2027届高考生物人教版一轮复习讲义第10讲　影响光合作用的因素及应用

该高中生物学高考复习讲义聚焦光合作用影响因素及应用核心考点，涵盖实验探究、内外因素分析、光合与呼吸关系等高考重点，按“基础概念-实验原理-曲线分析-真题应用”逻辑架构知识，通过夯实基础、深化探究、高考链接等环节，帮助学生构建完整知识网络，突破光合速率测定、曲线关键点分析等难点。 讲义突出科学思维与探究实践融合，如设计“叶圆片上浮法”实验探究光照强度影响，引导学生建模分析密闭容器CO₂浓度变化曲线，培养实验设计与数据分析能力。设置分层练习与长句表达训练，配合真题精讲，助力教师精准把控复习节奏，有效提升学生综合解题与规范表达能力。

第10讲　影响光合作用的因素及应用 【思维导图】 实验7　探究环境因素对光合作用强度的影响 【夯实基础】 一、光合作用的强度 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)　的量来定量表示。  二、探究环境因素对光合作用强度的影响 1.实验原理:在正常情况下,叶片细胞间隙中充满空气,可采取真空渗入法排出细胞间隙内的空气,使细胞间隙充满水分,叶片沉于水中,在光合作用的过程中,利用不断产生的　氧气　在细胞间隙中的积累,使下沉的叶片又逐渐　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　。  【思考】 (1)此实验的自变量是　光照强度　;控制自变量的方法是　光源与烧杯的距离　;因变量是　光合作用强度　;检测因变量的方法是　相同时间内叶片浮起数量　;无关变量是　叶片大小和数量等　;控制无关变量的方法是　相同且适宜的环境　。  (2)叶片上浮的原因是　叶片光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量,O2会释放出来,使叶肉细胞间隙充满气体,浮力增大,叶片上浮　。  2.实验步骤 【提醒】①打孔时要避开大的叶脉,因为其中没有叶绿体,而且会延长圆形小叶片上浮的时间,影响实验结果的准确性。②为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。 【思考】 灯会产生热量,距离越近,热量越集中,从而影响装置溶液的温度,请提出改进措施。　在台灯和盛有圆形小叶片的烧杯之间放一盛水的玻璃柱,该玻璃柱可以吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响　。  3.实验结果 圆形小 叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 相同时间内叶 片浮起数量 甲 10片 20 mL 强 　多　  乙 　10　片  20 mL 中 较多 丙 10片 　20　mL  弱 　少　  4.实验结论:　光照强度影响光合作用强度,在一定光照强度范围内,随光照强度的增强,光合作用强度也增强　。   【高考链接】 探究环境因素对光合作用强度的影响 (2024·北京卷,T4)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】 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相关酶的活性,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,减少了光源,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光照强度的增加而增强,D不符合题意。 考点　光合作用的影响因素及其应用 【夯实基础】 一、外部环境对光合作用的影响 1.光照强度 (1)曲线分析 原理:影响　光反应　阶段,影响　ATP　及　NADPH　的产生,进而影响C3的还原,影响暗反应。  应用:温室大棚适当提高光照强度(如阴天时补光)可以提高光合速率 (2)生理状态模型图分析 A点 只进行　呼吸　作用  吸收O2、释放CO2 AB段 呼吸速率 　大于　  光合速率 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸速率 　等于　  光合速率 不与外界进行气体交换 B点 以后 呼吸速率 　小于　  光合速率 吸收CO2、 　释放O2　  2.CO2浓度 原理:影响　C3　的生成,影响　暗反应　阶段。  曲线图分析:图1中　A　点表示CO2补偿点,即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度,图2中A'点表示进行光合作用所需CO2的　最低　浓度。B点和B'点对应的CO2浓度都表示CO2　饱和点　。  应用:a.大田中增加空气流动,以增加CO2浓度,如“正其行通其风”;b.温室中可增施有机肥,有机肥被微生物分解可产生CO2,以增大CO2浓度 3.温度 原理:通过影响　酶活性　进而影响光合作用(主要影响　暗反应　)。  曲线分析:在AB段,随着温度升高,光合速率　升高　;B点对应的温度是酶的　最适　温度,光合速率最大;BC段,随着温度升高,酶的活性　下降　,光合速率下降。  应用:a.大田中适时播种;b.温室中,适当增加昼夜温差,保证植物有机物的积累 4.水分 原理:水是光合作用的原料;水分影响气孔的开闭,间接影响　CO2　进入植物体内。  应用:合理灌溉 5.必需矿质元素(N、P、Mg、K等) 原理:可通过所构成的与光合作用相关的　化合物　,对光合作用产生直接或间接的影响(如K+可影响光合产物的运输和积累)。  应用:a.合理施肥促进叶面积增加,提高酶合成速率,加快光合速率;b.施用有机肥,有机肥被微生物分解后既可补充CO2,又可提供各种矿质元素 6.多因子变量对光合速率的影响 曲线分析:P点之前,限制光合速率的因素为　横坐标　所示的因素,随该因素的不断加强,光合速率不断提高;Q点之后,　横坐标　所示的因素不再是限制光合速率上升的因素,主要影响因素为坐标图中所标示出的其他因素。  应用:温室栽培时,当光照强度适宜时适当提高温度,同时增加CO2浓度可以提高光合速率 二、内部因素对光合作用的影响 1.植物自身遗传特性(以阴生植物与阳生植物为例) 曲线分析:阳生植物的呼吸作用强度、光补偿点、光饱和点、最大光合作用强度均　高于　阴生植物。  应用:在农作物种植时,将阳生农作物与阴生农作物间作或套种可提高农作物的光能利用率 2.植物的叶龄 曲线分析:OA段,随叶龄增大,叶面积增大,色素和酶的含量增多,酶　活性　增大,光合速率加快;A点之后,随叶龄增大,色素、酶含量减少,酶　活性　减弱,光合速率减慢。  应用:适时摘除老叶 3.叶面积指数 曲线分析:A点前,随叶面积指数增大,光合速率增大;A点后,虽然总光合量上升,但　呼吸量上升更快　,导致干物质量下降。  应用:a.适当摘除林冠下层叶;b.合理密植,增加光合面积 【深化探究】 小球藻是一种单细胞绿藻,能进行光合作用,酵母菌和乳酸菌是两种常见的微生物,它们通过不同的呼吸方式获取能量。某兴趣小组构建了一套实验装置(如图),旨在研究三者之间的关系。瓶内装有培养液,并引入了小球藻、酵母菌和乳酸菌,最初各个试管中小球藻的量相同,给予适宜光照。 (1)实验一:小球藻在适宜条件下繁殖很快,在相同培养液中,装置(a)和(b)分别培养小球藻(充入氮气),将两个装置都同时放在阳光下。 ①小球藻细胞中,含有光合色素的膜结构称作　　　　　　　　,一段时间后观察,B、C两试管更绿的是　　　　　　。写出此时A瓶中酵母菌主要的细胞呼吸方式的反应式:　　　  　  　。  ②实验中B试管的小球藻能长时间存活吗?　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)实验二:将小球藻装在一个密闭容器中,通过通气管向密闭容器中通入CO2,通气管上有一个开关,可以控制CO2的供应,密闭容器周围有固定的充足且适宜的光源。