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第三单元　
细胞的能量供应和利用
第12课时　光合作用的影响因素及其应用
模块一 分子与细胞
2027高考生物一轮总复习
课程标准 活动：探究不同环境因素对光合作用的影响。 考情分析 1.探究环境因素对光合作用强度的影响 2025：江西T20、河北T5、安徽T2
2.光合作用的影响因素及应用 2025：江西T20、甘肃T17、全国T2、重庆T16、四川T16、湖南T17、广东T18、河南T17、北京T18、陕晋宁青T17、浙江1月选考T22；2024：新课标T31、北京T4、重庆T18、海南T16、福建T11、天津T15、甘肃T17、安徽T16、山东T21、湖北T21、河北T19、黑吉辽T21、浙江6月选考T24；2023：重庆T19、北京T3、广东T18、河北T19、辽宁T21、湖北T11
目录
考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响
考点二　光合作用的影响因素及应用
课时作业12
真题演练 感悟高考
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
单位时间
糖类
原料消耗或产物生成
2．影响光合作用强度的因素
酶
CO2浓度
温度
3．探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理
气体
调节LED台灯与烧杯间的距离
O2
上浮
圆形小叶片上浮的数量
(2)实验步骤
打孔器
清水
气体
黑暗
CO2
圆形小叶片
浮起的数量
(3)实验结果及结论
越多
增强
①还可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。
提醒
(1)对叶片抽气处理后，转到富含CO2的清水中，探究不同光照下的光合作用强度。(2025·河北卷)(　　)
(2)探究光照强度对光合作用强度的影响实验不要求精确定量测量实验结果。(2022·北京卷)(　　)
(3)实验中可以用O2释放量作为观测指标。(　　)
(4)实验中拉动注射器活塞是为了使圆形小叶片内的气体逸出。(　　)
(5)将沉到水底的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用的目的是消耗叶片内原有的有机物。(　　)
×
辨析与表达
√
×
√
×
(6)在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，能直接测定出其真光合作用速率。(　　)
(7)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。(　　)
×
×
(8)(必修1 P105“探究·实践”延伸)在该实验中，若改用普通白炽灯(热光源)作为光源，应注意什么？怎样改进？
试答：应注意普通白炽灯发热造成的温度变化对实验的影响，应在普通白炽灯前加一玻璃水柱进行隔温处理。
结合“探究光照强度对光合作用强度的影响”考查科学探究
C
考向
(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
解析：用打孔器打出叶圆片的目的是使其进行光合作用产生氧气，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，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，无法得知呼吸作用强度，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。
实验中的变量控制
方法规律
实验变量 控制方法
自变量 光照强度 通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小
因变量 光合作用 强度 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
无关变量 温度、CO2浓度、叶片大小、溶液的量等保持一致
考点二　光合作用的影响因素及应用
【情境应用】　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。
【问题探究】　
(1)CO2浓度增加，作物光合作用速率会____(填“加快”或“减慢”)，原因是___________________________________________________。
加快
CO2浓度增加，暗反应加快，光合作用速率加快
(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有______________________________
______________________________________________________________________。
NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的酶的活性、C3的还原酶的活性、有机物在叶绿体中积累等
(3)丙组的光合作用速率比甲组低。试推测可能的原因是________________________
________________________________，理由是________________________________
__________________________________________________________________________________________________。
作物长期处于高浓度CO2环境而降低了固定CO2的酶的活性
