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第14课时　光合作用的影响因素及其应用
课标要求 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
考情分析 1.探究环境因素对光合作用强度的影响 2022·海南·T3
2.单、多因子变量对光合作用强度影响及应用 2024·北京·T4　2024·山东·T21　2024·湖北·T21　2024·安徽·T16 2024·重庆·T18　2023·湖北·T11　2023·江苏·T19　2023·福建·T17 2023·山东·T21　2023·全国乙·T29　2022·山东·T21 2022·广东·T18　2022·河北·T19　2022·北京·T2　2022·湖南·T13
考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响
1．光合作用强度
(1)概念：植物在________________内通过光合作用制造________的数量。
(2)表示方法：用一定时间内____________________来定量表示。
2．影响光合作用强度的因素
3．控制影响光合作用实验自变量的方法
4．探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中________，光照下叶片进行光合作用产生______，充满细胞间隙，叶片又会______。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量________。
(2)实验中变量分析
自变量 不同____________
控制自变量 调节__________________进行控制
因变量
检测因变量 同一时间段内__________________
对无关变量进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致
(3)实验流程：取材→排气→沉水→分组→光照→观察并记录。
(4)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，单位时间内浮起的圆形小叶片也________。
(5)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也________(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。
考向一　探究环境因素对光合作用强度的影响
1．(2024·北京房山区联考)某生物研究小组以菠菜叶为实验材料，探究CO2浓度对光合作用强度的影响，实验装置及实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该实验中小圆叶片上浮到液面的时长属于无关变量
B．图乙bc段平缓，可适当缩短台灯与烧杯的距离使曲线进一步下降
C．图乙c点之后曲线上升，说明随NaHCO3浓度增加光合作用增强
D．将图甲装置中的NaHCO3溶液换成NaOH溶液，可用于测定小圆叶片的细胞呼吸强度
2．(2022·海南，3)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
考点二　辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理
1．内部因素
(1)与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。
(3)叶面积指数
2．外部环境因素
(1)单因子变量对光合速率的影响
①光照强度
②CO2浓度
③温度
④水分或矿质元素
(2)多因子变量对光合速率的影响
(1)植物工厂常采用无土栽培技术，生产时应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同(2021·辽宁，2B)(　　)
(2)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，7A)(　　)
(3)在夏季晴朗无云的白天，12时左右光合作用强度明显减弱，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，13A)(　　)
气孔问题分析
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(含有叶绿体)和它们之间的开口共同组成。
(2)气体交换的门户：通过气孔扩散的气体有O2、CO2和水蒸气等。
(2023·全国乙，29节选)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、_______________(答出2点即可)等生理过程。
(3)开闭原理
2．气孔限制因素与非气孔限制因素的判断
科学家测定了不同浓度镉(Cd)胁迫下黄瓜幼苗的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)，结果如图1所示，黄瓜幼苗叶片的部分结构及代谢活动如图2所示。回答下列问题：
(1)已知植物体因适应缺水环境而发生的气孔响应调节机制与某种激素有关，为研究镉胁迫下黄瓜幼苗气孔导度降低是否具有同样的激素调节机制，可测定叶片中该激素的含量。该激素应为______________________。
(2)如图2，在光照充足的条件下，胞间CO2的主要来源为______________________；去路是扩散至叶绿体________________在CO2固定酶的作用下与__________________反应，最后生成(CH2O)。
(3)净光合速率降低可能是由气孔因素引起，但也可能是由非气孔因素引起。研究者可通过测定胞间CO2浓度(Ci)的数据(图3)，与Pn、Gs的数据比对分析得出结论。根据图1、3中的数据推测，镉胁迫下的黄瓜幼苗净光合速率较低最可能与________________________(填“气孔”或“非气孔”)因素有关。
3．气孔运动机理
(2023·全国乙，29节选)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。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光(只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题：
(1)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是______________________________。
(2)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是__________________________________________________。
(3)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔________(填“能”或“不能”)维持一定的开度。
考向二　辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理
3．(2024·北京，4)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O2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
4．(2021·广东，15)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图1所示)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2所示)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是(　　)
A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
5.(2024·湖北沙市中学月考)红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图。下列叙述错误的是(　　)
A．当光照强度为a时，持续光照一昼夜后人参干重不会增加
B．光照强度大于d时，可能是温度限制了红松P/R值的增大
C．若适当增施含镁的肥料，一段时间后人参的a点左移
D．光照强度为c时，红松和人参的光合速率有可能不同
　光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题
(1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。
(2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)
B点(补偿点) C点(饱和点)
适当增大CO2浓度(光照强度) 左移 右移
适当减小CO2浓度(光照强度) 右移 左移
土壤缺Mg2＋ 右移 左移
提醒：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。
考向三　气孔
6．(2024·湖北，21)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)，进行了相关实验，结果如图2所示。
回答下列问题：
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞________(填“吸水”或“失水”)，引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物________(填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是________________________________________________________________________。
(4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是______________(填“ht1”或“rhc1”)。
考向四　光抑制
7．(2024·重庆，18)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(光合速率不再随光强增加而增加)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1。
①黄连的光饱和点约为____μmol·m－2·s－1。光强大于1 300 μmol·m－2·s－1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于________________________________________________________。
②推测光强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，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)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______________________________________________________。
　光抑制
植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。
(1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。
(2)光抑制的主要防御机制
①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。
②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。
③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。
一、过教材
1．下列关于“探究环境因素对光合作用强度的影响”的实验的叙述，错误的是(　　)
A．通过调节台灯与实验装置间的距离来控制光照强弱
B．因变量是单位时间圆形小叶片浮起的数量
C．实验中拉动注射器活塞是为了使圆形小叶片内的气体逸出
D．探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2
E．在一定范围内，随NaHCO3浓度的增加，叶圆片上浮所需时间先减少后增加
