2024届人教版高考生物一轮复习细胞呼吸和光合作用的影响因素学案

第 5 讲　细胞呼吸和光合作用的影响因素

细胞呼吸和光合作用的影响因素是每年的必考点。命题时常以曲线图、表格等为信息载体考查影响细胞呼吸和光合作用的因素，并结合生产实际考查其在生产上的应用，体现了科学思维和社会责任等学科素养。

1．(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　 )

A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率

B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定

C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率

D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率

解析：选D　初期容器内CO2浓度较大，光合速率大于呼吸速率，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度逐渐下降，O2浓度逐渐上升，导致光合速率逐渐降低，A错误；密闭容器在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，说明植物光合速率大于呼吸速率，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合速率与呼吸速率相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。

2．(2017·北京高考)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此，对该植物生理特性理解错误的是(　 )

A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高

B．净光合作用的最适温度约为25 ℃

C．在0～25 ℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大

D．适合该植物生长的温度范围是10～50 ℃

解析：选D　从第二幅图的曲线中可以看出，光合作用的最适温度为30 ℃左右，呼吸作用的最适温度为55 ℃左右；在0～25 ℃范围内，光合作用曲线变化明显大于呼吸作用曲线，A、C正确。据第一幅图可知，净光合作用的最适温度约为25 ℃；植物总光合作用大于呼吸作用时，即净光合作用大于0时，适合植物的生长，从图中可以看出，适合该植物生长的温度范围是－10～45 ℃，B正确，D错误。

3．(2022·浙江6月选考)通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。

注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。

回答下列问题：

(1)从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加___________，提高吸收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的___________；结合光补偿点的变化趋势，说明植株通过降低________，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中______________________的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。

(2)植物的光合产物主要以________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，植株优先将光合产物分配至________中。

(3)与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为____________(A.<2小时　B．2小时　C．4小时　D．>4小时)，才能获得较高的花生产量。

解析：(1)从表中数据可以看出，遮阴一段时间后，花生植株的叶绿素含量在升高，提高了对光的吸收能力。光饱和点在下降，说明植株为适应低光照强度条件，可在弱光条件下达到饱和点。光补偿点也在降低，说明植物的光合作用下降的同时呼吸速率也在下降，以保证植物在较低的光强下就能达到净光合大于0的积累效果。低于5 klx光合曲线的斜率体现弱光条件下光合速率的提高幅度变化，在实验范围内随遮阴时间增长，光合速率提高幅度加快，故说明植物对弱光的利用效率变高。

(2)植物的光合产物主要是以有机物(蔗糖)形式储存并提供给各个器官。结合表中数据看出，较长(4小时)遮阴处理下，整株植物的光合产量下降，但叶片的光合产量没有明显下降，从比例上看反而有所上升，说明植株优先将光合产物分配给了叶。(3)与对照组相比，遮阴处理的两组光合产量有不同程度的下降。若将花生与其他高秆作物间种，则应尽量减少其他作物对花生的遮阴时间，才能获得较高花生产量。

答案：(1)叶绿素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲线的斜率　(2)蔗糖　叶

(3)下降　 A

(一)准确解读图示信息

——光合作用与细胞呼吸的“三率”模型解读

(二)精研常考图像——“厂”字图像及其变式

1．典型“厂”字图像解读

(1)真正光合总量为M2＋M3。

(2)呼吸作用消耗量为M1＋M2。

(3)净光合积累量为M2＋M3－(M1＋M2)＝M3－M1。

2．“厂”字图像的四种变式

①不同植物的光补偿点一般不同，这主要取决于该植物的呼吸强度，不同植物的光饱和点一般也不同，这主要取决于植物的内因，受到植物内部与光合作用有关酶的数量与活性、叶绿素含量、C3和C5含量等因素的限制。

②一般来说，阴生植物的光补偿点和光饱和点对应的横轴数值要比阳生植物的光补偿点和光饱和点小。

③阴生植物叶绿体大而少，阳生植物叶绿体小而多，故阴生植物往往颜色较阳生植物深。

(2)图像颠倒“迷人眼”。

有一些题目在考查的时候，会将图像上下颠倒，但解题的本质是不变的。

(3)光照强到叶“变脸”。

其实我们常看到的“厂”字图像并没有画完，如果将光照强度继续加强，会导致后期植物光合作用下降。

下降的原因有两种，需根据具体题目具体分析。

第一种原因：光照强度过强引起叶绿素降解，进而导致光合作用降低。

第二种原因：光照太强引起植物叶片蒸腾作用加快，植物为了避免失水而关闭气孔，导致CO2吸收不足，进而导致光合速率降低。

(4)细节错乱看横线。

在实际的题目中，一定要看清图像的变化，尤其是细微处的调整，上图的坐标轴原点实际上就是代表呼吸作用的点，真正的“厂”字图像的横轴在虚线的位置。题目中OA的长度即为呼吸作用强度，而整个坐标曲线代表的就是真正光合作用强度。

[典例1]　如图表示植物光合速率随光照强度改变的曲线，请分析选出不正确的一项(　 )

