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2025届高考 一轮复习 人教版 影响光合作用的因素及应用 课件(多选版)
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这是一份2025届高考 一轮复习 人教版 影响光合作用的因素及应用 课件(多选版)，共49页。PPT课件主要包含了实验变量，光合作用强度，台灯与烧杯，光照强度，浮的数量，实验流程，灯光的热量，株高不同，间作比不同时，CO2浓度等内容，欢迎下载使用。
考点一 影响光合作用强度的因素的实验分析
【精梳·攻教材】1.实验原理:
单位时间内圆形小叶片上
4.实验结果:光照越强,单位时间内烧杯内圆形小叶片浮起的数量______,说明一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度不断______。【名师点睛】 实验中的变量控制(1)自变量的控制:还可以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)因变量的控制: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。
【辨·清易错】 1.使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。( )2.往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。( )分析:往水中吹气是为了增加水中的CO2。3.将排气后的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。( )4.在探究光照强度对光合作用强度的影响中,增加光照强度或温度,都能明显缩短圆形小叶片上浮至液面所用的时间。 ( )分析:当达到光饱和点后,增加光照强度不会缩短圆形小叶片上浮至液面所用的时间。适当地提高温度,可能会增加圆形小叶片上浮至液面所用的时间。5.在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,能直接测定出其真正的光合作用速率。( )分析:在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,无法排除细胞呼吸的影响,因此不能直接测定出其真正的光合作用速率。
【写·练表达】 (必修1 P105 探究·实践延伸)LED台灯会产生热量,距离越近(功率越大)热量越多,从而影响装置溶液的温度,欲避免光照对烧杯内水温产生影响,实验改进措施是______________________________________________________________________________。
在台灯和盛有圆形小叶片的烧杯之间放一盛水的玻璃柱,该玻璃柱可以吸收
【精练·提能力】1.(多选)采用真空渗水法(叶圆片上浮法)探究光照强度对光合作用强度的影响时,需要下列哪几项操作( )A.将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理B.将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用C.将抽气的叶圆片分别置于不同浓度的NaHCO3溶液中D.对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射
【解析】选A、B、D。将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理,目的是抽出叶肉细胞间隙中的气体,使叶片下沉,A符合题意;将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用,此后再对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射,可根据叶圆片上浮的时间推测不同光照强度下的光合作用强度,B、D符合题意;本实验的自变量为光照强度,则NaHCO3溶液浓度为无关变量,应保持相同且适宜,C不符合题意。
提升·关键能力——实验无关变量的控制影响光合作用强度的因素实验中无关变量的控制(1)打孔时要避开大的叶脉,因为其中没有叶绿体,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。(2)为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。(3)所用光源产生的热量不应对实验产生影响,可选用冷光源,或在光源和烧杯之间添加盛水玻璃柱。
2.如图所示装置可用来探究光照强度对光合作用强度的影响。根据该图的材料及设置,下列说法错误的是( )A.叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度等于呼吸作用强度B.实验前将各叶圆片内的气体排出,其目的是排除原有气体对实验结果的干扰C.最直接的净光合速率观测指标是相同时间内叶圆片上浮数量D.此装置也可以用于探究CO2浓度对光合作用强度的影响
【解析】选A。叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度,A错误;实验前将各叶圆片内的气体排出,目的是排除原有气体对实验结果造成的干扰,B正确;可以通过观察相同时间内叶圆片上浮数量来直接反映净光合速率,C正确;此装置可以通过设置不同的CO2浓度,探究CO2浓度对光合作用强度的影响,D正确。
【加固训练】某同学进行探究环境因素对光合作用强度的影响的活动中,以黑藻、NaHCO3溶液、精密pH试纸、100 W聚光灯、温度计、大烧杯和不同颜色的玻璃纸等为材料用具。下列叙述错误的是( )A.NaHCO3溶液可以为黑藻的光合作用提供CO2B.降低聚光灯的瓦数可导致黑藻光合作用释放氧气速率变慢C.选用不同颜色玻璃纸分别罩住聚光灯,可探究光照强度对光合作用强度的影响D.由于黑藻将溶液中的CO2转化为有机物引起pH改变,可用精密pH试纸检测溶液pH来估测光合速率变化
