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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．(2025·安徽卷)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
2．(2025·湖北荆州检测)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
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]
CO2(光)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)
条件 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
　
细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(光)补偿点应右移，反之左移。
(3)D点其纵坐标：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。
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．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。(　　)
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。(　　)
5．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。(　　)
1．(人教版必修1 P106拓展应用T1)在晴朗无云的夏日，某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化，结果如图。回答下列问题。
(1)据图分析，与10时相比，7时蔬菜的光合作用强度低，此时，主要的外界限制因素是____________；从10时到12时，该蔬菜的光合作用强度________。
(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度，小组成员将菜地分成A、B两块，10～14时在A菜地上方遮阳，B菜地不遮阳，其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高，主要原因是
_____________________________________________________________________。
(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖，测得棚内温度比B菜地高，一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比，C菜地蔬菜产量低，从光合作用和呼吸作用的原理分析，原因是
_____________________________________________________________________。
2．(人教版必修1 P108复习与提高非选择题T2)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，原因是
_____________________________________________________________________。
(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。
_____________________________________________________________________。
分析影响光合速率的因素
1．(2025·湖南雅礼中学月考)为探究外界环境条件对植物光合速率的影响，某研究小组用耐盐碱能力较强的海水稻为实验材料进行了一系列研究，实验过程中温度适宜且相同，由所得实验数据绘制曲线如图所示。下列推测不合理的是(　　)
A．图1中海水稻用NaCl溶液处理后光合速率降低与气孔导度下降有关
B．随着NaCl溶液浓度增大，海水稻的光补偿点应变大，光饱和点应变小
C．A、B、C三组海水稻经NaCl溶液处理后短时间内C5含量最多的是C组
D．图2中限制丙组水稻光合速率的主要环境因素是CO2浓度
2．(2025·河北石家庄质检)过强光照胁迫下，植物会通过一系列的调节机制来减少过强光照对植物的伤害。科学家发现大豆细胞中GmPLP1基因的表达量在过强的光照(大于1 500 μmol·m-2·s-1)下显著下降，为验证GmPLP1参与强光胁迫响应，选用WT(野生型)、GmPLP1-ox(GmPLP1过表达)和GmPLP1-i(GmPLP1低表达)大豆幼苗为材料进行相关实验，结果如下图。回答下列问题：
(1)叶绿素的合成________(填“需要”或“不需要”)光照。
(2)强光胁迫时，过剩的光能会损伤类囊体膜，进而影响____________________的生成，直接导致暗反应中________(填生理过程)减弱，光合速率等于呼吸速率时的光照强度会________(填“增大”或“减小”)。图中光照强度小于1 500 μmol·m-2·s-1时，限制净光合速率上升的环境因素是________。
(3)该实验结果表明GmPLP1参与强光胁迫响应，判断依据是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
影响光合速率的因素在生产中的应用
3．(2025·四川卷)在温室中种植番茄，光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400 μmol·mol-1。为提高温室番茄产量，有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标，结果见下表。回答下列问题。
组别 光照强度 (μmol· m-2·s-1) CO2浓度 (μmol·mol-1) 净光合速 率(μmol· m-2·s-1) 气孔导 度(mol· m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg·g-1)
对照 200 400 7.5 0.08 42.8
甲 400 400 14.0 0.15 59.1
乙 200 800 10.0 0.08 55.3
丙 400 800 17.5 0.13 65.0
注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关。
