2024届人教版高中生物一轮复习光合作用的影响因素及与细胞呼吸的关系学案（多项版）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习光合作用的影响因素及与细胞呼吸的关系学案（多项版），共30页。
第4课　光合作用的影响因素及与细胞呼吸的关系
[复习目标]　1.通过分析光合作用与细胞呼吸的关系，形成结构与功能相适应、物质与能量相互依存的生命观念。(生命观念)　2.分析影响光合作用因素的曲线模型，理解环境因素对光合作用的影响。(科学思维)　3.通过探究环境因素对光合速率影响实验，培养学生实验设计和分析能力。(科学探究)　4.应用影响光合作用的环境因素知识，指导农业生产。(社会责任)
考点一　(实验)探究光照强度对光合作用强度的影响

1．实验原理
叶片含有空气，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验步骤
(1)取材：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)排气：将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，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。
(3)沉水：将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用，叶片因细胞间隙充满了水，所以全都沉到水底。
(4)分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。
(5)光照：分别向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。
(6)观察并记录：同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
3．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．实验装置分析

(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间的盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
2．小圆形叶片上浮实验中的三个关注点
(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，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。

命题点1　教材基础实验
1.在如图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是(　　)

A．改变温度，不影响叶片开始上浮所需的时间
B．改变光照强度，不影响叶片开始上浮所需的时间
C．改变NaHCO3溶液的浓度，不影响叶片开始上浮所需的时间
D．若将装置置于黑暗中，上浮的叶片又会下沉
解析：选D。改变温度，会改变酶活性，影响光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，A错误；改变光照强度，会改变光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，B错误；改变NaHCO3溶液的浓度，即改变二氧化碳的浓度，这会影响光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，C错误；若将装置置于黑暗中，叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的氧气，导致上浮的叶片又会下沉，D正确。
命题点2　高考拓展延伸
2．(2022·辽阳模拟)某实验小组为验证KHCO3对某植物幼苗光合作用的影响，进行了甲、乙两组不同处理的实验，甲组用差速离心法制备叶绿体悬液进行实验，乙组将等量植物幼苗叶片切割成1 mm2的叶小片进行实验，然后在适宜光照、20 ℃恒温条件下用氧电极测量这两组植物的O2释放速率，结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)

A．本实验的自变量是KHCO3的浓度，无关变量为适宜光照、20 ℃恒温条件
B．KHCO3浓度为0.05 mol·L－1时，两组实验的O2释放速率存在差异的原因是光合速率不同
C．由该实验可推断，随着KHCO3浓度的增大，叶小片的O2释放速率会一直增大
D．加入清水组的叶小片中无O2释放，原因可能是光合作用产生的O2通过呼吸作用被消耗了
解析：选D。本实验的自变量是KHCO3的浓度以及对叶片的处理方式，A错误；KHCO3浓度为0.05 mol·L－1时，两组实验的O2释放速率存在差异的原因可能是差速离心组测得的O2释放速率为总光合速率，而叶小片中测得的O2释放速率为净光合速率，二者的不同主要在于有无呼吸作用消耗O2，B错误；该实验只是在一定的KHCO3浓度范围内进行的测试，在此范围内，随着KHCO3浓度的增大，叶小片的O2释放速率也逐渐增大，但无法推断其他浓度下叶小片的O2释放速率的变化，C错误；加入清水组的叶小片中无O2释放，原因可能是光合作用产生的O2通过呼吸作用被消耗了，D正确。
考点二　影响光合作用的因素及应用

1．光合作用强度
(1)概念：是指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
①单位时间内光合作用制造的有机物的量。
②单位时间内光合作用利用CO2的量。
③单位时间内光合作用产生O2的量。
2．影响光合作用强度的因素的依据
依据
光合作用的反应式CO2＋H2O(CH2O)＋O2
原料
水
土壤含水量
CO2
CO2
浓度、叶片气孔开闭情况等
主要场所
叶绿体
无机营养、病虫害等通过影响叶绿体的形成和结构进而影响光合作用
条件
温度
酶活性
光能
光质、光照强度、光照时间等
[教材深挖]
(必修1 P106拓展应用2)给密闭玻璃瓶中的植物幼苗提供适宜的水、无机盐、光照强度、温度等条件，幼苗的生存时间一般不会太长，原因可能是随着植物生长，土壤的水分会减少，土壤中的无机盐含量会下降，空气中CO2含量减少等。
[易错辨析]
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．镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。(√)
4．水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用。(√)

