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课时分层作业(十二)　光合作用的影响因素及应用
1．(2024·湖北名校联考)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系，作物采用无土栽培的技术。生菜是植物工厂常年培养的速生蔬菜。下列有关植物工厂中对生菜培养的说法正确的是(　　)
A．培养过程中需要定时向营养液中通入空气，主要目的是为光合作用提供CO2
B．同等强度下使用白光比红光更有利于生菜光合作用制造有机物
C．培养过程中需要定期更换营养液，主要目的是保证无机盐的供应
D．合理的控制温度可以提高生菜的光补偿点，有利于增产
2．(2024·湖北黄冈高三调研)将某植物置于密闭的容器中，测量其单位时间内CO2的吸收量与光照强度、温度等的关系，结果如图所示。下列相关叙述，正确的是(　　)
A．与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大
B．当植物缺镁时，B点向左移，E点向左下方移
C．植物在C、D两点时光合作用合成有机物的量相同
D．限制E点光合速率的主要因素是光照强度和温度
3．(2024·广东惠州调研)某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。下列有关分析错误的是(　　)
A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C．实验2～4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D．持续严重干旱，对植物的光反应和暗反应均有可能产生影响
4．(2024·衡水中学月考)如图为某农作物光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同，则据图分析错误的是(　　)
A．在水分充足时该农作物光合作用没有出现“午休”现象
B．曲线Ⅱ波谷的形成与气孔有关
C．适时进行灌溉可以缓解该农作物光合作用的“午休”程度
D．导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
5．(2024·湖南岳阳模拟)在25 ℃条件下探究某品种玉米光合速率的影响因素，不考虑光照、施肥和土壤含水量对呼吸速率的影响，实验结果如下图。据图分析下列有关说法正确的是(　　)
A．与B点相比，D点叶绿体中ATP和NADPH生成速率更慢
B．光照强度为800 Lux是玉米在25 ℃条件下的光饱和点
C．与G点相比，制约C点光合作用强度的因素有土壤含水量和光照强度
D．在土壤含水量为40%～60%的条件下，施肥或增大光照强度均能有效促进光合作用
6．(2024·重庆巴蜀中学检测)低温冷害是我国北方玉米高产的主要限制因素，如图为低温胁迫下PKN(一种抗冷剂) 处理对玉米幼苗光合作用的影响结果。下列叙述错误的是(　　)
A．玉米幼苗细胞中的叶绿素分布在类囊体薄膜上，提取叶绿素时可以用无水乙醇
B．冷害会导致叶片缺绿或黄化，可能的原因是低温使叶绿素分解加速或合成变慢
C．PKN可通过减缓叶绿素含量和气孔导度的下降，减缓净光合速率的下降
D．在实验时间内，低温胁迫天数越长，细胞中有机物的含量越低
7．(2024·福建厦门一中检测)某生物学兴趣小组在实验室中模拟夏季一天中的光照强度，并测定苦菊幼苗光合速率的变化情况，结果如下图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．若b点时天气突然转阴，叶肉细胞叶绿体中C3含量降低
B．一天中不同时间的不同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率可能相同
C．一天中不同时间的相同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率一定不同
D．若a点时叶片的净光合速率为0，则此状态下苦菊幼苗的干重保持不变
8．(2024·广东深圳外国语检测)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a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，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
B．t1比t2具有更低的光补偿点
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
9．(不定项)(2024·湖南师大附中月考)大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度(CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数)表示。下列说法错误的是(　　)
A．植物细胞壁越厚，叶肉导度越大
B．增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制
C．缺水条件下，叶肉限制可能会增大
D．叶肉导度越大，光合速率越小
10．(不定项)(2024·山东菏泽期中)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响，甲、乙、丙三组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。下列叙述正确的是(　　)
项目 甲组 乙组 丙组
库源比 1/2 1/4 1/6
净光合速率(μmol·m－ 2·s-1 ) 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06
单果重(g) 11.81 12.21 19.59
A．该实验的自变量是库源比，观测指标有净光合速率、果实中含13C光合产物、单果重
B．用13C的原因是其只能研究光合产物从源分配到库的生成过程
C．实验结果表明，库源比降低，单果重量增加，原因是植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多
D．实验中净光合速率可用单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量表示
11．(11分)(2024·江苏南通调研)研究人员通过人工诱变筛选出一株水稻突变体，其叶绿素含量仅为普通水稻的56%。图1表示在最适温度时不同光照强度下该突变体和普通水稻的净光合速率，图2中A、B两图表示某光照强度下该突变体与普通水稻的气孔导度(单位时间进入叶片单位面积的CO2量)和胞间CO2浓度。请分析回答下列问题。
(1)当光照强度为a时，为暗反应中C3的还原提供能量的物质为____________________，此时水稻叶片表皮细胞产生ATP的场所有______________________________。
(2)当光照强度超过2 000 μmol·m-2·s-1时，限制普通水稻光合作用速率上升的主要环境因素为____________。如果不考虑光呼吸，当光照强度为2 000 μmol·m-2·s-1时，突变体水稻的实际光合速率比普通水稻高__________%(保留两位小数)。
(3)当光照强度超过a后，突变体的光合速率比普通水稻高。根据图2分析，突变体水稻的________________________，进入叶片的CO2多，而__________与普通水稻相近，说明________________________，导致光合速率高。
(4)淀粉和蔗糖是植物光合作用两个主要的终产物，其合成都需要磷酸丙糖(TP)。磷酸转运器能将卡尔文循环产生的TP运到叶绿体外，同时将磷酸(Pi)运回叶绿体基质，过程如图3所示：
①据图3分析，Pi在淀粉和蔗糖间分配的调节过程中起着关键作用。当细胞质基质中的Pi浓度降低时，______从叶绿体运出减少，促使__________合成；细胞质基质中Pi的浓度升高时，促使__________合成。
②蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是______________________________。
7 / 7第12讲　光合作用的影响因素及应用
　活动：探究不同环境因素对光合作用的影响。
考点1　(探究·实践)探究环境因素对光合作用强度的影响
一、实验原理
1．利用抽气法排出叶片细胞间隙中的________，使其沉到水底。
2．通过____________________________调节光照强度。
3．光合作用的过程中产生________的多少与光合作用强度密切相关，O2积累在细胞间隙从而使下沉的叶片________。因此可依据一定时间内____________________________，来比较光合作用强度。
