2023届高考生物二轮复习精研重难点(二)光合作用和细胞呼吸的影响因素与农作物增产措施学案

精研重难点(二)　光合作用和细胞呼吸的影响因素与农作物增产措施

命题点(一)　自然环境与密闭环境中光合速率变化分析

从“高度”上研究高考

[典例]　(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　 )

A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率

B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定

C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率

D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率

[解析]　初期容器内CO2浓度较大，光合速率大于呼吸速率，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度逐渐下降，O2浓度逐渐上升，导致光合速率逐渐降低，A错误；密闭容器在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，说明植物光合速率大于呼吸速率，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合速率与呼吸速率相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。

[答案]　D

从“深度”上提升知能

自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率变化

[图示关系]

[图示解读]

从“宽度”上拓展训练

1．(2022·广安一模)为测定某植物的光合速率，某同学将该植物放入如图甲所示装置中，在光合作用最适温度下进行培养，然后测量不同时段密闭的透明玻璃罩内植物的O2释放速率，结果如图乙所示。下列说法不正确的是(　 )

A．若完全培养液中缺少镁元素，t1～t2时间段会延长

B．在t5时适当升高温度，植株光合速率会将进一步加快

C．在t4时向玻璃罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率

D．在t3～t4阶段，氧气释放速率降低的主要原因是玻璃罩内CO2含量下降

解析：选B　镁是合成叶绿素的必需元素，所以用缺镁的完全培养液培养一段时间，叶肉细胞内叶绿素合成减少，导致光合速率降低，则t1～t2时间段会延长，A正确；该实验是在最适温度下进行的，因此t5时适当升高温度，植株光合速率会将减弱，B错误；由图可知，在t4时向玻璃罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率，C正确；在t4时向玻璃罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率，说明在t3～t4阶段，氧气释放速率降低的主要原因是玻璃罩内CO2含量下降，D正确。

2．(2022·许昌三模)将叶面积相等的甲、乙两种植物分别置于两个相同的、温度恒定且适宜的密闭透明玻璃小室内，给予充足光照，定时测定CO2含量。实验一段时间后，甲、乙装置内气体浓度均达到平衡且甲装置内CO2含量较低。下列有关说法正确的是(　 )

A．达到平衡时甲、乙两植物的光合作用强度一定相同

B．实验过程中甲、乙两植物的呼吸速率相同且一直保持不变

C．甲植物固定CO2的能力较乙植物低

D．若将甲、乙两植物放在上述同一密闭装置中，一段时间后乙植物可能先死亡

解析：选D　达到平衡时，甲装置内的CO2含量较低，故平衡时虽然都是光合作用强度与呼吸强度相等，但甲的光合作用强度更大，A错误；由题干信息无法判断甲、乙植物的呼吸速率大小，且因为氧气含量的变化，呼吸速率也是变化的，B错误；从达到平衡时甲装置中的CO2含量较低可知，甲植物固定CO2的能力较乙植物高，C错误；由于二氧化碳达到平衡时，甲装置二氧化碳浓度较低，说明甲植物二氧化碳的补偿点低，因此将甲、乙两种植物放在上述同一密闭装置中，一段时间后乙植物可能先死亡，D正确。

命题点(二)　补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用

从“高度”上研究高考

[典例]　(2022·南宁二模)光合作用是自然界最重要的化学反应之一，影响光合作用的外因主要包括温度、CO2浓度和光照强度，如图是实验人员测得的光吸收对单个叶片的光合速率的影响。下列相关叙述错误的是(　 )

A．大田作物群体对光能的利用与单个叶片不同，对应的光极限范围应该更大

B．CO2极限时，限制光合作用增加的因素可能是CO2浓度或温度

C．在光合作用最适温度条件下适当升温，呼吸速率可能增大，补偿点可能左移

D．实际生产中施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率

[解析]　群体对光能的利用更充分，光饱和点较单个叶片更大，所以光极限范围会更大，A正确；CO2极限时，曲线趋于水平，此时光照强度不再是限制因素，可能是其他外界因素，如温度和CO2浓度，B正确；在光合作用最适温度条件下适当升温，光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致光补偿点右移，C错误；实际生产中，施肥过多会影响细胞吸水，施肥不足可能影响叶绿素和相关酶的合成，故施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率，D正确。

