第3单元 第10讲 第2课时 光合作用的影响因素(Word学生用书)-【高考快车道】2027年高考生物大一轮总复习

该高中生物学高考复习学案系统梳理了光合作用影响因素专题，涵盖环境因素（光照、CO₂、温度等）和内部因素（遗传特性、叶龄等）的原理、曲线分析及应用，按“原理-曲线-应用”分层构建知识网络，通过问题链和任务驱动引导学生自主关联物质与能量观，形成系统性认知框架。 亮点在于诊断性自测与探究实践设计，如开篇设置“深挖教材·拓思维”问题链，命题角度模块含选择、填空等诊断题，实验模块通过变量控制训练提升科学思维。每个考点配方法指导（如曲线关键点移动），帮助学生自主诊断薄弱点，教师可依学情精准指导，培养自主复习能力与探究实践素养。

第10讲　光合作用与能量转化 第2课时　光合作用的影响因素 考点一　光合作用的影响因素及应用(识记·应用类) 一、光合作用的强度 二、影响光合作用的环境因素及其应用分析 1.光照强度 (1)原理:光照强度通过影响植物的　　　　　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　　　,使暗反应中C3还原过程加快,从而使光合速率增加。  (2)曲线分析 ①A点:光照强度为0,此时只进行　　　　　　。  ②AB段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强,CO2的释放量逐渐减少。 ③B点:光补偿点,光合作用强度　　　　细胞呼吸强度,即细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用。  ④BC段:随着光照强度不断增强,光合作用强度也不断增强,到　　　点后不再增强。  ⑤D点:光饱和点,D点以后限制光合作用强度的内部因素是　　　　　　含量、酶的数量和最大活性,外部因素是除光照强度之外的环境因素,如CO2浓度等。  (3)应用:温室栽培时,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浓度通过影响　　　　　　　　　　　　　　　　　影响光合作用强度。  (2)曲线分析 ①图甲中A点表示CO2补偿点,即光合速率　　呼吸速率时的CO2浓度。  ②图乙中A'点表示进行光合作用所需CO2的　　　　浓度。B点和B'点对应的CO2浓度都表示CO2　　　　点。  (3)应用:在农业生产上可以通过“正其行,通其风”、增施农家肥(通过微生物的分解作用)等增大CO2浓度,提高光合速率。 3.温度 (1)原理:温度通过影响　　　　　　　　　　　影响光合作用,主要制约暗反应阶段。  (2)曲线 (3)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;晚上适当降低温室内温度,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)水分 ①原理:水分能影响　　　　　　,间接影响CO2进入植物体内;另外,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曲线 a.图甲表明在农业生产中,可根据作物的需水规律,合理灌溉。 b.图乙曲线E处光合作用强度暂时降低,是因为此时温度高,蒸腾作用过强,失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的供应。 (2)矿质元素 ①原理: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。如镁可以影响　　　　　的合成从而影响光反应。  ②曲线 ③应用:在农业生产上,根据植物的需肥规律,适时、适量地增施肥料,可以提高作物的光合作用效率。 5.多因子对光合速率的影响 (1)常见曲线 (2)曲线分析 P点:三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是　　　　　　　　　　　 　　　 　,随该因子强度的不断加强,光合速率不断提高。  Q点:横坐标所表示的因子不再是限制光合速率的因素,要提高光合速率,可适当提高图示中的其他因子。 (3)应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度的同时也可适当提高CO2浓度以提高光合速率。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。 三、影响光合作用的内部因素及其应用分析 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,如图所示。 (1)阴生植物的呼吸速率　　　(填“>”或“<”)阳生植物的呼吸速率,阴生植物的光补偿点　　　(填“>”或“<”)阳生植物的光补偿点,阴生植物的光饱和点　　　(填“>”或“<”)阳生植物的光饱和点。  (2)应用:间作套种。 2.植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 (1)OA段,随叶龄增大,色素含量增多,酶的含量增多、活性增强,光合作用速率加快。A点之后,随叶龄增大,　　　　　　含量减少,酶的活性 　　　,光合速率减慢。  (2)应用:适时摘除老叶。 3.叶面积指数 (1)OA段表明随叶面积指数的不断增大,光合作用实际量不断增大,　　点为光合作用达到饱和。随叶面积指数的增大,A点以后部分叶片重叠,进行光合作用的叶片面积不再增加,总光合作用速率几乎不增加。OB段表明干物质量随叶面积指数增加而增加,但由于　　　点以后光合作用强度不再增加,且随叶面积指数不断增加,呼吸量(OC段)不断增加,所以干物质量不断降低(BC段)。  (2)应用:适当摘除林冠下层叶片;合理密植,增加光合面积。 深挖教材·拓思维 1. 稻田施加氮肥后,水稻叶绿素含量明显提高,原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  2.有些棉花在特定环境中气孔会出现周期性开合现象,被称为“气孔振荡”。“气孔振荡”的具体意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 　　　　。  3.植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭,红光可通过光合作用促进气孔开放,其原因是 　 　。[2023·全国乙卷]   4.给密闭玻璃瓶中的植物幼苗提供适宜的水、无机盐、光照、温度等条件,幼苗的生存时间一般不会太长,请分析可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　 　。[必修1 P106“拓展应用”]  命题角度一　外界因素对光合作用的影响 1.关于外部因素对光合作用的影响,下列说法错误的是　　　　。  A.其他条件适宜时,当CO2浓度一定时,低于最适温度时,光合速率随温度升高而升高[2022·北京卷] B.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[2023·北京卷] C.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用[2021·湖南卷] D.某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验,若想提高光合速率,可适当增加叶片周围环境CO2浓度 E.在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少[2022·湖南卷] F.某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验,若想提高氧气释放量,可采取给光源加滤光片改变光的颜色[2024·北京卷] G.在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低[2022·湖南卷] 2.[2025·山东滨州一模] 盐胁迫对西瓜幼苗相关生理特性的影响如下表所示。下列说法正确的是 (　) NaCl浓度 /(mmol· L-1) 净光合速率/ (mmol· m-2·s-1) 胞间CO2浓 度/(mmol· m-2·s-1) 气孔导度 /(mmol· m-2·s-1) 蒸腾速率 /(mmol· mol-1) 0 13.38 218.96 201.26 5.71 20(低盐) 13.47 231.55 208.10 5.76 70(中盐) 12.62 260.04 188.86 5.02 120(高盐) 9.16 301.65 163.77 4.40 注:气孔导度表示气孔张开的程度。 A.本实验的无关变量包括每组幼苗数量、NaCl浓度和用量等 B.幼苗的净光合速率随着NaCl浓度升高而不断减小 C.低盐胁迫有利于幼苗吸收更多的水分和二氧化碳 D.高盐胁迫下气孔导度是限制净光合速率的主要因素 3.[2025·四川卷] 在温室中种植番茄,光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m-2·s-1,CO2浓度约为400 μmol·mol-1。为提高温室番茄产量,有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标,结果见下表。回答下列问题。 组别 光照强度 /(μmol· m-2·s-1) CO2浓度 /(μmol· mol-1) 净光合速 率/(μmol ·m-2·s-1) 气孔导度 /(mol· m-2·s-1) 叶绿素 含量/ (mg·g-1) 对照 200 400 7.5 0.08 42.8 甲 400 400 14.0 0.15 59.1 乙 200 800 10.0 0.08 55.3 丙 400 800 17.5 0.13 65.0 注:气孔导度和气孔开放程度呈正相关。 (1)为测定番茄叶片的叶绿素含量,可用　　　　　　提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量,为减少类胡萝卜素的干扰,应选择　　　　(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶绿素含量。  (2)与对照组相比,甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的　　　　　　　　　　　　,从而提高了净光合速率。与甲组相比,丙组的净光合速率更高,气孔导度略低,但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)根据本研究结果,在冬季温室种植番茄的过程中,若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择　　　　　　　　　　　,依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  光合作用曲线中的“关键点”的移动 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动:细胞呼吸增强,A点下移;细胞呼吸减弱,A点上移。 (2)补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增大,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。 ②细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。 (3)饱和点(C点)和D点的移动:相关条件的改变,如增大光照强度(或增大CO2浓度)使光合速率增大时,C点右移,D点上移的同时右移;反之,则移动方向相反。 命题角度二　内部因素对光合作用的影响 4.[2025·湖北黄冈二模] 图 Ⅰ 为植物甲和乙的光合作用光响应曲线,图 Ⅱ 为长期在一定光强下生长的两株植物甲的光合作用光响应曲线,下列相关说法正确的是 (　) A.PAR>800 μmol·m-2·s-1时,增加CO2浓度可能会提高乙的净光合速率 B.与乙相比,甲能够在较低光强达到其最大光合速率 C.图 Ⅰ 中相同光强下甲的净光合速率大于乙 D.图 Ⅱ 表明叶片的光合作用特性与其生长条件无关 5.[2024·安徽卷] 为探究基因OsNAC对光合作用的影响,研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE),测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。 净光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量/ (mg·g-1) WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 回答下列问题。 (1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖⁃1,5⁃二磷酸结合,在特定酶作用下形成2分子3⁃磷酸甘油酸;在有关酶的作用下,3⁃磷酸甘油酸接受　　　　　　　　　释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为　　　　　　　　　。  (2)与WT相比,实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的　　　　　　　　　、　　　　　　　　　(填科学方法)。  (3)据表可知,OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率　　　　　　　。为进一步探究该基因的功能,研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量,结果如图。  结合图表,分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因: ①　　　 ; ②　　　　　　　　 。 气孔因素的判断 1.气孔结构及其开闭原理 (1)组成:大多数陆生植物的气孔由两个保卫细胞(含叶绿体)和它们之间的开口共同组成。 (2)作用:作为气体交换的门户,通过气孔扩散的气体有O2、CO2、和水蒸气等。 (3)开闭原理: 2.胞间CO2浓度(Ci) 3.气孔限制因素和非气孔限制因素 命题角度三　光合作用原理在农业生产上的应用 6.关于光合作用原理在农业生产上的应用,下列说法错误的是　　　　。  A.施用农家肥有利于增加大田里的CO2浓度,提高农作物的产量 B.白天与夜间适当提高温度,有利于增加大棚蔬菜的产量 C.适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度 D.探究不同光照强度对光合作用的影响时,应避免温度等其他因素对实验结果造成影响 E.连续阴天,大棚中应适时、适当补光或降温,防止作物减产 F.作物合理间作套种,可充分利用光能 G.合理密植对光合作用的影响是光反应和暗反应速率都提高[2021·上海卷] 7.油桃因香甜脆爽、光滑无毛深受消费者欢迎。为探究油桃合适的种植条件,某学者在大棚中利用油桃进行了一系列相关实验。所用实验地为沙壤,有机质含量为0.79%,全氮0.041%,全磷0.12%,全钾1.56%,速效氮4.8 mg/kg,速效磷18.7 mg/kg。 实验一:分别在晴天(10时进行通风处理)和阴天对大棚内的CO2浓度进行测定,结果如图甲所示。 实验二:晴天时,将大棚分为两组,实验组早上8点向大棚内增施CO2,其他条件与对照组相同(10时进行通风处理),分别测定两组的净光合速率(Pn),结果如图乙所示。回答下列问题: (1) 在进行实验前,就对土壤的N、P、K等含量进行了测定,并适当补充了氮肥和 磷肥,请从光合作用的角度分析施加氮肥和磷肥的目的:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)根据实验一和图甲分析,上午9时,大棚内油桃植株的净光合速率晴天组　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)阴天组。晴天时在10时左右对大棚进行通风处理,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)根据实验二和图乙分析可知,上午8~12时增施CO2组的净光合速率明显高于对照组,除了通风和使用二氧化碳发生器以外,还可以通过　　　　　　　等措施提高大棚内二氧化碳浓度,以达到增产目的。  提高农业产量的措施和作用 经典真题·明考向 1.[2024·河北卷] 高原地区蓝光和紫外光较强。常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如图、表所示。 