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浓度下更低的光合速率
“模型法”分析环境因素对光合作用强度的影响及应用
(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。
方法规律
②光照强度对光合作用强度的影响
a.光照强度为OA段，限制光合作用强度的因素主要是光照强度。
b.光照强度大于A点后，限制光合作用强度的主要因素
外因：温度、CO2的供应量等；
内因：色素含量、酶的数量和活性等。
③光照强度对净光合作用强度的影响
时间 代谢过程 气体交换
A点 只进行呼吸 作用，不进 行光合作用
AB段 (不含A、 B点) 光合速率< 呼吸速率
B点 光合速率＝ 呼吸速率
B点后 光合速率> 呼吸速率
④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模型及分析
a．图中A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
b．AB′段限制光合作用强度的因素主要是CO2浓度。
c．CO2浓度超过B点，限制光合作用强度的主要因素
外因：光照强度、温度等；
内因：色素含量、酶的数量和活性等。
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。
②模型及分析
a．在低于最适温度的范围内，随温度的升高，光合作用强度逐渐增强。
b．在高于最适温度的范围内，随温度的升高，光合作用强度逐渐减弱。
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。水分子还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
b.矿质元素通过影响叶绿素等有关化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。
②数学模型
③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模型及分析
a．图1、图2、图3中P点时限制光合速率的主要因素分别为光照强度、CO2浓度和光照强度。
b．Q点时横坐标表示的因子不再是限制光合速率的主要因素，主要限制因素分别为温度、光照强度和CO2浓度。
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。
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
结合光合作用影响因素考查生命观念和科学思维
A
考向1
解析：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；降低温度会降低与光合作用有关的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意；给光源加滤光片相当于降低了光照强度，可能会降低光合速率，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．(2025·四川卷)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。
无水乙醇
解析：(1)叶绿素可溶解在有机溶剂中，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。
红光
(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_____________________________。
ATP和NADPH
解析：(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CO2浓度是甲组的二倍，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(外界)提供的CO2更多。
环境(外界)提供的CO2更多
(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___________________________________________
_____________________。
光照强度加倍
解析：(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，甲组的净光合速率大于乙组，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。
甲组的净光合速率大于乙组，光照强度加倍使净
光合速率提高幅度更大
围绕光合作用影响因素的数学模型考查科学思维
红光和蓝紫光
考向2
3．(2024·新课标卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度，结果如图所示，其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题：
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是____________，原因是_________________________________________________________________。
光合色素中的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
解析：(1)植物进行光合作用时捕获光能的色素为叶绿素和类胡萝卜素，其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，故高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光。
