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第13讲　影响光合作用的因素及应用
课程标准解读与能力要求 知识网络概览
1.探究不同环境因素对光合作用的影响。 2.运用模型与建模的方法分析影响光合作用的因素,强化环境因素对光合作用的影响的理解能力。 3.通过探究环境因素对光合作用速率影响的实验,提升实验设计和分析的能力。
考点一　影响光合作用强度的因素的实验分析
【要点梳理·夯基固本】
1.实验原理:
2.实验变量:
变量 自变量 因变量
光照强度 光合作用强度
实验 操作 通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小 通过观测单位时间内圆形小叶片上浮的数量来衡量光合作用强度
3.实验流程:
4.实验结果:光照越强,单位时间内烧杯内圆形小叶片浮起的数量越多,说明一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度不断增强。
名师点睛　实验中的变量控制
(1)自变量的控制:还可以用不同功率的光源放置相同的距离控制不同的光照强度。
(2)因变量的控制:还可以通过观测浮起相同数量的圆形小叶片所用的时间来衡量光合作用强度。
易错辨析
1.使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。(√)
2.往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。(×)
分析:往水中吹气是为了增加水中的CO2。
3.将排气后的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。(√)
4.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,都能明显缩短圆形小叶片上浮至液面所用的时间。(×)
分析:当达到光饱和点后,增加光照强度不会缩短圆形小叶片上浮至液面所用的时间。适当地提高温度,可能会增加圆形小叶片上浮至液面所用的时间。
5.在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,能直接测定出其真正的光合作用速率。(×)
分析:在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,无法排除细胞呼吸的影响,因此不能直接测定出其真正的光合作用速率。
长句表达
(必修1 P105 探究·实践延伸)LED台灯会产生热量,距离越近(功率越大)热量越多,从而影响装置溶液的温度,欲避免光照对烧杯内水温产生影响,实验改进措施是在台灯和盛有圆形小叶片的烧杯之间放一盛水的玻璃柱,该玻璃柱可以吸收灯光的热量。
【扣点专练·通法悟道】
1.采用真空渗水法(叶圆片上浮法)探究光照强度对光合作用强度的影响时,下列哪项操作是不需要的(　　)
A.将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理
B.将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用
C.将抽气的叶圆片分别置于不同浓度的NaHCO3溶液中
D.对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射
【解析】选C。将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理,目的是抽出叶肉细胞间隙中的气体,使叶片下沉,A不符合题意;将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用,此后再对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射,可根据叶圆片上浮的时间推测不同光照强度下的光合作用强度,B、D不符合题意;本实验的自变量为光照强度,则NaHCO3溶液浓度为无关变量,应保持相同且适宜,C符合题意。
提升·关键能力——实验无关变量的控制
影响光合作用强度的因素实验中无关变量的控制
(1)打孔时要避开大的叶脉,因为其中没有叶绿体,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。
(2)为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
(3)所用光源产生的热量不应对实验产生影响,可选用冷光源,或在光源和烧杯之间添加盛水玻璃柱。
2.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呼吸作用强度
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
【解析】选A。叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度,A错误;实验前将各叶圆片内的气体排出,目的是排除原有气体对实验结果造成的干扰,B正确;可以通过观察相同时间内叶圆片上浮数量来直接反映净光合速率,C正确;此装置可以通过设置不同的CO2浓度,探究CO2浓度对光合作用强度的影响,D正确。
考点二　影响光合作用强度的因素的模型分析
【命题探究·释疑解惑】
【典例】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。结果如图所示。
(1)CO2浓度增加,作物光合作用速率发生的变化是________;出现这种变化的原因是__________________________________________________________。
(2)在CO2浓度倍增时,光合作用速率并未倍增,此时限制光合作用速率增加的因素可能是____________________________________________________________
__________________________________________________。
(3)丙组的光合作用速率比甲组低。试推测可能的原因是作物长期处于高浓度CO2环境而___________________________________________________________
__________________________________________________________________。
聚焦考查点:影响光合作用强度的因素分析。
【解析】(1)光合作用过程中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,越促进CO2的固定,暗反应速率加快,光合作用速率也增大。因此,CO2浓度增加,在一定范围内能促进作物光合作用速率加快。
(2)光合作用光反应为暗反应提供ATP和NADPH,暗反应为光反应提供ADP和Pi。当CO2浓度倍增时,光合作用的限制因素可能是光反应为暗反应提供的ATP和NADPH不足,或者暗反应中固定CO2的酶活性低(或数量不足),从而影响CO2的固定;或者C3的还原酶活性低,导致C3还原速率慢,生成C5数量少,影响二氧化碳的固定,进而影响光合作用速率,也可能是有机物积累导致了光合作用速率不能倍增。
(3)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,但是其光合作用速率低于甲组(提供的是大气CO2浓度),可能的原因是长期处于CO2浓度倍增环境使得作物固定CO2的酶活性下降或酶的含量降低,当恢复大气CO2浓度后,已降低的酶活性未能恢复,又失去了高浓度CO2的优势,因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合作用速率。
答案:(1)加快　CO2浓度增加,暗反应加快,光合速率加快　(2)NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的酶活性、C3的还原酶活性、有机物在叶绿体中积累等　
(3)降低了固定CO2的酶的活性
破解策略
“模型法”分析影响光合作用强度的因素
(1)光照强度:
①原理:光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加,光反应速率加快,产生的NADPH和ATP增多,使暗反应中C3的还原加快,从而使光合作用产物增加。
②模型分析:光照强度为OA段,限制光合作用强度的因素是光照强度,光照强度大于A点时,限制光合作用强度的因素是除光照强度以外的其他因素。
③应用:温室大棚中,适当增强光照强度,以提高光合作用强度,使作物增产。