覆膜处理 叶绿素含量/(mg/g) 类胡萝卜素含量/(mg/g) 白膜 1.67 0.71 蓝膜 2.20 0.90 绿膜 1.74 0.65 回答下列问题: (1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中　　　光可被位于叶绿体　　　　　　上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为　　　　和　　　　。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的　　　　较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。  (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用　　　　　　作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是　　　　 。 (2) 研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测 结果,其原因为　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。  2.[2025·黑吉辽内蒙古卷] 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。 (1)Rubisco在叶绿体的　　　　中催化　　　与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转换是 。 (2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于　　　　不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是　　　　　　。胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是 。(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。 考点二　实验:探究环境因素对光合作用的影响(实验·探究类) 探究光照强度对光合作用强度的影响的实验 1.实验原理 圆形小叶片圆形小叶片下沉充满细胞间隙,圆形小叶片上浮。 2.实验装置分析 (1)实验组变量的分析 自变量 不同　　　　　  控制自变量 调整　　　　　　　　　　　　　进行控制  因变量 　　　　　　　  对无关变量进行控制 　　　　　　　　　　　　等保持一致  (2)中间盛水玻璃柱的作用:吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内　　　产生影响。  (3)可通过观测　 来衡量光合作用的强弱。  3.实验流程 4.预期实验结果 烧杯 圆形小叶片 加富含二氧 化碳的清水 光照强度 叶片浮 起数量 甲 10片 20 mL 强 　　　  乙 　　　　片  20 mL 中 中 丙 10片 20 mL 弱 少 5.实验结果分析 (1)黑暗情况下,植物叶片只进行细胞呼吸,吸收氧气,产生的二氧化碳较易溶于水,所以叶片沉在水底。 (2)在弱光下,多数叶片此时的光合作用强度小于或等于细胞呼吸强度,叶片中仍然没有足够的氧气,叶片仍然沉在水底。 (3)中、强光下,光合作用强度大于细胞呼吸强度,叶片中会有足够的氧气产生,从而充满细胞间隙并释放到外界一部分,使圆形小叶片浮起来。 6.结论: 　 　 。 7.注意事项 (1)打孔时要避开大的叶脉,因为其中没有叶绿体,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。 1.[2025·安徽卷] 关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,下列叙述错误的是 (　) A.用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉 B.调整LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以进行对比实验 C.用化学传感器监测光照时O2浓度变化,可计算出实际光合作用强度 D.同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,可能与其接受的光照强度不同有关 2.[2025·福建厦门一模] 研究小组成员将某种大型绿藻的叶状体剪成大小相同的小段,以相同时间内从水下上浮的叶状体小段数量为指标,探究温度对其光合作用强度的影响,结果如图。相关叙述正确的是 (　) A.叶状体中CO2的减少导致其上浮 B.各组实验应在CO2浓度较高且相同的水中进行 C.4 ℃条件下该绿藻叶状体无法进行光合作用 D.增加光照强度可使得各组叶状体小段上浮数量均增加 考点三　光合速率的测定方法(迁移·应用类) 1.“液滴移动法”测定呼吸速率、净光合速率和总光合速率 (1)测定装置 (2)测定方法及解读 ①甲装置中CO2缓冲液的作用是维持CO2浓度恒定,保证光合作用正常进行,乙装置中NaOH溶液的作用是吸收容器中的CO2。 ②测定原理 a.甲、乙两装置中红色液滴的移动均是由O2含量的变化引起的。 b.甲装置单位时间内红色液滴向右移动的距离为植物释放O2的速率,可代表净光合速率。 c.乙装置单位时间内红色液滴向左移动的距离为植物吸收O2的速率,可代表呼吸速率。 ③计算总光合速率:总光合速率=呼吸速率+净光合速率。 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,设置了对照组(图丙、丁),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。 