(2)光照t时间时，a组CO2浓度____(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
大于
解析：(2)由题意可知，a组的光合作用强度小于b组，a组光合作用消耗的CO2量也少于b组，所以，光照t时间后，a组CO2浓度大于b组。
(3)若延长光照时间，c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时，a、b、c中光合速率最大的是__组，判断依据是______________________________
_______________________________________________。
b
解析：(3)若延长光照时间，c、d组O2浓度不再增加，说明光照t时间时，c、d组的光合速率等于呼吸速率；光照t时间时，a组的O2浓度与初始O2浓度相等，说明a组的光合速率等于呼吸速率；而b组的光合速率大于呼吸速率，故光照t时间时，a、b、c中光合速率最大的是b组。
密闭装置中O2浓度不再增加时光合
速率等于呼吸速率，仅b组光合速率大于呼吸速率
(4)光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会____(填“升高”“降低”或“不变”)。
升高
解析：(4)分析图示，光照t时间后，c、d组的O2浓度相同且大于初始O2浓度，而c组的光照强度小于d组，说明限制d组光合速率的因素有CO2浓度。光照t时间后，将d组密闭装置打开，可补充CO2，并以c组光照强度继续照光，则d组幼苗光合速率会升高。
围绕光合作用在农业生产中的应用考查科学思维、社会责任
D
考向3
4．(2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是(　　)
A．呼吸作用变强，消耗大量养分
B．光合作用强度减弱，有机物合成减少
C．蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫
D．叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少
解析：高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。
5．(2023·重庆卷)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略)，结果如下表。
注　RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶；vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率。
光反应 暗反应 项目 光能转化效率 类囊体薄膜电 子传递速率 RuBP羧化 酶含量 vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是__________。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和_______________________________。
NADPH
解析：(1)①光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上进行。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知这个阶段是暗反应阶段，在这个反应中，CO2在催化CO2固定的酶的作用下与C5(一种五碳化合物)结合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5(核酮糖-1，5 二磷酸或RuBP)。
C5(核酮糖- 1，5 二磷酸或RuBP)
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是______________________________________。
突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快
解析：(1)②根据分析可知，表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越高，则光反应速率越快；RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关，RuBP羧化酶含量越高，暗反应速率越快。由表可知突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变体水稻的光合速率高于野生型。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略)，结果如下表。
突变体叶绿素含量太低
项目 田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是____________________，外因是____________。
光照强度太低
解析：(2)①根据光合作用的原理可知，只要影响到原料、能量的供应的因素都是影响光合作用的因素，比如CO2的浓度、叶片气孔的开闭情况、光照强度等；叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成、结构等因素，也会影响光合作用。根据题干可知突变体叶绿素含量低，因此推测在田间遮阴条件下突变体水稻产量明显低于野生型的内因是突变体自身叶绿素含量太低，外因则是光照强度太低。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和____，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
