高中生物二 光合作用的原理和应用第3课时学案

这是一份高中生物二 光合作用的原理和应用第3课时学案，共22页。

1．理解影响光合作用的环境因素。
2．简述化能合成作用。
核心素养
1．科学探究——根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。
2．社会责任——能够根据光合作用原理指导生产实践。
知识点一 光合作用的强度与化能合成作用
必备知识·夯实双基
1．光合作用的强度
(1)概念：简单地说，是指植物在_单位时间__内通过光合作用制造_糖类__的数量。
(2)测量指标
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(单位时间内原料的消耗量，即 CO2 的消耗量,单位时间内产物的生成量，即 O2 或 有机物 , 的生成量))
2．探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽出圆形小叶片中的气体后，叶片在水中_下沉__，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会_上浮__。光合作用强度越强，单位时间内圆形小叶片_上浮__的数量越_多__。
(2)实验流程
(3)实验现象与结果分析：单位时间内，光照强度越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量_越多__，说明在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度_不断增强__。
特别提醒：(1)富含CO2的清水可用事先通过吹气的方法补充CO2，也可用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2。
(2)强、中、弱三种光照可用5W的LED灯作为光源，通过改变小烧杯与光源的距离来调节光照强度，也可以不改变两者间的距离，通过换用不同瓦数的LED灯来改变光照强度。
(3)不能仅用一套实验装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
3．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析及相互关系
(1)_真正光合速率__就是植物的光合速率，也叫总光合速率或实际光合速率。一般可用“二氧化碳_消耗__速率”“氧气_产生(生成)__速率”或者“有机物_产生(制造)__速率”来表示。
(2)净光合速率是指单位时间内植物_积累__的有机物量，也叫表观光合速率或实测光合速率。一般可用“二氧化碳_吸收__速率”“氧气_释放__速率”或者“有机物_积累__速率”来表示。
(3)细胞呼吸速率是指单位时间内植物非绿色组织或绿色组织在黑暗条件下_消耗__的有机物量。一般可用“二氧化碳_释放__速率”或“氧气_消耗__(吸收)速率”来表示。
(4)三者数值关系：_真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率__。
4．化能合成作用
(1)概念：利用体外环境中的某些_无机物__氧化时所释放的能量来制造_有机物__的合成作用。
(2)实例
硝化细菌eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(能量来源： 氨氧化成硝酸时 释放的, 能量,反应物： 水和二氧化碳 ,产物： 糖类 ))
(3)自养生物和异养生物
活学巧练
1.光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。( √ )
2．探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。( × )
3．绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合作用制造有机物。( × )
4．化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是CO2和H2O。( √ )
5．原核生物都是异养生物。( × )
6．测绿色植物的呼吸速率需要在黑暗条件下进行。( √ )
深入探讨
1.在实验中，叶片下降的原因是什么？叶片上浮的原因是什么？影响叶片上浮的外界因素主要是什么？
提示：抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降。光合作用产生的O2导致叶片上浮。影响叶片上浮的主要外界因素是光照强度，即光照强度影响光合作用强度，进而影响叶片上浮。
2．北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用将如何变化，原因是什么？
提示：光合作用将减弱。光照强度过强，温度升高，导致气孔关闭，细胞CO2供应不足，光合作用减弱。
3．下面是有关农业种植的谚语“黑夜下雨白天晴，打的粮食没处盛”。请从光合作用的角度分析这句谚语的含义。
提示：夜晚降雨不仅提供水分，还降低温度，减弱细胞呼吸消耗，白天晴天，提供良好光照，光合作用强，经过一昼夜，有机物的积累量高。
课内探究·名师点睛
光合作用与有氧呼吸的区别和联系
1．光合作用与有氧呼吸的区别
2.[H]和ATP的来源、去路的比较
3．光合作用与细胞呼吸的联系
(1)物质方面
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
②O2：H2OO2H2O
③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(热能,ATP))
