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人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用第3课时学案设计
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这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用第3课时学案设计，共20页。
5.4 光合作用和能量转化（3）
目标导航
1.通过设计和实施探究环境因素对光合作用强度影响的活动，理解光照强度、二氧化碳浓度对光合作用强度的影响。
2.通过实施探究环境因素对光合作用强度影响的活动，进一步学会控制自变量，观察和检测因变量变化及设置对照实验的方法和技能。
3.通过总结影响光合作用强度的因素及原理分析，解释农业生产提高农作物产量的管理措施，并增强节约粮食的意识。
知识精讲
知识点01 影响光合作用强度的因素
1.光合作用的强度就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。光合作用的强度还可以表示为植物在单位时间内消耗CO2的数量或制造O2的数量。
2.影响光合作用的因素包括水、光照强度、CO2浓度、温度及无机营养等。
知识点02 探究环境因素对光合作用的影响
1.实验原理：利用真空渗水法排出叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。在光合作用的过程中植物吸收CO2并排出O2，产生O2的多少与光合作用的强度密切相关，O2溶解度很小，积累在细胞间隙从而使叶片上浮。因此可依据一定时间内叶片上浮的数量，来比较光合作用的强弱。
2.实验步骤：①取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm 的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。
②将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2〜3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
③将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
④取3只小烧杯，分别倒入富含CO2 的清水o
⑤向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5 W的LED灯作为光源, 利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。
⑥观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
知识点03 化能合成作用
自然界中存在某些种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但能利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物，这一过程就称为化能合成作用。生活在土壤中的硝化细菌，能够利用氨（NH3）氧化为亚硝酸（HNO2）和亚硝酸（HNO2）氧化为硝酸（HNO3）所释放的能量，将CO2和H2O合成糖类，维持自身的生命活动。
能力拓展
考法01 光照强度对光合作用的影响
光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。
1.原理：光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段。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，光反应速度加快，产生的ATP和NADPH增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
2.在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，但光照强度增加到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤)。绿色植物光照强度对光合作用强度影响曲线如下图所示：
①曲线分析
项目
曲线
点、段
进行的生理过程
气体转移情况
对应的生理状态模型
A点
只有呼吸作用，没有光合作用。细胞呼吸产生的CO2释放到外界环境，细胞呼吸消耗的O2全部从外界环境吸收。
吸收O2、释放CO2
AB段
细胞呼吸、光合作用同时进行且细胞呼吸强度>光合作用强度。细胞呼吸产生的CO2一部分进入叶绿体用于光合作用，一部分释放到外界环境，细胞呼吸消耗的O2一部分来自叶绿体的光合作用，一部分从外界环境吸收。
吸收O2、释放CO2
B点
细胞呼吸、光合作用同时进行且细胞呼吸强度＝光合作用强度。细胞呼吸产生的CO2全部进入叶绿体用于光合作用，细胞呼吸消耗的O2全部来自叶绿体的光合作用。
不与外界进行气体交换
B点以后
细胞呼吸、光合作用同时进行且细胞呼吸强度<光合作用强度。细胞呼吸产生的CO2全部进入叶绿体用于光合作用，细胞呼吸消耗的O2全部来自叶绿体的光合作用；光合作用消耗的CO2一部分来自线粒体，一部分从外界环境吸收。
吸收CO2、释放O2
②总光合与净光合的判定方法：a.在坐标曲线中，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则为总光合，若是负值则为净光合。
b.若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合。C.固定CO2的量、产生O2的量或制造有机物的量表示的是总光合；吸收CO2的量、减少CO2的量、释放O2的量、增加O2的量或积累有机物的量表示的是净光合。
③坐标曲线中关键点移动的分析：
a若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，光饱和点应左移；若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率升高时，光补偿点应左移，光饱和点应右移。
b.阴生植物与阳生植物相比，光补偿点和饱和点都相应向左移动。
3.应用：①增加光照强度促进光合作用：温室中适当增强光照强度以提高作物的光合作用强度。如阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。
②依据植物的特点合理利用光能：阴生植物光补偿点和光饱和点均较阳生植物低，可采用阴生植物与阳生植物间作的方式以合理利用光能。间作套种时应注意农作物的种类搭配、林带树种的配置。
【典例1】如图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换。下列叙述正确的是（ ）
A．黑暗条件下A不能产生CO2
B．A能产生ATP，B不能产生ATP
C．植物正常生长时，B产生的O2全部被A利用
D．白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量
【答案】D
【解析】根据图中光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，可以判断出A是线粒体、B是叶绿体。线粒体是真核细胞主要细胞器（动植物都有），机能旺盛的含量多。程粒状、棒状，具有双膜结构，内膜向内突起形成“嵴”，内膜基质和基粒上有与有氧呼吸有关的酶，是有氧呼吸第二、三阶段的场所，生命体95%的能量来自线粒体，又叫“动力工厂”．含少量的DNA、RNA。叶绿体：只存在于植物的绿色细胞中．扁平的椭球形或球形，双层膜结构．基粒上有色素，基质和基粒中含有与光合作用有关的酶，是光合作用的场所。含少量的DNA、RNA。A是线粒体、B是叶绿体。黑暗条件下，不能发生光合作用，只能进行呼吸作用，B的生理功能将停止，A的生理功能继续进行，所以能继续产生CO2，A错误；A是线粒体、B是叶绿体，两者都可以产生ATP，B错误；当光合作用强度大于呼吸作用强度时，植物才可以正常生长，B结构产生的O2被A结构全部利用以外，还有剩余的被排出细胞外，C错误；夜间适当降温，与呼吸作用有关的酶的活性降低，呼吸作用强度减弱，即能降低A结构的生理功能；白天适当升温，由于有光照和与光合作用有关的酶活性升高，B结构的生理功能提高比A结构更明显，故白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量，D正确。
考法02 CO2浓度、温度、水分和矿物质对光合作用的影响
1.CO2浓度对光合作用的影响及应用
CO2影响暗反应阶段，制约C3化合物的形成，进而影响（CH2O）的形成。在一定范围内，光合速率随CO2浓度升高而加快，但CO2浓度升高到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低。CO2浓度对光合作用强度影响曲线如下图所示：