蔗糖
解析：(2)②蔗糖是光合作用的主要产物，也是植物光合作用远距离运输的主要形式。所以水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型__(填“高”“低”或“相等”)。
高
解析：(2)③根据以上结果可知，在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。
真题演练 感悟高考
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。
B
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：题图横坐标是光照时间，在0 min时，A和B两组置于黑暗中，A组不处理，而B组用壳梭孢素处理，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放，所以B组和A组的胞间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，C错误。由题意可知，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．(2023·新课标卷)我国劳动人民在漫长的历史进程中，积累了丰富的生产、生活经验，并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存，即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理，即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏，即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理，即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植，即栽种作物时做到密度适当，行距、株距合理
⑥间作种植，即同一生长期内，在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施，下列说法合理的是(　　)
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
A
解析：措施②春化处理是为了促进花芽形成，反映了低温与作物开花的关系；措施④光周期处理，反映了昼夜长短与作物开花的关系，A正确。措施③风干储藏可以减少自由水含量，从而减弱细胞的呼吸作用，降低有机物的消耗；措施⑤合理密植的主要目的是提高能量利用率，促进光合作用，B错误。措施②春化处理是为了促进花芽形成，措施⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用，C错误。措施①③的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度，措施④光周期处理的目的是促进或抑制植物开花，D错误。
3．(2024·湖北卷)→(必修1 P108“非选择题T2”)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)，进行了相关实验，结果如图2所示。回答下列问题：
注 -----→表示省略了若干步骤。
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞____(填“吸水”或“失水”)，引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率____(填“增大”“不变”或“减小”)。
失水
减小
解析：(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致细胞液的渗透压降低，保卫细胞失水引起气孔关闭。气孔关闭后，CO2吸收减少，光合作用速率减小。
(2)图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物____(填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
促进
解析：(2)r组是rhc1基因功能缺失突变体，即缺少rhc1基因产物，wt组能正常表达rhc1基因产物。分析图2，高浓度CO2时，wt组气孔开放度低于r组，说明rhc1基因产物能促进气孔关闭。
(3)由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是______________________________________________________
______________________________________________________________。
注 -----→表示省略了若干步骤。
干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱中生存
解析：(3)脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落。干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱中生存。
(4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是________(填“ht1”或“rhc1”)。
rhc1
