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所属成套资源：2021高考生物苏教版一轮复习学案
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2021届高考生物苏教版一轮复习学案：第3单元细胞的能量供应和利用第3讲光合作用（Ⅱ）
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第3讲 光合作用(Ⅱ)
影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)
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）
影响光合作用速率的环境因素及应用
1．光照强度：单位叶面积上所接受的可见光能量。
2．光合速率：单位时间单位叶面积上的CO2固定量。
3．影响光合作用强度的因素
(1)光照强度
①关系曲线
A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
①关系曲线
图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用
a．大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
b．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
①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。
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
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曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔部分关闭，影响了CO2的供应。
③应用：合理灌溉，预防干旱。
(5)矿质元素
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，会因土壤溶液浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。
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。
1．三大单因子环境因素对光合作用的影响
(1)光照强度(如图1)
①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
②分析P点后的限制因素：
(2)CO2的浓度(如图2)
①原理：影响暗反应阶段C3的生成。
②分析P点后的限制因素：
(3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。
2．多因子环境因素对光合作用的影响
(1)曲线分析
①OP段：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。
②PQ段：曲线变化受横坐标所表示的因子与坐标曲线中另一因子的共同控制，如A图受光照强度与温度的共同影响。
③Q点之后的线段：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。
(2)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。
1．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。
2．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。
3．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。
4．若植物长期处于光照强度为光补偿点(植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照强度值)的自然环境中，植物能否正常生长？原因是什么？
[提示] 不能。因为光照强度为光补偿点时，植物在白天没有有机物的积累，而且植物在夜间又进行细胞呼吸消耗有机物，植物体内的有机物减少，因此植物将不能正常生长。
5．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。
6．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。
7．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．(2018·全国卷Ⅰ)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．(2018·湖南师大附中第二次月考)甲图中，A、B分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中B已死亡，气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)；初始时指针指向正中零的位置。乙图为不断改变灯泡距水面的距离，间隔相同时间记录到指针偏转变化情况。下列相关描述，正确的是( )
A．d点时指针向右偏转
B．该实验的自变量为光照强度，c点植物O2释放速率最大
C．f点与a、b、c、d点的指针偏转方向相同，但数值较小
D．若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数加大
A [在适宜的光照条件下(如图中的a、b、c、d点)，植物进行光合作用释放出的氧气大于呼吸作用消耗的氧气，使A植物所在的气球的体积增大，指针向右偏转，A正确；该实验的目的是探究光照强度对光合作用强度的影响，实验自变量为光照强度(灯泡与水面的距离)，乙图c点指针偏转格数最大，表明O2的释放量最大，B错误；e点指针的偏转格数为零，此时细胞呼吸速率等于光合速率，ef段随着灯泡与水面的距离增大，光照强度继续减弱，导致细胞的呼吸速率大于光合速率，指针向左偏转，与a、b、c、d点相比，指针的偏转方向相反，C错误；b点时光合速率大于细胞呼吸速率，光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2，此时若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数减小，D错误。]
4．(2019·河北省调研)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：
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
(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 ℃
考查环境因素影响光合作用的实验探究
5．(2018·福州期末)为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验，提供以下材料用具：菠菜叶、打孔器(直径1 cm)、注射器、40 W台灯、烧杯、4% NaHCO3溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。
(1)某同学选取其中一个因素进行探究，以下是实验结果：
时间
上浮的叶圆片数量(片)
蒸馏水
0.5% NaHCO3
1% NaHCO3
1.5% NaHCO3
2% NaHCO3
2 min
0
7
11
10
4
4 min
0
15
16
13
7
①该实验的目的是____________________，实验检测指标是：__________________________。
②有哪些措施可以减少实验误差？
____________________________________________________________
____________________________________________________________。(至少写出二项)
③有同学认为叶片之所以浮起，是因为呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2导致叶片上浮的。根据实验结果判断该观点是否正确？并说明理由：
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
(2)利用以上材料，还可以探究的环境因素有____________。(答出2个)
[解析] (1)①由表格看出实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的浓度不同，提供的CO2浓度不同，因此该实验是研究的不同浓度的CO2对叶片光合作用的影响。实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片的数量。②减少实验误差就要平衡无关变量，重复实验求平均值。③叶片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，叶片中氧气增多，叶圆片密度变小。若要说明叶圆片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2，应从蒸馏水中叶圆片没有上浮来论述。
(2)利用上述实验材料，还可探究光照强度或不同的光质对光合作用的影响。
[答案] (1)①研究CO2浓度(或NaHCO3浓度)对叶片光合速率的影响 相同时间内烧杯中叶片浮起的数量
②用打孔器打出的叶片数量足够多；每组实验重复几次，记录的数据取平均值
③该同学的认识是错误的，因为在蒸馏水的那组实验中，叶片一样进行了呼吸作用，却没有叶片浮起，叶片上浮的原因是光合作用强度大于呼吸作用强度，叶片内氧气增多
(2)光照强度、光的性质
光合作用速率及其测定
1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根据坐标曲线判定
a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。
②根据关键词判定
检测指标
细胞呼吸速率
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、
消耗量O2
吸收量(黑暗)
释放量
产生量
有机物
消耗量(黑暗)
积累量
制造量、产生量
2.光合速率的测定
