2022届高考生物一轮复习第3单元细胞的代谢第9讲第2课时光合作用的影响因素及应用学案新人教版

第2课时　光合作用的影响因素及应用

必备知识固本夯基　

一、实验:探究环境因素(光照强弱)对光合作用强度的影响

1.实验原理:抽去圆形小叶片中的气体后,叶片在水中　　　　,光照下叶片进行光合作用产生O2,O2充满细胞间隙,叶片又会　　　　。光合作用越强,单位时间内圆形小叶片　　　　的数量越多。 

2.变量分析

3.实验流程

(1)打出圆形小叶片:用打孔器在　　　　　　　　的绿叶上打出(直径为0.6 cm)圆形小叶片30片。 

(2)抽出叶片内气体:用注射器(内有清水、圆形小叶片)抽出叶片内气体(O2等),圆形小叶片全部沉到水底。

(3)黑暗处理:将抽出内部气体的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中。

(4)光照处理:取3只小烧杯,分别倒入富含　　　　的清水,各放入10片圆形小叶片,用强、中、弱三种光照分别照射。 

(5)观察并记录同一时间段内各实验装置中　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

4.实验现象与结果分析:光照越强,烧杯内圆形小叶片浮起的数量　　　　,说明在一定范围内,随着光照强度的不断增加,光合作用强度　　　　　　　　。 

名师点睛(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值,而是光合作用的净产值,即光合作用强度与细胞呼吸强度的差值。

(2)叶片浮起之前并不是不进行光合作用,而是其光合速率小于呼吸速率或者是产生的O2量较少。

二、光合作用的影响因素及应用

1.光合作用的强度

(1)概念:植物在单位时间内通过光合作用制造　　　　　的数量。 

(2)衡量指标

2.影响因素

(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。

(2)外部因素

①光照强度

②CO2浓度

③温度

④必需矿质元素(N、P、Mg、K等)

3.在生产实践中的应用

三、光合作用与细胞呼吸的关系

1.物质方面

C:CO2C6H12O6C3H4O3　　　 

O:H2OO2　　　 

H:H2ONADPHC6H12O6NADHH2O

2.能量方面

光能　　　　　　　　　　　　 

有机物中稳定的化学能

概念检测

基于对光合作用的影响因素及应用的理解,判断下列表述是否正确。

(1)光照越弱,阴生植物光合作用越强;光照越强,阳生植物光合作用越强。(　　)

(2)净光合速率长期为零会导致幼苗停止生长。(　　)

(3)外界环境中的CO2通过气孔进入叶肉细胞被利用。 (　　)

(4)与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间短。(　　)

(5)有色大棚主要透过同色光,其他光被大量吸收,所以无色透明的大棚中农作物的产量较高。(　　)

(6)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。 (　　)

(7)种植农作物不宜过密,要保证良好的通风,以增加植株周围的CO2浓度。(　　)

(8)在光合作用的相关实验中,可以通过测定绿色植物在光照条件下CO2的吸收量、O2释放量以及有机物的积累量来体现植物实际光合作用的强度。(　　)

(9)某一光照强度下,检测到新鲜叶片与外界气体的净交换为零,则可判断出此叶片没有进行光合作用。(　　)

(10)夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,可提高作物产量。(　　)

教材拓展

1.(人教版必修1P106“拓展应用”)北方夏季中午时,光照强度很强,植物出现“午休”现象的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

2.(人教版必修1P106“拓展应用”)将正常生长的某种植物放置在一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现该植物的光合速率降低,原因是 

　。 

核心考点能力提升　

考点一　环境因素对光合作用强度的影响及应用

合作探究

探究1单因素对光合作用的影响分析

小麦植株进行光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。右图表示在一定CO2浓度、环境温度为25 ℃、不同光照强度条件下测得的小麦叶片的光合作用强度(以CO2吸收量表示)。分析回答下列问题。

(1)上图曲线中,当光照强度为X时,叶肉细胞中产生ATP的场所有哪些?

(2)B点的生理学含义是什么?在其他条件不变的情况下,将温度调节到30 ℃,上图曲线中A点和B点将如何移动?

(3)图中C点以后限制光合作用强度继续上升的环境因素是什么?依此原理,在农业生产中可采取哪些具体措施提高小麦产量?

(4)合理密植、间作套种、“正其行,通其风”、“土不翻,苗不欢”分别考虑哪种因素对作物产量的影响?

探究2多因素对光合作用的影响分析

据图分析多因素对光合作用的影响。

图中:a.高CO2浓度,b.中CO2浓度,c.低CO2浓度;

①高光强,②中光强,③低光强。

(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么?

(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因素吗?此时的限制因素分别是什么?

(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处?

