资源简介

(共92张PPT)
第17讲　光合作用的
影响因素及其应用
[课标要求]
1.探究不同环境因素对光合作用的影响。
2.关注光合作用与农业生产及生活的联系。
考点一
光照强度对光合作用强度的影响
1.光合作用强度
基础知识·整合
糖类
消耗量
生成量
2.影响光合作用强度的因素
酶
温度
3.探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理。
在光照下,绿色植物通过光合作用产生 。
O2
(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 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:取材并处理→排气→沉水→分组→不同光照处理各组→观察并记录。
(4)实验结果:在一定范围内,台灯与烧杯的距离越近,单位时间内浮起的圆形小叶片 。
(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 。
越多
增强
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P105探究·实践)在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,
NaHCO3浓度越高,叶片浮起来的速率就越快。(　　)
×
【提示】 当NaHCO3溶液浓度过高时,植物细胞失水,细胞代谢减慢,光合作用速率会降低。
(2)(必修1 P105探究·实践)因为配制的NaHCO3溶液中不含O2,所以整个实验过程中叶圆片只能进行无氧呼吸。(　　)
×
【提示】 虽然配制的NaHCO3溶液中不含O2,但叶圆片本身可进行光合作用产生O2,所以整个实验过程中叶圆片进行有氧呼吸。
(3)(必修1 P105旁栏思考)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】 实验中测得的O2产生量是净光合作用产生的O2量,而植物光合作用实际产生的总O2量是总光合作用产生的O2量。
2.规范表达
(1)在“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验中叶片上浮的原因是什么
【提示】 光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2,使叶肉细胞间隙充满了气体,浮力增大,叶片上浮。
(2)在“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验中,若改用普通灯泡(钨丝)作为光源,应注意什么 怎样改进
【提示】 若改用普通灯泡作为光源应注意灯泡发热造成的温度变化对实验的影响。应在灯泡和光源之间加一玻璃水柱进行隔温处理。
1.深度理解光照强度对光合作用的影响
(1)原理:光照强度影响光反应阶段,制约ATP及NADPH的产生,进而制约暗反应。
(2)曲线分析。
重难知识·透析
①关键点和段分析。
A点:光照强度为0,只进行细胞呼吸;AB段:光合作用强度小于细胞呼吸强度;
B点:光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度);BD段:光合作用强度大于细胞呼吸强度;C点:光饱和点(光照强度达到C点后,光合作用强度不再随着光照强度的增大而增大)。
②不同植物类型区分。
实线的光补偿点和光饱和点都高,表示阳生植物,虚线表示阴生植物。
(3)应用。
①温室大棚阴天时补光可以提高光合速率。
②间作套种农作物等。
2.光补偿点与光饱和点的移动规律
当改变某一条件使光合作用强度改变时,点的移动情况如图所示。
能力1　结合光照强度对光合作用强度影响的实验分析,考查科学探究能力
1.(2025·安徽卷,2)关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,下列叙述错误的是(　　)
A.用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B.调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以进行对比实验
C.用化学传感器监测光照时O2浓度变化,可计算出实际光合作用强度
D.同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,可能与其接受的光照强度不同有关
C
关键能力·提升
【解析】 依据单一变量原则,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉;调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以模拟不同的光照强度,该实验都是实验组,为对比实验;实际光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度,用化学传感器监测光照时O2浓度变化,只可计算出净光合作用强度,无法得知呼吸作用强度,无法计算出实际光合作用强度;同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,说明光合作用强度不同,可能与其接受的光照强度不同有关。
能力2　围绕光合作用中的补偿点、饱和点的移动,考查科学思维
2.(2021·广东卷,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(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
D
【解析】 由题图可知,突变体t1的叶绿体相对受光面积大于突变体t2的叶绿体相对受光面积,故突变体t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点;野生型、突变体t1和突变体t2的叶绿素含量基本一致,故造成野生型、突变体t1和突变体t2光合速率的高低与叶绿素含量无关;由题图可知,三者的光合速率差异是由叶绿体在细胞中分布位置不同引起的,与光照强度无关。
考点二
其他因素对光合作用强度的影响
1.影响光合作用的外部因素
(1)CO2浓度。
①原理:影响 反应阶段,制约 的形成。
暗
C3
基础知识·整合