2.黑白瓶法测定呼吸速率、净光合速率和总光合速率 [提醒]①黑白瓶法常用于水生生态系统光合速率和呼吸速率的测定。 ②在没有初始值m0时,可利用(m2-m1)/t计算出总光合速率。 3.半叶法测定呼吸速率、净光合速率和总光合速率 [提醒]①本方法又叫半叶称重法,即测定单位时间、单位叶面积干物质的产生总量,常用于大田农作物光合速率的测定。 ②本方法的要点是一半叶片遮光,另一半叶片照光,同时开始实验。 ③可在主叶脉两侧选取对称的多组叶圆片,烘干称重,分别求出WA和WB的平均值,以减小实验误差。 4.叶圆片称重法——测定有机物的变化量 本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量来测定光合速率,如图所示,以有机物的变化量表示(S为叶圆片面积)。 净光合速率=(z-y)/2S,呼吸速率=(x-y)/2S,总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。 5.红外线CO2传感器 由于CO2对红外线有较强的吸收能力,CO2的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系,因此CO2含量的变化可灵敏地反映在检测仪上,常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。 1.[2025·山东泰安一模] 对某植物形态、大小、生长发育状况相同的三组叶片进行实验,如图所示,烧杯中的液体可以保证叶片所需的水与矿质元素的正常供应(不考虑气体在水中的溶解与外界气压的变化和蒸腾作用的影响)。下列叙述正确的是 (　) A.若验证光合作用需要光照,只需将丙装置遮光改为光照即可 B.若装置甲、乙、丙中的光照和温度均相同且适宜,则其中叶片的光合作用强度均相同 C.若乙装置液滴向右移动,则移动的距离可以代表实际光合作用的强度 D.若将甲装置置于黑暗条件下,液滴向左移动的原因可能是呼吸底物不一定都是糖类 2.[2025·江苏南京二模] 某生物社团利用金鱼藻进行光合作用相关实验,实验装置如图所示。下列叙述错误的是 (　) A.该装置可用于探究CO2浓度和光质对金鱼藻光合作用的影响 B.去掉单色滤光片后短时间内金鱼藻叶绿体基质中C3含量降低 C.利用氧气传感器测到的O2浓度变化量可表示金鱼藻总光合速率 D.该装置测得的氧气释放速率会随时间推移逐渐减小至0 经典真题·明考向 1.[海南卷] 某小组为了探究适宜温度下CO2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。下列有关叙述正确的是 (　) A.本实验中,温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 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缩短 2.[2024·重庆卷] 重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一,黄连生长缓慢,存在明显的光饱和(光合速率不再随光照强度增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施,研究人员对黄连的光合特征进行了研究,结果见图甲。 1 黄连的光饱和点约为　　　　　μmol·m-2·s-1。光照强度大于1300 μmol· m-2·s-1后,胞间二氧化碳浓度增加主要是由于 　  　。  2 推测光照强度对黄连生长的影响主要表现为　　　　　　　　　　　　 　 　 。黄连叶片适应弱光的特征有　　 　 　(答2点)。  (2)黄连露天栽培易发生光抑制,严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体),为减轻光抑制,黄连具有调节光能在叶片上各去向(题图乙)的比例,提升修复能力等防御机制,具体可包括　　　　(多选)。 ①叶片叶绿体避光运动,②提高光合产物生成速率,③自由基清除能力增强,④提高叶绿素含量,⑤增强热耗散。  (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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 第10讲　光合作用与能量转化 第2课时　光合作用的影响因素 考点一 ● 必备知识 一、单位时间　原料消耗(或产物生成) 二、1.(1)光反应　加快　增多 (2)①细胞呼吸　③等于　④C　⑤光合色素 2.(1)暗反应阶段C3的生成 (2)①等于　②最低　饱和 3.(1)光合作用相关酶的活性 4.(1)①气孔的开闭　(2)①叶绿素 5.(2)光照强度、温度和光照强度 三、1.(1)<　<　< 2.(1)色素、酶　减弱 3.(1)A　A 【深挖教材】 1.氮元素是合成叶绿素的必需元素,水稻根吸收的氮肥可用于叶绿素的合成 2.“开”能保证CO2的供应,维持较强的光合作用,“闭”能降低蒸腾作用,提高作物抗旱性 3.叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值,红光照射下保卫细胞进行光合作用制造有机物,使保卫细胞的渗透压上升,细胞吸水膨胀,气孔开放 4.随着植物生长,土壤中的水分会减少,土壤中的无机盐含量会下降,玻璃瓶中CO2含量减少等 ● 典型例题 1.CFG　[解析] 弱光条件下,当植物的光合速率小于细胞呼吸速率或光合速率等于细胞呼吸速率时,均表现为没有氧气的释放,但此时植物进行光合作用,C错误;给光源加滤光片相等于降低了光照强度,会降低光合速率,F错误;光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上而非叶绿体内膜上,G错误。 