(2)CO2浓度:
①原理:CO2影响暗反应阶段,制约C3的形成。
②模型分析:图中A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;AB段限制光合作用强度的因素是CO2浓度,CO2浓度超过B点,限制光合作用强度的因素是除CO2浓度以外的其他因素。
③应用:在农业生产上可以通过通风、增施农家肥等增加CO2浓度,提高光合速率。
(3)温度:
①原理:温度通过影响酶的活性影响光合作用,主要制约暗反应。
②应用:温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合速率;晚上适当降低室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物有机物的积累。
(4)水分和矿质元素:
①原理:
a.水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。
b.矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产生直接或间接的影响。
②应用:施肥的同时,往往适当浇水,农作物的光合速率会更大,此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中,以离子形式存在,才能被作物根系吸收。同时可以保证农作物吸收充足的水分,保证叶肉细胞中CO2的供应。
(5)多因子对光合速率的影响:
①关键点解读:P点时限制光合速率的因素为横坐标表示的因子,随着因子的不断加强,光合速率不断提高。Q点时横坐标表示的因子不再是影响光合速率的因素,影响因素主要为各曲线所表示的因子。
②应用:温室栽培时,当光照强度适宜时,适当提高温度,同时增加CO2浓度;当温度适宜时,适当增加光照强度和CO2浓度均可以提高光合速率。
【扣点专练·通法悟道】
1.(2026·汕尾模拟)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。光补偿点是指植物光合速率和呼吸速率相等时的光照强度;光饱和点是指植物光合作用达到最大时的最小光照强度。下列相关叙述错误的是(　　)
A.a与b分别是野生型和突变型的光补偿点,光照强度长期处于两点之间时,野生型仍能生长
B.光照强度低于P时,可能是由于野生型水稻叶绿素含量多,利用弱光能力强,总光合速率更大
C.突变型水稻叶绿素含量低于野生型,这导致其光补偿点和光饱和点都更高
D.光照强度为P时,单位时间内野生型水稻有机物积累量和突变型水稻相当
【解析】选C。a与b分别是野生型和突变型的光补偿点,光照强度长期处于a~b时,突变型水稻净光合速率小于0,野生型水稻净光合速率大于0,野生型水稻能生长,突变型水稻不能生长,A正确;光照强度低于P时,野生型水稻因叶绿素含量多,在弱光下能捕获更多的光,总光合速率更大,B正确;突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型,其光补偿点较高的原因是叶绿素含量低,光饱和点较高的原因是固定CO2酶的活性较高,暗反应较强,可以利用更多的光能,C错误;光照强度等于P时,突变体水稻和野生型水稻CO2吸收速率相等,单位时间内有机物积累量相同,D正确。
2.为了探究光照强度和土壤含水量对密闭容器中某植株光合速率的影响,研究小组进行了相关实验,实验处理及其结果如图所示,其中20%、40%、60%为土壤含水量,弱、中、强为光照强度,光合速率的单位为mgCO2·dm-2·h-1。据图分析,下列叙述正确的是(　　)
A.相同土壤含水量下,随着图中光照强度的增加,光合速率随之增强
B.相同光照强度下,随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强
C.中强度光照和土壤含水量为40%的条件最有利于该植株的生长
D.弱强度光照条件下,土壤含水量不是限制该植株光合作用的环境因素
【解析】选B。相同土壤含水量下如20%(或40%、60%)含水量时,随着图中光照强度的增加,光合速率先升高后降低,A错误;相同光照强度下如弱光照(或中、强光照),随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强,B正确;图中的实验条件中,中强度光照强度和土壤含水量为60%的条件最有利于该植株的生长,C错误;弱强度光照条件下,随着土壤含水量的增加,该植株光合作用随之增强,说明弱强度光照条件下,土壤含水量是限制该植株光合作用的环境因素,D错误。
从教材走向高考
3.(必修1 P106“拓展应用”T1改编)如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变化曲线图。分析曲线图并回答问题。
(1)7~10时的光合作用强度不断增强的原因是______________________。
(2)12时限制光合作用强度的主要因素是________________,理由是_________
_______________________________________________________。
(3)14~17时的光合作用强度不断下降的原因是___________________________
_______________________________________________________。
(4)从图中可以看出,限制光合作用的因素有______________________________
__________________________________________。
(5)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。
【解析】(1)7~10时,在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下,随着时间的推移,光照强度不断增加,光合作用便不断加强。
(2)随着光照强度不断增加,温度不断增高,在10~12时温度很高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,二氧化碳浓度降低,从而使光合作用强度减弱。
(3)14~17时光合作用强度不断下降,是因为此时光照强度不断减弱,导致光反应减慢,最终光合作用减慢。
(4)根据以上分析,限制因素是光照强度、温度、CO2浓度。
(5)可以适当提高光照强度来提高光合作用强度,也可以通过通风、增施有机肥等提高光合作用强度。
答案:(1)光照强度不断增加,光合作用便不断加强　(2)CO2浓度　温度不断升高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,CO2浓度降低
(3)光照强度不断减弱　(4)光照强度、CO2浓度　(5)适当提高光照强度、通风、增施有机肥等。
悟高考·瞻动向
体验高考·淬炼考能
1.(2024·福建高考)叶片从黑暗中转移到光照下,其光合速率要先经过一个增高过程,然后达到稳定的高水平状态,这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系,科研人员将大豆叶片分为两组,A组不处理,B组用壳梭孢素处理,将两组叶片从黑暗中转移到光照下,测定光合速率,结果如图所示。
下列分析正确的是(　　)
A.0 min时,A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度
B.30 min时,B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组
C.30 min时,限制A组光合速率的主要因素是光照时间
D.与A组叶片相比,B组叶片光合作用的光诱导期更长
【解析】选B。黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。0 min时,对两组叶片同时进行光照,A组气孔正要开放,而B组气孔已完全开放,因此A组胞间CO2浓度要高于B组,A错误;30 min时,B组光合速率大于A组,C3生成和还原速率均大于A组,B正确;30 min后随着光照时间延长,A组光合速率不再增加,因此30 min时,限制A组光合速率的主要因素不是光照时间,C错误;A组和B组达到光合速率稳定高水平状态的时间分别约为23 min和10 min,B组光诱导期相对于A组更短,D错误。
2.(2022·海南高考)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溶液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O2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
