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第3课时　光合作用原理的应用
[学习目标]　1.通过构建模型分析影响光合作用的因素，形成利用科学的思维方法解决问题的习惯。2.主动关注光合作用原理在生产实践中的应用，培养社会责任感。
1．光合作用的强度
(1)概念：简单地说，就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)意义：直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。
2．探究光照强度对光合作用强度的影响的实验
3．影响光合作用强度的环境因素
(1)确定依据：根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——水、CO2，动力——光能，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
(2)举例分析：环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响CO2的供应量而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成和结构的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶活性的因素(如温度)，也是影响因子。
4．化能合成作用
(1)概念：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
(2)实例
硝化细菌
判断正误
(1)植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行(　　)
(2)能进行光合作用的生物是自养生物(　　)
(3)自养生物都是利用光能把无机物转变成有机物(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×
提示　(1)植物细胞在黑暗条件下只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用。(3)自养生物可以是光能自养，也可能是化能自养，都能把无机物转变成有机物。
任务：探究光照强度对光合作用强度的影响
1．本实验的自变量是什么？如何控制？
提示　本实验的自变量是光照强弱。通过调节光源与实验装置的距离来控制。
2．本实验的因变量是什么？检测指标是什么？
提示　本实验的因变量是光合作用强度。检测指标是相同时间内圆形小叶片浮起的数量。
3．水中圆形小叶片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉到水底的状况，原因及叶肉细胞的气体交换图分析如下：
(1)在黑暗情况下，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，所以叶片沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图：
(2)在弱光下，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，叶片仍然沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图：
(3)在中、强光下，叶片上浮，试分析其原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。
提示　光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多。
4．请在如图中绘制光照强度对光合作用强度的影响曲线。
提示　如图所示
　影响光合作用的因素及应用
(1)光照强度
光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。
①原理：光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段。
②曲线分析(如图所示)
在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，但当光照强度增加到一定值时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤)。
③生产应用
a．阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。
b．阴生植物的光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)和光饱和点(光合速率最大时所对应的最小光照强度)一般都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置。
(2)CO2浓度
①原理：影响暗反应阶段，制约C3化合物的生成。
②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′点都表示CO2饱和点(光合速率最大时所对应的最小CO2浓度)。
③应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合速率。
(3)温度
①原理：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。
②曲线分析
AB段：随着温度升高，光合作用强度逐渐增强。
B点：光合作用最适温度下的光合作用强度。
BC段：随着温度升高，光合作用强度逐渐减弱；温度过高时，酶变性失活，光合作用完全停止。
③应用：冬季温室栽培，白天可适当提高温度，晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
(4)光质
①原理：光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。
②应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。
(5)水分和无机盐
①原理：缺水时气孔导度下降，影响CO2进入叶肉细胞；叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出减慢。因此，植物体水分减少使光合速率下降。N是各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分；P是NADPH和ATP的重要组成成分；Mg是叶绿素的重要组成成分；K对光合产物的运输和转化起促进作用。
②应用：预防干旱，合理灌溉；合理施肥，由于肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，施肥的同时，往往需要适当的浇水。
(6)叶龄和叶面积
①叶龄
叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中的叶绿体逐渐增多，光合色素逐渐增加，光合作用速率不断增强。生长到一定程度，叶片面积和光合色素等达到稳定状态，光合作用速率也基本稳定。伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合作用速率下降。
②叶面积
随着叶面积指数的增大，进行光合作用和细胞呼吸的叶面积增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡，进行光合作用的叶面积不再增大，而进行细胞呼吸的叶面积仍在增大，从而使细胞呼吸有机物的消耗量大于光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。
③农业生产上的启示：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。
(7)多因子变量对光合速率的影响
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主要因子，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，增加光合作用所需酶的活性，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。
1．用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验，下列叙述不正确的是(　　)
A．离体的叶绿体中能合成糖类
B．碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳
C．烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验无糖类产生
D．灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度
答案　D
解析　灯与锥形瓶之间的距离，表示不同的光照强度，光照强度影响光合作用的强度，D错误。
2.影响绿色植物光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度、温度等，内部因素有酶的活性、色素的数量、C5的含量等。请据图分析，回答下列问题：
(1)如果横坐标代表光照强度，其影响光合速率主要是影响光合作用的________阶段，在最适温度下，当光合作用强度达到最大值时，此时内部限制性因素最可能是______________。若阴生植物的光合作用曲线为c，则阳生植物的光合作用曲线最可能是________。
(2)如果横坐标代表温度，温度主要通过影响__________来影响光合速率。
(3)如果横坐标代表CO2的浓度，其影响光合作用主要是影响________的产生，此时内部限制性因素最可能是________________。
答案　(1)光反应　色素的数量　a　(2)酶的活性　(3)C3　C5的含量
第1～8题，每题5分；第9～13题，每题6分，共70分。
题组一　探究光照强度对光合作用强度的影响
1．检查植物的光合作用速率是否增加的最有效的方法是检查(　　)
A．光合作用产生的水量
B．CO2的消耗量
C．植物体的叶绿素含量
D．植物体葡萄糖的氧化量
答案　B
解析　光合作用中既有水的消耗，又有水的产生，且植物体内水的消耗速率不易测量，A错误；通过测定CO2的消耗速率可以检测植物光合作用速率的变化情况，B正确；植物体内叶绿体中的叶绿素含量变化不易测定，C错误；葡萄糖的氧化量代表细胞呼吸的大小，不是光合作用的大小，D错误。
