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(共39张PPT)
第13讲光合作用的影响因素及其应用
内容索引
NEIRONGSUOYIN
考点二
影响光合作用的因素及应用
探究环境因素对光合作用强度的影响
考点一
探究环境因素对光合作用强度的影响
考点一
梳理 必备知识
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 的数量来定量表示。
单位时间
糖类
原料消耗或产物生成
2.探究环境因素对光合作用强度的影响
(1)实验原理
上浮
下沉
O2
上浮
(2)实验中变量分析
自变量 不同___________
控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制
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
光照强度
光合作用强度
叶片浮起数量
(3)实验流程
黑
暗
浮起的数量
(4)实验结果:光照越强,单位时间内烧杯中圆形小叶片浮起的数量 。
(5)实验结论:一定范围内,随着光照强度的不断增强,光合作用强度不断
。
越多
增强
拾遗 挖掘
(必修1 P105“探究·实践”)(1)探究环境因素对光合作用强度的影响实验中叶片上浮的原因是光合作用产生的氧气会在叶片的细胞间隙处积累,导致浮力增大。
(2)该实验中,若NaHCO3溶液浓度过高会导致叶片上浮缓慢,原因是NaHCO3溶液浓度过高会导致叶肉细胞失水,光合速率减慢。
精练 迁移应用
考向　探究环境因素对光合作用强度影响的实验分析
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
解析:叶片上的叶脉与叶肉组织相差较大,叶圆片作为实验对象,其大小、组织结构为无关变量,应尽可能保证相同且适宜,所以用打孔器打出叶圆
片时,应避开大的叶脉,A正确;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,该实验中各组都是实验组,为对比实验,B正确;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,故无法得知呼吸强度,故无法计算出实际光合作用强度,C错误;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,D正确。
2.某实验小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,将四组等量菠菜叶圆片排气后,分别置于等体积不同浓度的NaHCO3溶液中,给予相同强度的适宜光照,记录叶圆片上浮的时长,如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.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.本实验也可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的
数量作为因变量
C.若继续增大NaHCO3溶液浓度,叶圆片上浮所需时长会继续缩短
D.若想探究光照强度对光合作用的影响,可通过调节光源与烧杯的距离实现
C
解析: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,A正确;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),可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的数量作为因变量,B正确;若继续增大NaHCO3溶液浓度,叶细胞可能会因过度失水而死亡,C错误;通过调节光源与烧杯的距离可代表光照强度的强弱,D正确。
影响光合作用的因素及应用
考点二
梳理 必备知识
1.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。
高于
(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
2.外部因素
(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析
①光照强度
ATP及NADPH
②CO2浓度
CO2的饱和点
③温度
酶的活性
④水分→影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内
CO2
⑤无机盐
叶绿素
(2)多因子对光合速率的影响
提高
深研 重难问题
探究　光饱和点是指光合速率不再随光照强度增加时的光照强度,光补偿点是指光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2量相等时的光照强度。研究发现,水稻野生型(WT)的产量和突变体(ygl)在不同栽培条件下有差异。测得两种水稻分别在弱光照和强光照条件下净光合速率的变化如图1、图2所示。
(1)据图分析,ygl有较高的光补偿点,这与其呼吸速率较　　　(填“高”或“低”)有关,判断的依据是_______________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
_________________________________________________。
(2)据图分析,为了提高产量,在常年阳光充足、光照强度大的地区,更适合种植　　　　　　水稻,依据是________________________________
_______________________________________________。
高
由图1可知,ygl的呼吸速率为0.9 μmol·m-2·s-1,而WT的呼吸速率为0.6 μmol·m-2·s-1,光照达光补偿点时对应的净光合速率为0,根据公式净光合速率=实际光合速率-呼吸速率可知,呼吸速率越大,实际光合速率就越大,所需的光照强度就越高
突变体(或ygl)
高光照条件下,突变体(ygl)水稻比野生型(WT)的光饱和点高,净光合速率大,产量明显多
1.光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题
归纳提升
(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)
适当增大光照强度(CO2浓度) 左移 右移
适当减小光照强度(CO2浓度) 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。
2.饱和点与补偿点的应用分析
(1)饱和点代表植物在一定条件下的最大光合作用能力。在一定条件
下,饱和点越大,表示植物的光合作用能力越强。
(2)补偿点表示植物在一定条件下开始生长(积累有机物)的临界值,高于补偿点,植物开始生长;低于补偿点,植物会净消耗有机物。补偿点低,说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。
(3)通常,阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低,由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。
精练 迁移应用
考向　光合作用影响因素及其应用分析
1.(2024·湖北卷,4)植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗,实验结果如表所示。下列叙述正确的是(　　)
组别 光照 处理 首次开花 时间 茎粗 /mm 花的叶黄素含量/(g/ kg) 鲜花累计平均产量/(kg/ hm2)
① 光照8 h/黑暗16 h 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/黑暗12 h 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/黑暗8 h 7月26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
答案:C