(1)为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用______________________提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择________(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶绿素含量。
(2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的_____________________________________________________________________，
从而提高了净光合速率。与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择______________________，依据是_______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
1．(2024·福建卷)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
2．(2025·黑吉辽蒙卷)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_____________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________
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(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。
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3．(2025·广东卷)我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a)；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b)，鉴定到突变体发生了P1L15基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。
回答下列问题：
(1)图a中，当胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol-1范围时，红光下光合速率的限制因子是______________，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是_____________________________________________________________________
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(2)图b中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是_____________________________________________________________________
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(3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中，①吸收的光在叶绿体中最终被转化为__________________________。通路2中吸收光的物质②为________________。用箭头完成图c中②所介导的通路，并在箭头旁用“(＋)”或“(－)”标注前后两者间的作用，(＋)表示正相关，(－)表示负相关。
(4)根据图c中相关信息，概括出植物利用光的方式：_____________________________________________________________________
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_____________________________________________________________________。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．(2025·安徽卷)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　[打孔时避开大的叶脉是因为叶脉中没有叶绿体，而光合作用主要在叶肉细胞的叶绿体中进行，所以为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉，A正确。调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离相当于控制实验的自变量——光照强度，以进行对比实验，B正确。实际光合作用强度即总光合作用强度，指净光合作用强度＋呼吸作用强度，只测出光照时O2浓度变化，无法计算出实际光合作用强度，C错误。该实验是用烧杯中叶圆片上浮的速度来表示光合作用的强度的，D正确。]
2．(2025·湖北荆州检测)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。]
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]
CO2(光)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)
条件 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
细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(光)补偿点应右移，反之左移。
(3)D点其纵坐标：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。
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．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。 (×)
提示：干旱条件下，植物光合速率降低，主要原因是气孔关闭，CO2供应不足。
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。 (√)
5．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。 (√)
1．(人教版必修1 P106拓展应用T1)在晴朗无云的夏日，某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化，结果如图。回答下列问题。