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
ⅰ.原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水将导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
ⅱ.曲线分析

图1　　　　　　　　图2　　
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线上E点处光合作用强度暂时降低，是因为温度较高，植物部分气孔关闭，影响了CO2的供应。
ⅲ.应用：预防干旱，合理灌溉。
⑤矿质元素
ⅰ.原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是酶的组成元素，N、P是ATP、磷脂的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等。
ⅱ.曲线分析

在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当矿质元素超过一定含量后，土壤溶液的浓度过高，植物会因渗透失水而使光合作用强度下降。
ⅲ.应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
(2)多因子对光合速率的影响


命题点1　围绕影响光合作用的因素考查生命观念及科学思维
1．(2021·广东卷)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1)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2)，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(　　)

图1

图2
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
解析：选D。由图1可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，由此可推断，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)，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)，A、B正确；通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；三者光合速率的差异，在一定光照强度下，随光照强度的增加而变大，但是超过光的饱和点，再增大光照强度三者光合速率的差异不再变化，D错误。
2．(2021·浙江6月选考)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示，图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响，图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HCO形式提供，山梨醇为渗透压调节剂，0.33 mol·L－1时叶绿体处于等渗状态。据图分析，下列叙述错误的是(　　)

甲

乙
A．与等渗相比，低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大，光合速率大小相似
B．渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大
C．低渗条件下，即使叶绿体不破裂，卡尔文循环效率也下降
D．破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大，放氧率越低
解析：选A。根据图示，由图甲可知，在一定范围内(0.15～0.33 mol·L－1山梨醇浓度)，渗透压从低到高变化过程中，菠菜叶绿体的完整率和放氧率都逐渐变大，增幅不同；由图乙可知，两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量影响比较相似，而对放氧量的影响差别较大。根据分析，由图甲、乙可知，与等渗相比，低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大，但放氧率较低，放氧率可以代表光合速率，故说明低渗条件下光合速率较低，A错误。根据分析，由图乙可知，渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大，B正确。由图甲可知，低渗条件下，即使叶绿体完整率没有明显降低的范围内，叶绿体放氧率仍明显降低，即光反应速率下降，影响了暗反应，即卡尔文循环效率下降，C正确。由图甲可以看出，低渗条件下叶绿体完整率越低，放氧率也越低，D正确。
命题点2　围绕影响光合作用的因素与应用考查科学探究及社会责任
3．(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。

图a

图b
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________，原因可能是__________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________________________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期____________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除______________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是_______________________________________。
解析：(1)分析图b可知，与A组相比，C组叶片叶绿素含量较高，原因可能是遮阴条件一方面减弱了叶绿素的降解，另一方面增加了叶绿素的合成。(2)由图b可知，B组的净光合速率大于A组和C组的，推测B组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物，因而生长更快。(3)结合题意可知，该实验的目的是探究B组条件可能会提高作物产量。因此，应选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组作为对照，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。然后比较各组玉米的平均单株产量。如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。
答案：(1)较高　遮阴条件减弱了叶绿素的降解，同时增加了叶绿素的合成　(2)糖类等光合产物　(3)光照等培养条件　A组　遮阴比例　探究能提高作物产量的最适遮阴比例

考点三　光合作用与细胞呼吸综合应用
题型1　光合作用与细胞呼吸的关系
(1)图解两大生理过程

(2)比较两种来源和去向


光合作用
有氧呼吸
还原氢
来源
H2O光解产生
有氧呼吸第一、二阶段
去向
还原C3
用于第三阶段还原O2
ATP
来源
光反应阶段产生
三个阶段都产生
去向
用于C3还原供能
用于各项生命活动
注：①光合作用中产生的还原氢是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，而细胞呼吸中产生的还原氢是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，二者不是一种物质。
②还原氢的书写形式一定不能写成H、H＋、H2，只能写成[H]或NADH或NADPH。
(3)分析三种元素的转移
C：CO2有机物丙酮酸CO2
H：H2ONADPH(CH2O)
[H]H2O
O：H2OO2H2OCO2有机物
[对点突破]
1．(2022·葫芦岛期末)如图所示为某绿色植物叶肉细胞中有氧呼吸和光合作用的两个代谢过程，图中C3代表含有三个碳原子的有机化合物，下列有关说法错误的是(　　)