4．光合速率与呼吸速率的关系
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。该关系式可用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
a．光合作用产生O2量＝O2释放量＋细胞呼吸消耗O2量。
b．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量。
c．光合作用葡萄糖产生量＝葡萄糖积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗葡萄糖量。
5．以净光合速率的大小来判断植物能否正常生长(自然状态下，以一天24 h为单位)
(1)净光合速率大于0时，植物因积累有机物而正常生长。
(2)净光合速率等于0时，植物因没有有机物积累而不能生长。
(3)净光合速率小于0时，植物因有机物减少而不能生长，且长时间处于此种状态下植物将死亡。
警示：植物进行光合作用的同时，一定进行细胞呼吸，但在进行细胞呼吸时不一定进行光合作用，因为光合作用只有在有光条件下才能进行，而细胞呼吸只要是活细胞就会进行。
典例剖析
典例1 图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶圆片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶圆片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是( B )
A．在ab段，随着水温的升高，净光合速率逐渐减小
B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度
D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶圆片不能进行有氧呼吸
解析： ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需要的时间缩短，说明氧气释放速率加快，净光合速率逐渐增大，A错误；净光合速率代表氧气释放速率，影响叶圆片上浮至液面所用的时间，上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小，B正确；叶圆片上浮至液面所用的平均时间能反映净光合速率的相对大小，真正光合作用＝呼吸作用＋净光合作用，通过图乙不能找到真正光合作用的最适温度，C错误；虽然抽气后叶片不含氧气，但实验过程中叶片可以进行光合作用产生氧气，故实验过程中叶片能进行有氧呼吸，D错误。
变式训练❶ 下图中甲为植物细胞光合作用的示意图，乙为水稻品种1和水稻品种2的光合速率与光照强度的关系模式图。回答相关问题：
(1)图甲中，A过程为_光反应阶段__，①②来自_叶绿体基质__(填场所)，A、B过程产生的_O2和(CH2O)__(填物质)可用于细胞有氧呼吸。
(2)图乙中，b2点处水稻品种1光合作用合成有机物的速率_等于__(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗有机物的速率。光照强度为c(两曲线交点)时，水稻品种1单位面积叶片中叶绿体O2产生速率_大于__(填“大于”“等于”或“小于”)水稻品种2。
(3)图乙中光合速率可以通过测定单位面积叶片在单位时间内O2的释放量来反映。图甲生理过程停止时测得的光合速率与图乙中的_a__ 点相对应。
(4)当光照强度为d时，测得水稻品种1叶片气孔开放程度比水稻品种2更大，据此参照图甲，对水稻品种1比水稻品种2的O2释放速率高的生理机理，科学家作出的解释为：d点时，水稻品种1叶片气孔开放程度比水稻品种2更大，_CO2供应(进入细胞间隙)更多、更快，水稻品种1固定CO2形成C3的速率就更快，对光反应产生的ATP、NADPH消耗也更快__，进而提高了O2释放速率。
解析：(1)图甲中，A过程需要吸收光能，可以判定A过程为光反应阶段；①②是暗反应消耗NADPH和ATP得到的物质，因此①②来自叶绿体基质；光合作用中的产物O2和有机物(CH2O)可以用于呼吸作用。
(2)图乙中观察曲线的走向变化可以发现，该曲线并不是从原点开始，因此表示净光合速率，b2点处净光合速率为0，所以真正光合作用合成有机物的速率等于呼吸作用消耗有机物的速率；c点时两条曲线相交，净光合速率相等，但水稻品种1和水稻品种2的呼吸速率不同(前者大于后者)，因此水稻品种1单位面积叶片中叶绿体的O2产生速率即真正光合速率大于水稻品种2。
(3)图甲过程停止表示真正光合速率为0，与图乙中的a点相对应。
(4)由于气孔与叶片的气体交换有关，因此水稻品种1气孔开放程度更大可以推测水稻品种1可吸收更多的CO2，固定CO2形成C3的速率就更快，对光反应产生的ATP、NADPH消耗也更快，从而使光反应速率增加，进而提高O2的释放速率。
知识点二 影响光合作用强度的因素
必备知识·夯实双基
深入探讨
1.结合光照强度对光合作用的影响，分析在生产上采取什么措施使农作物增产？
提示：(1)大棚生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使农作物增产。
(2)阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，生产上采取间作套种农作物，可合理利用光能。
(3)合理密植，既充分利用了光能，又避免了农作物叶片相互遮挡，造成减产。
2．结合二氧化碳对光合作用的影响，分析在生产上采取什么措施使农作物增产？