(1)据图分析，与10时相比，7时蔬菜的光合作用强度低，此时，主要的外界限制因素是____________；从10时到12时，该蔬菜的光合作用强度________。
(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度，小组成员将菜地分成A、B两块，10～14时在A菜地上方遮阳，B菜地不遮阳，其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高，主要原因是
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(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖，测得棚内温度比B菜地高，一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比，C菜地蔬菜产量低，从光合作用和呼吸作用的原理分析，原因是_____________________________________________________________________
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提示：(1)光照强度　降低
(2)B地光照强度过高，导致蔬菜气孔关闭，二氧化碳吸收受阻，光合作用速率降低
(3)C的温度上升，光合作用有关酶活性下降，呼吸作用有关酶活性增加，C的净光合作用降低，产量下降，因此C的蔬菜产量低于B
2．(人教版必修1 P108复习与提高非选择题T2)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，原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(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_____________________________________________________
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_____________________________________________________________________(答两点即可)。
(3)解释丙组的光合速率比甲组低的原因。_____________________________________________________________________
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提示：(1)CO2是光合作用(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
分析影响光合速率的因素
1．(2025·湖南雅礼中学月考)为探究外界环境条件对植物光合速率的影响，某研究小组用耐盐碱能力较强的海水稻为实验材料进行了一系列研究，实验过程中温度适宜且相同，由所得实验数据绘制曲线如图所示。下列推测不合理的是(　　)
A．图1中海水稻用NaCl溶液处理后光合速率降低与气孔导度下降有关
B．随着NaCl溶液浓度增大，海水稻的光补偿点应变大，光饱和点应变小
C．A、B、C三组海水稻经NaCl溶液处理后短时间内C5含量最多的是C组
D．图2中限制丙组水稻光合速率的主要环境因素是CO2浓度
D　[NaCl溶液处理后，海水稻根部细胞液浓度低于外界溶液浓度，细胞失水导致植株气孔导度下降，CO2吸收量减少，从而使光合速率下降，A正确。随着NaCl溶液浓度增大，光合速率降低，但呼吸速率不变，故海水稻的光补偿点变大。随着NaCl溶液浓度增大，细胞失水导致植株气孔导度下降，CO2吸收量减少，能利用的光照强度减弱，光饱和点应变小，B正确。A、B、C三组海水稻经NaCl溶液处理后，C组气孔导度最小，吸收的CO2最少，固定CO2消耗的C5最少，所以短时间内C5含量最多的是C组，C正确。图2中，丙组光合速率在NaCl溶液处理前后一直不发生变化，说明200 mmol/L的NaCl溶液引起CO2吸收量减少后不影响光合速率，所以推知丙组水稻光合速率的限制因素是光照强度，而非CO2浓度，D错误。]
2．(2025·河北石家庄质检)过强光照胁迫下，植物会通过一系列的调节机制来减少过强光照对植物的伤害。科学家发现大豆细胞中GmPLP1基因的表达量在过强的光照(大于1 500 μmol·m-2·s-1)下显著下降，为验证GmPLP1参与强光胁迫响应，选用WT(野生型)、GmPLP1-ox(GmPLP1过表达)和GmPLP1-i(GmPLP1低表达)大豆幼苗为材料进行相关实验，结果如下图。回答下列问题：
(1)叶绿素的合成________(填“需要”或“不需要”)光照。
(2)强光胁迫时，过剩的光能会损伤类囊体膜，进而影响____________________的生成，直接导致暗反应中________(填生理过程)减弱，光合速率等于呼吸速率时的光照强度会________(填“增大”或“减小”)。图中光照强度小于1 500 μmol·m-2·s-1时，限制净光合速率上升的环境因素是________。
(3)该实验结果表明GmPLP1参与强光胁迫响应，判断依据是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(1)需要　(2)ATP和NADPH　C3的还原　增大　光照强度　(3)过强光照时，与WT相比，GmPLP1基因的表达量增加(或减少)会抑制(或促进)大豆幼苗的光合作用
[解析]　(1)叶绿素属于光合色素，其合成需要光照。(2)类囊体膜上有光合色素，可参与光反应过程，类囊体膜损伤后，光反应减弱，光反应产生的ATP和NADPH减少，而暗反应过程中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，因此会直接导致暗反应C3还原减弱，进而使光合速率降低；光合速率降低，则光合速率等于呼吸速率时的光照强度会增大；据图可知，光照强度小于1 500 μmol·m-2·s-1时，净光合速率随光照强度的增加而增加，说明此时限制净光合速率上升的环境因素是光照强度。(3)由图可知，在光照强度大于1 500 μmol·m-2·s-1时，GmPLP1-i大豆幼苗的净光合速率大于WT，GmPLP1-ox大豆幼苗的净光合速率小于WT，说明在过强光照下，与WT相比，GmPLP1基因的表达量增加会抑制大豆幼苗的光合作用，而GmPLP1基因的表达量减少会促进大豆幼苗的光合作用，表明GmPLP1参与强光胁迫响应。
影响光合速率的因素在生产中的应用
3．(2025·四川卷)在温室中种植番茄，光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400 μmol·mol-1。为提高温室番茄产量，有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标，结果见下表。回答下列问题。
