种植的东山枇杷虽然叶绿素含量少，但气孔导度高，吸收的CO2多，暗反应增强 D．对于含糖量较高、口感干涩的异地东山枇杷，有人建议可直接用枇杷发酵制作果醋出售 三、 非选择题 9. (2022·江苏卷)图1为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题： 图1 (1)图1中，类囊体膜直接参与的代谢途径有 (从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是 。 (2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图2)。 图2 ①曲线a,0～t1时段释放的CO2源于 。t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于 (2分)。 ②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是 。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图3代谢途径，通过 降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的 价值。 图3 10. (2025·扬州期初)某研究小组为研究高温条件下不同干旱水平对大豆光合作用的影响。科研人员选取发育进程与长势基本一致的转基因大豆幼苗，在高温条件下进行相关实验，部分结果如图1所示。请分析回答： 图1 (1)科研人员发现，随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，若取此时的叶片进行色素的提取和分离实验，结果显示滤液细线往上的第 条色素带明显变窄，此现象与研磨时未添加 的现象类似。 (2)分析图中数据可知，第2～4 d由于高温干旱，保卫细胞 (填“吸水”或“失水”)导致气孔关闭，胞间CO2浓度降低。第4～6 d大豆净光合速率下降主要是由 (填“气孔因素”或“非气孔因素”)导致，判断的理由是 。此时大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质量增加，其意义是 。 (3)大豆在光照条件下可进行光呼吸，为研究其光呼吸，将大豆放在一个密闭的恒温玻璃小室中，依次增强光照强度，随着时间的推移，温室内CO2浓度随光照强度的变化如图2所示，c点时，该株大豆总光合速率 (填“等于”“大于”或“小于”)总呼吸速率。 图2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第17讲　光合作用的影响因素和应用 【课标要求】 1.说出影响光合作用速率的环境因素； 2.实验：探究不同环境因素对光合作用的影响。 考点　影响光合作用的环境因素及其应用 考 点 透 析 知识1　光合作用强度 1. 光合作用强度表示方法 2. 提高光能利用率的途径 延长光照时间，增加光照面积(光合作用有效面积)，提高光合作用速率(光合速率)。 知识2　影响光合作用的环境因素及应用 1. 光照强度 (1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 (2)曲线解读 项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行呼吸作用 吸收O2、释放CO2 A～ B段 呼吸作用强度大于光合作用强度 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸作用强度等于光合作用强度 不与外界进行气体交换 B点 以后 呼吸作用强度小于光合作用强度 吸收CO2、释放O2 (3)应用：温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 2. CO2浓度 (1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。 (2)曲线解读 ①图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度。 ②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 ③图1中B点和图2中B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。 (3)应用：在农业生产上可以通过通风、增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合作用速率。 3. 温度 (1)原理：温度通过影响酶的活性进而影响光合作用。 (2)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 4. 水分和矿质元素 (1)原理 ①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。 ②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。 (2)应用：合理施肥(过度易引起“烧苗”)、适当浇水(过度易引起“烂根”)。  