①曲线分析：图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的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．大田生产：应“正其行，通其风”或增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
b．温室栽培：人工增加CO2、增施农家肥或与动物圈舍连通等等增大CO2浓度，提高光合速率。
2.温度对光合作用的影响及应用
光合作用是多种酶催化的生理过程。温度通过影响酶的活性影响光合作用强度，在一定范围内，光合速率随温度升高而加快，但温度升高到一定强度时，光合速率不再加快，反而降低。当温度高于光合作用的最适温度时，光合速率明显地表现出随温度上升而下降，这是由于高温引起催化暗反应的有关酶钝化、变性甚至遭到破坏，同时高温还会导致叶绿体结构发生变化和受损；高温加剧植物的呼吸作用，而且使二氧化碳溶解度的下降超过氧溶解度的下降，结果利于光呼吸而不利于光合作用；在高温下，叶子的蒸腾速率增高，叶子失水严重，造成气孔关闭，使二氧化碳供应不足，这些因素的共同作用，必然导致光合速率急剧下降。当温度上升到热限温度，净光合速率便降为零，如果温度继续上升，叶片会因严重失水而萎蔫，甚至干枯死亡。温度对光合作用强度影响曲线如下图所示：
应用：a．白天：适当提高温度以提高光合作用强度，增加有机物的合成。
b．夜间：适当降低温度以降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗。冬季温室栽培，白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
3.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。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。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。水分和无机盐对光合作用强度影响曲线如下图所示：
在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
【典例2】红松和人参均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值（ P/R）随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是（ ）
A．若土壤中镁的含量减少，一段时间后人参的a点右移
B．光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度
C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等
D．光照强度为a时，每日光照12小时，一昼夜后人参干重不变，红松干重减少
【答案】A
【解析】对于人参而言，a点光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）为1，对应的光照强度为光补偿点；若土壤中镁的含量减少，人参合成叶绿素增多，达到光补偿点需要的光照强度变大，故一段时间后人参的a点右移，A正确；光照强度在b点之后，限制红松（A）P/R值增大的主要外界因素仍然是光照强度，在d点之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2，B错误；阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低，光强为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不一定相同，故红松和人参的净光合速率不一定相同，C错误；光照强度为a时，对于人参而言，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；红松的光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）小于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，D错误。
考法03 多因子变量对光合作用强度的影响
自然条件下，光合作用强度是多因子变量共同作用的结果。多因子对光合作用强度影响曲线如下图所示：
①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：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
②应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，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。
【典例3】农业生产中长期不合理施用化肥及用污水灌溉，会造成土壤盐渍化。为研究某种植物对盐的耐受性，科学家测定了不同盐浓度对该植物的净光合速率、根相对电导度、光合色素含量的影响，结果如下图。
请据图分析回答：
（1）净合速率是指植物在单位时间内单位叶面积吸收的CO2量，则真正的光合速率＝ 。
（2）与低盐相比，当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，净光合速率 （显著增高，显著下降）。原因是：① ，造成光反应减弱。
② 显著升高，表明根细胞膜受损，电解质外渗，加上根细胞周围盐浓度增高，根细胞会因 作用失水，导致叶片萎蔫，气孔关闭， ，造成暗反应受阻。
【答案】（1）净光合速率+呼吸速率
（2）显著下降 ①光合色素含量低，导致光能吸收不足 ②根相对电导度 渗透 CO2的吸收量不足
【解析】（1）真正的光合速率=净光合速率+呼吸速率
（2）据图分析，与低盐相比，当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，净光合速率显著下降。原因：①当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，光合色素含量低，导致光能吸收不足，造成光反应减弱。
②当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，根相对电导度显著升高，表明根细胞膜受损，电解质外渗，加上根细胞周围盐浓度增高，根细胞会因渗透作用失水，导致叶片萎蔫，气孔关闭，CO2的吸收量不足，造成暗反应受阻。以上两个方面都导致实际光合速率下降，而呼吸速率一般不变，故净光合速率下降。
考法04 光合作用与细胞呼吸的区别和联系
1．区别
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、无光都能进行
2．联系(物质或能量变化的生理过程)
①物质联系
元素
转移途径
C
CO2（CH2O） C3H4O3CO2
O
H2OO2H2O
H
H2O[H](CH2O)[H] H2O
②能量联系
3．光合作用与细胞呼吸的关系图示
【典例4】如图为光合作用和呼吸作用之间的能量转变图解。下列有关该图的说法中正确的是（ ）
A．只有在强光下同一叶肉细胞呼吸作用产生的二氧化碳直接供自身光合作用利用
B．耗氧量相同的情况下，同一植株的绿色细胞和非绿色细胞产生ATP的量可能相同
C．光合作用光反应阶段产生的[H]只来自水，而呼吸作用产生的[H]只来自有机物
D．在强光下一株植物所有细胞呼吸消耗的氧气全部来自光合作用过程中产生的氧气
【答案】B
【解析】光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段是水光解形成氧气和还原氢的过程，该过程中光能转变成活跃的化学能储存在ATP中；暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，二氧化碳固定是二氧化碳与1分子五碳化合物结合形成2分子三碳化合物的过程，三碳化合物还原是三碳化合物在光反应产生的还原氢和ATP的作用下形成有机物和五碳化合物的过程。
有氧呼吸全过程：第一阶段：在细胞质基质中，一分子葡萄糖形成两分子丙酮酸、少量的[H]和少量能量，这一阶段不需要氧的参与。第二阶段：丙酮酸进入线粒体的基质中，分解为二氧化碳、大量的[H]和少量能量。第三阶段：在线粒体的内膜上，[H]和氧气结合，形成水和大量能量，这一阶段需要氧的参与。
在有光的条件下，细胞产生的二氧化碳都可以直接被光合作用利用，A错误；耗氧量相同的情况下，同一植株的绿色细胞和非绿色细胞产生ATP的量可能相同，如夜间，B正确；光合作用光反应阶段产生的[H]只来自水，而呼吸作用产生的[H]来自有机物和水，C错误；在强光条件下，根细胞呼吸作用消耗的氧气来自于外界环境，D错误。