解析：(4)分析图2可知，高浓度CO2时，r组气孔开放度均高于wt组、h组和h/r组，r组是rhc1基因功能缺失突变体，高浓度CO2时，r组气孔开放度高，说明缺失rhc1基因编码的蛋白质不能感应到高浓度CO2的刺激使气孔关闭，结合图1可知，能感应高浓度CO2的刺激使气孔关闭的是蛋白甲，由此推测，rhc1基因编码的是蛋白甲。
教材情境再发掘
大气CO2浓度不断升高所带来的温室效应还会导致大气温度的不断攀升，科学家预测，气温升高所带来的负面作用会抵消大气CO2浓度升高对产量的促进。请根据所学知识，说明作出这个预测的理由：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
气温上升，导致有关酶活性下降，催化CO2固定速率下降，导致暗反应速率降低，产量不增反降(或气温上升，蒸腾作用剧烈，导致气孔关闭，大气CO2浓度虽然升高，但胞间CO2浓度降低，导致暗反应速率降低，产量不增反降)
4.(2024·重庆卷)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。
(1)探寻提高黄连产量的技术措施，研
究人员对黄连的光合特征进行了研究，
结果见图1。
①黄连的光饱和点约为____ μmol·m－2·s－1。光强大于1 300 μmol·m－2·s－1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于______________________________
_________________________________。
解析：(1)①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的最小光照强度，由图1净光合速率的曲线可知，当光强达到500 μmol·m－2·s－1时光合速率不再增加；由图1可知，光强大于1 300 μmol·m－2·s－1后，光合作用受到抑制，且气孔导度增加，所以胞间二氧化碳浓度增加主要是由于光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加。
500
光合作用受到抑制，消耗的二氧
化碳减少，且气孔导度增加
②推测光强对黄连生长的影响主要表现为____________________________
______________________________________________________________。黄连叶片适应弱光的特征有________________________________________
________________________________________________(答出2点)。
在弱光下，随光强增加，黄连的生长速率快速达到最大；光照过强，黄连的生长受到抑制
解析：(1)②由图1净光合速率曲线可知，光强对黄连生长的影响主要表现为在弱光下，随光强增加，黄连的生长速率快速达到最大，光照过强其生长受到抑制；黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄，叶绿素较多(或叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体薄膜面积较大)。
叶片较薄，叶绿素较多(或叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体薄膜面积较大)
(2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(如图2)的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括___________(多选)。①叶片叶绿体避
光运动；②提高光合产物生成速率；③自由基
清除能力增强；④提高叶绿素含量；⑤增强热
耗散。
①②③⑤
解析：(2)为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括①叶片叶绿体避光运动，减少对光能的吸收；②提高光合产物生成速率，从而提高光合速率消耗更多的光能；③自由基清除能力增强，减少对光合结构的破坏；⑤增强热耗散。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收，不能减轻光抑制。
(3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是____________________________
_____________________________。
合理施肥增加光合面积，补充
解析：(3)为增强黄连光合作用以提高产量，还可采取的措施及其作用为合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应速率等。
二氧化碳提高暗反应速率
课时作业12
一、选择题(每小题3分，共24分)
1．(2026·河北秦皇岛模拟)我国劳动人民在生产生活中积累了丰富的经验。下列有关叙述错误的是(　　)
A．大棚作物补充光源时最好补充白光，以提高光合速率
B．不同作物间作可充分利用土地、阳光等资源
C．油菜种子需要浅播，以保证正常代谢，便于种子萌发和生长
D．对棉花打顶，以解除顶端优势，利于侧枝生长，提高产量
A
解析：白光包含多种波长的光，但植物光合色素主要吸收红光和蓝紫光，绿光吸收率低。补充红光或蓝紫光能更高效提高光合速率，而白光中部分光被浪费，并非“最好”选择，A错误；不同作物间作，如高矮作物搭配，能充分利用土地(根系分层利用土壤养分)、阳光(高矮作物分层利用不同光照层次)等资源，提高土地和光能利用率，B正确；油菜种子含脂肪多，脂肪分解需大量氧气，浅播可保证氧气供应充足，促进有氧呼吸，便于种子萌发和生长，C正确；棉花打顶，去除顶芽，可解除顶端优势，侧芽生长素浓度降低，利于侧枝生长，增加棉铃数量，提高产量，D正确。
