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2023版高考生物一轮总复习第3单元细胞的能量供应和利用第10课影响光合作用的因素及应用教师用书
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这是一份2023版高考生物一轮总复习第3单元细胞的能量供应和利用第10课影响光合作用的因素及应用教师用书，共18页。教案主要包含了教材细节命题，易错提醒，技巧总结，命题动态等内容，欢迎下载使用。
第10课 影响光合作用的因素及应用
►学业质量水平要求◄
1．分析影响光合作用因素的曲线模型，理解环境因素对光合作用的影响。(科学思维)
2．通过探究环境因素对光合作用速率影响的实验，培养实验设计和分析的能力。(科学探究)
3．应用影响光合作用的环境因素知识，指导农业生产。(社会责任)
考点一 影响光合作用的因素及应用
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和NADPH的产生，进而制约暗反应。
(2)曲线分析。
①曲线上各点的含义。
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的生成来影响光合作用强度。
(2)曲线分析。
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。
①水既是光合作用的原料，又是生物体内各种化学反应的介质，如植物缺水会导致萎蔫，使光合速率下降。
②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，矿质元素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。
1．干旱初期植物光合速率降低主要是因为光反应原料水不足。 ( × )
2．农业生产中的“正其行，通其风”，目的是提高CO2浓度来提高光合作用强度。 ( √ )
3．温度越高，酶活性越高，光合作用强度越大。 ( × )
4．光合作用中的产物和反应物中没有N、P等元素，因此土壤中的N、P等无机盐的含量对光合作用无影响。 ( × )
5．当光照强度达到光饱和点时，要使光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高CO2浓度。 ( √ )
6．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。 ( × )
7．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，主要限制因素是光反应。 ( √ )
8．延长光照时间能提高光合作用强度。 ( × )
【教材细节命题】
1．(必修1 P106“拓展应用”T1)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．(必修1 P108 “复习与提高”T6)哈密瓜盛产于新疆的哈密地区。在哈密地区农作物生长季节里，阳光充沛、昼夜温差大。分析回答：
(1)从影响哈密瓜生长的环境因素分析，哈密瓜特别甜的原因是白天温度高，光照强，哈密瓜光合作用强，制造的有机物较多；夜间温度低，哈密瓜细胞呼吸较弱，消耗的有机物较少，一昼夜积累的有机物较多。
(2)如果你的家乡想种哈密瓜并使瓜甜，仅从光合作用的角度分析，你认为应当采取的措施有增加光照强度、延长光照时间等。
3．(必修1 P105正文)大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用因素的角度分析其原理：有机肥在被微生物分解的时候会产生无机盐并释放CO2，增加了土壤中无机盐含量和大棚中的CO2浓度，从而促进光合作用。
1．影响光合作用强度的因素
(1)外因：光照强度、温度、CO2浓度等。
影响因素
产生的影响
影响过程
光照强度
影响水光解产生NADPH的过程，影响ATP的形成
主要是光反应阶段
CO2浓度
影响C3的合成
主要是暗反应阶段
温度
影响光合作用酶的活性
主要是暗反应阶段
(2)内因：酶的活性和数量、色素的种类和数量、五碳化合物的含量等。
2．多因素对光合作用强度的影响
(1)构建数学模型。
(2)模型解读。
①P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。
②Q点之后横坐标所表示的因子不再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浓度和光照强度。
3．光合作用曲线中的“关键点”移动
(1)CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的最低CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。
①呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
②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B应右移，反之左移。
③若改变某一外界因素(如温度)，使光合作用与呼吸作用均受影响，则补偿点移动要视具体情况而定。例如，提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率增加值，则B点右移，反之左移。
④若外界因素改变，导致植物最大光合速率减小，达到最大光合速率所需的CO2浓度(或光照强度)也会降低，C点左移，反之右移。
⑤阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
(2)其他点的移动也要分情况。例如，呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的A点不动，D点向左下方移动，反之，向右上方移动。
考向1| 单因子对光合作用的影响及应用
1．某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
D 解析：光合作用的光反应与暗反应相互制约，相互影响。由题图可知，在P点前野生型光合速率高于突变型，则野生型的光反应强度高于突变型，A正确；P点后突变型的光合作用强度高于野生型，则突变型暗反应速率高于野生型，B正确；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，光照强度小于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，C正确，D错误。
【易错提醒】关于环境因素影响光合速率的两点提醒
温度改变对光合作用的影响
当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多
CO2浓度对光合作用的影响
CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用
2．(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