【解析】选B。本实验是探究适宜温度下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O2量大于细胞呼吸释放的CO2量时,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O2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。
3.(2023·山东高考)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猝灭(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)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)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________________________________________________________。
【解析】本题以实验探究的形式考查植物的光合作用有关知识。
(1)据题意,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,结合题图分析可知,该实验的自变量有H蛋白和光照;影响光合作用强度的主要环境因素有光照强度、CO2浓度、温度、水分等,但该实验中光照强度为自变量,因此无关变量中影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。
(2)据图分析,强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高,能更有效地减少强光对PSⅡ复合体的损伤。但是野生型拟南芥含有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)据题图可知,强光照射下突变体的NPQ强度更高,而NPQ能将过剩的光能耗散,NPQ强度越高,耗散的能量越多,因此强光下突变体中流向光合作用的能量越少;突变体的NPQ强度大,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活性更高,能为暗反应提供更多的NADPH和ATP,促进暗反应进行,进而使突变体的暗反应强度高于野生型。
答案:(1)H蛋白、光照　 CO2浓度、温度(合理即可)
(2)不能　强光照射下突变体的NPQ相对值高于野生型,突变体PSⅡ光损伤小但不能修复,野生型PSⅡ光损伤大但能修复
(3)少　突变体的NPQ强度大,PSⅡ的损伤小,虽然损伤不能修复,但是PSⅡ活性强,光反应产物多
瞭望高考·探悟动态
锁定新情境:
植物适应新环境的特征
　　将某植物引种到新环境后,其光合速率较原环境发生了一定的变化。在新环境中的光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示:
注:气孔导度越大,气孔开启程度越大。
基于核心素养的新考向:
1.(物质与能量观)叶绿体中光合色素吸收的光能一部分将水分解为氧和H+,后者与______________结合,形成NADPH,另一部分转化为ATP中的化学能。图中光合作用形成ATP最快的时刻是________。
2.(结构与功能观)8:00~10:00时,气孔导度增大,这样既能满足光合作用对CO2的需求,又能提高蒸腾速率,有助于植物体内无机盐的________(填“吸收”或“运输”)。
3.(批判性思维)10:00~12:00时气孔导度较大但光合速率明显减弱,其原因可能是______________________________________________________________。
【解析】1.光合作用中,光合色素吸收的光能一部分将水分解为氧和H+,H+与NADP+结合形成NADPH,另一部分转化为ATP中的化学能;光反应和暗反应共同构成光合作用,10:00时光合速率最大,因此光反应最快,形成ATP的速率也最快。
2.气孔导度增大,能够提高蒸腾速率,有助于植物体内水分和无机盐的运输。
3.10:00~12:00时光合速率明显减弱,但此阶段气孔导度很高,因此限制光合作用的因素不是CO2浓度,影响因素可能是光照强度逐渐增强,导致酶的活性减弱,抑制光合作用的进行。
答案:1.NADP+　10:00　2.运输　
3.光照强度逐渐增强,导致酶的活性减弱,抑制光合作用的进行
- 16 -核心素养测评 第三单元 第13讲　影响光合作用的因素及应用
(40分钟　38分)
一、选择题:本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.水蕴草原产于南美洲,近年来已成为亚洲地区池塘、河流等水域中的常见野生植物之一。某生物兴趣小组将长势相近的水蕴草均分成甲、乙两组,用如图实验装置进行实验,定时记录倒置的试管顶端的气体量。该实验的目的是(　　)
A.探究环境温度对光合速率的影响
B.探究光照强度对光合速率的影响
C.探究环境温度对呼吸速率的影响
D.探究光照强度对呼吸速率的影响
【解析】选A。从实验装置中看出,实验的自变量为温度(15 ℃、30 ℃)不同,因变量为产生的气体量,该气体是光合作用产生的氧气,因此实验可探究环境温度对光合速率的影响,A正确;两装置中的灯源与水蕴草距离相等,因此光照强度相同,故不能探究光照强度对光合速率的影响,B错误;若要测定植物的呼吸速率,应将实验装置放在黑暗条件下,以排除光合作用对实验结果的影响,图示两个装置均有光源,因此不能探究环境温度对呼吸速率的影响,且光照强度在实验中属于无关变量,C、D错误。
2.(2026·梅州联考)我国是一个农业大国,几千年来中国人民利用勤劳和智慧创造了无数辉煌,在农业上积累了丰富的经验,许多经验被编成了通俗易懂的谚语广为流传,下列有关农谚的解释错误的是(　　)
A.“勤除草,谷粒饱”,减少杂草与农作物之间对阳光和空间等资源的竞争,可增加产量
B.“人在屋里热得跳,稻在田里哈哈笑”,温度通过影响酶的活性来影响光合作用
C.“疏禾有谷粜,密禾捞柴烧”,合理密植有利于提高光合速率,从而提高产量
D.“白天热来夜间冷,一棵豆儿打一捧”,昼夜温差大,导致作物落花落果,减少产量
【解析】选D。除草可减少杂草与农作物的竞争,使农作物获取更多阳光和空间等资源,促进生长,增加产量,A正确;温度通过影响酶的活性来调控光合速率,高温可能增强酶的活性(在适宜范围内),B正确;合理密植通过增加光合作用面积提高光能利用率,从而提高光合速率(单位叶面积的光合效率),提高产量,C正确;昼夜温差大时,白天光合作用强,夜间呼吸作用弱,有机物积累多,产量应增加,而非因落花落果减少产量,D错误。
3.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 lx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
【解析】选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 lx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有土壤含水量,没有光照强度,C点与G点光照强度相同,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。
4.光合作用是自然界最重要的化学反应之一,光合作用的限制因素有内因和外因两个方面,外因主要包括温度、CO2浓度和光照强度,如图是实验人员测得的光吸收对单个叶片光合速率的影响。下列相关叙述不正确的是(　　)
注:光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。
CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。
A.大田作物群体对光能的利用与单个叶片不同,对应的光极限范围应该更大
B.达到CO2极限时,限制光合速率的因素可能是CO2浓度或温度
C.在光合作用最适温度下适当升温,若呼吸速率增大,光补偿点可能左移
D.实际生产中施肥过多会影响植物吸水,施肥不足可能影响叶绿素和相关酶的合成
【解析】选C。大田作物群体对光能的利用更充分,光饱和点较单个叶片更向右偏移,故光极限范围会增大,A正确;达到CO2极限时,曲线趋于水平说明限制因素不再是光吸收(光照强度),可能是其他外界因素,比如温度或CO2浓度,B正确;在光合作用最适温度的基础上升高温度,若呼吸速率增大,但是光合速率下降,光补偿点应该右移,C错误;合成叶绿素和相关的酶需要根吸收的矿质元素,但实际生产中施肥过度会造成土壤溶液浓度过大,植物吸水困难,甚至失水,D正确。