二、实验步骤及操作要点
实验步骤 操作要点
①制备圆形小叶片 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)
②排出细胞间隙中的气体 a．将圆形小叶片和适量清水置于注射器，排出注射器内残留的空气；b．用手指堵住注射器前端的小孔并__________________，使圆形小叶片内的气体逸出。重复2～3次，直到圆形小叶片________________
③分装圆形小叶片 a．将上述处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用；b．取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水；c．将待用圆形小叶片各10片分别放入3只小烧杯中
④给予不同的光照强度 分别取离LED台灯10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置，把3个烧杯分别放在这3个位置上，打开台灯
⑤观察并记录 观测并记录单位时间内3个烧杯中叶片上浮的数量，或者是__________________________________
三、实验结论
　在________________范围内，光合作用强度随光照强度的增强而________。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收O2，产生的CO2较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的O2，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图2和图3：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的O2产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
2．“叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)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．(链接人教版必修1 P105探究·实践)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，浓度为0.5%的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．(链接人教版必修1 P105探究·实践)某生物学研究小组以菠菜为材料探究光照强度和CO2浓度对光合作用强度的影响，图甲表示探究光照强度对光合作用强度的影响；图乙表示探究CO2浓度对光合作用强度的影响，其结果如图丙。下列说法正确的是(　　)
A．为使叶圆片全部沉到水底，抽气时应快速拉动注射器的活塞
B．图甲中可通过调节光源与烧杯的距离来控制自变量
C．将图乙装置中的NaHCO3溶液换成等量的NaOH溶液，可用于测定叶圆片的呼吸作用速率
D．图丙中bc段曲线平缓，此段光合作用的限制因素主要是CO2的浓度
考点2　光合作用的影响因素及应用
一、内部因素
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。
(1)光补偿点：阳生植物>阴生植物。
(2)光饱和点：阳生植物>阴生植物。
2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
二、外部因素
1．单因子变量对光合速率的影响
(1)光照强度
(2)CO2浓度
(3)温度
(4)水分和矿质元素
2．多因子变量对光合速率的影响
[深化拓展]
光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”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细胞呼吸速率增加，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，移动方向相反。
1．光合作用的强度就是指植物在单位时间内通过光合作用积累糖类的数量。 (　　)
2．当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应。 (　　)
3．镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。 (　　)
4．水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用。 (　　)
5．实验中测得的O2产生量是植物光合作用实际产生的总O2量。 (　　)
1．下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答。
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是　　　　　　　　　　　　。
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、水稻作为实验材料，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。结果如下图所示。回答下列问题。
(1)CO2浓度增加，作物的光合作用速率增加，理由是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)与甲组相比，乙组CO2浓度倍增，光合作用速率并没有倍增，此时限制光合速率增加的因素有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答两点即可)。
(3)解释丙组的光合速率比甲组低的原因。　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
分析影响光合作用的因素
1．(2024·广东四校联考)下图表示在自然条件下，甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的情况，下列有关说法错误的是(　　)
A．连续的阴雨天气，生长受影响更大的是甲植物
B．bc段，限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同
C．d点时，甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D．若提高外界环境的CO2浓度，则a、b两点都可能向左移动
2．(2024·山东烟台期末)科研人员用不同的强度和持续时间的高温处理两优培九和南粳46两种水稻后，水稻叶片净光合速率(Pn)受到的影响情况见下表(CK为对照组)。回答下列问题。
处理 两优培九 南粳46
温度/℃ 持续天数/d Pn/[μmol/(m2·s)] 比CK±/% Pn/[μmol/(m2·s)] 比CK±/%
CK / 24.25 / 21.35 /
35 1 22.96 －5.32 19.82 －7.17
3 20.58 －15.13 17.12 －19.81
5 18.32 －24.45 16.03 －24.92
7 17.38 －28.33 15.22 －28.71
38 1 21.83 －9.98 18.13 －15.08
3 19.24 －20.66 16.10 －24.59
5 17.58 －27.51 14.02 －34.33
7 15.46 －36.25 13.02 －39.02
(1)温度通过影响水稻叶片光合作用中__________________阶段酶的活性影响光合速率。除此之外，高温胁迫导致水稻净光合速率下降的原因还有_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(答出两种情况即可)
(2)据表分析，高温处理对水稻Pn产生的胁迫效应与________________________________有关。两优培九和南粳46水稻比较，抗高温能力相对较强的是____________，理由是_______________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
气孔变化对光合作用的影响
3．(2024·湖北卷)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”)。
光合作用在生产上的应用
4． (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。回答下列问题。
(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。光照强度大于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______________________________________