提示：(1)合理密植，正其行，通其风，增加叶片的二氧化碳供应，使农作物增产。
(2)大棚生产中，通过二氧化碳发生器等方法提高二氧化碳浓度，以达到增产目的；增施农家肥等有机肥，有机物被微生物分解，释放二氧化碳，同时分解产生的小分子无机物为农作物提供无机盐；将农作物大棚和养殖家畜的大棚相连通，以增加农作物的二氧化碳供应；及时给大棚通风，以增加二氧化碳供应，达到增产目的。
3．结合温度对光合作用的影响，分析在生产上采取什么措施使农作物增产？
提示：白天适当提高温度，以增强光合作用强度，促进农作物生长，夜晚适当降低温度，以减少呼吸消耗。
课内探究·名师点睛
影响光合作用强度的因素及应用
(1)光照强度
①原理：光照强度通过影响植物的光反应，制约NADPH和ATP的产生，进而影响暗反应。
②曲线分析
③应用：a.阴雨天，温室大棚中适当提高光照强度可以增加光合作用强度；b.一般阴生植物的光补偿点和光饱和点均较低，间作套种时应注意农作物的种类搭配，合理利用光能。
(2)CO2浓度
①原理：影响暗反应阶段，制约C3的形成。
②曲线分析
a．走势分析：图甲和图乙都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定值后，光合作用速率不再继续增大。
b．关键点分析：图甲中A点时光合作用速率等于细胞呼吸速率，此时的CO2浓度称为CO2补偿点，图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；图甲和图乙中的B和B′点都表示CO2饱和点。
③应用：a.大田生产时“正其行，通其风”；b.增施有机肥；c.温室栽培农作物还可以使用CO2发生器与鸡舍等相连。
(3)温度
①原理：温度通过影响与光合作用有关的酶的活性影响光合作用。
②曲线分析
③应用：a.适时播种；b.温室栽培植物时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸消耗，保证植物有机物的积累。
(4)水分
①原理：a.缺水会导致叶片气孔关闭、限制CO2的吸收，间接影响光合作用；b.水是光合作用的原料，缺水可直接影响光合作用，使光合作用减弱。
②曲线分析
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E处光合作用强度暂时降低，可能是因为温度过高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了CO2的供应。
③应用：及时、合理灌溉。
(5)光质
①原理：光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光是复合光，红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。
②应用
a．无色透明的塑料大棚，日光中各色光均能透过，有色塑料大棚主要透过同色光，其他光被吸收，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。
b．实验中黑暗处理以消耗植物体内的有机物时，若需在有光条件下进行操作和观察，最好选用发绿光的灯照明，而不选发红光的灯或发其他光的灯，这样对实验影响最小。
(6)必需元素供应
①原理：必需元素影响酶、叶绿素、NADPH、ATP等的合成。在一定浓度范围内，增加必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，植物会因土壤溶液浓度过高，发生渗透失水而萎蔫。
②应用：合理施肥可促进叶片面积增大，促进叶绿素合成，促进光合作用产物的运输和转化等，进而提高光合作用速率。
(7)叶龄
①原理：在一定范围内，随叶龄增加，叶面积增大，叶片的叶绿体、叶绿素含量增多，光合作用速率增强；随叶龄继续增加，当叶面积大小、叶绿体与叶绿素含量处于稳定状态时，光合作用速率也基本稳定；随叶龄再继续增加(衰老时)，叶绿素含量减少，光合作用速率会下降。
②应用：农作物生长后期，适当摘除发黄的老叶，降低细胞呼吸对有机物的消耗。
(8)叶面积指数
①概念：叶面积指数又叫叶面积系数，指单位土地面积上植物叶片总面积，即叶面积指数＝叶片总面积/对应土地面积。
②曲线分析
③应用：适当修剪和合理密植。
(9)多因子对光合作用速率的影响
典例剖析
典例2 (2023·黑龙江哈尔滨六中高一上期末)某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下的光合作用速率和呼吸作用速率，绘制了如图所示的四幅图，图中a点不可以表示光合作用速率与呼吸作用速率相等的是( A )
解析：图A中光照条件下，植物既进行光合作用又进行呼吸作用，植物吸收CO2进行光合作用，积累有机物，故CO2吸收量代表净光合作用量＝光合作用量－呼吸作用量，黑暗条件下，植物只进行呼吸作用，释放CO2，消耗有机物，A符合题意；图B中a点温室内空气中的CO2浓度不变，说明光合作用量＝呼吸作用量，B不符合题意；图C中a点光合作用速率和呼吸作用速率曲线相交，说明光合作用量＝呼吸作用量，C不符合题意；图D中在a点绿色植物既不吸收CO2，也不释放CO2，说明光合作用量＝呼吸作用量，D不符合题意。
变式训练❷ 图甲表示某植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示该植物在不同光照强度下单位时间内CO2吸收量或CO2释放量。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列叙述正确的是( B )
A．图甲中，a点时该植物产生ATP的场所只有线粒体