解析：(1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素及光的竞争，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浓度，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、无机盐和光的竞争；增加土壤中氧气含量，促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的无机盐只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (3)A和C 作物A光饱和点高且株高较高，可利用上层较强光照进行光合作用；作物C光饱和点低且株高较矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用
考向2| 多因子对光合作用的影响及应用
3．下图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述错误的是( )
A．曲线中a点转向b点时，光反应增强，暗反应增强
B．曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5的含量降低
C．曲线中c点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，与光照强度无关
D．在一定范围内增加光照和CO2浓度有利于提高光合作用强度
B 解析：曲线中a点转向b点时，光照强度增强，光反应产生的NADPH和ATP增加，促进暗反应还原C3，暗反应增强，A正确；曲线中b点转向d点时，CO2浓度降低，CO2与C5固定生成C3的反应减弱，C3消耗减少，而C5还在正常地生成，因此叶绿体中C5的含量升高，B错误；曲线中c点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，也可能是温度等其他条件，与横坐标的影响因素无关，C正确；ab段影响光合作用强度的主要因素是光照强度，随着光照强度的增加，光合作用强度增强，b点与d点相比，随着CO2浓度的增加，光合作用强度增强，所以在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合作用强度，D正确。
4．(2021·河北唐山一模)图甲是玉米及其他两种农作物的光照强度和光合速率关系图，图乙表示某日光温室大棚蔬菜在不同温度和光照强度下光合作用强度变化趋势。请回答下列问题：
(1)图甲中，____________植物适宜与玉米间作，理由是____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)分析图乙中的两条曲线，温度为25 ℃、光照强度小于2 klx，采取________________措施有助于提高作物的产量，判断依据是____________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)由图乙可知，若某一天温度为25 ℃，光照强度大于1 klx小于2 klx，光照时间为12小时，则一昼夜后该蔬菜的干重将________(填“增加”“减少”或“不变”)。
解析：(1)据图分析，图甲中②植物的光补偿点和光饱和点都明显低于玉米，在低光照强度下就可以达到最大光合速率，因此其与玉米间作能充分利用光能。(2)图乙中，当温度为25 ℃、光照强度小于2 klx时，其净光合作用强度低于15 ℃时的净光合作用强度，因此可以采取适当降低温度的措施来提高作物的产量。(3)若某一天温度为25 ℃，光照强度大于1 klx小于2 klx，光照时间为12小时，则这12小时净光合量在(0～22.4)×12之间，而12小时黑暗条件下细胞呼吸消耗量为12×22.4，一昼夜有机物的积累量＝12小时净光合量－12小时呼吸消耗量<0，所以一昼夜后该蔬菜的干重将减少。
答案：(1)② ②植物的光补偿点和光饱和点都明显低于玉米(或②植物在低光照强度下就可以达到最大光合速率)，与玉米间作能充分利用光能 (2)适当降低温度 光照强度小于2 klx时，25 ℃时的净光合作用强度低于15 ℃时的净光合作用强度 (3)减少
【技巧总结】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，例如是在最适温度下测得的，则应该考虑温度以外的影响因素。
考点二 (探究·实践)探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
叶片含有空气，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验步骤
(1)取材：取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)。
(2)排气：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逸出。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)沉水：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)分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水(可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2)。
(5)光照：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。
1．制备圆形小叶片，用打孔器打孔时，不必避开大的叶脉。 ( × )
2．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。 ( × )
3．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。 ( √ )
4．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，能直接测定出其真光合作用速率。 ( × )
5．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。 ( × )
6．将排气后的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 ( √ )
1．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
2．实验结果分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如下图：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如下图：
3．圆形小叶片上浮实验中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量，不能片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
考向1| 光合作用相关的探究实验
1．在如下图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片。密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是( )