________________________________。
1．(2024·北京卷)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高x，可采取的做法是(　　)
A．增加叶片周围环境CO2浓度
B．将叶片置于4 ℃的冷室中
C．给光源加滤光片改变光的颜色
D．移动冷光源缩短与叶片的距离
2．(2024·全国新课标卷)干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是(　　)
A．叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低
B．干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少
C．植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大
D．干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
3．(2024·山东卷)从开花至籽粒成熟，小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比，某突变体叶片变黄的速度慢，籽粒淀粉含量低。研究发现，该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性，而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示，开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示，其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂，KT为细胞分裂素类植物生长调节剂，气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
检测指标 植株 14天 21天 28天
胞间CO2浓度(μmol CO2·mol-1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度(mol H2O·m-2·s-1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
请回答下列问题。
(1)光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有____________。结合细胞分裂素的作用，据图分析，与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是_______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析，与野生型相比，开花14天后突变体的光饱和点________(填“高”或“低”)，理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析，突变体籽粒淀粉含量低的原因是_______________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
4．(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10 d后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题。
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量______，原因可能是_____________________________________________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究。
实验材料：选择前期__________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
3 / 15第12讲　光合作用的影响因素及应用
　活动：探究不同环境因素对光合作用的影响。
考点1　(探究·实践)探究环境因素对光合作用强度的影响
一、实验原理
1．利用抽气法排出叶片细胞间隙中的气体，使其沉到水底。
2．通过LED台灯与烧杯之间的距离调节光照强度。
3．光合作用的过程中产生O2的多少与光合作用强度密切相关，O2积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可依据一定时间内圆形小叶片上浮的数量，来比较光合作用强度。
二、实验步骤及操作要点
实验步骤 操作要点
①制备圆形 小叶片 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)
②排出细胞 间隙中的 气体 a．将圆形小叶片和适量清水置于注射器，排出注射器内残留的空气；b．用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出。重复2～3次，直到圆形小叶片全部沉到水底
③分装圆形 小叶片 a．将上述处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用；b．取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水；c．将待用圆形小叶片各10片分别放入3只小烧杯中
④给予不同 的光照强度 分别取离LED台灯10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置，把3个烧杯分别放在这3个位置上，打开台灯
⑤观察并记录 观测并记录单位时间内3个烧杯中叶片上浮的数量，或者是浮起相同数量的叶片所用时间长短
三、实验结论
在一定光照强度范围内，光合作用强度随光照强度的增强而增强。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收O2，产生的CO2较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的O2，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图2和图3：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的O2产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
2．“叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)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．(链接人教版必修1 P105探究·实践)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，浓度为0.5%的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
B　[本实验的目的是探究适宜温度下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吸收的氧气时，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，浓度为0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，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．(链接人教版必修1 P105探究·实践)某生物学研究小组以菠菜为材料探究光照强度和CO2浓度对光合作用强度的影响，图甲表示探究光照强度对光合作用强度的影响；图乙表示探究CO2浓度对光合作用强度的影响，其结果如图丙。下列说法正确的是(　　)
A．为使叶圆片全部沉到水底，抽气时应快速拉动注射器的活塞
B．图甲中可通过调节光源与烧杯的距离来控制自变量
C．将图乙装置中的NaHCO3溶液换成等量的NaOH溶液，可用于测定叶圆片的呼吸作用速率
D．图丙中bc段曲线平缓，此段光合作用的限制因素主要是CO2的浓度
B　[为使叶圆片全部沉到水底，抽气时应缓慢多次拉动注射器的活塞，使胞间CO2排出来，A错误；图甲实验自变量为光照强度，图甲中可通过调节光源与烧杯的距离来控制自变量，B正确；呼吸作用需在黑暗条件下测定，且NaOH溶液会吸收CO2，呼吸作用释放出来的CO2被吸收，无法测量呼吸作用速率，C错误；图丙中bc段曲线平缓，bc段NaHCO3溶液浓度在提高，所以此段光合作用的限制因素可能为光照强度，D错误。]