方法技巧1.多因素对光合作用影响的曲线分析方法

解答受多因素影响的光合作用曲线题时,找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化,将多因素转变为单一因素,从而确定限制因素。当曲线上标有条件时,说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提,如最适温度下测得,则应该考虑温度以外的影响因素。

2.光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动

(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动:细胞呼吸增强,A点下移;细胞呼吸减弱,A点上移。

(2)补偿点(B点)的移动

①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。

②细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。

(3)饱和点(C点)和D点的移动:相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时,C点右移,D点上移的同时右移;反之,移动方向相反。

考向突破

考向1　单因素对光合作用的影响

1.(2021浙江1月选考,节选)某同学进行“探究环境因素对光合作用的影响”的活动,以黑藻、NaHCO3溶液、精密pH试纸、100 W聚光灯、大烧杯和不同颜色的玻璃纸等为材料用具。回答下列问题。

(1)选用无色、绿色、红色和蓝色的4种玻璃纸分别罩住聚光灯,用于探究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在相同时间内,用　　　　玻璃纸罩住的实验组O2释放量最少。光合色素主要吸收　　　　　　　　　　光,吸收的光能在叶绿体内将H2O分解为　　　　　　　　　　　　。 

(2)用精密试纸检测溶液pH来估算光合速率变化,其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　,引起溶液pH的改变。 

(3)若将黑藻从适宜温度移到高温的溶液环境,一段时间后,其光合作用的强度和细胞呼吸的强度分别将　　　　　　　　,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

归纳总结在影响光合作用的因素中,光照强度、温度、CO2浓度等是外界影响因素,而影响光合作用的内部因素通常指的是植物自身的遗传特性、叶龄、叶面积指数、色素的含量、酶的数量(或活性)、C5的含量等。回答影响光合作用的因素这类问题时,①要注意审清题中需要回答的是外界影响因素还是内部影响因素;②针对曲线模型,在曲线上升阶段,限制因素为横坐标表示的因子,当曲线不再上升时,要对内部因素(如色素含量、酶活性等)和环境因素(如温度、CO2浓度等)进行分析;③若为表格,则应先将表格信息转化成曲线图再进行分析。

考向2　多因素对光合作用的影响

2.(2020湖南长沙模拟)电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2,蔬菜产量可提高70%左右,这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验,绘制如下曲线。据图回答下列问题。

(1)第1组实验的作用是　　　　。在饱和光照强度下,该实验的自变量是　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较,说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)根据实验曲线可知,在相同光照强度下,为了最大限度地增加作物产量,可以采取的措施是　　　　　　　　　　　　　　　。 

3.(2020山东青岛一模)兴趣小组研究温度及氮肥(硝酸盐)使用量对植物总光合速率的影响。他们将生理状态相同的实验植物随机分成9组,分别设置不同的温度和施氮量,给予适宜的光照,一段时间后分别测量实验容器内CO2的减少量。结果如图所示,请回答下列问题。

(1)N被植物根细胞吸收的方式是　　　　　　　。氮元素吸收后被运送到叶肉细胞内可用于合成多种化合物,其中NADPH的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)与其他组比较,3、6、9组结果出现的最可能原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)上述实验数据不足以得出实验结论,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,完善的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

考点二　光合作用与细胞呼吸的关系

合作探究

探究光合作用与细胞呼吸相关曲线分析

图1~3是光合作用、细胞呼吸相关曲线图,据图分析下列问题。

(1)图1中,交点D对应E,此时净光合量为　　　,植物生长最快的点是　　　。 

(2)图2中,a、b间的差值(a-b)为　　　　　　　　　　　　　　　,交点F的含义是光合强度　　　　呼吸强度,相对于图1中的　　　　　　　　。 

(3)图3中,曲线c表示　　　　　　　　　　　,与图2中曲线a表示含义　　　　　　(填“相同”或“不相同”)。交点G的含义是　　　　　　　　　　=呼吸强度,此点植物　　　(填“能”或“不能”)生长。 

考向突破

考向1　光合作用与细胞呼吸的关系

1.(2020全国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　 

　。 

2.(2020海南)在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题。

(1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限制因素是　　　　　　　　;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强度　　　　。 

(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两块,10—14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和呼吸作用的原理分析,原因是 

　。 

考向2　光合作用与细胞呼吸曲线中“关键点”移动方向的分析

3.(多选)科研人员在最适温度和某一光照强度下,测得甲、乙两种植物的光合速率随环境中CO2浓度的变化曲线,结果如图。相关叙述错误的是(　　)

A.根据甲、乙两曲线均可看出高浓度的CO2会抑制光合作用的进行

B.C点时,植物甲与植物乙合成有机物的量相等

C.A点时植物甲细胞内产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体

D.若适当增大光照强度D点将向右移动

考向3　光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析

4.某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况,设计了由透明的玻璃罩构成的小室(如图甲所示)。