2．下列关于探究光照强度对光合速率的影响实验的叙述，错误的是(　　)
A．实验过程中注射器的作用是排除小圆片内的气体
B．可以通过观察同一时间段内各实验装置中圆形小叶浮起的数量
C．实验的自变量是光照强度，可在相同的距离下放置不同瓦数的灯泡
D．如果升高环境温度，小圆片上浮时间会缩短
答案　D
解析　如果升高环境温度，有可能会使酶的活性下降而导致光合速率下降，小圆片上浮时间会延长，D错误。
3．图甲表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图甲在图乙中的位置(　　)
A．AB之间 B．BC之间
C．C点以后 D．B点
答案　A
解析　从图甲可以看出，线粒体产生的CO2除了供给叶绿体，还释放出一部分，说明细胞呼吸强度大于光合作用强度。分析图乙，AB段光合作用速率小于细胞呼吸速率，因此图甲位于图乙的AB之间。
4．图甲所示为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用注射器抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的 NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(如图乙)，以研究光合作用速率与 NaHCO3 溶液浓度的关系。下列有关分析正确的是(　　)
A．在ab段，随着 NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B．在bc段，单独增加光照、提高温度或提高CO2浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间
C．因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行细胞呼吸
D．在c点以后，因 NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
答案　D
解析　据图分析可知，在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增强，释放的O2量增多，叶圆片上浮至液面所用的平均时间减少，A错误；在bc段，已经达到CO2饱和点，此时限制光合作用的因素不再是CO2浓度，单独增加CO2浓度，不能缩短叶圆片上浮的时间，因不知在实验过程中是否提供最适光照强度和温度，所以在bc段，单独增加光照或提高温度，不一定可以缩短叶圆片上浮的时间，B错误；配制的NaHCO3溶液中不含O2，随着光合作用的进行，叶圆片会释放O2，所以整个实验过程中叶圆片能进行细胞呼吸，C错误；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降，产生O2量减少，叶圆片上浮至液面所用的平均时间增加，D正确。
题组二　影响光合作用强度的因素
5.如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图叙述错误的是(　　)
A．ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度
B．bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭，二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降
C．de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D．从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
答案　C
解析　de段随着时间的递增，光照强度逐渐减弱，导致光合作用强度逐渐降低，即de段光合作用强度变化的主要原因是光照强度减弱，C错误。
6．(2024·哈尔滨高一校考)如图表示在不同光照强度下某植物叶片进行光合作用的O2释放量。下列相关叙述错误的是(　　)
A．释放的O2是在叶绿体类囊体薄膜上产生的
B．光照强度为15 klx时，光合作用1 h产生的O2量大约是200 mL
C．在光照强度为5～20 klx时，随着光照强度增加，植物叶肉细胞中只有光反应的速率变大
D．当光照强度大于25 klx时，制约O2释放速率的环境因素可能是CO2浓度
答案　C
解析　在光照强度为5～20 klx时，植物的光合速率随着光照增强而增加，此时植物叶肉细胞中光反应和暗反应的速率都变大，C错误。
7．如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况。除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析正确的是(　　)
A．图甲中a点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
B．图乙中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量多
C．图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度和光照强度
D．图丙中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
答案　A
解析　图甲中a点时光合速率不再增大，限制因素可能是叶绿体中色素的含量，A正确；图乙中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量少，B错误；图中M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度和温度，C错误；图丙中，随着温度的升高，光合速率提高，超过一定范围，光合速率将下降，D错误。
8．光合作用强度受环境因素的影响，车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C．CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小
D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
答案　D
解析　由题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，最适温度约为25 ℃，当CO2浓度为370 μL·L－1时，最适温度约为30 ℃，当CO2浓度为1 000 μL·L－1时，最适温度大于30 ℃，表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度的升高变化不大，C正确；由题图可知，10 ℃条件下，CO2浓度为370 μL·L－1和100 μL·L－1时，光合速率基本相同，推测10 ℃条件下，光合速率不会随CO2浓度的升高持续提高，D错误。
9．如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是(　　)
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
答案　D
解析　光合作用具有最适温度，在最适温度下净光合速率最高，高于或低于该温度净光合速率均有所下降，因此不能确定甲、乙两条曲线温度的高低，A错误；横坐标是温度，则随着温度的升高净光合速率会表现为先升高后降低的趋势，B错误；色素主要吸收红光和蓝紫光，即净光合速率与光波长没有正相关的关系，并且不能确定两条曲线的温度大小，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的CO2有利于光合作用的进行，因此甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度，D正确。
10．在严寒的冬天，利用温室进行蔬菜种植，可以提高经济效益，但需要调节好温室的光照、湿度、气体和温度，以提高产品的产量，下列措施及方法正确的有(　　)
①由于温室内外温差大，在温室薄膜(或玻璃)上结成一层水膜，要及时擦干，以防止透光率降低　②适当增加光照，以弥补冬季阳光的不足　③尽量增加空气湿度，以降低植物的蒸腾作用　④向温室内定期施放二氧化碳气体，以增加光合作用强度　⑤向温室内定期施放氧气，以降低细胞呼吸强度　⑥如遇持续的阴雨天气，白天不宜过多升高温室温度，仍保持昼夜温差
A．①②③④ B．①②③⑤
C．①②④⑤ D．①②④⑥
答案　D
解析　水膜会影响透光率，降低温室内的光照强度，从而降低光合速率，①正确；增加光照可以提高光合速率，弥补冬季阳光的不足，②正确；植物进行蒸腾作用可以调节体内温度和促进物质的运输，所以过分降低植物的蒸腾作用对植物自身的生长发育不利，③错误；施放二氧化碳气体可以提高光合作用暗反应的速率，从而提高光合作用强度，④正确；施放氧气，会提高植物的有氧呼吸强度，消耗有机物，⑤错误；持续的阴雨天气，植物的光合作用强度不高，升高温室温度会提高植物的细胞呼吸强度，消耗更多的有机物，使植物有机物的积累量下降，保持昼夜温差，减少夜间的呼吸消耗，有助于植物积累有机物，⑥正确。
11．(2023·北京东城区高一期末)在适宜光照和温度条件下，给豌豆植株供应14CO2，测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的相对含量，结果如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．14C会出现在C3、葡萄糖等有机物中
B．a→b，叶肉细胞不断吸收CO2
C．b→c，叶片的光合速率等于细胞呼吸速率
D．b→c，叶肉细胞的光合速率不再增加
答案　C
解析　CO2是暗反应的反应物，暗反应过程包括CO2的固定和C3的还原，因此给豌豆植株供应14CO2，14C会出现在C3、葡萄糖等有机物中，A正确；据图分析，a→b，C5的相对含量逐渐减小，而C5与CO2结合生成C3，因此该段叶肉细胞不断吸收CO2，B正确；b→c，叶片叶肉细胞间的CO2浓度较高，C5含量维持基本不变，表示达到了CO2饱和点，此时光合速率大于细胞呼吸速率，C错误；据图可知，b→c，达到了CO2饱和点，叶肉细胞的光合速率不再增加，D正确。
12．(2024·泰安高一期末)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置，氧气传感器可监测 O2浓度的变化。下列叙述错误的是(　　)