2.C　[解析] 本实验的自变量为NaCl的浓度,每组幼苗数量、NaCl用量等均属于无关变量,A错误;低盐胁迫下,净光合速率比对照组有所上升,NaCl浓度从20 mmol·L-1增大到120 mmol·L-1,幼苗的净光合速率随着NaCl浓度升高而不断减小,B错误;低盐胁迫气孔导度增大,有利于幼苗吸收二氧化碳,蒸腾速率增加,迫使植物体吸收更多的水分,C正确;高盐胁迫下,气孔导度下降,若气孔导度是主要限制因素,则胞间CO2浓度应降低,但此时胞间CO2浓度反而升高,说明气孔导度不是限制因素,可能是植物在高盐环境中失水导致植物细胞缺水从而限制了净光合速率,D错误。 3.(1)无水乙醇/无水酒精/丙酮/C2H5OH　红光 (2)ATP(腺苷三磷酸/能量)和NADPH(还原型辅酶Ⅱ) 环境(外界/温室)提供(补充)的CO2更多 (3)光照强度加倍/光强加倍 甲>乙(乙<甲)的光合作用速率(净光合作用速率/有机物生成量/有机物积累量),光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大 [解析] (1)叶绿素可溶解在有机溶剂中,故为测定番茄叶片的叶绿素含量,可用无水乙醇(无水酒精/丙酮/C2H5OH)提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量,光合作用中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,为减少类胡萝卜素的干扰,应选择红光来测定叶绿素含量。(2)与对照组相比,甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP(腺苷三磷酸/能量)和NADPH(还原型辅酶Ⅱ),从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同,丙组的二氧化碳浓度是甲组的二倍,与甲组相比,丙组的净光合速率更高,气孔导度略低,但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,可能的原因是环境(外界/温室)提供(补充)的 CO2更多。(3)根据本研究结果,在冬季温室种植番茄的过程中,甲>乙(乙<甲)的光合作用速率(净光合作用速率/有机物生成量/有机物积累量),光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大,故若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择光照强度加倍/光强加倍。 4.A　[解析] 分析题图Ⅰ可知,当PAR>800 μmol·m-2·s-1时,乙的净光合速率不再变化,此时光照强度不再是净光合速率的限制因素,因此增加CO2浓度可能会提高乙的净光合速率,A正确;当PAR>800 μmol·m-2·s-1时,乙的净光合速率不再变化,而甲的净光合速率依然在升高,因此乙能够在较低光强达到其最大光合速率,B错误;分析题图Ⅰ可知,当光照强度较弱时,相同光强下,甲的净光合速率小于乙,C错误;分析题图Ⅱ可知,光下生长的植物甲光饱和点更大,表明叶片的光合作用特性与其生长条件有关,D错误。 5.(1)ATP和NADPH　糖类和C5 (2)减法原理　加法原理 (3)增大　①与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,促进旗叶的光合作用　②与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)从叶绿体中运出,从而促进旗叶的光合作用 [解析] (1)旗叶从外界吸收的CO2用于暗反应。在特定酶的作用下,1分子的CO2与1分子的核酮糖⁃1,5⁃二磷酸(C5)结合,形成2分子的3⁃磷酸甘油酸(C3)。接着在有关酶的催化作用下,C3接受ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原,随后,一些接受能量并被还原的C3,在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类,还有一些接受能量并被还原的C3,经过一系列变化,又形成C5。(2)在对照实验中,控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”,即与常态比较,人为增加或去除某种影响因素。根据题干信息,与WT相比,KO是OsNAC敲除突变体,相当于人为去除了某种影响因素,利用了“减法原理”;OE是OsNAC过量表达株,相当于增加了某种影响因素,利用了“加法原理”。(3)据表中数据分析可知,WT组净光合速率为24.0 μmol·m-2·s-1,而OE组净光合速率为27.7 μmol·m-2·s-1,故OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大的原因:①据表中数据分析可知,与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,可以使旗叶捕获更多的光能,促进其光合作用,使其净光合速率增大;②根据柱形图分析可知,与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,蔗糖转运蛋白可以及时将更多的光合产物(蔗糖)从叶绿体中运出,避免光合产物积累对光合速率的影响,从而促进旗叶的光合作用,使其净光合速率增大。 