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第12讲　第三课时　光合作用的影响因素及其应用
考点一 实验:探究环境因素对光合作用强度的影响
夯实基础 精研教材
1.实验原理
2.实验变量分析
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 　　　　　　　　　　等保持一致
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
叶片大小、溶液的量
3.实验流程
黑暗
CO2　
圆形小叶片浮起
的数量
4.注意事项
教材深挖
(必修1 P105探究·实践)该实验中,若NaHCO3溶液浓度过高会导致叶片上浮缓慢,原因是　　　　　　　 　　　　　　　　　。
在高浓度的无机盐溶液中,植物细胞失水,代谢减弱
易错排查
1.在探究光照强度对光合作用强度的影响中,增加光照强度或温度,都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间。(　　)
2.探究光照强度对光合作用强度影响的实验中使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。(　　)
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。(　)
4.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。(　　)
×
√
√
×
考法练透 素养提升
1.(2024·成都七中诊断)某生物兴趣小组将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中,以LED灯作为光源,移动LED灯调节其与大试管的距离,分别在10 ℃、20 ℃和30 ℃下进行实验,观察并记录单位时间内不同距离下枝条产生的气泡数目,结果如图所示。下列相关叙述错误的是( 　)
A.该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响
B.A点和C点的限制因素分别为温度和光照强度
C.B点条件下伊乐藻能进行光合作用
D.若在缺镁的培养液中进行此实验,则B点向右移动
D
解析 若培养液中缺镁,叶绿素合成受阻,光合速率减弱,而呼吸速率不变,需要增大光照强度来增大光合速率,使光合速率等于呼吸速率,即B点向左移动,D项错误。
2.(2024·广东深圳联考)某实验小组利用菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片,在适宜条件下探究NaHCO3溶液浓度对光合作用强度的影响,结果如图。下列说法正确的是(　　)
A.叶圆片上浮情况只与光合作用强度有关,与呼吸作用强度无关
B.②~⑤组幼叶圆片上浮的速度比成熟叶圆片上浮的速度快
C.若适当加大光照强度,⑥⑦组的叶圆片也会上浮
D.取叶圆片时应避开大的叶脉,以减少无关变量对实验的干扰
D
解析 叶圆片的沉浮取决于气体是否在细胞间隙积累,与净光合速率有关,因此叶圆片上浮情况与光合作用强度和呼吸作用强度都有关,A项错误;据图可知,②~⑤组幼叶圆片上浮所需时间大于成熟叶圆片,说明②~⑤组幼叶圆片上浮的速度较慢,B项错误;⑥⑦组叶圆片不上浮的原因可能是NaHCO3溶液浓度过高,导致细胞渗透失水过多而死亡,因此若适当加大光照强度,⑥⑦组的叶圆片不会上浮,C项错误;叶脉上没有叶绿体,取叶圆片时应避开大的叶脉,以减少无关变量对实验的干扰,D项正确。
考点二 影响光合作用的因素及其应用
夯实基础 精研教材
1.环境因素对光合作用的影响及应用
(1)光照强度对光合作用的影响及应用
①原理:光照强度影响　　　　　　　　　　　　　　　的产生,进而影响暗反应。
光反应阶段中ATP及NADPH
②曲线分析(实线表示阳生植物,虚线表示阴生植物)
③应用:阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种农作物、林间带树种的配置和冬季温室栽培等都可合理利用光能。
(2)CO2浓度对光合作用的影响及应用
①原理:CO2浓度通过影响　　　　　　　　　　　影响光合作用强度。
②曲线分析
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点,而图2中的A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;两图中的
B点和B'点都表示CO2饱和点,两图都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
暗反应阶段C3的生成
③应用
(3)温度对光合作用的影响及应用
①原理:温度通过影响　　　　　 　　　影响光合作用强度。
②曲线分析
光合作用相关酶的活性
酶活性
(4)水对光合作用的影响及应用
①原理:水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水将导致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内。
②曲线分析
图1表明在农业生产中,可根据作物的需水规律,合理灌溉。
图2曲线上E点处光合作用强度暂时降低,是因为蒸腾作用过于旺盛,植物失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的供应。