A．过程①②有光无光均可进行
B．过程③消耗的ATP和NADPH，由过程①②提供
C．过程④消耗的CO2量不一定等于过程②产生的CO2量
D．过程①发生在细胞质基质中，过程②③④发生在细胞器中
解析：选B。①是有氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解形成丙酮酸，发生在细胞质基质中，②是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体中，过程①②有光无光均可进行，过程③④的场所是线粒体，A、D正确；③表示C3的还原过程，需要消耗光反应产生的NADPH和ATP，B错误；过程④消耗的CO2量不一定等于过程②产生的CO2量，因为光合速率和呼吸速率不一定相等，C正确。
2．绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示，图中①～⑥代表物质，下列有关叙述错误的是(　　)

A．植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在①中
B．叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性
C．给植物提供HO，短时间内生成的O2和CO2均可含18O
D．物质④在叶绿体基质中合成，在线粒体基质中分解
解析：选D。植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在①ATP中，A正确；叶绿体中的NADPH参与C3的还原，线粒体中的NADH与氧结合生成H2O，二者都具有还原性，B正确；给植物提供HO，HO参与光反应生成18O2，HO参与有氧呼吸的第二阶段生成C18O2，因此短时间内生成的O2和CO2均可含18O，C正确；物质④为葡萄糖，在叶绿体基质中合成，在细胞质基质中分解，D错误。
题型2　涉及真正光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系判断及计算
(1)判定方法


(2)相关计算
①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。
②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。
③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
(3)曲线解读

[对点突破]
3．(2020·浙江7月选考)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是(　　)

A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大
C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似
D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A～B段对应的关系相似
解析：选A。植物叶片光合作用消耗的二氧化碳来自空气中的二氧化碳和自身细胞呼吸产生的二氧化碳，测植物叶片的光合速率时，测的是密闭装置内二氧化碳的减少量，不包括细胞呼吸提供的二氧化碳量，所以此数值比植物叶片光合速率的真实值小；叶绿体光合作用消耗的二氧化碳全部来自空气中的二氧化碳，测叶绿体的光合速率时，测的也是密闭装置内二氧化碳的减少量，此数值可代表叶绿体光合速率的真实值，A项正确。叶绿体是光合作用的主要场所，其结构被破坏，会使光合速率降低，故与无破碎叶绿体的光合速率相比，存在破碎叶绿体的光合速率偏小，B项错误。若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，光合速率一直处于较低水平，叶片内蔗糖合成较少，不会出现蔗糖高浓度积累现象，故叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系不相似，C项错误。当植物处于开花期时，叶片合成的蔗糖大量向花朵运输，若此时人为摘除花朵，叶片合成的蔗糖会在叶片处积累，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似，D项错误。
4．(2022·广东江门三模)科研人员研究了温度对人工种植的蒲公英幼苗光合作用与呼吸作用的影响，其他条件相同且适宜，实验结果如图所示，据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．在光照条件下，蒲公英幼苗30 ℃与35 ℃总光合速率相同
B．昼夜时间相同且温度不变，则适合蒲公英生长的最适温度是25 ℃
C．P点时，叶肉细胞产生ATP的细胞器为叶绿体和线粒体
D．一直处于光照条件下，25 ℃最有利于蒲公英生长
解析：选B。总光合速率等于净光合速率＋呼吸速率，30 ℃环境中蒲公英的总光合速率为3＋3.5＝6.5(mg/h)，35 ℃环境中蒲公英的总光合速率为3.5＋3＝6.5(mg/h)，A正确；每天光照与黑暗时间相等，在恒温条件下，植物积累的有机物最多的温度应该为净光合作用与呼吸作用速率的差值最大，即20 ℃时植物积累的有机物最多，故适合蒲公英生长的最适温度是20 ℃，B错误；P点时，净光合速率大于0，蒲公英既进行光合作用，又进行呼吸作用，叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体，叶绿体和线粒体是细胞器，C正确；在光照下，图中数据表明温度在25 ℃时，植物的净光合速率最大，最有利于植物的生长，D正确。
题型3　光合作用与细胞呼吸的“关键点”的移动
　
(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CO2浓度(光照强度)
左移
右移
适当减小CO2浓度(光照强度)
右移
左移
土壤缺Mg2＋
右移
左移
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，当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。
[对点突破]
5.如图为CO2吸收量与光照强度关系的坐标图，当光合作用相关因素改变后，a、b、c点的移动描述不正确的是(　　)

