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高考生物一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用第4讲光合作用Ⅱ学案
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这是一份高考生物一轮复习第3单元细胞的能量供应和利用第4讲光合作用Ⅱ学案，共17页。
影响光合作用的环境因素及应用
1．光合作用强度
(1)含义：植物在单位时间单位面积内，通过光合作用制造糖类的数量。
(2)两种表示方法
①一定时间内原料的消耗量。
②一定时间内产物的生成量。
2．影响光合作用过程的环境因素
(1)空气中CO2浓度。
(2)土壤中水分含量。
(3)光照长短、强弱以及光的成分。
(4)温度的高低。
1．生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要限制因素是光照强度。(√)
2．延长光照时间能提高光合作用强度。(×)
提示：延长光照时间只能提高光合作用的产物量，不能提高光合作用强度。
3．植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。(×)
提示：植物体从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。
4．停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。(√)
5．夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。(×)
提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔关闭，CO2吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。
1．光照强度对光合作用的影响及应用
(1)原理：光照强度影响光反应阶段，制约ATP及NADPH的产生，进而制约暗反应。
(2)曲线分析。
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，AB段光合作用强度小于细胞呼吸强度；
B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)；
BD段：光合作用强度大于细胞呼吸强度；
C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而加强)。
②实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物。
(3)应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物、林间带树种的配置和冬季温室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2浓度对光合作用的影响及应用
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成。
(2)曲线分析
图甲 图乙
图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B点和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)应用。
①大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
②温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，施用农家肥，与猪舍、鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
3．温度对光合作用的影响及应用
(1)原理：温度通过影响光合酶的活性影响光合作用强度。
(2)曲线分析。
光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。
4．水对光合作用的影响及应用
(1)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。
(2)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处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔关闭，影响了CO2的供应。
(3)应用：预防干旱，合理灌溉。
5．矿质元素对光合作用的影响及应用
(1)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。
(2)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；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液的浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。
(3)应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
6．光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
(1)常见曲线。
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
(2)曲线分析。
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所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。
(3)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
7．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。
1．在温室大棚生产中，施用农家肥能够提高作物的产量，原理是什么？
提示：农家肥中的有机物被微生物分解能够产生无机盐和CO2，为大棚作物的生长补充CO2和无机盐，提高大棚作物的产量。
2．在农业生产上，农作物的种植密度过大时，农作物的产量反而会降低，原因是什么？
提示：农作物的种植密度过大时，会造成作物下部的叶片通风和透光度低；下部的叶片因光照强度和CO2浓度低，光合速率降低，而作物种植密度大又造成整体上作物的细胞呼吸强度的增大，因此作物的净光合速率降低。
3．生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点和光补偿点如何变化，原因是什么？
提示：光饱和点降低，因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和[H]少。光补偿点升高，因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大。
4．研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的14CO2进行光合作用，然后检测并比较14C标记的有机化合物的量。(1)该实验的目的是什么？(2)B组14C标记的(14CH2O)的量比A组低，原因是什么？
提示：(1)探究Mg2＋对植物光合作用的影响 (2)缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少。
5．研究表明，钙(CaCl2)与脱落酸(ABA)都能提高棉花的抗旱能力，并且混合使用效果更佳，请简要写出证明该观点的实验设计思路。
提示：在干旱条件下分别用清水、CaCl2、ABA及CaCl2和ABA的混合物分别处理棉花，测量并比较四种情况下的净光合速率大小。
考查环境因素影响光合作用的坐标曲线分析
1．甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
[解析] (1)由题图可知，乙的光饱和点及光补偿点都比甲低，因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时，甲种植物光合作用强度高于乙种植物，因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知，甲种植物的光饱和点较高，对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低，所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高，气孔部分关闭，因此进入叶肉细胞的CO2不足，叶片的光合速率明显下降。