2．(2025·河南三门峡模拟)光合作用的产物有多种，其中三碳糖(C3)可通过叶绿体内膜上特定的载体运输到细胞质基质中合成蔗糖，并运输至其他器官，过程如图。下列叙述错误的是(　　)
A
A.合成淀粉、蔗糖、蛋白质、脂质所需的能量均来自光反应产生的ATP
B．CO2参与卡尔文循环，需特定酶、化合物参与，并产生多种中间产物
C．白天光照较强时叶绿体合成淀粉的活动活跃，晚上淀粉合成活动减弱
D．植物非光合部位的有机物来自叶肉细胞蔗糖的运输、合成和转化
解析：光反应产生的ATP主要用于暗反应中C3的还原，合成淀粉、蔗糖、蛋白质、脂质所需的能量，除了来自光反应产生的ATP和NADPH，还可来自细胞呼吸产生的ATP等，A错误。CO2参与卡尔文循环(暗反应)，需要酶催化，还需与C5结合等，会产生多种中间产物(如C3等)，B正确。白天光照较强时，光反应产生的ATP和NADPH多，暗反应中C3还原多，叶绿体合成淀粉的活动活跃；晚上没有光照，光反应不能进行，缺少ATP和NADPH，淀粉合成活动减弱，C正确。由图可知，叶肉细胞中三碳糖可合成蔗糖运输到非光合部位，也可在叶绿体中合成淀粉等转化后运输，所以植物非光合部位的有机物来自叶肉细胞蔗糖的运输、合成和转化，D正确。
3．(2026·江苏徐州模拟)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
解析：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，设置不同的单色滤光片可探究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，因此拆去单色滤光片后，光反应增强，ATP和NADPH含量升高，短时间内C3还原速率加快，生成速率不变，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，光合作用速率逐渐降低，当光合作用速率等于呼吸作用速率时，氧气释放速率为0，因此测得的氧气释放速率会随时间推移逐渐减小至0，D正确。
4．(2026·河南郑州模拟)农谚是我国劳动人民智慧的结晶和经验的总结，其中蕴含着很多生物学原理。下列关于农谚的分析，错误的是(　　)
A．“锄头出肥”指的是松土有利于植物生长，土壤板结主要影响植物根系的呼吸作用，进而影响植物的光合作用
B．“玉米带大豆，十年九不漏”讲的是套种的好处，农业生产上的间作、套种、合理密植均是通过直接提高光合作用速率来提高农作物产量的
C．“谷连谷，坐着哭”突显了轮作的优势，轮作可避免田地中一些元素大量减少
D．“无水肥无力”是指施肥的同时应适当浇水，原因是矿质元素溶解在水中容易被植物吸收
B
解析：松土能增加土壤透气性，促进根细胞有氧呼吸，有利于根系吸收矿质元素；土壤板结导致根部无氧呼吸增强，产生的酒精会损伤根系，同时矿质元素吸收减少(如Mg2＋缺乏影响叶绿素合成)，间接导致光合作用减弱，A正确。间作、套种、合理密植均是通过提高光能利用率来提高作物产量的，B错误。轮作可避免同一作物长期种植导致土壤中特定元素(如氮、磷、钾)过度消耗，维持土壤养分平衡，C正确。矿质元素溶解于水中形成离子，更容易通过主动运输被根吸收，故施肥的同时适当浇水利于矿质元素吸收，D正确。
5．(2025·黑龙江牡丹江模拟)叶绿素荧光淬灭是光合作用中光能转化的重要指标，包含两种形式，其中光化学淬灭反映PSⅡ反应中心(光反应核心部位)的活性，非光化学淬灭反映植物通过热耗散消耗过剩光能的能力。为探究独脚金内酯类似物CR24对盐胁迫下植物光合作用的影响，实验结果如图所示。下列推断错误的是(　　)
D
A．正常条件下，独脚金内酯类似物对叶绿素的光化学淬灭和非光化学淬灭几乎无影响
B．高盐条件下，PSⅡ反应中心光合活性较低，光反应较弱
C．高盐条件下，独脚金内酯类似物可促进叶绿素吸收转化更多光能，光合作用增强
D．相同光照强度下，非光化学淬灭的叶绿素越多，说明光合作用越强
解析：比较CR24组与对照组可知，正常条件下单独使用独脚金内酯类似物对光化学淬灭和非光化学淬灭几乎无影响，A正确；高盐条件下，光化学淬灭系数较低，反映了PSⅡ反应中心的活性较低，PSⅡ反应中心是光反应核心部位，故光反应较弱，B正确；高盐条件下使用独脚金内酯类似物后，光化学淬灭系数升高，非光化学淬灭系数降低，更多的光能被叶绿素利用，而不是转化为热能耗散，说明植物利用的光能更多，光合作用更强，C正确；相同光照强度下，非光化学淬灭的叶绿素越多，光能热耗散的就越多，用于光合作用的光能就越少，光合作用越弱，D错误。
6．(2025·辽宁沈阳一模)研究人员用马铃薯新品种和原种的幼苗与幼根做实验。
实验一：在相同条件下分别测定新品种与原种叶片在不同光照强度下的CO2吸收量和释放量，结果如图1；
实验二：将新品种与原种生长状况、
大小相同的幼根分别放入甲～丙三
种不同浓度的蔗糖溶液中，数小时
后测得质量变化如图2。
下列相关叙述错误的是(　　)
B
A．当光照强度持续在X时，新品种不易存活
B．Y点后限制原种光合速率增加的因素是光照强度
C．正常情况下，新品种比原种更适应盐碱环境
D．三种蔗糖溶液中，乙的浓度最高
解析：当光照强度持续在X时，新品种的净光合速率小于0，因此新品种不易存活，A正确。在光照强度为Y时，原种的净光合速率达到光饱和点，故Y点后限制原种光合速率增加的因素是CO2浓度、温度等，而光照强度不再是限制因素，B错误。分析图2可知，在丙浓度时，新品种质量增加，而原种保持不变，说明该浓度下新品种能吸水，在甲浓度下，新品种质量保持不变，而原种质量减小，说明该浓度下原种会失水，在乙浓度时，新品种和原种都失水，且新品种质量变化小于原种，所以新品种比原种更适应盐碱环境，C正确。幼根放入蔗糖溶液中，若蔗糖溶液浓度高于细胞液浓度，则幼根细胞失水，质量减轻；若蔗糖溶液浓度低于细胞液浓度，则幼根细胞吸水，质量增加。从图2可知，乙溶液中幼根质量减轻最多，说明乙溶液浓度最高，幼根细胞失水最多，D正确。