考点2　光合作用的影响因素及应用
一、内部因素
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。
(1)光补偿点：阳生植物>阴生植物。
(2)光饱和点：阳生植物>阴生植物。
2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
二、外部因素
1．单因子变量对光合速率的影响
(1)光照强度
(2)CO2浓度
(3)温度
(4)水分和矿质元素
2．多因子变量对光合速率的影响
[深化拓展]
光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”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细胞呼吸速率增加，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，移动方向相反。
1．光合作用的强度就是指植物在单位时间内通过光合作用积累糖类的数量。 (×)
提示：光合作用的强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2．当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应。 (√)
3．镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。 (√)
4．水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用。 (√)
5．实验中测得的O2产生量是植物光合作用实际产生的总O2量。 (×)
提示：测得的O2产生量是植物光合作用实际产生的O2量减去呼吸作用消耗的O2的量。
1．下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答。
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是_____________________________ _____________________________________________________________________。
(2)10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是______________________ ____________________________________________________________________。
(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是__________________________。
提示：(1)光照强度逐渐增大　(2)此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2进入叶片组织的量减少，致使光合作用暗反应受到限制　(3)光照强度不断减弱
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、水稻作为实验材料，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。结果如下图所示。回答下列问题。
(1)CO2浓度增加，作物的光合作用速率增加，理由是___________________ ____________________________________________________________________。
(2)与甲组相比，乙组CO2浓度倍增，光合作用速率并没有倍增，此时限制光合速率增加的因素有___________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答两点即可)。
(3)解释丙组的光合速率比甲组低的原因。______________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：(1)CO2是光合作用(或暗反应)的原料
(2)光照强度的限制(NADPH和ATP的供应限制)；固定CO2的酶活性不够高、C5的再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等
(3)植物长期处于CO2倍增下，降低了固定CO2的酶含量或者活性，当恢复到大气CO2浓度后，已经降低的固定CO2的酶的含量或活性未能恢复，又失去了高浓度CO2的优势，因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率
分析影响光合作用的因素
1．(2024·广东四校联考)下图表示在自然条件下，甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的情况，下列有关说法错误的是(　　)
A．连续的阴雨天气，生长受影响更大的是甲植物
B．bc段，限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同
C．d点时，甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D．若提高外界环境的CO2浓度，则a、b两点都可能向左移动
C　[与乙植物相比，甲植物达到最大光合速率时对应的光照强度更大，故连续的阴雨天气，生长受影响更大的是甲植物，A正确；bc段，限制甲、乙两种植物光合速率的主要环境因素分别是光照强度、光照强度外的其他因素，B正确；d点时，甲、乙两种植物在单位时间内的CO2吸收量相等，但甲、乙两种植物的呼吸速率不一定相同，故甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量不一定相等，C错误；在自然条件下，提高外界环境的CO2浓度，则a、b两点都可能向左移动，D正确。]
2．(2024·山东烟台期末)科研人员用不同的强度和持续时间的高温处理两优培九和南粳46两种水稻后，水稻叶片净光合速率(Pn)受到的影响情况见下表(CK为对照组)。回答下列问题。
处理 两优培九 南粳46
温度/℃ 持续天数/d Pn/[μmol/ (m2·s)] 比CK ±/% Pn/[μmol/ (m2·s)] 比CK ±/%
CK / 24.25 / 21.35 /
35 1 22.96 －5.32 19.82 －7.17
3 20.58 －15.13 17.12 －19.81
5 18.32 －24.45 16.03 －24.92
7 17.38 －28.33 15.22 －28.71
38 1 21.83 －9.98 18.13 －15.08
3 19.24 －20.66 16.10 －24.59
5 17.58 －27.51 14.02 －34.33
7 15.46 －36.25 13.02 －39.02
(1)温度通过影响水稻叶片光合作用中______________________阶段酶的活性影响光合速率。除此之外，高温胁迫导致水稻净光合速率下降的原因还有________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(答出两种情况即可)
(2)据表分析，高温处理对水稻Pn产生的胁迫效应与_______________________有关。两优培九和南粳46水稻比较，抗高温能力相对较强的是____________，理由是______________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　(1)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，温度通过影响水稻叶片光合作用中光反应和暗反应阶段酶的活性影响光合速率。高温会影响光合作用，导致净光合速率下降，因为高温使光合色素分解(类囊体膜破坏)；高温使气孔关闭，二氧化碳供应减少；高温影响呼吸，使净光合速率下降。(2)分析表格可知，高温处理对水稻Pn产生的胁迫效应与高温强度、持续天数、水稻品种都有关，并且两优培九的抗高温性能相对较强，因为通过对比不同程度高温处理后，叶片Pn较CK下降幅度的百分率数值可知，在经过35 ℃或38 ℃高温处理3 d和3 d以上后，两优培九的Pn下降幅度比南粳46小。
[答案]　(1)光反应和暗反应　高温使光合色素分解(类囊体膜破坏)；高温使气孔关闭，二氧化碳供应减少；高温影响呼吸，使净光合速率下降　(2)高温强度、持续天数、水稻品种　两优培九　通过对比不同程度高温处理后，叶片Pn较CK下降幅度的百分率数值可知，在经过35 ℃或38 ℃高温处理3 d和3 d以上后，两优培九的Pn下降幅度比南粳46小
气孔变化对光合作用的影响