5.地木耳是一种可食用耐旱蓝细菌,具有高蛋白低脂肪的特点。为探究盐胁迫对地木耳的影响,做了相关实验,结果如图。下列叙述错误的是(　　)
A.随着NaCl浓度的提高,光转化效率的总趋势是下降
B.地木耳叶绿体类囊体膜上进行光转化
C.光合作用产生的淀粉可转化为蛋白质和脂肪
D.野生地木耳比人工培养地木耳能更好地适应盐胁迫
【解析】选B。由图可知,随着NaCl浓度升高,两种地木耳的光转化效率的总趋势均下降,A正确;地木耳是一种可食用耐旱蓝细菌,为原核生物,无叶绿体,B错误;光合作用产生的淀粉可在体内发生转化,可转化为蛋白质和脂肪,C正确;由图可知,在相同浓度的NaCl浓度下,野生地木耳比人工培养地木耳光转化效率高,说明野生地木耳比人工培养地木耳能更好地适应盐胁迫,D正确。
6.硝化细菌包括亚硝酸细菌和硝酸细菌,前者能将NH3氧化为HNO2释放少量能量,后者能将HNO2氧化为HNO3释放少量能量。如图为硝化细菌利用NH3和HNO2氧化释放能量合成有机物的过程。下列相关叙述正确的是(　　)
A.硝化细菌属于自养生物,不需要细胞外界的能量输入
B.化能合成作用产生的O2能在硝化细菌的线粒体中被利用
C.两种硝化细菌合成的有机物不会被其他生物利用
D.分离土壤中的硝化细菌时,培养基中不需要加入碳源
【解析】选D。硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能,将二氧化碳转变葡萄糖,是自养型生物,利用的是细胞外界的能量, A错误;硝化细菌是原核生物,没有线粒体,B错误;两种硝化细菌合成的有机物可以被其他消费者或者分解者利用,C错误;硝化细菌可利用空气中的二氧化碳,分离土壤中的硝化细菌时,培养基中不需要加入碳源,D正确。
7.科研人员为农业生产建立高效节水措施,研究了不同辅料覆盖(S为石子覆盖组,B为地膜覆盖组,M为秸秆覆盖组,CK为对照组)对春小麦光合作用的影响,在春小麦灌浆期的晴朗的上午,每组随机选取3株长势良好小麦的叶片在其他条件适宜的情况下进行观测,得到如图所示结果。相关叙述正确的是(　　)
A.覆盖措施能提高土壤温度和小麦对水的利用率
B.覆盖措施明显提高了春小麦对弱光的利用效率
C.秸秆覆盖(M)在强光下不利于净光合速率的提高
D.石子覆盖(S)是提高春小麦产量的最佳处理措施
【解析】选A。覆盖措施有保温保湿的效果,能提高土壤温度和小麦对水的利用率,A正确;据图可知,覆盖措施在弱光下的效果不明显,B错误;秸秆覆盖(M)在强光下与CK组相比,显著提高了净光合速率,C错误;地膜覆盖(B)后,春小麦的净光合速率最高,是提高春小麦产量的最佳处理措施,D错误。
8.植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下,测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合速率。下列有关说法错误的是(　　)
A.在A点所示条件下,该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只有线粒体
B.该植物叶片的呼吸速率是5 mg·100 cm-2叶·h-1
C.在一昼夜中,将该植物叶片置于C点光照强度条件下11 h,其余时间置于黑暗中,则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D.已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变),则图中B点将向右移动,C点将向左下方移动
【解析】选A。A点时植物只进行呼吸作用,有氧呼吸的三个阶段均能产生ATP,所以该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体,A错误;图中可以看出,光照强度为0时A点对应的值即为呼吸速率,是5 mg·100 cm-2叶·h-1,B正确;由图可知,在C点光照下植物的净光合速率为10 mg·100 cm-2叶·h-1,则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量=光照时净光合作用总量-黑暗时呼吸作用总量=10×11-5×13=45 mg,C正确;若将温度提高到30 ℃的条件下,光合作用酶活性下降,光合速率下降,而呼吸作用酶活性上升,呼吸速率上升,因此要达到光补偿点,必须光照增强,即B点右移,而净光合作用=光合作用总量-呼吸作用量,此值将减小,C点左下移,D正确。
二、非选择题
9.(14分)(2025·黑吉辽内蒙古高考)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S),并做了相关研究。实验结果表明,这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。回答下列问题。
(1)Rubisco在叶绿体的__________中催化__________与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转换是______________________。
(2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于__________不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是__________。胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是__________。
(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,简要写出实验思路。___________________________________________________________________
___________________________________________________________________【解析】(1)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶,暗反应的场所是叶绿体基质,因此Rubisco在叶绿体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP和NADPH提供能量,部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转化是ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能。
(2)①②曲线的自变量是有无补光(光照强度),②③曲线的自变量是有无转入Rubisco基因(Rubisco的含量)。据图分析,当胞间CO2浓度低于B点时,曲线②高于③,是因为②中Rubisco的含量多,固定CO2的能力强,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合,说明Rubisco的量已经不是限制光合速率的因素,而曲线①光合速率高于曲线②③,曲线①有较高的光照强度,因此曲线②与③重合是由于光照强度不足。曲线①的光照强度高于②,但是A点之前曲线①和②重合,光照强度不是限制因素,此时最主要的限制因素是CO2浓度。胞间CO2浓度为
300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率高。
(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。要验证此结论,实验思路为:用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率。
答案:(1)基质　C5　ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能
(2)光照强度　CO2浓度　曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率高
(3)用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率。
- 8 -(共25张PPT)
核心素养测评 第三单元 第13讲　影响光合作用的因素及应用
(40分钟　38分)
一、选择题:本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.水蕴草原产于南美洲,近年来已成为亚洲地区池塘、河流等水域中的常见野生植物之一。某生物兴趣小组将长势相近的水蕴草均分成甲、乙两组,用如图实验装置进行实验,定时记录倒置的试管顶端的气体量。该实验的目的是(　　)