解析:由表中数据可知,第①组首次开花时间最早,说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,但在三组中产量最低,A错误;由题干信息可知,植物甲花的品质与叶黄素含量呈正相关,根据表格数据分析,第①组光照处理中的黑暗时长最长,花的叶黄素含量最低,第③组光照处理中的黑暗时长最短,但花的叶黄素含量却不是最高的,说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相
关,B错误;由表中信息可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,植物甲花的品质最好,第③组光照处理,鲜花累计平均产量最高,说明进行该处理时植物甲花的产量最高,综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理,C正确;由表中数据分析可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,但鲜花累计平均产量却不是最高,说明进行该处理时植物甲花的产量不是最高,所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关,D错误。
2.碳中和已成为全球应对气候变化的重要目标。研究表明,从19世纪后半叶到21世纪10年代,大气CO2浓度由285 ppmv增加至414 ppmv,全球平均温度上升1.09 ℃。为实现碳中和目标,我国科学家提出了“三优”(最优的生态系统布局、最优的物种配置、最优的生态系统管理)生态建设和管理原则。
(1)从物质循环的角度分析,大气CO2主要通过植物　　　　　　　　(填具体代谢过程)阶段进入陆地生态系统,该过程发生在叶绿体的　　　中,其中CO2与　　 　　　结合形成三碳化合物。
解析:大气CO2主要通过植物光合作用暗反应阶段进入陆地生态系统,该过程发生在叶绿体的基质中,其中CO2与C5结合形成三碳化合物。
光合作用暗反应
基质
C5(五碳化合物)
(2)森林生态系统是重要的碳汇(碳汇指能够吸收和储存大量CO2的过程或机
制)。某研究小组在温度适宜的环境中测定了不同光照强度下某种树幼苗的CO2吸收速率,结果如图所示。
该种树幼苗的光补偿点为　　　klx。当光照强度为8~10 klx时,限制该幼苗光合速率的主要环境因素是　　　 　　。若将该幼苗长期置于光照强度为1 klx的环境中,预测其生长状况并说明理由:_______________________
___________________________________________________________________
　 　 。
2
CO2浓度(合理即可)
该幼苗最终会死亡,因为光照强度1 klx低于光补偿点,此时单位时间内呼吸作用消耗的有机物量大于光合作用合成的有机物量,植物体内有机物持续减少(合理即可)
解析:由题图可知,该种树幼苗的光补偿点为2 klx(净光合速率为0时的光照强度),光饱和点为8 klx,当光照强度超过8 klx后,CO2吸收速率不再随光照强度的增加而增加,此时限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等。若将该幼苗长期置于光照强度为1 klx(低于光补偿点)的环境中,幼苗净光合速率小于0,有机物持续减少,会出现生长受阻、最后死亡的现象。
(3)研究发现,大气CO2浓度升高会促进植物生长,这种现象被称为“CO2施肥效应”。从光合作用的角度解释这一现象:________________________
______________________________________________________________
　 。
解析:CO2是光合作用暗反应阶段的原料,CO2浓度升高可提高CO2与C5的结合效率,加快C3生成与还原,从而增加有机物合成,促进植物生长。
CO2是光合作用的原料,在一定范围内,CO2浓度升高会提高光合作用的暗反应速率,增加有机物的合成(合理即可)
(4)为增强某退化草地的固碳能力,研究人员设计了两种恢复方案:
方案A:种植单一高产牧草品种。
方案B:多种本地草本植物组合种植。
请从生态系统稳定性和碳汇持续性的角度,评价哪种方案更优并说明理由:___________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
　 。
方案B更优。理由:①多种植物组合提高了生态系统的生物多样性,增强了生态系统的稳定性;②不同植物的生态位互补,能更充分地利用光能和土壤资源等,提高生态系统的总生产力;③多样化的植物群落能形成更复杂的食物网结构,有利于碳的长期储存(合理即可)
解析:方案A中单一高产牧草易因环境变化(如病害、极端气候)导致固碳功能下降,生态系统稳定性和碳汇持续性较差。方案B中多种草本植物组合能增加生物多样性,使生态系统的营养结构更复杂,自我调节能力更强,碳储存更稳定;不同植物对光照、水分等资源的利用更充分(生态位分
化),增大了长期固碳能力。
(5)碳中和=人为碳排放-(海陆碳汇+CCUS)=0(CCUS是指通过物理、化学和生物学的方法进行CO2捕集、封存与利用)。我国争取在2060年前实现碳中和目标,请从能源利用角度提出两条具体措施:___________________
______________________________________________________________
　 。
解析:能源利用角度的具体措施:提高清洁能源占比,如大力发展风能、太阳能等清洁能源替代煤炭、石油等;发展碳捕集与封存技术。
①减少化石燃料等的消耗;②调整能源结构,增加清洁能源(如风能、太阳能等)的使用比例;③发展碳捕集和封存技术(任答两条,合理即可)(共30张PPT)
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1.(2026·河南开封模拟)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判断,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
A
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解析: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。
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2.研究人员在适宜温度、水分和一定CO2浓度条件下,分别测定了植株甲和植株乙CO2吸收速率与光照强度的关系。下列相关叙述不正确的是(　　)
A.光照强度为b时,甲和乙植物的光合作用强度相等
B.甲与乙相比,连续阴雨天时对甲植物影响较大
C.缺镁时,会导致甲植物CO2最大吸收速率下降
D.限制乙植物P点CO2吸收速率的环境因素可能是CO2浓度
A
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解析:光照强度为b时,甲与乙的CO2的吸收速率相等,即净光合速率相等,光合速率=呼吸速率+净光合速率,据题图无法得知甲与乙的呼吸速率,故无法推出甲与乙光合作用强度相等,A错误;由题图可知,在弱光下乙的净光合速率大于甲,故连续阴雨天时对甲植物影响较大,B正确;缺镁时,会影响叶绿素的合成,导致甲植物CO2最大吸收速率下降,C正确;限制乙植物P点(光饱和点)CO2吸收速率的环境因素可能是CO2浓度,D正确。
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3.山药是一种药食同源,具有健脾益胃、滋肾益精的植物根茎。为研究红光、蓝紫光及CO2浓度对山药光合速率的影响,研究小组在适宜条件下进行山药植株光合作用速率影响因素的实验,所得实验结果如图所示。据图分析,下列相关叙述错误的是(　　)
A.山药植株光合作用中暗反应固定CO2后形成C3
化合物
B.山药的叶肉细胞中吸收红光的主要是类胡萝卜素
C.光合作用速率不能持续上升的原因之一是光照强度的限制
D.光照下CO2浓度为零时,山药植株也能够进行光合作用
B