[答案]　C

从“深度”上提升知能

补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用

1．光饱和点与补偿点的含义与植物生长的关系解读

(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。

2．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析(如上图所示)

(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)

注意：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。

从“宽度”上拓展训练

1．红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是(　 )

A．光照强度为a时，每天光照12小时，一昼夜后人参干重不变，红松干重减少

B．光照强度在b点之后，限制红松和人参P/R值增大的主要外界因素都是CO2浓度

C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等

D．若适当增加土壤中Mg2＋的含量，一段时间后人参的a点左移

解析：选D　光照强度为a时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，白天12小时没有积累有机物，晚上进行细胞呼吸消耗有机物，一昼夜干重减少，A错误；光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素仍然是光照强度，在d点之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2浓度，B错误；阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低，光照强度为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不同，故净光合速率不同，C错误；对于人参而言，a点光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，对应的光照强度为光补偿点；若适当增加土壤中Mg2＋的含量，人参合成叶绿素增多，达到光补偿点需要的光照强度变小，故一段时间后人参的a点左移，D正确。

2．研究人员以植物甲(阳生植物)和乙(阴生植物)为材料进行实验，结果如图1和图2所示。请回答下列问题：

(1)图1中，A点时，植物甲中的C3在有关酶的催化作用下，接受光反应提供的能量并且被[H]还原后，形成______________________。由A点对应的光照强度升高到B点对应的光照强度，并在此光照强度下光合速率达到稳定的过程中，植物乙光合作用中C3的相对含量变化是_______________________________________________________________。

(2)植物的光补偿点是植物光合作用CO2吸收量与植物细胞呼吸CO2释放量相等时对应的光照强度。由图1和图2可知，光补偿点的大小可能因______________的不同而有差异。与阳生植物相比较，阴生植物呼吸速率很低，很弱的光合作用就可以使植物光合作用CO2吸收量与植物细胞呼吸CO2释放量相等，从而可以在____________的环境中存活下来。

(3)图2中，为验证在92 μmol·m－2·s－1光照强度下生长的植物甲光补偿点降低是由环境因素引起的，而非遗传物质的改变造成的，需在此基础上进一步实验，请写出实验思路：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)图1中，A点植物甲可以进行光合作用，在光反应产生的ATP和[H]的作用下，在相关酶的催化作用下，C3被还原生成C5和有机物；由A点对应的光照强度升高到B点对应的光照强度，即光照强度增加，而光照强度增加会导致光反应产生的ATP和[H]增加，进而导致C3的还原增加，因此在此光照强度下光合速率达到稳定的过程中，植物乙光合作用中C3的相对含量变化是先下降后上升最后趋于相对稳定。(2)植物的光补偿点是光合作用CO2吸收量与植物细胞呼吸CO2释放量相等时对应的光照强度，图1和图2显示不同的植物呼吸速率不同，相同植物在不同的光照条件下净光合速率的大小关系变化情况也不同，说明光补偿点的大小可能因植物种类和生长环境的不同而有差异。根据图1分析，阴生植物的呼吸速率较阳生植物低，且很弱的光合作用就可以使植物光合CO2吸收量与植物呼吸CO2释放量相等，即弱光下就达到了光补偿点，这样可以使其在弱光的环境中生存下来。(3)图2实验的目的是验证在92 μmol·m－2·s－1光照强度下生长的植物甲光补偿点降低是由环境因素引起的，而非遗传物质的改变造成的，根据实验的单一变量原则和对照性原则分析，在该基础上需要进一步实验，具体的思路为：收获在92 μmol·m－2·s－1光照强度下生长的植物甲种子种植，使其在92 μmol·m－2·s－1光照强度下生长，一段时间后，在与图2实验条件完全相同的条件下(重复上述实验)，测其光补偿点。

答案：(1)有机物和C5[“糖类和C5”或“(CH2O)和C5”]　先下降后上升最后趋于相对稳定　(2)植物种类和生长环境　弱光　(3)收获在92 μmol·m－2·s－1光照强度下生长的植物甲种子种植，使其在92 μmol·m－2·s－1光照强度下生长，一段时间后，在与图2实验条件完全相同的条件下(重复上述实验)，测其光补偿点

命题点(三)　细胞代谢与提高农作物产量的措施

从“高度”上研究高考

[典例]　(2020·全国卷Ⅰ)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。回答下列问题：

(1)中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有_______________________________________________________________