6.B　[解析] 白天适当提高温度可以提高光合作用强度,有利于光合作用产物的积累,夜间适当降低温度可以降低呼吸作用强度,有利于增加大棚蔬菜的产量,B错误。 7.(1)施加氮肥和磷肥有利于提高土壤中N、P的含量,植物吸收的N、P可以用于合成NADPH、NADP+、ATP、ADP、光合色素和酶等物质,有利于提高光合效率,从而达到增产的目的 (2)大于　提高大棚内CO2的浓度,降低O2浓度　(3)增施农家肥 [解析] (1)在进行实验前,就对土壤的N、P、K等含量进行了测定,并适当补充了氮肥和磷肥,施加氮肥和磷肥有利于提高土壤中N、P的含量,植物吸收的N、P可以用于合成NADPH、NADP+、ATP、ADP、光合色素和酶等物质,有利于提高光合效率,从而达到增产的目的。(2)根据实验一和题图甲可知,上午9时,晴天组大棚内CO2浓度明显低于阴天组大棚内CO2浓度,说明晴天组吸收的CO2更多,所以大棚内油桃植株的净光合速率晴天组大于阴天组。晴天时在10时左右对大棚进行通风处理,目的是提高大棚内CO2的浓度,降低O2浓度。(3)除了通风和使用二氧化碳发生器以外,还可以通过增施农家肥等措施提高大棚内CO2浓度,以达到增产目的。 经典真题·明考向 1.(1)蓝　类囊体薄膜　(CH2O)(或糖类)　C5(与前一空可互换)　紫外光 (2)无水乙醇　叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光,选择红光可以避免类胡萝卜素对实验的干扰 (3)蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜,有利于藏川杨幼苗进行光合作用;蓝膜覆盖下叶绿素含量和类胡萝卜素的含量均高于白膜和绿膜,藏川杨幼苗光合速率较强;蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜,减弱了紫外光辐射对幼苗的伤害 [解析] (1)光合作用过程中,叶绿体类囊体薄膜上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光;在叶绿体基质中,CO2与C5反应产生C3 ,C3在酶的催化下,利用光反应产生的ATP和NADPH还原转化成糖类和C5;据图可知,白膜透过的紫外光较多,而蓝膜和绿膜透过的紫外光较少,因此与白膜相比,蓝膜和绿膜可以更好地减少紫外光对幼苗的辐射。(2)叶绿体中的光合色素不溶于水而溶于有机溶剂(如无水乙醇),因此可用无水乙醇提取光合色素;提取的光合色素包含叶绿素和类胡萝卜素,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,因此在测定叶绿素含量时要选择红光,不能选用蓝紫光,以避免类胡萝卜素对实验结果的影响。(3)据图表可知,与白膜和绿膜处理相比,覆盖蓝膜时藏川杨幼苗的光合色素含量更高,有利于进行光合作用;此外,相比之下,覆盖蓝膜时蓝光的透过率最大、紫外光透过率最小,蓝光较多有利于幼苗的光合作用,紫外光较少可减弱对幼苗的辐射,更有利于幼苗的生长,因此覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗适应高原环境。 2.(1)基质　C5　ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能 (2)光照强度　CO2浓度　曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率提高 (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,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT植株的C3生成速率。 [解析] (1)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶,暗反应的场所是叶绿体基质,因此Rubisco在叶绿体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP和NADPH提供能量,这一过程中能量转换是ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能。(2)①②曲线的自变量是是否补光(光照强度),②③曲线的自变量是是否转入Rubisco基因(Rubisco的含量)。据图分析,当胞间CO2浓度低于B点时,曲线②高于③,是因为②中Rubisco的含量多,固定CO2的能力强,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合,说明Rubisco的量已经不是限制光合速率的因素,而此阶段曲线①的光合速率高于曲线②,曲线①有较高的光照强度,因此曲线②与③重合是由于光照强度不足。A点之前曲线①和②重合,光照强度不是限制因素,此时最主要限制因素是CO2浓度。胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率提高。(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。要验证此结论,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,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT植株的C3生成速率。 考点二 ● 必备知识 2.