分层提分
题组A 基础过关练
1.雾霾天气会导致农作物的光合作用速率下降,其主要原因是( )
A.光强度减弱 B.土壤肥力下降
C.吸收CO2过多 D.吸收水分过多
【答案】A
【解析】影响光合作用的环境因素主要有光强度、温度和二氧化碳浓度等。雾霾天气导致光强度降低,光反应阶段强度减弱,导致光合速率下降。
2.在封闭的温室内栽种农作物，以下措施不能提高作物产量的是( )
A.适当增加光照强度 B.增加室内CO2浓度
C.增大室内昼夜温差 D.采用绿色玻璃盖顶
【答案】D
【解析】适当增加光照强度可以提高光合作用强度，可以提高产量，A不符合题意；增加室内CO2浓度可以提高光合作用强度，B不符合题意；增大室内昼夜温差，晚上降低细胞呼吸消耗，可以提高产量，C不符合题意；采用绿色玻璃盖顶会降低光合速率，D符合题意。
3.下列有关硝化细菌的叙述正确的是（ ）
A．能进行光合作用 B．能将土壤中的氨氧化成硝酸
C．属于异养生物 D．能直接利用环境中的有机物
【答案】B
【解析】硝化细菌没有叶绿体，不能进行光合作用，A错误；硝化细菌能将土壤中的氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，B正确；硝化细菌能进行化能合成作用，属于自养生物，C错误；硝化细菌能利用环境中的无机物二氧化碳和水，并合成有机物，D错误。
4．下面列举了一些与温室大棚种植蔬菜有关的生产措施，你认为不合理的是（ ）
A．温室的设计应尽量提高采光效率，尽量减少不必要的热量散失
B．施足有机肥可直接为植物提供有机营养，同时可以补充大棚内的CO2
C．采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，节约成本
D．夜晚适当降低温度可提高作物产量
【答案】B
【解析】温室主要用于冬季蔬菜的生产，设计应尽量提高采光效率，如用透明薄膜，并且尽量减少热量的散失，有利于提高光合作用的温度，A正确；有机肥可以被微生物分解产生二氧化碳和矿质元素，可直接为植物提供矿质营养，同时可以补充大棚内的CO2，植物不能吸收有机营养，B错误；采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，营养物质能被植物有效吸收和利用，节约成本，C正确；夜晚适当降低温度可以降低夜间呼吸作用消耗的有机物，因此可以提高作物产量，D正确。
5.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是（ ）
A. 光反应强度升高，暗反应强度降低
B. 光反应强度降低，暗反应强度降低
C. 光反应强度不变，暗反应强度降低
D. 光反应强度降低，暗反应强度不变
【答案】B
【解析】缺镁叶绿素合成减少，光合作用的光反应降低，光反应降低，暗反应也会因为ATP的减少而下降，故本题选B。ACD,不符合题意。
6.小明家想建一个蔬菜大棚，小明结合所学知识给出若干建议，其中不合理的是（ ）
A．大棚用白色塑料薄膜覆盖
B．大棚内增加供暖装置确保昼夜温度均高于室外
C．大棚旁边与猪舍相通
D．大棚内安装太阳能灯泡，延长光照时间
【答案】B
【解析】大棚用白色塑料薄膜覆盖，有利于吸收各种颜色的光，利于光合作用，A正确。大棚内应增加昼夜温差，白天适当升温利于光合作用，晚上适当降温抑制呼吸，B错误。大棚旁边与猪舍相通可为蔬菜的光合作用提供更多二氧化碳，C正确。大棚内安装太阳能灯泡，延长光照时间，利于光合作用，D正确。
题组B 能力提升练
7. 研究人员将某植物的绿色果肉薄片与NaHCO3溶液混合置于密闭反应室，提供一定的光照，水浴加热保持恒温，测定反应室中O2浓度，结果如下图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
A. NaHCO3溶液的作用是提供光合作用的原料CO2
B. 15～20 min O2浓度不变，表明光合作用已经停止
C. 若在15 min时停止光照，则短时间内叶绿体中C3化合物含量增多
D. 若在20 min后停止光照，推测20～25 min范围内曲线斜率负值
【答案】B
【解析】NaHCO3分解可产生CO2，因此在反应室中加入NaHCO3的主要作用是提供CO2，A正确；15～20 min O2浓度不变，原因是光合产氧量与呼吸耗氧量相等，B错误；若在15 min时停止光照，则光反应产生的ATP和NADPH减少，而光反应产生的ATP和NADPH用于暗反应三碳化合物的还原，所以C3化合物含量增多，C正确；若在20 min后停止光照，光合作用产生氧气速率减慢，而呼吸速率消耗氧气速率不受影响，因此氧气不断减少，曲线将下降，即曲线斜率为负值，D正确。
8. 其他条件适宜情况下，光照强度对水稻植株C02吸收量（释放量）的影响如图所示。下列有关叙述正确的是（ ）
A. a点时，产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体
B. b点时，叶肉细胞中光合作用强度等于呼吸作用强度
C. 在C点时突然降低光照强度，短时间内C5含量会升高
D. 适当升高温度和二氧化碳浓度，c点将向上和向右移动
【答案】A
【解析】a点时，植物只进行呼吸作用，此时产生ATP的场所为细胞质基质和线粒体，A正确；题图是水稻植株CO2吸收（释放）量与光照强度的关系，b点时，水稻植株的净光合作用强度为0，但叶肉细胞中净光合作用强度大于0，B错误；在c点时突然降低光照强度，光反应阶段产生的ATP、NADPH减少，C3还原减少，C5固定CO2的过程继续进行，故短时间内C5含量会下降，C错误；图示曲线是在适宜条件下测得，升高温度会使光合作用减弱，c点将下移，D错误。
9. 光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是（ ）
A. 突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加
B. 突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减小
C. 突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减小
D. 突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小
【答案】A
【解析】突然中断CO2供应使C3减少，因此三碳化合物还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，A正确；突然中断CO2供应，使暗反应中二氧化碳固定减少，而三碳化合物还原仍在进行，因此导致C3减少，C5增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加，B错误；由于色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将抑制暗反应中三碳化合物的还原，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，D错误。
10.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是( )
A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C．光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D．光照强度为b～c时，曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
【答案】D
【解析】曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同，因此光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同，A正确；曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同，因此光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同，B正确；由曲线图可知，光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高，C正确；光照强度为b～c，曲线Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而缓慢升高，但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化，D错误。
11.圆粒豌豆为半耐寒性作物，喜阳光充足、温和湿润的气候，也较耐半阴。圆粒碗豆的耐寒力强于皱粒碗豆。已知圆粒豌豆苗期适宜温度为15~20℃，成熟阶段适宜温度为18~20℃，高温干旱时荚果产量和品质下降。请回答下列问题：
（1）圆粒疏豆在阳光充足的条件下，光合速率______（填“大于”“小于”或“等于”）呼吸速率。