F．可用不同浓度的碳酸氢钠溶液来探究CO2浓度对光合作用强度的影响
2．下列关于光合作用原理应用的叙述，正确的是(　　)
A．农作物能吸收有机肥中的有机物，有助于农作物生长
B．合理密植有利于改善田间CO2浓度和光能利用率
C．用绿色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高大棚蔬菜的产量
D．农作物生长发育过程中，及时去掉衰老变黄的叶片不利于有机物的积累
E．“正其行，通其风”，有利于提高农作物的产量
F．连续阴雨天适当提高温度有利于大棚绿叶蔬菜生长
G．适当增施氮肥，促进茎叶生长，以增大光合作用面积
二、过高考
1．(2019·全国Ⅰ，29节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．(2020·全国Ⅰ，30节选)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)如表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是________，选择这两种作物的理由是____________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/ (μmol·m－2·s－1) 1 200 1 180 560 623
3.(2021·重庆，24节选)若幼苗长期处于弱光下，叶绿体的发育会产生适应性变化，类囊体数目会__________。若保持其他条件不变，适度增加光照强度，气孔开放程度会__________(填“增大”或“减小”)。
4．(2023·海南，16节选)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。
回答下列问题：
(1)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是____________________，该光源的最佳补光时间是________小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是_________________。
(2)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
5．(2024·安徽，16节选)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，结果见表。回答下列问题：
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
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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案精析
考点一　整合
1．(1)单位时间　糖类　(2)原料消耗或产物生成的数量
2．酶　CO2浓度　温度
4．(1)下沉　氧气　上浮　越多　(2)光照强度　光源与烧杯的距离　光合作用强度　叶片浮起的数量　(4)越多　(5)增强
评价
1．B　[该实验中小圆叶片上浮到液面的时长属于因变量，A错误；图乙bc段平缓，说明此时限制光合速率增大的因素可能是光照强度，可适当缩短台灯与烧杯的距离使曲线进一步下降，B正确；图乙c点之后曲线上升，小圆叶片上浮到液面所需要的时间更长，说明随NaHCO3浓度增加光合作用强度减弱，C错误；小圆叶片细胞呼吸消耗O2，产生CO2，CO2会被NaOH溶液吸收，叶片不能上浮，无法测得气体体积变化，D错误。]
2．B　[本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，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；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，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溶液中叶圆片上浮需要的时长最长，光合速率最低，C错误；低温会使酶活性降低，若在4 ℃条件下进行本实验，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。]
考点二　　整合
1．(3)呼吸量
2．(1)①光反应　ATP及NADPH　细胞呼吸　＝　>　光照强度　②暗反应　CO2补偿　光合速率与呼吸速率相等　进行光合作用所需CO2的最低浓度　CO2饱和　有机肥　CO2浓度　③酶的活性　增大　最适　酶的活性　光合速率与呼吸速率相等　昼夜温差　有机物积累
④原料　介质　气孔　CO2　(2)光照强度　CO2浓度　提高温度　CO2浓度　光照强度和CO2浓度
判断正误
(1)×　[为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度。]
(2)×　[弱光条件下植物没有O2的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的O2被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有O2的释放。]
(3)√
提升
1．(2)光合作用和细胞呼吸　(3)张开　关闭
2．(1)脱落酸　(2)外界环境(CO2通过气孔进入胞间)　基质　C5　(3)非气孔
解析　(3)从图1、3看出，随着Cd浓度的增大，净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)都降低，但胞间CO2浓度(Ci)增加，可以说明高Cd浓度组净光合作用降低不是由于缺乏CO2，所以与气孔因素无关，最可能与非气孔因素有关。
3．(1)红光下，光合作用合成有机物使保卫细胞溶质浓度增大，保卫细胞吸水体积膨大，气孔打开　(2)饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响　(3)能
解析　(3)保卫细胞渗透压的调节有光合作用产生有机物的因素，还有非光合作用因素——蓝光照射引起钾离子的吸收，所以当光合作用被阻断，钾离子在蓝光的调节下仍可以进入细胞，提高细胞的渗透压，引起细胞吸水，气孔维持一定开度。
评价
3．A　[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O2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，进而降低单位时间单位叶面积的O2释放量，B不符合题意；给光源加滤光片改变光的颜色会减少光源，光照强度变小，可能会使单位时间单位叶面积的O2释放量降低，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，但光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。]
4．D　[相比于野生型拟南芥WT，突变体t1更适合生长在弱光环境中，突变体t2更适合生长在强光环境中，在适当的光照强度下，三者的光合速率有一定的差异，但当光照强度达到光饱和点后，光合速率不再随光照强度的增加而增加，三者光合速率的差异也不再随光照强度的增加而变大，D错误。]
5．B　[光照强度为a时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，即光合速率等于呼吸速率，没有有机物的净积累，因此，持续光照一昼夜后人参干重不会增加，A正确；光照强度在d点时，红松P/R值达到最大，此后随着光照强度的增加，光合速率也不再增加，则此时限制光合速率的因素是光照强度以外的其他因素，如CO2浓度(非温度，因已是最适温度)，B错误；镁是合成叶绿素的原料，适当增施含镁的肥料，会增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量，进而促进光反应，提高光合速率，则在较低的光照强度下就可达到与呼吸速率相等的状态，即一段时间后人参的a点左移，C正确；光照强度为c时，红松和人参的P/R相等，由于红松是阳生植物，而人参为阴生植物，因此二者的呼吸速率有差别，进而可推测二者的光合速率有可能不同，D正确。]
6．(1)失水　减小　(2)促进　(3)干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内的水分，使植物能够在干旱环境中生存　(4)rhc1
解析　(4)根据图1可知，蛋白甲、乙作用的上下游关系为蛋白甲在上游 、蛋白乙在下游，即缺失蛋白甲，蛋白乙仍然能够发挥调控作用，而若缺失蛋白乙，则蛋白甲即使存在也不能发挥调控作用，因蛋白甲必须通过蛋白乙发挥作用，根据图2可知，h组，h/r组气孔开度相同，在缺失h的前提下，r存在与否都不影响气孔开度，即r不能单独发挥调控作用，必须通过h进行调控，即r在h上游；r组，h/r组气孔开度不同，可知在缺失r的前提下，h仍然能够发挥调控作用，h在r下游，综上，蛋白甲、乙关系为甲→乙，h和r关系为r→h，可知甲对应r，即蛋白甲由rhc1编码。
7．(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黄连在弱光随光强增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制　叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大)
(2)①②③⑤　(3)合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应
解析　(2)为减轻光抑制，黄连能采取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)、⑤增强热耗散；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。
查落实固基础
一、
1．D
2．BEG　[有机肥需要被微生物分解成无机盐才能被植物吸收，A错误；用绿色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，只能透过绿光，而植物几乎不吸收绿光，不利于提高大棚蔬菜的光合作用速率，C错误；及时去掉衰老变黄的叶片，可以减少老叶对有机物的消耗，有利于有机物的积累，D错误；连续阴雨天植物光合作用强度过弱，提高温度会增加细胞呼吸对有机物的消耗，不利于大棚绿叶蔬菜生长，F错误。]
二、
1．降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
2．A和C　作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用
3．增多　增大
4．(1)红光＋蓝光　6　三个处理组中，红光＋蓝光的补光光源在同一补光条件下，诱导产生的花朵数量最多；且该光源诱导火龙果成花所用的补光时间最短　(2)成花诱导完成后，选取生长发育状况一致的火龙果植株随机均分为三组，分别以三种不同光照强度的白色光源照射，其他条件相同且适宜。待火龙果成熟后测量其产量，产量最高组的光照强度即为最适光照强度
5．增大　①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用　②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用(共113张PPT)
生物
大
一
轮
复
习
第14课时
光合作用的影响因素及其应用
课标要求
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
考情分析
1.探究环境因素对光合作用强度的影响 2022·海南·T3
2.单、多因子变量对光合作用强度影响及应用 2024·北京·T4　2024·山东·T21　2024·湖北·T21　2024·安徽·T16
2024·重庆·T18　2023·湖北·T11　2023·江苏·T19　2023·福建·T17
2023·山东·T21　2023·全国乙·T29　2022·山东·T21
2022·广东·T18　2022·河北·T19　2022·北京·T2　2022·湖南·T13
内容索引
课时精练
考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响
考点二　辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理
探究环境因素对光合作用强度的影响
< 考点一 >
必备知识
整合
