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第5章 细胞的能量供应和利用
强化课3 光合作用的题型分析
一、影响光合作用的因素与应用
1.光照强度：影响光反应阶段，进而影响光合速率。
曲线分析 植物生理活动 植物宏观表现 植物宏观表现图示
A点 只进行细胞呼吸，不进 行光合作用 吸收 ，排出
段（不含 A、B点） 光合作用 呼吸作用 吸收 ，排出
曲线分析 植物生理活动 植物宏观表现 植物宏观表现图示
B点 光合作用 呼吸作用 不与外界发生气体 交换
B点之后 光合作用 呼吸作用 吸收 ，排出
应用：大棚种植时，适当增强光照强度，提高光合速率，可积累更多的有机物。
续表
2. 浓度：影响暗反应阶段 的合成，进而影响光合速率。
（1）曲线分析：图1中A点表示 补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的 浓度，
图2中 点表示进行光合作用所需 的最低浓度。B和 点对应的 浓度都表示
饱和点。
（2）应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等增大 浓度，
提高光合速率。
3.温度：主要影响与光合作用有关酶的活性，从而影响光合速率。
（1）曲线分析：B点对应温度表示光合作用相关酶的最适温度，低于或高于最适温度
时，酶的活性下降，光合速率下降。在 时，光合作用强度几乎为0。
（2）应用：温室栽培时，白天可适当提高温度，提高光合速率，晚上可适当降低温度，降低呼吸速率，以利于有机物的积累。
4.矿质元素：组成参与光合作用的许多重要化合物，一旦缺乏，会影响光合作用的进
行。如 是叶绿素的组成成分， 、 是 和 的组成成分， 是酶的组成成
分。
（1）曲线分析：在一定浓度范围内，随着矿质元素浓度的增加，光合速率增加；但超过一定浓度后，植物会因为土壤溶液浓度过高而发生渗透失水，进而使光合速率下降。
（2）应用：根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料。
5.多因子变量对光合作用速率的影响
（1）曲线分析
点:限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速
率不断提高。
点:横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示
的因子。
（2）应用:温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增强与光合作用有关酶的活性，提高光合速率；也可同时适当增加 浓度，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 浓度以提高光合速率。
6.内部因素对光合作用速率的影响
（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绝对值 阳生植物的呼吸速率绝对值，阴生植物的光补偿点
阳生植物的光补偿点，阴生植物的光饱和点 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 段，随叶龄增大，叶面积增大，色素含量增多，酶的含量增多，光合作用速率加
快。A点之后，随叶龄增大，色素、酶含量减少，酶的活性减弱，光合作用速率减慢。
②应用:适时摘除老叶。
对点练1 科学家研究 浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得
到实验结果如下图。请据图判断，下列叙述错误的是( )。
D
A.光照强度为 时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强
度差异的原因是 浓度不同
B.光照强度为 时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度
差异的原因是温度不同
C.光照强度为 时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度
随光照强度升高而升高
D.光照强度为 时，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度
随光照强度升高而升高
[解析] 光照强度为 时，影响曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度的温度、光照强度相同，而 浓度不同，A正确；光照强度为 时，影响曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度的 浓度和光照强度相同，而温度不同，B正确；在光照强度为 时，曲线Ⅰ、Ⅱ都未达到光饱和点，光合作用强度随光照强度升高而升高，C正确；光照强度小于 时，曲线Ⅲ已达到光饱和点，随光照强度增加，光合作用强度不再增加，D错误。
对点练2 植物工厂是通过设施内高精度环境控制来实现农作物周年连续生产的高效农
业系统，是利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、 浓
度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然
条件制约的省力型生产方式。据图回答下列问题：
（1）图1表示植物叶肉细胞代谢的部分过程，该过程称为光合作用中的________阶段。
叶肉细胞叶绿体的____________（填结构名称）上产生 、 ，其中
既作为图1阶段中的________，又提供能量。
暗反应
类囊体薄膜
还原剂
[解析] 图1包括 的固定和 的还原过程，这是光合作用的暗反应阶段。 、 在光反应阶段产生，场所在叶绿体的类囊体薄膜上。 既作为暗反应阶段中的还原剂，又提供能量。
（2）图2是适宜温度下测得的曲线，限制 点的主要环境因素是_________。
浓度
[解析] 点已经达到光饱和，限制 点的主要环境因素是 浓度。
（3）图2检测到的光合作用指标“ 吸收量”不能表示植物光合作用实际消耗 的
总量，原因是_______________________________________________________________
___________________。
植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用，呼吸作用产生的 也会被光合作用固定