（2）暗反应产物中所需能量不直接来自光能，所产生的能量也不能直接用于各项生命活动。上述能量转换过程中的媒介是__________________，其能充当能量转换媒介的原因在于分子结构特点，该特点是_______________________________________；细胞呼吸将_____________________中的能量逐步释放出来。
（3）已知淀粉分支酶是合成支链淀粉的关键酶，分析可知圆粒碗豆成熟阶段淀粉分支酶数量和活性较同时期的皱粒碗豆内______（填“升高”“降低”或“不变”）。
（4）请解释高温干旱时荚果产量下降的原因：_______________________________________________。
【答案】（1） 大于 （2） ATP ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键很容易断裂和形成 葡萄糖（等有机物） （3）升高 （4）高温干旱时，光合作用酶活性降低，导致光合速率降低；高温干旱时，气孔导度下降，CO2吸收减少，导致光合速率降低（合理即可）
【解析】（1）在阳光充足条件下，圆粒豌豆需要积累有机物，一般光合速率大于呼吸速率。
（2）暗反应产物中所需能量不直接来自太阳光能，所产生的能量也不能直接用于各项生命活动，上述能量转换过程中的媒介是ATP，其能充当能量转换媒介的原因在于分子结构特点，ATP分子中远离A的高能磷酸键很容易断裂与形成；细胞呼吸将葡萄糖等有机物（或葡萄糖）中的能量释放出来后可被各项生命活动利用。
（3）圆粒豌豆较同时期的皱粒豌豆活性更强，体内积累了更多的有机物，更饱满，所以圆粒豌豆成熟阶段淀粉分支酶数量和活性较同时期的皱粒豌豆内升高。
（4）高温干旱时，光合作用酶活性降低，光合作用强度下降；根吸水减少，为了防止水分因蒸腾作用散失过多，部分气孔关闭，CO2吸收减少，光合作用强度下降；细胞严重失水，光合作用结构（叶绿体）被破坏，光合作用强度下降，产量下降等，所以高温干旱时荚果产量下降。
12.为探究未来大气CO2浓度升高等因素对水稻光合作用的影响，科研人员进行实验，结果如下表。
气孔导度（mol/m2·s）
叶绿素色度比值（SPAD）
净光合速率（mmol/m2·s）
硝态氮
（NO3-）
A品种
大气CO2
0．34
44．9
17．1
高CO2
0．24
45．2
20．4
B品种
大气CO2
0．26
40．1
14．1
高CO2
0．19
40．3
17．4
铵态氮
（NH4+）
A品种
大气CO2
0．53
45．1
34．1
高CO2
0．48
45．6
44．2
B品种
大气CO2
0．39
40．4
25．1
高CO2
0．25
40．9
25．5
（注：SPAD值表示叶绿素含量多少，SPAD值越高叶绿素含量越多）
回答下列问题：
（1）光合作用过程中需要叶绿素、______等含氮物质参与，水稻细胞中叶绿素分布在______。
（2）该实验的自变量是__________________________________________________________。
（3）从增强CO2吸收的角度考虑，应选择种植______品种水稻。供给铵态氮（NH4+）的水稻净光合速率较高，据表分析原因_______________________________________________________________。
【答案】（1）光合作用有关的酶、磷脂、NADPH、NADP、ATP、ADP 类囊体薄膜
（2）CO2浓度、不同氮素供给和不同水稻品种
（3）A 相同CO2浓度、相同水稻品种，铵态氮（NH4-）较硝态氮（NO3）处理叶绿素含量接近，但气孔导度明显提高，有利于CO2的吸收，提高暗反应速率，从而提高光合速率
【解析】（1）光合作用过程中需要叶绿素、光合作用有关的酶、磷脂、NADPH、NADP、ATP、ADP等含氮物质参与，参与光反应的叶绿素分布在类囊体薄膜上。
（2）分析实验表格可知，该实验的自变量是CO2浓度、不同氮素供给和不同水稻品种，因变量为气孔导度、叶绿素色度比值、净光合速率。
（3）分析表格数据可知，相同CO2浓度、相同氮素条件下，A品种水稻的气孔导度和净光合速率比B品种高，故从增强CO2吸收的角度考虑，应选择种植A品种水稻。在相同CO2浓度、相同水稻品种条件下，铵态氮（NH4+）与硝态氮（NO3-）处理相比，叶绿素含量接近，但气孔导度明显提高，有利于CO2的吸收，提高暗反应速率，从而提高光合速率。
题组C 培优拔尖练
13.（2018江苏卷）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
【答案】D
【解析】若横坐标是CO2浓度，较高温度下，呼吸速率高，较低温度下，呼吸速率低，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，则净光合曲线的变化趋势为先升高后降低，与图中甲乙曲线变化不符，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的二氧化碳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。
14.（2020浙江7月选考卷）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
【答案】A
【解析】测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏， 导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少， C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，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错误。
15.（2018浙江卷）各取未转基因的水稻（W）和转Z基因的水稻（T）数株，分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHS03，24h后进行干旱胁迫处理（胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素），测得未胁迫和胁迫8h时的光合速率如图所示。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。下列叙述正确的是（ ）
A．寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体外膜上［H］的传递
B．寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的基质
C．转Z基因提高光合作用的效率，且增加寡霉素对光合速率的抑制作用
D．喷施NaHSO3促进光合作用．且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降
【答案】D
【解析】已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体内膜上［H］的传递，A错误；ATP产生于光合作用中的光反应，寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的类囊体薄膜，B错误；对比分析（W＋H2O）与（T＋H2O）的实验结果可知，转Z基因提高光合作用的效率，对比分析（W＋寡霉素）与（T＋寡霉素）的实验结果可知，转Z基因可以减缓增加寡霉素对光合速率的抑制作用，C错误；对比分析（W＋H2O）、（W＋寡霉素）与（W＋NaHSO3）的实验结果可知，喷施NaHSO3能够促进光合作用，且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降，D正确。
16.（2020课标Ⅰ卷）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___________________。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μmol·m-2·s-1
1 200
1 180
560
623
【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 (4). 作物A光饱和点高且长得高，可以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）中耕松土过程中去除了杂草，减少了杂草和农作物之间的竞争；疏松土壤可以增加土壤的含氧量，有利于根细胞的有氧呼吸，促进矿质元素的吸收，从而达到增产的目的。
（2）农田施肥时，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。