[答案] (1)甲
(2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙
(4)CO2
2．在适宜光照下，测定植物甲、乙在不同CO2浓度下的光合速率，结果如图所示。回答问题。
(1)CO2浓度为q时，限制植物甲、乙光合作用的环境因素分别是__________________；若曲线是在光合作用的适宜温度下所测，现提高环境温度，q点将向__________移动。
(2)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，在适宜光照下，一段时间后，植物____________可能无法正常生长，原因是____________________。
(3)CO2浓度为r时，植物甲的总光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)植物乙的总光合速率；当CO2浓度为q时，植物乙与植物甲固定的CO2量的差值为________________________。
[解析] (1)据图可知，CO2浓度为q时，限制植物甲光合作用的环境因素是CO2浓度，限制植物乙光合作用的环境因素是温度，若图中曲线是在光合作用的适宜温度下测得，提高环境温度，植物甲的光合速率会下降，只有在更高的CO2浓度下，植物甲的光合速率才能与呼吸速率相等，q点将右移。(2)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，适宜光照下，一段时间后，植物的净光合速率大于0，随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降，在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长。(3)当CO2浓度为0时，纵坐标所示数值表示呼吸速率，当CO2浓度大于0时，纵坐标所示数值表示净光合速率，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率。据此分析可知，当CO2浓度为r时，植物甲、植物乙的净光合速率均等于b，但植物甲的呼吸速率(d)大于植物乙的呼吸速率(c)，所以植物甲的总光合速率大于植物乙的总光合速率。当CO2浓度为q时，植物甲的净光合速率为0，植物乙的净光合速率为b，此时植物乙与植物甲固定的CO2量(总光合速率)的差值＝b＋c－d。
[答案] (1)CO2浓度、温度 右
(2)甲 在光照、密闭的环境中，植物的净光合速率大于0，随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降，在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长
(3)大于 b＋c－d
考查环境因素影响光合作用的实验分析
3．某生物兴趣小组在探究多种环境因素对水稻光合作用影响的活动中，测得水稻吸收(用“＋”表示)或释放(用“－”表示)CO2的速率(单位：mg·h－1)随温度变化的部分数据如下表所示。请回答下列问题：
(1)A组数据可表示水稻的__________随温度变化的情
况。由表中数据可知，影响水稻光合速率的外界因素有__________________。
(2)分析表中数据可知，在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组的，其原因是______________________________________________________________。
(3)若对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，根据表格中信息，应选择光照为__________、CO2浓度为________、光照下温度为________和黑暗下温度为__________的条件，以保证水稻内有机物的积累量最多。
[解析] (1)A组实验是在黑暗条件下测得的，可以表示水稻在不同温度条件下的呼吸速率；根据以上分析可知，影响光合速率的因素有温度、光照强度和CO2浓度。(2)根据表格分析，B与C组的单一变量是光照强度，即在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组，C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多，促进了C3的还原，使暗反应加快，光合速率升高，所以表格中在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组。(3)根据题意分析，对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，且要求水稻内有机物积累的最多，则光照条件下的净光合速率与黑暗条件下的呼吸速率的差值应该最大，因此应选择光照为全光照、CO2浓度为1.22%、光照下温度为30 ℃和黑暗下温度为10 ℃的条件。
[答案] (1)呼吸速率 光照强度、温度、CO2浓度
(2)在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组的，C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多，促进了C3的还原，使暗反应加快，光合速率升高 (3)全光照 1.22% 30 ℃ 10 ℃
光合作用的相关实验探究
探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
(1)在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。
(2)台灯距烧杯的距离不同，则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度不同。
(3)光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间不同。
2．实验步骤及主要操作
1．制备小圆形叶片，用打孔器打孔时，不必要避开大的叶脉。(×)
提示：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。
2．在探究光照强度对光合作用的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。(×)
提示：在一定范围内，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐增加，但当达到光饱和点以后，光照强度再增加，光合作用强度则不再随之增加。
3．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变。(×)
提示：衰老的叶片中，叶绿体中叶绿素被逐渐降解，含量减少，故植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会发生改变。
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缩短。(×)
提示：光照时间不会影响光合作用速率。
5．光合作用强度可以用光合作用消耗糖类的数量来表示。(×)
提示：光合作用强度可以用植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量表示。
1．光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制方法
2．液滴移动法测定光合速率
(1)测定装置。
(2)测定方法。
①测定呼吸速率。
a．装置小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液，用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩应遮光处理，目的是排除光合作用的干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动，单位时间内移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率。
a．装置小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于维持容器内CO2浓度的恒定。
b．给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动，单位时间内移动距离代表净光合速率。