[解析] 植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用，呼吸作用产生的 也会被光合作用固定，所以 吸收量不能表示植物光合作用实际消耗 的总量。
（4）在植物工厂中往往会提高白天的温度，降低夜间的温度，以增大昼夜温差来提高
瓜果中有机物的含量，试分析其中包含的生物学原理：___________________________
_______________________________________________。
增大昼夜温差，可使植物在白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用微弱，有机物积累多
[解析] 白天提高温度可以提高光合作用强度，增加有机物的积累，晚上降低温度可以降低呼吸作用，减少有机物的消耗，因此可使一天有机物积累更多。
二、光合作用与呼吸作用在物质与能量方面的联系
1.物质方面
C
2.能量方面
光能 和 中活跃的化学能 等有机物中稳定的化学能
热能和 中活跃的化学能。
3.对 和 的示踪分析
提供的标记物 最先出现标记物的物质 可能出现标记物的物质
葡萄糖等有
机物 丙酮酸
； （蒸腾作用） ；
葡萄糖等有机
物 丙酮酸……
葡萄糖等有机物 丙
酮酸……
葡萄糖等有机物 丙酮
酸……
对点练3 下图表示某绿色植物在生长阶段内物质的转变情况，下列叙述正确的是
( )。
C
A.④过程产生 最多，②过程能将光能
转变为化学能储存在 中
B.进行②过程的 都来自大气，产生的
有机物存在于液泡中
C.进行①过程的场所是类囊体薄膜
D.给植物浇 后，根细胞会产生少量
，④过程不会产生
[解析] 图中①是光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体薄膜；②是暗反应阶段，场所是
叶绿体基质；③是有氧呼吸第一、二阶段，场所是细胞质基质和线粒体基质；④是有
氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜。①光反应阶段产生 ，经②暗反应阶段合成
有机物，活跃的化学能转变为稳定的化学能储存在有机物中，合成的有机物部分经③
④过程产生 ，故①③④中，①过程产生 最多，A错误；进行②过程的 来
自大气和线粒体，在叶绿体基质中形成有机物，B错误；给植物浇 后， 参
与有氧呼吸第二阶段生成 ， 在光反应阶段生成 ， 参与过程④生
成 ，D错误。
三、呼吸速率、净光合速率和真正光合速率的测定
1.呼吸速率、净光合速率和真正光合速率的表示方法
（1）呼吸速率的表示方法：将植物置于黑暗环境中，测定单位时间实验容器内 增
加量、 减少量或有机物减少量。
（2）净光合速率和真正光合速率
净光合速率 常用一定时间内 释放量、 吸收量或有机物积累量表示
真正光合速率 常用一定时间内 产生量、 固定量（或消耗量）或有机物产
生量（或制造量）表示
2.光合速率与呼吸速率的关系
图1表示光照强度与 的吸收速率的关系，图2表示线粒体与叶绿体的关系。
图1
图2
结合图2与图1中的曲线分析如下：
（1）图1中A点光照强度为0，只进行呼吸作用，与图2中乙对应。 代表呼吸速率。
（2）图1中 段由于光照强度较弱，光合速率小于呼吸速率，因此呼吸作用释放的
一部分被叶绿体吸收，另一部分释放出去，与图2中甲对应。
（3）图1中B点表示光合速率与呼吸速率相等，表现为既不吸收 也不释放 ，与图2中丙对应。B点对应的光照强度为光补偿点。
（4）B点以后，由于光照强度继续增大，光合速率大于呼吸速率，呼吸作用释放的 不能够满足光合作用的需求，表现为从外界吸收 ，与图2中丁对应；C点以后，光照强度再增加，光合速率不再增大，C点对应的光照强度称为光的饱和点； 为净光合速率。
由以上分析可知，真正光合速率 净光合速率 呼吸速率。
对点练4 植物的光合作用受 浓度、温度与光照强度的影响。
下图为在一定 浓度和适宜温度条件下，测定的某植物叶片
在不同光照条件下的光合速率。下列有关说法错误的是( )。
A
A.在 点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生 的部位
只有线粒体
B.该环境下该植物叶片的呼吸速率是 （ 叶·h）
C.在一昼夜中，将该植物叶片置于 点光照强度条件下 ，其余时间置于黑暗中，
则每 叶片一昼夜中 的净吸收量为
D.已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为 和 ，若将温度提高到
（原光照强度和 浓度不变），则图中 点将向右移， 点将向左下移动
[解析] 在 点所示条件下，细胞只进行呼吸作用，产生 的场所有细胞质基质和线粒体，A错误； 点的纵坐标表示呼吸速率，B正确； 点光照强度下， 光照每 叶片 净吸收量为 ，晚上每 叶片细胞呼吸释放 的量为 ，一昼夜每 叶片 净吸收量为 ，C正确；将温度提高到 ，真正光合速率降低，呼吸速率增大，净光合速率降低， 点将向左下移，光补偿点（ 点）将向右移，D正确。
对点练5（不定项） 以测定的 吸收速率与释放速率为指标，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
A.光照相同时间， 时光合作用制造的有机物的量与
时相等
B.光照相同时间，在 条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于 时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D.两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与细胞呼吸
消耗的有机物的量相等
[解析] “光照下 的吸收”代表净光合速率，“黑暗中 的释放”代表呼吸速率。即 和 时真光合速率相等，在 时光合作用制造的有机物的量与 时相等，都是 ，A正确；有机物积累量最多的温度为 ，此时真光合速率约为 ，此后真光合速率还在增加，B、C错误；两曲线的交点表示呼吸速率 净光合速率，或者说光合速率是呼吸速率的两倍，不代表二者相等，D错误。
3.实验法测定植物光合速率与呼吸速率
（1）液滴移动法
装置中溶液的作用 在测细胞呼吸速率时， 溶液可吸收容器中的 ；在测净
光合速率时， 溶液可提供 ，保证了容器内 浓度
的恒定
测定方法 ①将植物（甲装置）置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的