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解析:光合作用的暗反应阶段过程中CO2的固定过程是C5化合物与CO2反应生成两个C3化合物,此后发生C3的还原,A正确;叶绿素a和叶绿素b能吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,B错误;光照强度是影响光合作用速率的因素之一,结合题图,光合作用速率不能持续上升的原因之一是光照强度的限制,C正确;CO2浓度为零时,山药叶肉细胞可利用线粒体有氧呼吸产生的CO2进行光合作用,D正确。
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4.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曲线图。下列叙述错误的是(　　)
A.7~10时,随光照强度逐渐增大,光合作用强度不断增强
B.10~12时,部分气孔关闭,CO2吸收减少,光合作用强度减弱
C.12~14时,光合作用强度升高是光照强度增强的结果
D.14~17时,光合作用强度降低是光照强度减弱的结果
C
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解析:7~10时光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大,光反应增强,A正确;10~12时光合作用强度明显减弱的原因是光照过强,温度过高,使得叶片部分气孔关闭,CO2供应减少,B正确;12~14时,光合作用强度升高是气孔导度增大,CO2吸收量增多的结果,C错误;14~17时的光合作用强度不断下降的主要原因是光照强度逐渐降低,光反应减慢,D正确。
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5.为探究氮对光合作用的影响,研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成施氮组(补充尿素12 g·m-2)和对照组两组。在相同且适宜的条件下生长一段时间后,检测玉米植株的相关生理指标,结果如表所示。下列有关分析错误的是(　　)
生理指标 对照组 施氮组
叶绿素含量/(mg·g-1) 9.8 11.8
RuBP羧化酶活性/(μmol·h-1·g-1) 316.0 640.0
光合速率/(μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5
注:RuBP羧化酶能催化C3的形成。
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A.该实验的对照组不补充尿素
B.氮元素可用于合成RuBP羧化酶
C.施氮组植株的光合速率更高,只是该组植株细胞中叶绿素含量高
D.施氮组植株的暗反应速率可能大于对照组
答案:C
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解析:对照组与施氮组的实验变量为是否补充尿素,故对照组未补充尿素,A正确;RuBP羧化酶的本质是蛋白质,含氮元素,施氮组该酶活性显著提高,说明氮参与其合成,B正确;施氮组光合速率高不仅因其叶绿素含量增加(光反应增强),还与RuBP羧化酶活性提高(暗反应加快)有关,C错误;RuBP羧化酶活性提高可促进CO2固定(暗反应关键步骤),故施氮组暗反应速率可能更大,D正确。
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6.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的酶活性显著高于野生型。如图表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
C
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解析: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,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,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,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的酶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的酶活性较高,暗反应较强,可以利用更多的光能,C错误;光照强度为p时,突变型水稻和野生型水稻CO2吸收速率
相等,单位时间内有机物积累量相同,D正确。
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7.(2026·广东佛山模拟)研究人员对茶树幼苗与不同药用植物间作时的光合生理指标进行了研究,结果如表所示。下列叙述错误的是(　　)
组别 种植方式 叶绿素含量/ (mg·g-1) 气孔导度/ (mol H2O·m-2·s-1) 净光合速率/
(μmol CO2 m-2·s-1)
① 茶树单作 1.50 0.31 15.41
② 元胡—茶树间作 1.75 0.34 21.28
③ 紫云英—茶树间作 1.27 0.27 14.88
④ 崧蓝—茶树间作 1.14 0.24 13.08
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A.叶绿素含量与光照强度、无机盐含量等因素有关
B.②组茶树气孔导度增加与局部温度降低有关
C.与③组相比,②组茶树光反应和暗反应速率均提高
D.④组茶树光合速率降低由CO2供应不足引起
答案:D
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解析:光照强度和无机盐均会影响叶绿素的合成,即叶绿素含量与光照强度、无机盐含量等因素有关,A正确;温度过高会提高蒸腾速率,此时植物通过自我调节性适应使气孔导度下降,据此推测,②组茶树气孔导度增加与局部温度降低有关,B正确;与③组相比,②组茶树的叶绿素含量高,且气孔导度增大,因而推测,②组茶树光反应和暗反应速率均提高,进而表现为净光合速率提高,C正确;④组茶树气孔导度最低,且叶绿素含量也最低,据此推测,④组茶树光合速率降低是由叶绿素含量降低和CO2供应不足共同引起的,D错误。
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8.在长期进化过程中,农作物对各种胁迫具有了一定的应激反应。科研工作者研究了干旱、冷害等胁迫对玉米幼苗代谢活动的影响,对胁迫期和恢复期的相关指标进行了测量,结果如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.对照组玉米处理条件是适宜的温度和水分
B.对照组和实验组需要给予相同的光照条件
C.冷害胁迫时,净光合速率不易恢复
D.冷害能够缓解干旱胁迫对玉米造成的损伤
D
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解析:据题意分析可知,对照组的玉米处理条件是适宜的温度和水分,A正确;对照实验要遵循单一变量原则,光照条件为无关变量,应相同且适宜,B正确;根据题图,冷害胁迫处理的恢复期净光合速率升高不明显,因此冷害胁迫时,净光合速率不易恢复,C正确;分析D、C和D&C组数据可知,干旱能够缓解冷害对玉米造成的损伤,D错误。
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9.(2026·湖南衡阳模拟)某科研小组为探究影响小麦光合作用的因素,将生长状态相同的小麦幼苗随机分为若干组,在不同条件下测定各组CO2吸收量,实验条件及结果如图所示,除图中处理条件外,其他条件均相同。回答下列问题。
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(1)该实验的自变量是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:由题图可知,不同光照强度、不同的含水量及是否施用无机盐对小麦光合作用都有一定的影响,故该实验的自变量是土壤含水量、光照强度、是否施用无机盐。
土壤含水量、光照强度、是否施用无机盐
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(2)无机盐中的磷元素可参与组成叶绿体膜,且磷元素参与合成