深 度 指 津 多因子对光合作用的影响及应用 图像 　　 含义 P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；当到Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可适当提高图示的其他因子 应用 温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率 知识3　影响光合作用的内部因素及应用 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： 2. 植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 思辨小练 1. 判断下列说法的正误： (1)CO2浓度影响暗反应速率，不影响光反应速率。(×) 提示：CO2浓度影响暗反应速率，进而影响光反应速率。 (2)氮、磷、镁、铁等元素的缺乏会影响光合作用。(√) 提示：氮、磷、镁、铁等元素是植物生长的必需元素，如果缺乏，会影响细胞内一些化合物的合成，进而影响光合作用。 (3)遇到连续阴雨天气，温室或大棚补充光源时补充红光和蓝紫光比补充白光好。(×) 提示：白光包括红光和蓝紫光，在同等强度下，红光和蓝紫光才比白光好。 2. 下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。10～12时的光合作用强度明显减弱的原因是什么？ 提示：此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。 3. 在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些好处？ 提示：有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，增加了土壤的肥力，另外还释放出热量和CO2，增加了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用的进行。 典 题 说 法 考向1　单因子对光合作用的影响 例1 (2024·江苏开学考)兴趣小组通过实验探究光强对洋葱生长的影响，实验时设置5种光强的LED红蓝光，对“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱进行相同时间的处理，图1和图2分别为“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱地上部分的质量。下列相关叙述正确的是(C) 图1 图2 A. 该实验的变量是洋葱的品种 B. 光强越大，“金冠”洋葱的产量一定越高 C. 5种光强的红光与蓝光比例应保持一致 D. 紫玉洋葱的最适光强为500 μmol·m－2·s－1 【解析】根据题意，该实验的变量是洋葱的品种和光强，A错误；在一定范围内，光强越大，“金冠”洋葱的地上部分产量越高，B错误；除了实验的自变量和因变量以外，其他条件(无关变量)应保持一致，5种光强的红光与蓝光比例应保持一致，C正确；由图1可知，就地上部分而言，“紫玉”洋葱的最适光强为300 μmol·m－2·s－1左右，D错误。 变式 (2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现，平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是(D) A. 呼吸作用变强，消耗大量养分 B. 光合作用强度减弱，有机物合成减少 C. 蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫 D. 叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少 【解析】高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；高温使植物叶片变黄、变褐，气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；高温下植物蒸腾作用增强，易失水发生萎蔫现象，C正确；高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。 考向2　多因子对光合作用的影响 例2 (2024·扬州期末)为探究光照强度对不同植物光合作用的影响，某研究小组利用A、B两种植物在适宜温度下进行了相关研究，结果如下图所示。下列叙述正确的是(C) A. 该实验的自变量是光照强度 B. 光照强度为3 000 lx时，光照强度限制了B植物的放氧速率 C. 两种植物相比，A植物更适合在强光环境中生长 D. 光照强度为300 lx时，A、B植物的总光合作用速率相同 【解析】该实验的自变量是光照强度和植物种类，A错误；因为是在适宜温度下，当光照强度为3 000 lx时，主要的外界限制因素为环境中二氧化碳浓度，而不是光照强度，B错误；据图分析可知，A植物的光饱和点更高，而B植物的光饱和点明显低于A植物的，B植物更适合在弱光环境下生长，A植物更适合在强光环境中生长，C正确；据图分析可知，光照强度为300 lx时，A、B植物的净光合速率相同，但二者的呼吸速率不同，故二者的总光合速率不同，D错误。 