A．该实验探究不同单色光对光合作用强度的影响
B．加入 NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的 CO2
C．拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的 O2浓度高于单色光下的O2浓度
D．若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
答案　B
解析　自然光经滤光片处理可得到单色光，故该实验可探究不同单色光对光合作用强度的影响，A正确；加入NaHCO3溶液是为密闭装置提供光合作用需要的CO2，B错误；相同条件下，自然光下比单色光下的光合作用强度大，因此拆去滤光片，单位时间内，氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下的O2浓度，C正确；若将此装置放在黑暗处，金鱼藻只进行细胞呼吸，氧气传感器可测出O2的消耗情况，从而测定金鱼藻的细胞呼吸强度，D正确。
13．(2024·达州高一检测)为探究影响光合速率的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A．此实验共有两个自变量：光照强度和施肥情况
B．d点比b点CO2吸收量高，原因是光照强度大
C．在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显
D．制约c点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
答案　A
解析　本实验有光照强度、施肥情况、土壤含水量三个自变量，A错误；c点土壤含水量较少，光合作用强度较低，增大土壤含水量可提高其CO2吸收量，因此c点条件下限制玉米光合作用强度的主要因素是土壤含水量，D正确。
14．(16分)(2024·枣庄高一期末)如图1为大豆叶肉细胞中某生理过程图解。PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质与光合色素组成的两个光系统，A、B、C、D代表不同的物质。回答下列问题：
(1)图中的磷脂双分子层构成的膜属于________________的膜。若经提取后需要分离膜上的光合色素，需要使用的试剂是________。图中物质A表示________________，物质D表示______。
(2)CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花为实验材料，分别进行三种不同实验处理：甲组提供大气CO2浓度(375 μmol·mol－1)，乙组提供CO2浓度倍增环境(750 μmol·mol－1)，丙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60 d，测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应，选择晴天上午测定各组的光合作用速率，结果如图2所示。回答下列问题：
①随着CO2浓度增加，几种作物的光合作用速率增大，出现这种变化的原因是__________________________；在CO2浓度倍增条件下，几种作物的光合作用速率并未倍增，此时限制光合作用速率增加的内在因素可能是____________________(答出1点即可)。
②丙组的光合作用速率比甲组____，其原因可能是作物长期处于高浓度CO2环境中而____________了固定CO2的酶的活性或含量。
答案　(1)类囊体(或叶绿体基粒)　层析液　NADPH(或还原型辅酶Ⅱ)　ATP　(2)①CO2浓度增加导致暗反应速率加快　细胞内酶的数量(或色素的含量)　②低　降低(或抑制)
解析　(1)图中磷脂双分子层构成的膜属于类囊体(或叶绿体基粒)的膜，通常用层析液分离膜上的光合色素，图示的光合作用过程包括光反应阶段和暗反应阶段，水光解产生O2和H＋，光反应还产生了NADPH和ATP，用于暗反应阶段C3的还原过程，所以A为NADPH，D为ATP。(2)①CO2是光合作用(暗反应阶段)的原料，在光照充足的情况下，在一定范围内，CO2浓度越高，暗反应速率越快，光合作用速率也越快。②丙组在CO2浓度倍增环境中培养了60 d，测定前一周恢复为大气CO2浓度，但是其光合速率低于甲组(提供的是大气CO2浓度)，可能的原因是作物长期处于CO2浓度倍增环境中使得作物固定CO2的酶的活性或含量降低，当恢复大气CO2浓度后，已降低的酶活性未能恢复，因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率。
15．(14分)夏日晴天的中午，高温、低湿常引起植物光合速率下降，称为“光合午休”。科研人员以小麦为实验材料，研究了温度和湿度对小麦“光合午休”的影响，实验处理及结果如表所示。分析回答下列问题：
组别 实验条件 实验结果
温度(℃) 空气相对湿度(%) 光合速率/(mgCO2·dm－2·h－1)
1 37 18 10.7
2 37 26 15.8
3 37 50 21.8
4 30 50 24.2
5 25 50 21.7
(1)小麦捕获光能的色素分布在________________________，具体地说，色素吸收的光能用于光反应中________________________，色素含量下降还会间接影响____________过程。
(2)根据实验结果可以判断，导致小麦“光合午休”现象出现的最主要因素是________(填“温度”“湿度”或“温度和湿度”)。
(3)比较________组的数据可以看出，温度过高会导致小麦光合速率降低。为进一步确定空气相对湿度为50%时该小麦光合作用的最适温度，设计的实验思路应是_______________。
(4)与大水漫灌相比，在生产实践中采用喷灌方式不仅节水，而且能有效消除作物的“光合午休”现象，原因是____________________________________________________________。
答案　(1)叶绿体类囊体薄膜　ATP 的合成和水的光解　C3的还原　(2)湿度　(3)3和4　在25～37 ℃范围内，设置更小的温度梯度进行实验　(4)喷灌可以明显地提高空气相对湿度，降低空气温度，从而提高光合速率(共69张PPT)
第3课时
光合作用原理的应用
第5章　细胞的能量供应和利用
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学习目标
1.通过构建模型分析影响光合作用的因素，形成利用科学的思维方法解决问题的习惯。
2.主动关注光合作用原理在生产实践中的应用，培养社会责任感。
1.光合作用的强度
(1)概念：简单地说，就是指植物在 内通过光合作用_________
。
(2)意义：直接关系 ，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。
梳理　教材新知
单位时间
制造糖类
的数量
农作物的产量
2.探究光照强度对光合作用强度的影响的实验
下沉
氧气
上浮
多
强、中、弱
数量
多
不断增强
3.影响光合作用强度的环境因素
(1)确定依据：根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——
，动力—— ，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
(2)举例分析：环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响_______
而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的 的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响 的因素(如温度)，也是影响因子。
水、CO2
光能
CO2的
供应量
形成和结构
酶活性
4.化能合成作用
(1)概念：利用体外环境中的某些 氧化时所释放的能量来制造
的合成作用。
(2)实例
硝化细菌
能量来源：将 释放的能量
反应物：______________
产物：______
无机物
有机物
氨氧化成硝酸
水和二氧化碳
糖类
(1)植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行(　　)
(2)能进行光合作用的生物是自养生物(　　)
(3)自养生物都是利用光能把无机物转变成有机物(　　)
×
×
提示　植物细胞在黑暗条件下只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用。
提示　自养生物可以是光能自养，也可能是化能自养，都能把无机物转变成有机物。
√
任务：探究光照强度对光合作用强度的影响
1.本实验的自变量是什么？如何控制？
探究　核心知识
提示　本实验的自变量是光照强弱。通过调节光源与实验装置的距离来控制。
2.本实验的因变量是什么？检测指标是什么？
提示　本实验的因变量是光合作用强度。检测指标是相同时间内圆形小叶片浮起的数量。
3.水中圆形小叶片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉到水底的状况，原因及叶肉细胞的气体交换图分析如下：
(1)在黑暗情况下，植物叶片 ，吸收
，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉到
水底。叶肉细胞气体交换图如图：
(2)在弱光下，此时的光合作用强度___________
细胞呼吸强度，叶片中仍然没有足够的氧气，
叶片仍然沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图：
只进行细胞呼吸
氧气
小于或等于
(3)在中、强光下，叶片上浮，试分析其原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。
提示　光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多。
4.请在如图中绘制光照强度对光合作用强度的影响曲线。
提示　如图所示
核心归纳
(1)光照强度
光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。
①原理：光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段。