（3）分析表中数据可知，作物A、D的株高较高，B、C的株高较低，作物A、B的光饱和点较高，适宜在较强光照下生长，C、D的光饱和点较低，适宜在弱光下生长，综合上述特点，应选取作物A和C进行间作，作物A可利用上层光照进行光合作用，作物C能利用下层的弱光进行光合作用，从而提高光能利用率。
5.4 光合作用和能量转化（3）
目标导航
1.通过设计和实施探究环境因素对光合作用强度影响的活动，理解光照强度、二氧化碳浓度对光合作用强度的影响。
2.通过实施探究环境因素对光合作用强度影响的活动，进一步学会控制自变量，观察和检测因变量变化及设置对照实验的方法和技能。
3.通过总结影响光合作用强度的因素及原理分析，解释农业生产提高农作物产量的管理措施，并增强节约粮食的意识。
知识精讲
知识点01 影响光合作用强度的因素
1.光合作用的强度就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。光合作用的强度还可以表示为植物在单位时间内消耗CO2的数量或制造O2的数量。
2.影响光合作用的因素包括水、光照强度、CO2浓度、温度及无机营养等。
知识点02 探究环境因素对光合作用的影响
1.实验原理：利用真空渗水法排出叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。在光合作用的过程中植物吸收CO2并排出O2，产生O2的多少与光合作用的强度密切相关，O2溶解度很小，积累在细胞间隙从而使叶片上浮。因此可依据一定时间内叶片上浮的数量，来比较光合作用的强弱。
2.实验步骤：①取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm 的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。
②将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2〜3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
③将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
④取3只小烧杯，分别倒入富含CO2 的清水o
⑤向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5 W的LED灯作为光源, 利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。
⑥观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
知识点03 化能合成作用
自然界中存在某些种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但能利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物，这一过程就称为化能合成作用。生活在土壤中的硝化细菌，能够利用氨（NH3）氧化为亚硝酸（HNO2）和亚硝酸（HNO2）氧化为硝酸（HNO3）所释放的能量，将CO2和H2O合成糖类，维持自身的生命活动。
能力拓展
考法01 光照强度对光合作用的影响
光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。
1.原理：光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段。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，光反应速度加快，产生的ATP和NADPH增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
2.在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，但光照强度增加到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤)。绿色植物光照强度对光合作用强度影响曲线如下图所示：
①曲线分析
项目
曲线
点、段
进行的生理过程
气体转移情况
对应的生理状态模型
A点
只有呼吸作用，没有光合作用。细胞呼吸产生的CO2释放到外界环境，细胞呼吸消耗的O2全部从外界环境吸收。
吸收O2、释放CO2
AB段
细胞呼吸、光合作用同时进行且细胞呼吸强度>光合作用强度。细胞呼吸产生的CO2一部分进入叶绿体用于光合作用，一部分释放到外界环境，细胞呼吸消耗的O2一部分来自叶绿体的光合作用，一部分从外界环境吸收。
吸收O2、释放CO2
B点
细胞呼吸、光合作用同时进行且细胞呼吸强度＝光合作用强度。细胞呼吸产生的CO2全部进入叶绿体用于光合作用，细胞呼吸消耗的O2全部来自叶绿体的光合作用。
不与外界进行气体交换
B点以后
细胞呼吸、光合作用同时进行且细胞呼吸强度<光合作用强度。细胞呼吸产生的CO2全部进入叶绿体用于光合作用，细胞呼吸消耗的O2全部来自叶绿体的光合作用；光合作用消耗的CO2一部分来自线粒体，一部分从外界环境吸收。
吸收CO2、释放O2
②总光合与净光合的判定方法：a.在坐标曲线中，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则为总光合，若是负值则为净光合。
b.若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合。C.固定CO2的量、产生O2的量或制造有机物的量表示的是总光合；吸收CO2的量、减少CO2的量、释放O2的量、增加O2的量或积累有机物的量表示的是净光合。
③坐标曲线中关键点移动的分析：
a若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，光饱和点应左移；若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率升高时，光补偿点应左移，光饱和点应右移。
b.阴生植物与阳生植物相比，光补偿点和饱和点都相应向左移动。
3.应用：①增加光照强度促进光合作用：温室中适当增强光照强度以提高作物的光合作用强度。如阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。
②依据植物的特点合理利用光能：阴生植物光补偿点和光饱和点均较阳生植物低，可采用阴生植物与阳生植物间作的方式以合理利用光能。间作套种时应注意农作物的种类搭配、林带树种的配置。
【典例1】如图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换。下列叙述正确的是（ ）
A．黑暗条件下A不能产生CO2
B．A能产生ATP，B不能产生ATP
C．植物正常生长时，B产生的O2全部被A利用
D．白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量
【答案】D
【解析】根据图中光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，可以判断出A是线粒体、B是叶绿体。线粒体是真核细胞主要细胞器（动植物都有），机能旺盛的含量多。程粒状、棒状，具有双膜结构，内膜向内突起形成“嵴”，内膜基质和基粒上有与有氧呼吸有关的酶，是有氧呼吸第二、三阶段的场所，生命体95%的能量来自线粒体，又叫“动力工厂”．含少量的DNA、RNA。叶绿体：只存在于植物的绿色细胞中．扁平的椭球形或球形，双层膜结构．基粒上有色素，基质和基粒中含有与光合作用有关的酶，是光合作用的场所。含少量的DNA、RNA。A是线粒体、B是叶绿体。黑暗条件下，不能发生光合作用，只能进行呼吸作用，B的生理功能将停止，A的生理功能继续进行，所以能继续产生CO2，A错误；A是线粒体、B是叶绿体，两者都可以产生ATP，B错误；当光合作用强度大于呼吸作用强度时，植物才可以正常生长，B结构产生的O2被A结构全部利用以外，还有剩余的被排出细胞外，C错误；夜间适当降温，与呼吸作用有关的酶的活性降低，呼吸作用强度减弱，即能降低A结构的生理功能；白天适当升温，由于有光照和与光合作用有关的酶活性升高，B结构的生理功能提高比A结构更明显，故白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量，D正确。
考法02 CO2浓度、温度、水分和矿物质对光合作用的影响
1.CO2浓度对光合作用的影响及应用
CO2影响暗反应阶段，制约C3化合物的形成，进而影响（CH2O）的形成。在一定范围内，光合速率随CO2浓度升高而加快，但CO2浓度升高到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低。CO2浓度对光合作用强度影响曲线如下图所示：