组别 光照强度 (μmol· m-2·s-1) CO2浓度 (μmol·mol-1) 净光合速 率(μmol· m-2·s-1) 气孔导 度(mol· m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg·g-1)
对照 200 400 7.5 0.08 42.8
甲 400 400 14.0 0.15 59.1
乙 200 800 10.0 0.08 55.3
丙 400 800 17.5 0.13 65.0
注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关。
(1)为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用______________________提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择________(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶绿素含量。
(2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的_____________________________________________________________________，
从而提高了净光合速率。与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择____________________，依据是____________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(1)无水乙醇　红光　(2)ATP和NADPH　环境补充的CO2更多(甲比丙的CO2少)　(3)光照强度加倍　甲的光合作用速率大于乙，光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大
[解析]　(1)叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中，故为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用无水乙醇提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，光合作用中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。为减少类胡萝卜素的干扰，应选择红光来测定叶绿素含量。(2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP和NADPH，从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同，丙组的二氧化碳浓度是甲的二倍，与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的原因是环境补充的CO2更多(甲比丙的CO2少)。(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，甲的光合作用速率大于乙，光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大，故若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择光照强度加倍。
1．(2024·福建卷)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
B　[题图横坐标是光照时间，在0 min之前，A和B两组已经黑暗了一段时间，而二者不是相同条件，B组已经用壳梭孢素处理，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放，所以B组和A组胞间CO2浓度不相等，A错误；30 min时，B组的光合速率相对值高于A组，叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组，B正确；30 min时，限制A组光合速率的主要因素是气孔开放度，随着光照时间增加，A组光合速率相对值不再改变，限制因素不是光照时间，C错误；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。B组达到最高平衡点用的光照时间比A组短，与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更短，D错误。]
2．(2025·黑吉辽蒙卷)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。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(1)基质　C5　ATP和NADPH中活跃的化学能转变为(CH2O)中稳定的化学能　(2)光照(或光照强度)　胞间CO2浓度　曲线①额外补充了光照，单位时间内光反应产生更多的ATP和NADPH用于暗反应中C3的还原　(3)取生理状态、长势相同的S植株和WT植株，在相同的饱和光照条件下，给两组植物提供适宜且相同浓度的14CO2，其他条件相同且适宜，培养相同时间后，分别测定植株S和WT的14CO2消耗速率(或14C3生成速率)
[解析]　(1)依据光合作用反应原理：Rubisco可催化C5与CO2生成C3，其中部分C3可在叶绿体基质中生成(CH2O)；在该过程中能量的转变是：ATP和NADPH中活跃的化学能转变为(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(S)与③(WT)重合是光照强度不足导致的。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，随胞间CO2浓度逐渐增加，由于曲线①额外补充光照，所以其光合作用更强。因此，曲线①比②的光合速率高的具体原因是：曲线①额外补充了光照，单位时间内光反应能产生更多的ATP和NADPH用于暗反应中C3的还原。(3)分析题意可知，该实验的目的是验证在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快，自变量为植株类型，因变量可为14CO2消耗速率(或14C3生成速率)，其他无关变量需保证相同且适宜，要求用同位素标记的方法，故可用14C标记的14CO2进行实验，实验思路见答案。
3．(2025·广东卷)我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a)；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b)，鉴定到突变体发生了P1L15基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。