③误差校正。
为排除温度、气压等因素引起的气体体积膨胀，应设计对照实验。对照实验与如图不同之处在于不放植物或放置死亡的植物。
④实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
3．“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
4．“半叶法”测定光合作用有机物的产生量
“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)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作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。即M＝MB－MA，M表示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。
某兴趣小组设计如图所示实验装置探究“光照强度对黑藻光合速率的影响”。
(1)单位时间内有色小液滴的移动距离代表一定量的黑藻单位时间内什么的量？
(2)如果利用该装置测定在一定光照强度下黑藻叶绿体实际光合作用的速率，可采取什么方法(写出具体的实验思路)?
提示：(1)释放氧气 (2)首先不给予光照，测出黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)；再给予一定光照条件，其他条件不变，测出黑藻单位时间内氧气释放量(净光合作用速率)；然后将光照条件下黑藻单位时间氧气释放量(净光合作用速率)加上黑暗条件下黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)，就是该光照条件下黑藻叶绿体实际光合作用的速率。
考查环境因素影响光合速率的实验探究
1．光合作用受多种因素的影响，某实验小组想利用如图所示装置对影响植物光合作用的两大因素进行研究，以便为大棚种植时条件的控制提供依据，实验中温度条件适宜且稳定。回答下列问题。
(1)假定光合作用的产物和呼吸作用的底物都是葡萄糖，忽略无氧呼吸，密闭容器中不放缓冲液时，液滴不移动，原因是________________________________。
(2)由表中数据可以看出，______________________为限制光合作用的环境因素；比较7、8、9组结果可以得出，此时限制光合作用的因素可能是__________。
(3)1组和2组左移的距离相等，对此做出的解释是_____________________。
(4)大棚中可采取________________________________(至少答出两点)等措施提高CO2浓度，这些措施下，若大棚中的CO2浓度只能提高至0.05%，则适宜的光照强度有可能低于____________________________。
[解析] (1)无论光合作用强度和呼吸作用强度哪个更大，光合作用利用的CO2均等于产生的O2量，有氧呼吸利用的O2量等于产生的CO2量，外界温度适宜且稳定，则物理因素造成的影响可以忽略，因此密闭容器中气体的压力不会改变，液滴不移动。(2)由表中数据可以看出，光照强度和CO2浓度均可成为限制光合作用的因素。比较7、8、9组结果可以看出，提高光照强度和提高CO2浓度，液滴移动的距离均未改变，推断出此时限制光合作用的因素不是光照强度和CO2浓度，可能是光合色素的量、参与光合作用的酶的数量或叶绿体的数量。(3)1组无光照，只能进行呼吸作用，呼吸作用吸收O2，液滴左移，2组有光照，但CO2浓度与1组相同且很低，此时与1组液滴左移距离相同，说明CO2浓度过低时，植物无法进行光合作用。(4)施有机肥、合理通风、化学反应法(使用CO2发生器)均可提高大棚中的CO2浓度；表中显示当CO2浓度为0.05%时，液滴右移112 mm需要的最低光照强度为1 000 lx，若大棚中CO2的浓度只能提高至0.05%，则适宜的光照强度有可能低于1 000 lx。
[答案] (1)植物吸收的气体量始终等于释放的气体量
(2)光照强度和CO2浓度 光合色素的量(或参与光合作用的酶的数量或叶绿体的数量)
(3)CO2浓度过低时，植物无法进行光合作用
(4)施有机肥、合理通风、化学反应法(或使用CO2发生器) 1 000 lx
考查光合速率的测定
2．现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位为mg/(dm2·h)。下列说法正确的是 ( )
A．该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能测出实际光合作用的强度
B．(m2－m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量
C．m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小
D．m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小
A [假设原来半片叶重为m0，m1和m2分别表示在适宜光照和温度下照射一段时间后的被截取的部分(A部分)干重和被截取的部分(B部分)干重，而在该时间段内，前者只进行细胞呼吸，而后者同时进行光合作用和细胞呼吸，则m0－m1＝细胞呼吸速率，m2－m0为光照下的净光合作用速率，实际光合作用速率＝净光合作用速率＋细胞呼吸速率＝m2－m0＋m0－m1＝m2－m1，即B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的合成量。]
3．通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内_______________________；C与B的差值表示这段时间内___________________；A与B的差值表示这段时间内_________________。
[解析] 若干小时后，透光的乙瓶中的O2含量(C)与水样中O2的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中O2的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的O2含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。
[答案] 生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
真题体验| 感悟高考 淬炼考能
[新高考·选择性考试示范]
1．(2020·山东等级考模拟)茶树是一年内多轮采摘的叶用植物，对氮元素需求较大，因此生产中施氮量往往偏多，造成了资源浪费和环境污染。为了科学施氮肥，科研小组测定了某品种茶树在不同施氮量情况下净光合速率等指标，结果见下表。表中氮肥农学效率＝(施氮肥的产量—不施氮肥的产量)/施氮肥的量，在茶叶收获后可通过计算得出；叶绿素含量、净光合速率能直接用仪器快速检测。下列说法错误的是( )
A．氮元素与茶树体内叶绿素合成有关，科学施氮肥能够促进光反应
B．在茶树体内，氮元素不参与二氧化碳转化为有机物的过程
C．净光合速率能够反映氮肥农学效率，生产过程中可依此指导科学施氮肥
D．40 g·m－2不一定是最佳施氮量，最佳施氮量还需进一步测定
B [氮元素与茶树体内叶绿素合成有关，叶绿素具有吸收、转化、传递光能的作用，科学施氮肥能够促进光反应，A正确；在茶树体内，氮元素参与合成了催化二氧化碳转化为有机物的过程的酶，因此氮元素参与二氧化碳转化为有机物的过程，B错误；作物的产量代表了作物的净光合速率，因此净光合速率能够反映氮肥农学效率，C正确；最佳施氮量在25 g·m－2与55 g·m－2之间，40 g·m－2不一定是最佳施氮量，进一步测定最佳施氮量，应在25 g·m－2与55 g·m－2之间设置较小梯度的施氮量，进一步测定，D正确。]
2．(2020·7月浙江选考)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
A [测得的植物叶片的光合速率为净光合速率，不仅需要考虑叶绿体的光合速率，还需要考虑线粒体的呼吸速率，因此分离得到的叶绿体的光合速率大于测得的该植物叶片的光合速率，A正确；叶绿体被破碎后，结构被破坏，无法进行光合作用，因此无破碎叶绿体的光合速率比有一定比例破碎叶绿体的光合速率大，B错误；该植物较长时间处于遮阴环境，由于缺乏光照，叶片的光合速率为0，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵后，叶片光合作用产生的蔗糖不能运输到花朵，导致叶片内蔗糖积累过多，不利于光合作用的进行，其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错误。]