【解析】选C。NaHCO3溶液可以为黑藻的光合作用提供CO2,常作为光合作用的原料,A正确;降低聚光灯的瓦数可降低光照强度,导致黑藻光合作用释放氧气速率变慢,B正确;选用不同颜色玻璃纸分别罩住聚光灯,可探究光质对光合作用强度的影响,C错误;由于黑藻将溶液中的CO2转化为有机物引起pH变大,可用精密pH试纸检测溶液pH来估测光合速率变化,D正确。
考点二 影响光合作用强度的因素的模型分析
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】(2024·保定模拟)研究人员以玉米大豆间作系统为主要研究对象,设置玉米单作(M)、大豆单作(S)、玉米大豆行比2∶4间作(M2S4)、4∶4间作(M4S4)和4∶6间作(M4S6)处理,分析随玉米以及大豆行数增加对大豆株高及大豆开花结荚期光合速率的影响,结果如图所示。回答下列问题:
(1)从大豆和玉米植株本身的特点分析,大豆和玉米可间作的依据是二者__________,且光饱和点和光补偿点存在差异。玉米和大豆间行种植模式的优势是________________________________________________________________________________________________________________________________(写出两点)。 (2)比较图甲中间作和单作的大豆株高,可得出的结论是____________________________________________________________________。
可以充分利用光能,提高光能利用率;和大豆互利共生的根瘤菌能够固氮,可增
加土壤肥力,为玉米提供氮肥;增大农产品的产出量,提高经济效益
与单作相比,间作可增加大豆的株高,且不同行比对大豆株高的影响基本一致
【解析】(1)大豆和玉米植株高矮不同,且光饱和点和光补偿点存在差异,二者间作与单一的种植模式相比,可以充分利用光能,提高光能利用率;和大豆互利共生的根瘤菌能够固氮,可增加土壤肥力,为玉米提供氮肥;也可增大农产品的产出量,提高经济效益。(2)据图甲可知,间作时大豆的株高高于单作时,且行比不同时的间作下株高基本相同,说明间作可促进大豆株高增加,但行比不同不影响株高的增加量。
(3)根据图乙可知,不同条件下大豆开花结荚期光合速率的特点有_________________________________________________、_______________________________________,影响其光合速率的环境因素主要是_________和_________。参考以上实验,为确定间行种植对玉米光合速率的影响,可选择比较的对象是__________________(填处理组别)。 聚焦考查点:影响光合作用的因素。
与单作相比,间作条件下大豆开花结荚期光合速率降低
光合速率降低的程度不同
S2M4、S4M4、S4M6
(3)据图乙可知,与单作相比,间作条件下大豆开花结荚期的光合速率降低,且玉米大豆行比不同时,光合速率降低的程度不同。间作比不同时,大豆接受到的光照强度不同,通风情况不同,导致CO2浓度有差异,因此影响其光合速率的主要因素是光照强度和CO2浓度。为确定间行种植对玉米光合速率的影响,可选择比较玉米大豆行比分别为S2M4、S4M4、S4M6条件下的玉米光合速率。
【破解策略】“模型法”分析影响光合作用强度的因素(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。②模型分析:光照强度为OA段,限制光合作用强度的因素是光照强度,光照强度大于A点时,限制光合作用强度的因素是除光照强度以外的其他因素。③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模型分析:图中A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;AB段限制光合作用强度的因素是CO2浓度,CO2浓度超过B点,限制光合作用强度的因素是除CO2浓度以外的其他因素。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,主要制约暗反应。②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。b.矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产生直接或间接的影响。②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关键点解读:P点时限制光合速率的因素为横坐标表示的因子,随着因子的不断加强,光合速率不断提高。Q点时横坐标表示的因子不再是影响光合速率的因素,影响因素主要为各曲线所表示的因子。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。
【精练·提能力】1.(2024·保定模拟)如图表示在不同光照强度下某植物的氧气释放速率。该植物在2 000 lx的光照强度下,每小时光合作用产生的氧气量(ml)是( )A.12D.23【解析】选D。由图可知,当光照强度为0 lx时,每小时氧气释放量是6 ml,即每小时细胞呼吸消耗的氧气量为6 ml,当光照强度为2 000 lx时,每小时氧气释放量是17 ml,则光合作用每小时产生的氧气为17+6=23 ml,D正确。
2.(2024·石家庄模拟)环境因素的改变可影响叶绿体中色素的种类和含量,而叶绿体中色素的种类与含量又直接影响光合速率。下列叙述正确的是 ( )A.在无光条件下培育的韭菜叶片中不含任何色素,无法进行光合作用B.温度降低导致叶绿素含量下降的唯一原因是叶绿素的合成能力降低C.提取光合色素时需要在水中将植物叶片充分研磨以利于各种色素的释放D.光合色素对不同波长光的吸收能力不同,且每种色素都不能吸收所有波长的光