(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。对照实验与上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。
1．绿色植物的光合速率总是大于呼吸速率。(×)
[提示] 绿色植物在光照强度大于光补偿点后光合速率才大于呼吸速率。
2．在光下测得的光合速率是净光合速率。(√)
3．当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率也等于呼吸速率。(×)
[提示] 植物体所有活细胞都进行细胞呼吸，而叶肉细胞是进行光合作用的主要细胞，当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。
4．绿色植物吸收的CO2量可表示实际光合速率。(×)
[提示] 绿色植物吸收的CO2量表示净光合速率。
1．光合作用实验探究中常用实验条件的控制方法
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
2.“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。
3.“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。
考查总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
1．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的____________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是
____________________________________________________________。
(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。
[解析] (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到此点需要的光照强度低。
[答案] (1)类囊体膜 蓝紫光和红光 (2)增加 群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低 (3)低
2．(2019·全国卷Ⅱ节选)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
考查光合速率的测定
3．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。]
4．(2019·山东、湖北联考)将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内(钟罩体积为V L)，在室内调温25 ℃，给予恒定适宜的光照60 min，然后遮光处理60 min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化，得到图2曲线。
图1 图2
(1)若要获得小麦的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另设对照组。0～60 min小麦的真正光合速率为________μ mol CO2/(V L·h)。(V是钟罩体积)。
(2)实验10 min时，小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是____________________。在停止光照的瞬间叶绿体内C3的含量________。
[解析] (1)前60分钟测定净光合速率，后60分钟测定呼吸速率，不需要另设对照。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(2 000－800)＋(1 200－800)＝1 600。(2)实验10 min时，光合作用旺盛，叶绿体需要较多CO2，包括线粒体供给和细胞外吸收。停止光照，缺少NADPH和ATP，不能还原C3，且短时间内CO2的固定速率不变，C3含量增多。
[答案] (1)不需要 1 600 (2)线粒体供给和细胞外吸收 增多(或升高)
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。
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1．(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
D [若横坐标是CO2浓度，较高温度下，呼吸速率大，较低温度下，呼吸速率小，所以甲、乙与纵坐标的交点不一样，A错误；若横坐标是温度，则随着温度的升高，光合速率与呼吸速率都会表现为先升高后降低的趋势，B错误；若横坐标是光波长，则在红光区与蓝紫光区两个波长段出现波峰，与图中甲、乙曲线变化不符，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的CO2有利于光合作用的进行，因此甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度，D正确。]
2．(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：
(1)从图可知，A叶片是树冠________(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是_____________________________________。
(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是________。
[解析] (1)树冠下层叶片达到最大净光合速率时所需的光照强度会低于上层叶片，故由图中曲线可得出A叶片是树冠下层叶片。(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，说明CO2的吸收量减少，但测得放氧速率不变，由此可知，光反应速率基本不变，因此，净光合速率下降的主要原因是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用有机溶剂无水乙醇对叶绿素进行提取。
[答案] (1)下层 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片 (2)暗 (3)无水乙醇
3．(2016·全国卷Ⅰ)为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：
(1)据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是________。
(2)b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高________(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。
(3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是
____________________________________________________________。
[解析] (1)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于a时，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐升高，说明限制其光合作用强度的主要因素为光照强度。(2)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于b时，随光照强度的增加，光合作用强度不变，说明受其他环境因素的限制。由于光合作用需要不断消耗环境中的CO2，故提高CO2浓度可使b光照强度下甲组的光合作用强度升高。(3)由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物，只是环境中的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的。
[答案] (1)光照强度 (2)CO2浓度 (3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的
4．(2016·全国卷Ⅲ)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：
对照组
实验组一
实验组二
实验组三
实验组四
实验
处理
温度/℃
36
36
36
31
25
相对湿度/%
17
27
52
52
52
实验
结果
光合速率/mg CO2·dm－2·h－1
11.1
15.1
22.1
23.7
20.7
回答下列问题：
(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是________，其依据是__________________；并可推测，________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
(2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是__________________________________
____________________________________________________________。
(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。
[解析] (1)根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下，随温度的变化，光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)与实验组四相比，实验组三的温度高6 ℃，光合速率有所提高，说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高实验组四的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，不需要消耗ATP。