A.探究环境温度对光合速率的影响
B.探究光照强度对光合速率的影响
C.探究环境温度对呼吸速率的影响
D.探究光照强度对呼吸速率的影响
√
【解析】选A。从实验装置中看出,实验的自变量为温度(15 ℃、30 ℃)不同,因变量为产生的气体量,该气体是光合作用产生的氧气,因此实验可探究环境温度对光合速率的影响,A正确;两装置中的灯源与水蕴草距离相等,因此光照强度相同,故不能探究光照强度对光合速率的影响,B错误;若要测定植物的呼吸速率,应将实验装置放在黑暗条件下,以排除光合作用对实验结果的影响,图示两个装置均有光源,因此不能探究环境温度对呼吸速率的影响,且光照强度在实验中属于无关变量,C、D错误。
2.(2026·梅州联考)我国是一个农业大国,几千年来中国人民利用勤劳和智慧创造了无数辉煌,在农业上积累了丰富的经验,许多经验被编成了通俗易懂的谚语广为流传,下列有关农谚的解释错误的是(　　)
A.“勤除草,谷粒饱”,减少杂草与农作物之间对阳光和空间等资源的竞争,可增加产量
B.“人在屋里热得跳,稻在田里哈哈笑”,温度通过影响酶的活性来影响光合作用
C.“疏禾有谷粜,密禾捞柴烧”,合理密植有利于提高光合速率,从而提高产量
D.“白天热来夜间冷,一棵豆儿打一捧”,昼夜温差大,导致作物落花落果,减少产量
√
【解析】选D。除草可减少杂草与农作物的竞争,使农作物获取更多阳光和空间等资源,促进生长,增加产量,A正确;温度通过影响酶的活性来调控光合速率,高温可能增强酶的活性(在适宜范围内),B正确;合理密植通过增加光合作用面积提高光能利用率,从而提高光合速率(单位叶面积的光合效率),提高产量,C正确;昼夜温差大时,白天光合作用强,夜间呼吸作用弱,有机物积累多,产量应增加,而非因落花落果减少产量,D错误。
3.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 lx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
√
【解析】选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 lx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有土壤含水量,没有光照强度,C点与G点光照强度相同,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。
4.光合作用是自然界最重要的化学反应之一,光合作用的限制因素有内因和外因两个方面,外因主要包括温度、CO2浓度和光照强度,如图是实验人员测得的光吸收对单个叶片光合速率的影响。下列相关叙述不正确的是(　　)
注:光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。
CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。
A.大田作物群体对光能的利用与单个叶片不同,对应的光极限范围应该更大
B.达到CO2极限时,限制光合速率的因素可能是CO2浓度或温度
C.在光合作用最适温度下适当升温,若呼吸速率增大,光补偿点可能左移
D.实际生产中施肥过多会影响植物吸水,施肥不足可能影响叶绿素和相关酶的合成
√
【解析】选C。大田作物群体对光能的利用更充分,光饱和点较单个叶片更向右偏移,故光极限范围会增大,A正确;达到CO2极限时,曲线趋于水平说明限制因素不再是光吸收(光照强度),可能是其他外界因素,比如温度或CO2浓度,B正确;在光合作用最适温度的基础上升高温度,若呼吸速率增大,但是光合速率下降,光补偿点应该右移,C错误;合成叶绿素和相关的酶需要根吸收的矿质元素,但实际生产中施肥过度会造成土壤溶液浓度过大,植物吸水困难,甚至失水,D正确。
5.地木耳是一种可食用耐旱蓝细菌,具有高蛋白低脂肪的特点。为探究盐胁迫对地木耳的影响,做了相关实验,结果如图。下列叙述错误的是(　　)
A.随着NaCl浓度的提高,光转化效率的总趋势是下降
B.地木耳叶绿体类囊体膜上进行光转化
C.光合作用产生的淀粉可转化为蛋白质和脂肪
D.野生地木耳比人工培养地木耳能更好地适应盐胁迫
√
【解析】选B。由图可知,随着NaCl浓度升高,两种地木耳的光转化效率的总趋势均下降,A正确;地木耳是一种可食用耐旱蓝细菌,为原核生物,无叶绿体,B错误;光合作用产生的淀粉可在体内发生转化,可转化为蛋白质和脂肪,C正确;由图可知,在相同浓度的NaCl浓度下,野生地木耳比人工培养地木耳光转化效率高,说明野生地木耳比人工培养地木耳能更好地适应盐胁迫,D正确。
6.硝化细菌包括亚硝酸细菌和硝酸细菌,前者能将NH3氧化为HNO2释放少量能量,后者能将HNO2氧化为HNO3释放少量能量。如图为硝化细菌利用NH3和HNO2氧化释放能量合成有机物的过程。下列相关叙述正确的是(　　)
A.硝化细菌属于自养生物,不需要细胞外界的
能量输入
B.化能合成作用产生的O2能在硝化细菌的线粒体中被利用
C.两种硝化细菌合成的有机物不会被其他生物利用
D.分离土壤中的硝化细菌时,培养基中不需要加入碳源
√
【解析】选D。硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能,将二氧化碳转变葡萄糖,是自养型生物,利用的是细胞外界的能量, A错误;硝化细菌是原核生物,没有线粒体,B错误;两种硝化细菌合成的有机物可以被其他消费者或者分解者利用,C错误;硝化细菌可利用空气中的二氧化碳,分离土壤中的硝化细菌时,培养基中不需要加入碳源,D正确。
7.科研人员为农业生产建立高效节水措施,研究了不同辅料覆盖(S为石子覆盖组,B为地膜覆盖组,M为秸秆覆盖组,CK为对照组)对春小麦光合作用的影响,在春小麦灌浆期的晴朗的上午,每组随机选取3株长势良好小麦的叶片在其他条件适宜的情况下进行观测,得到如图所示结果。相关叙述正确的是(　　)
A.覆盖措施能提高土壤温度和小麦对水的利用率
B.覆盖措施明显提高了春小麦对弱光的利用效率
C.秸秆覆盖(M)在强光下不利于净光合速率的提高
D.石子覆盖(S)是提高春小麦产量的最佳处理措施
√
【解析】选A。覆盖措施有保温保湿的效果,能提高土壤温度和小麦对水的利用率,A正确;据图可知,覆盖措施在弱光下的效果不明显,B错误;秸秆覆盖(M)在强光下与CK组相比,显著提高了净光合速率,C错误;地膜覆盖(B)后,春小麦的净光合速率最高,是提高春小麦产量的最佳处理措施,D错误。
8.植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适
宜温度条件下,测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合速率。下列有关说法错误
的是(　　)
A.在A点所示条件下,该植物的叶肉细胞内能够产
生ATP的部位只有线粒体
B.该植物叶片的呼吸速率是5 mg·100 cm-2叶·h-1
C.在一昼夜中,将该植物叶片置于C点光照强度条件下11 h,其余时间置于黑暗中,则每
100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D.已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,若将温度提高到
30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变),则图中B点将向右移动,C点将向左下方移动
√
【解析】选A。A点时植物只进行呼吸作用,有氧呼吸的三个阶段均能产生ATP,所以该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体,A错误;图中可以看出,光照强度为0时A点对应的值即为呼吸速率,是
5 mg·100 cm-2叶·h-1,B正确;由图可知,在C点光照下植物的净光合速率为
10 mg·100 cm-2叶·h-1,则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量=光照时净光合作用总量-黑暗时呼吸作用总量=10×11-5×13=45 mg,C正确;若将温度提高到30 ℃的条件下,光合作用酶活性下降,光合速率下降,而呼吸作用酶活性上升,呼吸速率上升,因此要达到光补偿点,必须光照增强,即B点右移,而净光合作用=光合作用总量-呼吸作用量,此值将减小,C点左下移,D正确。
二、非选择题