向密闭容器中通入14CO2,发现反应进行到5 s时,14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中。将反应时间缩短到0.5 s时,14C出现在一种三碳化合物(C3)中,这说明CO2中C的转移路径是　　　　　　　　　,该实验是通过控制　　　　　　来探究 CO2中碳原子的转移路径的。在该实验中,如果发现C5的含量快速升高,其改变的实验条件可能是　　　　　　　　　　　　　　　。  　　【答案】 (1)①类囊体　B　C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量　②不能　葡萄糖消耗完后,酵母菌不能进行细胞呼吸产生CO2　(2)CO2→C3→(CH2O)　反应时间　停止CO2供应 　　【解析】 (1)①小球藻细胞中,含有光合色素的膜结构称作类囊体薄膜,B、C两瓶盛有小球藻,在适宜的温度和光照下能吸收二氧化碳进行光合作用,A瓶中的酵母菌能进行呼吸作用放出二氧化碳,为B瓶的小球藻光合作用提供原料,而D瓶乳酸菌呼吸作用的产物是乳酸,不能为C瓶的小球藻提供光合作用的原料,故B试管更绿;小球藻光合作用可以为A瓶的酵母菌提供氧气,酵母菌进行有氧呼吸,反应式为:C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量。②葡萄糖消耗完后,酵母菌不能进行细胞呼吸产生CO2,小球藻缺少光合作用的原料不能制造有机物,不能生存。(2)依据题干信息可知,在光合作用的暗反应中,二氧化碳中的C的转移途径为CO2→C3→(CH2O);从题中可以看出,实验二是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子的转移路径的;若要升高光合作用过程中C5的含量,可以采用停止CO2供应的方法来实现,停止CO2的供应,会阻止CO2固定的发生, C3的还原仍可进行,则C5含量增加。 【题后归纳】 过程 光合作用 细胞呼吸 本质 合成有机物,储存能量 分解有机物,释放能量 联系 相辅相成,对立统一。 1.物质方面:光合作用的产物(有机物和O2)是呼吸作用的底物;呼吸作用的产物(CO2和H2O)是光合作用的原料。 2.能量方面:光合作用储存的能量,通过呼吸作用释放,用于各种生命活动 【高考链接】 影响光合作用强度的因子分析(高频) 1.(2025·全国卷,T2)在一定温度下,生长在大田的某种植物光合速率(CO2固定速率)和呼吸速率(CO2释放速率)对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是()。 A.光照强度为a时,该植物的干重不会增加 B.光照强度从a逐渐增加到b时,该植物生长速率逐渐增大 C.光照强度小于b时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率会增大 D.光照强度为b时,适当降低光反应速率,CO2固定速率会降低 　　【答案】 C 　　【解析】 光照强度为a时,光合速率等于呼吸速率,即净光合速率为0,甲植物干重不会增加,A正确;光照强度从a逐渐增加到b时,光合速率与呼吸速率差值逐渐增大,净光合速率逐渐增大,因此植物生长速率逐渐增大,B正确;光照强度小于b时,光合速率主要受光照强度限制,提高大田CO2浓度,CO2固定速率可能不会增大,C错误;光照强度为b时,光反应为暗反应提供ATP和NADPH,适当降低光反应速率,提供的ATP和NADPH减少,会使暗反应中CO2固定速率降低,D正确。 2.(2024·福建卷,T11)叶片从黑暗中转移到光照下,其光合速率要先经过一个增高过程,然后达到稳定的高水平状态,这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系,科研人员将大豆叶片分为两组,A组不处理,B组用壳梭孢素处理,将两组叶片从黑暗中转移到光照下,测定光合速率,结果如图所示。下列分析正确的是()。 A.0 min时,A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度 B.30 min时,B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组 C.30 min时,限制A组光合速率的主要因素是光照时间 D.与A组叶片相比,B组叶片光合作用的光诱导期更长 　　【答案】 B 　　【解析】 在0 min之前,A和B两组已经黑暗处理了一段时间,且B组用壳梭孢素处理,大豆叶片气孔充分开放,所以B组和A组胞间CO2浓度不相等,A错误;30 min时,B组的光合速率相对值高于A组,叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组,B正确;约23 min后,随着光照时间增加,A组光合速率相对值不再改变,因此30 min时主要限制因素不是光照时间,而是气孔开放度,C错误;叶片从黑暗中转移到光照下,其光合速率要先经过一个增高过程,然后达到稳定的高水平状态,这个增高过程称为光合作用的光诱导期,B组达到最高平衡点用的光照时间比A组短,与A组叶片相比,B组叶片光合作用的光诱导期更短,D错误。 3.(2024·湖北卷,T4)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()。 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 　　【答案】 C 　　【解析】 分析表中数据可知,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,结合表格数据分析,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并不呈负相关,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,即植物甲的花品质最好,且鲜花累计平均产量较高,综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理,C正确;分析表中数据可知,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,说明植物甲花的叶黄素含量与花的产量并不呈正相关,D错误。 5.(2025·湖南卷,T17)对硝基苯酚可用于生产某些农药和染料,其化学性质稳定。研究发现,某细菌不能在无氧条件下生长,在适宜条件下能降解和利用对硝基苯酚,并释放CO2。在Burk无机培养基和光照条件下,培养某栅藻(真核生物)的过程中,对硝基苯酚含量与栅藻光合放氧量的关系如图a。为进一步分析栅藻与细菌共培养条件下对硝基苯酚(40 mg·L-1)的降解情况,开展了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组对比实验,结果如图b。回答下列问题: 图a 图b (1)栅藻的光合放氧反应部位是　　　　(填细胞器名称)。图a结果表明,对硝基苯酚　　　栅藻的光合放氧反应。  (2)细菌在利用对硝基苯酚时,限制因子是　　　　　。  (3)若Ⅰ中对硝基苯酚含量为20 mg·L-1,培养10 min后,推测该培养液pH会　　　　,培养液中对硝基苯酚相对含量 　　　　。  (4)细菌与栅藻通过原始合作,可净化被对硝基苯酚污染的水体,理由是　　　      　　　      　　　    　。  　　【答案】 (1)叶绿体　抑制　(2)氧气　(3)升高　基本不变　(4)栅藻进行光合放氧为细菌的生长提供有氧环境,细菌降解水体中的对硝基苯酚,并将产生的CO2提供给栅藻进行光合作用 　　【解析】 (1)栅藻是真核生物, 进行光合作用的细胞器是叶绿体。