②曲线模型分析及应用。
CO2补偿点
CO2饱和点
(2)温度。
①原理:通过影响 从而影响光合作用。
②曲线模型分析。
酶活性
AB段 在B点之前,随着温度升高,光合速率增大
B点 酶的最适温度,光合速率最大
BC段 随着温度升高,酶的活性下降,光合速率减小,50 ℃左右光合速率几乎为零
③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;晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物积累更多的有机物。
(3)水分。
①原理:水既是光合作用的 ,又是体内各种化学反应的介质。缺水会影响 ,间接影响CO2的供应;严重缺水还可对酶、叶绿体结构等产生影响,进而影响光合作用。
原料
气孔的开度
②曲线模型及应用。
应用:在农业生产中,根据作物的需水规律,合理灌溉。
(4)矿质元素。
①原理:N、Mg等是叶绿素合成必需的元素,N、P等是构成ATP、NADPH等必需的元素,N等是构成光合作用酶必需的元素,若这些元素缺乏会影响光合作用。
②曲线模型及应用。
应用:在农业生产上,根据植物的需肥规律,适时、适量增施肥料。
2.影响光合作用的内部因素
(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,如图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。
增大
(3)叶面积指数。
下降
1.判断正误
(1)(必修1 P105探究·实践)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。(　　)
深挖教材
×
【提示】 温度过高叶圆片上浮至液面所用的时间会延长。
(2)(必修1 P105正文拓展)温室条件下,通过增施农家肥增产的原因是其可以提高作物对有机物的吸收。(　　)
×
【提示】 温室条件下,通过增施农家肥可以提高作物对无机盐和CO2的吸收,作物不能直接吸收有机物。
(3)(必修1 P105正文拓展)适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度。
(　　)
(4)(必修1 P105正文拓展)生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率就随之增加。(　　)
√
【提示】 在较弱光照条件下,叶绿体中光反应产生的ATP和NADPH较少,即使CO2浓度升高,光合速率可能也不随之增加,此时限制光合作用的因素是光照强度。
×
2.规范表达
(1)(必修1 P105正文拓展)农业生产上一般可进行玉米—大豆间作,其原理是什么
【提示】 ①两种植物的根系深浅搭配,合理地利用了不同层次土壤内水分和养分。②两种植物高矮结合,充分利用了不同层次的阳光。
(2)(必修1 P108复习与提高拓展)某植物光照下CO2的吸收速率为3.5 mg/h,黑暗下CO2的释放速率为3 mg/h,每天光照10 h,一昼夜后该植物能否生长
【提示】 光合作用制造的有机物=(3.5+3)×10=65(mg),呼吸作用消耗的有机物=3×24=72(mg),因此一昼夜后该植物无法生长。
多因子对光合速率的影响
重难知识·透析
能力3　结合光合作用的影响因素,考查科学思维
3.西洋参受干旱胁迫,生长会受影响。检测西洋参在重度干旱条件下与光合作用相关的指标,结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.CO2吸收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
B
关键能力·提升
【解析】 据题图分析可知,随着干旱时间的延长,CO2吸收速率先下降后又小幅度上升,然后再下降;干旱条件下土壤含水量降低,植物根系吸收的水分减少,光反应减慢,NADPH和ATP的合成减慢,进而导致C3的还原减慢,而且缺水还会导致植物叶片气孔导度下降,CO2的吸收量减少,影响暗反应中CO2的固定过程;胞间CO2浓度除了受气孔导度影响,还受自身暗反应速率的影响;降低气孔导度可以在一定程度上减少水分的散失,有利于西洋参适应干旱环境。
4.(2023·广东卷,18)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显,但在高密度栽培条件下ygl产量更高,其相关生理特征见下表和图。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度)
水稻材料 叶绿素/(mg·g-1) 类胡萝卜素/(mg·g-1) 类胡萝卜素/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
分析图表,回答下列问题。
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和　　 　　　　,叶片主要吸收可见光中的　 光。
类胡萝卜素/叶绿素比例上升
红光和蓝紫
【解析】 (1)根据题表信息可知,ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高,故叶片呈现出黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,故叶片主要吸收红光和蓝紫光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·m-2·s-1时,ygl的净光合速率较WT更高,但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加,比较两者的光饱和点,可得ygl　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和　　　　　　　。
高于
呼吸速率较高
【解析】 (2)根据图a净光合速率曲线变化可知,WT先到达光饱和点,即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度,据图b和图c可知,ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低,且由图c可知ygl呼吸速率较高。