1.光合作用强度
(1)概念：植物在 内通过光合作用制造 的数量。
(2)表示方法：用一定时间内 来定量表示。
单位时间
糖类
原料消耗或产物生成的数量
2.影响光合作用强度的因素
酶
CO2浓度
温度
3.控制影响光合作用实验自变量的方法
自变量 不同_________
控制自变量 调节 进行控制
因变量 _______________
检测因变量 同一时间段内________________
对无关变量进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致
4.探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中 ，光照下叶片进行光合作用产生 ，充满细胞间隙，叶片又会 。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量 。
(2)实验中变量分析
下沉
氧气
上浮
越多
光照强度
光源与烧杯的距离
光合作用强度
叶片浮起的数量
(3)实验流程：取材→排气→沉水→分组→光照→观察并记录。
(4)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，单位时间内浮起的圆形小叶片也 。
(5)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也
(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。
越多
增强
考向一　探究环境因素对光合作用强度的影响
1.(2024·北京房山区联考)某生物研究小组以菠菜叶为实验材料，探究CO2浓度对光合作用强度的影响，实验装置及实验结果如图所示。下列说法正确的是
A.该实验中小圆叶片上浮到液面的
时长属于无关变量
B.图乙bc段平缓，可适当缩短台灯
与烧杯的距离使曲线进一步下降
C.图乙c点之后曲线上升，说明随NaHCO3浓度增加光合作用增强
D.将图甲装置中的NaHCO3溶液换成NaOH溶液，可用于测定小圆叶片的细胞
呼吸强度
迁移应用
评价
√
该实验中小圆叶片上浮到液面的时长属于因变量，A错误；
图乙bc段平缓，说明此时限制光合速
率增大的因素可能是光照强度，可适当缩短台灯与烧杯的距离使曲线进一步下降，B正确；
图乙c点之后曲线上升，小圆叶片上浮到液面所需要的时间更长，说明随NaHCO3浓度增加光合作用强度减弱，C错误；
小圆叶片细胞呼吸消耗O2，产生CO2，CO2会被NaOH溶液吸收，叶片不能上浮，无法测得气体体积变化，D错误。
2.(2022·海南，3)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
√
本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，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；
当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，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溶液中叶圆片上浮需要的时长最长，光合速率最低，C错误；
低温会使酶活性降低，若在4 ℃条件下进行本实验，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。
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辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理
< 考点二 >
必备知识
整合
1.内部因素
(1)与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。
(3)叶面积指数
呼吸量
2.外部环境因素
(1)单因子变量对光合速率的影响
①光照强度
光反应
ATP及NADPH
细胞
呼吸
＝
>
光照
强度
②CO2浓度
暗反应
CO2补偿
光合速率与呼吸速
率相等
进行光合作用所需CO2
的最低浓度
CO2饱和
有机肥
CO2浓度
③温度
增大
最适
酶的活性
光合速率与呼吸速率相等
酶的活性
昼夜温差
有机物积累
④水分或矿质元素
原料
介质
气孔
CO2
(2)多因子变量对光合速率的影响
光照强
度
CO2浓度
提高
温度
CO2浓度
光照强度和CO2浓度
(1)植物工厂常采用无土栽培技术，生产时应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同(2021·辽宁，2B)(　　)
提示　为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度。
×
判断正误
(2)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，7A)(　　)
提示　弱光条件下植物没有O2的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的O2被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有O2的释放。
×
判断正误
(3)在夏季晴朗无云的白天，12时左右光合作用强度明显减弱，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，13A)(　　)
√
气孔问题分析
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(含有叶绿体)和它们之间的开口共同组成。
(2)气体交换的门户：通过气孔扩散的气体有O2、CO2和水蒸气等。
(2023·全国乙，29节选)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、_______
(答出2点即可)等生理过程。
关键能力
提升
光合作
用和细胞呼吸
(3)开闭原理
张开
关闭
2.气孔限制因素与非气孔限制因素的判断
科学家测定了不同浓度镉(Cd)胁迫下黄瓜幼苗的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)，结果如图1所示，黄瓜幼苗叶片的部分结构及代谢活动如图2所示。回答下列问题：
(1)已知植物体因适应缺水环境而发生的气孔响应调节机制与某种激素有关，为研究镉胁迫下黄瓜幼苗气孔导度降低是否具有同样的激素调节机制，可测定叶片中该激素的含量。该激素应为________。
脱落酸
(2)如图2，在光照充足的条件下，胞间CO2的主要来源为______________
___________________；去路是扩散至叶绿体______在CO2固定酶的作用下与_____反应，最后生成(CH2O)。
外界环境(CO2
通过气孔进入胞间)
基质
C5
(3)净光合速率降低可能是由气孔因素引起，但也可能是由非气孔因素引起。研究者可通过测定胞间CO2浓度(Ci)的数据(图3)，与Pn、Gs的数据比对分析得出结论。根据图1、3中的数据推测，镉胁迫下的黄瓜幼苗净光合速率较低最可能与_________(填“气孔”或“非气孔”)因素有关。
非气孔
从图1、3看出，随着Cd浓度的增大，净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)都降低，但胞间CO2浓度(Ci)增加，可以说明高Cd浓度组净光合作用降低不是由于缺乏CO2，所以与气孔因素无关，最可能与非气孔因素有关。
3.气孔运动机理
(2023·全国乙，29节选)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。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光(只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题：
(1)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是____________________
_______________________________________________________________。
红光下，光合作用合成有机物使保卫细胞溶质浓度增大，保卫细胞吸水体积膨大，气孔打开
(2)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是_______________________________________________________________
_______________________。
(3)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔_____(填“能”或“不能”)维持一定的开度。
饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响
能
保卫细胞渗透压的调节有光合作用产生有机物的因素，还有非光合作用因素——蓝光照射引起钾离子的吸收，所以当光合作用被阻断，钾离子在蓝光的调节下仍可以进入细胞，提高细胞的渗透压，引起细胞吸水，气孔维持一定开度。
考向二　辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理
3.(2024·北京，4)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O2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
迁移应用
评价
√
给光源加滤光片改变光的颜色会减少光源，光照强度变小，可能会使单位时间单位叶面积的O2释放量降低，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，但光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。
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O2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，进而降低单位时间单位叶面积的O2释放量，B不符合题意；
4.(2021·广东，15)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图1所示)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2所示)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不
再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2
与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
√
相比于野生型拟南芥WT，突变体t1更适合生长在弱光环境中，突变体t2更适合生长在强光环境中，在适当的光照强度下，三者的光合速率有一定的差异，但当光照强度达到光饱和点后，
光合速率不再随光照强度的增加而增加，三者光合速率的差异也不再随光照强度的增加而变大，D错误。
5.(2024·湖北沙市中学月考)红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图。下列叙述错误的是
A.当光照强度为a时，持续光照一昼夜后
人参干重不会增加
B.光照强度大于d时，可能是温度限制了
红松P/R值的增大
C.若适当增施含镁的肥料，一段时间后人参的a点左移
D.光照强度为c时，红松和人参的光合速率有可能不同
√
光照强度为a时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，即光合速率等于呼吸速率，没有有机物的净积累，因此，持续光照一昼夜后人参干重不会增加，A正确；
光照强度在d点时，红松P/R值达到最大，此后随着光照强度的增加，光合速率也不再增加，则此时限制光合速率的因素是光照强度以外的其他因素，如CO2浓度(非温度，因已是最适温度)，B错误；
光照强度为c时，红松和人参的P/R相等，由于红松是阳生植物，而人参为阴生植物，因此二者的呼吸速率有差别，进而可推测二者的光合速率有可能不同，D正确。
