第二单元 第8课时 光合作用的影响因素及应用（教师用书word）-【步步高】2025年高考生物大一轮复习讲义（浙科版 浙江、桂（梧州））

第8课时　光合作用的影响因素及应用 课标要求　活动：探究不同环境因素对光合作用的影响。 考点一　环境因素对光合速率的影响 1．真正(总)光合速率、表观(净)光合速率和细胞呼吸速率的辨析 (1)根据概念辨析 ①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 ②表观(净)光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 ③真正(总)光合速率：是指植物在光照条件下，从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际同化的CO2的量，又称总光合速率，表观光合速率小于真正光合速率，即真正光合速率＝表观光合速率＋细胞呼吸速率。 (2)根据关键词判定(单位时间、单位叶面积内的量) 检测指标 细胞呼吸速率 表观光合速率 真正光合速率 CO2 释放量(黑暗) 吸收量(植物)、减少量(环境) 利用量、固定量、消耗量 O2 吸收量(黑暗)、消耗量(黑暗) 释放量(植物)、增加量(环境) 产生量、生成量、制造量、合成量 葡萄糖 消耗量(黑暗) 积累量、增加量 产生量、生成量、制造量、合成量 (3)通过细胞器气体交换量辨析 (4)通过坐标图辨析 ①A点时，只进行细胞呼吸；绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。 ②AB段随着光强度的增强，光合作用强度也增强，但仍小于细胞呼吸强度；B点时，光合作用强度等于细胞呼吸强度，即光补偿点。 ③BC段随着光强度的增强，光合作用强度增强；C点对应的光强度为光饱和点，限制C点的环境因素可能有温度或二氧化碳浓度等。绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为表观(净)光合速率。 ④真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。 用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下： a．光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。 b．光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。 c．光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。 2．影响光合作用的外部因素分析 (1)单因子变量的影响 思考　水分和N、P、K等是如何影响光合作用的？ 提示　水分影响气孔的开闭，N、P、K等矿质元素超过一定浓度后，植物会因土壤溶液浓度过高而渗透失水，出现萎蔫，同时N、Mg等矿质元素也是合成叶绿素、酶的原料。 (2)多因子对光合速率的影响 1．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。下列分析正确的是(　　) A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等 B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多 C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D．其他条件不变，光强度适当增强时，两曲线的交点将向左下方移动 答案　A 解析　分析题意与图像可知，图中的虚线代表表观光合作用，实线代表细胞呼吸。在光照下，光合作用制造的有机物总量(真正光合作用量)＝细胞呼吸消耗的有机物量(呼吸量)＋有机物的净积累量(表观光合作用量)，即某温度下图中实线所对应的量加上虚线所对应的量就是真正光合作用量。光照相同时间，在25 ℃条件下植物积累的有机物的量最多，B错误；由图可知，温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量仍在增加，只是表观光合速率开始下降，C错误；两曲线的交点表示某温度时，有机物的净积累量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等，当其他条件不变，光强度适当增强时，表观光合作用量增大，两曲线的交点将向右上方移动，D错误。 2．(2023·杭州高三联考)将玉米的PEPC酶基因与PPDK酶基因导入水稻后，在某一温度下测得光强度对转双基因水稻和原种水稻的光合速率影响如图1；在光照为1 000 lx下测得温度对光合速率的影响如图2。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．PEPC酶基因与PPDK酶基因不影响水稻的呼吸强度 B．用温度25 ℃重复图1相关实验，a点向右上方移动 C．两类水稻积累有机物的最适温度相同 D．转双基因水稻更适合栽种在强光照环境中 答案　B 解析　根据图1可知，两种水稻的起点相同，说明呼吸速率相同，即PEPC酶基因与PPDK酶基因不会影响水稻的呼吸强度，A正确；结合两图可知，图1是在30 ℃时做的实验，用温度25 ℃重复图1相关实验，则表观光合速率减小，a点向左下方移动，B错误。 归纳提升　三类曲线的相关分析 考点二　活动：探究环境因素对光合作用的影响 实验拓展　(1)设置温度作为自变量：用上述装置探究温度对光合速率的影响，可通过将试管分别置于装有不同温度水的烧杯中控制自变量——温度。 (2)设置CO2浓度作为自变量：用上述装置探究CO2浓度对光合作用的影响，可通过往试管内分别加入不同浓度的NaHCO3溶液来控制自变量——CO2浓度。 3．(2023·嘉兴高三期末)取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，平均分成四组，各置于相同的密闭装置内，在其他条件相同且适宜的情况下，分别置于四种不同的温度条件下(t1<t2<t3<t4)。测得光照相同时间后各装置内O2的增加值及黑暗条件下各装置内O2的消耗值，结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．在实验温度范围内，细胞呼吸强度随着温度的升高而升高 B．在四种温度条件下，植物在t3温度时光合作用生成的O2总量最多 C．t4温度下，将装置置于光下8 h后，再置于黑暗中8 h后装置内O2总量不变 D．光下叶肉细胞中O2浓度最高的场所是叶绿体的类囊体膜 答案　B 解析　黑暗中O2的消耗值代表细胞呼吸强度，图中细胞呼吸强度随着温度的升高而升高，A正确；光合作用生成O2总量＝光下O2增加值(表观光合速率)＋黑暗中O2消耗值，t3温度时光合作用O2生成总量约为12.5＋8＝20.5(mg/h)，t4温度时O2生成总量为12＋12＝24(mg/h)，B错误；t4温度下，光下O2增加值＝黑暗中O2消耗值，故t4温度下将装置置于光下8 h后，再置于黑暗中8 h后装置内O2总量不变，C正确；O2在类囊体膜产生，光下此处O2浓度最高，D正确。 4．将生长状况相同的某种植物在不同温度下分别暗处理1 h，再在相同光强度下光照1 h，用CO2红外分析仪测定密闭容器中CO2的浓度，结果如图。下列分析正确的是(　　) A．该植物在29 ℃和30 ℃时不再表现出生长现象 B．该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度分别是29 ℃和28 ℃ C．在29 ℃时光合作用制造的有机物的量大于28 ℃时制造的量 D．30 ℃时该植物光合作用速率等于细胞呼吸速率，均为20微摩尔/小时 答案　C 解析　暗处理后CO2浓度的增加量代表细胞呼吸强度，光照后与暗处理前CO2浓度的减少量变化表示的是光合进行了1 h和呼吸进行了2 h后的重量变化，由图中数据可知，四组不同温度条件下，该植物都表现为生长现象，A错误；真正光合作用强度＝CO2浓度的减少量(表观光合速率)＋2×CO2浓度的增加量(呼吸速率)，图中29 ℃最大，而细胞呼吸强度也是在29 ℃最大，故该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度都是29 ℃，B错误；结合分析可知，真正光合作用强度＝CO2浓度的减少量＋2×CO2浓度的增加量，28 ℃时，光合作用制造的有机物的量等于60＋40×2＝140(微摩尔/小时)，29 ℃时，光合作用制造的有机物的量等于60＋60×2＝180(微摩尔/小时)，在29 ℃时光合作用制造的有机物的量大于28 ℃时制造的量，C正确；30 ℃时，光合作用速率大于细胞呼吸速率，D错误。 考点三　光合作用与细胞呼吸的综合应用 1．光合作用与细胞呼吸的区别与联系 2．光合作用与细胞呼吸在物质、能量上的联系 (1)物质联系 ①C：CO2C6H12O6C3H4O3CO2 ②O：H2OO2H2O ③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O (2)能量联系 3．光合作用与需氧呼吸中供氢体(NADH、NADPH)、ATP来源与去路 5．(2024·丽水高三联考)线粒体和叶绿体是真核细胞内两种由双层膜封闭式包被的产能细胞器。下列叙述错误的是(　　) A．叶绿体内膜和线粒体内膜都能合成ATP B．线粒体中O2的消耗和叶绿体中的O2的生成都伴随着电子的传递 C．线粒体基质中产生[H]，叶绿体基质消耗NADPH D．线粒体和叶绿体中的DNA均能通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成 答案　A 解析　叶绿体内膜不能合成ATP，叶绿体的类囊体膜能合成ATP，A错误；线粒体中O2的消耗发生在需氧呼吸第三阶段，叶绿体中O2的生成发生在光反应阶段，二者都伴随着电子的传递，B正确；线粒体基质中(需氧呼吸第二阶段)产生[H]，叶绿体基质(碳反应阶段)消耗NADPH，C正确；线粒体和叶绿体为半自主细胞器，其中的DNA均能通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，D正确。 6．图甲表示某植物的部分细胞结构和相关代谢情况，a～f代表O2或CO2；图乙表示20 ℃时光强度对该植物光合作用的影响(以测定的CO2吸收量与CO2释放量为指标)。请据图回答下列问题： 　 (1)图甲叶绿体中的ADP从__________________向______________上移动。 (2)图乙C点时，细胞内产生ATP的场所有______________________________。 (3)图甲中，a～f中可以代表O2的是_______________________________________________。 (4)图乙中，当把E点的光强度提高到D点的光强度时，短期内三碳酸的含量会____________，五碳糖的含量会________(填“增加”或“减少”)。 (5)图乙D点时，该植物总光合速率是呼吸速率的______倍，若该植物长期处于B点的状态，该植物体内有机物含量将________(填“增加”或“减少”)。 