7．(2025·广东茂名模拟)耕地盐碱化是制约水稻产量的主要因素之一。下表是研究增施氮肥和叶面喷施5 -ALA(一种促进性植物生长调节剂)对水稻幼苗的部分生理特性的结果，下列叙述错误的是(　　)
C
组别 处理 总叶绿素含量(mg/L) 细胞可溶性蛋白质含量(μg/g)
甲 0.1 g N 25.65 32
乙 0.1 g N＋0.3%NaCl 19.13 36
丙 0.15 g N0.3%NaCl 24.73 39
丁 ？ 32.39 40
A.丁组的处理措施是0.1 g N＋0.3%NaCl＋适量5 -ALA
B.增施氮肥可以缓解NaCl对水稻幼苗光合作用的影响
C.增施氮肥和喷施5- ALA可降低水稻幼苗的吸水能力
D.增施氮肥和喷施5 -ALA可提高盐碱化水稻幼苗生长
解析：由题意可知，叶面是否喷施5 -ALA是实验的自变量之一，据此并结合表中对甲～丙组的处理可推知丁组的处理措施是0.1 g N＋0.3%NaCl＋适量5- ALA，A正确。总叶绿素含量：甲组＞丙组＞乙组，说明NaCl(耕地盐碱化)能够降低光合作用，而增施氮肥可以缓解NaCl对水稻幼苗光合作用的影响，B正确。四组对比，丁组细胞可溶性蛋白质含量最高，其次是丙组，表明丁组细胞内的溶液渗透压最大，其次是丙组，进而说明增施氮肥和喷施5- ALA可提高水稻幼苗的吸水能力，C错误。甲组和乙组对比，说明NaCl(耕地盐碱化)能够降低光合作用；甲组、乙组和丙组对比，说明增施氮肥可以缓解NaCl对水稻幼苗光合作用的影响；四组对比，说明5- ALA缓解NaCl对水稻幼苗光合作用影响的作用更显著。可见，增施氮肥和喷施5 -ALA均可提高盐碱化水稻幼苗生长，D正确。
8．(2025·湖北宜昌模拟)为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响，设计图1所示实验装置若干(已知密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化)，在相同温度条件下进行实验，一段时间后测量每个小室中的气体释放量绘制曲线如图2。下列叙述正确的是(　　)
C
A.实验过程中，释放的气体始终是O2
B.若距离S突然由O变为a，则光照强度是限制光合速率的因素
C.K点时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率
D.IK段表示该植物光合作用逐渐减弱，KL段表示呼吸作用逐渐增强
解析：S表示光源与密闭小室的距离，距离越大光照强度越小，光合作用速率越小，当S＝c时，光合速率与呼吸速率相等，当S>c时，呼吸速率大于光合速率，植物释放的气体是CO2，在S二、非选择题(共26分)
9．(11分)(2026·河北衡水模拟)图1是在温度和CO2等其他因素均适宜的条件下测定的玉米叶和小麦叶的总光合速率与呼吸速率的比值(P/R)与光照强度的关系，同时测定了小麦和玉米叶肉细胞的D1蛋白、氧气释放速率的相对量与光照强度的关系，结果如下表所示(“＋”越多表示量越多)。已知叶绿素a通常与D1蛋白等物质结合，构成光合复合体PSⅡ(可使水发生光解)。
项目 小麦 玉米 光照强度 D1蛋白含量 氧气释放速率 D1蛋白含量 氧气释放速率
a ＋＋＋＋ ＋＋ ＋＋＋＋ ＋
b ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋
c ＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋
d ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋
e ＋＋ ＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋
f ＋ ＋ ＋＋＋ ＋＋＋＋
(1)光合复合体PSⅡ上含有光合色素，其作用是____________________，小麦和玉米光反应的产物有________________________，暗反应中NADPH的作用是_____________________________。
解析：(1)光合复合体PSⅡ位于叶绿体类囊体薄膜上，其上色素具有吸收、传递、转化光能的作用，小麦和玉米光反应的产物有ATP、NADPH、O2，暗反应中NADPH的作用是一方面作为还原剂还原C3，另一方面为C3还原过程提供能量。
吸收、传递和转化光能
ATP、NADPH、O2
为C3的还原提供能量和还原剂
(2)光照强度达到e点时，玉米P/R值不再增加，可能的原因是______________________(从影响光合作用因素的角度进行分析，写出1点)；当光照强度超过d点后小麦的氧气释放速率开始下降，结合D1蛋白和光反应过程分析，可能的原因是__________________________________
______________________________________________________。
暗反应相关酶的数量有限
强光下小麦D1蛋白含量减少，光合复合体PSⅡ功能减弱，水的光解速率下降，氧气释放速率降低
解析：(2)光照强度达到e点时，玉米P/R值不再增加，可能是暗反应相关酶的数量有限等；当光照强度超过d点后小麦的氧气释放速率开始下降，结合表中数据可以看出，超过d点后小麦D1蛋白含量减少，光合复合体PSⅡ功能减弱，水的光解速率下降，因而氧气释放速率降低。
(3)农业生产中，为提高小麦产量，某同学建议在正午强光下喷洒含D1蛋白的溶液。该方法______(填“可行”或“不可行”)，理由是_____________________________________________________________。