(3)与WT相比,ygl叶绿素含量低,高密度栽培条件下,更多的光可到达下层叶片,且ygl群体的净光合速率较高,表明该群体
　 ,是其高产的原因之一。
光能利用率较高,有机物积累
量大,生长速度更快
【解析】 (3)与WT相比,在高密度栽培条件下,更多的光可到达ygl下层叶片,导致ygl下层叶片的光合速率较高;与WT相比,ygl的叶绿素含量低,但ygl群体的净光合速率较高,表明该群体的光能利用率较高,有机物积累量大,生长速度更快。
(4)试分析在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题　 。
【答案】 (4)探究高密度栽培条件下,WT和ygl的最适光照强度(或探究在较强光照条件下,WT和ygl的最适栽培密度)
【解析】 (4)绘制曲线图时要注意:ygl的呼吸速率约为0.9 μmol(CO2)·m-2·s-1,
WT的呼吸速率约为0.6 μmol (CO2)·m-2·s-1,而且ygl的光补偿点(约为
30 μmol·m-2·s-1)大于WT的光补偿点(约为15 μmol·m-2·s-1),具体曲线图见答案。由题可知,为保证水稻高产,可关注最适栽培密度或最适光照强度,因此可以继续探究高密度栽培条件下,WT和ygl的最适光照强度或探究在较强光照条件下,WT和ygl的最适栽培密度。
能力4　围绕光合作用原理在农业生产中的应用,考查社会责任
5.(2025·惠州月考)细胞呼吸和光合作用的原理在农业生产中具有广泛的应用。下列有关叙述中,错误的是(　　)
A.中耕松土有利于根细胞的有氧呼吸,从而促进根细胞对无机盐的吸收
B.农作物生长发育过程中,及时去除衰老变黄的叶片有利于有机物的积累
C.合理密植和增施有机肥均有利于提高农作物的光合作用强度
D.温室种植农作物时,为促进光合作用,白天要适时通风,以保证O2供应
D
【解析】 中耕松土可以增加土壤中的空气含量,有助于植物根细胞的有氧呼吸,从而促进根细胞对无机盐的吸收;农作物生长发育过程中,及时去除衰老变黄的叶片(光合速率较低),可以减少有机物的消耗,有利于有机物的积累;合理密植可有效利用光能并降低呼吸消耗,增施有机肥增加CO2和无机盐供应,可见二者均有利于提高农作物的光合作用强度;温室种植农作物时,为促进光合作用,白天要适时通风,以保证CO2供应。
考点三
植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
1.自然环境中绿色植物一昼夜内CO2的吸收与释放速率的曲线分析
光合作用强度的一昼夜变化过程中,限制光合作用的主要因素有光照强度和温度。
基础知识·整合
光合作用
小于
等于
大于
小于
呼吸
作用
S1-(S2+S3)
2.密闭环境中绿色植物一昼夜内CO2含量的变化曲线分析
分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时,应分析曲线变化趋势的快慢,也就是斜率。
呼吸作用
小于
等于
大于
等于
小于
大于
能
不能
能力5　围绕密闭和开放环境中一昼夜CO2、O2含量变化的分析,考查科学思维
6.七子花是我国国家二级保护野生植物。某植物研究所研究了6时到18时七子花树冠不同层次的净光合速率(净光合速率=总光合速率-呼吸速率)的变化情况,结果如图所示。
关键能力·提升
下列相关叙述中正确的是(　　)
A.从6时到8时,限制七子花树冠各层净光合速率的唯一环境因素是光照强度
B.在10时左右,七子花树冠各层叶片的叶绿体所需要的CO2都有两个来源
C.与清晨相比,晴朗的夏季午后七子花树冠上层叶片气孔的变化幅度小于
下层
D.在10时,七子花树冠中、下层叶片产生ATP的场所都是细胞质基质和线
粒体
B
【解析】 据题图分析,从6时到8时,限制七子花树冠各层净光合速率的主要环境因素是光照强度,此外还有温度等;在10时左右,七子花树冠各层叶片的叶绿体所需要的CO2都有两个来源,即空气中的CO2和呼吸作用产生的CO2;与清晨相比,晴朗的夏季午后七子花树冠上层叶片气孔关闭,其气孔的变化幅度大于下层;在10时,七子花树冠中、下层叶片都可以进行光合作用与呼吸作用,所以产生ATP的场所都是细胞质基质、线粒体和叶绿体。
7.在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因不可能是(　　)
A.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
B.光合酶活性降低,呼吸酶几乎不受影响
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
C
【解析】 夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应变慢,光合作用强度明显减弱;夏季中午气温过高,导致光合酶活性降低,呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶),光合作用强度减弱;光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上而非叶绿体内膜上;夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,导致光反应产物积累,产生反馈抑制,使叶片转化光能的能力下降,光合作用强度明显减弱。
热点情境5
光呼吸、光抑制和CO2固定的三条途径
一、光呼吸
[情境链接]
1.光呼吸的概念
植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生理过程,即在光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合RuBP(C5),O2与RuBP结合后经一系列反应释放CO2的过程,这种反应在光照下进行,与有氧呼吸类似,故称光呼吸。由于光呼吸过程中几种主要化合物如乙醇酸、乙醛酸、甘氨酸等都是二碳化合物,因此光呼吸也称C2循环。
2.光呼吸的过程
3.光呼吸的生理意义
(1)不利影响:光呼吸消耗掉暗反应的底物C5,导致光合作用减弱,农作物产量降低。