图a结果表明,对硝基苯酚可抑制栅藻的光合放氧反应,且在一定范围内,随着对硝基苯酚浓度增加,抑制作用增强。(2)由题意知,该细菌不能在无氧条件下生长,栅藻在光照下会产生氧气,分析图b可知,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组对比,Ⅰ组有氧气,Ⅱ、Ⅲ组有细菌+氧气,Ⅱ、Ⅲ组对硝基苯酚相对含量下降趋势基本一致,Ⅰ组基本不变,说明细菌在有氧条件下可降解对硝基苯酚,可推知细菌利用对硝基苯酚的限制因子是氧气。(3)图b中,Ⅰ组为“栅藻+光照” ,若对硝基苯酚含量为20 mg·L-1;分析图a可知,对硝基苯酚含量为20 mg·L-1时,栅藻光合放氧量较高,而光合作用会消耗培养液中的CO2,故培养液的pH会升高;结合图b的Ⅰ组可知,对硝基苯酚相对含量不变,栅藻不能吸收利用对硝基苯酚,所以培养液中对硝基苯酚相对含量基本不变。(4)结合题意和图b的Ⅰ组可知,在光照条件下栅藻进行光合放氧为细菌提供有氧环境,而细菌在有氧环境下可降解对硝基苯酚,并为栅藻提供CO2,故二者通过原始合作净化被对硝基苯酚污染的水体。 【热考主题】光合作用与呼吸作用的关系 一、光合作用与细胞呼吸的物质与能量之间的关系 1.光合作用与细胞呼吸的物质关系 2.光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向 C:CO2有机物丙酮酸CO2 H:H2ONADPH(CH2O) [H]H2O O:H2OO2H2OCO2 有机物 【思考】 如果白天用18O的水浇灌植物,周围空气中的　水、氧气、二氧化碳　都能检测出18O。若植物放入密闭容器中,向密闭容器中加入18O标记的O2,可在该绿色植物叶肉细胞中检测到含18O的淀粉。18O最短的转移途径是　18O2→O→C18O2→(CO)　(用箭头表示方向)。  3.光合作用与细胞呼吸中的能量联系 4.光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路 【典例】(2025·河北卷,T4)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是()。 A.类囊体膜上消耗H2O,而线粒体基质中生成H2O B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2 C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2 D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物 　　【答案】 A 　　【解析】 类囊体膜上进行水的光解消耗H2O,而线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段生成H2O,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段不生成H2O,A错误;叶绿体基质中进行暗反应,消耗CO2进行CO2的固定,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,涉及丙酮酸和水反应生成CO2,B正确;类囊体膜上进行水的光解生成O2,线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段,消耗O2和NADH生成水,C正确;叶绿体基质中进行暗反应,合成葡萄糖等有机物,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,分解有机物(丙酮酸),生成CO2和NADH,D正确。 二、真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系 真正光合速率、净光合速率和呼吸速率的辨析 (1)内在关系 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的CO2吸收量或O2释放量。 ③真正光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率。 (2)判定方法 ①根据关键词判定 检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 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 有机物 消耗量 (黑暗) 积累量、增加量 产生量、生成量、制造量、合成量 ②根据坐标曲线判定 甲图:当光照强度为0时,若CO2吸收速率为负值,该值的绝对值代表　细胞呼吸速率　,该曲线代表　净光合速率　随光照强度的变化。  乙图:当光照强度为0时,光合速率也为0,该曲线代表　真正光合速率　随光照强度的变化  【典例】水稻是我国重要的粮食作物,其光合作用强度和呼吸作用强度受多种因素的影响。研究人员用水稻幼苗和完全培养液进行了相关实验,结果如图所示。下列叙述正确的是()。 A.当环境温度高于25 ℃时,光合作用积累的有机物量开始减少 B.当环境温度为35 ℃时,若一天中光照8 h,水稻幼苗可正常生长 C.当环境温度为35 ℃时,真正光合作用速率等于呼吸速率 D.当环境温度为45 ℃时,水稻幼苗叶肉细胞所需CO2来源于自身线粒体和细胞外 　　【答案】 D 　　【解析】 由图可知,当环境温度高于25 ℃小于35 ℃时,水稻幼苗的净光合速率大于0,光合作用积累的有机物量会继续增加,A错误;由图可知,当环境温度为35 ℃时,水稻幼苗的净光合速率等于呼吸速率,若一天中光照8 h,水稻幼苗的净光合积累量小于夜间呼吸消耗量,无法正常生长,B错误;由图可知,当环境温度为35 ℃时,水稻幼苗的净光合速率等于呼吸速率,则真正光合速率等于呼吸速率的两倍,C错误;由图可知,当环境温度为45 ℃时,水稻幼苗的净光合速率等于0,即真正光合速率等于呼吸速率,但由于其他细胞只进行呼吸作用而不进行光合作用,因此对叶肉细胞而言,真正光合速率仍大于呼吸速率,其光合作用所需CO2来源于自身线粒体和细胞外,D正确。 三、光合速率与呼吸速率的测定 1.液滴移动法 ①甲装置条件下植物只进行细胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率,可代表呼吸速率。 ②乙装置条件下植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率。 ③真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。 ④物理误差的校正:为防止环境气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置校对组,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离,采用“同向相减,异向相加”的原则对实验结果进行校正 【典例】图甲为光合作用最适温度条件下,植物光合速率测定装置图,图乙中 a、b 为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法错误的是()。 A.图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动,再放到黑暗环境中有色液滴向左移动 B.若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液,其他条件不变,则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率不变 C.一定光照条件下,如果再适当升高温度,真光合速率会发生图乙中从b到a的变化,同时呼吸速率可能会发生从a到b的变化 D.