A．若植物体缺Mg，则对应的b点将向左移
B．已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃，则温度由25 ℃上升到30 ℃时，对应的a点将下移，b点将右移
C．若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a点、b点、c点将分别向上移、左移、左移
D．若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，则b点将向左移
解析：选A。b点表示光补偿点，此时光合速率＝呼吸速率，若植物体缺Mg，叶绿素含量降低，光合速率下降，需要更强光照条件，才能使光合速率等于呼吸速率，故b点右移，A错误。某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃，温度由25 ℃上升到30 ℃时，呼吸速率上升，故a点下移；呼吸速率上升，光合速率下降，要让光合速率＝呼吸速率，需要更强光照，故b点右移，B正确。阳生植物的呼吸速率、光补偿点和光饱和点都比阴生植物高，若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a点、b点、c点将分别向上移、左移、左移，C正确。植物光合作用最有效的光是红光和蓝紫光，若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，光合速率上升，要让光合速率＝呼吸速率，需要较弱光照即可，故b点将向左移，D正确。
题型4　开放和密闭环境中CO2、O2含量昼夜变化分析
(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

(2)相对密闭的环境中，绿色植物一昼夜内CO2含量的变化曲线分析

[对点突破]
6．(2022·天津市武清区模拟)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线分别表示某一天24小时的温度、某植物总光合速率、表观光合速率变化，图乙中曲线表示放有某植物的密闭玻璃罩内一天24小时的CO2浓度的变化，以下分析错误的是(　　)

甲

乙
A．图乙曲线中EF段玻璃罩内CO2浓度下降加快是由于光照强度增加
B．植物一天中含有机物最多的时刻在图甲中是e点，在图乙中则是H点
C．植物在图甲中的b、f两点的生理状态与图乙中D、H两点的生理状态相同
D．图甲曲线Ⅲ12点左右d点下降的原因是温度过高，呼吸速率上升使表观光合速率下降，但总光合速率未下降
解析：选C。图乙曲线中EF段玻璃罩内CO2浓度下降加快，是因为光照强度增加，光合速率逐渐增大，且光合速率大于呼吸速率，玻璃罩内CO2消耗加快，A正确。图甲中Ⅲ曲线c点之前表观光合速率为负，有机物处于不断消耗状态，ce段表观光合速率为正，有机物不断积累，e点时光合速率＝呼吸速率，e点后光合速率＜呼吸速率，因此植物含有机物最多的时刻在e点；图乙中H点玻璃罩内CO2浓度下降到最低，此时光合速率＝呼吸速率，有机物积累量达到最大，B正确。图甲中Ⅱ曲线表示植物总光合速率，b、f两点总光合速率为0，植物只进行呼吸作用；图乙中D、H两点表示光合速率＝呼吸速率，C错误。图甲曲线Ⅲ12点左右d点下降的原因是温度升高使呼吸速率加快，而由Ⅱ曲线可知总光合速率未下降，因此表观光合速率下降，D正确。
7．科研人员检测晴朗天气下露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成图。下列相关说法错误的是(　　)

A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因
B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭
C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱
D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施
解析：选B。早晨太阳出来后光照强度不断增大，使得露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，A正确；大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是太阳出来后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降，导致光合速率(Pn)下降，而露天栽培的油桃在mn段Pn下降，是因为环境温度过高导致气孔关闭，不能吸收CO2，B错误；15时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，C正确；适时浇水从而避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥从而增加CO2浓度是提高大田作物产量的重要措施，D正确。
题型5　光合速率的测定方法
(1)液滴移动法

甲　　　　　　　　　乙　
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(2)叶圆片称量法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。

净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(3)黑白瓶法
“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：
规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。
(4)半叶法
将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不作处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
(5)红外线CO2传感器
由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。
(6)梯度法探究影响光合作用的因素
用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。
(7)叶圆片上浮法
首先通过对叶片打孔、抽气、沉底的材料处理，然后根据不同的实验目的给予不同的单一变量操作，最后观察并记录叶片上浮所用的平均时间。
(8)指示剂测定法
利用指示剂在参与细胞代谢的过程中颜色的变化，来判断或测量代谢的过程和方式。
[对点突破]
8．(2022·天津市南开区模拟)如图是探究某绿色植物光合速率的实验装置图，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度相对稳定，将该装置放在20 ℃、一定光照条件下。实验开始时，针筒的读数是0.2 mL。毛细管内的有色液滴在A处。30 min后，针筒的读数需要调至0.6 mL，才能使有色液滴维持在A处。下列有关叙述错误的是(　　)