镁是合成叶绿素的原料，适当增施含镁的肥料，会增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量，进而促进光反应，提高光合速率，则在较低的光照强度下就可达到与呼吸速率相等的状态，即一段时间后人参的a点左移，C正确；
光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题
(1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。
(2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)
归纳总结
提醒：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
B点(补偿点) C点(饱和点)
适当增大CO2浓度(光照强度) 左移 右移
适当减小CO2浓度(光照强度) 右移 左移
土壤缺Mg2＋ 右移 左移
(3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。
归纳总结
考向三　气孔
6.(2024·湖北，21)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)，进行了相关实验，结果如图2所示。
回答下列问题：
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞______(填“吸水”或“失水”)，引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率______(填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物_____(填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
失水
减小
促进
(3)由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是___________________________________________________
______________________________________________________________________。
(4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是_____(填“ht1”或“rhc1”)。
干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内的水分，使植物能够在干旱环境中生存
rhc1
不能发挥调控作用，因蛋白甲必须通过蛋白乙发挥作用，根据图2可知，h组，h/r组气孔开度相同，在缺失h的前提下，r存在与否都不影响气孔开度，即r不能单独发挥调控作用，必须通过h进行调控，即r在h上游；r组，h/r组气孔开度不同，可知在缺失r的前提下，h仍然能够发挥调控作用，h在r下游，综上，蛋白甲、乙关系为甲→乙，h和r关系为r→h，可知甲对应r，即蛋白甲由rhc1编码。
根据图1可知，蛋白甲、乙作用的上下游关系为蛋白甲在上游 、蛋白乙在下游，即缺失蛋白甲，蛋白乙仍然能够发挥调控作用，而若缺失蛋白乙，则蛋白甲即使存在也
考向四　光抑制
7.(2024·重庆，18)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(光合速率不再随光强增加而增加)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1。
①黄连的光饱和点约为_____μmol·m－2·s－1。光强大于1 300 μmol·m－2·s－1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于_______________
_____________________________________。
500
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推测光强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)。
黄连在弱光随光强增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制
叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大)
(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，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括_________(多选)。
①②③⑤
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
为减轻光抑制，黄连能采取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)、⑤增强热耗散；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)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_________________
_____________________________。
合理施肥增加光合
面积，补充二氧化碳提高暗反应
光抑制
植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。
(1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。
(2)光抑制的主要防御机制
①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。
拓展延伸
②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。
③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。
拓展延伸
一、过教材
1.下列关于“探究环境因素对光合作用强度的影响”的实验的叙述，错误的是
A.通过调节台灯与实验装置间的距离来控制光照强弱
B.因变量是单位时间圆形小叶片浮起的数量
C.实验中拉动注射器活塞是为了使圆形小叶片内的气体逸出
D.探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2
E.在一定范围内，随NaHCO3浓度的增加，叶圆片上浮所需时间先减少后增加
F.可用不同浓度的碳酸氢钠溶液来探究CO2浓度对光合作用强度的影响
√
2.下列关于光合作用原理应用的叙述，正确的是
A.农作物能吸收有机肥中的有机物，有助于农作物生长
B.合理密植有利于改善田间CO2浓度和光能利用率
C.用绿色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高大棚蔬菜的产量
D.农作物生长发育过程中，及时去掉衰老变黄的叶片不利于有机物的积累
E.“正其行，通其风”，有利于提高农作物的产量
F.连续阴雨天适当提高温度有利于大棚绿叶蔬菜生长
G.适当增施氮肥，促进茎叶生长，以增大光合作用面积
√
√
√
有机肥需要被微生物分解成无机盐才能被植物吸收，A错误；
用绿色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，只能透过绿光，而植物几乎不吸收绿光，不利于提高大棚蔬菜的光合作用速率，C错误；
及时去掉衰老变黄的叶片，可以减少老叶对有机物的消耗，有利于有机物的积累，D错误；
连续阴雨天植物光合作用强度过弱，提高温度会增加细胞呼吸对有机物的消耗，不利于大棚绿叶蔬菜生长，F错误。
二、过高考
1.(2019·全国Ⅰ，29节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会 ，出现这种变化的原因是_________________________
。
气孔开度减小使供应给光合
降低
作用所需的CO2减少
2.(2020·全国Ⅰ，30节选)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)如表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是 ，选择这两种作物的理由是____________________________________________________
____________________________________________________________________。
A和C
作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；
作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/ (μmol·m－2·s－1) 1 200 1 180 560 623
3.(2021·重庆，24节选)若幼苗长期处于弱光下，叶绿体的发育会产生适应性变化，类囊体数目会 。若保持其他条件不变，适度增加光照强度，气孔开放程度会 (填“增大”或“减小”)。
增多
增大
4.(2023·海南，16节选)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。
回答下列问题：
(1)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是 ，该光源的最佳补光时间是 小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是_____
___________________________________________________________________________________________________________________。
红光＋蓝光
6
处理组中，红光＋蓝光的补光光源在同一补光条件下，诱导产生的花朵数量最多；且该光源诱导火龙果成花所用的补光时间最短
三个
(2)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)：__________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________。
成花诱导完成后，选取生长发育状况一致的火龙果植株随机均分为三组，分别以三种不同光照强度的白色光源照射，其他条件相同且适宜。待火龙果成熟后测量其产量，产量最高组的光照强度即为最适光照强度
5.(2024·安徽，16节选)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，结果见表。回答下列问题：
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
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。
增大
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
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____________________
_________________________________________________________________________________________________________。
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
与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用
与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用
返回
课时精练
对一对
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答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 A B D C B B C D
题号 9
答案 B
(1)④　④①　K＋(Cl－等无机离子)、苹果酸(Mal等有机酸)
(2)①②④　丙酮酸　NADH
(3)H＋电化学势能(H＋浓度差)
(4)吸水膨胀
(5)ABD
10.