①曲线分析：图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的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．大田生产：应“正其行，通其风”或增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
b．温室栽培：人工增加CO2、增施农家肥或与动物圈舍连通等等增大CO2浓度，提高光合速率。
2.温度对光合作用的影响及应用
光合作用是多种酶催化的生理过程。温度通过影响酶的活性影响光合作用强度，在一定范围内，光合速率随温度升高而加快，但温度升高到一定强度时，光合速率不再加快，反而降低。当温度高于光合作用的最适温度时，光合速率明显地表现出随温度上升而下降，这是由于高温引起催化暗反应的有关酶钝化、变性甚至遭到破坏，同时高温还会导致叶绿体结构发生变化和受损；高温加剧植物的呼吸作用，而且使二氧化碳溶解度的下降超过氧溶解度的下降，结果利于光呼吸而不利于光合作用；在高温下，叶子的蒸腾速率增高，叶子失水严重，造成气孔关闭，使二氧化碳供应不足，这些因素的共同作用，必然导致光合速率急剧下降。当温度上升到热限温度，净光合速率便降为零，如果温度继续上升，叶片会因严重失水而萎蔫，甚至干枯死亡。温度对光合作用强度影响曲线如下图所示：
应用：a．白天：适当提高温度以提高光合作用强度，增加有机物的合成。
b．夜间：适当降低温度以降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗。冬季温室栽培，白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
3.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。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。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。水分和无机盐对光合作用强度影响曲线如下图所示：
在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
【典例2】红松和人参均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值（ P/R）随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是（ ）
A．若土壤中镁的含量减少，一段时间后人参的a点右移
B．光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度
C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等
D．光照强度为a时，每日光照12小时，一昼夜后人参干重不变，红松干重减少
【答案】A
【解析】对于人参而言，a点光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）为1，对应的光照强度为光补偿点；若土壤中镁的含量减少，人参合成叶绿素增多，达到光补偿点需要的光照强度变大，故一段时间后人参的a点右移，A正确；光照强度在b点之后，限制红松（A）P/R值增大的主要外界因素仍然是光照强度，在d点之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2，B错误；阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低，光强为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不一定相同，故红松和人参的净光合速率不一定相同，C错误；光照强度为a时，对于人参而言，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；红松的光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）小于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，D错误。
考法03 多因子变量对光合作用强度的影响
自然条件下，光合作用强度是多因子变量共同作用的结果。多因子对光合作用强度影响曲线如下图所示：
①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：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
②应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，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。
【典例3】农业生产中长期不合理施用化肥及用污水灌溉，会造成土壤盐渍化。为研究某种植物对盐的耐受性，科学家测定了不同盐浓度对该植物的净光合速率、根相对电导度、光合色素含量的影响，结果如下图。
请据图分析回答：
（1）净合速率是指植物在单位时间内单位叶面积吸收的CO2量，则真正的光合速率＝ 。
（2）与低盐相比，当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，净光合速率 （显著增高，显著下降）。原因是：① ，造成光反应减弱。
② 显著升高，表明根细胞膜受损，电解质外渗，加上根细胞周围盐浓度增高，根细胞会因 作用失水，导致叶片萎蔫，气孔关闭， ，造成暗反应受阻。
【答案】（1）净光合速率+呼吸速率
（2）显著下降 ①光合色素含量低，导致光能吸收不足 ②根相对电导度 渗透 CO2的吸收量不足
【解析】（1）真正的光合速率=净光合速率+呼吸速率
（2）据图分析，与低盐相比，当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，净光合速率显著下降。原因：①当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，光合色素含量低，导致光能吸收不足，造成光反应减弱。
②当NaCl浓度在200～250 mmol/L时，根相对电导度显著升高，表明根细胞膜受损，电解质外渗，加上根细胞周围盐浓度增高，根细胞会因渗透作用失水，导致叶片萎蔫，气孔关闭，CO2的吸收量不足，造成暗反应受阻。以上两个方面都导致实际光合速率下降，而呼吸速率一般不变，故净光合速率下降。
考法04 光合作用与细胞呼吸的区别和联系
1．区别
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、无光都能进行
2．联系(物质或能量变化的生理过程)
①物质联系
元素
转移途径
C
CO2（CH2O） C3H4O3CO2
O
H2OO2H2O
H
H2O[H](CH2O)[H] H2O
②能量联系
3．光合作用与细胞呼吸的关系图示
【典例4】如图为光合作用和呼吸作用之间的能量转变图解。下列有关该图的说法中正确的是（ ）
A．只有在强光下同一叶肉细胞呼吸作用产生的二氧化碳直接供自身光合作用利用
B．耗氧量相同的情况下，同一植株的绿色细胞和非绿色细胞产生ATP的量可能相同
C．光合作用光反应阶段产生的[H]只来自水，而呼吸作用产生的[H]只来自有机物
D．在强光下一株植物所有细胞呼吸消耗的氧气全部来自光合作用过程中产生的氧气
【答案】B
【解析】光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段是水光解形成氧气和还原氢的过程，该过程中光能转变成活跃的化学能储存在ATP中；暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，二氧化碳固定是二氧化碳与1分子五碳化合物结合形成2分子三碳化合物的过程，三碳化合物还原是三碳化合物在光反应产生的还原氢和ATP的作用下形成有机物和五碳化合物的过程。
有氧呼吸全过程：第一阶段：在细胞质基质中，一分子葡萄糖形成两分子丙酮酸、少量的[H]和少量能量，这一阶段不需要氧的参与。第二阶段：丙酮酸进入线粒体的基质中，分解为二氧化碳、大量的[H]和少量能量。第三阶段：在线粒体的内膜上，[H]和氧气结合，形成水和大量能量，这一阶段需要氧的参与。
在有光的条件下，细胞产生的二氧化碳都可以直接被光合作用利用，A错误；耗氧量相同的情况下，同一植株的绿色细胞和非绿色细胞产生ATP的量可能相同，如夜间，B正确；光合作用光反应阶段产生的[H]只来自水，而呼吸作用产生的[H]来自有机物和水，C错误；在强光条件下，根细胞呼吸作用消耗的氧气来自于外界环境，D错误。
分层提分
题组A 基础过关练
1.雾霾天气会导致农作物的光合作用速率下降,其主要原因是( )
A.光强度减弱 B.土壤肥力下降
C.吸收CO2过多 D.吸收水分过多
【答案】A
【解析】影响光合作用的环境因素主要有光强度、温度和二氧化碳浓度等。雾霾天气导致光强度降低,光反应阶段强度减弱,导致光合速率下降。