答案　(1)叶绿体基质　类囊体膜　(2)叶绿体、线粒体、细胞溶胶　(3)a、c、f　(4)减少　增加　(5)5　减少 解析　(1)光合作用光反应阶段合成ATP，场所在类囊体膜，运输到叶绿体基质，ATP在碳反应阶段分解为ADP和Pi，ADP和Pi又从叶绿体基质向类囊体膜移动。(2)图乙C点时，细胞内既进行细胞呼吸又进行光合作用，能产生ATP的场所有叶绿体、线粒体、细胞溶胶。 (3)在图甲中，叶绿体进行光合作用消耗CO2，产生O2，线粒体进行需氧呼吸消耗氧气，产生CO2，所以a、c、f代表O2，b、d、e代表CO2。(4)图乙中，当把E点的光强度提高到D点的光强度时，光反应阶段加快，产生的ATP和NADPH增加，三碳酸的还原速率加快，短期内三碳酸的含量会减少，同时CO2的固定不变，短期内五碳糖的含量会增加。(5)图乙中D点时，表观光合速率为6.0 mg/h，呼吸速率为1.5 mg/h，总光合速率为7.5 mg/h，此时该植物总光合速率是呼吸速率的5倍。图中B点状态为呼吸速率大于光合速率，消耗的有机物比产生的有机物多，有机物积累量为负值，长期处于B点的状态，该植物体内有机物含量将减少。 1．(2021·浙江6月选考，23)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示，图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响，图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HCO形式提供，山梨醇为渗透压调节剂，0.33 mol·L－1时叶绿体处于等渗状态。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．与等渗相比，低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大，光合速率大小相似 B．渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大 C．低渗条件下，即使叶绿体不破裂，卡尔文循环效率也下降 D．破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大，放氧率越低 答案　A 解析　由题图可知，与等渗相比，低渗对完整叶绿体 ATP合成影响不大，但放氧量较低，放氧量可以代表光合速率，故说明低渗条件下光合速率较低，A错误；由题图可知，渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大，B正确；由图甲可知，低渗条件下，即使叶绿体完整率没有明显降低的范围内，叶绿体放氧率仍明显降低，即光反应速率下降，影响了碳反应，即卡尔文循环效率下降，C正确；由图甲可以看出，低渗条件下叶绿体完整率越低，放氧率也越低，D正确。 2．(2021·浙江6月选考，27改编)不同光强度下，无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响如图甲；16 h光照，8 h黑暗条件下，无机磷浓度对大豆叶片淀粉和蔗糖积累的影响如图乙。回答下列问题： (1)叶片细胞中，无机磷主要贮存于________，还存在于细胞溶胶、线粒体和叶绿体等结构，光合作用过程中，磷酸基团是光反应产物________________的组分，也是卡尔文循环产生并可运至叶绿体外的化合物__________________的成分。 (2)图甲的O～A段表明无机磷不是光合作用中__________过程的主要限制因素。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是____________；不论高磷、低磷，24 h内淀粉含量的变化是________________________________________________________。 (3)为确定叶片光合产物的去向，可采用__________法。 答案　(1)液泡　ATP和NADPH　三碳糖　(2)光反应　较低、较高　光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少　(3)同位素示踪 解析　(2)根据图甲高磷和低磷曲线，O～A段重合，可分析出此阶段无机磷不会限制光合作用。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是较低、较高；不论高磷、低磷，24 h内淀粉含量的变化是光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少。 3．(2022·浙江6月选考，27)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5 klx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。 回答下列问题： (1)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，植株通过增加______________，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)植物的光合产物主要以__________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，植株优先将光合产物分配至____________中。 (3)与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均__________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为__________(A.<2小时　B．2小时　C．4小时　D．>4小时)，才能获得较高的花生产量。 答案　(1)叶绿素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲线的斜率　(2)蔗糖　叶　 (3)下降　A 解析　(1)从表中数据可以看出，遮阴一段时间后，花生植株的叶绿素含量在升高，提高了对光的吸收能力。光饱和点在下降，说明植株为适应低光强度条件，可在弱光条件下达到饱和点。光补偿点也在降低，说明植物的光合作用下降的同时呼吸速率也在下降，以保证植物在较低的光强度下就能达到净光合大于0的积累效果。低于5 klx光合曲线的斜率体现弱光条件下与光合速率的提高幅度变化，在实验范围内随遮阴时间增长，光合速率提高幅度加快，故说明植物对弱光的利用效率变高。(2)植物的光合产物主要是以有机物(蔗糖)形式储存并提供给各个器官。结合表中数据看出，较长(4小时)遮阴处理下，整株植物的光合产量下降，但叶片的光合产量没有明显下降，从比例上看反而有所上升，说明植株优先将光合产物分配给了叶。(3)与对照组相比，遮阴处理的两组光合产量有不同程度的下降。若将花生与其他高秆作物间种，则应尽量减少其他作物对花生的遮阴时间，才能获得较高花生产量。 4．(2022·浙江1月选考，27)不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料，研究不同光质对植物光合作用的影响，实验结果如图1，其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物叶片在持续红光照射条件下，用不同单色光处理(30 s/次)，实验结果如图2，图中“蓝光＋绿光”表示先蓝光后绿光处理，“蓝光＋绿光＋蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。 回答下列问题： (1)高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素，常用________方法分离。光合色素吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能，可用于碳反应中____________的还原。 (2)据图1分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2浓度低，其原因是___________________ _______________________________________________________________________________。 气孔主要由保卫细胞构成，保卫细胞吸收水分，气孔开放，反之关闭。由图2可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用可被______光逆转。由图1、图2可知蓝光也可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞的光合产物增多，也可以促进K＋、Cl－的吸收等，最终导致保卫细胞____________________，细胞吸水，气孔开放。 (3)生产上选用____________LED灯或滤光性薄膜获得不同光质环境，已用于某些药用植物的栽培。红光和蓝光以合理比例的__________或______________、合理的光照次序照射，利于次生代谢产物的合成。 答案　(1)纸层析　三碳酸　(2)光合速率大，消耗的二氧化碳多　蓝　溶质浓度升高　(3)不同颜色的　光强度　光照时间 解析　(1)不同的光合色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢，所以常用纸层析法分离光合色素。光合色素吸收的光能通过光反应过程转化为ATP和NADPH中的化学能，用于碳反应中三碳酸的还原，将能量转移到有机物中。(2)据图1分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2浓度低，其原因是蓝光照射下尽管气孔导度大，但光合速率大，消耗的二氧化碳多。分析图2可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用又可被蓝光逆转，并且先蓝光再绿光后蓝光处理的效果比只用蓝光刺激更明显。由图1、图2可知，蓝光可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多，也可以促进K＋、Cl－的吸收等，最终导致保卫细胞溶质浓度升高，细胞吸水膨胀，气孔开放。(3)生产上选用不同颜色的LED灯或滤光性薄膜可获得不同光质环境，用于某些药用植物的栽培。红光和蓝光以合理比例的光强度或光照时间、合理的光照次序照射，利于提高光合速率，利于次生代谢产物的合成。 5．(2021·浙江1月选考，27改编)现以某种多细胞绿藻为材料，研究环境因素对其叶绿素a含量和光合速率的影响。实验结果如下图，图中的绿藻质量为鲜重。 回答下列问题： (1)由图甲可知，与高光强组相比，低光强组叶绿素a的含量较________，以适应低光强环境。由图乙分析可知，在________条件下温度对光合速率的影响更显著。 (2)叶绿素a的含量直接影响光反应的速率。从能量角度分析，光反应是一种________反应。光反应的产物有________________和O2。 (3)图乙的绿藻放氧速率比光反应产生O2的速率________，理由是_______________________ _______________________________________________________________________________。 (4)绿藻在20 ℃、高光强条件下细胞呼吸的耗氧速率为30 μmol·g－1·h－1，则在该条件下每克绿藻每小时光合作用消耗CO2生成______μmol的三碳酸。 答案　(1)高　高光强　(2)吸能　ATP、NADPH　(3)小　绿藻放氧速率等于光反应产生氧气的速率减去细胞呼吸消耗氧气的速率　(4)360 解析　(2)在光反应中，叶绿素a参与吸收、传递和转化光能的过程，故光反应是一种吸能反应，光反应的产物有ATP、NADPH和O2。(4)由图乙可知，绿藻在20 ℃、高光强条件下的放氧速率为150 μmol·g－1·h－1，此条件下其细胞呼吸的耗氧速率为30 μmol·g－1·h－1，则绿藻的真正光合速率为180 μmol·g－1·h－1。在光合作用中，O2的产生速率等于CO2的消耗速率，且1个CO2分子与1个五碳糖结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子分解成2个三碳酸，故在该条件下每克绿藻每小时光合作用消耗180 μmol CO2，生成360 μmol的三碳酸。 6．(2023·浙江6月选考，22)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)与CK组相比，A、B、C组使用的是红光和蓝光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高　红光∶蓝光＝3∶2　当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)时，植物叶绿素含量和氮含量都比A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)高，有利于植物的光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组、C组两组，表观光合速率更大，积累的有机物更多　(3)在25 ℃时提高CO2浓度光合速率增加幅度最高　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的需求，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组植物叶绿素含量和氮含量都比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、C组两组，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。 课时精练 一、选择题 1．(2024·台州第一中学高三模拟)已知植物合成叶绿素和Rubisco酶(碳反应中催化CO2固定的关键酶)都需要消耗氮元素。某植物突变体中叶绿素含量仅为野生型的49%，研究人员探究了不同氮肥水平对该植物野生型和突变体叶片中Rubisco酶含量的影响，结果如图所示。下列说法正确的是(　　) A．相比野生型，突变体更倾向于将氮元素用于合成Rubisco酶 B．本实验的自变量是不同氮肥水平，因变量是类囊体膜上Rubisco酶的含量 C．对野生型和突变型光合色素分别提取与分离，滤纸条上色素带的宽度与位置存在差异 D．Rubisco酶在植物细胞内仅起催化作用，能利用ATP与NADPH提供的能量将CO2固定为三碳酸 答案　A 解析　由题图可知，在不同氮浓度下，突变体的Rubisco酶含量均高于野生型，A正确；本实验的自变量是不同氮肥水平和植物种类，因变量是叶绿体基质中Rubisco酶的含量，B错误；色素带的宽度与色素含量有关，滤纸条上仅色素带的宽度存在差异，色素带的位置不存在差异，C错误；Rubisco酶催化五碳糖固定CO2不需要利用ATP与NADPH，D错误。 2．(2024·浙江鲁迅中学高三统考)如图为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意图，在CO2与五碳糖反应过程中，O2能与CO2竞争相关酶的活性部位。下列相关叙述错误的是(　　) A．在高O2环境中植物不能进行光合作用 B．光呼吸的存在会降低糖的合成效率 C．在大棚种植蔬菜时可通过增施有机肥，降低“光呼吸”作用 D．光呼吸的作用可能是消耗低CO2环境下积累的NADPH和ATP对叶绿体造成的伤害 答案　A 解析　在高O2环境中，O2能与CO2竞争相关酶的活性部位，使CO2与五碳糖固定生成三碳酸的速率减小，植物光合作用减弱，因此在高O2环境中植物也能进行光合作用，A错误；光呼吸的存在会使CO2与五碳糖固定生成三碳酸的速率减小，从而降低糖的合成效率，B正确；O2能与CO2竞争相关酶的活性部位，在大棚种植蔬菜时可通过增施有机肥，从而增大CO2浓度，可抑制O2与五碳糖结合，从而抑制光呼吸，C正确；低CO2环境下，碳反应减弱，光反应产生的NADPH和ATP会积累，光呼吸作用会产生三碳酸，从而消耗多余的NADPH和ATP，避免NADPH和ATP对叶绿体造成伤害，D正确。 3．