9.(14分)(2025·黑吉辽内蒙古高考)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S),并做了相关研究。实验结果表明,这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。回答下列问题。
(1)Rubisco在叶绿体的_______中催化______与CO2结合。部分产物经过一
系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转换是_______________________
_______________________________________________________。
基质　　
C5
ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能
【解析】(1)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶,暗反应的场所是叶绿体基质,因此Rubisco在叶绿体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP和NADPH提供能量,部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转化是ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能。
(2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于__________不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是__________。胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
光照强度　　
CO2浓度
曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率高
【解析】 (2)①②曲线的自变量是有无补光(光照强度),②③曲线的自变量是有无转入Rubisco基因(Rubisco的含量)。据图分析,当胞间CO2浓度低于B点时,曲线②高于③,是因为②中Rubisco的含量多,固定CO2的能力强,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合,说明Rubisco的量已经不是限制光合速率的因素,而曲线①光合速率高于曲线②③,曲线①有较高的光照强度,因此曲线②与③重合是由于光照强度不足。曲线①的光照强度高于②,但是A点之前曲线①和②重合,光照强度不是限制因素,此时最主要的限制因素是CO2浓度。胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲线①光照强度高,光反应速率快,产生更多的ATP和NADPH,使暗反应速率加快,光合速率高。
(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,简要写出实验思路。_______________________________________________________
_______________________________________________________________
________________________
用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率。
【解析】(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。要验证此结论,实验思路为:用14C标记CO2,分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下,定时检测C3放射性强度,比较S植株与WT的C3生成速率。(共52张PPT)
第13讲　影响光合作用的因素及应用
考点一　影响光合作用强度的因素的实验分析
考点二　影响光合作用强度的因素的模型分析
悟高考·瞻动向
课程标准解读与能力要求 知识网络概览
1.探究不同环境因素对光合作用的影响。 2.运用模型与建模的方法分析影响光合作用的因素,强化环境因素对光合作用的影响的理解能力。 3.通过探究环境因素对光合作用速率影响的实验,提升实验设计和分析的能力。
考点一　影响光合作用强度的因素的实验分析
【要点梳理·夯基固本】
1.实验原理:
2.实验变量:
变量 自变量 因变量
光照强度 _____________
实验 操作 通过调整____________之间的距 离来调节__________的大小 通过观测_____________
____________________来
衡量光合作用强度
光合作用强度
台灯与烧杯
光照强度
单位时间内圆
形小叶片上浮的数量
3.实验流程:
4.实验结果:光照越强,单位时间内烧杯内圆形小叶片浮起的数量______,
说明一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度不断______。
名师点睛　实验中的变量控制
(1)自变量的控制:还可以用不同功率的光源放置相同的距离控制不同的光照强度。
(2)因变量的控制:还可以通过观测浮起相同数量的圆形小叶片所用的时间来衡量光合作用强度。
越多
增强
易错辨析
1.使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。( )
2.往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。( )
分析:往水中吹气是为了增加水中的CO2。
3.将排气后的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。( )
√
×
√
4.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
显缩短圆形小叶片上浮至液面所用的时间。( )
分析:当达到光饱和点后,增加光照强度不会缩短圆形小叶片上浮至液面所
用的时间。适当地提高温度,可能会增加圆形小叶片上浮至液面所用的时间。
5.在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,能直接测定出其真正的光
合作用速率。( )
分析:在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,无法排除细胞呼吸的
影响,因此不能直接测定出其真正的光合作用速率。
×
×
长句表达
(必修1 P105 探究·实践延伸)LED台灯会产生热量,距离越近(功率越大)热
量越多,从而影响装置溶液的温度,欲避免光照对烧杯内水温产生影响,实
验改进措施是____________________________________________________
__________________________。
在台灯和盛有圆形小叶片的烧杯之间放一盛水的玻璃柱,该
玻璃柱可以吸收灯光的热量
【扣点专练·通法悟道】
1.采用真空渗水法(叶圆片上浮法)探究光照强度对光合作用强度的影响时,下列哪项操作是不需要的(　　)
A.将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理
B.将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用
C.将抽气的叶圆片分别置于不同浓度的NaHCO3溶液中
D.对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射
√
【解析】选C。将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理,目的是抽出叶肉细胞间隙中的气体,使叶片下沉,A不符合题意;将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用,此后再对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射,可根据叶圆片上浮的时间推测不同光照强度下的光合作用强度,B、D不符合题意;本实验的自变量为光照强度,则NaHCO3溶液浓度为无关变量,应保持相同且适宜,C符合题意。
提升·关键能力——实验无关变量的控制
影响光合作用强度的因素实验中无关变量的控制
(1)打孔时要避开大的叶脉,因为其中没有叶绿体,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。