　　　　 　　(答出2点,填物质),这些物质为暗反应提供能量。
解析:无机盐中的磷元素可参与组成叶绿体膜,且磷元素参与合成ATP、NADPH等光反应的产物,这些物质为暗反应提供能量。
ATP、NADPH
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(3)研究发现,当光照强度增大到一定量时,光合速率不再增加,从暗反应角度分析,可能的限制因素有　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:当光照强度增大到一定量时,光合速率不再增加,从暗反应关系角度分析,可能的限制因素有CO2浓度、暗反应酶的活性和数量等。
CO2浓度、暗反应酶的活性和数量
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(4)由图可知,当土壤含水量低于40%时,　　　(填“能”或“不能”)通过施用无机盐来提高小麦幼苗的光合速率,判断依据是__________________
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　 　 。
解析:由题图可知,当土壤含水量低于40%时,是否施用无机盐对小麦光合作用的影响不明显,故不能通过施用无机盐来提高小麦幼苗的光合速率。
不能
由实验结果可知,当土壤含水量低于40%时,施用无机盐组和未施用无机盐组小麦幼苗CO2吸收量几乎相同
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10.(2026·广东深圳模拟)小麦是我国北方的主要农作物,研究环境条件变化对其产量的影响对农业生产有重要意义。科研人员测定小麦一昼夜净光合速率(Pn)的变化,发现小麦与其他植物一样出现了“午睡”现象。
(1)科研人员测定了同一株小麦两种不同向光角度的叶片(接收直射光照面积不同)午后部分指标,结果如表。
净光合速率/Pn 叶片温度/T1 胞间CO2浓度/Ci
直立叶 12.9 37.5 250
平展叶 8.8 37.7 264
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对相关数据进行分析后发现,气孔开闭引起的胞间CO2浓度不足不是造成“午睡”现象的唯一因素,请提出判断依据:_______________________
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:午后温度较高,植物蒸腾作用旺盛,植物会降低叶片气孔开度来避免过度失水。分析表格中数据可知,直立叶和平展叶叶片温度无明显差异,直立叶的净光合速率大于平展叶的净光合速率,但直立叶的胞间CO2浓度小于平展叶的胞间CO2浓度,说明气孔开闭引起的胞间CO2浓度不足不是造成“午睡”现象的唯一因素。
平展叶的净光合速率明显低于直立叶,而胞间CO2浓度高于直立叶
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(2)科研人员推测,午间强光照可能会导致由色素和蛋白质组成的光系统Ⅱ发生损伤,导致　　　　速率下降,进而为暗反应提供的_________
　　　　　(填物质)减少,导致叶片的光合作用减弱。推测光系统Ⅱ分布在　　　　　上,D1蛋白是对光系统Ⅱ活性起调节作用的关键蛋白,科研人员使用蛋白质凝胶电泳技术检测不同光照条件下的D1蛋白含量,结果如图1所示,分析可知____________________________________
　 , 从而在一定程度上
导致“午睡”现象。
光反应
ATP、
NADPH
类囊体膜
午间较强光照使细胞中D1蛋白的含量降低,导致光系统Ⅱ活性降低
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解析:由题意可知,光系统Ⅱ是由色素和蛋白质组成的,说明光系统Ⅱ是光反应的场所,强光照引起光系统Ⅱ发生损伤,会导致光反应的速率下降,光反应为暗反应提供的ATP、NADPH也会减少,光系统Ⅱ分布在类囊体膜上,是光反应的场所。据图1可知,与适宜光照强度照射2小时相比,较强光照强度照射2小时会导致D1蛋白含量下降,因此“午睡”原因可能是午间较强光照使细胞中D1蛋白的含量降低,从而导致光系统Ⅱ活性降低。
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(3)水杨酸(SA)是一种与植物抗热性有关的植物激素,科研人员用适宜浓度的SA喷洒小麦叶片后,测定两种光照条件下的D1蛋白含量,并重复该实验,结果如图2所示,可推测,SA对小麦午间光合作用的影响及机制是__________________________________________________________
　　　　　　　　　　　　　　　。
SA能减弱较强光照造成的D1蛋白含量及光系统Ⅱ活性降低程度,从而缓解小麦的“午睡”现象
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解析:强光照会导致D1含量下降,分析图2中D1蛋白含量可知,强光下用SA处理后D1蛋白含量虽仍低于CK组,但明显高于W2组,可推测经SA处理后,SA能减弱较强光照造成的D1蛋白含量及光系统Ⅱ活性降低程度,缓解小麦的“午睡”现象。
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(4)综合上述研究,除了喷洒适宜浓度的水杨酸,从育种的角度提出农业生产中减少“午睡”现象,提高小麦产量的一种合理措施:
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:综合上述研究,除了喷洒适宜浓度的水杨酸外,从育种的角度可提出农业生产中减少“午睡”现象,提高小麦产量的一种合理措施是培育高光强下D1蛋白基因表达量高的小麦品种。
培育高光强下D1蛋白基因表达量高的小麦品种第13讲 光合作用的影响因素及其应用
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:植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)表示方法:用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。
2.探究环境因素对光合作用强度的影响
(1)实验原理
(2)实验中变量分析
自变量 不同光照强度
控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制
因变量 光合作用强度
检测因变量 同一时间段内叶片浮起数量
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
(4)实验结果:光照越强,单位时间内烧杯中圆形小叶片浮起的数量越多。
(5)实验结论:一定范围内,随着光照强度的不断增强,光合作用强度不断增强。
拾遗·挖掘
(必修1 P105“探究·实践”)(1)探究环境因素对光合作用强度的影响实验中叶片上浮的原因是光合作用产生的氧气会在叶片的细胞间隙处积累,导致浮力增大。
(2)该实验中,若NaHCO3溶液浓度过高会导致叶片上浮缓慢,原因是NaHCO3溶液浓度过高会导致叶肉细胞失水,光合速率减慢。
考向　探究环境因素对光合作用强度影响的实验分析
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
答案:C
解析:叶片上的叶脉与叶肉组织相差较大,叶圆片作为实验对象,其大小、组织结构为无关变量,应尽可能保证相同且适宜,所以用打孔器打出叶圆片时,应避开大的叶脉,A正确;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,该实验中各组都是实验组,为对比实验,B正确;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,故无法得知呼吸强度,故无法计算出实际光合作用强度,C错误;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,D正确。