[答案] (1)湿度(或相对湿度) 在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大 增加 (2)四 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 (3)不需要 不需要
第3讲 光合作用(Ⅱ)
影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)
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）
影响光合作用速率的环境因素及应用
1．光照强度：单位叶面积上所接受的可见光能量。
2．光合速率：单位时间单位叶面积上的CO2固定量。
3．影响光合作用强度的因素
(1)光照强度
①关系曲线
A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
①关系曲线
图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用
a．大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
b．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
①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。
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
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曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔部分关闭，影响了CO2的供应。
③应用：合理灌溉，预防干旱。
(5)矿质元素
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，会因土壤溶液浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。
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。
1．三大单因子环境因素对光合作用的影响
(1)光照强度(如图1)
①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
②分析P点后的限制因素：
(2)CO2的浓度(如图2)
①原理：影响暗反应阶段C3的生成。
②分析P点后的限制因素：
(3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。
2．多因子环境因素对光合作用的影响
(1)曲线分析
①OP段：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。
②PQ段：曲线变化受横坐标所表示的因子与坐标曲线中另一因子的共同控制，如A图受光照强度与温度的共同影响。
③Q点之后的线段：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。
(2)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。
1．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。
2．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。
3．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。
4．若植物长期处于光照强度为光补偿点(植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照强度值)的自然环境中，植物能否正常生长？原因是什么？
[提示] 不能。因为光照强度为光补偿点时，植物在白天没有有机物的积累，而且植物在夜间又进行细胞呼吸消耗有机物，植物体内的有机物减少，因此植物将不能正常生长。
5．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。
6．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。
7．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．(2018·全国卷Ⅰ)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．(2018·湖南师大附中第二次月考)甲图中，A、B分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中B已死亡，气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)；初始时指针指向正中零的位置。乙图为不断改变灯泡距水面的距离，间隔相同时间记录到指针偏转变化情况。下列相关描述，正确的是( )
A．d点时指针向右偏转
B．该实验的自变量为光照强度，c点植物O2释放速率最大
C．f点与a、b、c、d点的指针偏转方向相同，但数值较小
D．若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数加大
A [在适宜的光照条件下(如图中的a、b、c、d点)，植物进行光合作用释放出的氧气大于呼吸作用消耗的氧气，使A植物所在的气球的体积增大，指针向右偏转，A正确；该实验的目的是探究光照强度对光合作用强度的影响，实验自变量为光照强度(灯泡与水面的距离)，乙图c点指针偏转格数最大，表明O2的释放量最大，B错误；e点指针的偏转格数为零，此时细胞呼吸速率等于光合速率，ef段随着灯泡与水面的距离增大，光照强度继续减弱，导致细胞的呼吸速率大于光合速率，指针向左偏转，与a、b、c、d点相比，指针的偏转方向相反，C错误；b点时光合速率大于细胞呼吸速率，光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2，此时若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数减小，D错误。]
4．(2019·河北省调研)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：
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
(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 ℃
考查环境因素影响光合作用的实验探究
5．(2018·福州期末)为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验，提供以下材料用具：菠菜叶、打孔器(直径1 cm)、注射器、40 W台灯、烧杯、4% NaHCO3溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。
(1)某同学选取其中一个因素进行探究，以下是实验结果：
时间
上浮的叶圆片数量(片)
蒸馏水
0.5% NaHCO3
1% NaHCO3
1.5% NaHCO3
2% NaHCO3
2 min
0
7
11
10
4
4 min
0
15
16
13
7
①该实验的目的是____________________，实验检测指标是：__________________________。
②有哪些措施可以减少实验误差？
____________________________________________________________
____________________________________________________________。(至少写出二项)
③有同学认为叶片之所以浮起，是因为呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2导致叶片上浮的。根据实验结果判断该观点是否正确？并说明理由：
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
(2)利用以上材料，还可以探究的环境因素有____________。(答出2个)
[解析] (1)①由表格看出实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的浓度不同，提供的CO2浓度不同，因此该实验是研究的不同浓度的CO2对叶片光合作用的影响。实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片的数量。②减少实验误差就要平衡无关变量，重复实验求平均值。③叶片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，叶片中氧气增多，叶圆片密度变小。若要说明叶圆片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2，应从蒸馏水中叶圆片没有上浮来论述。
(2)利用上述实验材料，还可探究光照强度或不同的光质对光合作用的影响。
[答案] (1)①研究CO2浓度(或NaHCO3浓度)对叶片光合速率的影响 相同时间内烧杯中叶片浮起的数量
②用打孔器打出的叶片数量足够多；每组实验重复几次，记录的数据取平均值
③该同学的认识是错误的，因为在蒸馏水的那组实验中，叶片一样进行了呼吸作用，却没有叶片浮起，叶片上浮的原因是光合作用强度大于呼吸作用强度，叶片内氧气增多
(2)光照强度、光的性质
光合作用速率及其测定
1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根据坐标曲线判定
a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。
②根据关键词判定
检测指标
细胞呼吸速率
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、
消耗量O2
吸收量(黑暗)
释放量
产生量
有机物
消耗量(黑暗)
积累量
制造量、产生量
2.光合速率的测定
(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。对照实验与上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。
1．绿色植物的光合速率总是大于呼吸速率。(×)