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答案
1
(1)光、H蛋白　CO2浓度、温度、水分、矿质元素等
(2)不能　突变体中PSⅡ损伤小，但不含有H蛋白，不能修复；野生型中PSⅡ损伤大，但能修复
(3)少　突变体的NPQ强度高，能够减少强光对PSⅡ的损伤
11.
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答案
1
(1)①NADPH　C5(核酮糖—1,5-二磷酸，RuBP)　②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快
(2)①突变体叶绿素含量太低　光照强度太低　②蔗糖　③高
12.
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答案
1
一、选择题
1.如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
细胞呼吸强度
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的数量
D.此装置也可以用于探究CO2浓度对光合作用强度的影响
√
叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度，A错误。
1
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12
答案
2.(2024·黄冈期末)西洋参易受干旱胁迫而影响生长。检测西洋参在重度干旱条件下光合作用的相关指标，结果如图所示。下列叙述正确的是
A.CO2的固定速率随着干旱时间的
延长而上升
B.干旱既影响光反应又影响暗反应
C.胞间CO2浓度仅受气孔导度影响
D.降低气孔导度不利于西洋参适应
干旱环境
√
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答案
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答案
反应，B正确；
胞间CO2浓度既受气孔导度影响，也受叶肉细胞的光合作用强度的影响，C错误；
降低气孔导度可减少通过蒸腾作用散失水分，利于西洋参适应干旱环境，D错误。
随着干旱时间的延长，CO2的吸收速率降低，胞间CO2浓度增加，说明叶肉细胞固定CO2的速率在下降，A错误；
干旱影响CO2的吸收，从而影响暗反应，干旱也会影响植物吸收水分，从而影响光
3.(2022·北京，2)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。据图分析不能得出
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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答案
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答案
10 ℃条件下，CO2浓度为200 μL·L－1至370 μL·L－1时，光合速率有显著提高，而CO2浓度为370 μL·L－1至1 000 μL·L－1时，光合速率无明显的提高，且题图中只做了三种不同CO2浓度的实验组，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。
4.(2024·襄阳期中)已知小麦光合作用最适温度为25 ℃，细胞呼吸最适温度为30 ℃，科学家研究小麦30 ℃时光照强度与光合作用强度的关系，得到如图所示曲线。下列有关叙述错误的是
A.在25 ℃条件下研究时，cd段位置会上移，a点会上移
B.b点时叶肉细胞产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
C.其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向左移动
D.c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与光合色素的量有关
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答案
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答案
Mg是构成叶绿素的元素，当植物缺Mg时，叶绿素含量减少，光合作用强度减弱，细胞呼吸强度不变，b点将向右移动，C错误。
5.为探究不同光质对玉米光合速率的影响，在大田条件下，以玉米 ZD958为供试材料设置3种光质处理，分别为红色膜(R)、蓝色膜(B) 和绿色膜(G), 以白色膜作为对照(CK), 结果如表所示。下列分析错误的是
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答案
处理 净光合速率/ (μmol·m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ (μmol·mol－1) 气孔导度/
(μmol·m－2·s－1)
CK 30.3 159.7 271.0
B 22 170.2 199.6
R 18.9 185.5 184.3
G 16.1 217.5 171.2
A.CO2作为光合作用的原料由C5固定进入卡尔文循环
B.不同光质处理下净光合速率下降是气孔限制因素引起的
C.绿色膜处理组的蓝紫光和红光减少，导致植物光合速率下降
D.光质、CO2浓度和温度都是影响玉米光合速率的主要环境因素
处理 净光合速率/ (μmol·m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ (μmol·mol－1) 气孔导度/
(μmol·m－2·s－1)
CK 30.3 159.7 271.0
B 22 170.2 199.6
R 18.9 185.5 184.3
G 16.1 217.5 171.2
√
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答案
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答案
处理 净光合速率/ (μmol·m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ (μmol·mol－1) 气孔导度/
(μmol·m－2·s－1)
CK 30.3 159.7 271.0
B 22 170.2 199.6
R 18.9 185.5 184.3
G 16.1 217.5 171.2
与对照组相比，各处理组的气孔导度显著下降，但胞间CO2浓度却显著上升，这说明不同光质处理下净光合速率下降不是气孔导度引起的，B错误。
6.(2024·湖北鄂东南联考)图甲表示不同光照强度下，无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响；图乙为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。下列有关叙述正确的是
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答案
A.大豆吸收的磷用于合成磷脂、脂肪、ATP等物质
B.图甲OA段，无机磷不是其光反应的主要限制因素
C.与低磷相比，高磷条件更利于叶片积累淀粉
D.24 h时叶片中高磷条件下的淀粉与高磷条件下的蔗糖含量相同
√
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答案
脂肪由C、H、O构成，不含P，A错误；
由图乙可知，高磷条件下，淀粉含量减少，低磷条件下，淀粉含量增加，C错误；
24 h时叶片中高磷条件下的淀粉与高磷条件下的蔗糖含量的曲线相交，但纵坐标所表示的值大小不同，D错误。
7.(2025·安徽天域大联考)叶绿体随着光照强度的变化，在细胞中的分布和位置也会发生相应改变，称为叶绿体定位。野生型(WT)拟南芥叶片呈深绿色，对叶片的一部分(整体遮光，中部留出一条窄缝)强光照射1 h后，被照射的窄缝处变成浅绿色(提示叶绿体发生了迁移)，而突变体chup1－2叶片(CHUP1基因突变)经强光照射后叶色不变，实验过程和原理如图所示。已知CHUP1基因编码的CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合。下列相关叙述错误的是
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答案
A.强光照射后，野生型细胞中的叶绿体发生了位置和分布的变化，以减少强光
的伤害
B.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动
有关
C.在弱光照射下，CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是正常的
D.CHUP1蛋白缺失型拟南芥比野生型拟南芥在弱光下暗反应生成C5的速率低
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答案
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答案
图中显示，在弱光照射下，CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是不正常的，即叶绿体不会聚集到光照部位，C错误；
弱光条件下，CHUP1蛋白缺失型拟南芥的叶绿体不会聚集到照光部位，因而光反应比野生型拟南芥弱，产生的ATP和NADPH少，C3还原速率下降，因此，在弱光下暗反应生成C5的速率低，D正确。