(1)将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜小室内植物O2释放速率的变化,得到如图乙所示曲线,那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是　　　　　　　　　　　　;装置刻度管中液滴移到最右点是在一天中的　　　时。 

(2)在实验过程中某段光照时间内,记录液滴的移动,获得以下数据:

该组实验数据是在图乙曲线的　　　　　　段获得的。 

(3)图乙中E与F相比,E点时刻C3的合成速率　　(填“快”或“慢”);为测定该植物总光合作用的速率,设置了对照组,对照组置于遮光条件下,其他条件与实验组相同。测得单位时间内,实验组读数为m,对照组读数为n,该植物总光合作用的速率是　　　　　　。 

(4)图C表示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。不考虑光照对温度的影响,那么植物在d时,单位时间内细胞从周围环境吸收　　　个单位的CO2。 

归纳总结提高大棚内农作物产量的途径

续　表

第2课时　光合作用的影响因素及应用

必备知识·固本夯基

一、1.下沉　上浮　上浮

2.光照的强弱

3.(1)生长旺盛　(4)CO2　(5)圆形小叶片浮起的数量

4.越多　不断增加

二、1.(1)糖类

2.(1)阴生植物

三、1.CO2　H2O

2.ATP中活跃的化学能　热能

【概念检测】

(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)√　(8)×　(9)×　(10)√

【教材拓展】

1.提示光照强度过强,温度升高,导致气孔关闭,细胞CO2供应不足,光合作用减弱

2.提示植物在光下光合作用吸收CO2的量大于细胞呼吸释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之降低

核心考点·能力提升

考点一

【合作探究】

探究1

(1)提示细胞质基质、线粒体和叶绿体。

(2)提示B点表示光合作用的速率(或强度)与细胞呼吸的速率(或强度)相等。温度由25℃调至30℃,光合速率下降,呼吸速率上升,A点向下移动,B点向右移动。

(3)提示CO2浓度。施用有机肥、合理密植等。

(4)提示合理密植:降低种内竞争强度,使植物能接受更充分的光照。间作套种:阳生植物和阴生植物对光照的要求不同,合理搭配,提高光能利用率,增加产量。“正其行,通其风”:强化空气流通,为植物光合作用提供更多二氧化碳,增强光合作用的暗反应过程。“土不翻,苗不欢”,说明松土能增强根的呼吸作用,提供更多能量,促使矿质离子的吸收。但大面积地松土也能带来水土流失或温室效应等环境问题。

探究2

(1)提示P点之前,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,依次为光照强度、光照强度和温度。

(2)提示Q点之后横坐标所表示的因子不完全是影响光合速率的主要因素,此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度、光照强度和温度。

(3)提示有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素,增加了土壤的肥力,另外还释放出热量和CO2,增加了大棚内的温度和CO2浓度,有利于植物光合作用的进行。

【考向突破】

1.答案(1)光波长对光合作用的影响　绿色

红光和蓝紫　H+、e-和O2　(2)黑藻将溶液中的CO2转化为有机物　(3)减弱、减弱

高温导致酶的结构改变,活性下降

解析(1)选用无色、绿色、红色和蓝色的4种玻璃纸分别罩住聚光灯,来制造不同波长的光,可以用于探究光波长对光合作用的影响。由于叶绿体中的色素几乎不吸收绿光,所以在相同时间内,用绿色玻璃纸罩住的实验组O2释放量最少。光合色素主要吸收红光和蓝紫光,吸收的光能在叶绿体内将H2O分解为H+、e-和O2。(2)实验中黑藻光合作用所需的CO2可来自NaHCO3溶液,随着光合作用的进行,溶液中的CO2越来越少,导致溶液pH逐渐升高,所以可以用精密试纸检测溶液pH来估算光合速率变化。(3)若将黑藻从适宜温度移到高温的溶液环境,一段时间后,由于高温导致酶的结构改变,酶活性下降,其光合作用的强度和细胞呼吸的强度均将减弱。

2.答案(1)对照　电场强度和CO2浓度　(2)强电场可以提高植物的光合作用强度

(3)增补电场和增施CO2

解析(1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度,属于对照组,起对照作用。饱和光照强度下,实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组实验和第2组实验对比,二者的自变量为电场强度,第2组实验的净光合作用强度大于第1组实验,而二者的细胞呼吸强度相等,因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知,同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组实验,因此为了最大限度地增加作物产量,可增加电场强度和提高CO2浓度。

3.答案(1)主动运输　为光合作用暗反应阶段提供还原剂和部分能量　(2)所施氮肥浓度过高,根细胞渗透失水,影响植株的生命活动　(3)仅测量获得实验条件下的净光合速率　在黑暗条件下重复上述实验,测量获得各组实验条件下的呼吸速率,进而计算获得总光合速率