回答下列问题：
(1)图a中，当胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol-1范围时，红光下光合速率的限制因子是________，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)图b中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中，①吸收的光在叶绿体中最终被转化为______________________。通路2中吸收光的物质②为________________。用箭头完成图c中②所介导的通路，并在箭头旁用“(＋)”或“(－)”标注前后两者间的作用，(＋)表示正相关，(－)表示负相关。
(4)根据图c中相关信息，概括出植物利用光的方式：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(1)光照强度、光质　蓝光能促进光合作用相关酶的活性(或蓝光被光合色素吸收的效率更高等，合理即可)　(2)突变体中P1L15基因功能缺失，阻断了脱落酸信号通路对气孔开放程度的调控，使得气孔开放程度在远红光和红光条件下无明显差异　(3)有机物中的化学能　光敏色素　光敏色素P1L15脱落酸信号气孔开放程度　(4)通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物；通过光敏色素接受光信号，调控基因表达，影响植物生理过程
[解析]　(1)当胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol-1范围时，从图a中红光曲线来看，随着CO2浓度增加，光合速率不再上升，说明此时CO2浓度不是限制因子，而可能是光照强度、光质等其他因素限制了光合速率。对于蓝光下净光合速率更高的原因，可能是蓝光能够促进光合作用中某些关键酶的活性，或者蓝光被光合色素吸收后转化为化学能的效率更高等。(2)已知红光下植物的相关反应与白天相似，远红光下植物的相关反应与夜间相似，突变体发生了P1L15基因的功能缺失，且该基因参与脱落酸信号通路的调控。在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测原因可能是突变体中P1L15基因功能缺失，使得脱落酸信号通路对气孔的调控作用减弱，导致在不同光质(远红光和红光)下气孔开放程度变化不大，从而蒸腾速率接近。(3)通路1中，①为光合色素，吸收的光在叶绿体中最终被转化为化学能(储存在ATP和NADPH中，最终储存在有机物中)。通路2中吸收光的物质②为光敏色素。由于突变体发生P1L15基因功能缺失后，在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，可推测光敏色素吸收光信号后，通过影响P1L15基因的表达，进而影响脱落酸信号通路，对气孔开放程度进行调控。且从图b中突变体在远红光和红光下蒸腾速率变化不大，可推断光敏色素对P1L15基因表达的影响是负相关，P1L15基因对脱落酸信号通路是正相关，脱落酸信号通路对气孔开放程度是负相关，即光敏色素P1L15脱落酸信号气孔开放程度。(4)根据图c中相关信息，植物利用光的方式有：一方面，通过叶绿体中的光合色素吸收光能，将其转化为化学能用于光合作用合成有机物；另一方面，通过光敏色素吸收光信号，调控基因(如P1L15基因)表达，进而影响植物的生理过程(如通过脱落酸信号通路调控气孔开放程度)。
课时数智作业(十二)　光合作用的影响因素及应用[A卷]
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．(2025·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。]
3．(2025·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．(2025·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 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
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。]
5．(2025·清华附中期末)在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得甲、乙两种植物的光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)分别为E1和E2，且E1小于E2；甲、乙两种植物的光饱和点(达到最大光合速率所需的最小光照强度)分别为E3和E4，且E3小于E4。下列有关叙述正确的是(　　)
A．若持续保持光照强度为E1，则乙种植物能正常生长，甲种植物停止生长
B．若持续保持光照强度为E2，则甲种植物能正常生长，乙种植物停止生长
C．光照强度低于E3时，限制甲种植物光合速率的环境因素是CO2浓度
D．光照强度高于E4时，限制乙种植物光合速率的环境因素是光照强度
B　[乙植物的光补偿点为E2，且E1小于E2，当光照强度为E1时，乙植物的光合速率小于呼吸速率，没有有机物的积累，所以若持续保持光照强度为E1，则乙种植物不能正常生长，由于甲种植物的光补偿点为E1，此时光合速率＝呼吸速率，植物没有有机物的积累，所以若持续保持光照强度为E1，甲种植物也不能正常生长，A错误；光照强度为E2时，甲种植物的净光合速率大于0，乙种植物的净光合速率等于0，所以若持续保持光照强度为E2，则甲种植物能正常生长，乙种植物不能生长，B正确；E3是甲种植物的光饱和点，光照强度低于E3时，限制甲种植物光合速率的环境因素是光照强度，C错误；E4是乙种植物的光饱和点，超过光饱和点后，限制因素是光照强度之外的其他因素，由于实验条件温度适宜，所以光照强度高于E4时，限制乙种植物光合速率的环境因素是CO2浓度，D错误。]
6．(2025·深圳中学检测)农科院为提高温室黄瓜的产量，对其光合特性进行了研究。下图为7时至17时内黄瓜叶片光合作用相关指标的测定结果，其中净光合速率和Rubisco(固定CO2的酶)活性日变化均呈“双峰”曲线。下列分析正确的是(　　)
A．7时至17时净光合速率两次降低的限制因素相同
B．13时叶绿体内光反应的速率远低于暗反应的速率
C．7时至17时黄瓜叶片干重变化也呈“双峰”曲线
D．胞间CO2浓度既受光合速率影响又会影响光合速率
D　[7时至17时净光合速率两次降低的限制因素不同，第一次下降是午休气孔关闭，CO2供应下降，光合速率下降，第二次下降是由于光照减弱，A错误；13时午休气孔关闭，CO2不足，暗反应受限制，而光照很强，所以13时光反应大于暗反应，B错误；7时至17时净光合速率大于0，干重不断增大，C错误；光合速率会影响胞间CO2浓度，同时胞间CO2浓度又会影响光合速率，D正确。]