距离，计算呼吸速率
②将同一植物（乙装置）置于光下一定时间，记录红色液滴移动
的距离，计算净光合速率
③根据呼吸速率和净光合速率可计算真正光合速率
物理误差的校正 为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，
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
离对原实验结果进行校正
续表
对点练6 下图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响
的实验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后给予不同
强度的光照。关于该实验的叙述正确的是( )。
B
A.温度、 浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量
B. 缓冲液的作用是维持容器中 浓度的稳定
C.如果有色液滴向右移动，说明该植物不进行光合作用
D.如果有色液滴向左移动，说明该植物不进行光合作用
[解析] 依题意可知，该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响，自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，有色液滴的移动距离作为观测的指标，温度、 浓度等都是无关变量，A错误； 缓冲液的作用是维持容器中 浓度的稳定，B正确；有色液滴移动的距离是由装置内 的变化量引起的，如果有色液滴向右移动，说明光合作用释放的 量大于呼吸作用吸收的 量，C错误；如果有色液滴向左移动，说明光合作用释放的 量小于呼吸作用吸收的 量，D错误。
（2）黑白瓶法
适用于浮游植物光合速率的测定，“黑瓶”不透光，可测定有氧呼吸速率，“白瓶”给予光照，可测定净光合速率。
对点练7 下表是利用黑白瓶（不透光瓶和可透光瓶）测定夏季某池塘同深度水体中初
始平均 浓度与24小时后平均 浓度，并比较计算后的数据。下列有关分析正确的
是( )。
水深/ 1 2 3 4
白瓶中 浓度/ 0
黑瓶中 浓度/
B
A.水深 处白瓶中水生植物24小时制造的 量为
B.水深 处白瓶中水生植物能进行水的光解和 的还原
C.水深 处白瓶中水生植物产生 的细胞器有细胞质基质和线粒体
D.水深 处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用
[解析] 分析表格可知，白瓶透光，瓶内生物可进行光合作用和呼吸作用，黑瓶不透光，
瓶内生物只能进行呼吸作用。在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据表示
瓶内生物呼吸作用所消耗的 量，为 ，白瓶中所测得的数据表示瓶内生物光
合作用产生的 量与呼吸作用消耗的 量的差值。水深 处白瓶中水生植物24小
时制造的 量为 ，A错误；水深 处白瓶中水生植物光合作用
的光反应与暗反应都能够正常进行，故水的光解和 的还原都能进行，B正确；水深
处白瓶中水生植物光合作用产生的 量与呼吸作用消耗的 量相等，即植物光
合作用等于呼吸作用，因此产生 的细胞器是叶绿体和线粒体，C错误；水深
处白瓶中水生植物24小时制造的 量为 ，即水生植物能进行光
合作用，D错误。
（3）叶圆片称重法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如下图所示，以有机物的变化量
表示光合速率（ 为叶圆片面积）。
净光合速率 。
呼吸速率 。
总光合速率 。
对点练8 下图表示测定某植物叶片质量变化情况（有机物的质量变化）的操作流程。
该植物的呼吸速率可表示为___/ ，净光合速率可表示为________/ 。


[解析] 呼吸速率可用黑暗条件下单位时间内有机物的减少量来表示，即 ；净光合
速率可用光照条件下单位时间内有机物的积累量来表示，即 。
（4）半叶法
将植物对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）留在光下进行光合作用，并
采用适当方法阻止两部分叶片的物质和能量转移。一定时间 后在这两部分叶片的对
应部位截取相同面积（S）的叶片，分别烘干称重，记为 、 ，则总光合速率为
。
对点练9 研究温度对光合作用与呼吸作用的影响时，采用“半叶法”对不同温度下的马
铃薯植株叶片的光合速率进行测定，将A侧遮光，B侧照光，在适宜的光照强度下照射
1小时后，分别在A、B两侧截取同等单位面积的叶片称出干重，实验结果如下表所示
（光合速率的单位为 ）。请据此回答下列问题：
温度/ 10 15 20 25 30 35
（干重， ） 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50
（干重， ） 6.75 7.50 8.25 8.75 8.50 8.00
（1）根据表格数据分析，与 相比， 时的总光合速率______（填“更大”、
“更小”、“不变”或“不确定”），理由是
__________________________________________。
不变
表示总光合速率，两者均为
[解析] 不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，设为 ，则其呼吸速率为 ，净光合速率为 ，总光合速率为 。 时的总光合速率为 ， 时的总光合速率为 。
（2）在昼夜不停的光照条件下，____ 时该马铃薯叶片生长得相对最快，判断依据
是_________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
25
减去实验开始时的干重可表示叶片净光合速率，不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，所以 值越大，净光合速率就越大，叶片生长的速度相对就越快
[解析] 叶片净光合速率为 ，其大小与 成正相关，所以 值越大，净光合速率就越大，叶片生长的速度相对就越快，故在 时该马铃薯叶片生长得相对最快。
四、光合曲线中关键点的移动问题
当外界条件（如温度、光照强度、 浓度等）改变时，相应曲线中的补偿点、饱和
点等会发生移动。
1.光 补偿点的移动
（1）呼吸速率增加，其他条件不变时，光 补偿点应右移，反之左移。
（2）呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光 补偿点应右移，