(1)光照强度　光源与烧杯之间的距离　光合作用强度　圆形小叶片大小和数量、溶液的量　(2)水温 (3)单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量(或浮起相同数量的圆形小叶片所用的时间长短) 3.黑暗　CO2　圆形小叶片浮起的数量 4.多　10 6.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 ● 典型例题 1.C　[解析] 依据单一变量原则,为保证叶圆片相对一致,用打孔器打出叶圆片时应避开大的叶脉,A正确; 调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以模拟不同的光照强度,该实验都是实验组,为对比实验,B正确;实际光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度,用化学传感器监测光照时O2浓度变化,只可计算出净光合作用强度,无法得知呼吸强度,故无法计算出实际光合作用强度,C错误; 同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,说明光合作用强度不同,可能与其接受的光照强度不同有关,D正确。 2.B　[解析] 叶状体净光合速率大于0时,光合作用产生的氧气积累在叶状体内导致叶片上浮,A错误;CO2浓度是无关变量,各组实验的CO2浓度应保持相同且适宜,且CO2浓度较高可保证光合作用的进行,B正确;4 ℃条件下绿藻叶状体没有上浮,说明此条件下叶状体净光合速率小于或等于0,没有氧气积累在叶状体内,C错误;若38 ℃条件下,检测时间内所有叶状体小段均已经上浮,即使继续增加光照强度也不能使叶状体小段上浮数量增加,D错误。 考点三 ● 典型例题 1.D　[解析] 丙装置内的NaOH溶液能吸收CO2,无CO2不能进行光合作用,A 错误;若装置甲、乙、丙中的光照和温度均相同且适宜,由于各装置内的CO2浓度不同,则其中叶片的光合作用强度也不相同,B错误;乙装置内有CO2缓冲液,可维持CO2浓度稳定,若乙装置液滴向右移动,则移动的距离表示氧气的变化,呼吸作用也会影响氧气的变化,因此可以代表净光合作用的强度,C错误;若将甲装置置于黑暗条件下,植物只进行呼吸作用,液滴向左移动是因为吸收的氧气的量大于二氧化碳的释放量,可能是因为呼吸底物不一定都是糖类,D正确。 2.C　[解析] 该装置可通过改变NaHCO3溶液的浓度探究CO2浓度对金鱼藻光合作用的影响;该装置可通过去掉或改变单色滤光片来探究光质对金鱼藻光合作用的影响,A正确;相同条件下,自然光下比单色光下的光合作用更强,因此去掉单色滤光片,短时间内金鱼藻的光反应增强,ATP和NADPH含量升高,C3还原加快,而CO2固定暂时不变,故叶绿体基质中C3含量短时间内降低,B正确;总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率,利用氧气传感器测到的O2浓度变化可表示净光合速率,但细胞呼吸速率未知,不能直接计算总光合速率,C错误;该装置处于适宜条件下,随着光合作用的进行,CO2逐渐被消耗,光合速率逐渐降低,当光合速率等于细胞呼吸速率时,氧气释放速率为0,因此测得的氧气释放速率会随时间推移逐渐减小至0,D正确。 经典真题·明考向 1.B　[解析] 本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度),温度和光照为无关变量,A错误;当光合作用产生氧气的速率大于细胞呼吸释放二氧化碳的速率时,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溶液中叶圆片上浮所需要的时间最长,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错误。 2.(1)①500　光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,且气孔导度增加　②弱光下,随光照强度增大黄连生长速度先增大后保持相对稳定,光照过强会导致黄连生长速度减小　叶片较薄,叶绿素较多,叶绿体颗粒较大,叶绿体类囊体膜面积更大 (2)①②③⑤ (3)合理施肥,通过补充二氧化碳提高光合速率,从而提高产量 [解析] (1)①由图甲净光合速率的曲线可知,当光照强度达到500 μmol·m-2·s-1时光合速率不再随光照强度的增加而增加;光照强度大于1300 μmol·m-2·s-1后,由图甲可知光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,且气孔导度增加,所以胞间二氧化碳浓度增加。②由图甲净光合速率曲线可知,弱光下,随光照强度增大黄连生长速度先增大后保持相对稳定,光照过强会导致黄连生长速度减小;弱光时,可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率,所以黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄,叶绿素较多,叶绿体颗粒较大,叶绿体类囊体膜面积更大。(2)为减轻光抑制,黄连具有调节光能在叶片上各去向的比例,提升修复能力等防御机制,具体可包括:⑤增强热耗散;①叶片叶绿体避光运动:减少对光的吸收;②提高光合产物生成速率,从而提高光合速率,消耗更多的光能;③自由基清除能力增强:减少对光合结构的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收,不能减轻光抑制。(3)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有合理施肥,通过补充二氧化碳提高光合速率,从而提高产量等。 学科网（北京）股份有限公司 $