2.在封闭的温室内栽种农作物，以下措施不能提高作物产量的是( )
A.适当增加光照强度 B.增加室内CO2浓度
C.增大室内昼夜温差 D.采用绿色玻璃盖顶
【答案】D
【解析】适当增加光照强度可以提高光合作用强度，可以提高产量，A不符合题意；增加室内CO2浓度可以提高光合作用强度，B不符合题意；增大室内昼夜温差，晚上降低细胞呼吸消耗，可以提高产量，C不符合题意；采用绿色玻璃盖顶会降低光合速率，D符合题意。
3.下列有关硝化细菌的叙述正确的是（ ）
A．能进行光合作用 B．能将土壤中的氨氧化成硝酸
C．属于异养生物 D．能直接利用环境中的有机物
【答案】B
【解析】硝化细菌没有叶绿体，不能进行光合作用，A错误；硝化细菌能将土壤中的氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，B正确；硝化细菌能进行化能合成作用，属于自养生物，C错误；硝化细菌能利用环境中的无机物二氧化碳和水，并合成有机物，D错误。
4．下面列举了一些与温室大棚种植蔬菜有关的生产措施，你认为不合理的是（ ）
A．温室的设计应尽量提高采光效率，尽量减少不必要的热量散失
B．施足有机肥可直接为植物提供有机营养，同时可以补充大棚内的CO2
C．采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，节约成本
D．夜晚适当降低温度可提高作物产量
【答案】B
【解析】温室主要用于冬季蔬菜的生产，设计应尽量提高采光效率，如用透明薄膜，并且尽量减少热量的散失，有利于提高光合作用的温度，A正确；有机肥可以被微生物分解产生二氧化碳和矿质元素，可直接为植物提供矿质营养，同时可以补充大棚内的CO2，植物不能吸收有机营养，B错误；采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，营养物质能被植物有效吸收和利用，节约成本，C正确；夜晚适当降低温度可以降低夜间呼吸作用消耗的有机物，因此可以提高作物产量，D正确。
5.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是（ ）
A. 光反应强度升高，暗反应强度降低
B. 光反应强度降低，暗反应强度降低
C. 光反应强度不变，暗反应强度降低
D. 光反应强度降低，暗反应强度不变
【答案】B
【解析】缺镁叶绿素合成减少，光合作用的光反应降低，光反应降低，暗反应也会因为ATP的减少而下降，故本题选B。ACD,不符合题意。
6.小明家想建一个蔬菜大棚，小明结合所学知识给出若干建议，其中不合理的是（ ）
A．大棚用白色塑料薄膜覆盖
B．大棚内增加供暖装置确保昼夜温度均高于室外
C．大棚旁边与猪舍相通
D．大棚内安装太阳能灯泡，延长光照时间
【答案】B
【解析】大棚用白色塑料薄膜覆盖，有利于吸收各种颜色的光，利于光合作用，A正确。大棚内应增加昼夜温差，白天适当升温利于光合作用，晚上适当降温抑制呼吸，B错误。大棚旁边与猪舍相通可为蔬菜的光合作用提供更多二氧化碳，C正确。大棚内安装太阳能灯泡，延长光照时间，利于光合作用，D正确。
题组B 能力提升练
7. 研究人员将某植物的绿色果肉薄片与NaHCO3溶液混合置于密闭反应室，提供一定的光照，水浴加热保持恒温，测定反应室中O2浓度，结果如下图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
A. NaHCO3溶液的作用是提供光合作用的原料CO2
B. 15～20 min O2浓度不变，表明光合作用已经停止
C. 若在15 min时停止光照，则短时间内叶绿体中C3化合物含量增多
D. 若在20 min后停止光照，推测20～25 min范围内曲线斜率负值
【答案】B
【解析】NaHCO3分解可产生CO2，因此在反应室中加入NaHCO3的主要作用是提供CO2，A正确；15～20 min O2浓度不变，原因是光合产氧量与呼吸耗氧量相等，B错误；若在15 min时停止光照，则光反应产生的ATP和NADPH减少，而光反应产生的ATP和NADPH用于暗反应三碳化合物的还原，所以C3化合物含量增多，C正确；若在20 min后停止光照，光合作用产生氧气速率减慢，而呼吸速率消耗氧气速率不受影响，因此氧气不断减少，曲线将下降，即曲线斜率为负值，D正确。
8. 其他条件适宜情况下，光照强度对水稻植株C02吸收量（释放量）的影响如图所示。下列有关叙述正确的是（ ）
A. a点时，产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体
B. b点时，叶肉细胞中光合作用强度等于呼吸作用强度
C. 在C点时突然降低光照强度，短时间内C5含量会升高
D. 适当升高温度和二氧化碳浓度，c点将向上和向右移动
【答案】A
【解析】a点时，植物只进行呼吸作用，此时产生ATP的场所为细胞质基质和线粒体，A正确；题图是水稻植株CO2吸收（释放）量与光照强度的关系，b点时，水稻植株的净光合作用强度为0，但叶肉细胞中净光合作用强度大于0，B错误；在c点时突然降低光照强度，光反应阶段产生的ATP、NADPH减少，C3还原减少，C5固定CO2的过程继续进行，故短时间内C5含量会下降，C错误；图示曲线是在适宜条件下测得，升高温度会使光合作用减弱，c点将下移，D错误。
9. 光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是（ ）
A. 突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加
B. 突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减小
C. 突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减小
D. 突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小
【答案】A
【解析】突然中断CO2供应使C3减少，因此三碳化合物还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，A正确；突然中断CO2供应，使暗反应中二氧化碳固定减少，而三碳化合物还原仍在进行，因此导致C3减少，C5增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加，B错误；由于色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将抑制暗反应中三碳化合物的还原，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，D错误。
10.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是( )
A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C．光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D．光照强度为b～c时，曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
【答案】D
【解析】曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同，因此光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同，A正确；曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同，因此光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同，B正确；由曲线图可知，光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高，C正确；光照强度为b～c，曲线Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而缓慢升高，但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化，D错误。
11.圆粒豌豆为半耐寒性作物，喜阳光充足、温和湿润的气候，也较耐半阴。圆粒碗豆的耐寒力强于皱粒碗豆。已知圆粒豌豆苗期适宜温度为15~20℃，成熟阶段适宜温度为18~20℃，高温干旱时荚果产量和品质下降。请回答下列问题：
（1）圆粒疏豆在阳光充足的条件下，光合速率______（填“大于”“小于”或“等于”）呼吸速率。
（2）暗反应产物中所需能量不直接来自光能，所产生的能量也不能直接用于各项生命活动。上述能量转换过程中的媒介是__________________，其能充当能量转换媒介的原因在于分子结构特点，该特点是_______________________________________；细胞呼吸将_____________________中的能量逐步释放出来。