A．改变温度，不影响叶片开始上浮所需的时间
B．改变光照强度，不影响叶片开始上浮所需的时间
C．改变NaHCO3溶液的浓度，不影响叶片开始上浮所需的时间
D．若将装置置于黑暗中，上浮的叶片又会下沉
D 解析：改变温度和改变光照强度，都会改变光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，A、B错误；改变NaHCO3溶液的浓度，即改变二氧化碳的浓度，会影响光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，C错误；若将装置置于黑暗中，叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的氧气，会导致上浮的叶片又下沉，D正确。
2．下图甲表示在一定条件下测得的某植物体光照强度与光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答：
(1)图甲中的a点表示____________，影响a点上下移动的外界因素主要是__________，所以用大棚种植蔬菜时，可采用______________的方法来提高细胞中有机物的积累量；d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素主要是____________，因此大棚种植可采取的措施是__________________。
(2)图甲中的c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有___________________；此时，叶肉细胞光合作用产生的有机物________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物。
(3)图乙装置实验中每隔15 min加大一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是________________和______________，导致光合速率下降，O2释放量减少，气泡产生速率下降。
(4)由图丙可推知，24小时内密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是________(填时间)时，该植物24小时有机物会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
解析：(1)图甲中a点代表植物的呼吸速率，影响呼吸作用强度的主要外界因素是温度，同时温度也影响植物的光合作用强度，所以用大棚种植蔬菜时，可采用白天升高温度而增强光合作用强度，夜间适当降低温度而降低呼吸作用强度，来提高细胞中有机物的积累量。d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素不再是光照强度，而是CO2浓度，因此为了使大棚种植增加产量，可增施农家肥，农家肥被土壤微生物分解后可以释放出更多CO2，增加CO2浓度。(2)c点时，植物同时进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞中产生ATP的场所有叶绿体(进行光合作用)、线粒体和细胞质基质(进行呼吸作用)；此时，植物体的总光合作用强度等于总呼吸作用强度，但是植物体内许多细胞只进行呼吸作用，所以叶肉细胞光合作用产生的有机物大于呼吸作用消耗的有机物。(3)图乙实验中，随广口瓶与灯之间的距离增加，光照强度减弱；随着时间的进行，植物进行光合作用消耗CO2，使瓶中CO2浓度降低，二者均可导致光合作用速率下降，O2释放量减少，气泡产生速率下降。(4)图丙密闭玻璃温室中，18时CO2浓度最低，此时O2浓度最大；24小时中CO2浓度升高，所以有机物减少。
答案：(1)呼吸速率 温度 加大昼夜温差 CO2浓度 增施农家肥 (2)叶绿体、线粒体、细胞质基质 大于 (3)光照强度减弱 CO2浓度降低 (4)18 减少
考向2| 实验的拓展延伸
3．(2020·浙江1月选考)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)若将烧杯口密封，持续一段时间，直至溶液pH保持稳定，此时RuBP(C5)和三碳化合物(C3)的含量与密封前相比分别为________、________。
(4)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呼吸作用的强度分别将________、________，其主要原因是_______________________________________________。
解析：(1)不同颜色的玻璃纸能改变(光质)光的波长，因此能够用于探究光波长对光合作用的影响，其中光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收量最少，绿光时植物释放的O2最少，吸收的光能在叶绿体中把水分解为H＋、e－和O2。(2)NaHCO3溶液能够提供二氧化碳，其含量的改变能够引起溶液pH的改变，因此黑藻能够将溶液中的二氧化碳转化为有机物进而引起溶液pH的改变。(3)密封一段时间后直至pH不发生改变，说明光合作用已经停止，不再有外界补充，因此RuBP(C5)和三碳酸(C3)含量比密封前下降。(4)将环境温度提高，呼吸作用与光合作用的强度都将下降，因为高温导致酶的结构改变，引起活性降低。
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)下降 下降 (4)减弱 减弱 高温导致酶的结构改变，活性下降
4．某生物兴趣小组的同学在20 ℃和相同的光照强度条件下，以菠菜叶为实验材料，用不同浓度的NaHCO3溶液控制CO2浓度，进行了“探究CO2浓度对光合作用的影响”实验，获得如图所示的实验结果(叶圆片大小相同，实验前叶圆片细胞间隙中的气体已抽出；NaHCO3溶液浓度变化对溶液pH的影响忽略不计)。请回答下列问题：
(1)该小组同学在进行上述正式实验前，先将NaHCO3溶液浓度梯度设置为0、1%、2z%、3%、4%，每组放入20片叶圆片，其他条件均与上述正式实验相同，2 min时得到的结果如下表。
NaHCO3溶液浓度
0
1%
2%
3%
4%
上浮叶圆片数量/片
0
11
4
3
0
该实验是预实验，其目的是_____________________________。4 min后，除蒸馏水组叶圆片未见上浮外，其他组叶圆片均有上浮。NaHCO3溶液在常温下能分解产生CO2，有人认为叶圆片上浮是由CO2气泡附着引起的。为此实验小组另设计了一个对照实验，最好选择上表中浓度为________的NaHCO3溶液进行对照，将20片叶圆片放到溶液中后进行遮光处理；若结果为______________________，则说明4%的NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。
(2)由曲线图可以看出，20 ℃条件下，NaHCO3溶液浓度为________时最有利于叶圆片进行光合作用，在此浓度下若适当增加光照强度，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会________。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，上浮的叶圆片数量减少，其原因可能是_______________________________________。