解析：(3)农业生产中，为提高小麦产量，某同学建议在正午强光下喷洒含D1蛋白的溶液，这是不可行的，因为D1蛋白需要和叶绿素a结合，构成光合复合体PSⅡ起作用，且D1蛋白作为蛋白质，喷洒后会被分解，无法进入叶肉细胞发挥作用。
不可行
D1蛋白是蛋白质，喷洒后会被分解，无法进入叶肉细胞发挥作用
(4)玉米光合作用的暗反应过程如图2所示，酶1为PEP羧化酶，可以固定低浓度的CO2形成C4，酶2为RuBP羧化酶，可以固定高浓度的CO2形成C3，对低浓度的CO2没有固定能力。则酶1固定CO2的能力比酶2__(填“强”或“弱”)。小麦叶肉细胞没有酶1催化生成C4的过程，其光合作用均在叶肉细胞完成。据上述信息分析，与小麦相比，玉米更适应高温、
干旱环境的依据是_________________
______________________________________________________________________________________________________________________________。
强
高温、干旱环境下，植物气孔部分关闭，CO2浓度降低，玉米的酶1可固定低浓度CO2，而小麦的酶2不能，故玉米光合速率受影响更小，更适应该环境
解析：(4)图2中酶1为PEP羧化酶，可以固定低浓度的CO2形成C4，酶2为RuBP羧化酶，可以固定高浓度的CO2形成C3，对低浓度的CO2没有固定能力。因此酶1固定CO2的能力比酶2强。小麦叶肉细胞没有酶1催化生成C4的过程，高温、干旱条件下，植物气孔部分关闭，叶片内CO2浓度低，与小麦相比，玉米含有酶1，可以固定低浓度的CO2，而小麦的酶2不能，故玉米的暗反应过程受到的影响小，更适应高温、干旱环境。
10．(15分)(2026·安徽合肥模拟)当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。强光条件下，过量的光会对光系统(如PSⅡ)造成损伤，其作用机制如图1所示。PSⅡ是一个多亚基的色素蛋白复合体，在高等植物和藻类的类囊体中驱动水的光解，该过程极易产生活性氧等有害物质，尤其是在高光条件下，对其造成损伤引起光抑制的发生，并由此降低植物的光合活性、影响植株的长势和产量。为避免高光造成的损伤，植物形成了高光适应机制，主要含3道防线，如图2所示。请回答下列问题：
(1)拟南芥有野生型WT和突变体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，如图3，造成叶绿体相对受光面积的不同，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。据图分析，t2的光饱和点____(填“高于”“低于”或“等于”)t1的光饱和点。野生型拟南芥在强光下可通过叶片和叶绿体的移动来适应环境，叶绿体以其椭球体的____(填“正面”或“侧面”)朝向光源，其意义是________________。
高于
侧面
避免叶绿体被灼伤
解析：(1)根据题意，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，造成叶绿体相对受光面积的不同，进而引起光合速率差异。据图3分析，相比于t1，t2的叶绿体大部分不是位于直接接受光照的细胞正面，而是位于细胞的侧面，因此其需要更强的光照，才能达到光饱和，因此其光饱和点高于t1的光饱和点。野生型拟南芥在强光下可通过叶片和叶绿体的移动来适应环境，叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源，其意义是减小受光面积，避免叶绿体被灼伤。
(2)强光条件下，叶绿体可通过防线Ⅱ来适应环境，通过类胡萝卜素可快速淬灭3chl和直接清除1等活性氧，从而起到保护叶绿体的作用。PSⅡ反应中心位于________________，强光条件下NADP＋不足的原因是_____________________________________________________________________________。强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率减小，原因是______________________________________
_____________________________________________________________(答出2点即可)。
叶绿体类囊体薄膜
强光下光反应增强，对NADP＋的消耗速率增大，暗反应提供的NADP＋不足
突变体植株缺乏类胡萝卜素，对蓝紫光的吸收减少；无法及时淬灭3chl并清除1等活性氧，叶绿体受到损伤
解析：(2)根据题意，PSⅡ是一个多亚基的色素蛋白复合体，在高等植物和藻类的类囊体中驱动水的光解，因此PSⅡ反应中心位于光反应的场所即叶绿体类囊体薄膜，强光条件下NADP＋不足的原因是强光下光反应增强，对NADP＋的消耗速率增大，暗反应提供的NADP＋不足。结合图示和光合作用相关知识可知，强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率减小，原因是突变体植株缺乏类胡萝卜素，对蓝紫光的吸收减少；无法及时淬灭3chl并清除1等活性氧，叶绿体受到损伤。
(3)如果第Ⅰ、Ⅱ道防线协同作用仍不能避免高光损伤，则将对光系统造成一定程度的破坏，此时植物需要启动防线Ⅲ__________________来应对强光对植物的不良影响。
解析：(3)防线Ⅲ为PSⅡ损伤修复，因此如果第Ⅰ、Ⅱ道防线协同作用仍不能避免高光损伤，则将对光系统造成一定程度的破坏，此时植物需要启动防线Ⅲ即PSⅡ损伤修复来应对强光对植物的不良影响。
PSⅡ损伤修复
本课结束
模块一 分子与细胞

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