(2023·金华高三模拟)为了研究某种植物光合速率和呼吸速率对生长发育的影响，研究者做了以下相关实验：将长势相同的该植物幼苗均分成若干组，分别置于不同温度下(其他条件相同且适宜)，暗处理1 h，再光照1 h，测其干重变化，得到如图所示的结果。下列说法错误的是(　　) A．32 ℃时植物的光合速率大于呼吸速率 B．24小时恒温26 ℃条件下，当光照时间超过4小时，该植物幼苗能正常生长 C．该植物进行光合作用时，当光强度突然增加，三碳酸的量减少 D．将该植物放在HO的水中培养，光照一段时间后可以在体内发现(CHO) 答案　B 解析　32 ℃时，暗处理1 h后的重量变化是－4 mg，说明呼吸速率是4 mg/h，光照1 h后与暗处理前的变化是0 mg，说明此条件下光合速率是8 mg/h，光合速率大于呼吸速率，A正确；据图中信息可知，26 ℃条件下呼吸速率是1 mg/h，光合速率是3＋1＋1＝5 mg/h，设在光强度适宜且恒定、一昼夜恒温26 ℃条件下，至少需要光照x小时以上，该植物幼苗才能正常生长，则有5x－1×24>0，可求出x>4.8 h，B错误；当光强度突然增加时，光反应增强，产生的ATP和NADPH增多，从而促进三碳酸的还原，但是CO2固定形成三碳酸的过程不受影响，故当光强度突然增加时，三碳酸的量减少，C正确；将该植物放在HO的水中培养，HO先通过需氧呼吸第二阶段进入C18O2，然后再通过光合作用碳反应进入到有机物(CHO)中，D正确。 4．(2024·浙江舟山中学高三模拟)植物在光照、高氧及低二氧化碳情况下可以发生五碳化合物与氧气结合而阻止碳反应的过程。为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的甲、乙两种叶片，分别测定其表观光合速率，结果如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．甲叶片来自树冠下层，乙叶片来自树冠上层 B．实验选材时，所选取的甲、乙两种叶片面积必须相同 C．a、b两点，相同面积的甲、乙两种叶片的叶绿体吸收CO2速率不相等 D．c、d两点，相同面积的甲叶片的叶绿体释放氧气速率可能相等 答案　B 解析　由题图可知，甲叶片的表观光合速率达到最大时所需光强度低于乙叶片，因此甲叶片来自树冠下层，乙叶片来自树冠上层，A正确；实验选材时，所选取的甲、乙两种叶片面积不需要相同，因为表观光合速率与叶片面积无关，B错误；a、b两点，相同面积的甲、乙两种叶片的叶绿体吸收CO2速率不相等，因为此时表观光合速率为0，所以吸收CO2的速率等于光强度为0的时候的表观光合速率的绝对值，C正确。 5．如图表示某植物在不同温度条件下(适宜的光照和CO2浓度)的表观光合速率和呼吸速率曲线，下列有关说法错误的是(　　) A．甲代表表观光合速率，乙代表呼吸速率 B．据图可知，最有利于植物生长的温度为30 ℃ C．40 ℃时，光合作用停止，60 ℃时，细胞呼吸停止 D．该植物与细胞呼吸有关酶的最适温度高于与光合作用有关酶的最适温度 答案　C 解析　30 ℃时，表观光合速率最大，最有利于植物生长，B正确；40 ℃时，光合速率等于呼吸速率，超过55 ℃后两曲线重合，光合作用停止，60 ℃时，细胞呼吸停止，C错误。 6．(2024·浙江大学附属中学高三模拟)在光强度适宜且恒定的条件下，研究温度和CO2浓度对某植株表观光合速率Pn的影响，实验结果如图。下列叙述正确的是(　　) A．Pn随CO2浓度上升而上升，在CO2浓度为500～700 μL·L－1范围内，30 ℃时Pn上升比例最大 B．在25 ℃时，将CO2浓度从500 μL·L－1降到300 μL·L－1，持续较长时间后叶绿体中的五碳糖含量将上升 C．在30 ℃、100 μL·L－1的CO2浓度下，该植株叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率 D．在100 μL·L－1的CO2浓度下，植物在20 ℃和30 ℃温度条件下积累的有机物相等 答案　D 解析　由题图可知，Pn随CO2浓度上升而上升，Pn上升比例应为增加的量与上升前的比值，据图可计算出在CO2浓度为500～700 μL·L－1范围内，20 ℃时Pn上升比例最大，A错误；在25 ℃时，将CO2浓度从500 μL·L－1突然降到300 μL·L－1，CO2浓度降低，使五碳糖的消耗减少，生成的三碳酸减少，则一段时间后，三碳酸的还原速率减慢，因此五碳糖的生成量减少，故持续较长时间后叶绿体中的五碳糖的含量不一定上升，B错误；在30 ℃、100 μL·L－1的CO2浓度下，该植株的表观光合速率为0，即叶肉细胞光合作用吸收CO2量＝植株所有细胞细胞呼吸CO2释放量，由于植物体内存在不进行光合作用的细胞，故此时该植株叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，C错误；在100 μL·L－1的CO2浓度下，植物在20 ℃和30 ℃温度下表观光合速率相同，即积累的有机物相等，D正确。 7．研究人员研究了摩西球囊霉(Gm)对铜胁迫下白术幼苗光合特性的影响，部分结果如图(Pn表示光合速率，Gs表示气孔导度)。下列分析合理的是(　　) A．铜胁迫下，接种Gm不能使白术幼苗光合速率完全恢复正常水平 B．铜胁迫下，Gm促进光合作用的机理之一是促使气孔导度增大 C．实验过程中，光强度、CO2浓度等无关变量只需保持相同即可 D．