7．(不定项)(2025·山东烟台期中)研究者在温度、湿度适宜，CO2供给充足的条件下测定了杨树植株在不同光照强度下的净光合速率和气孔开放程度，结果如图。下列说法正确的是(　　)
A．光照强度在0～500 lx时净光合速率上升主要原因是光照强度增加
B．光照强度在0～500 lx杨树有机物积累速率最快
C．当光照强度超过2 000 lx限制净光合速率上升的可能原因是色素和酶的数量
D．当光照强度超过2 000 lx杨树叶肉细胞总光合速率约为27 μmol·m-2·s-1
AC　[据图可知，光照强度在0～500 lx时净光合速率上升主要原因是光照强度增加，A正确；分析题图可知，光照强度在500～1 500 lx时，净光合速率仍在上升，说明有机物积累速率在加快，因此光照强度在0～500 lx时，杨树有机物积累速率并非最快，B错误；曲线在温度、湿度适宜，CO2气体充足供给的实验条件下测得，当光照强度超过2 000 lx，气孔开放程度增加明显，限制净光合速率上升的主要原因是色素和酶的数量，C正确；当光照强度为2 000 lx时，净光合速率为20 μmol·m-2·s-1，此时呼吸速率为5 μmol·m-2·s-1(由图中光照强度为0时的净光合速率得出，此时只进行呼吸作用)，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，因此当光照强度为2 000 lx时，杨树的总光合速率为20＋5＝25 μmol·m-2·s-1，杨树叶肉细胞总光合速率大于25 μmol·m-2·s-1，D错误。]
8．(14分)(2025·云南适应性测试)为了研究干旱胁迫对植物的影响，研究人员以具有较高经济价值和生态价值的优良灌木细叶小蘗为实验材料。选取多株生长状况相近的幼苗，随机均分为两组；Ⅰ组正常浇水管理，Ⅱ组干旱处理，在其他相同且适宜的条件下培养；一段时间后，测定每株相关指标，数据如下。
　　指标 组别　　 叶片相对 含水量/% 叶片净光 合速率/ (μmol CO2· m-2·s-1) 气孔导度/ (mol·m-2· s-1) 蒸腾速率/ (μmol· m-2· s-1)
Ⅰ组 61.32 5.45 0.12 1.39
Ⅱ组 56.15 4.12 0.08 0.72
注：气孔导度越大，气孔开放程度越大。
回答下列问题：
(1)该实验的无关变量中，影响光合作用的主要环境因素有______________________(答出2点即可)。实验中Ⅰ组、Ⅱ组均测定多株植株相关数据的目的是____________________________。
(2)气孔导度减小直接影响光合作用的________阶段，导致为另一阶段提供的________和________减少。
(3)绿色植物光合作用过程中，水光解产生的电子若有剩余，则和氧气结合形成超氧阴离子自由基，攻击生物膜系统，导致生物膜损伤。生物膜在植物光合作用中的功能主要体现在两个方面。①是________；②是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)干旱胁迫时，植物叶片萎蔫卷曲下垂是一种自我保护行为，综上分析其原理是___________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(除标注外，每空2分，共14分)(1)CO2浓度、光照条件　排除偶然情况，减小实验误差　(2)暗反应　ADP＋Pi(1分)　NADP＋(1分)　(3)为光合色素提供结合位点　为光反应有关的酶提供结合位点，利于化学反应的高效有序进行　(4)植物叶片萎蔫卷曲下垂可避免吸收更多热量，阻止水分过度蒸发，从而保证气孔的相对开度，进而保证光合作用在一定强度下进行
[解析]　(1)该实验的自变量是浇水管理，无关变量包括CO2浓度、光照条件、温度等，都是影响光合作用的主要环境因素。实验中Ⅰ组、Ⅱ组均测定多株植株相关数据的目的是排除偶然情况，减小实验误差。(2)气孔导度减小，CO2不能进入叶肉细胞，直接影响光合作用的暗反应阶段，导致为另一阶段(光反应)提供的ADP＋Pi和NADP＋减少。(3)生物膜在植物光合作用中的功能主要体现在两个方面，①是为光合色素提供结合位点，利于光能的吸收、传递和转化，②是为光反应有关的酶提供结合位点，利于化学反应的高效有序进行。(4)干旱胁迫时，植物叶片萎蔫卷曲下垂可避免吸收更多热量，阻止水分过度蒸发，从而保证气孔的相对开度，进而保证光合作用在一定强度下进行。
(教师用书独具)
1．(2025·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。]
2．(不定项)(2025·湖南岳阳检测)为了给引种栽培提供理论依据，研究者测量了常绿乔木深山含笑在不同季节的净光合速率(Pn)的日变化(见下图)。下列相关叙述，正确的是(　　)
A．可以用CO2的吸收速率作为Pn的检测指标，其值越大表明植物生长越快
B．上图夏季的Pn日变化为双峰曲线，是因为雨水充沛和中午光强过大
C．据图分析，推测夏季Pn最高的原因之一是夏季光照强度最高
D．秋冬光合有效辐射减弱，可以适当修剪枝叶以减少物质能量消耗
ACD　[可以用CO2的吸收速率代表净光合速率的数值，其值越大表明净光合速率越大，积累量越多，植物生长越快，A正确；上图夏季的Pn日变化为双峰曲线，是因为雨水不足但中午光强过大，气孔关闭，B错误；据图分析，推测夏季Pn最高的原因之一是夏季光照强度最高，光照强度不是唯一因素，例如还有温度等影响因素，C正确；秋冬光合有效辐射减弱，可以适当修剪枝叶以减弱呼吸作用，减少物质能量消耗，D正确。]
3．(2025·山东青岛期中)干热风是一种兼高温胁迫、干旱胁迫外加一定风力的农业气象灾害，常发生于我国的黄淮海地区，能够降低小麦产量。脱落酸(ABA)在调控小麦的生长和抗逆过程中发挥着重要作用。为研究ABA对小麦干热风胁迫的减缓效应，某科研小组进行了田间试验，处理方式及所检测小麦幼苗的光合作用特性结果如表所示。
组别 处理方式 气孔导度(μmol·m-2·s-1) Rubisco酶活性(相对值) 光合速率 (μmol· m-2·s-1)
① 大田 3.9 0.023 38.1
② 大田＋ABA 2.7 0.038 23.5
③ 干热风 1.9 0.016 17.8
④ 干热风＋ABA 1.7 0.028 22.6
注：气孔导度表示气孔张开的程度，Rubisco酶能催化CO2的固定。
(1)Rubisco酶发挥作用的场所是__________________，本实验的自变量为__________________________________。
(2)据表分析，干热风导致小麦光合速率下降的原因可能是_____________________________________________________________________