【解析】选D。叶绿素的合成需要光照,在无光条件下培育的韭菜叶片中不含叶绿素,但是有其他色素,可以进行光合作用,A错误;温度降低导致叶绿素含量下降的原因除了叶绿素的合成能力降低,还有低温下叶绿素更容易分解,B错误;光合色素溶解于有机溶剂,提取光合色素时需要在无水乙醇中将植物叶片充分研磨,以利于各种色素的释放,C错误;光合色素对不同波长光的吸收能力不同,且每种色素都不能吸收所有波长的光,会对某些波长的光吸收较为明显,如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,D正确。
3.(多选)为了探究光照强度和土壤含水量对密闭容器中某植株光合速率的影响,研究小组进行了相关实验,实验处理及其结果如图所示,其中20%、40%、60%为土壤含水量,弱、中、强为光照强度,光合速率的单位为mgCO2·dm-2·h-1。据图分析,下列叙述正确的是( )A.相同土壤含水量下,随着图中光照强度的增加,光合速率先升高后降低B.相同光照强度下,随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强C.中强度光照和土壤含水量为40%的条件最有利于该植株的生长D.弱强度光照条件下,土壤含水量不是限制该植株光合作用的环境因素
【解析】选A、B。相同土壤含水量下如20%(或40%、60%)含水量时,随着图中光照强度的增加,光合速率先升高后降低,A正确;相同光照强度下如弱光照(或中、强光照),随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强,B正确;图中的实验条件中,中强度光照强度和土壤含水量为60%的条件最有利于该植株的生长,C错误;弱强度光照条件下,随着土壤含水量的增加,该植株光合作用随之增强,说明弱强度光照条件下,土壤含水量是限制该植株光合作用的环境因素,D错误。
4.(2024·秦皇岛模拟)科研人员在植物工厂内对某种植物幼苗在不同环境条件下的代谢速率和胞内物质含量做了一系列研究,结果如图所示。甲、乙图中的分组如下:CK组(白光)、A组(红光∶蓝光=1∶2)、B组(红光∶蓝光=3∶2)、C组(红光∶蓝光=2∶1),每组光源的输出功率相同。请根据所学内容回答下列问题:
(1)光合作用的原料是___________,光照为植物的光合作用提供了______。 (2)由图甲、图乙可知,选用红、蓝光配比为______时,最有利于该植物产量的提高,原因是_____________________________________________________。 (3)图丙中CP点时光合作用与呼吸作用的强度关系是__________________________________,M点时植物的________作用速率最高。 (4)图丙在低光强条件下,植物CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是_________________________________________________________________________________________。
叶绿素和含氮物质的含量最高,有机物积累最多(干重最多)
低光强条件限制了光合作用速率的提高,但呼吸作用速率随着叶温上升而提高,
导致CO2吸收速率下降
【解析】(1)光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,将CO2和H2O转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程,光合作用的原料是CO2和H2O,光照为植物的光合作用提供了能量。(2)根据图甲、图乙的数据分析,在红、蓝光配比为3∶2的实验组中,植物叶片中的氮含量和叶绿素含量都是最高的,导致植物的光合作用速率最快,有机物积累最多(干重最多)。(3)图丙中CP点CO2吸收速率为0,此时植物的光合作用和呼吸作用速率相等。M点为CO2吸收速率最大点,此时净光合作用速率最高。(4)低光强条件下植物的光合作用速率受到限制,叶温上升时光合作用速率保持不变,但呼吸作用速率大幅提升,导致CO2吸收速率(净光合速率)下降。
【从教材走向高考】 5.(必修1 P106“拓展应用”T1改编)下图是在夏季晴朗的白天,某种绿色植物叶片光合作用强度的变化曲线图。分析曲线图并回答问题。
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是_______________________________________。 (2)12时限制光合作用强度的主要因素是________,理由是___________________________________________________。 (3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是__________________。 (4)从图中可以看出,限制光合作用的因素有__________________。 (5)依据本题提供的信息,提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。______________________________________
光照强度不断增加,光合作用便
温度不断升高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,CO2浓度降低
适当提高光照强度、通风、增施有机肥等
【解析】(1)7～10时,在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下,随着时间的推移,光照强度不断增加,光合作用便不断加强。(2)随着光照强度不断增加,温度不断增高,在10～12时温度很高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,二氧化碳浓度降低,从而使光合作用强度减弱。(3)14～17时光合作用强度不断下降,是因为此时光照强度不断减弱,导致光反应减慢,最终光合作用减慢。(4)根据以上分析,限制因素是光照强度、温度、CO2浓度。(5)可以适当提高光照强度来提高光合作用强度,也可以通过通风、增施有机肥等提高光合作用强度。