(2)为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
(3)所用光源产生的热量不应对实验产生影响,可选用冷光源,或在光源和烧杯之间添加盛水玻璃柱。
2.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
呼吸作用强度
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
√
【解析】选A。叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度,A错误;实验前将各叶圆片内的气体排出,目的是排除原有气体对实验结果造成的干扰,B正确;可以通过观察相同时间内叶圆片上浮数量来直接反映净光合速率,C正确;此装置可以通过设置不同的CO2浓度,探究CO2浓度对光合作用强度的影响,D正确。
考点二　影响光合作用强度的因素的模型分析
【命题探究·释疑解惑】
【典例】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。结果如图所示。
(1)CO2浓度增加,作物光合作用速率发生的变化是________;出现这种变化的原因是___________________________________________。
(2)在CO2浓度倍增时,光合作用速率并未倍增,此时限制光合作用速率增加的因素可能是__________________________________________________
____________________________________________________________。
加快　　
CO2浓度增加,暗反应加快,光合速率加快
NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的酶活性、C3的还原酶活性、有机物在叶绿体中积累等　
【解析】(1)光合作用过程中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,越促进CO2的固定,暗反应速率加快,光合作用速率也增大。因此,CO2浓度增加,在一定范围内能促进作物光合作用速率加快。
(2)光合作用光反应为暗反应提供ATP和NADPH,暗反应为光反应提供ADP和Pi。当CO2浓度倍增时,光合作用的限制因素可能是光反应为暗反应提供的ATP和NADPH不足,或者暗反应中固定CO2的酶活性低(或数量不足),从而影响CO2的固定;或者C3的还原酶活性低,导致C3还原速率慢,生成C5数量少,影响二氧化碳的固定,进而影响光合作用速率,也可能是有机物积累导致了光合作用速率不能倍增。
(3)丙组的光合作用速率比甲组低。试推测可能的原因是作物长期处于高浓
度CO2环境而________________________________。
聚焦考查点:影响光合作用强度的因素分析。
降低了固定CO2的酶的活性
【解析】 (3)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,但是其光合作用速率低于甲组(提供的是大气CO2浓度),可能的原因是长期处于CO2浓度倍增环境使得作物固定CO2的酶活性下降或酶的含量降低,当恢复大气CO2浓度后,已降低的酶活性未能恢复,又失去了高浓度CO2的优势,因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合作用速率。
破解策略
“模型法”分析影响光合作用强度的因素
(1)光照强度:
①原理:光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加,光反应速率加快,产生的NADPH和ATP增多,使暗反应中C3的还原加快,从而使光合作用产物增加。
②模型分析:光照强度为OA段,限制光合作用强度的因素是光照强度,光照强度大于A点时,限制光合作用强度的因素是除光照强度以外的其他因素。
③应用:温室大棚中,适当增强光照强度,以提高光合作用强度,使作物增产。
(2)CO2浓度:
①原理:CO2影响暗反应阶段,制约C3的形成。
②模型分析:图中A点表示进行光合作用所需CO2的最低
浓度;AB段限制光合作用强度的因素是CO2浓度,CO2浓度
超过B点,限制光合作用强度的因素是除CO2浓度以外的其他因素。
③应用:在农业生产上可以通过通风、增施农家肥等增加CO2浓度,提高光合速率。
(3)温度:
①原理:温度通过影响酶的活性影响光合作用,主要制约暗反应。
②应用:温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合速率;晚上适当降低室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物有机物的积累。
(4)水分和矿质元素:
①原理:
a.水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。
b.矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产生直接或间接的影响。
②应用:施肥的同时,往往适当浇水,农作物的光合速率会更大,此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中,以离子形式存在,才能被作物根系吸收。同时可以保证农作物吸收充足的水分,保证叶肉细胞中CO2的供应。
(5)多因子对光合速率的影响:
①关键点解读:P点时限制光合速率的因素为横坐标表示的因子,随着因子的不断加强,光合速率不断提高。Q点时横坐标表示的因子不再是影响光合速率的因素,影响因素主要为各曲线所表示的因子。
②应用:温室栽培时,当光照强度适宜时,适当提高温度,同时增加CO2浓度;当温度适宜时,适当增加光照强度和CO2浓度均可以提高光合速率。
【扣点专练·通法悟道】
1.(2026·汕尾模拟)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。光补偿点是指植物光合速率和呼吸速率相等时的光照强度;光饱和点是指植物光合作用达到最大时的最小光照强度。下列相关叙述错误的是(　　)
A.a与b分别是野生型和突变型的光补偿点,光照强度长期处于两点之间时,野生型仍能生长
B.光照强度低于P时,可能是由于野生型水稻叶绿素含量多,利用弱光能力强,总光合速率更大
C.突变型水稻叶绿素含量低于野生型,这导致其光补偿点和光饱和点都更高
D.光照强度为P时,单位时间内野生型水稻有机物积累量和突变型水稻相当
√
【解析】选C。a与b分别是野生型和突变型的光补偿点,光照强度长期处于a~b时,突变型水稻净光合速率小于0,野生型水稻净光合速率大于0,野生型水稻能生长,突变型水稻不能生长,A正确;光照强度低于P时,野生型水稻因叶绿素含量多,在弱光下能捕获更多的光,总光合速率更大,B正确;突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型,其光补偿点较高的原因是叶绿素含量低,光饱和点较高的原因是固定CO2酶的活性较高,暗反应较强,可以利用更多的光能,C错误;光照强度等于P时,突变体水稻和野生型水稻CO2吸收速率相等,单位时间内有机物积累量相同,D正确。
2.为了探究光照强度和土壤含水量对密闭容器中某植株光合速率的影响,研究小组进行了相关实验,实验处理及其结果如图所示,其中20%、40%、60%为土壤含水量,弱、中、强为光照强度,光合速率的单位为mgCO2·dm-2·h-1。据图分析,下列叙述正确的是(　　)
A.相同土壤含水量下,随着图中光照强度的增加,
光合速率随之增强
B.相同光照强度下,随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强
C.中强度光照和土壤含水量为40%的条件最有利于该植株的生长
D.弱强度光照条件下,土壤含水量不是限制该植株光合作用的环境因素
√
【解析】选B。相同土壤含水量下如20%(或40%、60%)含水量时,随着图中光照强度的增加,光合速率先升高后降低,A错误;相同光照强度下如弱光照(或中、强光照),随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强,B正确;图中的实验条件中,中强度光照强度和土壤含水量为60%的条件最有利于该植株的生长,C错误;弱强度光照条件下,随着土壤含水量的增加,该植株光合作用随之增强,说明弱强度光照条件下,土壤含水量是限制该植株光合作用的环境因素,D错误。
从教材走向高考
3.(必修1 P106“拓展应用”T1改编)如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变化曲线图。分析曲线图并回答问题。