B．图甲中，c点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等
C．图甲中的d点对应对乙中的h点，都代表该植物的光饱和点
D．若将环境中的CO2浓度增加，图乙中的光饱和点一定会发生改变
解析： 图甲中，a点时该植物只进行细胞呼吸，该植物产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质，A错误；图甲中，a点光照强度条件下，O2的产生总量为0，植物不进行光合作用，此时的CO2释放量可表示呼吸速率，c点时O2的产生总量为6，即c点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等，B正确；图甲显示的O2产生总量反映的是真正光合作用的量，CO2释放量＝呼吸作用CO2产生量－光合作用CO2消耗量，图甲中d点只能说明此时光合作用速率>呼吸作用速率；而图乙中的h点为光的饱和点，故d点不一定对应h点，C错误；若将环境中的CO2浓度增加，图乙中的光饱和点不一定会发生改变，D错误。
一、光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动
CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。
(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移；CO2(或光)饱和点C应左移，反之右移；D点应左下移，反之右上移。
(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移；CO2(或光)饱和点C应左移，反之右移。D点应左下移，反之右上移。
(3)与阳生植物相比，阴生植物CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
典例3 人参是阴生植物，常生长在以红松为主的针阔混交林中。已知人参和红松光合作用的最适温度为25 ℃，呼吸作用的最适温度为30 ℃。在25 ℃条件下人参和红松光合速率与呼吸速率比值(P/R)随光照强度的变化曲线如图。下列叙述正确的是( C )
A．光照强度为a时，每日光照12小时，人参可正常生长而红松不能
B．光照强度为c时，人参和红松光合作用合成有机物的量相等
C．在b点之后，限制人参P/R增大的主要外界因素是CO2浓度
D．若将环境温度提高至30 ℃，其他条件不变，a点将左移
解析：光照强度为a时，对于人参(B)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，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少，因此人参和红松均不能正常生长，A错误；c点代表人参和红松的光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)相等，并不能代表人参和红松光合作用合成有机物的量相等，B错误；影响光合作用的外界因素主要是温度、光照强度、CO2浓度，而b点为人参的光饱和点，温度为光合作用的最适温度为25 ℃，因此在b点之后，限制人参P/R增大的主要外界因素是CO2浓度，C正确；若将环境温度提高至30 ℃，人参的光合作用会减弱，呼吸作用会增强，所以其他条件不变，a点将右移，D错误。故选C。
二、光合速率的测定
1．装置图法
(1)装置中溶液的作用
在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，能保证容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定原理
①甲装置：在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
②乙装置：在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(3)测定方法
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。
(4)物理误差的校正
为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2．叶圆片称重法
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
如图所示，将植物对称叶片的一部分(A)遮光，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。
典例4 (2023·山东烟台期末诊断)某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在室温25 ℃下进行了一系列的实验，下列对实验条件及结果的叙述错误的是( C )
A．若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小
B．若要测真正光合作用强度，需另设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液
C．若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移
D．若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移