若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化,则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度 　　【答案】 B 　　【解析】 装置中的CO2缓冲液可以为光合作用提供CO2且能维持CO2浓度相对稳定,在较强光照下,光合速率大于呼吸速率,氧气不断产生导致气压增大,有色液滴向右移动,再放到黑暗环境中,CO2缓冲液可以吸收呼吸作用产生的CO2,氧气不断被消耗,气压减小,有色液滴向左移动,A正确;将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液,装置内的CO2全部被NaOH溶液吸收,光合作用只能利用来自植物自身呼吸作用产生的CO2,光合速率下降,暗反应减弱,会抑制光反应的进行,故植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将降低,B错误;题图实验是在光合作用最适温度条件下进行的,再适当升高温度,光合速率下降,真光合速率会发生图乙中从b到a的变化,同时呼吸速率可能增大,故可能会发生从a到b的变化,C正确;题图实验是在最适温度条件下进行的,若适当提高CO2缓冲液的浓度,CO2浓度升高,光合作用强度会增强,D正确。 2.黑白瓶法——测水体中溶氧量的变化 ①用黑瓶a、黑瓶b、白瓶c在同一水域同时取等量的样本。 ②立即测定黑瓶a中初始含氧量,记为A。 ③x h后测定黑瓶b中的含氧量,记为B,则A-B是水体中所有生物的耗氧量。 ④x h后测定白瓶c中的含氧量,记为C,则C-A是水体中生产者的净放氧量,C-B是水体中生产者的总放氧量。 【典例】下表是采用黑白瓶(不透光瓶、可透光瓶)测定夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析错误的是()。 水深/m 1 2 3 4 白瓶中O2浓度/(g·m-3) +3 +1.5 0 -1 黑瓶中O2浓度/(g·m-3) -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为4.5 g·m-3 B.水深2 m处白瓶中植物光合速率大于呼吸速率 C.水深3 m处白瓶中产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体 D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用 　　【答案】 D 　　【解析】 在水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为3+1.5=4.5 g·m-3,A正确;水深2 m处白瓶中植物净光合速率为1.5 g·m-3(大于0),光合速率大于呼吸速率,B正确;水深3 m处白瓶中水生植物光合作用产生的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量相等,即植物光合作用等于呼吸作用,因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体,C正确;在水深4 m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为-1+1.5=0.5 g·m-3,即水生植物能进行光合作用,D错误。 3.叶圆片称重法——测定有机物的变化量 下图表示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。 净光合速率=(z-y)/2S;呼吸速率=(x-y)/2S;真正光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S 【典例】将若干生长状况相同的植物平均分成6组,设置不同的温度,每组黑暗处理6 h,然后给予适宜白光照射6 h,在黑暗处理后和光照后分别截取同等面积的叶圆片,烘干称重,获得下表所示数据。请根据表中数据分析,下列有关说法错误的是()。 温度/℃ 15 20 25 30 35 40 黑暗处理后叶圆片 干重/(mg·dm-2) 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50 光照后叶圆片干重 /(mg·dm-2) 6.00 6.50 6.75 6.50 5.50 4.50 A.若将实验中白光突然改为强度相同的红光,则短时间内,植株叶绿体中C5含量上升 B.该实验结果缺乏黑暗处理前的叶圆片的干重数据,故无法计算呼吸速率 C.若每天交替光照、黑暗各12小时,则25 ℃时该植物积累的有机物最多 D.若昼夜不停地光照,则表中25 ℃为该植物生长的最适温度 　　【答案】 D 　　【解析】 植物光合作用主要利用蓝紫光和红光,故将白光替换为相同强度红光后相当于增大光照强度,则短时间内,植株叶绿体中C5含量上升,A正确;每天交替光照、黑暗各12小时,该植物积累的有机物应为光照时积累的有机物减去黑暗中消耗的有机物,设处理前叶圆片干重为X,则各温度下X与黑暗后叶圆片干重的差值代表呼吸作用消耗的有机物,光照后叶圆片干重与黑暗后叶圆片干重之差代表光照时积累的有机物,25 ℃时一天内该植物积累的有机物最多,为12÷6×(6.75-X),B、C正确;光照后叶圆片干重-黑暗后叶圆片干重代表净光合速率,昼夜不停地光照,30 ℃时光照后叶圆片干重-黑暗后叶圆片干重的值最大,代表积累的有机物最多,因此30 ℃为该植物生长的最适宜温度,D错误。 4.半叶法——测定光合作用有机物的制造量 ①测定:将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法阻止物质转移。在适宜光照下照射6 h后,在A、B的对应部位截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为MA、MB。 ②计算:设被截取部分初始干重为M。 a.被截取部分的呼吸速率=(M-MA)/6。 b.被截取部分的净光合速率=(MB-M)/6。 c.被截取部分的真正光合速率=呼吸速率+净光合速率=(MB-MA)/6 【典例】“半叶法”测定光合速率时,将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,设法阻止两部分联系。光照6小时,在A、B截取等面积的叶片,烘干称重,分别记为a、b,光照前截取同等面积的叶片烘干称重的数据为m0,下列说法错误的是()。 A.若m0-a=b-m0,则表明该实验条件下番茄叶片的光合速率等于呼吸速率 B.本实验需阻止叶片光合产物向外运输,同时不影响水和无机盐的输送 C.忽略水和无机盐的影响,可在给B光照时剪下A部分叶片进行等时长的暗处理 D.选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性 　　【答案】 A 　　【解析】 A遮光,只进行呼吸作用,故m0-a代表呼吸作用消耗量,B不做处理,进行光合作用和呼吸作用,b-m0代表净光合作用积累量,若m0-a=b-m0,即净光合速率等于呼吸速率,则表明该实验条件下番茄叶片的光合速率大于呼吸速率,A错误。 5.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率 【典例】下图所示装置可用来探究光照强度对光合作用强度的影响。根据该图的材料及设置,下列说法错误的是()。 A.叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度等于呼吸作用强度 B.实验前将各叶圆片内的气体排出,其目的是排除原有气体对实验结果的干扰 C.最直接的净光合速率观测指标是相同时间内叶圆片上浮数量 D.此装置也可以用于探究CO2浓度对光合作用强度的影响 　　【答案】 A 　　【解析】 叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度,A错误。 