(3)在进行正式实验时，若要使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致，则应进行的操作是___________________________________。
解析：(1)预实验为正式实验摸索条件，检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围。根据表格数据可知，当NaHCO3溶液为4%时，上浮叶圆片数量为0，因此选择浓度为4%的NaHCO3溶液进行对照；遮光处理，植物不进行光合作用，不产生氧气。若4 min后未见叶圆片上浮，则说明4%的NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片上浮。(2)根据曲线可知，20 ℃条件下，当NaHCO3溶液浓度为1%时，上浮叶圆片数量最多，最有利于叶圆片进行光合作用。在此浓度下若适当增加光照强度，光合作用增强，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会增加。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降，因此上浮的叶圆片数量减少。(3)当把NaHCO3溶液浓度梯度缩小，重复实验，可以使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致。
答案：(1)检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围 4% 4 min后未见叶圆片上浮 (2)1% 增加 随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降 (3)缩小NaHCO3溶液浓度梯度，重复实验
【命题动态】本专题为高频考点，考查的知识点非常多，包括影响光合作用的因素、光合作用与细胞呼吸综合等。对“影响光合作用的因素”的考查中最常见的是光对光合作用的影响；对“光合作用与细胞呼吸综合”的考查包括过程综合、曲线综合与实验综合三个维度。本专题高考试题多为非选择题，多结合曲线分析进行考查。能力考查点多为模型分析、获取信息、综合运用等，素养考查方面较多体现生命观念中的物质与能量观，科学思维中的归纳与概括、演绎与推理，科学探究中的实验设计与结果分析等。
1．(2021·湖南卷)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )
A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
[思维培养]
A 解析：弱光条件下植物没有O2的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的O2完全被呼吸作用消耗，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有O2的释放，A错误；在暗反应阶段，一个CO2分子与一个C5分子反应生成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3被还原，因此CO2不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和CO2，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。
2．(2021·广东卷)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是( )
A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
[思维培养]
D 解析：由图a可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，由此可推断，t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)，t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)，A、B正确；通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；三者光合速率的差异，在一定光照强度下，随光照强度的增加而变大，但是超过光饱和点，再增大光照强度三者光合速率的差异不再变化，D错误。
3．(2021·山东卷)光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L)
0
100
200
300
400
500
600
光合作用强度
(CO2μmol·m－2·s－1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸强度
(CO2μmol·m－2·s－1)
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3
(1)光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的______________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是_________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)与未喷施 SoBS 溶液相比，喷施 100 mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度________(填“高”或“低”)，据表分析，原因是_____________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在______________mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
解析：(1)C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。(2)叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光饱和点，与对照组相比，喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量。由表格数据可知，在 SoBS溶液浓度为200 mg/L时，光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最多。为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案：(1)基质 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 (2)低 喷施 SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 (3)100～300
1．(生活、学习和实践情境)下列关于农业生产措施及作用的叙述，错误的是( )
选项
措施
作用
A
间种套作
充分利用光能，提高光能利用率