若研究膜脂质的分解产物丙二醛(MDA)的含量，则可能铜离子400组的MDA比200组的要低 答案　B 解析　仅铜胁迫下，光合速率明显降低，但在铜离子相对浓度为200时，接种Gm，光合速率与没有铜胁迫时基本相等，可见，在低浓度铜胁迫下，接种Gm能使白术幼苗光合速率完全恢复正常水平；图中显示，接种Gm后光合速率Pn的变化趋势与Gs的变化趋势相似，由推理可知，Gm可能通过促使气孔导度增大来促进光合作用；本实验中光强度、CO2浓度等属于无关变量，但无关变量对实验的过程也存在至关重要的影响，它们不仅需要在各组之间平衡或相等，还需要保证不影响正常的生理代谢，因此需要“相同且适宜”；MDA为膜脂质的分解产物，铜胁迫可能破坏类囊体膜导致光合速率下降，综合推理，铜离子浓度高，胁迫作用强，产生的MDA多。 8．(2023·湖州高三测试)为了证明光照条件下类囊体膜上才能产生ATP和NADPH，且CO2转化为光合产物的过程不需要光，某兴趣小组用高速离心法破坏叶绿体膜，得到类囊体膜和叶绿体基质的混合提取物。将该提取物在不含CO2的条件下光照一段时间后，再用离心法去掉类囊体膜，接着在黑暗条件下，往叶绿体基质中加入14CO2，结果在其中检测到含14C的光合产物。你认为在以上实验的基础上还应增设一组实验为(　　) A．有类囊体膜的叶绿体基质，无光照，加入14CO2，检测光合产物，再加入ATP、NADPH，再次检测光合产物 B．有类囊体膜的叶绿体基质，有光照，加入14CO2，检测光合产物，再加入ATP、NADPH，再次检测光合产物 C．无类囊体膜的叶绿体基质，有光照，加入14CO2，检测光合产物，再加入ATP、NADPH，再次检测光合产物 D．无类囊体膜的叶绿体基质，无光照，加入14CO2，检测光合产物，再加入ATP、NADPH，再次检测光合产物 答案　A 解析　题干实验能证明光照条件下类囊体膜能产生ATP和NADPH，黑暗条件下CO2可转化为光合产物，但不能证明黑暗条件下类囊体膜是否产生ATP和NADPH，故需要增设一组实验：有类囊体膜的叶绿体基质，无光照，加入14CO2，检测光合产物，再加入ATP、NADPH，再次检测光合产物，A符合题意。 9．(2024·温州高三模拟)用不同温度和光强度组合对葡萄植株进行处理，实验结果如图所示。据图分析，下列叙述正确的是(　　) A．各个实验组合中，40 ℃和强光条件下，类囊体膜上的卡尔文循环最弱 B．影响气孔开度的因素有光、温度、水分、脱落酸等 C．在实验范围内，葡萄植株的胞间CO2浓度上升的原因，可能是高温破坏类囊体膜结构或高温使细胞呼吸速率增强 D．葡萄植株在夏季中午光合速率明显减小，是因为光照过强引起气孔部分关闭 答案　C 解析　分析图示可知，各个实验组合中，40 ℃和强光条件下，气孔开度和光合速率相对值最小，但胞间CO2浓度最大，说明因叶片吸收的CO2减少而导致叶绿体基质中进行的卡尔文循环(碳反应)最弱，A错误；在光强度相同时，气孔开度相对值随温度的增加(从28 ℃增至40 ℃)而减小，在温度相同时，气孔开度相对值随光强度的增加而减小，说明影响气孔开度的因素有光、温度，但不能说明水分、脱落酸等对气孔开度有影响，B错误；在实验范围内，葡萄植株的胞间CO2浓度上升，可能是高温破坏类囊体膜结构使CO2的利用率降低或高温使细胞呼吸速率增强释放的CO2增多，C正确；葡萄植株在夏季中午光合速率明显减小的原因是温度过高引起气孔部分关闭，D错误。 10．农业生产上往往会根据具体情况采用单作或间作的种植方式。单作是指在同一块田地上种植一种作物；间作是指在同一块田地上于同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物。将桑树和大豆分别单作或间作，测得两种植物的光合速率如图所示。据图分析，下列叙述正确的是(　　) A．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响 B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大 C．间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率 D．大豆植株开始积累有机物时的最低光强度单作大于间作 答案　D 解析　间作时桑树呼吸强度变大，大豆呼吸强度变小，A错误；与单作相比，间作时桑树光合作用的光饱和点增大，而大豆光合作用的光饱和点减小，B错误；大豆在光强度达到两条曲线相交之前时，间作的光合速率比单作高，C错误；大豆单作时的光补偿点大于间作时的，所以大豆植株开始积累有机物时的最低光强度单作大于间作，D正确。 11．为研究高温对不同植物光合速率的影响，研究者将甲、乙、丙三种植物从25 ℃环境移入40 ℃环境中培养，测得相关数据如图所示。下列结论正确的是(　　) A．40 ℃环境下三种植物的光合速率均下降 B．与处理前相比，甲植物光反应速率加快，CO2吸收速率几乎不变 C．处理后，丙植物光合作用时吸收CO2的速率最慢 D．与乙植物相比，丙植物光合速率降低的原因主要是光反应受到了限制 答案　D 解析　据题图可知，甲植物40 ℃环境下的光合速率上升，A错误；与处理前相比，甲植物光合速率上升，甲植物CO2吸收速率应增大，B错误；由于图中纵坐标表示的是处理后占处理前的比例，故无法比较处理后实际的CO2吸收速率，C错误；由于与乙植物相比，丙植物的气孔导度减少较少，而光能捕获效率减少较多，故说明其光反应受到了限制，D正确。 12．(2024·金华高三联考)研究人员利用人工诱变筛选出一株莲藕突变体，其叶绿素含量仅为野生型莲藕的一半。如图表示在适宜温度时不同光强度下该突变体和野生莲藕的表观光合速率。下列叙述错误的是(　　) A．光强度低于a时，突变体的光反应强度低于野生型 B．光强度处于a时，突变体和野生型莲藕叶绿体固定CO2速率不同 C．光强度低于a时，限制突变体光合速率的主要环境因素是光强度 D．