考向3　光合作用原理的应用 例3 (2025·南通期初节选)黄连具有极高的药用价值，喜冷凉、湿润、荫蔽，忌高温、干旱。为探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员研究了光强对黄连光合特性的影响，结果如图1。请回答下列问题： 图1 (1)光强大于500 μmol·m－2·s－1后，黄连叶片胞间二氧化碳浓度增加，主要原因是光合作用降低，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加。 (2)黄连的光饱和点约为500μmol·m－2·s－1；当光强过强时，光反应产生的电子不能及时传递给NADP＋生成NADPH，从而传给O2产生O(自由基)，损伤光合结构导致光抑制。 (3)研究表明干旱也会引起光抑制降低黄连产量，研究人员研究了干旱对qp(光化学淬灭，光系统Ⅱ光化学反应的能力)和qN(荧光淬灭，热耗散能力)的影响，结果如图2，CK(正常水分)、LD(轻度干旱)、MD(中度干旱)、HD(重度干旱)。 图2 ①在同一光照强度下，随着干旱程度的增加，植株受到的光抑制程度增大，其判断依据是随着干旱程度的增加，光化学反应能力减弱，热耗散能力减弱。 ②据图可知，重度干旱胁迫下非气孔因素(填“气孔因素”或“非气孔因素”)影响黄连叶片光合作用，要判断另一因素是否也限制黄连叶片的光合作用，还需测量胞间CO2浓度(指标)。 ③生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量，还可采取的措施及其作用是合理施肥增加光合面积，合理灌溉及时补水，补充二氧化碳提高暗反应。 【解析】(1)光强大于500 μmol·m－2·s－1后，黄连叶片胞间二氧化碳浓度增加，主要原因是光合作用降低，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加，进入的CO2增多。(2)由图1可知，黄连的光饱和点约为500 μmol·m－2·s－1；当光强过强时，光反应产生的电子不能及时传递给NADP＋生成NADPH，从而传给O2产生O(自由基)，损伤光合结构导致光抑制。(3)在同一光照强度下，随着干旱程度的增加，植株受到的光抑制程度增大，其判断依据是随着干旱程度的增加，光化学反应能力减弱，热耗散能力减弱。据图2可知，重度干旱胁迫下非气孔因素影响黄连叶片光合作用，因为不论哪一组，光饱和点基本相同，图中曲线与气孔因素无关，要判断气孔因素是否也限制黄连叶片的光合作用，还需测量胞间CO2浓度，如果胞间CO2浓度较低，说明气孔限制了CO2的进入，从而影响光合作用；如果胞间CO2浓度较高，则说明气孔因素不是主要限制因素。为增强黄连光合作用以提高产量还可合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应，合理密植等。 实验8　探究环境因素对光合作用的影响 实 验 归 纳 1. 探究光照强度对光合作用的影响 (1)原理 (2)实验装置分析及设计思路 装置 自变量 光照强度是自变量，可利用小烧杯与光源的距离来调节 无关 变量 叶片大小、溶液的量、温度、台灯的功率等无关变量都要保持适宜且一致。台灯为白炽灯，装置中盛水的玻璃柱的作用是吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响 因变量 因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱 (3)实验步骤 第一步：制备若干大小相同的圆形叶片； 第二步：将圆形叶片置于盛有清水的注射器内，堵住注射器前端的小孔，拉动活塞，重复几次； 第三步：将处理后的等量圆形叶片分别置于相同浓度的CO2缓冲液中； 第四步：用不同功率的冷光源(该实验通过调节光源与小烧杯的距离来调节)照射相同时间； 第五步：观察并记录上浮的叶圆片数。 (4)预期结果：台灯与实验装置的距离越远，相同时间内叶片浮起数量越少。 2. 探究CO2浓度对光合作用的影响 (1)自变量：CO2浓度。 (2)因变量：光合作用强度。 (3)无关变量：光照强度、温度、矿质营养、圆形叶片的大小和数量等。 (4)实验步骤(略)。 实 验 延 伸 1. 部分试剂、装置说明 (1)CO2缓冲液：维持实验过程中CO2浓度相对稳定，常用于测定绿色植物的光合速率，也可用NaHCO3溶液代替。 (2)冷光源可避免不同强度的光照导致环境温度发生变化。可采用LED灯；若用白炽灯，需要增加吸热装置。 2. 实验结果的测定 (1)气体的定性测量：叶圆片照光后，进行光合作用就会放出氧气，氧气在水中的溶解度很小，积累于细胞间隙，叶片即由下沉转为上浮。根据上浮叶片的比例可判断。 (2)气体的定量测定：O2的释放速率可用O2传感器测量，CO2吸收速率可用CO2传感器测量。 实验素养 实验分析及迁移 (1)光照条件下，利用O2传感器或CO2传感器测出的气体变化量属于净光合速率(填“净光合速率”或“总光合速率”)。 (2)结合此探究影响光合作用强度因素的实验，推测思考：若要探究影响呼吸作用速率的因素，应将实验装置进行遮光(黑暗)处理。 