解析：当给予光照时，装置内植物既进行光合作用也进行呼吸作用，CO2缓冲液可保持装置内CO2浓度不变，那么液滴移动距离表示净光合作用释放O2的多少，A正确；真光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度，测呼吸作用强度需另设一装置，遮光处理(植物不能进行光合作用)，为排除有氧呼吸产生的CO2的干扰，X溶液为NaOH溶液，那么测得的液滴移动距离表示有氧呼吸消耗O2的量，B正确；若X溶液为清水并给予光照，光合作用时，装置内植物光合作用吸收的CO2量＝释放的O2量，植物有氧呼吸吸收的O2量＝释放的CO2量，液滴不移动，C错误；若X溶液为清水并遮光处理，开始一段时间内，植物进行有氧呼吸，消耗的底物为脂肪时，其氧化分解消耗O2的量大于产生CO2的量，液滴向左移动，D正确。
典例5 某研究小组为测定不同光照条件下黑藻的光合速率，将等量且生理状态相同的黑藻植株，分装于6对黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干净湖水，分别置于六种不同的光照条件下，24 h后6对黑白瓶中溶氧量变化情况(不考虑其他生物)如下表。以下说法错误的是( C )
A.可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率
B．该实验条件下光照强度为a时白瓶中的黑藻不能生长
C．白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，短时间内叶肉细胞中C5含量减少
D．可以根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光强下黑藻的净光合速率
解析：由图表分析可知，黑瓶中不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，其中溶解氧的减少代表水体中生物的呼吸速率，不考虑其他生物，因此可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率，A正确；表中光照强度为a时，白瓶中溶解氧变化量为0，说明此时黑藻的净光合速率为0，因此，该光照条件下的黑藻不能生长，B正确；白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，则会导致C5的消耗减少，而C3的还原过程基本不变，因此，短时间内叶肉细胞中C5含量增加，C错误；综合分析可知，白瓶中溶氧量的变化代表黑藻的净光合速率，因此可根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光强下黑藻的净光合速率，D正确。
三、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型
图甲为自然环境中一昼夜CO2吸收和释放变化曲线，图乙为密闭玻璃罩内CO2浓度与时间关系曲线。
(1)有关有机物变化情况的分析(图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是曲线与横纵坐标围成的面积)
①能进行光合作用制造有机物时间段：ci段；消耗有机物时间段：aj段。
②积累有机物时间段：dh段；一天中有机物积累最多的时间点：h点。
③光补偿点：d点和h点。
④图甲：一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。
(2)相对密闭环境中，一昼夜植物体内有机物总量变化分析(图乙)
积累量可用J点与A点对应的CO2浓度的差值表示，据此可判断24小时该植物是否积累有机物。
①如果J点低于A点，说明经过一昼夜，光合作用制造的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物(光合作用CO2固定量大于细胞呼吸CO2产生量)，植物体内的有机物总量增加。
②如果J点高于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。
③如果J点等于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
典例6 如图是密闭大棚内番茄在24小时测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图。下列有关叙述错误的是( D )
A．a点CO2释放量减少可能是由于温度降低使细胞呼吸减弱
B．d点时光合速率虽有所下降，但仍大于呼吸速率
C．如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
D．番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段
解析： a点之后CO2的释放量又增加，可推测a点是温度降低导致细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，A正确；d点时气温高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，但净光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正确；番茄通过光合作用制造有机物的时间是bf段，ce段属于有机物的积累阶段，D错误。
学霸记忆
1.在一定范围内，随着光照强度或CO2浓度的增大，光合速率逐渐增大，但超过一定范围后，光合速率不再增大。
2．提高光合作用强度的两种措施是：①控制光照强弱和温度的高低；②适当增加环境中的CO2浓度。
3．能够以二氧化碳和水为原料合成糖类的生物，属于自养生物；只能利用环境中现成有机物来维持自身生命活动的生物，属于异养生物。
4．化能合成作用是指生物利用某些无机物氧化时释放的化学能合成有机物的作用。