【加固训练】光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析正确的是( )A.10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高B.在不同CO2浓度条件下,光合作用的最适温度相同C.CO2浓度为200 μL·L-1时,温度对光合速率的影响小D.1 000 μL·L-1CO2浓度是车前草进行光合作用的最适浓度
【解析】选C。由图可知,10 ℃条件下,CO2浓度从200 μL·L-1增加至370 μL·L-1时,光合作用速率增加,CO2浓度从370 μL·L-1增加至1 000 μL·L-1时,光合作用的速率相接近,所以不能表明10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,A错误;由图可知,在不同CO2浓度条件下,光合作用的最适温度不相同,并且在CO2浓度为1 000 μL·L-1时,根据图不能判断最适温度的值,B错误;CO2浓度为200 μL·L-1时,光合速率随温度变化的幅度最小,即温度对光合速率的影响小,C正确;图中只做了三种不同浓度的实验组,所以由图不能得出车前草进行光合作用的最适CO2浓度,D错误。
【感悟高考】1.(2022·海南等级考)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溶液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O2的速率C.四组实验中,0.5%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
【解析】选B。本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度),温度和光照为无关变量,A错误;当光合作用产生的O2量大于细胞呼吸释放的CO2量时,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O2的速率,B正确;四组实验中,0.5%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。
2.(2023·山东等级考)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为_____________。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有_________________________(答出2个因素即可)。 (2)根据本实验,______(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是_________________________________________________________________________________________________。 (3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量_____(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是_______________________________________________________________________________。
CO2浓度、温度(合理即可)
强光照射下突变体的NPQ相对值高于野生型,突变体
PSⅡ光损伤小但不能修复,野生型PSⅡ光损伤大但能修复
突变体的NPQ强度大,PSⅡ的损伤小,虽然损伤不能修复,但是PSⅡ活性强,
【解析】本题以实验探究的形式考查植物的光合作用有关知识。(1)据题意,科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结合题图分析可知,该实验的自变量有H蛋白和光照;影响光合作用强度的主要环境因素有光照强度、CO2浓度、温度、水分等,但该实验中光照强度为自变量,因此无关变量中影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。(2)据图分析,强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高,能更有效地减少强光对PSⅡ复合体的损伤。但是野生型拟南芥含有H蛋白,能对损伤后的PSⅡ进行修复,故不能确定强光照射下,突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。(3)据题图可知,强光照射下突变体的NPQ强度更高,而NPQ能将过剩的光能耗散,NPQ强度越高,耗散的能量越多,因此强光下突变体中流向光合作用的能量越少;突变体的NPQ强度大,能够减少强光对PSⅡ的损伤,且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用,这样导致突变体的PSⅡ活性更高,能为暗反应提供更多的NADPH和ATP,促进暗反应进行,进而使突变体的暗反应强度高于野生型。
【预测高考】锁定新情境:植物适应新环境的特征 将某植物引种到新环境后,其光合速率较原环境发生了一定的变化。在新环境中的光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示:注:气孔导度越大,气孔开启程度越大