题 组 运 用 1. (2024·镇江期末)兴趣小组用真空渗水法探究环境因素对某植物光合作用强度的影响，实验结果如下表所示。下列叙述正确的是(C) 组别 实验条件 30 min内上浮叶圆片平均数/片 温度 光照强度 NaHCO3浓度 组1 10 ℃ 40 W白炽灯 1% 3 组2 10 ℃ 100 W白炽灯 1% 5 组3 ？ 100 W白炽灯 1% 8 组4 25 ℃ 100 W白炽灯 4% 10 组5 15 ℃ 60 W白炽灯 0% 0 A. 该实验中自变量有温度、光照强度、CO2浓度和上浮叶片的数目 B. 为探究CO2浓度对光合作用强度的影响，应将组3中的温度控制在15 ℃ C. 组5叶圆片没有上浮的原因可能是其不能进行光合作用，没有O2产生 D. 通过组2和4的比较，可证明温度会影响该植物光合作用强度 【解析】该实验中自变量有温度、光照强度和CO2浓度，上浮叶片的数目是因变量，A错误；为探究CO2浓度对光合作用强度的影响，应选择组3和组4进行对照，温度属于无关变量，组3和组4的温度应该相同，因此组3中的温度应控制在25 ℃，B错误；组5中NaHCO3浓度为0%，叶圆片没有上浮的原因可能是其不能进行光合作用，没有O2产生，C正确；组2和4的温度和NaHCO3浓度均不同，不能得出温度会影响该植物光合作用强度的结论，D错误。 2. (2024·北京卷)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) 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 【解析】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；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；给光源加滤光片改变光的颜色可能会使单位时间单位叶面积的氧气释放量降低，比如将蓝紫光改变为绿光会降低光合速率，C不符合题意；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。 配套精练 第17讲　光合作用的影响因素和应用 一、 单项选择题 1. (2024·泰州期末)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列相关叙述错误的是(C) A．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量 B．适时通风可提高系统内的CO2浓度 C．配制培养液的浓度需与根细胞液的相同 D．调控光照强度需根据植物生长特点 【解析】适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，A正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用的速率，B正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，C错误；不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，D正确。 2. (2024·盐城中学)植物光合作用可受多种环境因素的影响，下图是在不同温度条件下测得的光照强度对小麦O2吸收速率的影响。下列说法错误的是(B) A．由图可知，影响c点光合速率的主要因素是光照强度和温度 B．若适当提高 CO2浓度，d点将向右上移动，此时叶绿体产生的O2的去向是细胞外 C．在光照和 CO2适宜的条件下用 H18O2 浇灌小麦幼苗，则小麦幼苗周围空气中的水、氧气、二氧化碳均含18O D．b点时小麦根尖细胞中产生 ATP 的场所为细胞质基质和线粒体 【解析】分析25 ℃曲线可知，在一定范围内，随着光照强度增强，氧气释放速率增强，光照强度是影响c点光合速率的限制因素；分析15 ℃曲线可知，虽然二者温度不同，但c点时净光合速率相同，由于二者的呼吸速率不同，说明二者总光合速率不同，进而说明温度也影响光合速率，故影响c点光合速率的主要因素是光照强度和温度，A正确。提高二氧化碳浓度后，植物的最大光合速率增加，d点会向下移，最大光合速率增加，需要的光照强度会增加，所以d点会向右移，故d点向右下移，B错误。 3. (2024·湖北卷)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(C) 组别 光照处理 首次开花时间 茎粗/mm 花的叶黄素含量/(g·kg－1) 鲜花累计平均产量/(kg·hm－2) 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 【解析】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；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；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，但与第②组差别不大，综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理，C正确；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，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。 