2.某实验小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,将四组等量菠菜叶圆片排气后,分别置于等体积不同浓度的NaHCO3溶液中,给予相同强度的适宜光照,记录叶圆片上浮的时长,如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.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.本实验也可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的数量作为因变量
C.若继续增大NaHCO3溶液浓度,叶圆片上浮所需时长会继续缩短
D.若想探究光照强度对光合作用的影响,可通过调节光源与烧杯的距离实现
答案:C
解析: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,A正确;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),可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的数量作为因变量,B正确;若继续增大NaHCO3溶液浓度,叶细胞可能会因过度失水而死亡,C错误;通过调节光源与烧杯的距离可代表光照强度的强弱,D正确。
考点二　影响光合作用的因素及应用
1.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
(3)叶面积指数
2.外部因素
(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析
①光照强度
②CO2浓度
③温度
④水分→影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内
⑤无机盐
(2)多因子对光合速率的影响
探究　光饱和点是指光合速率不再随光照强度增加时的光照强度,光补偿点是指光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2量相等时的光照强度。研究发现,水稻野生型(WT)的产量和突变体(ygl)在不同栽培条件下有差异。测得两种水稻分别在弱光照和强光照条件下净光合速率的变化如图1、图2所示。
(1)据图分析,ygl有较高的光补偿点,这与其呼吸速率较　　　　(填“高”或“低”)有关,判断的依据是　 　 。
(2)据图分析,为了提高产量,在常年阳光充足、光照强度大的地区,更适合种植　　　　　　水稻,依据是　 　 。
提示:(1)高　由图1可知,ygl的呼吸速率为0.9 μmol·m-2·s-1,而WT的呼吸速率为0.6 μmol·m-2·s-1,光照达光补偿点时对应的净光合速率为0,根据公式净光合速率=实际光合速率-呼吸速率可知,呼吸速率越大,实际光合速率就越大,所需的光照强度就越高
(2)突变体(或ygl)　高光照条件下,突变体(ygl)水稻比野生型(WT)的光饱和点高,净光合速率大,产量明显多
1.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)
适当增大光照强度(CO2浓度) 左移 右移
适当减小光照强度(CO2浓度) 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。
2.饱和点与补偿点的应用分析
(1)饱和点代表植物在一定条件下的最大光合作用能力。在一定条件下,饱和点越大,表示植物的光合作用能力越强。
(2)补偿点表示植物在一定条件下开始生长(积累有机物)的临界值,高于补偿点,植物开始生长;低于补偿点,植物会净消耗有机物。补偿点低,说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。
(3)通常,阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低,由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。
考向　光合作用影响因素及其应用分析
1.(2024·湖北卷,4)植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗,实验结果如表所示。下列叙述正确的是(　　)
组别 光照 处理 首次开花 时间 茎粗 /mm 花的叶黄素含量 /(g/ kg) 鲜花累计平均产量 /(kg/ hm2)
① 光照8 h/ 黑暗16 h 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/ 黑暗12 h 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/ 黑暗8 h 7月26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
答案:C
解析:由表中数据可知,第①组首次开花时间最早,说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,但在三组中产量最低,A错误;由题干信息可知,植物甲花的品质与叶黄素含量呈正相关,根据表格数据分析,第①组光照处理中的黑暗时长最长,花的叶黄素含量最低,第③组光照处理中的黑暗时长最短,但花的叶黄素含量却不是最高的,说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相关,B错误;由表中信息可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,植物甲花的品质最好,第③组光照处理,鲜花累计平均产量最高,说明进行该处理时植物甲花的产量最高,综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理,C正确;由表中数据分析可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,但鲜花累计平均产量却不是最高,说明进行该处理时植物甲花的产量不是最高,所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关,D错误。
2.碳中和已成为全球应对气候变化的重要目标。研究表明,从19世纪后半叶到21世纪10年代,大气CO2浓度由285 ppmv增加至414 ppmv,全球平均温度上升1.09 ℃。为实现碳中和目标,我国科学家提出了“三优”(最优的生态系统布局、最优的物种配置、最优的生态系统管理)生态建设和管理原则。
(1)从物质循环的角度分析,大气CO2主要通过植物　　　　　　　　(填具体代谢过程)阶段进入陆地生态系统,该过程发生在叶绿体的　　　　　中,其中CO2与　　　　　结合形成三碳化合物。
(2)森林生态系统是重要的碳汇(碳汇指能够吸收和储存大量CO2的过程或机制)。某研究小组在温度适宜的环境中测定了不同光照强度下某种树幼苗的CO2吸收速率,结果如图所示。
该种树幼苗的光补偿点为　　　klx。当光照强度为8~10 klx时,限制该幼苗光合速率的主要环境因素是　　　　　。若将该幼苗长期置于光照强度为1 klx的环境中,预测其生长状况并说明理由:　 　 。
(3)研究发现,大气CO2浓度升高会促进植物生长,这种现象被称为“CO2施肥效应”。从光合作用的角度解释这一现象: 　 。
(4)为增强某退化草地的固碳能力,研究人员设计了两种恢复方案:
方案A:种植单一高产牧草品种。
方案B:多种本地草本植物组合种植。
请从生态系统稳定性和碳汇持续性的角度,评价哪种方案更优并说明理由: 　 。
(5)碳中和=人为碳排放-(海陆碳汇+CCUS)=0(CCUS是指通过物理、化学和生物学的方法进行CO2捕集、封存与利用)。我国争取在2060年前实现碳中和目标,请从能源利用角度提出两条具体措施: 　 。
答案:(1)光合作用暗反应　基质　C5(五碳化合物)
(2)2　CO2浓度(合理即可)　该幼苗最终会死亡,因为光照强度1 klx低于光补偿点,此时单位时间内呼吸作用消耗的有机物量大于光合作用合成的有机物量,植物体内有机物持续减少(合理即可)
(3)CO2是光合作用的原料,在一定范围内,CO2浓度升高会提高光合作用的暗反应速率,增加有机物的合成(合理即可)
(4)方案B更优。理由:①多种植物组合提高了生态系统的生物多样性,增强了生态系统的稳定性;②不同植物的生态位互补,能更充分地利用光能和土壤资源等,提高生态系统的总生产力;③多样化的植物群落能形成更复杂的食物网结构,有利于碳的长期储存(合理即可)