四、光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析及关键点的移动 1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 (1)Oa段,CO2释放减少的原因是　凌晨,温度降低,呼吸作用减弱,CO2释放减少　。  (2)b点开始,CO2释放减少的原因是　有微弱光照,植物开始进行光合作用　。  (3)bc段,光合作用强度　小于　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。  (4)c、e点,光合作用强度　等于　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。  (5)ce段光合作用强度　大于　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。  (6)d点,CO2吸收下降的原因是　温度过高,部分气孔关闭,出现光合“午休”现象　。  (7)ef段,光合作用强度　小于　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。  (8)fg段没有光照,光合作用　停止　,只进行　呼吸作用　。  (9)制造有机物的时间段为　bf　段。  (10)积累有机物的时间段为　ce　段。  (11)一昼夜有机物的积累量为　S1-(S2+S3)　。  【典例】夏季晴朗的一天,某绿色植物在自然环境中一昼夜CO2吸收速率的变化图像如图所示。回答下列相关问题: (1)图中b点出现的原因可能是　　　　　　　　　,从而使细胞呼吸减弱,CO2释放减少。图中有机物积累最多的点是　　　　点。  (2)上午7时左右,当太阳光的光照强度慢慢增强,植物个体的光合作用和细胞呼吸的强度相等时,处于图中的　　　　点,此时叶肉细胞的光合作用强度　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)叶肉细胞的细胞呼吸强度。  (3)图中ef段和gh段,曲线都呈现下降的趋势,但是变化的主要原因不同,前者是因为　　　　　　　不足,后者是因为　　　  　    　　　    　。  　　【答案】 (1)温度降低　h　(2)d　大于　(3)二氧化碳供应　光照强度逐渐降低 　　【解析】 (1)图中ab段曲线上升,说明呼吸作用在减弱,可能是由于夜晚温度降低。据图可知,dh段净光合速率>0,一直有有机物的积累,故图中有机物积累最多的点是h点。(2)图中d点植物不吸收也不释放二氧化碳,说明植物呼吸作用释放的二氧化碳刚好用于光合作用的暗反应,植物此时光合作用和呼吸作用的强度相等,但由于叶肉细胞的光合作用强度等于叶肉细胞和其他细胞呼吸作用强度之和,所以叶肉细胞此时的光合作用强度大于叶肉细胞的细胞呼吸强度。(3)图中ef段和gh段,曲线都呈现下降的趋势,前者的下降是“光合午休”现象造成的,部分气孔关闭导致二氧化碳供应不足,后者下降是光照强度降低造成的。 2.密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线 【思考】 (1)AB段变化原因是　无光照,植物只进行呼吸作用　。  (2)BC段变化原因是　温度降低,呼吸作用减弱(曲线斜率下降)　。  (3)CD段变化原因是　微弱光照,植物开始进行光合作用,但光合作用强度小于呼吸作用强度　。  (4)D点,光合作用强度　等于　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。  (5)DH段,光合作用强度　大于　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。  (6)FG段变化原因是　温度过高,部分气孔关闭,出现光合“午休”现象　。  (7)H点,光合作用强度　等于　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。  (8)HI段变化的原因是　光照继续减弱至无,光合作用强度小于呼吸作用强度,直至光合作用完全停止　。  (9)若I点低于A点,表明　一昼夜,密闭容器中CO2浓度减小,光合作用大于呼吸作用,植物能正常生长　;若I点高于A点,表明　一昼夜,密闭容器中CO2浓度增加,光合作用小于呼吸作用,植物不能正常生长　。  【典例】将某植物置于密闭玻璃罩中,可通过检测玻璃罩内CO2浓度的变化,来了解该植物一天内的生理状态。下图为该植物生长过程中,一昼夜(24小时)密闭玻璃罩中CO2浓度随时间的变化曲线。下列说法正确的是()。 A.可利用C点与E点对应的CO2浓度差值来判断有机物是否积累 B.该植物光合速率等于呼吸速率的时间大约是上午10时 C.细胞呼吸作用产生的[H]和ATP都能用于光合作用的暗反应 D.据图分析可知,该植物经过一昼夜,体内有机物总量有所增加 　　【答案】 D 　　【解析】 可利用O点与G点对应的CO2浓度差值来判断有机物是否积累,如果G点对应CO2浓度大于O点,说明经过一昼夜植物体内的有机物总量减少;如果G点对应CO2浓度等于O点,说明经过一昼夜植物体内的有机物总量不变;如果G点对应CO2浓度小于O点,说明经过一昼夜植物体内的有机物总量增加,A错误。图中C点和E点植物光合作用强度等于呼吸作用强度,对应的时间大约为6时和18时,B错误。光合作用光反应产生的NADPH和ATP能用于暗反应,呼吸作用产生的[H]和ATP不能用于光合作用,C错误。据图分析可知,经过一昼夜,玻璃罩内CO2浓度减少,说明该植物总体光合作用大于呼吸作用,有机物总量有所增加,D正确。 3.光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动 光(CO2)补偿点:曲线与横轴的交点(即B点) 光(CO2)饱和点:最大光合速率对应的光照强度(或CO2浓度),位于横轴上(即C点) 【思考】 若环境条件改变导致呼吸速率增大,光合速率减小,光(CO2)补偿点B　右　移,光(CO2)饱和点C　左　移,D　左下　移;若环境条件改变导致光合速率增大,呼吸速率减小,光(CO2)补偿点B　左　移,光(CO2)饱和点C　右　移,D　右上　移;阴生植物与阳生植物相比,光补偿点　左　移,光饱和点　左　移。  【典例】下图为某植株在不同温度(最适温度为25 ℃)、一定光照强度(低于最适光照强度)的环境中,光合作用强度随CO2浓度的变化曲线图。下列相关叙述正确的是()。 A.M点对应条件下,该植株叶肉细胞吸收的CO2全部来自自身呼吸作用产生 B.25 ℃时,若光照强度减弱,则N点将向左侧移动 C.若该植物为阳生植物,则换成阴生植物N点向左移动 D.P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用固定的CO2的量相等 　　【答案】 C 【解析】 M点时为该植株在10 ℃时的CO2补偿点,该植株消耗的CO2量等于其自身呼吸作用产生的CO2量,植株中的叶肉细胞可以进行光合作用,而其他细胞几乎都只能进行呼吸作用,因此叶肉细胞的光合作用强度大于自身呼吸作用强度,所以该植株叶肉细胞吸收的CO2一部分来自自身呼吸作用,一部分从外界环境中吸收,A错误;N点为该植株在25 ℃时的CO2补偿点,即光合速率等于呼吸速率时所需的CO2浓度,光照强度减弱,光合作用强度会降低,为使光合速率等于呼吸速率,则CO2补偿点会右移,B错误;阳生植物的CO2补偿点要大于阴生植物,因此换成阴生植物N点向左移动,C正确;P点时,两者对应的净光合速率相等,但是呼吸速率不同,所以两种温度下,该植株光合作用固定的CO2的量不同,25 ℃固定的CO2的量应该大于10 ℃固定的CO2的量,D错误。 