3．(2021·广东选择考适应性测试)光补偿点指同一叶片在同一时间内，光合过程中吸收的CO2和呼吸过程中放出的CO2等量时的光照强度；光合速率随光照强度增加，当达到某一光照强度时，光合速率不再增加，该光照强度称为光饱和点。下表为甲、乙两个水稻品种在灌浆期、蜡熟期的光合作用相关数据。
注：灌浆期幼穗开始有机物积累，谷粒内含物呈白色浆状；蜡熟期米粒已变硬，但谷壳仍呈绿色。
回答下列问题：
(1)从表中的数据推测，________品种能获得较高产量，理由是___________________________________________________________________。
(2)据表分析水稻叶片在衰老过程中光合作用的变化趋势是______________________。
(3)根据该实验的结果推测，从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率的变化可能与叶片的叶绿素含量变化有关。请设计实验验证该推测(简要写出实验设计思路、预测实验结果并给出结论)。
[解析] (1)从表中的数据推测，灌浆期幼穗开始有机物积累，而乙品种在灌浆期的最大净光合速率大于甲植物，故乙品种可积累的有机物多，能获得较高产量。
(2)据表分析可知，植物由灌浆期到蜡熟期，甲、乙品种的光补偿点增大，光饱和点降低，最大净光合速率均在下降，即水稻叶片在衰老过程中光合作用下降。
(3)分析题意可知，该实验目的是验证植物由灌浆期到蜡熟期，叶片的叶绿素含量减少导致净光合速率下降。实验设计思路如下：取等量的同种水稻在灌浆期和蜡熟期的叶片，分别测定其叶绿素含量。预期实验结果和结论：处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量高，说明植物由灌浆期到蜡熟期水稻的最大净光合速率下降是由于叶片的叶绿素含量下降导致的。
[答案] (1)乙 在灌浆期，乙品种的最大净光合速率比甲大，可积累的有机物多 (2)下降 (3)实验设计思路：取等量的同种水稻在灌浆期和蜡熟期的叶片，分别测定其叶绿素含量。预期实验结果：处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量高。实验结论： 从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率下降是由于叶片中叶绿素含量下降造成的。
[全国卷·命题研析借鉴]
4．(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________________________________________
______________________________________________________(答出两点即可)。
(2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是_____________________________________________________(答出一点即可)。
(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，以使肥料中的矿质元素溶解在水中；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)为了更充分地利用光照资源，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
5．(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是___________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)有研究表明，干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
[解析] (1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
[答案] (1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少 (3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。 将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
探究不同环境因素对光合作用的影响
1.通过光合作用合成有机物，储存能量(生命观念)
2.通过曲线图分析光照强度、温度、CO2浓度等对光合作用的影响；模型与建模：建立光照强度、温度、CO2浓度等对光合作用影响的数学模型(科学思维)
3.探究环境因素对光合作用的影响(科学探究)
4.光合作用的原理在生产中的应用(社会责任)
组别
条件
温度
10 ℃
20 ℃
30 ℃
35 ℃
40 ℃
45 ℃
A
黑暗
－5
－10
－18
－34
－40
－34
B
适当遮荫，CO2浓度为0.03%
3
5
0
－16
－24
－24
C
全光照，CO2浓度为0.03%
5
8
4
2
0
－14
D
全光照，CO2浓度为1.22%
10
20
40
28
12
0
实验步骤
主要操作
制备小圆形叶片
将绿色菠菜叶片用直径为1 cm的打孔器打出小圆形叶片30片
排出细胞间隙中的气体
将小圆形叶片和适量清水置于注射器中，排出注射器内残留的空气，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出，重复几次
分装小圆形叶片
将小圆形叶片各10片，分别放入暗处盛有20 mL富含CO2的清水的3个小烧杯中。这时的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底
控制自变量(光照强度)
把3个烧杯分别放在距离台灯位置10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置上，打开台灯
观察并记录
一定时间内小圆形叶片浮起的数量
实验条件
控制方法
增加水中O2
泵入空气或吹气或放入绿色水生植物
减少水中O2
容器密封或油膜覆盖或用凉开水
除去容器中CO2
氢氧化钠溶液
除去叶中原有淀粉
置于黑暗环境中
除去叶中叶绿素
酒精隔水加热除去光合作用对
细胞呼吸的干扰
给植株遮光
得到单色光
棱镜色散或薄膜滤光
维持容器内CO2浓度的恒定
适宜浓度的NaHCO3溶液
组别
1
2
3
4
5
6
7
8
9
实验
光照强度/lx
0
600
600
800
800
1 000
1 000
1 500
1 500
条件
CO2浓度/%
0.01
0.01
0.02
0.02
0.03
0.03
0.05
0.05
0.06
液滴移动/
(mm·h－1)
左移
20
左移
20
不移动
右移
40
右移
60
右移
90
右移
112
右移
112
右移
112
1.植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降的主要原因是缺水引起气孔部分关闭，CO2供应不足。
2．增加土壤中的矿质元素供应可提高光合速率，但土壤中矿质元素浓度过高，会引起植物渗透失水，光合作用强度下降。
3．易错易混的“总光合速率” “净光合速率”与“呼吸速率”。
1.光照强度：直接影响光反应的速率，光反应产物[H]和ATP的数量多少会影响暗反应的速率。
2．温度：影响光合作用过程，特别是影响暗反应中酶的催化效率，从而影响光合速率。
3．CO2浓度：CO2是暗反应的原料，CO2浓度直接影响光合速率。
4．矿质元素：直接或间接影响光合作用。例如，镁是叶绿素的组成成分，氮对酶的含量有影响，磷是ATP的组成成分。
5．光合速率与呼吸速率的关系：(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
施氮量/
(g·m－2)
叶绿素含量/
(mg·g－1)
净光合速率/
(μml·m－2·s－1)
氮肥农学效率/
(g·g－1)
0
1.28
9.96
－
25
1.45
10.41
1.51
40
1.52
12.54
2.42
55(生产中常
用施氮量)
1.50
10.68
1.72
生长期
光补偿点/
(μml·m－2·s－1)
光饱和点/
(μml·m－2·s－1)
最大净光合速率/
(μml CO2·m－2·s－1)
甲
乙
甲
乙
甲
乙
灌浆期
68
52
1 853
1 976
21.67
27.26
蜡熟期
75
72
1 732