__________________________________________________________________(答出2点即可)。

(2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是___________________

________________________________________________________________(答出1点即可)。

(3)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是________，选择这两种作物的理由是__________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　(1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素和光的竞争，使能量更多地流向农作物；松土可以使土壤中O2含量增多，有利于根细胞进行有氧呼吸，进而增强根对矿质元素的吸收等活动。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，因而农田施肥的同时常适当浇水；另外，浇水还可以降低土壤溶液的渗透压，防止作物因过度失水而死亡。(3)为了提高农田的光能利用率，农业生产中常采用间作的方法，间作过程中要确保高低作物的合理搭配。株高较高的作物获取的光照充足，应选择光饱和点较高的作物(作物A)；株高较低的作物获取的光照较少，应选择光饱和点较低的作物(作物C)。

[答案]　(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的呼吸作用　(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收　(3)A和C　作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用

从“深度”上提升知能

从“宽度”上拓展训练

1．(2022·兰州模拟)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。下列措施与对应原理或目的错误的是(　 )

A．农田施肥的同时，往往需要适当补水，此时补水的原因之一是让肥料中的矿质元素充分溶解，利于作物根系吸收

B．稻田定期排水，可抑制水稻根部细胞无氧呼吸产生乳酸，防止植株烂根死亡

C．在作物生长期进行中耕松土，可促进根系的有氧呼吸，利于矿质营养的吸收

D．农业生产常采用间作套种，可满足不同作物对不同光照强度的需求，提高了光能利用率

解析：选B　矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，所以在农田施肥的同时，往往需要适当补水，A正确；稻田定期排水，可抑制水稻根部细胞无氧呼吸产生酒精，防止植株烂根死亡，B错误；在作物生长期进行中耕松土，可增加土壤的溶氧量，促进根系的有氧呼吸，有利于根细胞通过主动运输对矿质营养的吸收，C正确；农业生产常采用间作套种，可满足不同作物对不同光照强度的需求，提高了光能利用率，从而达到增加农作物产量等目的，D正确。

2．(2022·商洛二模)粮草间作是农业产业结构调整，改变单一种植结构，提高单位产量的有效途径。苜蓿是重要的经济牧草，玉米是重要的经济作物。苜蓿的根有极强的吸水能力，玉米植株的高度高于苜蓿植株。某实验小组探究了玉米和苜蓿在单作和间作模式下光合作用的情况，以及间作距离对苜蓿叶绿素含量的影响，结果如图所示。回答下列问题：

(1)与单作相比，间作时玉米和苜蓿的光合速率均有所下降。结合题干信息，可能的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)间作时，要保持适当的行间距和通风，其作用是________________________。

(3)苜蓿叶肉细胞中的叶绿素分布在____________上。根据实验结果分析，间作距离较小时，苜蓿叶绿素的含量明显较高，其生理意义是__________________________________

________________________________________________________________________。

(4)从作物根系在土壤中分布的角度分析，“一深一浅”的两种作物更适合间作，其原因可能是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)根据题意可知，苜蓿的根具有很强的吸水能力，因此和玉米间作可能会导致玉米缺水，从而使玉米光合速率下降；玉米植株的高度高于苜蓿，对苜蓿具有遮光作用，会降低苜蓿的光合速率。(2)间作时，保持适当的行间距利于通风，既能避免植株叶片之间相互遮光，也有利于CO2的供给，从而促进光合作用。(3)苜蓿叶肉细胞中的叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。根据实验结果分析可知，间作距离较小时，苜蓿叶绿素的含量明显较高，其意义在于较高含量的叶绿素能提高苜蓿对光能的吸收能力，以增强其对弱光环境的适应性，增大光合速率。(4)根系“一深一浅”的作物间作，有利于充分利用不同深度土壤中的营养物质并缓解不同植物根系之间的竞争，提高经济效益。

答案：(1)苜蓿吸水多导致玉米缺水；玉米植株高于苜蓿植株，对苜蓿有遮光作用　(2)避免遮光；有利于CO2的供给，促进光合作用　(3)叶绿体的类囊体薄膜　提高苜蓿对光能的吸收能力，以适应弱光环境　(4)能充分利用不同深度土壤中的营养物质；能有效缓解竞争