【热考情景】CO2浓缩机制、光呼吸和光抑制现象 一、CO2浓缩机制 1.C4途径 研究玉米的叶片结构发现,玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体,能进行光反应,同时,CO2被整合到C4中,随后C4进入维管束鞘细胞,维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体,在维管束鞘细胞中,C4释放出的CO2参与卡尔文循环,进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”,它提高了C4植物固定CO2的能力,使C4植物比C3植物具有更强的光合作用能力,特别是在高温、强光照、干旱条件下,并且无光合“午休”现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 【典例】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补偿点通常是指在特定光照和温度下,光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题: (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是　　　　　　　　　　　　(答出3点即可)。  (2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是　　　      　　　    　(答出1点即可)。  (3)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　　　      　　　    　。  　　【答案】 (1)O2、NADPH和ATP　(2)植物叶片的光合产物为糖类等有机物,一部分要用于叶片细胞自身呼吸作用消耗,所以不会全部运输到其他部位　(3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物,C4植物能够利用较低浓度的CO2 　　【解析】 (1)(2)略。(3)干旱会导致气孔开度减小,CO2吸收减少,由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物,C4植物能够更好地利用较低浓度的CO2进行光合作用,并积累更多的有机物,因此C4植物比C3植物生长得好。 2.CAM途径(景天酸代谢途径) 生长在热带干旱地区的植物如仙人掌等具有CAM途径。其过程如下: (1)夜晚气孔开放,叶肉细胞吸收的CO2,在PEP羧化酶作用下,与PEP结合,形成草酰乙酸(OAA)。 (2)草酰乙酸(OAA)被还原后转变为苹果酸(C4),暂时储存在液泡中。 (3)白天气孔关闭,液泡中的苹果酸被运送到细胞质基质中,氧化脱羧生成丙酮酸,放出CO2,CO2参与卡尔文循环,形成淀粉等。 (4)夜晚淀粉分解产生的丙糖磷酸通过糖酵解过程,形成PEP,再进一步循环。 【典例】生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸被转运至细胞质基质后脱羧释放CO2为光合作用提供原料。请回答下列问题: (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有　　　　　　　　　　　　。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和　　　　释放的CO2。  (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止　　　　　　　　　　,又能保证　　　　　　正常进行。  (3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式,简要写出实验思路和预期结果:　　　      　　　      　　　    　。  　　【答案】 (1)细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜　细胞呼吸(或呼吸作用)　(2)蒸腾作用过强导致水分散失过多　光合作用　(3)实验思路:取生理状态良好的植物甲,在干旱环境中培养,分别检测并比较白天和夜间叶肉细胞中液泡(细胞液)pH高低(大小)。预期结果:叶肉细胞中液泡白天pH高于晚上 　　【解析】 (1)白天有光照,叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用,也能利用光合作用产生的氧气和有机物进行有氧呼吸,因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜。细胞呼吸(呼吸作用)产生的二氧化碳也能用于光合作用暗反应,故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸(或呼吸作用)释放的CO2。(2)由于环境干旱,植物吸收的水分较少,为了适应这一环境,气孔白天关闭能防止白天因温度较高蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多,晚上气孔打开吸收二氧化碳形成苹果酸储存在液泡中,以保证光合作用等生命活动的正常进行。(3)该特殊的CO2固定方式是植物甲的生理特性,具体表现为白天气孔关闭,晚上气孔打开吸收CO2,因此实验自变量为白天和晚上,因变量为液泡(细胞液)pH,实验思路和预期结果见答案。 3.蓝细菌的CO2 的浓缩机制 【典例】Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合,形成C3和C2,导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点,因此提高CO2浓度可以提高光合效率。 (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制,如下图所示。 　注:羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。 据图分析,CO2依次以　　　　和　　　　方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,从而通过促进　　　　和抑制　　　　,提高光合效率。  (2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的　　　　中观察到羧化体。  (3)研究发现,转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,理论上该转基因植株暗反应水平应　　　　,光反应水平应　　　　,从而提高光合速率。  　　【答案】 (1)自由扩散　主动运输　CO2固定　O2与C5结合　(2)叶绿体　(3)提高　提高 　　【解析】 (1)据图分析,CO2进入细胞膜的方式为自由扩散,进入光合片层膜需要膜上的CO2转运蛋白协助并消耗能量,为主动运输。蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高,从而促进CO2固定,同时抑制O2与C5结合,最终提高光合效率。(2)若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,暗反应的场所为叶绿体基质,故能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的叶绿体中观察到羧化体。(3)若转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,理论上可以增大羧化体中CO2的浓度,使转基因植株暗反应水平提高,进而消耗更多的NADPH和ATP,使光反应水平也随之提高,从而提高光合速率。 二、光呼吸 1.