反之左移。
2.光 饱和点的移动：相关条件的改变，使光合速率增大时，光 饱和点C点
应右移（ 点右上移），反之左移（ 点左下移）。
3.阴生植物与阳生植物相比，光 补偿点和饱和点都应向左移动。
对点练10 已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是 、 ，下图表
示该植物在 时净光合速率与光照强度的关系。若将温度调节到 的条件下
（原光照强度和 浓度不变），从理论上讲，图中相应点的移动分别是( )。
C
A. 点上移， 点左移， 值上升
B. 点上移， 点左移， 值不变
C. 点下移， 点右移， 值下降
D. 点下移， 点右移， 值上升
[解析] 该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是 、 ，当温度由 上升到 时，细胞呼吸强度增大，光合作用强度减小。 点表示细胞呼吸强度，故 点下移； 点表示光合作用强度等于细胞呼吸强度时的光照强度，要使光合作用强度仍然与细胞呼吸强度相等，需增大光照强度以使光合作用强度增大，故 点右移； 值代表最大净光合作用强度，由于升高温度，光合作用强度减小，细胞呼吸强度增大，故 值下降。综上所述，C符合题意。
五、经典曲线分析
1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
点：凌晨 时，温度降低，呼吸作用减弱， 释放速率减小。
点：上午6时左右，太阳出来，植物开始进行光合作用。
段：由于光照较弱，光合作用强度小于呼吸作用强度。
点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
段：上午7时至下午6时左右，光合作用强度大于呼吸作用强度。
点：光照强度过强，温度过高，为防止失水过多，气孔部分关闭， 吸收速率下
降，出现“光合午休”现象。
点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
段：光合作用强度小于呼吸作用强度， 点之后植物停止光合作用。
积累有机物时间段： 段。
制造有机物时间段： 段。
消耗有机物时间段： 段。
一天中有机物积累最多的时间点： 点。
对点练11 8月下旬的校园内，甲、乙两株不同种植物 吸收速率的变化如下图，若
按一昼夜进行统计，则下列说法正确的是( )。
D
A. 点之前，甲植株一直同时进行光合作用
和呼吸作用
B. 点时，乙植株的有机物积累量达到最高
C.曲线 段和 段下降的原因相同
D. 段，观测到甲植株部分气孔保持关
闭，可推测其拥有更为高效的光合系统
[解析] 甲植株在 点时 吸收速率为0，说明此时的光合速率等于呼吸速率， 点之
前光合速率小于呼吸速率或者只进行呼吸作用，A错误；在18时后，甲、乙两植物的
光合速率开始小于呼吸速率，则有机物的积累量最多的时刻应为18时， 点时光合作
用停止，B错误；图中曲线 段下降的主要原因是气孔部分关闭导致 吸收速率
降低， 段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生 和 的速率减慢，
C错误； 段，观测到甲植株部分气孔保持关闭，但甲的光合速率并没有减小，因
此推测其拥有更为高效的光合系统，D正确。
2.密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线
项目 一昼夜 含量的变化曲线图（密 闭容器中 变化状况） 一昼夜 含量的变化曲线图（密闭
容器中 变化状况）
图示
项目 一昼夜 含量的变化曲线图（密 闭容器中 变化状况） 一昼夜 含量的变化曲线图（密闭
容器中 变化状况）
曲线分析 C点、 点：光合作用强度 呼吸作用强度 段： 含量下降（ 含量上升），光合作用强度 呼吸作用强度 段和 段： 含量上升（ 含量下降），光合作用强度 呼吸 作用强度 光合作用开始于C点之前，结束于 点之后
续表
项目 一昼夜 含量的变化曲线图（密 闭容器中 变化状况） 一昼夜 含量的变化曲线图（密闭
容器中 变化状况）
如果 点 低于 点 说明经过一昼夜，植物体内的有机 物总量增加 说明经过一昼夜，植物体内的有机
物总量减少
如果 点 与 点一 样高 说明经过一昼夜，植物体内的有机 物总量不变 说明经过一昼夜，植物体内的有机
物总量不变
续表
对点练12 （不定项）将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后，测得容器内 和
浓度相等（气体相对含量为1）。在天气晴朗的早上6时将该植物移至阳光下，日落
后移动到暗室中，测量两种气体的相对含量，变化情况如图所示。下列分析错误的是
( )。
ACD
A.10时和20时的光合作用强度与呼吸作用强度相等
B. 时有机物在不断积累
C.该植物体内17时的有机物积累量小于19时的有
机物积累量
D.该植物从20时开始只进行无氧呼吸
[解析] 分析曲线图： 时容器内的 含量上升， 含量下降，说明此阶段呼吸
作用强度大于光合作用强度； 时， 含量一直下降， 含量一直上升，说
明光合作用强度大于呼吸作用强度；超过17时， 含量开始上升， 含量开始下降，
说明光合作用强度小于呼吸作用强度。光合作用强度与呼吸作用强度相等的点是 增
加为0（或 减少为0）的点，即8时、17时，A错误；在 时，容器内的 浓
度上升， 浓度下降，说明此阶段光合作用强度大于呼吸作用强度，有机物不断积
累，B正确；17时光合作用强度与呼吸作用强度相等，此时植物体内有机物积累量最
大，日落后移动到暗室中，19时植物只进行呼吸作用，会消耗有机物，因此，该植物
体内17时的有机物积累量大于19时的有机物积累量，C错误；20时以后， 浓度继续
减少，说明植物仍能进行有氧呼吸，D错误。强化课3　光合作用的题型分析
一、影响光合作用的因素与应用
1.光照强度:影响光反应阶段,进而影响光合速率。
曲线 分析 植物生 理活动 植物宏 观表现 植物宏观表现图示
A点 只进行细胞呼吸,不进行光合作用 吸收O2,排出CO2
AB段 (不含 A、B点) 光合作用<呼吸作用 吸收O2,排出CO2
B点 光合作用=呼吸作用 不与外界发生气体交换
B点之后 光合作用>呼吸作用 吸收CO2,排出O2
应用:大棚种植时,适当增强光照强度,提高光合速率,可积累更多的有机物。
2.CO2浓度:影响暗反应阶段C3的合成,进而影响光合速率。