②曲线分析(如图所示)
影响光合作用的因素及应用
核心归纳
在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，但当光照强度增加到一定值时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤)。
核心归纳
③生产应用
a.阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。
b.阴生植物的光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)和光饱和点(光合速率最大时所对应的最小光照强度)一般都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置。
核心归纳
(2)CO2浓度
①原理：影响暗反应阶段，制约C3化合物的生成。
②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′点都表示
CO2饱和点(光合速率最大时所对应的最小CO2浓度)。
③应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、
增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合速率。
核心归纳
(3)温度
①原理：温度主要通过影响与光合作用有关酶
的活性而影响光合速率。
②曲线分析
AB段：随着温度升高，光合作用强度逐渐增强。
B点：光合作用最适温度下的光合作用强度。
BC段：随着温度升高，光合作用强度逐渐减弱；温度过高时，酶变性失活，光合作用完全停止。
核心归纳
③应用：冬季温室栽培，白天可适当提高温度，晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
核心归纳
(4)光质
①原理：光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。
②应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。
核心归纳
(5)水分和无机盐
①原理：缺水时气孔导度下降，影响CO2进入叶肉细胞；叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出减慢。因此，植物体水分减少使光合速率下降。N是各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分；P是NADPH和ATP的重要组成成分；Mg是叶绿素的重要组成成分；K对光合产物的运输和转化起促进作用。
②应用：预防干旱，合理灌溉；合理施肥，由于肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，施肥的同时，往往需要适当的浇水。
核心归纳
(6)叶龄和叶面积
①叶龄
叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中的叶绿体逐渐增多，光合色素逐渐增加，光合作用速率不断增强。生长到一定程度，叶片面积和光合色素等达到稳定状态，光合作用速率也基本稳定。伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合作用速率下降。
核心归纳
②叶面积
随着叶面积指数的增大，进行光合作用和细胞呼吸的叶面积增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡，进行光合作用的叶面积不再增大，而进行细胞呼吸的叶面积仍在增大，从而使细胞呼吸有机物的消耗量大于光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。
核心归纳
③农业生产上的启示：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。
核心归纳
(7)多因子变量对光合速率的影响
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主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
核心归纳
②应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，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。
1.用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验，下列叙述不正确的是
A.离体的叶绿体中能合成糖类
B.碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳
C.烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验
无糖类产生
D.灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度
√
落实　思维方法
灯与锥形瓶之间的距离，表示不同的光照强度，光照强度影响光合作用的强度，D错误。
2.影响绿色植物光合作用的外界因素有光照强度、
CO2浓度、温度等，内部因素有酶的活性、色素的
数量、C5的含量等。请据图分析，回答下列问题：
(1)如果横坐标代表光照强度，其影响光合速率主要是影响光合作用的________阶段，在最适温度下，当光合作用强度达到最大值时，此时内部限制性因素最可能是____________。若阴生植物的光合作用曲线为c，则阳生植物的光合作用曲线最可能是___。
(2)如果横坐标代表温度，温度主要通过影响_________来影响光合速率。
(3)如果横坐标代表CO2的浓度，其影响光合作用主要是影响____的产生，此时内部限制性因素最可能是__________。
光反应
色素的数量
a
酶的活性
C3
C5的含量
网络构建
课时对点练
题组一　探究光照强度对光合作用强度的影响
1.检查植物的光合作用速率是否增加的最有效的方法是检查
A.光合作用产生的水量 B.CO2的消耗量
C.植物体的叶绿素含量 D.植物体葡萄糖的氧化量
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光合作用中既有水的消耗，又有水的产生，且植物体内水的消耗速率不易测量，A错误；
通过测定CO2的消耗速率可以检测植物光合作用速率的变化情况，B正确；
植物体内叶绿体中的叶绿素含量变化不易测定，C错误；
葡萄糖的氧化量代表细胞呼吸的大小，不是光合作用的大小，D错误。
2.下列关于探究光照强度对光合速率的影响实验的叙述，错误的是
A.实验过程中注射器的作用是排除小圆片内的气体
B.可以通过观察同一时间段内各实验装置中圆形小叶浮起的数量
C.实验的自变量是光照强度，可在相同的距离下放置不同瓦数的灯泡
D.如果升高环境温度，小圆片上浮时间会缩短
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如果升高环境温度，有可能会使酶的活性下降而导致光合速率下降，小圆片上浮时间会延长，D错误。
3.图甲表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图甲在图乙中的位置
A.AB之间 B.BC之间
C.C点以后 D.B点
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从图甲可以看出，线粒体产生的CO2除了供给叶绿体，还释放出一部分，说明细胞呼吸强度大于光合作用强度。分析图乙，AB段光合作用速率小于细胞呼吸速率，因此图甲位于图乙的AB之间。
4.图甲所示为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用注射器抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的 NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(如图乙)，以研究光合作用速率与NaHCO3 溶液浓度的关系。下列有关分析正确的是
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A.在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的
增加，光合作用速率逐渐减小
B.在bc段，单独增加光照、提高温度
或提高CO2浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间
C.因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行
细胞呼吸
D.在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水
平下降
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据图分析可知，在ab段，随着NaHCO3
溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增
强，释放的O2量增多，叶圆片上浮至液
面所用的平均时间减少，A错误；
在bc段，已经达到CO2饱和点，此时限制光合作用的因素不再是CO2浓度，单独增加CO2浓度，不能缩短叶圆片上浮的时间，因不知在实验过程中是否提供最适光照强度和温度，所以在bc段，单独增加光照或提高温度，不一定可以缩短叶圆片上浮的时间，B错误；
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配制的NaHCO3溶液中不含O2，随着
光合作用的进行，叶圆片会释放O2，
所以整个实验过程中叶圆片能进行细
胞呼吸，C错误；
在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降，产生O2量减少，叶圆片上浮至液面所用的平均时间增加，D正确。
题组二　影响光合作用强度的因素
5.如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图叙述错误的是
A.ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度