解析(1)植物根细胞吸收无机盐离子的方式是主动运输。光合作用光反应产生的NADPH用于C3的还原,同时NADPH属于高能化合物,因此NADPH的作用是为光合作用暗反应阶段提供还原剂和部分能量。(2)图中的3、6、9组是不同温度下的高施氮量处理,据图发现,3、6、9组的净光合速率低于对照组,可能原因是所施氮肥浓度过高,根细胞渗透失水过多,影响植株的生命活动。(3)实验目的是研究温度及氮肥(硝酸盐)使用量对植物总光合速率的影响,图中仅测量了实验条件下的净光合速率,缺少呼吸速率的测定,因此还需要在黑暗条件下重复该实验,测量获得各组实验条件下的呼吸速率,进而计算获得总光合速率。

考点二

【合作探究】

探究

(1)提示0　B

(2)提示净光合强度或有机物积累量　=(等于)　D点和E点

(3)提示净光合强度　不相同　净光合强度

能

【考向突破】

1.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

解析(1)中耕能够除去杂草,减少杂草与农作物对水分、矿质元素和光的竞争;可以增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用,进而促进根对矿质元素的吸收;促进土壤微生物对腐殖质的分解,加速物质的循环利用。(2)浇水可以降低土壤溶液的浓度,防止植物因过度失水而死亡;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)不同株高的农作物间作可避免相互遮挡,且植株高的农作物接收的光照多,光饱和点应较高,植株矮的农作物接收的光照少,光饱和点应较低。结合表中信息可知,作物A和C符合条件。

2.答案(1)光照强度　下降　(2)B菜地光照强度过高,导致蔬菜气孔关闭,CO2吸收受阻,光合作用速率降低　(3)C菜地的温度上升,光合作用有关酶活性下降,细胞呼吸有关酶活性增加,C菜地的净光合速率降低,产量下降

解析(1)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加,与10时相比,7时光照强度弱,此时,影响光合作用的主要因素是光照强度;10时到12时,从图中分析可知,该蔬菜的光合作用强度在降低。(2)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加,当光照强度持续增加同时温度上升,会对植物组织内部灼烧,导致部分气孔关闭,植物从外界吸收CO2受阻,植物暗反应受到限制,光合作用强度降低。(3)当温度升高后,与光合作用有关的酶会由于温度过高而活性降低,细胞光合强度降低,细胞呼吸有关酶的最适温度高于光合作用有关酶的最适温度,呼吸速率上升,最终导致净光合速率降低,蔬菜的有机物积累减少,产量降低。

3.ABC　CO2是光合作用的原料,从甲曲线不能看出高浓度的CO2会抑制光合作用的进行,A项错误;C点时,由于植物甲比植物乙的呼吸作用强度大,植物甲比植物乙合成的有机物的量大,B项错误;A点时,植物甲细胞只进行呼吸作用,产生ATP的细胞器只有线粒体,C项错误;若适当增大光照强度,则光反应强度增大,暗反应强度也会随之增大,因此暗反应消耗的CO2增多,D点将向右移动,D项正确。

4.答案(1)光照强度、温度　18　(2)DE或FG　(3)慢　m-n或(m+|n|)　(4)2

解析(1)影响光合作用的因素主要有光照强度、温度、CO2浓度等。图甲是密闭装置,内有CO2缓冲液,说明实验过程中CO2浓度始终不变,那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素就只有光照强度和温度。装置刻度管中液滴移动是由O2的增减造成的,只要有O2释放(净光合速率大于零),液滴就会右移。图乙中G点表示光合速率与呼吸速率相等,超过该点将消耗O2,所以G点对应的18时储存O2最多。(2)表格中数据表明,O2的产生速率在逐渐减小,与图乙曲线上的区段DE和FG相对应,因为这两个区段所对应的时间段内光合速率逐渐变小,即产生O2的速率逐渐减小。(3)图乙中E与F相比,E点时刻由于气孔部分关闭,植物体对CO2的吸收减少,进而导致C3的合成速率变慢。图乙表示的是净光合速率的变化,如果要测定该植物总光合作用的速率,还需要测定呼吸速率,具体做法是设置对照组,对照组的装置与图甲装置完全相同,只是需要将对照组的实验装置遮光放在与甲相同的环境条件下。若测得单位时间内,实验组读数为m,对照组读数为n,该植物总光合作用的速率=净光合速率+呼吸作用速率=m-n或m+|n|。(4)光照强度为d时,单位时间内O2产生总量为8个单位,而植物呼吸作用释放的CO2为6个单位,细胞从周围环境吸收2个单位的CO2。