(1)曲线分析: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和B'点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(2)应用:在农业生产上可以通过“正其行,通其风”、增施农家肥等增大CO2浓度,提高光合速率。
3.温度:主要影响与光合作用有关酶的活性,从而影响光合速率。
(1)曲线分析:B点对应温度表示光合作用相关酶的最适温度,低于或高于最适温度时,酶的活性下降,光合速率下降。在50 ℃ 时,光合作用强度几乎为0。
(2)应用:温室栽培时,白天可适当提高温度,提高光合速率,晚上可适当降低温度,降低呼吸速率,以利于有机物的积累。
4.矿质元素:组成参与光合作用的许多重要化合物,一旦缺乏,会影响光合作用的进行。如Mg是叶绿素的组成成分,N、P是ATP和ADP的组成成分,N是酶的组成成分。
(1)曲线分析:在一定浓度范围内,随着矿质元素浓度的增加,光合速率增加;但超过一定浓度后,植物会因为土壤溶液浓度过高而发生渗透失水,进而使光合速率下降。
(2)应用:根据植物的需肥规律,适时、适量地增施肥料。
5.多因子变量对光合作用速率的影响
(1)曲线分析
P点:限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随着该因子的不断加强,光合速率不断提高。
Q点:横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子,影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度,增强与光合作用有关酶的活性,提高光合速率;也可同时适当增加CO2浓度,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。
6.内部因素对光合作用速率的影响
(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绝对值<阳生植物的呼吸速率绝对值,阴生植物的光补偿点<阳生植物的光补偿点,阴生植物的光饱和点<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
①OA段,随叶龄增大,叶面积增大,色素含量增多,酶的含量增多,光合作用速率加快。A点之后,随叶龄增大,色素、酶含量减少,酶的活性减弱,光合作用速率减慢。
②应用:适时摘除老叶。
对点练1　科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响,得到实验结果如下图。请据图判断,下列叙述错误的是(　　)。
A.光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B.光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C.光照强度为a~b时,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D.光照强度为a~c时,曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
　　【答案】　D
【解析】　光照强度为a时,影响曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度的温度、光照强度相同,而CO2浓度不同,A正确;光照强度为b时,影响曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度的CO2浓度和光照强度相同,而温度不同,B正确;在光照强度为a~b时,曲线Ⅰ、Ⅱ都未达到光饱和点,光合作用强度随光照强度升高而升高,C正确;光照强度小于b时,曲线Ⅲ已达到光饱和点,随光照强度增加,光合作用强度不再增加,D错误。
对点练2　植物工厂是通过设施内高精度环境控制来实现农作物周年连续生产的高效农业系统,是利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制,使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。据图回答下列问题:
(1)图1表示植物叶肉细胞代谢的部分过程,该过程称为光合作用中的　　　　　阶段。叶肉细胞叶绿体的　　　　　　(填结构名称)上产生NADPH、ATP,其中NADPH既作为图1阶段中的　　　　,又提供能量。
(2)图2是适宜温度下测得的曲线,限制b点的主要环境因素是　　　　　　　。
(3)图2检测到的光合作用指标“CO2吸收量”不能表示植物光合作用实际消耗CO2的总量,原因是 　。
(4)在植物工厂中往往会提高白天的温度,降低夜间的温度,以增大昼夜温差来提高瓜果中有机物的含量,试分析其中包含的生物学原理: 　。
　　【答案】　(1)暗反应　类囊体薄膜　还原剂　(2)CO2浓度
(3)植物在进行光合作用的同时,还会进行呼吸作用,呼吸作用产生的CO2也会被光合作用固定　(4)增大昼夜温差,可使植物在白天光合作用旺盛,晚上呼吸作用微弱,有机物积累多
【解析】　(1)图1包括CO2的固定和C3的还原过程,这是光合作用的暗反应阶段。NADPH、ATP在光反应阶段产生,场所在叶绿体的类囊体薄膜上。NADPH既作为暗反应阶段中的还原剂,又提供能量。(2)b点已经达到光饱和,限制b点的主要环境因素是CO2浓度。(3)植物在进行光合作用的同时,还会进行呼吸作用,呼吸作用产生的CO2也会被光合作用固定,所以CO2吸收量不能表示植物光合作用实际消耗CO2的总量。(4)白天提高温度可以提高光合作用强度,增加有机物的积累,晚上降低温度可以降低呼吸作用,减少有机物的消耗,因此可使一天有机物积累更多。
二、光合作用与呼吸作用在物质与能量方面的联系
1.物质方面
C CO2(CH2O)C3H4O3 CO2
H H2ONADPH(CH2O) [H]H2O
O H2OO2H2OCO2(CH2O)
2.能量方面
光能ATP和NADPH中活跃的化学能(CH2O)等有机物中稳定的化学能热能和ATP中活跃的化学能。
3.对18O和14C的示踪分析
提供的 标记物 最先出现标 记物的物质 可能出现标记物的物质
18O2 H2O O2→H2O→CO2→C3→葡萄糖等有机物→丙酮酸→CO2……
O O2;H2O (蒸腾作用) (1)H2O→O2→H2O; (2)H2O→CO2→C3→葡萄糖等有机物→丙酮酸……
C18O2 C3 (1)CO2→C3→葡萄糖等有机物→丙酮酸…… (2)CO2→H2O→O2……