B.bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭，二氧
化碳吸收量减少，暗反应速率下降
C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
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de段随着时间的递增，光照强度逐渐减弱，导致光合作用强度逐渐降低，即de段光合作用强度变化的主要原因是光照强度减弱，C错误。
6.(2024·哈尔滨高一校考)如图表示在不同光照强度下某植物叶片进行光合作用的O2释放量。下列相关叙述错误的是
A.释放的O2是在叶绿体类囊体薄膜上产生的
B.光照强度为15 klx时，光合作用1 h产生的O2
量大约是200 mL
C.在光照强度为5～20 klx时，随着光照强度增加，植物叶肉细胞中只有
光反应的速率变大
D.当光照强度大于25 klx时，制约O2释放速率的环境因素可能是CO2浓度
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在光照强度为5～20 klx时，植物的光合速率随着光照增强而增加，此时植物叶肉细胞中光反应和暗反应的速率都变大，C错误。
7.如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况。除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析正确的是
A.图甲中a点的限制因素可能是叶绿体
中色素的含量
B.图乙中c点与d点相比，相同时间内c
点叶肉细胞中C3的消耗量多
C.图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度和光照强度
D.图丙中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
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图甲中a点时光合速率不再增大，
限制因素可能是叶绿体中色素的
含量，A正确；
图乙中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量少，B错误；
图中M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度和温度，C错误；
图丙中，随着温度的升高，光合速率提高，超过一定范围，光合速率将下降，D错误。
8.光合作用强度受环境因素的影响，车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析，下列叙述错误的是
A.低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B.在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用
最适温度升高
C.CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影
响小
D.10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
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由题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，最适
温度约为25 ℃，当CO2浓度为370 μL·L－1时，最
适温度约为30 ℃，当CO2浓度为1 000 μL·L－1时，
最适温度大于30 ℃，表明在一定范围内，CO2
浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；
当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度的升高变化不大，C正确；
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由题图可知，10 ℃条件下，CO2浓度为370 μL·
L－1和100 μL·L－1时，光合速率基本相同，推测10 ℃条件下，光合速率不会随CO2浓度的升高持续提高，D错误。
9.如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是
A.横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示
较低温度
B.横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示
较低CO2浓度
C.横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
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光合作用具有最适温度，在最适温度下净光合速
率最高，高于或低于该温度净光合速率均有所下
降，因此不能确定甲、乙两条曲线温度的高低，
A错误；
横坐标是温度，则随着温度的升高净光合速率会表现为先升高后降低的趋势，B错误；
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色素主要吸收红光和蓝紫光，即净光合速率与
光波长没有正相关的关系，并且不能确定两条
曲线的温度大小，C错误；
若横坐标是光照强度，较高浓度的CO2有利于
光合作用的进行，因此甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度，D正确。
10.在严寒的冬天，利用温室进行蔬菜种植，可以提高经济效益，但需要调节好温室的光照、湿度、气体和温度，以提高产品的产量，下列措施及方法正确的有
①由于温室内外温差大，在温室薄膜(或玻璃)上结成一层水膜，要及时擦干，以防止透光率降低　②适当增加光照，以弥补冬季阳光的不足　③尽量增加空气湿度，以降低植物的蒸腾作用　④向温室内定期施放二氧化碳气体，以增加光合作用强度　⑤向温室内定期施放氧气，以降低细胞呼吸强度　⑥如遇持续的阴雨天气，白天不宜过多升高温室温度，仍保持昼夜温差
A.①②③④ B.①②③⑤
C.①②④⑤ D.①②④⑥
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水膜会影响透光率，降低温室内的光照强度，从而降低光合速率，①正确；增加光照可以提高光合速率，弥补冬季阳光的不足，②正确；植物进行蒸腾作用可以调节体内温度和促进物质的运输，所以过分降低植物的蒸腾作用对植物自身的生长发育不利，③错误；施放二氧化碳气体可以提高光合作用暗反应的速率，从而提高光合作用强度，④正确；施放氧气，会提高植物的有氧呼吸强度，消耗有机物，⑤错误；持续的阴雨天气，植物的光合作用强度不高，升高温室温度会提高植物的细胞呼吸强度，消耗更多的有机物，使植物有机物的积累量下降，保持昼夜温差，减少夜间的呼吸消耗，有助于植物积累有机物，⑥正确。
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11.(2023·北京东城区高一期末)在适宜光照和温度条件下，给豌豆植株供应14CO2，测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的相对含量，结果如图所示。下列叙述错误的是
A.14C会出现在C3、葡萄糖等有机物中
B.a→b，叶肉细胞不断吸收CO2
C.b→c，叶片的光合速率等于细胞呼吸速率
D.b→c，叶肉细胞的光合速率不再增加
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CO2是暗反应的反应物，暗反应过程包括
CO2的固定和C3的还原，因此给豌豆植株
供应14CO2，14C会出现在C3、葡萄糖等有
机物中，A正确；
据图分析，a→b，C5的相对含量逐渐减小，
而C5与CO2结合生成C3，因此该段叶肉细胞不断吸收CO2，B正确；
b→c，叶片叶肉细胞间的CO2浓度较高，C5含量维持基本不变，表示达到了CO2饱和点，此时光合速率大于细胞呼吸速率，C错误；
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据图可知，b→c，达到了CO2饱和点，叶肉细胞的光合速率不再增加，D正确。
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12.(2024·泰安高一期末)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置，氧气传感器可监测O2浓度的变化。下列叙述错误的是
A.该实验探究不同单色光对光合作用强度的影响
B.加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的
CO2
C.拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的O2
浓度高于单色光下的O2浓度
D.若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
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自然光经滤光片处理可得到单色光，故该实
验可探究不同单色光对光合作用强度的影响，
A正确；
加入NaHCO3溶液是为密闭装置提供光合作用需要的CO2，B错误；
相同条件下，自然光下比单色光下的光合作用强度大，因此拆去滤光片，单位时间内，氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下的O2浓度，C正确；
若将此装置放在黑暗处，金鱼藻只进行细胞呼吸，氧气传感器可测出O2的消耗情况，从而测定金鱼藻的细胞呼吸强度，D正确。
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13.(2024·达州高一检测)为探究影响光合速率的因素，将同一品种玉米苗置于
25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是
A.此实验共有两个自变量：光照强度和施肥情况
B.d点比b点CO2吸收量高，原因是光照强度大