A．若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点b应相应地向右移动

B．若增加CO2浓度，b点左移，c点左移，d点向右上方移动

C．d点时，ATP的移动方向从类囊体薄膜向叶绿体基质移动

D．若图中为阳生植物，则换为阴生植物，b点和d点均要向左移动

[解析]　b点为光补偿点，此时光合作用与呼吸作用强度相等，若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点b应相应地向右移动，A正确；若增加CO2浓度，则光合作用强度增加，b点左移，c点右移，d点向右上方移动，B错误；d点时的光合作用强度最大，其光反应产生的ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质，参与暗反应过程中三碳化合物的还原，C正确。

[答案]　B

光合作用与细胞呼吸的“关键点”的移动

据图可知，OA表示呼吸作用释放的CO2量，由光(CO2)补偿点到光(CO2)饱和点围成△BCD面积代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用某一因素，对补偿点和饱和点会有一定的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。具体分析如下表所示：

注：适当提高温度指在最适光合作用温度的基础上；光照强度或CO2浓度的改变均是在饱和点之前。　　　　

[针对训练]

1．科研人员研究不同温度条件下菠菜叶片的净光合速率的变化情况结果如下图。下列分析不正确的是(　 )

A．温度通过影响酶活性对光合作用的影响只与暗反应有关

B．此实验中CO2浓度是无关变量，各组间需保持一致和稳定

C．温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜光合速率为6

D．菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于呼吸作用的最适温度

解析：选A　温度通过影响酶活性对光合作用的影响与光反应与暗反应均有关，A错误；本实验的自变量是光照强度与温度，因变量是净光合速率，CO2浓度等其他因素是无关变量，B正确；温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜净光合速率为2，呼吸速率为4，根据真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，可知菠菜光合速率为6，C正确；菠菜叶片进行光合作用的最适温度是30 ℃，呼吸作用的最适温度是40 ℃，因此菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于呼吸作用的最适温度，D正确。

2．如图为有关环境因素对植物光合作用影响的关系图，下列有关叙述，错误的是(　 )

A．图1中，若光照强度适当增强，a点左移，b点右移

B．图2中，若CO2浓度适当增大，a点左移，b点右移

C．图3中，a点与b点相比，a点时叶绿体中C3含量相对较多

D．图4中，当温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少

解析：选D　图1中a为CO2补偿点，b为CO2饱和点，若光照强度适当增强，则光合作用强度也随之增强，所以a点左移，b点右移，A正确；图2中，a为光补偿点，b为光饱和点，若CO2浓度适当增大，则光合作用强度也随之增强，所以a点左移，b点右移，B正确；图3中，a、b两点对应的光照强度相等，又因a点时CO2浓度比b点时的高，所以a点与b点相比，a点时叶绿体中C3含量相对较多，C正确；图4中，温度为25 ℃时，净光合量最多，当温度高于25 ℃时，呼吸作用增强，净光合量减少，但不能判断光合作用制造的有机物的量是否开始减少，D错误。

(三)沉着应对创新图像——“M”形与倒“S”形图像

1．“M”形——开放环境中光合作用昼夜变化曲线

2.倒“S”形——密闭玻璃罩内O2浓度、CO2浓度与时间的关系曲线

[典例2]　将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列说法错误的是(　 )

A．图甲中的C点之前植物已经开始进行光合作用

B．图甲中的F点对应图乙中的g点

C．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高

D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加

[解析]　图甲中C点表示光合作用与细胞呼吸相等，因此在C点之前光合作用已经开始，A正确；图甲中的F点对应图乙中的h点，此时光合速率等于细胞呼吸速率，之后玻璃罩内的CO2浓度增加，B错误；d点之前植物一直释放CO2，该点之后吸收CO2，所以到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高，C正确；比较图甲中A点和G点，G点的CO2浓度低于A点，说明经过一昼夜玻璃罩内的CO2减少了，而减少的这部分被植物吸收用于合成有机物，因此经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加，D正确。

[答案]　B

巧据小室内CO2(或O2)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长

[针对训练]

3．如图是根据农田一昼夜温度变化Ⅰ、光照强度变化Ⅱ和植物吸收CO2变化Ⅲ的数据绘制成的曲线(b点光出现，f点光消失)。下列说法错误的是(　 )

A．在曲线Ⅲ与时间轴交点c和e时，光照下积累的有机物的量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等

B．a点的形成是由夜间的低温造成的

C．从时间轴上的b点开始进行光合作用合成有机物，到f点光合作用中有机物的合成停止

D．增大曲线Ⅲ与时间轴所围成的正面积的措施包括适当提高光照强度、CO2浓度和充足的水分供应

解析：选A　曲线Ⅲ为植物吸收CO2的变化曲线，植物体细胞内可以进行与CO2变化有关的光合作用、呼吸作用两个过程，c、e两个交点CO2吸收量为0，实质是光合作用吸收的CO2＝呼吸作用释放的CO2，光照下合成的有机物的量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等，A错误；夜间植物只进行呼吸作用，a点时呼吸作用减弱，可能与此时环境温度降低抑制呼吸作用有关，B正确；c、e点时光合作用吸收的CO2＝呼吸作用释放的CO2，所以光合作用开始点在c点前的b点，终止点在e点后的f点，C正确；曲线Ⅲ与横轴围成的正面积为光合作用净产量，所以适当提高光照强度、CO2浓度和充足的水分供应等措施，有利于增大正面积，D正确。