(2)有利影响:①消除乙醇酸对细胞的不利影响。乙醇酸对细胞有毒害作用,它的产生在代谢中是不可避免的。光呼吸是消除乙醇酸的代谢,使细胞免受伤害。②在干旱和高辐射胁迫下,叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低、CO2进入受阻时,光呼吸释放的CO2能被卡尔文循环再利用,以维持糖类等有机物的合成。③防止强光对叶绿体的破坏。强光时,光反应速率大于暗反应速率,叶肉细胞中会积累ATP和NADPH,这些物质积累会产生自由基,自由基会损伤叶绿体;强光下,光呼吸加强,会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH,从而减轻对叶绿体的伤害。
[迁移应用]
1.光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程,是经长期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切,机理如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.光呼吸可保证CO2不足时,暗反应仍能正常进行
B.光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸发生
C.光呼吸过程虽消耗有机物,但不产生ATP
D.抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度
D
【解析】 在环境中CO2不足时,植物通过光呼吸产生CO2,供暗反应正常进行;光合作用的光反应强于暗反应时,O2/CO2偏高,产生过多的NADPH和ATP,光呼吸容易进行;从过程图看出光呼吸过程消耗了C5、ATP,不产生ATP;抑制光呼吸能够减少有机物的消耗,但不能大幅度提高光合作用强度。
2.(2025·深圳模拟)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2比值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
图1
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是　　　　　　过程。
CO2的固定
【解析】 (1)在光合作用的暗反应过程中,CO2在特定酶的作用下,与C5结合形成两个C3,这个过程称作CO2的固定,故反应①是CO2的固定过程。
图1
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是
　　　　 　和　　　　　 。
细胞质基质
线粒体基质
【解析】(2)有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH,合成少量ATP,场所是细胞质基质;第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH,合成少量ATP,场所是线粒体基质。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自　　　 和 　 　　　(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是
　 。
光呼吸
有氧呼吸
7—10时,随着光照强度的增加,CO2/O2比值
降低,株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因,导致光呼吸速率降低,而光呼吸会
将已同化的碳释放,并消耗能量
【解析】(3)由图1可知,在线粒体中进行光呼吸的过程中,也会产生二氧化碳,因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自光呼吸、有氧呼吸。7—10时,随着光照强度的增加,株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因,导致光呼吸速率降低,光呼吸将已经同化的碳释放,消耗能量,因此与WT相比,株系1和2的净光合速率较高。
图1
二、光抑制
[情境链接]
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,PSⅡ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果是电子传递受阻,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:①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。②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。
[迁移应用]
3.为探究光与低温复合胁迫对杨梅叶片净光合速率的影响,某研究团队利用盆栽杨梅的两个品种DK、TM进行实验:先将两品种盆栽杨梅分别均分为两组并分别在室外低温环境中进行全光照和遮阳50%处理3 d,随后放在20 ℃、适宜光照下进行3 d恢复处理,实验结果如图1所示。回答下列问题。
【解析】 (1)与全光照组相比,全光照恢复组净光合速率都增大,且TM品种的净光合速率大于DK品种;与遮阳50%组相比,遮阳50%恢复组净光合速率都增大,且TM品种的净光合速率大于DK品种,说明TM品种更耐低温、光胁迫。
(1)据实验结果分析,更耐低温、光胁迫的品种是　　　　　　。
TM
(2)先在室外低温环境中处理,后经恢复处理的Pn值　　　 (填“低于”或“高于”)对照组,请从叶绿体的结构和功能角度分析,原因可能是
　 　 (答2点即可)。
低于
前期的低温胁
迫破坏了类囊体膜的结构;前期的低温胁迫破坏了叶绿素等分子的结构
【解析】(2)据题图可知,先在室外低温环境中处理,后经恢复处理组的Pn值低于对照组,可能原因有:前期的低温胁迫破坏了类囊体膜的结构、前期的低温胁迫破坏了叶绿素等分子的结构等。
(3)光抑制是指植物所吸收的光能超过碳同化所能利用的范围,过剩的光能引起光合结构受损、光合作用效率下降的现象。上述实验遮阳50%有利于植株光合产物积累的原因是
　。
遮阳50%能有效降低光照,植株吸收的光能减
【解析】 (3)遮阳50%能有效降低光照,植株吸收的光能减少,光抑制减弱,有利于光合产物的积累。
少,光抑制减弱,有利于光合产物的积累
(4)非光化学猝灭(NPQ)是植物防御光破坏的一种重要保护机制,它可以让过多的光能以热能的形式散失。
①推测NPQ值　　　　(填“越大”或“越小”),植物降低光抑制的能力越强,抵抗逆境的能力越强。