（3）已知淀粉分支酶是合成支链淀粉的关键酶，分析可知圆粒碗豆成熟阶段淀粉分支酶数量和活性较同时期的皱粒碗豆内______（填“升高”“降低”或“不变”）。
（4）请解释高温干旱时荚果产量下降的原因：_______________________________________________。
【答案】（1） 大于 （2） ATP ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键很容易断裂和形成 葡萄糖（等有机物） （3）升高 （4）高温干旱时，光合作用酶活性降低，导致光合速率降低；高温干旱时，气孔导度下降，CO2吸收减少，导致光合速率降低（合理即可）
【解析】（1）在阳光充足条件下，圆粒豌豆需要积累有机物，一般光合速率大于呼吸速率。
（2）暗反应产物中所需能量不直接来自太阳光能，所产生的能量也不能直接用于各项生命活动，上述能量转换过程中的媒介是ATP，其能充当能量转换媒介的原因在于分子结构特点，ATP分子中远离A的高能磷酸键很容易断裂与形成；细胞呼吸将葡萄糖等有机物（或葡萄糖）中的能量释放出来后可被各项生命活动利用。
（3）圆粒豌豆较同时期的皱粒豌豆活性更强，体内积累了更多的有机物，更饱满，所以圆粒豌豆成熟阶段淀粉分支酶数量和活性较同时期的皱粒豌豆内升高。
（4）高温干旱时，光合作用酶活性降低，光合作用强度下降；根吸水减少，为了防止水分因蒸腾作用散失过多，部分气孔关闭，CO2吸收减少，光合作用强度下降；细胞严重失水，光合作用结构（叶绿体）被破坏，光合作用强度下降，产量下降等，所以高温干旱时荚果产量下降。
12.为探究未来大气CO2浓度升高等因素对水稻光合作用的影响，科研人员进行实验，结果如下表。
气孔导度（mol/m2·s）
叶绿素色度比值（SPAD）
净光合速率（mmol/m2·s）
硝态氮
（NO3-）
A品种
大气CO2
0．34
44．9
17．1
高CO2
0．24
45．2
20．4
B品种
大气CO2
0．26
40．1
14．1
高CO2
0．19
40．3
17．4
铵态氮
（NH4+）
A品种
大气CO2
0．53
45．1
34．1
高CO2
0．48
45．6
44．2
B品种
大气CO2
0．39
40．4
25．1
高CO2
0．25
40．9
25．5
（注：SPAD值表示叶绿素含量多少，SPAD值越高叶绿素含量越多）
回答下列问题：
（1）光合作用过程中需要叶绿素、______等含氮物质参与，水稻细胞中叶绿素分布在______。
（2）该实验的自变量是__________________________________________________________。
（3）从增强CO2吸收的角度考虑，应选择种植______品种水稻。供给铵态氮（NH4+）的水稻净光合速率较高，据表分析原因_______________________________________________________________。
【答案】（1）光合作用有关的酶、磷脂、NADPH、NADP、ATP、ADP 类囊体薄膜
（2）CO2浓度、不同氮素供给和不同水稻品种
（3）A 相同CO2浓度、相同水稻品种，铵态氮（NH4-）较硝态氮（NO3）处理叶绿素含量接近，但气孔导度明显提高，有利于CO2的吸收，提高暗反应速率，从而提高光合速率
【解析】（1）光合作用过程中需要叶绿素、光合作用有关的酶、磷脂、NADPH、NADP、ATP、ADP等含氮物质参与，参与光反应的叶绿素分布在类囊体薄膜上。
（2）分析实验表格可知，该实验的自变量是CO2浓度、不同氮素供给和不同水稻品种，因变量为气孔导度、叶绿素色度比值、净光合速率。
（3）分析表格数据可知，相同CO2浓度、相同氮素条件下，A品种水稻的气孔导度和净光合速率比B品种高，故从增强CO2吸收的角度考虑，应选择种植A品种水稻。在相同CO2浓度、相同水稻品种条件下，铵态氮（NH4+）与硝态氮（NO3-）处理相比，叶绿素含量接近，但气孔导度明显提高，有利于CO2的吸收，提高暗反应速率，从而提高光合速率。
题组C 培优拔尖练
13.（2018江苏卷）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
【答案】D
【解析】若横坐标是CO2浓度，较高温度下，呼吸速率高，较低温度下，呼吸速率低，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，则净光合曲线的变化趋势为先升高后降低，与图中甲乙曲线变化不符，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的二氧化碳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。
14.（2020浙江7月选考卷）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
【答案】A
【解析】测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏， 导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少， C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，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错误。
15.（2018浙江卷）各取未转基因的水稻（W）和转Z基因的水稻（T）数株，分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHS03，24h后进行干旱胁迫处理（胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素），测得未胁迫和胁迫8h时的光合速率如图所示。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。下列叙述正确的是（ ）
A．寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体外膜上［H］的传递
B．寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的基质
C．转Z基因提高光合作用的效率，且增加寡霉素对光合速率的抑制作用
D．喷施NaHSO3促进光合作用．且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降
【答案】D
【解析】已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体内膜上［H］的传递，A错误；ATP产生于光合作用中的光反应，寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的类囊体薄膜，B错误；对比分析（W＋H2O）与（T＋H2O）的实验结果可知，转Z基因提高光合作用的效率，对比分析（W＋寡霉素）与（T＋寡霉素）的实验结果可知，转Z基因可以减缓增加寡霉素对光合速率的抑制作用，C错误；对比分析（W＋H2O）、（W＋寡霉素）与（W＋NaHSO3）的实验结果可知，喷施NaHSO3能够促进光合作用，且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降，D正确。
16.（2020课标Ⅰ卷）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___________________。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μmol·m-2·s-1
1 200
1 180
560
623
【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 (4). 作物A光饱和点高且长得高，可以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）中耕松土过程中去除了杂草，减少了杂草和农作物之间的竞争；疏松土壤可以增加土壤的含氧量，有利于根细胞的有氧呼吸，促进矿质元素的吸收，从而达到增产的目的。
（2）农田施肥时，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。
（3）分析表中数据可知，作物A、D的株高较高，B、C的株高较低，作物A、B的光饱和点较高，适宜在较强光照下生长，C、D的光饱和点较低，适宜在弱光下生长，综合上述特点，应选取作物A和C进行间作，作物A可利用上层光照进行光合作用，作物C能利用下层的弱光进行光合作用，从而提高光能利用率。
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