③应用:预防干旱,合理灌溉。
图1
图2
(5)矿质元素对光合作用的影响及应用
①原理:矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分,缺乏矿质元素会影响光合作用的进行。例如,N是酶的组成元素,N、P是ATP的组成元素,Mg是叶绿素的组成元素等。
②曲线分析
在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用强度;但当矿质元素超过一定含量后,土壤溶液的浓度过高,植物会因渗透失水而使光合作用强度下降。
③应用:合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
2.影响光合作用强度的内部因素及应用
(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如下图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
增多
提高
(3)叶面积指数(光合面积)
3.多因子变量对光合速率的影响及应用
A
B
C
教材深挖
(必修1 P106拓展应用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。分析曲线图并回答问题。
(1)10~12时左右的光合作用强度明显
减弱的原因是
　 。
(2)依据本题提供的信息,提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施:
　 。
此时温度很高,导致气孔大量关闭,CO2无法进入叶片组织,致使光合作用暗反应受到限制
可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式,如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等,提高绿色植物光合作用强度
易错排查
1.干旱条件下,很多植物光合速率降低,主要原因是水是光合作用的原料,是生化反应的介质。(　　)
2.比较两种不同品种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验来进行。(　　)
3.已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的,则甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率大于0。(　　)
4.当光照强度达到光饱和点时,要使光合作用强度升高,可以考虑的措施是提高CO2浓度。(　　)
×
√
√
×
思维探究 考教衔接
(根据2020·全国卷情境设计)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。
(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 　(答出2点即可)。
避免杂草与农作物竞争阳光、水、无机盐等,提升作物光合作用强度,保证物质与能量更多地流向农作物,促进农作物的生长发育;松土能增加土壤中氧气含量,增强根细胞呼吸作用强度,促进根细胞的生长发育,促进水和无机盐的吸收
(2)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)见下表。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
AC
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
考法练透 素养提升
考法一　光合作用的影响因素分析
1.(2025·湖南衡阳模拟)图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为A、B、C、D时的CO2释放速率和O2产生速率的变化。图乙表示蓝细菌的CO2吸收速率与光照强度的关系,下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.图甲中,光照强度为B时,水稻叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
B.图甲中,光照强度为D时,水稻叶肉细胞从周围环境中吸收CO2的速率相对值为2
C.图乙中,光照强度为X时,蓝细菌产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D.图乙中,限制E、F、G点光合速率的主要因素是光照强度
答案 B　
解析 图甲中,光照强度为A时,O2产生速率为0,水稻叶肉细胞只进行细胞呼吸,据此可知,水稻叶肉细胞呼吸速率相对值为6;光照强度为B时,CO2释放速率大于0,说明光合速率小于呼吸速率,A项错误。光照强度为D时,O2产生速率相对值为8,则总光合速率相对值为8,因而该水稻叶肉细胞从周围环境中吸收CO2的速率相对值为8-6=2,B项正确。图乙所示生物为蓝细菌,蓝细菌不含线粒体和叶绿体,产生ATP的场所是细胞质基质,C项错误。限制G点光合速率的因素是温度、CO2浓度等,而限制E点、F点光合速率的主要因素是光照强度,D项错误。
2.(2023·北京卷)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。下列对此图理解错误的是(　　)
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