3．(2024·湖北卷)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”)。
[解析]　(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致细胞液的渗透压降低，保卫细胞失水引起气孔关闭。气孔关闭后，CO2吸收减少，光合速率减小。(2)r组是rhc1基因功能缺失突变体，即缺少rhc1基因产物，wt组能正常表达rhc1基因产物。分析图2，高浓度CO2时，wt组气孔开放度低于r组，说明rhc1基因产物能促进气孔关闭。(3)脱落酸能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落。干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，促进气孔关闭，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱中生存。(4)分析图2可知，高浓度CO2时，r组气孔开放度均高于wt组、h组和h/r组，结合图1分析，高浓度CO2时蛋白甲经过一系列调控机制最终使气孔关闭。r组是rhc1基因功能缺失突变体，高浓度CO2时，r组气孔开放度高，说明缺失rhc1基因编码的蛋白质不能够引起气孔关闭，由此推测，rhc1基因编码的是蛋白甲。
[答案]　(1)失水　减小　(2)促进　(3)促进气孔关闭，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱中生存　(4)rhc1
光合作用在生产上的应用
4． (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。回答下列问题。
(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。光照强度大于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，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(题图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_______________________________________。
[解析]　(1)①光饱和点为光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度，由图1净光合速率的曲线可知，当光照强度达到500 μ mol·m-2·s-1时，光合速率不再增加；光照强度大于1 300 μmol·m-2·s-1后，由图1可知光合作用受到抑制，且气孔导度增加，所以胞间二氧化碳浓度增加主要是由于光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加，吸收二氧化碳量增加。②由图1净光合速率曲线可知，光照强度对黄连生长的影响主要表现为在弱光条件下随光照强度增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制；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(叶色深绿，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，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，由图2可看出光能的主要去向为热耗散，所以黄连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，增加光合面积；补充二氧化碳，提高暗反应速率；合理密植等。
[答案]　(1)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，吸收二氧化碳量增加　黄连在弱光条件下随光照强度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，提高暗反应速率
1．(2024·北京卷)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高x，可采取的做法是(　　)
A．增加叶片周围环境CO2浓度
B．将叶片置于4 ℃的冷室中
C．给光源加滤光片改变光的颜色
D．移动冷光源缩短与叶片的距离
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氧气释放量，A符合题意；降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意；给光源加滤光片改变光的颜色可能会使单位时间单位叶面积的氧气释放量降低，比如将自然光改变为绿光会降低光合速率，C不符合题意；移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。]
2．(2024·全国新课标卷)干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是(　　)
A．叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低　
B．干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少
C．植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大
D．干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
A　[叶片萎蔫时，叶片中的脱落酸(ABA)含量会增加，达到一定程度叶片可能会脱落，A错误；干旱缺水时，植物气孔开度减小，吸收的CO2会减少，植物的光合速率会降低，B正确；植物细胞失水时主要失去自由水，自由水含量下降，结合水与自由水比值会增大，C正确；缺水会影响植物体内各种需要水分参与的生理反应，植物对营养物质的吸收和运输往往需要水分参与，缺水不利于该过程，D正确。]
3．(2024·山东卷)从开花至籽粒成熟，小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比，某突变体叶片变黄的速度慢，籽粒淀粉含量低。研究发现，该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性，而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示，开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示，其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂，KT为细胞分裂素类植物生长调节剂，气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
检测指标 植株 14天 21天 28天
胞间CO2浓度(μmol CO2·mol-1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度(mol H2O·m-2·s-1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
请回答下列问题。
(1)光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有____________。结合细胞分裂素的作用，据图分析，与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析，与野生型相比，开花14天后突变体的光饱和点__________(填“高”或“低”)，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析，突变体籽粒淀粉含量低的原因是_____________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　(1)光反应产生的ATP和NADPH可用于暗反应C3的还原。对比野生型和突变型不同条件下类囊体膜蛋白稳定性可知，不同条件下突变型类囊体膜蛋白稳定性均高于野生型，可能是突变型细胞分裂素合成增加，使类囊体膜蛋白稳定性增强，而细胞分裂素可促进叶绿素的合成，故与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢。(2)据表可知，开花14天后突变体的气孔导度大于野生型，但突变体的胞间CO2浓度低于野生型，且突变体的呼吸代谢不受影响，说明突变体光合作用更强，消耗的CO2更多，因此，与野生型相比，开花14天后突变体的光饱和点高。(3)据图可知，与野生型相比，突变体蔗糖转化酶活性更高，而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，故突变体内蔗糖减少，且叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，因此突变体向外运输的蔗糖减少，导致籽粒淀粉含量低。