14CO2 C3 CO2→C3→葡萄糖等有机物→丙酮酸……
对点练3　下图表示某绿色植物在生长阶段内物质的转变情况,下列叙述正确的是(　　)。
A.④过程产生ATP最多,②过程能将光能转变为化学能储存在ATP中
B.进行②过程的CO2都来自大气,产生的有机物存在于液泡中
C.进行①过程的场所是类囊体薄膜
D.给植物浇O后,根细胞会产生少量C18O2,④过程不会产生O
　　【答案】　C
【解析】　图中①是光反应阶段,场所是叶绿体的类囊体薄膜;②是暗反应阶段,场所是叶绿体基质;③是有氧呼吸第一、二阶段,场所是细胞质基质和线粒体基质;④是有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜。①光反应阶段产生ATP,经②暗反应阶段合成有机物,活跃的化学能转变为稳定的化学能储存在有机物中,合成的有机物部分经③④过程产生ATP,故①③④中,①过程产生ATP最多,A错误;进行②过程的CO2来自大气和线粒体,在叶绿体基质中形成有机物,B错误;给植物浇O后,O参与有氧呼吸第二阶段生成C18O2,O在光反应阶段生成18O2,18O2参与过程④生成O,D错误。
三、呼吸速率、净光合速率和真正光合速率的测定
1.呼吸速率、净光合速率和真正光合速率的表示方法
(1)呼吸速率的表示方法:将植物置于黑暗环境中,测定单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
(2)净光合速率和真正光合速率
净光合 速率　 常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示
真正光 合速率 常用一定时间内O2产生量、CO2固定量(或消耗量)或有机物产生量(或制造量)表示
2.光合速率与呼吸速率的关系
图1表示光照强度与CO2的吸收速率的关系,图2表示线粒体与叶绿体的关系。
图1
图2
结合图2与图1中的曲线分析如下:
(1)图1中A点光照强度为0,只进行呼吸作用,与图2中乙对应。OA代表呼吸速率。
(2)图1中AB段由于光照强度较弱,光合速率小于呼吸速率,因此呼吸作用释放的CO2一部分被叶绿体吸收,另一部分释放出去,与图2中甲对应。
(3)图1中B点表示光合速率与呼吸速率相等,表现为既不吸收CO2也不释放CO2,与图2中丙对应。B点对应的光照强度为光补偿点。
(4)B点以后,由于光照强度继续增大,光合速率大于呼吸速率,呼吸作用释放的CO2不能够满足光合作用的需求,表现为从外界吸收CO2,与图2中丁对应;C点以后,光照强度再增加,光合速率不再增大,C点对应的光照强度称为光的饱和点;OD为净光合速率。
由以上分析可知,真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
对点练4　植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。下图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下,测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合速率。下列有关说法错误的是(　　)。
A.在a点所示条件下,该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只有线粒体
B.该环境下该植物叶片的呼吸速率是5 mg/(100 cm2叶·h)
C.在一昼夜中,将该植物叶片置于c点光照强度条件下11 h,其余时间置于黑暗中,则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D.已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,若将温度提高到30 ℃(原光照强度和CO2浓度不变),则图中b点将向右移,c点将向左下移动
　　【答案】　A
【解析】　在a点所示条件下,细胞只进行呼吸作用,产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体,A错误;a点的纵坐标表示呼吸速率,B正确;c点光照强度下,11 h光照每100 cm2叶片CO2净吸收量为11×10=110 mg,晚上每100 cm2叶片细胞呼吸释放CO2的量为13×5=65 mg,一昼夜每100 cm2叶片CO2净吸收量为45 mg,C正确;将温度提高到30 ℃,真正光合速率降低,呼吸速率增大,净光合速率降低,c点将向左下移,光补偿点(b点)将向右移,D正确。
对点练5　(不定项)以测定的CO2吸收速率与释放速率为指标,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.两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等
　　【答案】　A
【解析】　“光照下CO2的吸收”代表净光合速率,“黑暗中CO2的释放”代表呼吸速率。即35 ℃和30 ℃时真光合速率相等,在35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等,都是3+3.5=6.5 mg/(100 cm2叶·h),A正确;有机物积累量最多的温度为25 ℃,此时真光合速率约为2.25+3.75=6 mg/(100 cm2叶·h),此后真光合速率还在增加,B、C错误;两曲线的交点表示呼吸速率=净光合速率,或者说光合速率是呼吸速率的两倍,不代表二者相等,D错误。
3.实验法测定植物光合速率与呼吸速率
(1)液滴移动法
装置中溶液的作用 在测细胞呼吸速率时,NaOH溶液可吸收容器中的CO2;在测净光合速率时,NaHCO3溶液可提供CO2,保证了容器内CO2浓度的恒定
测定方法 ①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率 ②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率 ③根据呼吸速率和净光合速率可计算真正光合速率
物理误差的校正 为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,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对原实验结果进行校正