4. (2024·苏州开学考试)某小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图所示。下列有关叙述错误的是(C) A．本实验中，温度和光照强度都属于无关变量 B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C．四组实验中，0.5% NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长 【解析】本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度、光照为无关变量，A正确；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B正确；四组实验中，0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最小，C错误；若在4 ℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D正确。 5. (2025·徐州期初)科研人员分离出某植物叶肉细胞的叶绿体，让叶绿体接受5 s光照、5 s黑暗交替(间歇光)处理，持续进行20 min，并用灵敏传感器记录密闭环境中O2和CO2的变化，结果如图所示(S1、S2、S3分别表示相邻的曲线围成的图形面积)。下列相关叙述错误的是(C) A．a～c段，叶绿体的光反应速率明显大于暗反应速率 B．d～e段，CO2吸收速率变慢的原因是C3还原速率减慢 C．S1＋S2的数值可表示光反应速率，S1的数值大于S3 D．总光照时间相同时，间歇光处理有助于有机物的积累 【解析】由题图信息分析，虚线表示O2释放速率的变化，实线表示CO2吸收速率的变化，a～c段O2释放速率大于CO2吸收速率，说明叶绿体的光反应速率明显大于暗反应速率，A正确；d～e段在黑暗条件下进行，光反应产生ATP和NADPH受阻，C3还原速率减慢，CO2固定减慢，所以导致CO2吸收速率变慢，B正确；虚线表示O2释放速率的变化，实线表示CO2吸收速率的变化，在一个光周期内，二者从开始的0经过一段时间的反应以后又变为0，结合光合作用的总反应式来看，S1＋S2表示光反应释放的O2总量，S2＋S3表示暗反应吸收的CO2总量，在一个光周期内释放的O2总量与暗反应吸收的CO2总量是相等的，S1＋S2＝S2＋S3，所以S1＝S3，C错误；光照总时间相同的情况下，与连续光照处理相比，间歇光处理时光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，是因为间歇光处理能充分利用光反应产生的NADPH和ATP，D正确。 二、 多项选择题 6. (2024·常州期中)光合作用和呼吸作用的原理在生产中有广泛的应用，下列相关叙述正确的有(BD) A．保持适当的低温、低氧和干燥，有利于水果、蔬菜和粮食的保存 B．种植水稻时要定期排水，以促进水稻的根系进行有氧呼吸 C．用蓝紫色塑料薄膜代替红色薄膜，能够提升大棚作物的光合速率 D．白天升温的幅度要适宜，否则可能会减少植物积累有机物的量 【解析】保持适当的低温、低氧和一定的湿度，有利于水果、蔬菜的保存；保持适当的低温、低氧和干燥，有利于粮食的保存，A错误。种植水稻时要定期排水，有利于促进水稻的根系进行有氧呼吸，防止水稻进行无氧呼吸产生酒精导致根细胞中毒，B正确。对光合作用最有效的光是“红光”和“蓝紫光”，通常在红光下光合作用最快，蓝紫光次之，绿光最差；用蓝紫色塑料薄膜(植物吸收的是蓝紫光)代替红色薄膜(植物吸收的是红光)，会降低大棚作物的光合速率，C错误。白天升温的幅度要适宜，因为温度太高或太低，白天光合作用均会降低，可能会减少植物积累有机物的量，D正确。 7. 农谚是我国劳动人民智慧的结晶和经验总结。下列关于农谚中涉及的生物学原理，叙述正确的有(BC) A．“玉米带大豆，十年九不漏”，体现合理密植能提高光合作用速率，进而提高农作物产量 B．“稻如莺色红(水稻盈实)，全得水来供”，体现合理灌溉能促进水稻的光合作用，进而提高产量 C．“勤除草，谷粒饱”，体现除草可减少其对阳光、CO2和空间等资源的竞争，进而提高农作物产量 D．“春天粪堆密，秋后粮铺地”，体现粪堆中有机物可以被植物吸收利用，进而促进农作物增产 【解析】豆科植物的根瘤中，有能固氮的根瘤菌与之共生，根瘤菌将空气中的氮转化为植物能吸收的含氮物质，能提高土壤氮含量，“玉米带大豆，十年九不漏”，与合理套种豆科植物共生的根瘤菌能提高土壤氮含量有关，A错误；水是光合作用的原料，适宜的水分能促进水稻的光合作用，因此合理灌溉能促进水稻的光合作用来提高产量，B正确；农田杂草和农作物都是生产者，需要进行光合作用，农田杂草过多会与农作物竞争阳光和CO2，以及土壤中的矿质元素等，使农作物的光合作用下降，从而降低产量，因此“勤除草，谷粒饱”， 体现除草可减少其对阳光、CO2和空间等资源的竞争，进而提高农作物产量，C正确；植物不能直接吸收粪堆中的有机物，D错误。 