C.在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显
D.制约c点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
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本实验有光照强度、施肥情况、土壤含水
量三个自变量，A错误；
c点土壤含水量较少，光合作用强度较低，
增大土壤含水量可提高其CO2吸收量，因
此c点条件下限制玉米光合作用强度的主要因素是土壤含水量，D正确。
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14.(2024·枣庄高一期末)如图1为大豆叶肉细胞
中某生理过程图解。PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质与
光合色素组成的两个光系统，A、B、C、D代
表不同的物质。回答下列问题：
(1)图中的磷脂双分子层构成的膜属于_______
______________的膜。若经提取后需要分离膜上的光合色素，需要使用的试剂是________。图中物质A表示________________________，物质D表示_____。
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类囊体
(或叶绿体基粒)
层析液
NADPH(或还原型辅酶Ⅱ)
ATP
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图中磷脂双分子层构成的膜属于类囊体
(或叶绿体基粒)的膜，通常用层析液分离
膜上的光合色素，图示的光合作用过程包
括光反应阶段和暗反应阶段，水光解产生
O2和H＋，光反应还产生了NADPH和ATP，用于暗反应阶段C3的还原过程，所以A为NADPH，D为ATP。
(2)CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。
研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花为实
验材料，分别进行三种不同实验处理：甲组提供
大气CO2浓度(375 μmol·mol－1)，乙组提供CO2浓
度倍增环境(750 μmol·mol－1)，丙组先在CO2浓度
倍增的环境中培养60 d，测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应，选择晴天上午测定各组的光合作用速率，结果如图2所示。回答下列问题：
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①随着CO2浓度增加，几种作物的光合作用速率
增大，出现这种变化的原因是_______________
_________________；在CO2浓度倍增条件下，几
种作物的光合作用速率并未倍增，此时限制光合
作用速率增加的内在因素可能是___________________________(答出1点即可)。
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CO2浓度增加导
致暗反应速率加快
细胞内酶的数量(或色素的含量)
CO2是光合作用(暗反应阶段)的原料，在光照充足的情况下，在一定范围内，CO2浓度越高，暗反应速率越快，光合作用速率也越快。
②丙组的光合作用速率比甲组____，其原因可能是作物长期处于高浓度CO2环境中而_______
_________了固定CO2的酶的活性或含量。
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低
降低
(或抑制)
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12
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14
15
丙组在CO2浓度倍增环境中培养了60 d，测
定前一周恢复为大气CO2浓度，但是其光合
速率低于甲组(提供的是大气CO2浓度)，可
能的原因是作物长期处于CO2浓度倍增环境
中使得作物固定CO2的酶的活性或含量降低，当恢复大气CO2浓度后，已降低的酶活性未能恢复，因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率。
15.夏日晴天的中午，高温、低湿常引起植物光合速率下降，称为“光合午休”。科研人员以小麦为实验材料，研究了温度和湿度对小麦“光合午休”的影响，实验处理及结果如表所示。分析回答下列问题：
1
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3
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组别 实验条件 实验结果
温度(℃) 空气相对湿度(%) 光合速率/(mgCO2·dm－2·h－1)
1 37 18 10.7
2 37 26 15.8
3 37 50 21.8
4 30 50 24.2
5 25 50 21.7
(1)小麦捕获光能的色素分布在__________________，具体地说，色素吸收的光能用于光反应中_____________________，色素含量下降还会间接影响__________过程。
(2)根据实验结果可以判断，导致小麦“光合午休”现象出现的最主要因素是_____(填“温度”“湿度”或“温度和湿度”)。
(3)比较______组的数据可以看出，温度过高会导致小麦光合速率降低。为进一步确定空气相对湿度为50%时该小麦光合作用的最适温度，设计的实验思路应是_______________________________________________。
1
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3
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叶绿体类囊体薄膜
ATP的合成和水的光解
C3的还原
湿度
3和4
在25～37 ℃范围内，设置更小的温度梯度进行实验
(4)与大水漫灌相比，在生产实践中采用喷灌方式不仅节水，而且能有效消除作物的“光合午休”现象，原因是________________________________
________________________________。
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喷灌可以明显地提高空气相对湿度，降低空气温度，从而提高光合速率第3课时　光合作用原理的应用
[学习目标]　1.通过构建模型分析影响光合作用的因素，形成利用科学的思维方法解决问题的习惯。2.主动关注光合作用原理在生产实践中的应用，培养社会责任感。
1．光合作用的强度
(1)概念：简单地说，就是指植物在______________内通过光合作用______________。
(2)意义：直接关系____________________，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。
2．探究光照强度对光合作用强度的影响的实验
3．影响光合作用强度的环境因素
(1)确定依据：根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——____________，动力——________，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
(2)举例分析：环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响____________而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的__________的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响________的因素(如温度)，也是影响因子。
4．化能合成作用
(1)概念：利用体外环境中的某些________氧化时所释放的能量来制造________的合成作用。
(2)实例
硝化细菌
判断正误
(1)植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行(　　)
(2)能进行光合作用的生物是自养生物(　　)
(3)自养生物都是利用光能把无机物转变成有机物(　　)
任务：探究光照强度对光合作用强度的影响
1．本实验的自变量是什么？如何控制？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．本实验的因变量是什么？检测指标是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．水中圆形小叶片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉到水底的状况，原因及叶肉细胞的气体交换图分析如下：
(1)在黑暗情况下，植物叶片______________，吸收________，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图：
(2)在弱光下，此时的光合作用强度____________细胞呼吸强度，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图：
(3)在中、强光下，叶片上浮，试分析其原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
4．请在如图中绘制光照强度对光合作用强度的影响曲线。
　影响光合作用的因素及应用
(1)光照强度
光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。
①原理：光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段。
②曲线分析(如图所示)
在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，但当光照强度增加到一定值时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤)。
③生产应用