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(3)同样施加ABA的条件下，②组光合速率低于①组，④组光合速率高于③组，造成这种差异的原因是
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(4)某兴趣小组欲探究干热风条件是否引起小麦叶肉细胞中叶绿素含量变化，请简要写出实验思路：
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[答案]　(1)叶绿体基质　干热风的有无、ABA的有无　(2)干热风导致小麦的气孔导度减小，二氧化碳的吸收速率降低；降低Rubisco酶活性，暗反应速率减慢，从而使得小麦光合速率下降　(3)在水分充足时，气孔导度下降对光合速率的影响大；在干旱时，Rubisco酶活性升高对光合速率的影响大　(4)将生长状况相似的小麦随机均分为两组，其中一组干热风处理，一组不处理，其他条件相同且适宜，培养一段时间后获取两组等量的叶肉细胞，提取其中的叶绿素并测定含量
[解析]　(1)Rubisco酶参与暗反应过程，暗反应过程发生在叶绿体基质中。本实验的实验目的是探究脱落酸(ABA)在调控小麦的生长和抗逆过程中发挥着重要作用，结合表格数据可知，该实验的自变量是干热风的有无、ABA的有无。(2)对比①、③组，③组干热风处理，气孔导度减小，Rubisco酶活性减弱，因此干热风导致小麦光合速率下降的原因可能是干热风导致小麦的气孔导度减小，二氧化碳的吸收速率降低；降低Rubisco酶活性，暗反应速率减慢，从而使得小麦光合速率下降。(3)对比①、②组，②组ABA处理降低了小麦的气孔导度，提高了Rubisco酶活性；对比③、④组，④组ABA处理略微降低了小麦的气孔导度，提高了Rubisco酶活性。同样施加ABA的条件下，②组光合速率低于①组，④组光合速率高于③组，造成这种差异的原因是在水分充足时，气孔导度下降对光合速率的影响大；在干旱时，Rubisco酶活性升高对光合速率的影响大。(4)探究干热风条件是否引起小麦叶肉细胞中叶绿素含量变化，实验自变量是是否干热风条件，检测指标是叶绿素含量，因此实验思路是将生长状况相似的小麦随机均分为两组，其中一组干热风处理，一组不处理，其他条件相同且适宜，培养一段时间后获取两组等量的叶肉细胞，提取其中的叶绿素并测定含量。
课时数智作业(十二)　光合作用的影响因素及应用[B卷]
1．(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。]
2．(2025·江苏南京二模)某生物社团利用金鱼藻进行光合作用相关实验，实验装置如下图。下列叙述错误的是(　　)
A．该装置可用于探究CO2浓度和光质对金鱼藻光合作用的影响
B．去掉单色滤光片后短时间内金鱼藻叶绿体基质中C3含量降低
C．利用氧气传感器测到的O2浓度变化量可表示金鱼藻总光合速率
D．该装置测得的氧气释放速率会随时间推移逐渐减小至0
C　[在该装置中可通过改变NaHCO3溶液的浓度探究CO2浓度对金鱼藻光合作用的影响，即该装置可用于探究CO2浓度和光质对金鱼藻光合作用的影响，A正确；相同条件下，白光下比单色光下的光合作用要强，因此拆去滤光片，光反应增强，ATP和NADPH含量升高，C3还原速率加快，短时间内C3含量降低，B正确；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，利用氧气传感器测到的O2浓度变化可计算净光合速率，但呼吸速率未知，不能直接计算总光合速率，C错误；该装置处于适宜条件下，随着光合作用的进行，CO2逐渐被消耗，光合速率逐渐降低，当光合速率等于呼吸速率时，氧气释放速率为0，因此测得的氧气释放速率会随时间逐渐减小至0，D正确。]
3．(2025·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．合理地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；合理地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。]
4．(2025·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点向左下方移，B错误；实际光合速率＝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。]
5．(2025·河北衡水中学月考)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。]
6．(2025·深圳高级中学检测)在种植果蔬过程中，喷洒农药、化肥可产生物质M。物质M以S－M肽的形式在植物体内储存和运输。为研究物质M对番茄光合作用的影响，研究者用物质M处理番茄后，检测叶片光合色素含量与净光合速率，结果如图。
下列相关分析错误的是(　　)
A．光合色素能将吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能
B．物质M对叶绿素含量的影响比类胡萝卜素大
C．据图可知物质M降低光合色素含量，进而减弱番茄光合能力
D．物质M处理条件下，番茄叶片叶肉细胞净光合大小为10 μmol·m-2·s-1
D　[光合色素位于类囊体薄膜上，在光反应过程中，光合色素能将吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能，A正确；根据实验结果可知，使用物质M后，叶绿素相较于对照组的下降幅度比类胡萝卜素相较于对照组的下降幅度更大，因此说明物质M对叶绿素含量的影响比类胡萝卜素大，B正确；从题中的图可以看出用物质M处理番茄后，跟对照组相比，叶绿素的含量、类胡萝卜素的含量和净光合速率都降低，由此可知物质M降低光合色素的含量，进而减弱番茄光合能力，C正确；由图可知，物质M处理条件下，番茄叶片净光合速率为10 μmol·m-2·s-1，不能代表叶肉细胞净光合大小，D错误。]
7．(不定项)(2025·湖南郴州一模)低浓度CO2会促进蛋白激酶HT1磷酸化，并激活下游的蛋白激酶CBC1，使气孔两侧的保卫细胞吸水膨胀，导致气孔开放。CO2浓度升高时，蛋白质复合物MPK4/MPK12与HT1结合，抑制HT1的活性导致气孔关闭。下列分析正确的是(　　)
A．HT1发生磷酸化会改变氨基酸序列，使HTl的空间结构发生变化
B．被激活的CBC1可促进保卫细胞吸水膨胀，满足植物对CO2的需求
C．MPK4/MPK12与HT1结合，会导致植物的蒸腾作用强度显著增大
D．降低MPK4/MPK12基因的表达水平可能有利于提高CO2的固定速率
BD　[蛋白质发生磷酸化不会改变氨基酸序列，A错误；低浓度CO2会促进蛋白激酶HT1磷酸化，并激活下游的蛋白激酶CBC1，CBC1激活后可促进保卫细胞吸水膨胀，使气孔开放，满足植物对CO2的需求，B正确；CO2浓度升高时，蛋白质复合物MPK4/MPK12与HT1结合，抑制HT1的活性导致气孔关闭，而气孔是植物蒸腾失水的主要通道，气孔关闭会使蒸腾作用降低，C错误；降低MPK4/MPK12基因的表达水平会抑制气孔关闭，有利于CO2的吸收，从而可能提高光合作用中CO2的固定速率，D正确。]