(5)①减少化石燃料等的消耗;②调整能源结构,增加清洁能源(如风能、太阳能等)的使用比例;③发展碳捕集和封存技术(任答两条,合理即可)
解析:(1)大气CO2主要通过植物光合作用暗反应阶段进入陆地生态系统,该过程发生在叶绿体的基质中,其中CO2与C5结合形成三碳化合物。
(2)由题图可知,该种树幼苗的光补偿点为2 klx(净光合速率为0时的光照强度),光饱和点为8 klx,当光照强度超过8 klx后,CO2吸收速率不再随光照强度的增加而增加,此时限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等。若将该幼苗长期置于光照强度为1 klx(低于光补偿点)的环境中,幼苗净光合速率小于0,有机物持续减少,会出现生长受阻、最后死亡的现象。
(3)CO2是光合作用暗反应阶段的原料,CO2浓度升高可提高CO2与C5的结合效率,加快C3生成与还原,从而增加有机物合成,促进植物生长。
(4)方案A中单一高产牧草易因环境变化(如病害、极端气候)导致固碳功能下降,生态系统稳定性和碳汇持续性较差。方案B中多种草本植物组合能增加生物多样性,使生态系统的营养结构更复杂,自我调节能力更强,碳储存更稳定;不同植物对光照、水分等资源的利用更充分(生态位分化),增大了长期固碳能力。
(5)能源利用角度的具体措施:提高清洁能源占比,如大力发展风能、太阳能等清洁能源替代煤炭、石油等;发展碳捕集与封存技术。
1.(2026·河南开封模拟)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判断,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
答案:A
解析: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。
2.研究人员在适宜温度、水分和一定CO2浓度条件下,分别测定了植株甲和植株乙CO2吸收速率与光照强度的关系。下列相关叙述不正确的是(　　)
A.光照强度为b时,甲和乙植物的光合作用强度相等
B.甲与乙相比,连续阴雨天时对甲植物影响较大
C.缺镁时,会导致甲植物CO2最大吸收速率下降
D.限制乙植物P点CO2吸收速率的环境因素可能是CO2浓度
答案:A
解析:光照强度为b时,甲与乙的CO2的吸收速率相等,即净光合速率相等,光合速率=呼吸速率+净光合速率,据题图无法得知甲与乙的呼吸速率,故无法推出甲与乙光合作用强度相等,A错误;由题图可知,在弱光下乙的净光合速率大于甲,故连续阴雨天时对甲植物影响较大,B正确;缺镁时,会影响叶绿素的合成,导致甲植物CO2最大吸收速率下降,C正确;限制乙植物P点(光饱和点)CO2吸收速率的环境因素可能是CO2浓度,D正确。
3.山药是一种药食同源,具有健脾益胃、滋肾益精的植物根茎。为研究红光、蓝紫光及CO2浓度对山药光合速率的影响,研究小组在适宜条件下进行山药植株光合作用速率影响因素的实验,所得实验结果如图所示。据图分析,下列相关叙述错误的是(　　)
A.山药植株光合作用中暗反应固定CO2后形成C3化合物
B.山药的叶肉细胞中吸收红光的主要是类胡萝卜素
C.光合作用速率不能持续上升的原因之一是光照强度的限制
D.光照下CO2浓度为零时,山药植株也能够进行光合作用
答案:B
解析:光合作用的暗反应阶段过程中CO2的固定过程是C5化合物与CO2反应生成两个C3化合物,此后发生C3的还原,A正确;叶绿素a和叶绿素b能吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,B错误;光照强度是影响光合作用速率的因素之一,结合题图,光合作用速率不能持续上升的原因之一是光照强度的限制,C正确;CO2浓度为零时,山药叶肉细胞可利用线粒体有氧呼吸产生的CO2进行光合作用,D正确。
4.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曲线图。下列叙述错误的是(　　)
A.7~10时,随光照强度逐渐增大,光合作用强度不断增强
B.10~12时,部分气孔关闭,CO2吸收减少,光合作用强度减弱
C.12~14时,光合作用强度升高是光照强度增强的结果
D.14~17时,光合作用强度降低是光照强度减弱的结果
答案:C
解析:7~10时光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大,光反应增强,A正确;10~12时光合作用强度明显减弱的原因是光照过强,温度过高,使得叶片部分气孔关闭,CO2供应减少,B正确;12~14时,光合作用强度升高是气孔导度增大,CO2吸收量增多的结果,C错误;14~17时的光合作用强度不断下降的主要原因是光照强度逐渐降低,光反应减慢,D正确。
5.为探究氮对光合作用的影响,研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成施氮组(补充尿素12 g·m-2)和对照组两组。在相同且适宜的条件下生长一段时间后,检测玉米植株的相关生理指标,结果如表所示。下列有关分析错误的是(　　)
生理指标 对照组 施氮组
叶绿素含量/(mg·g-1) 9.8 11.8
RuBP羧化酶活性/(μmol·h-1·g-1) 316.0 640.0
光合速率/(μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5
注:RuBP羧化酶能催化C3的形成。
A.该实验的对照组不补充尿素
B.氮元素可用于合成RuBP羧化酶
C.施氮组植株的光合速率更高,只是该组植株细胞中叶绿素含量高
D.施氮组植株的暗反应速率可能大于对照组
答案:C
解析:对照组与施氮组的实验变量为是否补充尿素,故对照组未补充尿素,A正确;RuBP羧化酶的本质是蛋白质,含氮元素,施氮组该酶活性显著提高,说明氮参与其合成,B正确;施氮组光合速率高不仅因其叶绿素含量增加(光反应增强),还与RuBP羧化酶活性提高(暗反应加快)有关,C错误;RuBP羧化酶活性提高可促进CO2固定(暗反应关键步骤),故施氮组暗反应速率可能更大,D正确。
6.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的酶活性显著高于野生型。如图表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
答案:C
解析: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,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,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,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的酶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的酶活性较高,暗反应较强,可以利用更多的光能,C错误;光照强度为p时,突变型水稻和野生型水稻CO2吸收速率相等,单位时间内有机物积累量相同,D正确。
7.(2026·广东佛山模拟)研究人员对茶树幼苗与不同药用植物间作时的光合生理指标进行了研究,结果如表所示。下列叙述错误的是(　　)
组别 种植方式 叶绿素含量/ (mg·g-1) 气孔导度/ (mol H2O·m-2·s-1) 净光合速率/ (μmol CO2 m-2·s-1)
① 茶树单作 1.50 0.31 15.41
② 元胡—茶 树间作 1.75 0.34 21.28
③ 紫云英— 茶树间作 1.27 0.27 14.88
④ 崧蓝—茶 树间作 1.14 0.24 13.08
A.叶绿素含量与光照强度、无机盐含量等因素有关
B.②组茶树气孔导度增加与局部温度降低有关
C.与③组相比,②组茶树光反应和暗反应速率均提高
D.④组茶树光合速率降低由CO2供应不足引起
答案:D
解析:光照强度和无机盐均会影响叶绿素的合成,即叶绿素含量与光照强度、无机盐含量等因素有关,A正确;温度过高会提高蒸腾速率,此时植物通过自我调节性适应使气孔导度下降,据此推测,②组茶树气孔导度增加与局部温度降低有关,B正确;与③组相比,②组茶树的叶绿素含量高,且气孔导度增大,因而推测,②组茶树光反应和暗反应速率均提高,进而表现为净光合速率提高,C正确;④组茶树气孔导度最低,且叶绿素含量也最低,据此推测,④组茶树光合速率降低是由叶绿素含量降低和CO2供应不足共同引起的,D错误。