[提示] 绿色植物在光照强度大于光补偿点后光合速率才大于呼吸速率。
2．在光下测得的光合速率是净光合速率。(√)
3．当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率也等于呼吸速率。(×)
[提示] 植物体所有活细胞都进行细胞呼吸，而叶肉细胞是进行光合作用的主要细胞，当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。
4．绿色植物吸收的CO2量可表示实际光合速率。(×)
[提示] 绿色植物吸收的CO2量表示净光合速率。
1．光合作用实验探究中常用实验条件的控制方法
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
2.“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。
3.“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。
考查总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
1．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的____________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是
____________________________________________________________。
(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。
[解析] (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到此点需要的光照强度低。
[答案] (1)类囊体膜 蓝紫光和红光 (2)增加 群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低 (3)低
2．(2019·全国卷Ⅱ节选)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
考查光合速率的测定
3．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。]
4．(2019·山东、湖北联考)将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内(钟罩体积为V L)，在室内调温25 ℃，给予恒定适宜的光照60 min，然后遮光处理60 min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化，得到图2曲线。
图1 图2
(1)若要获得小麦的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另设对照组。0～60 min小麦的真正光合速率为________μ mol CO2/(V L·h)。(V是钟罩体积)。
(2)实验10 min时，小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是____________________。在停止光照的瞬间叶绿体内C3的含量________。
[解析] (1)前60分钟测定净光合速率，后60分钟测定呼吸速率，不需要另设对照。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(2 000－800)＋(1 200－800)＝1 600。(2)实验10 min时，光合作用旺盛，叶绿体需要较多CO2，包括线粒体供给和细胞外吸收。停止光照，缺少NADPH和ATP，不能还原C3，且短时间内CO2的固定速率不变，C3含量增多。
[答案] (1)不需要 1 600 (2)线粒体供给和细胞外吸收 增多(或升高)
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。
真题体验| 感悟高考 淬炼考能
1．(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
D [若横坐标是CO2浓度，较高温度下，呼吸速率大，较低温度下，呼吸速率小，所以甲、乙与纵坐标的交点不一样，A错误；若横坐标是温度，则随着温度的升高，光合速率与呼吸速率都会表现为先升高后降低的趋势，B错误；若横坐标是光波长，则在红光区与蓝紫光区两个波长段出现波峰，与图中甲、乙曲线变化不符，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的CO2有利于光合作用的进行，因此甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度，D正确。]
2．(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：
(1)从图可知，A叶片是树冠________(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是_____________________________________。
(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是________。
[解析] (1)树冠下层叶片达到最大净光合速率时所需的光照强度会低于上层叶片，故由图中曲线可得出A叶片是树冠下层叶片。(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，说明CO2的吸收量减少，但测得放氧速率不变，由此可知，光反应速率基本不变，因此，净光合速率下降的主要原因是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用有机溶剂无水乙醇对叶绿素进行提取。
[答案] (1)下层 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片 (2)暗 (3)无水乙醇
3．(2016·全国卷Ⅰ)为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：
(1)据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是________。
(2)b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高________(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。
(3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是
____________________________________________________________。
[解析] (1)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于a时，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐升高，说明限制其光合作用强度的主要因素为光照强度。(2)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于b时，随光照强度的增加，光合作用强度不变，说明受其他环境因素的限制。由于光合作用需要不断消耗环境中的CO2，故提高CO2浓度可使b光照强度下甲组的光合作用强度升高。(3)由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物，只是环境中的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的。
[答案] (1)光照强度 (2)CO2浓度 (3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的
4．(2016·全国卷Ⅲ)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：
对照组
实验组一
实验组二
实验组三
实验组四
实验
处理
温度/℃
36
36
36
31
25
相对湿度/%
17
27
52
52
52
实验
结果
光合速率/mg CO2·dm－2·h－1
11.1
15.1
22.1
23.7
20.7
回答下列问题：
(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是________，其依据是__________________；并可推测，________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
(2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是__________________________________
____________________________________________________________。
(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。
[解析] (1)根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下，随温度的变化，光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)与实验组四相比，实验组三的温度高6 ℃，光合速率有所提高，说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高实验组四的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，不需要消耗ATP。
[答案] (1)湿度(或相对湿度) 在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大 增加 (2)四 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 (3)不需要 不需要
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