A．该实验过程中光合速率大于呼吸速率
B．若测定植物的实际光合速率，还需要在暗处测定呼吸速率
C．若将小烧杯中的NaHCO3溶液换成清水，则一段时间后光合作用会停止
D．若用该装置探究该植物生长的最适温度，NaHCO3溶液浓度和光照强度等都是无关变量
解析：选C。分析题干“针筒的读数需要调至0.6 mL，才能使有色液滴维持在A处”，说明玻璃瓶内产生了多余的氧气，实验过程中光合速率大于呼吸速率，A正确；实际光合速率等于净光合速率＋呼吸速率，实验中所测的是净光合速率，因此还要在暗处测定呼吸速率，B正确；将小烧杯中的NaHCO3溶液换成清水，则装置中的CO2浓度下降，光合速率也下降，但当光合速率等于呼吸速率时，植物既不从外界吸收CO2也不向外界释放CO2，此时植物仍进行光合作用，C错误；若用该装置探究该植物生长的最适温度，则温度属于自变量，其余的如NaHCO3溶液浓度和光照强度等都是无关变量，D正确。
9．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，M处的实验条件是16时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位：g·cm－2·h－1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)(　　)

A．(3y－2z－x)/6　　　 B．(3y－2z－x)/3
C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3
解析：选A。分析题意可知，10时到16时之间的6个小时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此其重量变化表示的是净光合作用量，则净光合速率＝净光合作用量/6＝(y－x)/6；而M处的实验条件是16时后将整个实验装置遮光3小时，此时叶片只进行呼吸作用，因此可以计算出呼吸速率＝(y－z)/3；因此总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6。
10．某同学研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内氧容量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是(　　)

A．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶
B．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶
C．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(k－v)mol/瓶
D．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k－v)mol/瓶
解析：选D。根据题意可知，a瓶生物在黑暗条件下仅能进行有氧呼吸，24小时生物进行呼吸消耗的氧气量为(w－v)mol/瓶，A不符合题意；b瓶生物在光照条件下，氧气的增加量为(k－w)mol/瓶，即为瓶内生物24小时进行光合作用和有氧呼吸净积累的氧气量(净光合量)，故24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量＝呼吸消耗的氧气量＋净光合量＝(w－v)＋(k－w)＝(k－v)mol/瓶，B、C不符合题意，D符合题意。
11．某研究小组采用“半叶法”对番茄叶的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不作处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：

(1)MA表示6小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6小时后(________________)＋(________________)－呼吸作用有机物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，则M表示__________________________。
(3)总光合速率的计算方法是_______________________________________。
(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路___________ _____________________________________________________。
解析：叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不作处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6小时后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6小时干物质的生成量(B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算总光合速率，即M值除以时间再除以面积。将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
答案：(1)叶片初始质量　光合作用有机物的总产量　(2)B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量　(3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)　(4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率

[真题演练]
1．(多选)(2022·湖南卷)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，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
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
解析：选AD。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，光合作用强度明显减弱，A符合题意；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，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B不符合题意；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，C不符合题意；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，D符合题意。
2．(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：选D。在适宜且恒定的温度和光照条件下，密闭容器中的小麦会同时进行光合作用和呼吸作用，初期光合速率大于呼吸速率，导致容器内CO2含量逐渐降低；由于密闭容器内的CO2含量有限，随着光合作用持续进行，CO2逐渐被消耗，其含量降低，进而光合作用速率降低；当CO2含量降低到一定水平时，小麦的光合速率和呼吸速率相等，此时净光合速率为0，容器内的CO2含量保持相对稳定。
3．(2021·北京卷)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是(　　)

A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
解析：选B。由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm－2·s－1，A不符合题意；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B符合题意；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C不符合题意；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D不符合题意。
4．(2022·湖北卷)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同，研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天，在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。
　
图1　　　　　　　　　图2