8.在长期进化过程中,农作物对各种胁迫具有了一定的应激反应。科研工作者研究了干旱、冷害等胁迫对玉米幼苗代谢活动的影响,对胁迫期和恢复期的相关指标进行了测量,结果如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.对照组玉米处理条件是适宜的温度和水分
B.对照组和实验组需要给予相同的光照条件
C.冷害胁迫时,净光合速率不易恢复
D.冷害能够缓解干旱胁迫对玉米造成的损伤
答案:D
解析:据题意分析可知,对照组的玉米处理条件是适宜的温度和水分,A正确;对照实验要遵循单一变量原则,光照条件为无关变量,应相同且适宜,B正确;根据题图,冷害胁迫处理的恢复期净光合速率升高不明显,因此冷害胁迫时,净光合速率不易恢复,C正确;分析D、C和D&C组数据可知,干旱能够缓解冷害对玉米造成的损伤,D错误。
9.(2026·湖南衡阳模拟)某科研小组为探究影响小麦光合作用的因素,将生长状态相同的小麦幼苗随机分为若干组,在不同条件下测定各组CO2吸收量,实验条件及结果如图所示,除图中处理条件外,其他条件均相同。回答下列问题。
(1)该实验的自变量是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)无机盐中的磷元素可参与组成叶绿体膜,且磷元素参与合成　　　　　　(答出2点,填物质),这些物质为暗反应提供能量。
(3)研究发现,当光照强度增大到一定量时,光合速率不再增加,从暗反应角度分析,可能的限制因素有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)由图可知,当土壤含水量低于40%时,　　　(填“能”或“不能”)通过施用无机盐来提高小麦幼苗的光合速率,判断依据是　 　 。
答案:(1)土壤含水量、光照强度、是否施用无机盐
(2)ATP、NADPH
(3)CO2浓度、暗反应酶的活性和数量
(4)不能　由实验结果可知,当土壤含水量低于40%时,施用无机盐组和未施用无机盐组小麦幼苗CO2吸收量几乎相同
解析:(1)由题图可知,不同光照强度、不同的含水量及是否施用无机盐对小麦光合作用都有一定的影响,故该实验的自变量是土壤含水量、光照强度、是否施用无机盐。
(2)无机盐中的磷元素可参与组成叶绿体膜,且磷元素参与合成ATP、NADPH等光反应的产物,这些物质为暗反应提供能量。
(3)当光照强度增大到一定量时,光合速率不再增加,从暗反应关系角度分析,可能的限制因素有CO2浓度、暗反应酶的活性和数量等。
(4)由题图可知,当土壤含水量低于40%时,是否施用无机盐对小麦光合作用的影响不明显,故不能通过施用无机盐来提高小麦幼苗的光合速率。
10.(2026·广东深圳模拟)小麦是我国北方的主要农作物,研究环境条件变化对其产量的影响对农业生产有重要意义。科研人员测定小麦一昼夜净光合速率(Pn)的变化,发现小麦与其他植物一样出现了“午睡”现象。
(1)科研人员测定了同一株小麦两种不同向光角度的叶片(接收直射光照面积不同)午后部分指标,结果如表。
净光合速率/Pn 叶片温度/T1 胞间CO2浓度/Ci
直立叶 12.9 37.5 250
平展叶 8.8 37.7 264
对相关数据进行分析后发现,气孔开闭引起的胞间CO2浓度不足不是造成“午睡”现象的唯一因素,请提出判断依据:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)科研人员推测,午间强光照可能会导致由色素和蛋白质组成的光系统Ⅱ发生损伤,导致　　　　　　　速率下降,进而为暗反应提供的　　　　　　　　　　(填物质)减少,导致叶片的光合作用减弱。推测光系统Ⅱ分布在　　　　　　　上,D1蛋白是对光系统Ⅱ活性起调节作用的关键蛋白,科研人员使用蛋白质凝胶电泳技术检测不同光照条件下的D1蛋白含量,结果如图1所示,分析可知　 , 从而在一定程度上导致“午睡”现象。
(3)水杨酸(SA)是一种与植物抗热性有关的植物激素,科研人员用适宜浓度的SA喷洒小麦叶片后,测定两种光照条件下的D1蛋白含量,并重复该实验,结果如图2所示,可推测,SA对小麦午间光合作用的影响及机制是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)综合上述研究,除了喷洒适宜浓度的水杨酸,从育种的角度提出农业生产中减少“午睡”现象,提高小麦产量的一种合理措施:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)平展叶的净光合速率明显低于直立叶,而胞间CO2浓度高于直立叶
(2)光反应　ATP、NADPH　类囊体膜　午间较强光照使细胞中D1蛋白的含量降低,导致光系统Ⅱ活性降低
(3)SA能减弱较强光照造成的D1蛋白含量及光系统Ⅱ活性降低程度,从而缓解小麦的“午睡”现象
(4)培育高光强下D1蛋白基因表达量高的小麦品种
解析:(1)午后温度较高,植物蒸腾作用旺盛,植物会降低叶片气孔开度来避免过度失水。分析表格中数据可知,直立叶和平展叶叶片温度无明显差异,直立叶的净光合速率大于平展叶的净光合速率,但直立叶的胞间CO2浓度小于平展叶的胞间CO2浓度,说明气孔开闭引起的胞间CO2浓度不足不是造成“午睡”现象的唯一因素。
(2)由题意可知,光系统Ⅱ是由色素和蛋白质组成的,说明光系统Ⅱ是光反应的场所,强光照引起光系统Ⅱ发生损伤,会导致光反应的速率下降,光反应为暗反应提供的ATP、NADPH也会减少,光系统Ⅱ分布在类囊体膜上,是光反应的场所。据图1可知,与适宜光照强度照射2小时相比,较强光照强度照射2小时会导致D1蛋白含量下降,因此“午睡”原因可能是午间较强光照使细胞中D1蛋白的含量降低,从而导致光系统Ⅱ活性降低。
(3)强光照会导致D1含量下降,分析图2中D1蛋白含量可知,强光下用SA处理后D1蛋白含量虽仍低于CK组,但明显高于W2组,可推测经SA处理后,SA能减弱较强光照造成的D1蛋白含量及光系统Ⅱ活性降低程度,缓解小麦的“午睡”现象。
(4)综合上述研究,除了喷洒适宜浓度的水杨酸外,从育种的角度可提出农业生产中减少“午睡”现象,提高小麦产量的一种合理措施是培育高光强下D1蛋白基因表达量高的小麦品种。
专题加强2　光呼吸与光抑制　气孔与代谢　逆境胁迫
加强点1　光呼吸与光抑制
1.光呼吸
(1)光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高O2、低CO2情况下发生的一个生化过程,是绿色植物在光照条件下的细胞呼吸。
(2)光呼吸过程图解:
(3)光呼吸产生的原因
①内因:Rubisco是一种多功能酶,具有催化羧化反应(C5+CO2→2C3)和加氧反应(C5+O2→C3+C2)两种功能。
②外因:高O2环境下,光呼吸会明显加强,提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。
(4)光呼吸的生理意义
①不利影响:光呼吸消耗暗反应的底物C5,导致光合作用减弱,农作物产量降低。
②有利影响:消耗O2产生CO2;防止强光对光合结构的破坏。
2.光抑制
光能超过光合系统所能利用的量时,光合生物会启动自我保护机制,光合功能下降,这就是光抑制现象。光抑制现象主要发生在PSⅡ系统。光抑制的发生及光保护的三道防线如图所示。
1.(2025·山东卷,21)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。
(1)叶绿体膜的基本支架是　　　　　　　　;叶绿体中含有许多由类囊体组成的　　　　,扩展了受光面积。
(2)据图分析,生成NADPH所需的电子源自　　　　。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、　　　　　　。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有　　　　。
(3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为 　 。
答案:(1)磷脂双分子层　基粒
(2)H2O　丙酮酸、[H]　O2和CO2
(3)途径①以电能的方式耗散光能;途径②以热能形式耗散光能