1 365
19.17
12.63
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/(μml·m－2·s－1)
1 200
1 180
560
623
影响光合作用的环境因素及应用
1．光合作用强度
(1)含义：植物在单位时间单位面积内，通过光合作用制造糖类的数量。
(2)两种表示方法
①一定时间内原料的消耗量。
②一定时间内产物的生成量。
2．影响光合作用过程的环境因素
(1)空气中CO2浓度。
(2)土壤中水分含量。
(3)光照长短、强弱以及光的成分。
(4)温度的高低。
1．生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要限制因素是光照强度。(√)
2．延长光照时间能提高光合作用强度。(×)
提示：延长光照时间只能提高光合作用的产物量，不能提高光合作用强度。
3．植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。(×)
提示：植物体从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。
4．停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。(√)
5．夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。(×)
提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔关闭，CO2吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。
1．光照强度对光合作用的影响及应用
(1)原理：光照强度影响光反应阶段，制约ATP及NADPH的产生，进而制约暗反应。
(2)曲线分析。
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，AB段光合作用强度小于细胞呼吸强度；
B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)；
BD段：光合作用强度大于细胞呼吸强度；
C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而加强)。
②实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物。
(3)应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物、林间带树种的配置和冬季温室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2浓度对光合作用的影响及应用
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成。
(2)曲线分析
图甲 图乙
图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B点和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)应用。
①大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
②温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，施用农家肥，与猪舍、鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
3．温度对光合作用的影响及应用
(1)原理：温度通过影响光合酶的活性影响光合作用强度。
(2)曲线分析。
光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。
4．水对光合作用的影响及应用
(1)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。
(2)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处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔关闭，影响了CO2的供应。
(3)应用：预防干旱，合理灌溉。
5．矿质元素对光合作用的影响及应用
(1)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。
(2)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；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液的浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。
(3)应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
6．光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
(1)常见曲线。
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
(2)曲线分析。
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所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。
(3)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
7．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。
1．在温室大棚生产中，施用农家肥能够提高作物的产量，原理是什么？
提示：农家肥中的有机物被微生物分解能够产生无机盐和CO2，为大棚作物的生长补充CO2和无机盐，提高大棚作物的产量。
2．在农业生产上，农作物的种植密度过大时，农作物的产量反而会降低，原因是什么？
提示：农作物的种植密度过大时，会造成作物下部的叶片通风和透光度低；下部的叶片因光照强度和CO2浓度低，光合速率降低，而作物种植密度大又造成整体上作物的细胞呼吸强度的增大，因此作物的净光合速率降低。
3．生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点和光补偿点如何变化，原因是什么？
提示：光饱和点降低，因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和[H]少。光补偿点升高，因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大。
4．研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的14CO2进行光合作用，然后检测并比较14C标记的有机化合物的量。(1)该实验的目的是什么？(2)B组14C标记的(14CH2O)的量比A组低，原因是什么？
提示：(1)探究Mg2＋对植物光合作用的影响 (2)缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少。
5．研究表明，钙(CaCl2)与脱落酸(ABA)都能提高棉花的抗旱能力，并且混合使用效果更佳，请简要写出证明该观点的实验设计思路。
提示：在干旱条件下分别用清水、CaCl2、ABA及CaCl2和ABA的混合物分别处理棉花，测量并比较四种情况下的净光合速率大小。
考查环境因素影响光合作用的坐标曲线分析
1．甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
[解析] (1)由题图可知，乙的光饱和点及光补偿点都比甲低，因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时，甲种植物光合作用强度高于乙种植物，因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知，甲种植物的光饱和点较高，对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低，所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高，气孔部分关闭，因此进入叶肉细胞的CO2不足，叶片的光合速率明显下降。
[答案] (1)甲