5．硝化细菌是进行化能合成作用的典型生物。
1．某研究小组进行了探究环境因素对某植物光合作用影响的实验，实验结果如图所示。下列分析正确的是( D )
A．若将CO2浓度改为温度，则此关系也成立
B．若e点为正常植物的光饱和点，则b－c段影响光合作用速率的环境因素主要有光照强度、CO2浓度、温度
C．图中c、d两点相比，c点植物叶肉细胞中C3的含量要低一些
D．图中a、c两点相比，c点时植物叶肉细胞中参与C3还原的NADPH和ATP多
解析：图中CO2浓度1大于CO2浓度2，若将CO2浓度改为温度，温度影响酶的活性，所以温度和光合作用的强度并不是线性关系，则此关系不一定成立，A错误；若e点为正常植物的光饱和点，即达到e后，光合作用的速率不再随着光照强度的增加而上升，b－c段影响光合作用速率的主要环境因素则不包含光照强度，B错误；图中c、d两点相比，d点二氧化碳浓度更低，二氧化碳固定速率更慢，植物叶肉细胞中C3的含量要低一些，C错误；a点植物比c点时光照强度更弱，光反应速率更慢，产生用于C3还原的NADPH和ATP更少，D正确。故选D。
2．湖北咸宁是中国桂花之乡，“桂乡”美名享誉全国，桂花以其独特的香气深受人们喜爱。下图为某科研小组测定其在不同光照条件下的净光合速率，下列有关说法错误的是( C )
A．桂花的叶绿体中有大量由类囊体堆叠而成的基粒，极大地扩展了受光面积
B．若适当提高温度，光合作用的增加值小于细胞呼吸的增加值，则光补偿点右移
C．曲线与横坐标的交点处，净光合速率为0，说明光照强度太低，桂花不进行光合作用
D．为了促进桂花幼苗的快速生长，苗木培育工作者可在夜间适当补充红色或者蓝紫色光源
解析： 光合色素分布在类囊体薄膜上，叶绿体内有大量由类囊体堆叠而成的基粒，极大地扩展了受光面积，A正确；光补偿点时光合作用与细胞呼吸强度相等，若适当提高温度，光合作用的增加值小于细胞呼吸的增加值，则应给予更强的光照才能使光合作用与细胞呼吸强度相等，故光补偿点应向右移动，B正确；曲线与横坐标的交点处，净光合速率为0，此时光合作用和细胞呼吸强度相等，C错误；叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，在夜间适当补充红色或者蓝紫色光源，可以促进桂花幼苗的快速生长，D正确。
3．图甲表示A、B两种植物光合速率随光照强度改变的变化曲线，图乙表示将A植物放在不同浓度的CO2环境条件下，A植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。请分析回答下列问题：
(1)在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是_A__。
(2)图甲中的a点表示_A植物的细胞呼吸速率__，如果用缺镁的培养液培养A植物幼苗，则b点的移动方向是_向右__。
(3)叶绿体中ADP的移动方向是从_叶绿体基质__向_类囊体薄膜__方向移动；下图与c点相符合的是_D__。
(4)e点与d点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量_低__(填“高”“低”或“基本一致”，下同)；e点与f点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量_高__。
(5)当光照强度为g时，比较植物A、B的有机物积累速率M1、M2的大小和有机物合成速率N1、N2的大小，结果分别为M1_＝__M2、N1_>__N2(填“>”“<”或“＝”)。
(6)增施农家肥可以提高光合速率的原因是①_农家肥被微生物分解后为农作物提供二氧化碳__；②_农家肥被微生物分解后为农作物提供矿质元素__。
解析：(1)根据题意分析可知，图甲中A代表的是阳生植物，B代表的是阴生植物，因此在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是A。
(2)据题图分析可知，图甲中a点对应的光照强度为0，此时植物细胞不进行光合作用，因此该点表示A植物的细胞呼吸速率；镁是构成叶绿素的重要元素，如果用缺镁的完全营养液培养A植物幼苗，A植物叶绿素的含量降低，光合作用强度减弱，而细胞呼吸强度不变，因此其光补偿点将升高，即b点将右移。
(3)根据光合作用过程分析，在叶绿体基质中进行暗反应，发生ATP水解产生ADP和Pi的过程，而ADP合成ATP的过程发生在类囊体薄膜上，因此叶绿体中ADP由叶绿体基质向类囊体薄膜移动；图甲中c点为光饱和点，此时光合作用强度大于细胞呼吸强度，对应于图D。
(4)e点与d点相比较，CO2浓度相同，但是e点光照强度大，光反应产生的ATP和NADPH多，C3还原速率快，而CO2固定产生的C3不变，因此e点细胞中C3含量低；e点与f点相比较，光照强度相同而CO2浓度不同，e点CO2浓度高于f点，CO2固定产生的C3多，光反应产生的NADPH和ATP数量不变，C3被还原速率不变，因此e点细胞中C3含量高。
(5)分析题图可知，光照强度为g时，植物A、B净光合作用强度的曲线相交于一点，说明A、B的有机物积累速率M1、M2相等；由于植物A的细胞呼吸强度大于植物B，因此实际光合作用强度是N1>N2。
(6)农家肥含有丰富的有机物，被分解者分解形成二氧化碳、无机盐等无机物，二氧化碳可以为光合作用提供原料而提高光合作用的强度进而提高农作物的产量，无机盐可以为植物提供矿质营养进而增加农作物的产量。
类型
概念
代表生物
自养
生物
能将_无机物__合成为_有机物__的生物
光能自养生物：_绿色植物__化能自养生物：_硝化细菌__
异养
生物
只能利用环境中_现成的有机物__来维持自身生命活动的生物
人、动物、真菌、大多数细菌