基于核心素养的新考向:1.(物质与能量观)叶绿体中光合色素吸收的光能一部分将水分解为氧和H+,后者与_______结合,形成NADPH,另一部分转化为ATP中的化学能。图中光合作用形成ATP最快的时刻是_______。 2.(结构与功能观)8:00～10:00时,气孔导度增大,这样既能满足光合作用对CO2的需求,又能提高蒸腾速率,有助于植物体内无机盐的______(填“吸收”或“运输”)。 3.(批判性思维)10:00～12:00时气孔导度较大但光合速率明显减弱,其原因可能是______________________________________________________。
光照强度逐渐增强,导致酶的活性减弱,抑制光合作用的进行
考点一 影响光合作用强度的因素的实验分析
【精梳·攻教材】1.实验原理:
单位时间内圆形小叶片上
4.实验结果:光照越强,单位时间内烧杯内圆形小叶片浮起的数量______,说明一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度不断______。【名师点睛】 实验中的变量控制(1)自变量的控制:还可以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)因变量的控制: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。
【辨·清易错】 1.使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。( )2.往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。( )分析:往水中吹气是为了增加水中的CO2。3.将排气后的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。( )4.在探究光照强度对光合作用强度的影响中,增加光照强度或温度,都能明显缩短圆形小叶片上浮至液面所用的时间。 ( )分析:当达到光饱和点后,增加光照强度不会缩短圆形小叶片上浮至液面所用的时间。适当地提高温度,可能会增加圆形小叶片上浮至液面所用的时间。5.在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,能直接测定出其真正的光合作用速率。( )分析:在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,无法排除细胞呼吸的影响,因此不能直接测定出其真正的光合作用速率。
【写·练表达】 (必修1 P105 探究·实践延伸)LED台灯会产生热量,距离越近(功率越大)热量越多,从而影响装置溶液的温度,欲避免光照对烧杯内水温产生影响,实验改进措施是______________________________________________________________________________。
在台灯和盛有圆形小叶片的烧杯之间放一盛水的玻璃柱,该玻璃柱可以吸收
【精练·提能力】1.(多选)采用真空渗水法(叶圆片上浮法)探究光照强度对光合作用强度的影响时,需要下列哪几项操作( )A.将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理B.将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用C.将抽气的叶圆片分别置于不同浓度的NaHCO3溶液中D.对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射
【解析】选A、B、D。将叶圆片置于注射器内进行多次重复抽气处理,目的是抽出叶肉细胞间隙中的气体,使叶片下沉,A符合题意;将抽气的叶圆片置于黑暗盛有清水的烧杯中待用,此后再对装有叶圆片的烧杯进行不同强度的光照照射,可根据叶圆片上浮的时间推测不同光照强度下的光合作用强度,B、D符合题意;本实验的自变量为光照强度,则NaHCO3溶液浓度为无关变量,应保持相同且适宜,C不符合题意。
提升·关键能力——实验无关变量的控制影响光合作用强度的因素实验中无关变量的控制(1)打孔时要避开大的叶脉,因为其中没有叶绿体,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。(2)为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。(3)所用光源产生的热量不应对实验产生影响,可选用冷光源,或在光源和烧杯之间添加盛水玻璃柱。
2.如图所示装置可用来探究光照强度对光合作用强度的影响。根据该图的材料及设置,下列说法错误的是( )A.叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度等于呼吸作用强度B.实验前将各叶圆片内的气体排出,其目的是排除原有气体对实验结果的干扰C.最直接的净光合速率观测指标是相同时间内叶圆片上浮数量D.此装置也可以用于探究CO2浓度对光合作用强度的影响
【解析】选A。叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度,A错误;实验前将各叶圆片内的气体排出,目的是排除原有气体对实验结果造成的干扰,B正确;可以通过观察相同时间内叶圆片上浮数量来直接反映净光合速率,C正确;此装置可以通过设置不同的CO2浓度,探究CO2浓度对光合作用强度的影响,D正确。
【加固训练】某同学进行探究环境因素对光合作用强度的影响的活动中,以黑藻、NaHCO3溶液、精密pH试纸、100 W聚光灯、温度计、大烧杯和不同颜色的玻璃纸等为材料用具。下列叙述错误的是( )A.NaHCO3溶液可以为黑藻的光合作用提供CO2B.降低聚光灯的瓦数可导致黑藻光合作用释放氧气速率变慢C.选用不同颜色玻璃纸分别罩住聚光灯,可探究光照强度对光合作用强度的影响D.由于黑藻将溶液中的CO2转化为有机物引起pH改变,可用精密pH试纸检测溶液pH来估测光合速率变化
【解析】选C。NaHCO3溶液可以为黑藻的光合作用提供CO2,常作为光合作用的原料,A正确;降低聚光灯的瓦数可降低光照强度,导致黑藻光合作用释放氧气速率变慢,B正确;选用不同颜色玻璃纸分别罩住聚光灯,可探究光质对光合作用强度的影响,C错误;由于黑藻将溶液中的CO2转化为有机物引起pH变大,可用精密pH试纸检测溶液pH来估测光合速率变化,D正确。