(2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙
(4)CO2
2．在适宜光照下，测定植物甲、乙在不同CO2浓度下的光合速率，结果如图所示。回答问题。
(1)CO2浓度为q时，限制植物甲、乙光合作用的环境因素分别是__________________；若曲线是在光合作用的适宜温度下所测，现提高环境温度，q点将向__________移动。
(2)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，在适宜光照下，一段时间后，植物____________可能无法正常生长，原因是____________________。
(3)CO2浓度为r时，植物甲的总光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)植物乙的总光合速率；当CO2浓度为q时，植物乙与植物甲固定的CO2量的差值为________________________。
[解析] (1)据图可知，CO2浓度为q时，限制植物甲光合作用的环境因素是CO2浓度，限制植物乙光合作用的环境因素是温度，若图中曲线是在光合作用的适宜温度下测得，提高环境温度，植物甲的光合速率会下降，只有在更高的CO2浓度下，植物甲的光合速率才能与呼吸速率相等，q点将右移。(2)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，适宜光照下，一段时间后，植物的净光合速率大于0，随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降，在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长。(3)当CO2浓度为0时，纵坐标所示数值表示呼吸速率，当CO2浓度大于0时，纵坐标所示数值表示净光合速率，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率。据此分析可知，当CO2浓度为r时，植物甲、植物乙的净光合速率均等于b，但植物甲的呼吸速率(d)大于植物乙的呼吸速率(c)，所以植物甲的总光合速率大于植物乙的总光合速率。当CO2浓度为q时，植物甲的净光合速率为0，植物乙的净光合速率为b，此时植物乙与植物甲固定的CO2量(总光合速率)的差值＝b＋c－d。
[答案] (1)CO2浓度、温度 右
(2)甲 在光照、密闭的环境中，植物的净光合速率大于0，随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降，在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长
(3)大于 b＋c－d
考查环境因素影响光合作用的实验分析
3．某生物兴趣小组在探究多种环境因素对水稻光合作用影响的活动中，测得水稻吸收(用“＋”表示)或释放(用“－”表示)CO2的速率(单位：mg·h－1)随温度变化的部分数据如下表所示。请回答下列问题：
(1)A组数据可表示水稻的__________随温度变化的情
况。由表中数据可知，影响水稻光合速率的外界因素有__________________。
(2)分析表中数据可知，在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组的，其原因是______________________________________________________________。
(3)若对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，根据表格中信息，应选择光照为__________、CO2浓度为________、光照下温度为________和黑暗下温度为__________的条件，以保证水稻内有机物的积累量最多。
[解析] (1)A组实验是在黑暗条件下测得的，可以表示水稻在不同温度条件下的呼吸速率；根据以上分析可知，影响光合速率的因素有温度、光照强度和CO2浓度。(2)根据表格分析，B与C组的单一变量是光照强度，即在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组，C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多，促进了C3的还原，使暗反应加快，光合速率升高，所以表格中在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组。(3)根据题意分析，对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，且要求水稻内有机物积累的最多，则光照条件下的净光合速率与黑暗条件下的呼吸速率的差值应该最大，因此应选择光照为全光照、CO2浓度为1.22%、光照下温度为30 ℃和黑暗下温度为10 ℃的条件。
[答案] (1)呼吸速率 光照强度、温度、CO2浓度
(2)在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组的，C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多，促进了C3的还原，使暗反应加快，光合速率升高 (3)全光照 1.22% 30 ℃ 10 ℃
光合作用的相关实验探究
探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
(1)在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。
(2)台灯距烧杯的距离不同，则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度不同。
(3)光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间不同。
2．实验步骤及主要操作
1．制备小圆形叶片，用打孔器打孔时，不必要避开大的叶脉。(×)
提示：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。
2．在探究光照强度对光合作用的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。(×)
提示：在一定范围内，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐增加，但当达到光饱和点以后，光照强度再增加，光合作用强度则不再随之增加。
3．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变。(×)
提示：衰老的叶片中，叶绿体中叶绿素被逐渐降解，含量减少，故植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会发生改变。
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缩短。(×)
提示：光照时间不会影响光合作用速率。
5．光合作用强度可以用光合作用消耗糖类的数量来表示。(×)
提示：光合作用强度可以用植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量表示。
1．光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制方法
2．液滴移动法测定光合速率
(1)测定装置。
(2)测定方法。
①测定呼吸速率。
a．装置小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液，用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩应遮光处理，目的是排除光合作用的干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动，单位时间内移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率。
a．装置小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于维持容器内CO2浓度的恒定。
b．给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动，单位时间内移动距离代表净光合速率。
③误差校正。
为排除温度、气压等因素引起的气体体积膨胀，应设计对照实验。对照实验与如图不同之处在于不放植物或放置死亡的植物。
④实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