a．阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。
b．阴生植物的光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)和光饱和点(光合速率最大时所对应的最小光照强度)一般都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置。
(2)CO2浓度
①原理：影响暗反应阶段，制约C3化合物的生成。
②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′点都表示CO2饱和点(光合速率最大时所对应的最小CO2浓度)。
③应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合速率。
(3)温度
①原理：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。
②曲线分析
AB段：随着温度升高，光合作用强度逐渐增强。
B点：光合作用最适温度下的光合作用强度。
BC段：随着温度升高，光合作用强度逐渐减弱；温度过高时，酶变性失活，光合作用完全停止。
③应用：冬季温室栽培，白天可适当提高温度，晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
(4)光质
①原理：光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。
②应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。
(5)水分和无机盐
①原理：缺水时气孔导度下降，影响CO2进入叶肉细胞；叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出减慢。因此，植物体水分减少使光合速率下降。N是各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分；P是NADPH和ATP的重要组成成分；Mg是叶绿素的重要组成成分；K对光合产物的运输和转化起促进作用。
②应用：预防干旱，合理灌溉；合理施肥，由于肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，施肥的同时，往往需要适当的浇水。
(6)叶龄和叶面积
①叶龄
叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中的叶绿体逐渐增多，光合色素逐渐增加，光合作用速率不断增强。生长到一定程度，叶片面积和光合色素等达到稳定状态，光合作用速率也基本稳定。伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合作用速率下降。
②叶面积
随着叶面积指数的增大，进行光合作用和细胞呼吸的叶面积增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡，进行光合作用的叶面积不再增大，而进行细胞呼吸的叶面积仍在增大，从而使细胞呼吸有机物的消耗量大于光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。
③农业生产上的启示：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。
(7)多因子变量对光合速率的影响
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主要因子，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，增加光合作用所需酶的活性，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。
1．用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验，下列叙述不正确的是(　　)
A．离体的叶绿体中能合成糖类
B．碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳
C．烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验无糖类产生
D．灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度
2.影响绿色植物光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度、温度等，内部因素有酶的活性、色素的数量、C5的含量等。请据图分析，回答下列问题：
(1)如果横坐标代表光照强度，其影响光合速率主要是影响光合作用的________阶段，在最适温度下，当光合作用强度达到最大值时，此时内部限制性因素最可能是______________。若阴生植物的光合作用曲线为c，则阳生植物的光合作用曲线最可能是________。
(2)如果横坐标代表温度，温度主要通过影响__________来影响光合速率。
(3)如果横坐标代表CO2的浓度，其影响光合作用主要是影响________的产生，此时内部限制性因素最可能是________________。
答案精析
梳理教材新知
1．(1)单位时间　制造糖类的数量　(2)农作物的产量
2．下沉　氧气　上浮　多　强、中、弱　数量　多　不断增强
3．(1)水、CO2　光能　(2)CO2的供应量　形成和结构　酶活性
4．(1)无机物　有机物　(2)氨氧化成硝酸　水和二氧化碳　糖类
判断正误
(1)×　(2)√　(3)×
提示　(1)植物细胞在黑暗条件下只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用。(3)自养生物可以是光能自养，也可能是化能自养，都能把无机物转变成有机物。
探究核心知识
1．本实验的自变量是光照强弱。通过调节光源与实验装置的距离来控制。
2．本实验的因变量是光合作用强度。检测指标是相同时间内圆形小叶片浮起的数量。
3．(1)只进行细胞呼吸　氧气　(2)小于或等于　(3)光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多。
4．如图所示
落实思维方法
1．D　[灯与锥形瓶之间的距离，表示不同的光照强度，光照强度影响光合作用的强度，D错误。]
2．(1)光反应　色素的数量　a　(2)酶的活性　(3)C3　C5的含量作业26　光合作用原理的应用
(分值：100分)
第1～8题，每题5分；第9～13题，每题6分，共70分。
题组一　探究光照强度对光合作用强度的影响
1．检查植物的光合作用速率是否增加的最有效的方法是检查(　　)
A．光合作用产生的水量
B．CO2的消耗量
C．植物体的叶绿素含量
D．植物体葡萄糖的氧化量
2．下列关于探究光照强度对光合速率的影响实验的叙述，错误的是(　　)
A．实验过程中注射器的作用是排除小圆片内的气体
B．可以通过观察同一时间段内各实验装置中圆形小叶浮起的数量
C．实验的自变量是光照强度，可在相同的距离下放置不同瓦数的灯泡
D．如果升高环境温度，小圆片上浮时间会缩短
3．图甲表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图甲在图乙中的位置(　　)
A．AB之间 B．BC之间
C．C点以后 D．B点
4．图甲所示为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用注射器抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的 NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(如图乙)，以研究光合作用速率与 NaHCO3 溶液浓度的关系。下列有关分析正确的是(　　)
A．在ab段，随着 NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B．在bc段，单独增加光照、提高温度或提高CO2浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间
C．因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行细胞呼吸
D．在c点以后，因 NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
题组二　影响光合作用强度的因素
5.如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图叙述错误的是(　　)
A．ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度
B．bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭，二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降
C．de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D．从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
6．(2024·哈尔滨高一校考)如图表示在不同光照强度下某植物叶片进行光合作用的O2释放量。下列相关叙述错误的是(　　)
A．释放的O2是在叶绿体类囊体薄膜上产生的
B．光照强度为15 klx时，光合作用1 h产生的O2量大约是200 mL
C．在光照强度为5～20 klx时，随着光照强度增加，植物叶肉细胞中只有光反应的速率变大
D．当光照强度大于25 klx时，制约O2释放速率的环境因素可能是CO2浓度
7．如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况。除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析正确的是(　　)
A．图甲中a点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
B．图乙中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量多