当光强度为2 000 lx时，突变体莲藕每分钟产生的葡萄糖为2.4×102 μmol·m－2 答案　B 解析　据题图分析，光强度为0时，突变体和野生型呼吸速率相等，故可知光强度低于a时，突变体的光合速率低于野生型，同时据题意可知，因突变体莲藕的叶绿素含量仅为野生型莲藕的一半，故光反应强度低于野生型，A正确；据题图分析，光强度为0时，突变体和野生型呼吸速率相等，光强度处于a时，突变体和野生型莲藕表观光合速率相等，故可知真正光合速率在光强度为a时相等，碳反应叶绿体固定CO2速率相等，B错误；光强度低于a时，表观光合速率未达到最大值，故限制突变体光合速率的主要环境因素是光强度，C正确；据题图可知，当光强度为2 000 lx时，突变体莲藕表观光合速率为22 μmol CO2·m－2·s－1，呼吸速率为2 μmol CO2·m－2·s－1，故真正光合速率为24 μmol CO2·m－2·s－1，产生1分子葡萄糖消耗6分子二氧化碳，故可推算每分钟产生的葡萄糖为24÷6×60＝2.4×102(μmol·m－2)，D正确。 二、非选择题 13．随着大气臭氧层的不断被破坏，到达地球表面的紫外线(UV)辐射也越来越强。研究发现，高辐射量的紫外辐射会对藻类产生各种不同的负面影响。羊栖菜是一种重要的大型经济海藻，为研究太阳紫外辐射对羊栖菜生长和光合作用的影响，设计了如下对照实验：全波段阳光辐射PAR＋UV-A＋UV-B(280～700 nm)，记为PAB组；去除UV-B辐射即PAR＋UV-A(320～700 nm)，记为PA组；以及去除紫外线即光合有效辐射PAR(400～700 nm)，记为P组，实验结果如图所示。回答下列问题： (1)叶绿素a的测定：取藻体0.2 g置于20 mL的甲醇中，加入的甲醇的作用是____________。 (2)羊栖菜在光反应过程中，可将水裂解成______________，故可通过检测_________________来测定其光合速率；还可通过在样品中加入____________的NaHCO3溶液，培养一段时间，去除无机碳，干燥后用仪器测量放射量来检测光合速率。 (3)据图分析由P组可知，羊栖菜的光合速率受光合有效辐射强度影响，且________________。 (4)研究显示羊栖菜对紫外线辐射很敏感，因此在人工养殖时应注意_____________________。 答案　(1)溶解色素　(2)氧气、e－和H＋　单位时间单位面积羊栖菜释放氧气量　同位素14C标记　(3)光合速率与光合有效辐射强度成正比(光合有效辐射强度越强，光合速率越高)　 (4)利用合适的装置，减少紫外线辐射对羊栖菜的伤害 解析　(1)甲醇的作用是溶解叶绿素a。(2)植物在光反应过程中可以将水分解为氧气、e－和H＋，故可以通过检测单位时间单位面积羊栖菜释放的氧气量来测定其光合速率；用同位素14C标记NaHCO3溶液，羊栖菜可以利用NaHCO3溶液释放的二氧化碳进行光合作用，因此可以培养羊栖菜一段时间后，去除无机碳，干燥后用仪器测量放射量来检测光合速率。 14．(2024·嘉兴高三模拟)在果树种植中经常会出现产量一年大一年小的现象。这种大小年现象的产生与气候变化和栽培技术有关。研究人员进行了负载量对某品种葡萄生长发育状况的影响实验。结果如表。 负载量/ (S·m－2) 果实糖酸比 果实产量/(g·S－1) 叶片光合速率/ (μmol CO2·m－2·s－1) 成熟新枝节数 根系呼吸速率/(μmol O2·g－1·h－1) 9 12.35 716 12.89 10.33 8.6 12 11.87 688 15.12 6.85 6.0 15 10.71 489 16.88 2.41 4.3 注：S表示葡萄计量单位“串”；负载量是指单位面积土地上的葡萄串数。 回答下列问题： (1)增加负载量可以提高叶片的____________，但是，随着负载量的增加，分配到每串葡萄的营养成分________，导致葡萄果实变小；同时果实的________变小，果实品质变差。 (2)根系呼吸速率反映根系代谢的强弱。根系呼吸速率大，ATP供应充足，有利于根毛区细胞通过______________方式吸收无机盐，也有利于分生区细胞进行____________，促进新根生长。葡萄新枝的不成熟部分经休眠期后通常枯萎，成熟新枝上的芽是下一年茎生长的主要起点。葡萄负载量过高会导致成熟新枝的节数过少，原因是用于新枝生长的光合产物和________________不足。 (3)综上所述，葡萄负载量过高易导致来年成为小年的原因是__________________________。若遇到葡萄产量的大年，需要采用的栽培技术有____________________________________(答出两点)。 答案　(1)光合速率　减少　糖酸比　(2)主动转运　有丝分裂　无机盐　(3)成熟新枝的芽偏少，根系不够发达　疏花疏果，增加施肥 解析　(1)根据表格数据可知，随着负载量的上升，表格中叶片光合速率上升，即增加负载量可以提高叶片的光合速率；但是由于土壤中养分和光合作用合成的糖类是有限的，因此分配到每串葡萄的营养成分势必会减少，根据表格数据可知，果实的糖酸比下降，因此果实的品质变差。(2)主动转运需要消耗能量，因此ATP供应充足，有利于根毛区细胞通过主动转运方式吸收无机盐，进而促进分生区细胞进行有丝分裂，促进新根生长；葡萄负载量过高，营养物质用于葡萄的生长，会导致用于新枝生长的光合产物和无机盐不足。(3)根据以上分析可知，葡萄负载量过高易导致来年成为小年的原因有成熟新枝的芽偏少、根系不够发达、根部吸收的营养物质有限等；若遇到葡萄产量的大年，需要采用的栽培技术为疏花疏果、增加施肥，以防下一年小年的出现。 谢谢！ 学科网（北京）股份有限公司 $