3．“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
4．“半叶法”测定光合作用有机物的产生量
“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)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作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。即M＝MB－MA，M表示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。
某兴趣小组设计如图所示实验装置探究“光照强度对黑藻光合速率的影响”。
(1)单位时间内有色小液滴的移动距离代表一定量的黑藻单位时间内什么的量？
(2)如果利用该装置测定在一定光照强度下黑藻叶绿体实际光合作用的速率，可采取什么方法(写出具体的实验思路)?
提示：(1)释放氧气 (2)首先不给予光照，测出黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)；再给予一定光照条件，其他条件不变，测出黑藻单位时间内氧气释放量(净光合作用速率)；然后将光照条件下黑藻单位时间氧气释放量(净光合作用速率)加上黑暗条件下黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)，就是该光照条件下黑藻叶绿体实际光合作用的速率。
考查环境因素影响光合速率的实验探究
1．光合作用受多种因素的影响，某实验小组想利用如图所示装置对影响植物光合作用的两大因素进行研究，以便为大棚种植时条件的控制提供依据，实验中温度条件适宜且稳定。回答下列问题。
(1)假定光合作用的产物和呼吸作用的底物都是葡萄糖，忽略无氧呼吸，密闭容器中不放缓冲液时，液滴不移动，原因是________________________________。
(2)由表中数据可以看出，______________________为限制光合作用的环境因素；比较7、8、9组结果可以得出，此时限制光合作用的因素可能是__________。
(3)1组和2组左移的距离相等，对此做出的解释是_____________________。
(4)大棚中可采取________________________________(至少答出两点)等措施提高CO2浓度，这些措施下，若大棚中的CO2浓度只能提高至0.05%，则适宜的光照强度有可能低于____________________________。
[解析] (1)无论光合作用强度和呼吸作用强度哪个更大，光合作用利用的CO2均等于产生的O2量，有氧呼吸利用的O2量等于产生的CO2量，外界温度适宜且稳定，则物理因素造成的影响可以忽略，因此密闭容器中气体的压力不会改变，液滴不移动。(2)由表中数据可以看出，光照强度和CO2浓度均可成为限制光合作用的因素。比较7、8、9组结果可以看出，提高光照强度和提高CO2浓度，液滴移动的距离均未改变，推断出此时限制光合作用的因素不是光照强度和CO2浓度，可能是光合色素的量、参与光合作用的酶的数量或叶绿体的数量。(3)1组无光照，只能进行呼吸作用，呼吸作用吸收O2，液滴左移，2组有光照，但CO2浓度与1组相同且很低，此时与1组液滴左移距离相同，说明CO2浓度过低时，植物无法进行光合作用。(4)施有机肥、合理通风、化学反应法(使用CO2发生器)均可提高大棚中的CO2浓度；表中显示当CO2浓度为0.05%时，液滴右移112 mm需要的最低光照强度为1 000 lx，若大棚中CO2的浓度只能提高至0.05%，则适宜的光照强度有可能低于1 000 lx。
[答案] (1)植物吸收的气体量始终等于释放的气体量
(2)光照强度和CO2浓度 光合色素的量(或参与光合作用的酶的数量或叶绿体的数量)
(3)CO2浓度过低时，植物无法进行光合作用
(4)施有机肥、合理通风、化学反应法(或使用CO2发生器) 1 000 lx
考查光合速率的测定
2．现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位为mg/(dm2·h)。下列说法正确的是 ( )
A．该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能测出实际光合作用的强度
B．(m2－m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量
C．m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小
D．m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小
A [假设原来半片叶重为m0，m1和m2分别表示在适宜光照和温度下照射一段时间后的被截取的部分(A部分)干重和被截取的部分(B部分)干重，而在该时间段内，前者只进行细胞呼吸，而后者同时进行光合作用和细胞呼吸，则m0－m1＝细胞呼吸速率，m2－m0为光照下的净光合作用速率，实际光合作用速率＝净光合作用速率＋细胞呼吸速率＝m2－m0＋m0－m1＝m2－m1，即B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的合成量。]
3．通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内_______________________；C与B的差值表示这段时间内___________________；A与B的差值表示这段时间内_________________。
[解析] 若干小时后，透光的乙瓶中的O2含量(C)与水样中O2的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中O2的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的O2含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。
[答案] 生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
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[新高考·选择性考试示范]
1．(2020·山东等级考模拟)茶树是一年内多轮采摘的叶用植物，对氮元素需求较大，因此生产中施氮量往往偏多，造成了资源浪费和环境污染。为了科学施氮肥，科研小组测定了某品种茶树在不同施氮量情况下净光合速率等指标，结果见下表。表中氮肥农学效率＝(施氮肥的产量—不施氮肥的产量)/施氮肥的量，在茶叶收获后可通过计算得出；叶绿素含量、净光合速率能直接用仪器快速检测。下列说法错误的是( )
A．氮元素与茶树体内叶绿素合成有关，科学施氮肥能够促进光反应
B．在茶树体内，氮元素不参与二氧化碳转化为有机物的过程
C．净光合速率能够反映氮肥农学效率，生产过程中可依此指导科学施氮肥
D．40 g·m－2不一定是最佳施氮量，最佳施氮量还需进一步测定
B [氮元素与茶树体内叶绿素合成有关，叶绿素具有吸收、转化、传递光能的作用，科学施氮肥能够促进光反应，A正确；在茶树体内，氮元素参与合成了催化二氧化碳转化为有机物的过程的酶，因此氮元素参与二氧化碳转化为有机物的过程，B错误；作物的产量代表了作物的净光合速率，因此净光合速率能够反映氮肥农学效率，C正确；最佳施氮量在25 g·m－2与55 g·m－2之间，40 g·m－2不一定是最佳施氮量，进一步测定最佳施氮量，应在25 g·m－2与55 g·m－2之间设置较小梯度的施氮量，进一步测定，D正确。]
2．(2020·7月浙江选考)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
A [测得的植物叶片的光合速率为净光合速率，不仅需要考虑叶绿体的光合速率，还需要考虑线粒体的呼吸速率，因此分离得到的叶绿体的光合速率大于测得的该植物叶片的光合速率，A正确；叶绿体被破碎后，结构被破坏，无法进行光合作用，因此无破碎叶绿体的光合速率比有一定比例破碎叶绿体的光合速率大，B错误；该植物较长时间处于遮阴环境，由于缺乏光照，叶片的光合速率为0，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵后，叶片光合作用产生的蔗糖不能运输到花朵，导致叶片内蔗糖积累过多，不利于光合作用的进行，其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错误。]