[答案]　(1)ATP、NADPH　突变体细胞分裂素合成更多，而细胞分裂素能促进叶绿素的合成　(2)高　 开花14天后突变体气孔导度大于野生型，但胞间CO2浓度小于野生型，且突变体的呼吸代谢不受影响，说明突变体的光合作用更强，消耗的CO2更多　(3)叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，表中突变体蔗糖转化酶活性大于野生型，因此突变体内可向外运输到籽粒的蔗糖少于野生型
4．(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10 d后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题。
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量______，原因可能是____________________________________________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的______________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究。
实验材料：选择前期______________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以__________为对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　(1)分析图b结果可知，培养10 d后，A组叶绿素含量为4.2 mg·dm-2，C组叶绿素含量为4.7 mg·dm-2，与A组相比，C组叶片叶绿素含量高，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能多地吸收光能。(2)由图b可知，B组的净光合速率大于A组和C组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。(3)分析题意可知，该实验的目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮阴比例，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下。实验材料：选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示条件，分为A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组为对照，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果B组遮阴比例下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例。
[答案]　(1)高　遮阴条件下植物合成较多的叶绿素　(2)糖类等有机物　(3)光照等培养条件　A组　遮阴比例　探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例
课时分层作业(十二)　光合作用的影响因素及应用
1．(2024·湖北名校联考)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系，作物采用无土栽培的技术。生菜是植物工厂常年培养的速生蔬菜。下列有关植物工厂中对生菜培养的说法正确的是(　　)
A．培养过程中需要定时向营养液中通入空气，主要目的是为光合作用提供CO2
B．同等强度下使用白光比红光更有利于生菜光合作用制造有机物
C．培养过程中需要定期更换营养液，主要目的是保证无机盐的供应
D．合理的控制温度可以提高生菜的光补偿点，有利于增产
C　[培养过程中需要定时向营养液中通入空气，主要是为根部提供O2，保证根部细胞的有氧呼吸，A错误；同等强度下植物对红光和蓝紫光的利用率比其他单色光更高，白光中红光和蓝紫光只占一部分，能用于生菜光合作用的有效光弱于红光，B错误；培养过程中定期更换营养液可以保证无机盐的供应，C正确；合理的控制温度可以降低生菜的光补偿点、提高光饱和点，进而有利于增产，D错误。]
2．(2024·湖北黄冈高三调研)将某植物置于密闭的容器中，测量其单位时间内CO2的吸收量与光照强度、温度等的关系，结果如图所示。下列相关叙述，正确的是(　　)
A．与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大
B．当植物缺镁时，B点向左移，E点向左下方移
C．植物在C、D两点时光合作用合成有机物的量相同
D．限制E点光合速率的主要因素是光照强度和温度
A　[当光照强度为0时，不能进行光合作用，即曲线与纵轴的交点，据图可知，与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大，A正确；植物缺镁时，叶绿素无法合成，光合作用下降，一般不影响呼吸作用，B点时光合速率等于呼吸速率，此时要增大光照强度才能弥补缺镁引起的光合速率下降，因此B点向右移，E是光饱和点，E点向左下方移，B错误；实际光合速率等于净光合速率＋呼吸速率，植物在C、D两点净光合速率相同，但22 ℃条件下呼吸速率更大，因此D点光合作用合成有机物的量较大，C错误；据图可知，E点已经达到光饱和点，光照强度此时不是限制因素，此时限制E点光合速率的主要因素是温度和二氧化碳浓度，D错误。]
3．(2024·广东惠州调研)某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。下列有关分析错误的是(　　)
A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C．实验2～4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D．持续严重干旱，对植物的光反应和暗反应均有可能产生影响
C　[分析图甲可知，随干旱时间延长，叶片光合速率呈下降趋势，A正确；比较图甲和乙，图甲中光合速率在第2天就开始下降，而图乙中叶绿素含量在第4天才开始下降，因此叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降，B正确；图乙中，实验2～4天中，叶片叶绿素含量并没有下降，但图甲中光合速率已经下降，C错误；持续严重干旱，植物的叶绿素含量下降，对植物的光反应有影响，干旱还会导致气孔关闭，叶片中CO2浓度下降，进而引起暗反应下降，D正确。]
4．(2024·衡水中学月考)如图为某农作物光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同，则据图分析错误的是(　　)
A．在水分充足时该农作物光合作用没有出现“午休”现象
B．曲线Ⅱ波谷的形成与气孔有关
C．适时进行灌溉可以缓解该农作物光合作用的“午休”程度
D．导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D　[由题干信息“曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据”及分析曲线图可知，在水分充足时(如降雨后第2天)该农作物光合作用没有出现“午休”现象，A正确；由曲线图可知，曲线Ⅱ双峰的形成与光照强度及温度的变化有关，波谷的形成是由光照过强或温度过高导致气孔关闭，进而固定的CO2减少引起的，即曲线Ⅱ波谷的形成与气孔有关，B正确；经上述分析可知，在水分充足时该农作物光合作用没有出现“午休”现象，故适时进行灌溉可以缓解农作物光合作用的“午休”程度，C正确；导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是光照强度和温度，导致曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应光合速率不同的主要因素是土壤含水量，D错误。]
5．(2024·湖南岳阳模拟)在25 ℃条件下探究某品种玉米光合速率的影响因素，不考虑光照、施肥和土壤含水量对呼吸速率的影响，实验结果如下图。据图分析下列有关说法正确的是(　　)
A．与B点相比，D点叶绿体中ATP和NADPH生成速率更慢
B．光照强度为800 Lux是玉米在25 ℃条件下的光饱和点
C．与G点相比，制约C点光合作用强度的因素有土壤含水量和光照强度