对点练6　下图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的实验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间,然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙述正确的是(　　)。
A.温度、CO2浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量
B.CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定
C.如果有色液滴向右移动,说明该植物不进行光合作用
D.如果有色液滴向左移动,说明该植物不进行光合作用
　　【答案】　B
【解析】　依题意可知,该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响,自变量是光照强度,因变量是光合作用强度,有色液滴的移动距离作为观测的指标,温度、CO2浓度等都是无关变量,A错误;CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定,B正确;有色液滴移动的距离是由装置内O2的变化量引起的,如果有色液滴向右移动,说明光合作用释放的O2量大于呼吸作用吸收的O2量,C错误;如果有色液滴向左移动,说明光合作用释放的O2量小于呼吸作用吸收的O2量,D错误。
(2)黑白瓶法
适用于浮游植物光合速率的测定,“黑瓶”不透光,可测定有氧呼吸速率,“白瓶”给予光照,可测定净光合速率。
对点练7　下表是利用黑白瓶(不透光瓶和可透光瓶)测定夏季某池塘同深度水体中初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(　　)。
水深/m 1 2 3 4
白瓶中O2浓度/(g/m3) +3 +1.5 0 -1
黑瓶中O2浓度/(g/m3) -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O2量为3 g/m3
B.水深2 m处白瓶中水生植物能进行水的光解和C3的还原
C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器有细胞质基质和线粒体
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】　B
【解析】　分析表格可知,白瓶透光,瓶内生物可进行光合作用和呼吸作用,黑瓶不透光,瓶内生物只能进行呼吸作用。在相同条件下培养一定时间,黑瓶中所测得的数据表示瓶内生物呼吸作用所消耗的O2量,为1.5 g/m3,白瓶中所测得的数据表示瓶内生物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值。水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2量为3+1.5=4.5 g/m3,A错误;水深2 m处白瓶中水生植物光合作用的光反应与暗反应都能够正常进行,故水的光解和C3的还原都能进行,B正确;水深3 m处白瓶中水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2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错误;水深4 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2量为-1+1.5=0.5 g/m3,即水生植物能进行光合作用,D错误。
(3)叶圆片称重法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,如下图所示,以有机物的变化量表示光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率=(z-y)/(2S)。
呼吸速率=(x-y)/(2S)。
总光合速率=(x+z-2y)/(2S)。
对点练8　下图表示测定某植物叶片质量变化情况(有机物的质量变化)的操作流程。该植物的呼吸速率可表示为　　/h,净光合速率可表示为　　　　/h。
　　【答案】　X　(Y+X)
【解析】　呼吸速率可用黑暗条件下单位时间内有机物的减少量来表示,即X/h;净光合速率可用光照条件下单位时间内有机物的积累量来表示,即(Y+X)/h。
(4)半叶法
将植物对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)留在光下进行光合作用,并采用适当方法阻止两部分叶片的物质和能量转移。一定时间(t)后在这两部分叶片的对应部位截取相同面积(S)的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB,则总光合速率为(MB-MA)/(S·t)。
对点练9　研究温度对光合作用与呼吸作用的影响时,采用“半叶法”对不同温度下的马铃薯植株叶片的光合速率进行测定,将A侧遮光,B侧照光,在适宜的光照强度下照射1小时后,分别在A、B两侧截取同等单位面积的叶片称出干重,实验结果如下表所示(光合速率的单位为mg/h)。请据此回答下列问题:
温度/℃ 10 15 20 25 30 35
MA(干重,mg) 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50
MB(干重,mg) 6.75 7.50 8.25 8.75 8.50 8.00
(1)根据表格数据分析,与30 ℃相比,35 ℃时的总光合速率　　　　(填“更大”、“更小”、“不变”或“不确定”),理由是　 。
(2)在昼夜不停的光照条件下,　　　　 ℃时该马铃薯叶片生长得相对最快,判断依据是　 　。
　　【答案】　(1)不变　MB-MA表示总光合速率,两者均为6.5 mg/h　(2)25　MB减去实验开始时的干重可表示叶片净光合速率,不同温度下,叶片在实验开始时的干重相同,所以MB值越大,净光合速率就越大,叶片生长的速度相对就越快
【解析】　(1)不同温度下,叶片在实验开始时的干重相同,设为a,则其呼吸速率为a-MA,净光合速率为MB-a,总光合速率为MB-a+a-MA=MB-MA。35 ℃时的总光合速率为8-1.5=6.5 mg/h,30 ℃时的总光合速率为8.5-2=6.5 mg/h。(2)叶片净光合速率为MB-a,其大小与MB成正相关,所以MB值越大,净光合速率就越大,叶片生长的速度相对就越快,故在25 ℃时该马铃薯叶片生长得相对最快。