光呼吸的实质 (1)光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照、高O2低CO2情况下发生的一个生化过程。 (2)光呼吸是光合作用一个损耗能量的副反应。 (3)光呼吸过程中消耗O2,生成CO2。 2.光呼吸过程图解 3.光呼吸产生的原因 (1)内因:Rubisco是一种兼性酶,具有催化羧化反应(C5+CO2→2C3)和催化加氧反应(C5+O2→C3+C2)两种功能。 (2)外因:高O2环境下,光呼吸会明显加强,而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 4.光呼吸与一般有氧呼吸的比较 比较项目 光呼吸 一般有氧呼吸 与光的 关系 只在光下进行 光下、黑暗中都可进行 反应条件 光照、高O2低CO2环境 O2等 底物 乙醇酸和O2 通常是葡萄糖、H2O和O2 产物 CO2 CO2和水 发生部位 叶绿体、过氧化 物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体 5.光呼吸的生理意义 (1)不利影响:光呼吸消耗暗反应的底物C5,导致光合作用减弱,农作物产量降低。 (2)有利影响 提供CO2 强光照下叶片部分气孔关闭,叶片内CO2浓度降低,光呼吸能把产生的CO2和三碳酸提供给暗反应 保护光 合器官 光呼吸是一个耗能反应,可把光反应产生的多余NADPH和ATP消耗掉,从而避免对叶绿体的损害 【典例】Rubisco是光合作用与光呼吸的关键酶,其既能催化 CO2与C5结合(羧化反应),也能催化O2与C5结合(加氧反应)。下列关于Rubisco及光呼吸的叙述,错误的是()。 A.Rubisco的羧化活性受 CO2/O2浓度比影响 B.光呼吸过程中 O2的消耗发生在叶绿体基质中 C.光呼吸会消耗光合产物,降低植物光合效率 D.C4植物通过 “花环结构” 可降低光呼吸强度 　　【答案】 B 　　【解析】 Rubisco的羧化活性受CO2/O2浓度比影响,因为CO2和O2竞争性结合Rubisco的活性位点,A正确;光呼吸过程中,O2的消耗不仅发生在叶绿体基质中(由Rubisco催化加氧反应),还发生在过氧化物酶体中(由乙醇酸氧化酶催化乙醇酸氧化反应),B错误;光呼吸会消耗光合产物(如RuBP),并释放CO2,从而降低植物光合效率,C正确;C4植物通过“花环结构”将CO2浓缩在维管束鞘细胞中,提高CO2浓度,抑制Rubisco的加氧活性,从而降低光呼吸强度,D正确。 三、光抑制现象 1.光抑制现象 光照强度超过一定的阈值后,光合作用强度下降的现象。 2.光系统 植物体中存在两种色素系统,各有不同的吸收峰,进行不同的光反应。把吸收长波长(>680 nm)光的系统称为光系统Ⅰ(PSⅠ),吸收短波长(≤680 nm)光的系统称为光系统Ⅱ(PSⅡ)。 3.PSⅡ光抑制 (1)光照强度越高,胁迫时间越长,PSⅡ受损程度越大。研究表明强光直接抑制PSⅡ反应中心关键蛋白——D1蛋白的生物合成,从而造成光破坏。 (2)其他非生物胁迫,如高盐或低温,主要抑制PSⅡ的修复。 (3)热胁迫通过阻滞D1蛋白重新合成,从而抑制PSⅡ修复,间接加剧PSⅡ光破坏程度。 (4)对光抑制敏感性较低的植物通过减少PSⅡ损伤,增强PSⅡ修复或二者兼有的方式减弱光抑制程度。 (5)较低水平的光抑制还与PSⅡ的快速修复和D1蛋白快速周转有很大的关系。 4.PSⅠ光抑制 (1)光照是PSⅠ发生光抑制的根本因素,温度是PSⅠ发生光抑制的必要条件,当温度高于或低于临界温度时植物才会发生PSⅠ光抑制。 (2)光合电子传递链(PETC)是将电能转变为活跃化学能的过程,当光照过强而导致激发态叶绿素不能驱动光化学反应时,过度光量子会诱导光抑制发生并通过PETC在叶绿体中产生大量ROS,如单线态氧,并通过非酶促和酶促反应产生过氧化氢,后者在有还原态金属离子存在情况下转变成羟基自由基,并破坏光合结构,其中就包括PSⅠ。 【典例】(经典高考真题)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)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)。  (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　　　  　    　　　    　。  (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　　　  　    　　　    　。  　　【答案】 (1) 光、H蛋白(拟南芥种类)　CO2浓度、温度　(2)不能　突变体中PSⅡ损伤小但不能修复,野生型中PSⅡ损伤大但能修复　(3)少　突变体NPQ强度相对值大,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多 　　【解析】 (1) (2)略。(3) 据图分析,强光照射下突变体的NPQ强度相对值更大,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强度相对值大,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,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。 【长句表达课】细胞代谢类 高考长句表达题的答案根源 　　分析高考题中长句子描述题的标准答案会发现,答案语言组织的出处一般有两个,一是命题者在描述题干时的新信息(包括新概念),二是教学使用的生物学教材中的重要概念、原理、方法本身及其对应新情境的应用,通常以后者考查最为常见。 (1)题干语言(命题者和提供参考答案者通常是同一个人,所以命题人在题干中的表述特点在答案中也会体现出来,因此模仿题干语言来答题跟标准答案的接近程度就高,俗称“抄题干”)。 (2)教材中的重要概念、原理、方法本身及其对应新情境的应用,切记不表述生活化的“俗语”。 如问“庄稼地里放稻草人”有什么生态学意义? 用生活化的“俗语”回答:吓唬鸟,产量高。(不得分) 用专业性的“教材语言”回答:调整能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分。(满分) 1.概念定义类 必须准确识记、表述概念,理解并结合实例应用概念。 【典例】(2025·河南卷,T17节选)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,将作物分组处理一段时间后,结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。 回答下列问题: (2)上述实验需控制变量,为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应选用上述　　　　组(填组别)进行对比分析,该实验中的无关变量有　　　　　　　　(答出2点即可)。(概念及其理解和应用)  　　【答案】 (2)①③④　温度和CO2浓度(光照时间、土壤含水量、植物种类及生理状态等) 　　【解析】 (2)根据单一变量原则和对比实验可知,探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应该选择①③④组进行对比分析,①③组对比可知盐胁迫对该作物生长的影响,③④组对比可知相同的盐胁迫下,不同光处理对植物生长的影响。该实验的自变量为不同的光处理和有无盐胁迫,无关变量有温度、CO2浓度、光照时长、土壤含水量等。 【答题分析框架】 2.原因分析类 原因分析类通常需要我们充分理解相关概念或机理,再用这些机理来解释某些生物学现象或实验结果。 【典例】(2025·河北卷,T19)砷可严重影响植物的生长发育。拟南芥对砷胁迫具有一定的耐受性,为探究其机制,研究者进行了相关实验。