C
解析 CO2吸收速率代表净光合速率,低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升,需要从外界吸收的CO2减少,A项正确;在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增强,B项正确;CP点代表呼吸速率等于光合速率,植物可以进行光合作用,C项错误;图中M点处CO2吸收速率最大,即净光合速率最大,也就是光合速率与呼吸速率的差值最大,D项正确。
考法二　光合作用在农业生产中的应用
3.粮草间作是农业产业结构调整,改变单一种植结构,提高单位产量的有效途径。苜蓿是重要的经济牧草,玉米是重要的经济作物。苜蓿的根有极强的吸水能力,玉米植株的高度高于苜蓿植株。某实验小组探究了玉米和苜蓿在单作和间作模式下光合作用的情况,以及间作距离对苜蓿叶绿素含量的影响,结果如图所示。回答下列问题。
(1)与单作相比,间作时玉米和苜蓿的光合速率均有所下降。结合题干信息,可能的原因是
　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)间作时,要保持适当的行间距和通风,其作用是　　　　　　　　　 　　　　　　　。
(3)苜蓿叶肉细胞中的叶绿素分布在　　　　　　　　　　　上。根据实验结果分析,间作距离较小时,苜蓿叶绿素的含量明显较高,其生理意义是　　　　　　　　 　　　　　　　　　。
(4)从作物根系在土壤中分布的角度分析,“一深一浅”的两种作物更适合间作,其原因可能是　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
苜蓿吸水多导致玉米缺水;玉米植株高于苜蓿植株,对苜蓿有遮光作用
避免遮光;有利于CO2的供给,促进光合作用
叶绿体的类囊体薄膜
提高苜蓿对光能的吸收能力,以适应弱光环境　
能充分利用不同深度土壤中的营养物质;能有效缓解竞争
解析 (1)根据题意可知,苜蓿具有很强的吸水能力,因此和玉米间作可能会导致玉米缺水,从而使玉米光合速率下降;玉米植株的高度高于苜蓿,对苜蓿具有遮光作用,会降低苜蓿的光合速率。(2)间作时,保持适当的行间距和通风,既能避免植株叶片之间相互遮光,也有利于CO2的供给,从而促进光合作用。(3)苜蓿叶肉细胞中的叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。根据实验结果分析可知,间作距离较小时,苜蓿叶绿素的含量明显较高,其意义在于较高含量的叶绿素能提高苜蓿对光能的吸收能力,以增强其对弱光环境的适应性,增大光合速率。(4)根系“一深一浅”的作物间作,有利于充分利用不同深度土壤中的营养物质并缓解不同植物根系之间的竞争,提高经济效益。
聚焦表达 回扣落实
1.(实验探究类)探究光照强度对光合作用强度影响的实验中,抽出圆形小叶片细胞间的气体后先放在黑暗下的目的是　　　　　　　　　　　。给予光照一段时间后叶片上升的原因是____________________________
　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　。该实验中NaHCO3的作用是　　　　　　　　　　　,密闭的液滴移动装置中NaHCO3的作用是　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(原因分析类)在温室大棚生产中,大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量,原因是
　　　　　　　　　　　。
防止提前进行光合作用
光合作用产生的氧气量大于细胞
呼吸消耗的氧气量,细胞间隙充满氧气,所以叶片上浮
给光合作用提供CO2　
保持CO2浓度稳定
农家肥中的有机物被微生物分解产生无机盐和CO2,CO2和无机盐能被作物利用,提高大棚作物的产量
3.(原因分析类)整个植株表现为单位时间内CO2吸收量为0时,该植株叶肉细胞的光合作用强度　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)叶肉细胞的细胞呼吸强度,原因是
　 　　　　　　　　　　 　。
大于
该条件下叶肉细胞的光合速率等于整个植株的细胞呼吸速率,因此叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率
4.(2018·全国Ⅰ卷节选)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是　　　　,判断的依据是
　 　 。
甲
根据曲线图可知,甲种植物的光饱和点较高,对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲种植物净光合速率下降幅度比乙种植物大
5.(2018·全国Ⅲ卷节选)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知,当叶面积系数小于a时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均　　　　　。当叶面积系数超过b时,群体干物质积累速率降低,其原因是
　 　。
增加
群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,故群体干物质积累速率降低

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