四、光合曲线中关键点的移动问题
当外界条件(如温度、光照强度、CO2浓度等)改变时,相应曲线中的补偿点、饱和点等会发生移动。
1.光(CO2)补偿点的移动
(1)呼吸速率增加,其他条件不变时,光(CO2)补偿点应右移,反之左移。
(2)呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,光(CO2)补偿点应右移,反之左移。
2.光(CO2)饱和点的移动:相关条件的改变,使光合速率增大时,光(CO2)饱和点C点应右移(C'点右上移),反之左移(C'点左下移)。
3.阴生植物与阳生植物相比,光(CO2)补偿点和饱和点都应向左移动。
对点练10　已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃、30 ℃,下图表示该植物在25 ℃时净光合速率与光照强度的关系。若将温度调节到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变),从理论上讲,图中相应点的移动分别是(　　)。
A.a点上移,b点左移,m值上升
B.a点上移,b点左移,m值不变
C.a点下移,b点右移,m值下降
D.a点下移,b点右移,m值上升
　　【答案】　C
【解析】　该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃、30 ℃,当温度由25 ℃上升到30 ℃时,细胞呼吸强度增大,光合作用强度减小。a点表示细胞呼吸强度,故a点下移;b点表示光合作用强度等于细胞呼吸强度时的光照强度,要使光合作用强度仍然与细胞呼吸强度相等,需增大光照强度以使光合作用强度增大,故b点右移;m值代表最大净光合作用强度,由于升高温度,光合作用强度减小,细胞呼吸强度增大,故m值下降。综上所述,C符合题意。
五、经典曲线分析
1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
a点:凌晨2~4时,温度降低,呼吸作用减弱,CO2释放速率减小。
b点:上午6时左右,太阳出来,植物开始进行光合作用。
bc段:由于光照较弱,光合作用强度小于呼吸作用强度。
c点:上午7时左右,光合作用强度等于呼吸作用强度。
ce段:上午7时至下午6时左右,光合作用强度大于呼吸作用强度。
d点:光照强度过强,温度过高,为防止失水过多,气孔部分关闭,CO2吸收速率下降,出现“光合午休”现象。
e点:下午6时左右,光合作用强度等于呼吸作用强度。
ef段:光合作用强度小于呼吸作用强度,f点之后植物停止光合作用。
积累有机物时间段:ce段。
制造有机物时间段:bf段。
消耗有机物时间段:Og段。
一天中有机物积累最多的时间点:e点。
对点练11　8月下旬的校园内,甲、乙两株不同种植物 CO2 吸收速率的变化如下图,若按一昼夜进行统计,则下列说法正确的是(　　)。
A.a点之前,甲植株一直同时进行光合作用和呼吸作用
B.e点时,乙植株的有机物积累量达到最高
C.曲线b~c段和d~e段下降的原因相同
D.b~d段,观测到甲植株部分气孔保持关闭,可推测其拥有更为高效的光合系统
　　【答案】　D
【解析】　甲植株在a点时CO2吸收速率为0,说明此时的光合速率等于呼吸速率,a点之前光合速率小于呼吸速率或者只进行呼吸作用,A错误;在18时后,甲、乙两植物的光合速率开始小于呼吸速率,则有机物的积累量最多的时刻应为18时,e点时光合作用停止,B错误;图中曲线b~c段下降的主要原因是气孔部分关闭导致CO2吸收速率降低,d~e段下降的原因是光照强度减弱,光反应产生NADPH和ATP的速率减慢,C错误;b~d段,观测到甲植株部分气孔保持关闭,但甲的光合速率并没有减小,因此推测其拥有更为高效的光合系统,D正确。
2.密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线
项目 一昼夜CO2含量的变化曲线图(密闭容器中CO2变化状况) 一昼夜O2含量的变化曲线图(密闭容器中O2变化状况)
图示
曲线分析 C点、E点:光合作用强度=呼吸作用强度 CE段:CO2含量下降(O2含量上升),光合作用强度>呼吸作用强度 MC段和EN段:CO2含量上升(O2含量下降),光合作用强度<呼吸作用强度 光合作用开始于C点之前,结束于E点之后
如果N点低于M点 说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量增加 说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量减少
如果N点与M点一样高 说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量不变 说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量不变
对点练12　(不定项)将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后,测得容器内CO2和O2浓度相等(气体相对含量为1)。在天气晴朗的早上6时将该植物移至阳光下,日落后移动到暗室中,测量两种气体的相对含量,变化情况如图所示。下列分析错误的是(　　)。
A.10时和20时的光合作用强度与呼吸作用强度相等
B.10~16时有机物在不断积累
C.该植物体内17时的有机物积累量小于19时的有机物积累量
D.该植物从20时开始只进行无氧呼吸
　　【答案】　ACD
【解析】　分析曲线图:6~8时容器内的CO2含量上升,O2含量下降,说明此阶段呼吸作用强度大于光合作用强度;8~17时,CO2含量一直下降,O2含量一直上升,说明光合作用强度大于呼吸作用强度;超过17时,CO2含量开始上升,O2含量开始下降,说明光合作用强度小于呼吸作用强度。光合作用强度与呼吸作用强度相等的点是O2增加为0(或CO2减少为0)的点,即8时、17时,A错误;在10~16时,容器内的O2浓度上升,CO2浓度下降,说明此阶段光合作用强度大于呼吸作用强度,有机物不断积累,B正确;17时光合作用强度与呼吸作用强度相等,此时植物体内有机物积累量最大,日落后移动到暗室中,19时植物只进行呼吸作用,会消耗有机物,因此,该植物体内17时的有机物积累量大于19时的有机物积累量,C错误;20时以后,O2浓度继续减少,说明植物仍能进行有氧呼吸,D错误。
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