8.浒苔是一种生活在潮间带的大型绿藻，为避免过高的光强对其造成损伤，进化出了多种适应机制，其中NPQ(非光化学淬灭：光合色素吸收的部分光能不用于光合电子传递途径的ATP合成，而以热能的形式耗散)是一种重要的快速能量耗散机制。为探
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答案
究高光胁迫对浒苔NPQ的影响及NPQ变化原因，研究人员进行了相关实验，结果如图所示。下列相关叙述正确的是
A.采用纸层析法分离浒苔光合色素，滤纸
条由上至下第三条色素带呈黄绿色
B.叶黄素循环和跨类囊体膜质子梯度促进
浒苔NPQ的产生，且后者影响更显著
C.其他条件不变，在高光环境下，浒苔的
二氧化碳饱和点更高
D.高光照下浒苔的NPQ增强，细胞损伤减少，但光能利用率下降
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答案
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答案
纸层析法分离叶绿体中的色素，滤纸条由上至下第三条色素带为叶绿素a，呈蓝绿色，A错误；
当加入DTT或DCCD后，浒苔NPQ相较于高光照组都有所降低，故叶黄素循环和跨类
囊体膜质子梯度都促进了NPQ的产生，当抑制叶黄素循环时，NPQ下降更显著，故二者中叶黄素循环对NPQ的影响更加显著，B错误；
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答案
高光环境下浒苔吸收光能更多，但NPQ也会增强，阻止ATP的合成，故不能判断高光环境下浒苔ATP合成量是否增多，也不能断定其二氧化碳饱和点更高，C错误；
高光照下，浒苔NPQ增强，更多能量以热能形式耗散，光能利用率降低，D正确。
9.(2024·武汉二模)气孔导度(植物叶片气孔张开的程度)受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，其也会影响植物光合作用、蒸腾作用等生命活动。研究人员测量某植物在不同CO2浓度和光照强度下的气孔导度，绘制出图示立体图。下列叙述正确的是
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答案
A.气孔导度达到最大时，植物的光合作
用强度将达到最大
B.170 ppm CO2浓度时，适当提高光照
强度会增加气孔导度
C.当光照强度为0时，气孔导度不受CO2
浓度增加的影响
D.CO2浓度和光照强度均不变时，气孔
导度也不会发生改变
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答案
√
气孔导度受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，当CO2浓度和光照强度均不变时，气孔导度也可能会发生改变，D错误。
气孔导度随着CO2浓度的升高而降低，气孔导度达到最大时，CO2浓度较低，植物的光合作用强度不一定最大，A错误；
当170 ppm CO2浓度时，适当提高光照强度会增加气孔导度，B正确；
当光照强度为0，CO2浓度小于170 ppm时，气孔导度随CO2浓度增加而减小，C错误；
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答案
二、非选择题
10.(2023·江苏，19)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分结构和物质代谢途径。①～④表示场所。请回答下列问题：
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答案
(1)光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在______(从①～④中选填)；NADPH可用于CO2固定产物的还原，其场所有______(从①～④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、__________________________
______________(填写2种)等。
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答案
④
④①
K＋(Cl－等无机离子)、苹果酸
(Mal等有机酸)
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答案
光能转化成NADPH在叶绿体④中生成。固定CO2形成的有机酸(三磷酸甘油酸、草酰乙酸)还原发生在叶绿体④以及细胞质基质①中，液泡中的物质组成可通过图中信息或已掌握的背景知识给出答案：K＋(Cl－等无机离子)、苹果酸(Mal等有机酸)。
(2)研究证实气孔运动需要ATP，产生ATP的场所有________(从①～④中选填)。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为________进入线粒体，经过TCA循环产生的________最终通过电子传递链氧化产生ATP。
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答案
①②④
丙酮酸
NADH
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答案
ATP形成的场所主要有细胞质基质①、线粒体②和叶绿体④。有氧呼吸途径中，细胞质中的丙酮酸进入线粒体，经过TCA循环氧化产生的NADH通过线粒体内膜上的电子传递链氧化，形成跨膜的电化学势能，驱动ATP的合成。
(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活细胞膜上的AHA，消耗ATP将H＋泵出膜外，形成跨膜的_______
__________________，驱动细胞吸收K＋等离子。
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答案
H＋电化
学势能(H＋浓度差)
H＋－ATP泵可将H＋泵出膜外，形成跨膜的电化学梯度，驱动细胞吸收K＋等，导致气孔细胞吸水。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，使细胞内水势下降(溶质浓度提高)，导致保卫细胞__________，促进气孔张开。
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答案
吸水膨胀
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系，对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究，其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有________。
A.淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B.光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C.光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D.长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
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答案
ABD
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答案
基于图中信息，可以直接判断A、D正确；
基于“光照可导致气孔张开”这一基本知识，结合图中信息“2 h光照淀粉积累很少”，推断出淀粉水解促进气孔张开，B正确；
C错在图中给出的信息只显示了淀粉突变体几乎不能积累淀粉，并非不能进行光合作用，该突变体光合作用过程应该依然可以进行。
11.(2023·山东，21)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。
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答案
(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)。
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答案
光、H蛋白
CO2浓度、温度、水分、矿质
元素等
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，结合题图分析，实验的自变量有光、H蛋白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分、矿质元素等。
(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_________________
______________________________________________________________。
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答案
不能
据图分析，强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高，能减少强光对PSⅡ复合体的损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。
突变体中PSⅡ损伤小，但不含有H蛋白，不能修复；野生型中PSⅡ损伤大，但能修复
(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_____________________________________________。