图3
注：曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。
回答下列问题：
(1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会__________(填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明______________________________________。
(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的______________________________，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明_____________________________________。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降，为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为__________________，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
解析：(1)限制光饱和点的环境因素有温度、CO2浓度，图1中，在高浓度O3处理期间，当光照强度增大到一定程度时，净光合速率不再增大，出现了光饱和现象，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会增大。(2)据图可见，用某一高浓度O3连续处理甲植物不同时间，与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度臭氧处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。(3)据图3可见，O3处理75天后，曲线3净光合速率小于曲线1、曲线4净光合速率小于曲线2，即甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；曲线4净光合速率比曲线3下降更大，即长时间高浓度O3对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度臭氧对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异。(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降，为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，自变量是A基因功能，因此可以使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天，比较A基因过量表达与表达量下降时的净光合速率，若两种条件下乙植物的净光合速率相同，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案：(1)增大　(2)高浓度臭氧处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小　(3)实验组的净光合速率均明显小于对照组　长时间高浓度臭氧对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异　(4)A基因过量表达与表达量下降时，乙植物的净光合速率相同
[长句特训]
　(2022·湖南模拟)气孔有利于CO2进入植物叶片进行光合作用，但同时也是蒸腾作用失去水分的门户。如何在不损失光合作用效率的前提下减少蒸腾作用水分的流失，即促进高光强下的碳同化，而在碳需求低时保持植物有效利用水的状态，科研人员为此在拟南芥气孔周围的保卫细胞中表达了一种蓝光响应K＋通道蛋白(BLINK1)，见图1，该通道蛋白能调控气孔快速开启与关闭，可以有效提高光合作用和水的利用效率。野生拟南芥无BLINK1，气孔开闭较慢。图2表示拟南芥在一天中连续光照和间隔光照(强光和弱光交替光照)下的实验结果。

图1

图2

图3
注：“每升水产植株茎干重”代表每蒸发1升水的过程中产生的植物茎干物质量。
设问形式1　判断依据类命题
(1)据图1分析，转基因拟南芥保卫细胞吸收K＋的方式为____________，K＋进入保卫细胞后，提高了细胞内的______________，导致气孔快速开启。
设问形式2　信息推断类命题
(2)结合题干信息及图2可知，______________条件下，转基因植株每升水产植株茎干重大于野生植株，其原因可能是________________________________。
设问形式3　思维辨析类命题
(3)据图3分析，若测出某株拟南芥一昼夜O2净释放量为300 mg，假定呼吸速率恒定不变，则该株拟南芥一天的O2产生量为______________。某环境条件下，若测得该株拟南芥单位时间内CO2的吸收量等于O2的消耗量，则此条件下该植物的干重将________________。
解析：(1)据图分析，图1中的气孔由两个保卫细胞组成，保卫细胞上有K＋通道蛋白(BLINK1)，K＋通过该通道蛋白进入保卫细胞内，是从高浓度向低浓度的运输，且没有消耗能量，因此K＋的跨膜运输方式为协助扩散。根据以上分析可知，图1中K＋的跨膜运输方式为协助扩散；K＋通过K＋通道蛋白(BLINK1)进入气孔细胞内，提高了细胞内渗透压，保卫细胞吸水膨胀，导致气孔快速开启。(2)根据图2分析可知，在间隔光照下，含BLINK1植株(转基因植株)每升水产植株茎干重大于野生植株，其原因是由于间隔光照下，强光时含BLINK1植株气孔能快速打开，加快了CO2的摄入；而弱光时，气孔能快速关闭，减少水分蒸发量，所以每升水产植株茎干重较野生型植株大。(3)根据图3分析，呼吸速率为12 mg/h，则一天24小时呼吸作用消耗的O2量＝12×24＝288 mg，又因为该植株一昼夜净释放量为300 mg，则其一天产生的O2量＝288＋300＝588 mg。单位时间内O2的消耗量代表呼吸速率，单位时间内CO2的吸收量代表净光合速率，因此某环境条件下，若测得该株拟南芥单位时间内CO2的吸收量等于O2的消耗量，说明净光合速率与呼吸速率相等，说明此时光合速率大于呼吸速率，因此该条件下该植物的干重会增加。
答案：(1)协助扩散　渗透压　(2)间隔光照　相对于野生型，在间隔光照下，强光时含BLINK1的植株气孔能快速打开，快速吸收CO2；弱光时气孔能快速关闭，减少水分蒸发　(3)588 mg　增加