3．(2021·广东选择考适应性测试)光补偿点指同一叶片在同一时间内，光合过程中吸收的CO2和呼吸过程中放出的CO2等量时的光照强度；光合速率随光照强度增加，当达到某一光照强度时，光合速率不再增加，该光照强度称为光饱和点。下表为甲、乙两个水稻品种在灌浆期、蜡熟期的光合作用相关数据。
注：灌浆期幼穗开始有机物积累，谷粒内含物呈白色浆状；蜡熟期米粒已变硬，但谷壳仍呈绿色。
回答下列问题：
(1)从表中的数据推测，________品种能获得较高产量，理由是___________________________________________________________________。
(2)据表分析水稻叶片在衰老过程中光合作用的变化趋势是______________________。
(3)根据该实验的结果推测，从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率的变化可能与叶片的叶绿素含量变化有关。请设计实验验证该推测(简要写出实验设计思路、预测实验结果并给出结论)。
[解析] (1)从表中的数据推测，灌浆期幼穗开始有机物积累，而乙品种在灌浆期的最大净光合速率大于甲植物，故乙品种可积累的有机物多，能获得较高产量。
(2)据表分析可知，植物由灌浆期到蜡熟期，甲、乙品种的光补偿点增大，光饱和点降低，最大净光合速率均在下降，即水稻叶片在衰老过程中光合作用下降。
(3)分析题意可知，该实验目的是验证植物由灌浆期到蜡熟期，叶片的叶绿素含量减少导致净光合速率下降。实验设计思路如下：取等量的同种水稻在灌浆期和蜡熟期的叶片，分别测定其叶绿素含量。预期实验结果和结论：处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量高，说明植物由灌浆期到蜡熟期水稻的最大净光合速率下降是由于叶片的叶绿素含量下降导致的。
[答案] (1)乙 在灌浆期，乙品种的最大净光合速率比甲大，可积累的有机物多 (2)下降 (3)实验设计思路：取等量的同种水稻在灌浆期和蜡熟期的叶片，分别测定其叶绿素含量。预期实验结果：处于灌浆期的水稻叶片的叶绿素含量高。实验结论： 从灌浆期到蜡熟期水稻最大净光合速率下降是由于叶片中叶绿素含量下降造成的。
[全国卷·命题研析借鉴]
4．(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________________________________________
______________________________________________________(答出两点即可)。
(2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是_____________________________________________________(答出一点即可)。
(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，以使肥料中的矿质元素溶解在水中；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)为了更充分地利用光照资源，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
5．(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是___________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)有研究表明，干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
[解析] (1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
[答案] (1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少 (3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。 将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
探究不同环境因素对光合作用的影响
1.通过光合作用合成有机物，储存能量(生命观念)
2.通过曲线图分析光照强度、温度、CO2浓度等对光合作用的影响；模型与建模：建立光照强度、温度、CO2浓度等对光合作用影响的数学模型(科学思维)
3.探究环境因素对光合作用的影响(科学探究)
4.光合作用的原理在生产中的应用(社会责任)
组别
条件
温度
10 ℃
20 ℃
30 ℃
35 ℃
40 ℃
45 ℃
A
黑暗
－5
－10
－18
－34
－40
－34
B
适当遮荫，CO2浓度为0.03%
3
5
0
－16
－24
－24
C
全光照，CO2浓度为0.03%
5
8
4
2
0
－14
D
全光照，CO2浓度为1.22%
10
20
40
28
12
0
实验步骤
主要操作
制备小圆形叶片
将绿色菠菜叶片用直径为1 cm的打孔器打出小圆形叶片30片
排出细胞间隙中的气体
将小圆形叶片和适量清水置于注射器中，排出注射器内残留的空气，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出，重复几次
分装小圆形叶片
将小圆形叶片各10片，分别放入暗处盛有20 mL富含CO2的清水的3个小烧杯中。这时的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底
控制自变量(光照强度)
把3个烧杯分别放在距离台灯位置10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置上，打开台灯
观察并记录
一定时间内小圆形叶片浮起的数量
实验条件
控制方法
增加水中O2
泵入空气或吹气或放入绿色水生植物
减少水中O2
容器密封或油膜覆盖或用凉开水
除去容器中CO2
氢氧化钠溶液
除去叶中原有淀粉
置于黑暗环境中
除去叶中叶绿素
酒精隔水加热除去光合作用对
细胞呼吸的干扰
给植株遮光
得到单色光
棱镜色散或薄膜滤光
维持容器内CO2浓度的恒定
适宜浓度的NaHCO3溶液
组别
1
2
3
4
5
6
7
8
9
实验
光照强度/lx
0
600
600
800
800
1 000
1 000
1 500
1 500
条件
CO2浓度/%
0.01
0.01
0.02
0.02
0.03
0.03
0.05
0.05
0.06
液滴移动/
(mm·h－1)
左移
20
左移
20
不移动
右移
40
右移
60
右移
90
右移
112
右移
112
右移
112
1.植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降的主要原因是缺水引起气孔部分关闭，CO2供应不足。
2．增加土壤中的矿质元素供应可提高光合速率，但土壤中矿质元素浓度过高，会引起植物渗透失水，光合作用强度下降。
3．易错易混的“总光合速率” “净光合速率”与“呼吸速率”。
1.光照强度：直接影响光反应的速率，光反应产物[H]和ATP的数量多少会影响暗反应的速率。
2．温度：影响光合作用过程，特别是影响暗反应中酶的催化效率，从而影响光合速率。
3．CO2浓度：CO2是暗反应的原料，CO2浓度直接影响光合速率。
4．矿质元素：直接或间接影响光合作用。例如，镁是叶绿素的组成成分，氮对酶的含量有影响，磷是ATP的组成成分。
5．光合速率与呼吸速率的关系：(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
施氮量/
(g·m－2)
叶绿素含量/
(mg·g－1)
净光合速率/
(μml·m－2·s－1)
氮肥农学效率/
(g·g－1)
0
1.28
9.96
－
25
1.45
10.41
1.51
40
1.52
12.54
2.42
55(生产中常
用施氮量)
1.50
10.68
1.72
生长期
光补偿点/
(μml·m－2·s－1)
光饱和点/
(μml·m－2·s－1)
最大净光合速率/
(μml CO2·m－2·s－1)
甲
乙
甲
乙
甲
乙
灌浆期
68
52
1 853
1 976
21.67
27.26
蜡熟期
75
72
1 732
1 365
19.17
12.63
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/(μml·m－2·s－1)
1 200
1 180
560
623
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