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答案
少
突变体的NPQ强度高，能够减少强光对PSⅡ的损伤
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答案
少作用大于野生型H蛋白的修复作用，这样导致突变体的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。
据图分析，强光照射下突变体中NPQ强度高，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强度高，能够减少强光对PSⅡ的损伤且减
12.(2023·重庆，19)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略)，结果如表。
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答案
注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率
项目 光反应 暗反应
光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是__________。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和______________________________。
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是_______________
__________________________。
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答案
项目 光反应 暗反应
光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
NADPH
C5(核酮糖—1,5-二磷酸，RuBP)
与暗反应速率都较野生型快
突变体的光反应
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略)，结果如表。
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答案
①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是______________________，外因是______________。
项目 田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
突变体叶绿素含量太低
光照强度太低
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答案
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和______，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型_____(填“高”“低”或“相等”)。
项目 田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
蔗糖
高
返回第三单元　课时练14　光合作用的影响因素及其应用
选择题1～2题，每小题5分，3～9题，每小题6分，共52分。
一、选择题
1.如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细胞呼吸强度
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的数量
D．此装置也可以用于探究CO2浓度对光合作用强度的影响
2．(2024·黄冈期末)西洋参易受干旱胁迫而影响生长。检测西洋参在重度干旱条件下光合作用的相关指标，结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．CO2的固定速率随着干旱时间的延长而上升
B．干旱既影响光反应又影响暗反应
C．胞间CO2浓度仅受气孔导度影响
D．降低气孔导度不利于西洋参适应干旱环境
3.(2022·北京，2)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。据图分析不能得出(　　)
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
4.(2024·襄阳期中)已知小麦光合作用最适温度为25 ℃，细胞呼吸最适温度为30 ℃，科学家研究小麦30 ℃时光照强度与光合作用强度的关系，得到如图所示曲线。下列有关叙述错误的是(　　)
A．在25 ℃条件下研究时，cd段位置会上移，a点会上移
B．b点时叶肉细胞产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向左移动
D．c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与光合色素的量有关
5．为探究不同光质对玉米光合速率的影响，在大田条件下，以玉米 ZD958为供试材料设置3种光质处理，分别为红色膜(R)、蓝色膜(B) 和绿色膜(G), 以白色膜作为对照(CK), 结果如表所示。下列分析错误的是(　　)
处理 净光合速率/(μmol·m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ (μmol·mol－1) 气孔导度/(μmol·m－2·s－1)
CK 30.3 159.7 271.0
B 22 170.2 199.6
R 18.9 185.5 184.3
G 16.1 217.5 171.2
A.CO2作为光合作用的原料由C5固定进入卡尔文循环
B．不同光质处理下净光合速率下降是气孔限制因素引起的
C．绿色膜处理组的蓝紫光和红光减少，导致植物光合速率下降
D．光质、CO2浓度和温度都是影响玉米光合速率的主要环境因素
6．(2024·湖北鄂东南联考)图甲表示不同光照强度下，无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响；图乙为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。下列有关叙述正确的是(　　)
A．大豆吸收的磷用于合成磷脂、脂肪、ATP等物质
B．图甲OA段，无机磷不是其光反应的主要限制因素
C．与低磷相比，高磷条件更利于叶片积累淀粉
D．24 h时叶片中高磷条件下的淀粉与高磷条件下的蔗糖含量相同
7．(2025·安徽天域大联考)叶绿体随着光照强度的变化，在细胞中的分布和位置也会发生相应改变，称为叶绿体定位。野生型(WT)拟南芥叶片呈深绿色，对叶片的一部分(整体遮光，中部留出一条窄缝)强光照射1 h后，被照射的窄缝处变成浅绿色(提示叶绿体发生了迁移)，而突变体chup1－2叶片(CHUP1基因突变)经强光照射后叶色不变，实验过程和原理如图所示。已知CHUP1基因编码的CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合。下列相关叙述错误的是(　　)
A．强光照射后，野生型细胞中的叶绿体发生了位置和分布的变化，以减少强光的伤害
B．若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
C．在弱光照射下，CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是正常的
D．CHUP1蛋白缺失型拟南芥比野生型拟南芥在弱光下暗反应生成C5的速率低
8．浒苔是一种生活在潮间带的大型绿藻，为避免过高的光强对其造成损伤，进化出了多种适应机制，其中NPQ(非光化学淬灭：光合色素吸收的部分光能不用于光合电子传递途径的ATP合成，而以热能的形式耗散)是一种重要的快速能量耗散机制。为探究高光胁迫对浒苔NPQ的影响及NPQ变化原因，研究人员进行了相关实验，结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A．采用纸层析法分离浒苔光合色素，滤纸条由上至下第三条色素带呈黄绿色
B．叶黄素循环和跨类囊体膜质子梯度促进浒苔NPQ的产生，且后者影响更显著
C．其他条件不变，在高光环境下，浒苔的二氧化碳饱和点更高
D．高光照下浒苔的NPQ增强，细胞损伤减少，但光能利用率下降
9.(2024·武汉二模)气孔导度(植物叶片气孔张开的程度)受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，其也会影响植物光合作用、蒸腾作用等生命活动。研究人员测量某植物在不同CO2浓度和光照强度下的气孔导度，绘制出图示立体图。下列叙述正确的是(　　)
A．气孔导度达到最大时，植物的光合作用强度将达到最大
B．170 ppm CO2浓度时，适当提高光照强度会增加气孔导度
C．当光照强度为0时，气孔导度不受CO2浓度增加的影响
D．CO2浓度和光照强度均不变时，气孔导度也不会发生改变
二、非选择题
10．(18分)(2023·江苏，19)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分结构和物质代谢途径。①～④表示场所。请回答下列问题：
(1)光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在__________(从①～④中选填)；NADPH可用于CO2固定产物的还原，其场所有________(从①～④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、________________(填写2种)等。