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物→有机物
有机物→无机物
能量变化
光能→化学能(储能)
化学能→ATP中活跃的化学能、热能(放能)
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光条件下都能进行
比较项目
主要来源
主要去路
还原性辅酶
光合作用
光反应中水的光解
作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物
有氧呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生水，同时释放大量能量
ATP
光合作用
在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转化的太阳能
供应暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中
有氧呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解
作为供能物质直接用于各项生命活动
影响因素
影响机理
光照强度、光照时间、光的波长(光质)
因光能是_光反应__的动力，光照不同会影响_光反应__
CO2浓度、叶片气孔开闭程度
因CO2是光合作用_暗反应__的原料，影响CO2的供应量从而影响_暗反应__
无机营养(Mg2＋等)、病虫害
因叶绿体是_光合作用的场所__，影响叶绿体的形成和结构的因素会影响光合作用
温度
因光反应、暗反应都需要_酶__的催化，温度影响_有关酶的活性__会影响光合作用
水
因水是_光反应__的原料；水是良好的溶剂，暗反应的许多种物质能够溶解在水中，水的流动可以把_ATP、ADP、Pi、NADPH和NADP＋__等运送到需要的部位；水分还能影响_气孔的开闭__，间接影响CO2进入植物体内，缺水影响光反应和暗反应
A
光照强度为0，只进行细胞呼吸，CO2的释放速率可代表细胞呼吸速率
A～B段
随光照强度增加，光合作用强度也逐渐增强，但细胞呼吸强度大于光合作用强度
B点
该点对应的光照强度为光补偿点，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度
B～C段
随光照强度不断增加，光合作用强度也不断增强，此段光合作用强度大于细胞呼吸强度
C点
该点对应的光照强度(d)为光饱和点，光合作用强度达到最大，C点以后光合作用强度不再增加的内部限制因素有色素含量、酶的数量等，外部因素是CO2浓度、温度等除光照强度以外的其他环境因素
A～B段
在B点之前，随着温度升高，光合作用速率增大
B点
B点对应温度为相关酶的最适温度，光合作用速率最大
B～C段
随着温度升高，相关酶的活性下降，光合作用速率减小，温度过高时光合作用速率几乎为零
A点以前
随叶面积指数的不断增大，光合作用实际量不断增大
A点以后
随叶面积指数的增大，光合作用实际量不再增大，原因是光照已被最大限度利用
B点以前
干物质量随叶面积指数增大而增加
BC点之间
由于A点以后，光合作用实际量不再增大，但随叶面积指数的不断增大，叶片呼吸量不断增加，所以干物质量不断减少
图像
含义
P点及P点之前，限制光合作用速率的主要因素应为横坐标所表示的因子，随横坐标所表示的因子的不断加强，光合作用速率不断提高；Q点之后，横坐标所表示的因子不再是影响光合作用速率的主要因素
应用
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当调高温度，增大光合作用相关酶的活性，提高光合作用速率，也可同时充入适量的CO2进一步提高光合作用速率；当温度适宜时，可适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率
光照强
度(klx)
0
(黑暗)
a
b
c
d
e
白瓶溶氧量
(mg/L)
－7
＋0
＋6
＋8
＋10
＋10
黑瓶溶氧量
(mg/L)
－7
－7
－7
－7
－7
－7
图甲：夏季一昼夜CO2吸收和释放变化曲线
图乙：密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线
b点：凌晨2～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
c点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
cd段：光合速率小于呼吸速率。
d点：上午7时左右，光合速率等于呼吸速率。
dh段：光合速率大于呼吸速率。
f点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象。
h点：下午6时左右，光合速率等于呼吸速率。
hi段：光合速率小于呼吸速率。
ij段：无光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸
AC段：无光照，植物只进行细胞呼吸。
AB段：温度降低，细胞呼吸减弱。
CD段：4时后，有微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。
D点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中EF段出现“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。
HJ段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止