越大
【解析】 (4)①结合第(3)小题信息可知,NPQ值越大,植物降低光抑制的能力越强,抵抗逆境的能力越强。
②科研人员测定了室外环境自然光照条件下DK、TM两品种NPQ的日变化曲线,如图2所示。图中14 h后NPQ缓慢上升的原因是
　。
14 h后,温度逐渐降低,
【解析】 ②在室外环境条件下,14 h后温度逐渐降低,酶活性下降,光能用于光合作用的比例下降,NPQ出现缓慢上升。
酶活性下降,光能用于光合作用的比例下降,NPQ出现缓慢上升
三、CO2固定的三条途径(C3植物、C4植物和CAM植物)
[情境链接]
自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。
1.C3途径
也称卡尔文循环,整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束,在叶绿体基质中进行,可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
2.C4途径
(1)过程:在C4植物叶肉细胞中,在有关酶的催化作用下,CO2被三碳化合物(PEP)固定,形成一个四碳化合物(C4),C4进入维管束鞘细胞,释放出一个CO2,并形成丙酮酸。释放出来的CO2进入卡尔文循环。
(2)C4植物具有较高光合速率的原因。
PEP羧化酶提高了C4植物固定CO2的能力,使C4植物比C3植物具有更强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力,并且无“光合午休”现象。
3.CAM途径
CAM植物夜间吸进CO2,淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下,CO2与PEP结合,生成草酰乙酸,进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少,苹果酸增加,细胞液pH下降。而白天气孔关闭,苹果酸转移到细胞质中脱羧,放出CO2,进入C3途径合成淀粉;形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖,最后合成淀粉或转移到线粒体,进一步氧化释放CO2,又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加,苹果酸减少,细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、百合、仙人掌等。
[迁移应用]
4.甘蔗、玉米等一些植物的叶片具有特殊的结构,其叶肉细胞中的叶绿体有基粒,而维管束鞘细胞中的叶绿体不含基粒。维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2,并转移到维管束鞘细胞中释放,参与光合作用的暗反应,其主要过程如图所示。请结合这些内容判断,下列说法错误的是(　　)
A.维管束鞘细胞的叶绿体不能进行光反应,但能进行暗反应
B.维管束鞘细胞中暗反应过程不需要ATP和NADPH
C.PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用
D.甘蔗、玉米等植物特殊的结构和功能,使其更适应高温、干旱环境
B
【解析】 光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,基粒是由类囊体堆叠而成的,维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒,所以维管束鞘细胞的叶绿体不能进行光反应,叶肉细胞固定的CO2转移到维管束鞘细胞中释放,参与光合作用的暗反应;维管束鞘细胞中的暗反应过程需要光反应提供的ATP和NADPH;由题图可知,PEP羧化酶可富集环境中较低浓度的CO2,C3与低浓度的CO2生成C4;甘蔗、玉米等一些植物的维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2,并转移到维管束鞘细胞中释放,高温、干旱时植物会关闭部分气孔,甘蔗、玉米等在外界CO2供应不足时,C4能分解产生CO2继续供暗反应正常进行,故甘蔗、玉米等植物特殊的结构和功能,使其更适应高温、干旱环境。
5.早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μmol·mol-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题。
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成　　　　　　,进而被还原生成糖类,此过程发生在　　　　　　　中。
三碳化合物
叶绿体基质
叶绿体
细胞呼吸和光合作用
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。
高于
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是　　　　　　　　。图中由Pyr转变为PEP的过程属于　　　 　(填“吸能反应”或“放能反应”)。
NADPH和ATP
吸能反应
【解析】 ②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH,图2中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP,说明图2中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用　　　 　技术。
同位素示踪
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有　　　　(多选)。
AC
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
【解析】(4)改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成,不利于最终CO2的生成,不能提高植物光合作用的效率;CO2浓缩机制涉及多个相关基因利用转基因技术将多个基因转入不具备此机制的植物,几乎无法提高植物光合作用的效率该思路不可取。

展开更多......

收起↑