(2)研究证实气孔运动需要ATP，产生ATP的场所有________(从①～④中选填)。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为________进入线粒体，经过TCA循环产生的________最终通过电子传递链氧化产生ATP。
(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活细胞膜上的AHA，消耗ATP将H＋泵出膜外，形成跨膜的__________，驱动细胞吸收K＋等离子。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，使细胞内水势下降(溶质浓度提高)，导致保卫细胞____________________________，促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系，对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究，其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有________。
A．淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B．光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C．光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D．长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
11．(16分)(2023·山东，21)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)(6分)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)(6分)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________________________________________________________________________。
12．(14分)(2023·重庆，19)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略)，结果如表。
项目 光反应 暗反应
光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是__________。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和__________________。
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是________________________。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略)，结果如表。
项目 田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是____________________________，外因是____________________________________。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和________________________，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型__________________(填“高”“低”或“相等”)。
答案精析
1．A　[叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度，A错误。]
2．B　[随着干旱时间的延长，CO2的吸收速率降低，胞间CO2浓度增加，说明叶肉细胞固定CO2的速率在下降，A错误；干旱影响CO2的吸收，从而影响暗反应，干旱也会影响植物吸收水分，从而影响光反应，B正确；胞间CO2浓度既受气孔导度影响，也受叶肉细胞的光合作用强度的影响，C错误；降低气孔导度可减少通过蒸腾作用散失水分，利于西洋参适应干旱环境，D错误。]
3．D　[10 ℃条件下，CO2浓度为200 μL·L－1至370 μL·L－1时，光合速率有显著提高，而CO2浓度为370 μL·L－1至1 000 μL·L－1时，光合速率无明显的提高，且题图中只做了三种不同CO2浓度的实验组，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。]
4．C　[Mg是构成叶绿素的元素，当植物缺Mg时，叶绿素含量减少，光合作用强度减弱，细胞呼吸强度不变，b点将向右移动，C错误。]
5．B　[与对照组相比，各处理组的气孔导度显著下降，但胞间CO2浓度却显著上升，这说明不同光质处理下净光合速率下降不是气孔导度引起的，B错误。]
6．B　[脂肪由C、H、O构成，不含P，A错误；由图乙可知，高磷条件下，淀粉含量减少，低磷条件下，淀粉含量增加，C错误；24 h时叶片中高磷条件下的淀粉与高磷条件下的蔗糖含量的曲线相交，但纵坐标所表示的值大小不同，D错误。]
7．C　[图中显示，在弱光照射下，CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞中叶绿体的定位和分布是不正常的，即叶绿体不会聚集到光照部位，C错误；弱光条件下，CHUP1蛋白缺失型拟南芥的叶绿体不会聚集到照光部位，因而光反应比野生型拟南芥弱，产生的ATP和NADPH少，C3还原速率下降，因此，在弱光下暗反应生成C5的速率低，D正确。]
8．D　[纸层析法分离叶绿体中的色素，滤纸条由上至下第三条色素带为叶绿素a，呈蓝绿色，A错误；当加入DTT或DCCD后，浒苔NPQ相较于高光照组都有所降低，故叶黄素循环和跨类囊体膜质子梯度都促进了NPQ的产生，当抑制叶黄素循环时，NPQ下降更显著，故二者中叶黄素循环对NPQ的影响更加显著，B错误；高光环境下浒苔吸收光能更多，但NPQ也会增强，阻止ATP的合成，故不能判断高光环境下浒苔ATP合成量是否增多，也不能断定其二氧化碳饱和点更高，C错误；高光照下，浒苔NPQ增强，更多能量以热能形式耗散，光能利用率降低，D正确。]
9．B　[气孔导度随着CO2浓度的升高而降低，气孔导度达到最大时，CO2浓度较低，植物的光合作用强度不一定最大，A错误；当170 ppm CO2浓度时，适当提高光照强度会增加气孔导度，B正确；当光照强度为0，CO2浓度小于170 ppm时，气孔导度随CO2浓度增加而减小，C错误；气孔导度受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，当CO2浓度和光照强度均不变时，气孔导度也可能会发生改变，D错误。]
二、非选择题
10．(1)④　④①　K＋(Cl－等无机离子)、苹果酸(Mal等有机酸)　(2)①②④　丙酮酸　NADH　(3)H＋电化学势能(H＋浓度差)　(4)吸水膨胀　(5)ABD
解析　(1)光能转化成NADPH在叶绿体④中生成。固定CO2形成的有机酸(三磷酸甘油酸、草酰乙酸)还原发生在叶绿体④以及细胞质基质①中，液泡中的物质组成可通过图中信息或已掌握的背景知识给出答案：K＋(Cl－等无机离子)、苹果酸(Mal等有机酸)。(2)ATP形成的场所主要有细胞质基质①、线粒体②和叶绿体④。有氧呼吸途径中，细胞质中的丙酮酸进入线粒体，经过TCA循环氧化产生的NADH通过线粒体内膜上的电子传递链氧化，形成跨膜的电化学势能，驱动ATP的合成。(3)H＋－ATP泵可将H＋泵出膜外，形成跨膜的电化学梯度，驱动细胞吸收K＋等，导致气孔细胞吸水。(5)基于图中信息，可以直接判断A、D正确；基于“光照可导致气孔张开”这一基本知识，结合图中信息“2 h光照淀粉积累很少”，推断出淀粉水解促进气孔张开，B正确；C错在图中给出的信息只显示了淀粉突变体几乎不能积累淀粉，并非不能进行光合作用，该突变体光合作用过程应该依然可以进行。
11．(1)光、H蛋白　CO2浓度、温度、水分、矿质元素等　(2)不能　突变体中PSⅡ损伤小，但不含有H蛋白，不能修复；野生型中PSⅡ损伤大，但能修复　(3)少　突变体的NPQ强度高，能够减少强光对PSⅡ的损伤
解析　(1)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，结合题图分析，实验的自变量有光、H蛋白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分、矿质元素等。(2)据图分析，强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高，能减少强光对PSⅡ复合体的损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。(3)据图分析，强光照射下突变体中NPQ强度高，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强度高，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，这样导致突变体的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。
12．(1)①NADPH　C5(核酮糖—1,5-二磷酸，RuBP)　②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快　(2)①突变体叶绿素含量太低　光照强度太低　②蔗糖　③高

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