8．(不定项)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。]
9．(10分)(2025·东北三省联考)科研人员测定香木莲幼苗和成年株的光合色素含量和净光合速率，结果如下。回答下列问题。
种类 叶绿素a (mg/g) 叶绿素b (mg/g) 类胡萝卜 素(mg/g) 总叶绿素 (mg/g)
幼苗 0.790 0.330 0.233 1.120
成年株 0.881 0.390 0.255 1.271
(1)光合色素的作用是______________________，其中叶绿素主要吸收__________光。
(2)请用箭头和文字表示在植物光合作用过程中的能量转化过程：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
光反应为暗反应提供的物质主要是__________________________。
(3)成年株的呼吸速率约为1 μmol·m-2·s-1，判断的依据是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)当光照强度超过200 lx后，继续增强光照会________幼苗的光合作用。当光照强度较强时，成年植株的净光合速率显著高于幼苗，据表和图分析原因有_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出两点即可)。
[答案]　(除标注外，每空1分，共10分)(1)吸收、传递、转化光能　红光和蓝紫　(2)光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能(2分)　ATP和NADPH　(3)当光照强度为0时，植物只进行呼吸作用，此时的净光合速率即为呼吸速率(2分)　(4)抑制　成年株的色素含量高于幼苗；成年株能减少强光对光合作用的抑制(2分)
[解析]　(1)参与光合作用的色素的作用是吸收、传递、转化光能，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。(2)植物光合作用过程中的能量转化过程是光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能。光反应为暗反应提供的物质主要是ATP和NADPH，其中，NADPH不仅提供能量，还可作为还原剂。(3)当光照强度为0时，植物只进行呼吸作用，此时的净光合速率即为呼吸速率，即1 μmol·m-2·s-1。(4)通过分析图中曲线趋势，幼苗在达到光饱和点后，即200 lx后，净光合速率有所降低，说明强光对于幼苗的光合作用有一定的抑制作用。综合分析表中数据和曲线，成年株色素含量高，有更强的吸收光能的能力，且在光照强度大于光饱和点后，光照增强对幼苗光合作用有一定的抑制作用，说明存在光抑制现象，但成年株受到光抑制较弱。
(教师用书独具)
1．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；图甲实验的自变量为光照强度，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；NaOH可以吸收呼吸释放的CO2，可以用O2消耗来表现呼吸速率，但图乙装置不能测量O2消耗量，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。]
2．(2025·陕晋青宁卷)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的________参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________(填“大”“小”或“无法判断”)。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：_____________________________________________
_____________________________________________________________________
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[答案]　(1)基质　ATP、NADPH　(2)与植株W相比，植株S气孔开度大，吸收的CO2多，且植株S的G酶表达量较高，催化甘氨酸分解生成的CO2增多，进入叶绿体用于光合作用的CO2较多
(3)减小　小　(4)实验思路：增加敲除保卫细胞中合成G酶相关基因的植株组别，在相同条件下处理敲除相关基因的植株，测量该植株的气孔开度和净光合速率，与植株W作比较。预期结果：敲除G酶相关基因的植株的气孔开度和净光合速率均低于植株W
[解析]　(1)暗反应在叶绿体的基质中进行，该过程中植物通过气孔吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5结合，这个过程称作CO2的固定。光反应的产物主要包括O2、ATP和NADPH。CO2固定后的产物C3在有关酶的催化作用下，接受光反应生成的ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，随后，被还原的C3在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类等有机物。(2)根据题意可知，线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸和CO2，相同光照条件下，与植株W相比，植株S保卫细胞中的G酶表达量较高，催化甘氨酸分解①生成的CO2较多，CO2可直接进入叶绿体用于CO2的固定；②生成的可溶性糖等溶质较多，导致保卫细胞渗透压增高，吸水增多，气孔开度增大，从而吸收更多的CO2，故相同光照条件下，植株S叶片的净光合速率高于植株W。(3)O2浓度升高后，在与CO2竞争R酶时占优势，导致R酶催化固定CO2的量减少，因此植株S的净光合速率会减小。相较于植株W，植株S保卫细胞中的G酶表达量高，G酶催化甘氨酸生成的丝氨酸和CO2的量更多，结合(2)分析，植株S的净光合速率变化幅度小。(4)本实验目的是确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，根据加法原理和减法原理，应补充敲除G酶基因的组别。实验思路：补充敲除保卫细胞中合成G酶相关基因的植株组别，用相同条件处理敲除相关基因的植株，测量该植株的气孔开度和净光合速率，与植株W作比较。预期结果：敲除G酶相关基因的植株的气孔开度和净光合速率均低于植株W。
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