考点二 影响光合作用强度的因素的模型分析
【精研·破疑难】【命题研究】【典例】(2024·保定模拟)研究人员以玉米大豆间作系统为主要研究对象,设置玉米单作(M)、大豆单作(S)、玉米大豆行比2∶4间作(M2S4)、4∶4间作(M4S4)和4∶6间作(M4S6)处理,分析随玉米以及大豆行数增加对大豆株高及大豆开花结荚期光合速率的影响,结果如图所示。回答下列问题:
(1)从大豆和玉米植株本身的特点分析,大豆和玉米可间作的依据是二者__________,且光饱和点和光补偿点存在差异。玉米和大豆间行种植模式的优势是________________________________________________________________________________________________________________________________(写出两点)。 (2)比较图甲中间作和单作的大豆株高,可得出的结论是____________________________________________________________________。
可以充分利用光能,提高光能利用率;和大豆互利共生的根瘤菌能够固氮,可增
加土壤肥力,为玉米提供氮肥;增大农产品的产出量,提高经济效益
与单作相比,间作可增加大豆的株高,且不同行比对大豆株高的影响基本一致
【解析】(1)大豆和玉米植株高矮不同,且光饱和点和光补偿点存在差异,二者间作与单一的种植模式相比,可以充分利用光能,提高光能利用率;和大豆互利共生的根瘤菌能够固氮,可增加土壤肥力,为玉米提供氮肥;也可增大农产品的产出量,提高经济效益。(2)据图甲可知,间作时大豆的株高高于单作时,且行比不同时的间作下株高基本相同,说明间作可促进大豆株高增加,但行比不同不影响株高的增加量。
(3)根据图乙可知,不同条件下大豆开花结荚期光合速率的特点有_________________________________________________、_______________________________________,影响其光合速率的环境因素主要是_________和_________。参考以上实验,为确定间行种植对玉米光合速率的影响,可选择比较的对象是__________________(填处理组别)。 聚焦考查点:影响光合作用的因素。
与单作相比,间作条件下大豆开花结荚期光合速率降低
光合速率降低的程度不同
S2M4、S4M4、S4M6
(3)据图乙可知,与单作相比,间作条件下大豆开花结荚期的光合速率降低,且玉米大豆行比不同时,光合速率降低的程度不同。间作比不同时,大豆接受到的光照强度不同,通风情况不同,导致CO2浓度有差异,因此影响其光合速率的主要因素是光照强度和CO2浓度。为确定间行种植对玉米光合速率的影响,可选择比较玉米大豆行比分别为S2M4、S4M4、S4M6条件下的玉米光合速率。
【破解策略】“模型法”分析影响光合作用强度的因素(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。②模型分析:光照强度为OA段,限制光合作用强度的因素是光照强度,光照强度大于A点时,限制光合作用强度的因素是除光照强度以外的其他因素。③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模型分析:图中A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;AB段限制光合作用强度的因素是CO2浓度,CO2浓度超过B点,限制光合作用强度的因素是除CO2浓度以外的其他因素。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,主要制约暗反应。②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。b.矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产生直接或间接的影响。②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关键点解读:P点时限制光合速率的因素为横坐标表示的因子,随着因子的不断加强,光合速率不断提高。Q点时横坐标表示的因子不再是影响光合速率的因素,影响因素主要为各曲线所表示的因子。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。
【精练·提能力】1.(2024·保定模拟)如图表示在不同光照强度下某植物的氧气释放速率。该植物在2 000 lx的光照强度下,每小时光合作用产生的氧气量(ml)是( )A.12D.23【解析】选D。由图可知,当光照强度为0 lx时,每小时氧气释放量是6 ml,即每小时细胞呼吸消耗的氧气量为6 ml,当光照强度为2 000 lx时,每小时氧气释放量是17 ml,则光合作用每小时产生的氧气为17+6=23 ml,D正确。
2.(2024·石家庄模拟)环境因素的改变可影响叶绿体中色素的种类和含量,而叶绿体中色素的种类与含量又直接影响光合速率。下列叙述正确的是 ( )A.在无光条件下培育的韭菜叶片中不含任何色素,无法进行光合作用B.温度降低导致叶绿素含量下降的唯一原因是叶绿素的合成能力降低C.提取光合色素时需要在水中将植物叶片充分研磨以利于各种色素的释放D.光合色素对不同波长光的吸收能力不同,且每种色素都不能吸收所有波长的光
【解析】选D。叶绿素的合成需要光照,在无光条件下培育的韭菜叶片中不含叶绿素,但是有其他色素,可以进行光合作用,A错误;温度降低导致叶绿素含量下降的原因除了叶绿素的合成能力降低,还有低温下叶绿素更容易分解,B错误;光合色素溶解于有机溶剂,提取光合色素时需要在无水乙醇中将植物叶片充分研磨,以利于各种色素的释放,C错误;光合色素对不同波长光的吸收能力不同,且每种色素都不能吸收所有波长的光,会对某些波长的光吸收较为明显,如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,D正确。