D．在土壤含水量为40%～60%的条件下，施肥或增大光照强度均能有效促进光合作用
D　[与B点相比，D点光照强度增大，光反应增强，叶绿体中ATP和NADPH生成速率更快，A错误；光照强度增大，光合速率可能会继续升高，光照强度为800 Lux不一定是玉米在25 ℃条件下的光饱和点，B错误；与G点相比，制约C点光合作用强度的因素是土壤含水量，C错误；在土壤含水量为40%～60%的条件下，施肥或增大光照强度，光合速率均增大，因此施肥或增大光照强度均能有效促进光合作用，D正确。]
6．(2024·重庆巴蜀中学检测)低温冷害是我国北方玉米高产的主要限制因素，如图为低温胁迫下PKN(一种抗冷剂) 处理对玉米幼苗光合作用的影响结果。下列叙述错误的是(　　)
A．玉米幼苗细胞中的叶绿素分布在类囊体薄膜上，提取叶绿素时可以用无水乙醇
B．冷害会导致叶片缺绿或黄化，可能的原因是低温使叶绿素分解加速或合成变慢
C．PKN可通过减缓叶绿素含量和气孔导度的下降，减缓净光合速率的下降
D．在实验时间内，低温胁迫天数越长，细胞中有机物的含量越低
D　[高等植物的叶绿素主要分布于叶绿体的类囊体薄膜上，叶绿素的提取可以用无水乙醇，A正确；叶片的缺绿或黄化，说明叶绿素含量不足，可能的原因是植物所处的低温环境导致叶绿素分解加速或合成不足，B正确；由PKN处理组和清水组的对比可知，叶绿素含量、净光合速率、气孔导度总体高于清水组，所以PKN可通过减缓叶绿素含量和气孔导度的下降，减缓净光合速率的下降，C正确；净光合速率反映的是单位时间内有机物的净积累，由图可知，在实验时间内，随低温胁迫天数的延长，植物净光合速率下降，但不为零，有机物积累，有机物含量增加，D错误。]
7．(2024·福建厦门一中检测)某生物学兴趣小组在实验室中模拟夏季一天中的光照强度，并测定苦菊幼苗光合速率的变化情况，结果如下图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．若b点时天气突然转阴，叶肉细胞叶绿体中C3含量降低
B．一天中不同时间的不同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率可能相同
C．一天中不同时间的相同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率一定不同
D．若a点时叶片的净光合速率为0，则此状态下苦菊幼苗的干重保持不变
B　[若b点时天气突然转阴，则光反应速率下降，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，暗反应中C3的还原速率下降，叶肉细胞叶绿体中C3含量升高，A错误；图中bc段和cd段，一天中不同时间的不同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率可能相同，B正确；c、e点是一天中不同时间的相同光照强度下，此时苦菊幼苗的光合速率不同，但b点也是一天中不同时间的相同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率相同，C错误；若a点时叶片的净光合速率为0，而幼苗的根、茎等器官只进行呼吸作用分解有机物，则此状态下苦菊幼苗的干重下降 ，D错误。]
8．(2024·广东深圳外国语检测)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a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，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
B．t1比t2具有更低的光补偿点
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
D　[在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，则二者光合作用速率相同时，t2所需的光照强度高于t1，因此当二者光合速率分别达到最大时，t2所需光照强度高于t1，即t2具有比t1更高的光饱和点，A正确；在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，当呼吸作用释放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率时，t1所需光照强度低于t2，即t1比t2具有更低的光补偿点，B正确；由题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，因此三者光合速率的高低与叶绿素含量无关，C正确；正常光照条件下，三者的叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同，造成叶绿体相对受光面积的不同，从而影响光合速率，但在三者都达到光饱和后，三者光合速率不再变化，三者光合速率的差异不会随着光照强度的增加而变大，D错误。]
9．(不定项)(2024·湖南师大附中月考)大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度(CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数)表示。下列说法错误的是(　　)
A．植物细胞壁越厚，叶肉导度越大
B．增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制
C．缺水条件下，叶肉限制可能会增大
D．叶肉导度越大，光合速率越小
AD　[细胞壁是全透的，其厚度不影响CO2从气孔到叶绿体的扩散，A错误；增加叶肉细胞生物膜的通透性，叶肉导度变大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力变小，可以降低叶肉限制，B正确；缺水条件下，气孔关闭，叶肉细胞导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；一定范围内，叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D错误。]
10．(不定项)(2024·山东菏泽期中)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响，甲、乙、丙三组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。下列叙述正确的是(　　)
项目 甲组 乙组 丙组
库源比 1/2 1/4 1/6
净光合速率(μmol·m－ 2·s-1 ) 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06
单果重(g) 11.81 12.21 19.59
A．该实验的自变量是库源比，观测指标有净光合速率、果实中含13C光合产物、单果重
B．用13C的原因是其只能研究光合产物从源分配到库的生成过程
C．实验结果表明，库源比降低，单果重量增加，原因是植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多
D．实验中净光合速率可用单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量表示
ACD　[本题研究不同库源比对叶片光合作用和光合产物分配的影响，自变量为库源比，因变量为光合作用以及光合产物分配的情况，A正确；用13CO2的原因不仅可以研究光合产物从源分配到库的生成过程，也能研究净光合积累有机物的量，B错误；根据表格数据可知，库源比降低，单果重量增加，原因是植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，C正确；净光合速率＝实际光合速率—呼吸速率，因此，可用单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量表示，D正确。]
11．(11分)(2024·江苏南通调研)研究人员通过人工诱变筛选出一株水稻突变体，其叶绿素含量仅为普通水稻的56%。图1表示在最适温度时不同光照强度下该突变体和普通水稻的净光合速率，图2中A、B两图表示某光照强度下该突变体与普通水稻的气孔导度(单位时间进入叶片单位面积的CO2量)和胞间CO2浓度。请分析回答下列问题。
(1)当光照强度为a时，为暗反应中C3的还原提供能量的物质为____________________，此时水稻叶片表皮细胞产生ATP的场所有______________________________。
(2)当光照强度超过2 000 μmol·m-2·s-1时，限制普通水稻光合作用速率上升的主要环境因素为____________。如果不考虑光呼吸，当光照强度为2 000 μmol·m-2·s-1时，突变体水稻的实际光合速率比普通水稻高__________%(保留两位小数)。