C．图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度和光照强度
D．图丙中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
8．光合作用强度受环境因素的影响，车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C．CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小
D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
9．如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是(　　)
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
10．在严寒的冬天，利用温室进行蔬菜种植，可以提高经济效益，但需要调节好温室的光照、湿度、气体和温度，以提高产品的产量，下列措施及方法正确的有(　　)
①由于温室内外温差大，在温室薄膜(或玻璃)上结成一层水膜，要及时擦干，以防止透光率降低　②适当增加光照，以弥补冬季阳光的不足　③尽量增加空气湿度，以降低植物的蒸腾作用　④向温室内定期施放二氧化碳气体，以增加光合作用强度　⑤向温室内定期施放氧气，以降低细胞呼吸强度　⑥如遇持续的阴雨天气，白天不宜过多升高温室温度，仍保持昼夜温差
A．①②③④ B．①②③⑤
C．①②④⑤ D．①②④⑥
11．(2023·北京东城区高一期末)在适宜光照和温度条件下，给豌豆植株供应14CO2，测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的相对含量，结果如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．14C会出现在C3、葡萄糖等有机物中
B．a→b，叶肉细胞不断吸收CO2
C．b→c，叶片的光合速率等于细胞呼吸速率
D．b→c，叶肉细胞的光合速率不再增加
12．(2024·泰安高一期末)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置，氧气传感器可监测 O2浓度的变化。下列叙述错误的是(　　)
A．该实验探究不同单色光对光合作用强度的影响
B．加入 NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的 CO2
C．拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的 O2浓度高于单色光下的O2浓度
D．若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
13．(2024·达州高一检测)为探究影响光合速率的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A．此实验共有两个自变量：光照强度和施肥情况
B．d点比b点CO2吸收量高，原因是光照强度大
C．在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显
D．制约c点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
14．(16分)(2024·枣庄高一期末)如图1为大豆叶肉细胞中某生理过程图解。PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质与光合色素组成的两个光系统，A、B、C、D代表不同的物质。回答下列问题：
(1)图中的磷脂双分子层构成的膜属于________________的膜。若经提取后需要分离膜上的光合色素，需要使用的试剂是________。图中物质A表示________________，物质D表示______。
(2)CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花为实验材料，分别进行三种不同实验处理：甲组提供大气CO2浓度(375 μmol·mol－1)，乙组提供CO2浓度倍增环境(750 μmol·mol－1)，丙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60 d，测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应，选择晴天上午测定各组的光合作用速率，结果如图2所示。回答下列问题：
①随着CO2浓度增加，几种作物的光合作用速率增大，出现这种变化的原因是__________________________；在CO2浓度倍增条件下，几种作物的光合作用速率并未倍增，此时限制光合作用速率增加的内在因素可能是____________________(答出1点即可)。
②丙组的光合作用速率比甲组____，其原因可能是作物长期处于高浓度CO2环境中而____________了固定CO2的酶的活性或含量。
15．(14分)夏日晴天的中午，高温、低湿常引起植物光合速率下降，称为“光合午休”。科研人员以小麦为实验材料，研究了温度和湿度对小麦“光合午休”的影响，实验处理及结果如表所示。分析回答下列问题：
组别 实验条件 实验结果
温度(℃) 空气相对湿度(%) 光合速率/(mgCO2·dm－2·h－1)
1 37 18 10.7
2 37 26 15.8
3 37 50 21.8
4 30 50 24.2
5 25 50 21.7
(1)小麦捕获光能的色素分布在________________________，具体地说，色素吸收的光能用于光反应中________________________，色素含量下降还会间接影响____________过程。
(2)根据实验结果可以判断，导致小麦“光合午休”现象出现的最主要因素是________(填“温度”“湿度”或“温度和湿度”)。
(3)比较________组的数据可以看出，温度过高会导致小麦光合速率降低。为进一步确定空气相对湿度为50%时该小麦光合作用的最适温度，设计的实验思路应是_______________。
(4)与大水漫灌相比，在生产实践中采用喷灌方式不仅节水，而且能有效消除作物的“光合午休”现象，原因是____________________________________________________________。
答案精析
1．B　[光合作用中既有水的消耗，又有水的产生，且植物体内水的消耗速率不易测量，A错误；通过测定CO2的消耗速率可以检测植物光合作用速率的变化情况，B正确；植物体内叶绿体中的叶绿素含量变化不易测定，C错误；葡萄糖的氧化量代表细胞呼吸的大小，不是光合作用的大小，D错误。]
2．D　[如果升高环境温度，有可能会使酶的活性下降而导致光合速率下降，小圆片上浮时间会延长，D错误。]
3．A　[从图甲可以看出，线粒体产生的CO2除了供给叶绿体，还释放出一部分，说明细胞呼吸强度大于光合作用强度。分析图乙，AB段光合作用速率小于细胞呼吸速率，因此图甲位于图乙的AB之间。]
4．D
5．C　[de段随着时间的递增，光照强度逐渐减弱，导致光合作用强度逐渐降低，即de段光合作用强度变化的主要原因是光照强度减弱，C错误。]
6．C　[在光照强度为5～20 klx时，植物的光合速率随着光照增强而增加，此时植物叶肉细胞中光反应和暗反应的速率都变大，C错误。]
7．A　[图甲中a点时光合速率不再增大，限制因素可能是叶绿体中色素的含量，A正确；图乙中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量少，B错误；图中M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度和温度，C错误；图丙中，随着温度的升高，光合速率提高，超过一定范围，光合速率将下降，D错误。]
8．D
9．D　[光合作用具有最适温度，在最适温度下净光合速率最高，高于或低于该温度净光合速率均有所下降，因此不能确定甲、乙两条曲线温度的高低，A错误；横坐标是温度，则随着温度的升高净光合速率会表现为先升高后降低的趋势，B错误；色素主要吸收红光和蓝紫光，即净光合速率与光波长没有正相关的关系，并且不能确定两条曲线的温度大小，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的CO2有利于光合作用的进行，因此甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度，D正确。]
10．D
11．C　[CO2是暗反应的反应物，暗反应过程包括CO2的固定和C3的还原，因此给豌豆植株供应14CO2，14C会出现在C3、葡萄糖等有机物中，A正确；据图分析，a→b，C5的相对含量逐渐减小，而C5与CO2结合生成C3，因此该段叶肉细胞不断吸收CO2，B正确；b→c，叶片叶肉细胞间的CO2浓度较高，C5含量维持基本不变，表示达到了CO2饱和点，此时光合速率大于细胞呼吸速率，C错误；据图可知，b→c，达到了CO2饱和点，叶肉细胞的光合速率不再增加，D正确。]
12．B　[自然光经滤光片处理可得到单色光，故该实验可探究不同单色光对光合作用强度的影响，A正确；加入NaHCO3溶液是为密闭装置提供光合作用需要的CO2，B错误；相同条件下，自然光下比单色光下的光合作用强度大，因此拆去滤光片，单位时间内，氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下的O2浓度，C正确；若将此装置放在黑暗处，金鱼藻只进行细胞呼吸，氧气传感器可测出O2的消耗情况，从而测定金鱼藻的细胞呼吸强度，D正确。]
13．A　[本实验有光照强度、施肥情况、土壤含水量三个自变量，A错误；c点土壤含水量较少，光合作用强度较低，增大土壤含水量可提高其CO2吸收量，因此c点条件下限制玉米光合作用强度的主要因素是土壤含水量，D正确。]
14．(1)类囊体(或叶绿体基粒)　层析液　NADPH(或还原型辅酶Ⅱ)　ATP　(2)①CO2浓度增加导致暗反应速率加快　细胞内酶的数量(或色素的含量)　②低　降低(或抑制)
15．(1)叶绿体类囊体薄膜　ATP 的合成和水的光解　C3的还原　(2)湿度　(3)3和4　在25～37 ℃范围内，设置更小的温度梯度进行实验　(4)喷灌可以明显地提高空气相对湿度，降低空气温度，从而提高光合速率

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