3.(多选)为了探究光照强度和土壤含水量对密闭容器中某植株光合速率的影响,研究小组进行了相关实验,实验处理及其结果如图所示,其中20%、40%、60%为土壤含水量,弱、中、强为光照强度,光合速率的单位为mgCO2·dm-2·h-1。据图分析,下列叙述正确的是( )A.相同土壤含水量下,随着图中光照强度的增加,光合速率先升高后降低B.相同光照强度下,随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强C.中强度光照和土壤含水量为40%的条件最有利于该植株的生长D.弱强度光照条件下,土壤含水量不是限制该植株光合作用的环境因素
【解析】选A、B。相同土壤含水量下如20%(或40%、60%)含水量时,随着图中光照强度的增加,光合速率先升高后降低,A正确;相同光照强度下如弱光照(或中、强光照),随着图中土壤含水量的增加,光合速率随之增强,B正确;图中的实验条件中,中强度光照强度和土壤含水量为60%的条件最有利于该植株的生长,C错误;弱强度光照条件下,随着土壤含水量的增加,该植株光合作用随之增强,说明弱强度光照条件下,土壤含水量是限制该植株光合作用的环境因素,D错误。
4.(2024·秦皇岛模拟)科研人员在植物工厂内对某种植物幼苗在不同环境条件下的代谢速率和胞内物质含量做了一系列研究,结果如图所示。甲、乙图中的分组如下:CK组(白光)、A组(红光∶蓝光=1∶2)、B组(红光∶蓝光=3∶2)、C组(红光∶蓝光=2∶1),每组光源的输出功率相同。请根据所学内容回答下列问题:
(1)光合作用的原料是___________,光照为植物的光合作用提供了______。 (2)由图甲、图乙可知,选用红、蓝光配比为______时,最有利于该植物产量的提高,原因是_____________________________________________________。 (3)图丙中CP点时光合作用与呼吸作用的强度关系是__________________________________,M点时植物的________作用速率最高。 (4)图丙在低光强条件下,植物CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是_________________________________________________________________________________________。
叶绿素和含氮物质的含量最高,有机物积累最多(干重最多)
低光强条件限制了光合作用速率的提高,但呼吸作用速率随着叶温上升而提高,
导致CO2吸收速率下降
【解析】(1)光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,将CO2和H2O转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程,光合作用的原料是CO2和H2O,光照为植物的光合作用提供了能量。(2)根据图甲、图乙的数据分析,在红、蓝光配比为3∶2的实验组中,植物叶片中的氮含量和叶绿素含量都是最高的,导致植物的光合作用速率最快,有机物积累最多(干重最多)。(3)图丙中CP点CO2吸收速率为0,此时植物的光合作用和呼吸作用速率相等。M点为CO2吸收速率最大点,此时净光合作用速率最高。(4)低光强条件下植物的光合作用速率受到限制,叶温上升时光合作用速率保持不变,但呼吸作用速率大幅提升,导致CO2吸收速率(净光合速率)下降。
【从教材走向高考】 5.(必修1 P106“拓展应用”T1改编)下图是在夏季晴朗的白天,某种绿色植物叶片光合作用强度的变化曲线图。分析曲线图并回答问题。
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是_______________________________________。 (2)12时限制光合作用强度的主要因素是________,理由是___________________________________________________。 (3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是__________________。 (4)从图中可以看出,限制光合作用的因素有__________________。 (5)依据本题提供的信息,提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。______________________________________
光照强度不断增加,光合作用便
温度不断升高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,CO2浓度降低
适当提高光照强度、通风、增施有机肥等
【解析】(1)7～10时,在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下,随着时间的推移,光照强度不断增加,光合作用便不断加强。(2)随着光照强度不断增加,温度不断增高,在10～12时温度很高,蒸腾作用加强,气孔大量关闭,二氧化碳浓度降低,从而使光合作用强度减弱。(3)14～17时光合作用强度不断下降,是因为此时光照强度不断减弱,导致光反应减慢,最终光合作用减慢。(4)根据以上分析,限制因素是光照强度、温度、CO2浓度。(5)可以适当提高光照强度来提高光合作用强度,也可以通过通风、增施有机肥等提高光合作用强度。
【加固训练】光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析正确的是( )A.10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高B.在不同CO2浓度条件下,光合作用的最适温度相同C.CO2浓度为200 μL·L-1时,温度对光合速率的影响小D.1 000 μL·L-1CO2浓度是车前草进行光合作用的最适浓度