(3)当光照强度超过a后，突变体的光合速率比普通水稻高。根据图2分析，突变体水稻的________________________，进入叶片的CO2多，而__________与普通水稻相近，说明________________________，导致光合速率高。
(4)淀粉和蔗糖是植物光合作用两个主要的终产物，其合成都需要磷酸丙糖(TP)。磷酸转运器能将卡尔文循环产生的TP运到叶绿体外，同时将磷酸(Pi)运回叶绿体基质，过程如图3所示：
①据图3分析，Pi在淀粉和蔗糖间分配的调节过程中起着关键作用。当细胞质基质中的Pi浓度降低时，______从叶绿体运出减少，促使__________合成；细胞质基质中Pi的浓度升高时，促使__________合成。
②蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是______________________________。
[解析]　(1)光反应为暗反应提供ATP和NADPH，为C3的还原提供能量。当光照强度为a时，净光合速率大于0，此时水稻既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，因此叶片表皮细胞产生ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质。(2)图1表示在最适温度时不同光照强度下该突变体和普通水稻的净光合速率，当光照强度超过2 000 μmol·m-2·s-1时，随着光照强度增加，普遍水稻净光合速率不再增加，因此此时限制普通水稻光合作用速率上升的主要环境因素为CO2浓度。当光照强度为2 000 μmol·m-2·s-1时，突变体水稻的实际光合速率为19＋2＝21(CO2 μmol·m-2·s-1)，普通水稻的实际光合速率为15＋2＝17(CO2 μmol·m-2·s-1)，因此突变体水稻的实际光合速率比普通水稻高(21－17)/17≈23.53%。(3)据图2分析，突变体的气孔导度大，进入叶片的CO2多，而胞间CO2浓度与普通水稻相近，说明突变体能较快地消耗CO2，所以突变体水稻在单位时间内固定的CO2多，导致光合速率高。(4)①淀粉和蔗糖是植物光合作用两个主要的终产物，其合成都需要磷酸丙糖(TP)。磷酸转运器能将卡尔文循环产生的TP运到叶绿体外，同时将磷酸(Pi)运回叶绿体基质，过程如图3所示。Pi在淀粉和蔗糖间分配的调节过程中起着关键作用。当细胞质基质中的Pi浓度降低时，TP从叶绿体运出减少，促使淀粉合成；细胞质基质中Pi的浓度升高时，TP运出增多，促使蔗糖合成。
②葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，以蔗糖作为运输物质，其溶液中溶质分子个数相对较少，渗透压相对稳定，而且蔗糖为非还原糖，性质较稳定。
[答案]　(每空1分，共11分)(1)ATP和NADPH　线粒体、叶绿体和细胞质基质　(2)CO2浓度　23.53　(3)气孔导度大　胞间CO2浓度　突变体能较快地消耗CO2　(4)TP　淀粉　蔗糖　蔗糖为非还原糖，性质较稳定
3 / 28课时分层作业(十二)
1．C　2．A　3．C　
4．D　[由题干信息“曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据”及分析曲线图可知，在水分充足时(如降雨后第2天)该农作物光合作用没有出现“午休”现象，A正确；由曲线图可知，曲线Ⅱ双峰的形成与光照强度及温度的变化有关，波谷的形成是由光照过强或温度过高导致气孔关闭，进而固定的CO2减少引起的，即曲线Ⅱ波谷的形成与气孔有关，B正确；经上述分析可知，在水分充足时该农作物光合作用没有出现“午休”现象，故适时进行灌溉可以缓解农作物光合作用的“午休”程度，C正确；导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是光照强度和温度，导致曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应光合速率不同的主要因素是土壤含水量，D错误。]
5．D　[与B点相比，D点光照强度增大，光反应增强，叶绿体中ATP和NADPH生成速率更快，A错误；光照强度增大，光合速率可能会继续升高，光照强度为800 Lux不一定是玉米在25 ℃条件下的光饱和点，B错误；与G点相比，制约C点光合作用强度的因素是土壤含水量，C错误；在土壤含水量为40%～60%的条件下，施肥或增大光照强度，光合速率均增大，因此施肥或增大光照强度均能有效促进光合作用，D正确。]
6．D　[高等植物的叶绿素主要分布于叶绿体的类囊体薄膜上，叶绿素的提取可以用无水乙醇，A正确；叶片的缺绿或黄化，说明叶绿素含量不足，可能的原因是植物所处的低温环境导致叶绿素分解加速或合成不足，B正确；由PKN处理组和清水组的对比可知，叶绿素含量、净光合速率、气孔导度总体高于清水组，所以PKN可通过减缓叶绿素含量和气孔导度的下降，减缓净光合速率的下降，C正确；净光合速率反映的是单位时间内有机物的净积累，由图可知，在实验时间内，随低温胁迫天数的延长，植物净光合速率下降，但不为零，有机物积累，有机物含量增加，D错误。]
7．B　[若b点时天气突然转阴，则光反应速率下降，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，暗反应中C3的还原速率下降，叶肉细胞叶绿体中C3含量升高，A错误；图中bc段和cd段，一天中不同时间的不同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率可能相同，B正确；c、e点是一天中不同时间的相同光照强度下，此时苦菊幼苗的光合速率不同，但b点也是一天中不同时间的相同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率相同，C错误；若a点时叶片的净光合速率为0，而幼苗的根、茎等器官只进行呼吸作用分解有机物，则此状态下苦菊幼苗的干重下降 ，D错误。]
8．D　[在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，则二者光合作用速率相同时，t2所需的光照强度高于t1，因此当二者光合速率分别达到最大时，t2所需光照强度高于t1，即t2具有比t1更高的光饱和点，A正确；在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，当呼吸作用释放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率时，t1所需光照强度低于t2，即t1比t2具有更低的光补偿点，B正确；由题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，因此三者光合速率的高低与叶绿素含量无关，C正确；正常光照条件下，三者的叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同，造成叶绿体相对受光面积的不同，从而影响光合速率，但在三者都达到光饱和后，三者光合速率不再变化，三者光合速率的差异不会随着光照强度的增加而变大，D错误。]
9．AD　[细胞壁是全透的，其厚度不影响CO2从气孔到叶绿体的扩散，A错误；增加叶肉细胞生物膜的通透性，叶肉导度变大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力变小，可以降低叶肉限制，B正确；缺水条件下，气孔关闭，叶肉细胞导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；一定范围内，叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D错误。]
10．ACD　[本题研究不同库源比对叶片光合作用和光合产物分配的影响，自变量为库源比，因变量为光合作用以及光合产物分配的情况，A正确；用13CO2的原因不仅可以研究光合产物从源分配到库的生成过程，也能研究净光合积累有机物的量，B错误；根据表格数据可知，库源比降低，单果重量增加，原因是植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，C正确；净光合速率＝实际光合速率—呼吸速率，因此，可用单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量表示，D正确。]
11．(每空1分，共11分)(1)ATP和NADPH　线粒体、叶绿体和细胞质基质　(2)CO2浓度　23.53　(3)气孔导度大　胞间CO2浓度　突变体能较快地消耗CO2　(4)TP　淀粉　蔗糖　蔗糖为非还原糖，性质较稳定
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