回答下列问题: (1) 砷通过转运蛋白F进入根细胞时需消耗能量,该运输方式属于。砷的累积可导致细胞内自由基含量升高。自由 基造成细胞损伤甚至死亡的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。(现象—原因类)  (2)针对砷吸收相关基因C缺失和过量表达的拟南芥,研究者检测了其根细胞中砷的含量,结果如图。由此推测,蛋白C可　　　　(填“增强”或“减弱”)根对砷的吸收。进一步研究表明,砷激活的蛋白C可使F磷酸化,磷酸化的F诱导细胞膜内陷,形成含有蛋白F的囊泡。由此判断,激活的蛋白C可使细胞膜上转运蛋白F的数量　　　,造成根对砷吸收量的改变。囊泡的形成过程体现了细胞膜在结构上具有　　　的特点。  (3)砷和磷可竞争性通过转运蛋白F进入细胞。推测在砷胁迫下植物对磷的吸收量　　　　(填“增加”或“减少”),结合(2)和(3)的信息,分析其原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。(判断—原因类)  　　【答案】 (1)主动运输　自由基会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子,当自由基攻击磷脂分子时,产物同样是自由基,会引发雪崩式的反应,对生物膜损伤比较大;自由基攻击DNA,可能引起基因突变;自由基攻击蛋白质,使蛋白质活性下降等(答出两点即可)　(2)减弱　减少　一定的流动性　(3)减少　砷胁迫下,细胞膜上转运蛋白F数量减少,砷竞争性结合转运蛋白F,导致可与磷结合的转运蛋白F数量减少,从而导致植物对磷的吸收减少 　　【解析】 (1)砷通过转运蛋白F进入根细胞时需消耗能量,故砷进入根细胞的方式是主动运输。砷的累积可导致细胞内自由基含量升高,自由基会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子。当自由基攻击磷脂分子时,产物同样是自由基,由此引发雪崩式的反应,对生物膜损伤比较大。此外,自由基还会攻击DNA,可能引起基因突变;攻击蛋白质,使蛋白质活性下降。最终造成细胞损伤甚至死亡。(2)由题图可知,C缺失突变体的根细胞中砷浓度比野生型的高,C过量表达植株的根细胞中砷浓度比野生型的低,说明蛋白C可减弱根对砷的吸收。砷激活的蛋白C可使F磷酸化,诱导细胞膜内陷,形成含蛋白F的囊泡,这使细胞膜上转运蛋白F的数量减少。细胞膜内陷形成囊泡,体现了细胞膜具有流动性的结构特点。(3)结合(2)的信息可知,砷激活的蛋白C可使细胞膜上转运蛋白F数量减少;结合(3)的信息可知,砷和磷可竞争性通过转运蛋白F进入细胞,砷胁迫下,可与磷结合的转运蛋白F数量减少。由以上两点可推测,砷胁迫下,植物对磷的吸收量减少。 【答题分析框架】 3.过程机制类 这类问题往往需要根据题干中提及的新概念或机理,通过逻辑推理,找到推理链条。 【典例】(2025·山东卷,T21节选)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。 (3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为　　　      　　　      　　　    　。(机制类)  　　【答案】 (3)途径①通过将过剩的电子传递给O2,生成H2O2,之后被过氧化氢酶清除,从而减轻光合系统的损伤,途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失,从而减轻光合系统的损伤 　　【解析】 (3)据图分析,途径①通过将过剩的电子传递给O2,生成过氧化物(如H2O2),之后这些过氧化物被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除,从而减轻光合系统的损伤,途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失,从而减轻光合系统的损伤。 【答题分析框架】 4.实验设计类 【典例】(2025·黑吉辽内蒙古卷,T21节选)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S),并做了相关研究。实验结果表明,这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。回答下列问题: (3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,简要写出实验思路。　　　      　　　    　。(实验思路类)  　　【答案】 (3)用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下培养,其他条件相同且适宜,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率 　　【解析】 (3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。若要使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,实验思路如下:用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下,其他条件相同且适宜,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率。 【答题分析框架】 5.应用创新性提问 创新性提问通常以反向设问、开放式设问、递进式设问等不常见的考查方式呈现,分析此类问题时,要以相关理论依据为基础,关注问题的主次性、转化性、发展性,锚定合适的知识和方法,运用专业术语组织答案。 【典例】(2025·安徽卷,T16节选)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果见图1。 图1 回答下列问题: (2)科学家早期在探索有氧呼吸第二阶段代谢路径时发现,在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积(图2a);当加入F、G或H时,E也同样累积(图2b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二阶段代谢路径提出假设:　　　　　　　。(创新性提问)  图2 【答题分析框架】 (3)科研小组还发现,低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的叶片净光合速率高于野生型。结合根细胞呼吸速率的变化分析,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(现象—原因类)  　　【答案】 (2)物质H能转化为A　(3)NtPIP基因过量表达株根细胞呼吸速率高于野生型,其产生的能量更多,有利于根细胞吸收无机盐,促进叶绿素和相关酶的合成,从而提高植物的光合速率 　　【解析】 (2)在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积,当加入F、G或H时,E也同样累积,再结合图2中显示的代谢路径可推测,有氧呼吸第二阶段代谢路径存在循环特性,即分子A、B、C均为E的前体,F、G、H可通过代谢转化为E,则有H→A,故可提出假设:物质H能转化为A。(3)由图可知,低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的根细胞呼吸速率高于野生型,则其产生的能量更多,有利于根系生长,促进水和无机盐的吸收,促进叶绿素和相关酶的合成,提高植物的光合速率,从而使OE组植株的叶片净光合速率高于野生型。 【答题分析框架】 1 学科网（北京）股份有限公司 $