【解析】选C。由图可知,10 ℃条件下,CO2浓度从200 μL·L-1增加至370 μL·L-1时,光合作用速率增加,CO2浓度从370 μL·L-1增加至1 000 μL·L-1时,光合作用的速率相接近,所以不能表明10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,A错误;由图可知,在不同CO2浓度条件下,光合作用的最适温度不相同,并且在CO2浓度为1 000 μL·L-1时,根据图不能判断最适温度的值,B错误;CO2浓度为200 μL·L-1时,光合速率随温度变化的幅度最小,即温度对光合速率的影响小,C正确;图中只做了三种不同浓度的实验组,所以由图不能得出车前草进行光合作用的最适CO2浓度,D错误。
【感悟高考】1.(2022·海南等级考)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溶液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O2的速率C.四组实验中,0.5%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
【解析】选B。本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度),温度和光照为无关变量,A错误;当光合作用产生的O2量大于细胞呼吸释放的CO2量时,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O2的速率,B正确;四组实验中,0.5%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。
2.(2023·山东等级考)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为_____________。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有_________________________(答出2个因素即可)。 (2)根据本实验,______(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是_________________________________________________________________________________________________。 (3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量_____(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是_______________________________________________________________________________。
CO2浓度、温度(合理即可)
强光照射下突变体的NPQ相对值高于野生型,突变体
PSⅡ光损伤小但不能修复,野生型PSⅡ光损伤大但能修复
突变体的NPQ强度大,PSⅡ的损伤小,虽然损伤不能修复,但是PSⅡ活性强,
【解析】本题以实验探究的形式考查植物的光合作用有关知识。(1)据题意,科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结合题图分析可知,该实验的自变量有H蛋白和光照;影响光合作用强度的主要环境因素有光照强度、CO2浓度、温度、水分等,但该实验中光照强度为自变量,因此无关变量中影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。(2)据图分析,强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高,能更有效地减少强光对PSⅡ复合体的损伤。但是野生型拟南芥含有H蛋白,能对损伤后的PSⅡ进行修复,故不能确定强光照射下,突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。(3)据题图可知,强光照射下突变体的NPQ强度更高,而NPQ能将过剩的光能耗散,NPQ强度越高,耗散的能量越多,因此强光下突变体中流向光合作用的能量越少;突变体的NPQ强度大,能够减少强光对PSⅡ的损伤,且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用,这样导致突变体的PSⅡ活性更高,能为暗反应提供更多的NADPH和ATP,促进暗反应进行,进而使突变体的暗反应强度高于野生型。
【预测高考】锁定新情境:植物适应新环境的特征 将某植物引种到新环境后,其光合速率较原环境发生了一定的变化。在新环境中的光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示:注:气孔导度越大,气孔开启程度越大
基于核心素养的新考向:1.(物质与能量观)叶绿体中光合色素吸收的光能一部分将水分解为氧和H+,后者与_______结合,形成NADPH,另一部分转化为ATP中的化学能。图中光合作用形成ATP最快的时刻是_______。 2.(结构与功能观)8:00～10:00时,气孔导度增大,这样既能满足光合作用对CO2的需求,又能提高蒸腾速率,有助于植物体内无机盐的______(填“吸收”或“运输”)。 3.(批判性思维)10:00～12:00时气孔导度较大但光合速率明显减弱,其原因可能是______________________________________________________。
光照强度逐渐增强,导致酶的活性减弱,抑制光合作用的进行
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