解析:(1)生物膜的基本支架是磷脂双分子层。叶绿体中由类囊体组成的结构是基粒,基粒的存在扩展了受光面积。
(2)题图中虚线箭头表示电子的传递路径,据题图可知,生成NADPH所需的电子源自水的光解。用含3H2O的溶液培养绿藻一段时间,会发生光合作用和呼吸作用,光合作用产生的葡萄糖被3H标记,有氧呼吸第一阶段,葡萄糖(被3H标记)在酶的催化作用下,生成丙酮酸(被3H标记)、[H](被3H标记)、少部分能量;有氧呼吸第二阶段,丙酮酸与3H2O反应,在酶的催化作用下,生成CO2、[H](被3H标记)、少量能量,因此能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、丙酮酸、[H]。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,绿藻可利用O通过光合作用生成18O2,也可利用3H2O通过有氧呼吸第二阶段生成C18O2。
(3)据题图可知,途径①一部分电子传递给O2生成H2O2,H2O2进一步分解为H2O,主要以电能的方式耗散光能。途径②Y将一部分光能传递给Z,Z将光能转化为热能,以热能的方式耗散光能,减弱光能对光合系统的损伤。
加强点2　气孔与代谢
1.调节气孔开闭的因素
(1)光:植物气孔一般是按昼夜节律开闭:白天打开气孔进行光合作用,晚上通过关闭气孔来减少水分损失。
(2)CO2浓度:CO2浓度低时气孔开启。
(3)含水量:干旱或蒸腾作用过强失水多时气孔关闭。
(4)植物激素:细胞分裂素促进气孔开放,脱落酸引起气孔关闭。
2.气孔因素与非气孔因素
(1)气孔限制主要是指由于气孔关闭导致CO2进入叶片的速率下降,从而限制了光合作用的进行。这种现象通常发生在植物面对水分胁迫或其他环境压力时,如高温或干旱,植物会调节气孔的开合程度以减少水分蒸腾,但这同时也限制了CO2的摄取。
(2)非气孔限制则涉及除气孔开度之外的其他因素,这些因素可能包括叶绿体活性的降低、光合酶活性的降低、叶绿素含量的减少或光合底物供应不足等。这些因素影响光合作用的光反应和暗反应过程,如光系统Ⅱ的效率、ATP和NADPH的合成,以及碳同化的生化途径。
(3)在研究中,可以通过测量气孔导度、叶片光合速率、叶绿素含量和光合酶活性等指标来分析气孔和非气孔限制的影响。此外,可以通过调控环境因素和植物基因表达来研究这些因素对光合作用的影响。
(4)在水分胁迫下,植物叶片光合作用的气孔和非气孔限制是影响植物正常生长的重要因素。判别水分胁迫下气孔与非气孔限制的有效方法对于理解植物对环境变化的响应和适应机制具有重要意义。
2.(2026·河北唐山模拟)干旱对植物光合作用的抑制包括气孔限制和非气孔限制,前者是指干旱使气孔开放数减少,从而使光合速率下降;后者指干旱使光合结构遭到破坏或活性下降,此时胞间CO2浓度并不亏缺。科研工作者探究干旱对某植物光合作用的气孔限制和非气孔限制的实验结果如图所示。CK为对照组(土壤含水量75%~80%),W1为轻度干旱组(土壤含水量60%~65%),W2为中度干旱组(土壤含水量50%~55%),W3为重度干旱组(土壤含水量35%~40%)。
(1)相比于对照组,在轻度干旱条件下,植物的净光合速率　　　,气孔导度下降主要影响光合作用的　　　　阶段。
(2)相比于对照组,在中度干旱条件下,植物的净光合速率下降,同时伴随着　　　　大幅下降和　　　大幅下降,这表明净光合速率下降主要是气孔限制因素作用导致。浇水可解除干旱胁迫,请用文字和箭头形式说明给植物浇O形成C6O6的过程中18O的转移途径:　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在重度干旱条件下,植物胞间CO2浓度和净光合速率的变化　　　(填“相同”或“相反”)。研究者分析其净光合速率大幅下降主要是非气孔因素导致,其判断的理由是　 　 , 请你分析植物在重度干旱条件下,生理方面的变化:水分亏缺导致　　　　　　　被破坏,从而直接影响光反应;干旱胁迫导致将CO2固定、合成　 的一系列酶活性减弱;光合产物的输出变慢,导致细胞内光合产物积累,阻碍了光合作用继续进行。
答案:(1)下降　暗反应
(2)胞间CO2浓度　气孔导度　OC18O2C6O6
(3)相反　虽然气孔导度下降,但是胞间CO2浓度升高,且叶绿素含量下降,说明植物自身光合作用利用的CO2少于该条件下可为暗反应提供的CO2　类囊体薄膜　C3
解析:(1)由题图1可知,W1组的净光合速率低于CK组,在轻度干旱条件下,植物的净光合速率下降,由图2中W1组和CK组对比可知,轻度干旱使气孔导度下降,CO2进入细胞减少,因此主要影响光合作用的暗反应阶段。
(2)由题图1可知,W2组和CK组对比,胞间CO2浓度大幅下降,由题图2可知,W2组和CK组对比,叶绿素含量下降不明显,而气孔导度大幅下降,综合分析,中度干旱条件下,植物净光合速率下降伴随的是胞间CO2浓度大幅下降和气孔导度大幅下降,表明该条件下,净光合速率下降主要是气孔限制因素导致。给植物浇O,光合作用形成C6O6的过程中,O先参与有氧呼吸的第二阶段,产生C18O2,然后在光合作用的暗反应过程中C18O2被固定,最终形成糖类,18O的转移途径:OC18O2C6O6。
(3)在重度干旱条件下,植物胞间CO2浓度升高,净光合速率下降,两者的变化相反,说明净光合速率大幅下降主要是非气孔因素导致,判断的理由是虽然气孔导度下降,但是胞间CO2浓度升高,且叶绿素含量下降,说明植物自身光合作用需要的CO2少于该条件下可为暗反应提供的CO2。植物在重度干旱条件下的生理方面的变化有:水分亏缺导致类囊体薄膜被破坏,从而直接影响光反应;干旱胁迫导致将CO2固定、合成C3的一系列酶活性减弱;光合产物的输出变慢,导致细胞内光合产物积累,阻碍了光合作用继续进行。
加强点3　逆境胁迫
1.逆境:对植物生存与生长不利的环境因子。
2.逆境类型与胁迫机制
3.(2025·河南卷,17)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,将作物分组处理一段时间后,结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。
回答下列问题。
(1)光对植物生长发育的作用有　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　两个方面。
(2)上述实验需控制变量,为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应选用上述　　　　(填组别)组进行对比分析,该实验中的无关变量有　 (答出2点即可)。
(3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系),④组的总光合速率　　　　　　　(填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率,判断依据是　 　 。
答案:(1)为光合作用提供能量　作为一种信号调节植物生长发育
(2)①③④　温度和二氧化碳浓度
(3)始终大于　④组呼吸作用强于③组,但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸速率时的光照强度相等,所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组
解析:(1)光可以为植物光合作用提供能量;同时光可以作为一种信号调节植物生长发育。
(2)探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,实验的自变量是光(正常光和实验光)以及有无盐胁迫,因变量是作物生长情况,故该实验至少应选用①③④组进行对比分析。①和③对照可知盐胁迫对作物生长的影响,①③④比较可判断光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响。实验中除了自变量和因变量,其余变量称为无关变量,该实验中的无关变量有温度和二氧化碳浓度等。
(3)由于④组呼吸作用强于③组,但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸速率时的光照强度相等,所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组。

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