(1)7~10时的光合作用强度不断增强的原因是______________________
____________________。
(2)12时限制光合作用强度的主要因素是_______________,理由是
_________________________________________________________。
(3)14~17时的光合作用强度不断下降的原因是_____________________。
光照强度不断增加,光合
CO2浓度
温度不断升高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,CO2浓度降低
作用便不断加强
光照强度不断减弱
【解析】(1)7~10时,在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下,随着时间的推移,光照强度不断增加,光合作用便不断加强。
(2)随着光照强度不断增加,温度不断增高,在10~12时温度很高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,二氧化碳浓度降低,从而使光合作用强度减弱。
(3)14~17时光合作用强度不断下降,是因为此时光照强度不断减弱,导致光反应减慢,最终光合作用减慢。
(4)从图中可以看出,限制光合作用的因素有______________________。
(5)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。
答案: 适当提高光照强度、通风、增施有机肥等。
光照强度、CO2浓度
【解析】 (4)根据以上分析,限制因素是光照强度、温度、CO2浓度。
(5)可以适当提高光照强度来提高光合作用强度,也可以通过通风、增施有机肥等提高光合作用强度。
悟高考·瞻动向
体验高考·淬炼考能
1.(2024·福建高考)叶片从黑暗中转移到光照下,其光合速率要先经过一个增高过程,然后达到稳定的高水平状态,这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系,科研人员将大豆叶片分为两组,A组不处理,B组用壳梭孢素处理,将两组叶片从黑暗中转移到光照下,测定光合速率,结果如图所示。
下列分析正确的是(　　)
A.0 min时,A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度
B.30 min时,B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组
C.30 min时,限制A组光合速率的主要因素是光照时间
D.与A组叶片相比,B组叶片光合作用的光诱导期更长
√
【解析】选B。黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。0 min时,对两组叶片同时进行光照,A组气孔正要开放,而B组气孔已完全开放,因此A组胞间CO2浓度要高于B组,A错误;30 min时,B组光合速率大于A组,C3生成和还原速率均大于A组,B正确;30 min后随着光照时间延长,A组光合速率不再增加,因此30 min时,限制A组光合速率的主要因素不是光照时间,C错误;A组和B组达到光合速率稳定高水平状态的时间分别约为23 min和10 min,B组光诱导期相对于A组更短,D错误。
2.(2022·海南高考)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溶液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O2
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
√
【解析】选B。本实验是探究适宜温度下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O2量大于细胞呼吸释放的CO2量时,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O2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。
3.(2023·山东高考)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猝灭(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)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________________________________________
____________________________________________________________。
强光照射下突变体的NPQ相对值高于野生型,突变体PSⅡ光损伤小但不能修复,野生型PSⅡ光损伤大但能修复
H蛋白、光照
CO2浓度、温度(合理即可)
不能
(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_________________________________________________ _________________________________________。
少　
突变体的NPQ强度大,PSⅡ的损伤小,虽然损伤不能修复,但是PSⅡ活性强,光反应产物多
【解析】本题以实验探究的形式考查植物的光合作用有关知识。
(1)据题意,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,结合题图分析可知,该实验的自变量有H蛋白和光照;影响光合作用强度的主要环境因素有光照强度、CO2浓度、温度、水分等,但该实验中光照强度为自变量,因此无关变量中影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。
(2)据图分析,强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高,能更有效地减少强光对PSⅡ复合体的损伤。但是野生型拟南芥含有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)据题图可知,强光照射下突变体的NPQ强度更高,而NPQ能将过剩的光能耗散,NPQ强度越高,耗散的能量越多,因此强光下突变体中流向光合作用的能量越少;突变体的NPQ强度大,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活性更高,能为暗反应提供更多的NADPH和ATP,促进暗反应进行,进而使突变体的暗反应强度高于野生型。
瞭望高考·探悟动态
锁定新情境:
植物适应新环境的特征
　　将某植物引种到新环境后,其光合速率较原环境发生了一定的变化。在新环境中的光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示:
注:气孔导度越大,气孔开启程度越大。
基于核心素养的新考向:
1.(物质与能量观)叶绿体中光合色素吸收的光能一部分将水分解为氧和H+,后者与______________结合,形成NADPH,另一部分转化为ATP中的化学能。图中光合作用形成ATP最快的时刻是________。
2.(结构与功能观)8:00~10:00时,气孔导度增大,这样既能满足光合作用对CO2的需求,又能提高蒸腾速率,有助于植物体内无机盐的________(填“吸收”或“运输”)。
NADP+　　
10:00
运输
【解析】1.光合作用中,光合色素吸收的光能一部分将水分解为氧和H+,H+与NADP+结合形成NADPH,另一部分转化为ATP中的化学能;光反应和暗反应共同构成光合作用,10:00时光合速率最大,因此光反应最快,形成ATP的速率也最快。
2.气孔导度增大,能够提高蒸腾速率,有助于植物体内水分和无机盐的运输。
3.(批判性思维)10:00~12:00时气孔导度较大但光合速率明显减弱,其原因可能是________________________________________________________。
光照强度逐渐增强,导致酶的活性减弱,抑制光合作用的进行
【解析】3.10:00~12:00时光合速率明显减弱,但此阶段气孔导度很高,因此限制光合作用的因素不是CO2浓度,影响因素可能是光照强度逐渐增强,导致酶的活性减弱,抑制光合作用的进行。

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