8. (2024·淮安模拟)东山枇杷是苏州地区栽培面积最大的品种，其品质国内有名。异地引入东山枇杷，则常会因土壤盐碱度高而导致品质和产量下降。为研究盐胁迫对东山枇杷光合作用的影响，研究人员利用东山枇杷苗开展实验。对照组不进行盐胁迫处理，实验组用NaCl溶液或NaHCO3溶液胁迫处理，90 d后检测相关生理指标，结果如下图。请根据相关信息判断，下列说法正确的有(BD) A．制作东山枇杷果汁时，加入的果胶酶能将不溶性的淀粉分解为可溶性的半乳糖醛酸 B．异地种植的东山枇杷口感干涩，可能是土壤渗透压高导致其含水量下降 C．盐碱地种植的东山枇杷虽然叶绿素含量少，但气孔导度高，吸收的CO2多，暗反应增强 D．对于含糖量较高、口感干涩的异地东山枇杷，有人建议可直接用枇杷发酵制作果醋出售 【解析】根据酶的专一性，果胶酶能将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，但不能分解淀粉，A错误；土壤盐碱度高，则渗透压高，根不易吸水，最终导致果实含水量下降，B正确；盐碱地种植的东山枇杷气孔导度低，吸收的CO2减少，暗反应减弱，C错误；在糖源、氧气充足的条件下醋酸菌能直接将葡萄糖转化为醋酸，含糖量较高的异地东山枇杷可用于发酵制作果醋，D正确。 三、 非选择题 9. (2022·江苏卷)图1为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题： 图1 (1)图1中，类囊体膜直接参与的代谢途径有①⑥(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b)。 (2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的H2O2(过氧化氢)在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图2)。 图2 ①曲线a,0～t1时段释放的CO2源于细胞呼吸。t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于光呼吸和细胞呼吸(2分)。 ②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是光合作用的速率等于呼吸作用的速率和光呼吸速率之和。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图3代谢途径，通过将乙醇酸转化为苹果酸降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的直接价值。 图3 【解析】(1)类囊体薄膜是光反应的场所，发生的反应有①水光解产生氧气以及⑥NADPH与ATP的形成。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，则用红光照射，参与反应的主要是叶绿素，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b。(2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢(H2O2)在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。(3)曲线a的0～t1时段无光照，释放的CO2源于细胞呼吸，t1～t2时段有光照，CO2由细胞呼吸和光呼吸共同产生。曲线b，有光照后t1～t2时段CO2下降最后达到平衡，说明光呼吸、细胞呼吸和光合作用达到了平衡。(4)图Ⅲ代谢途径将光呼吸的关键反应物乙醇酸转化为苹果酸，通过降低光呼吸提高植株生物量。这体现了遗传多样性的直接价值。 10. (2025·扬州期初)某研究小组为研究高温条件下不同干旱水平对大豆光合作用的影响。科研人员选取发育进程与长势基本一致的转基因大豆幼苗，在高温条件下进行相关实验，部分结果如图1所示。请分析回答： 图1 (1)科研人员发现，随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，若取此时的叶片进行色素的提取和分离实验，结果显示滤液细线往上的第1、2条色素带明显变窄，此现象与研磨时未添加CaCO3的现象类似。 (2)分析图中数据可知，第2～4 d由于高温干旱，保卫细胞失水(填“吸水”或“失水”)导致气孔关闭，胞间CO2浓度降低。第4～6 d大豆净光合速率下降主要是由非气孔因素(填“气孔因素”或“非气孔因素”)导致，判断的理由是高温干旱胁迫下，幼苗的气孔导度下降，但胞间CO2浓度却在上升。此时大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质量增加，其意义是提高细胞的渗透压，增强细胞的吸水能力。 (3)大豆在光照条件下可进行光呼吸，为研究其光呼吸，将大豆放在一个密闭的恒温玻璃小室中，依次增强光照强度，随着时间的推移，温室内CO2浓度随光照强度的变化如图2所示，c点时，该株大豆总光合速率等于(填“等于”“大于”或“小于”)总呼吸速率。 图2 学科网（北京）股份有限公司 $$