B
合理密植
增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量
C
增施农家肥
促进作物吸收有机营养物质和光合作用所需的CO2
D
适时适度松土
促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失
C 解析：间种套作采用阳生植物和阴生植物搭配，使植物更充分利用光能，从而提高光能利用率，A正确；合理密植可以增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量，B正确；增施农家肥促进作物吸收无机盐和光合作用所需的CO2，农家肥不能为作物提供有机营养物质，作物必须通过光合作用才能获得有机营养物质，C错误；适时适度松土，促进根细胞吸收氧气，进行有氧呼吸，释放大量能量，促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失，D正确。
2．(科学实验和探究情境)研究人员对处于生长期的A、B两种绿色植物进行实验探究。图1表示植物A与植物B的净光合速率随CO2浓度变化的实验结果，图2是探究光照强度对植物B光合速率的影响的实验，在获取的植物B的叶圆片中，选取大小、颜色相同的叶圆片若干，放在含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，检测叶圆片开始上浮的时间。请回答下列问题：
(1)图1所示实验的自变量是____________________________。
(2)图1所示实验，在其他条件适宜的情况下，若将植物B培养在缺镁的环境中，则a点将向________移动。如果将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，则________(填“植物A”或“植物B”)先停止生长。
(3)将10片叶圆片投放于含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，如图2所示，开始叶圆片沉在烧杯底部，将烧杯置于适宜光照条件下一段时间，发现叶圆片上浮，上浮的原因是_________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)图2探究光照强度对光合速率的影响时，通过调节白炽灯与烧杯之间的距离来实现对自变量的控制，是否存在其他变量影响实验结果，为什么？
____________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析：(1)根据题干信息可知，图1实验的自变量是CO2浓度和植物种类。(2)若将植物B培养在缺镁的环境中，则叶绿素合成不足会导致光合速率降低，而呼吸速率基本不变，因此a点将向右移；根据题图分析可知，植物A比植物B更能利用较低浓度的CO2进行光合作用，因此若将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，植物B先停止生长。(3)利用注射器抽出细胞间隙的空气，使叶圆片下沉。在适宜浓度的NaHCO3溶液中，光照一段时间后，叶圆片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶圆片细胞间隙中的O2积累，使叶圆片上浮。(4)图2实验中还存在其他变量影响实验结果。因为白炽灯距烧杯的距离不同，输入烧杯中的热量也不同，会改变烧杯中溶液的温度，影响酶的活性，进而影响光合作用。
答案：(1)CO2浓度和植物种类 (2)右 植物B (3)叶圆片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶圆片细胞间隙中的O2积累(或叶表面吸附着O2，使叶圆片上浮) (4)存在。因为白炽灯距烧杯的距离不同，输入烧杯中的热量也不同，会改变烧杯中溶液的温度
第10课 影响光合作用的因素及应用
►学业质量水平要求◄
1．分析影响光合作用因素的曲线模型，理解环境因素对光合作用的影响。(科学思维)
2．通过探究环境因素对光合作用速率影响的实验，培养实验设计和分析的能力。(科学探究)
3．应用影响光合作用的环境因素知识，指导农业生产。(社会责任)
考点一 影响光合作用的因素及应用
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和NADPH的产生，进而制约暗反应。
(2)曲线分析。
①曲线上各点的含义。
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的生成来影响光合作用强度。
(2)曲线分析。
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。
①水既是光合作用的原料，又是生物体内各种化学反应的介质，如植物缺水会导致萎蔫，使光合速率下降。
②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，矿质元素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。
1．干旱初期植物光合速率降低主要是因为光反应原料水不足。 ( × )
2．农业生产中的“正其行，通其风”，目的是提高CO2浓度来提高光合作用强度。 ( √ )
3．温度越高，酶活性越高，光合作用强度越大。 ( × )
4．光合作用中的产物和反应物中没有N、P等元素，因此土壤中的N、P等无机盐的含量对光合作用无影响。 ( × )
5．当光照强度达到光饱和点时，要使光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高CO2浓度。 ( √ )
6．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。 ( × )
7．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，主要限制因素是光反应。 ( √ )
8．延长光照时间能提高光合作用强度。 ( × )
【教材细节命题】
1．(必修1 P106“拓展应用”T1)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．(必修1 P108 “复习与提高”T6)哈密瓜盛产于新疆的哈密地区。在哈密地区农作物生长季节里，阳光充沛、昼夜温差大。分析回答：
(1)从影响哈密瓜生长的环境因素分析，哈密瓜特别甜的原因是白天温度高，光照强，哈密瓜光合作用强，制造的有机物较多；夜间温度低，哈密瓜细胞呼吸较弱，消耗的有机物较少，一昼夜积累的有机物较多。
(2)如果你的家乡想种哈密瓜并使瓜甜，仅从光合作用的角度分析，你认为应当采取的措施有增加光照强度、延长光照时间等。
3．(必修1 P105正文)大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用因素的角度分析其原理：有机肥在被微生物分解的时候会产生无机盐并释放CO2，增加了土壤中无机盐含量和大棚中的CO2浓度，从而促进光合作用。
1．影响光合作用强度的因素
(1)外因：光照强度、温度、CO2浓度等。
影响因素
产生的影响
影响过程
光照强度
影响水光解产生NADPH的过程，影响ATP的形成
主要是光反应阶段
CO2浓度
影响C3的合成
主要是暗反应阶段
温度
影响光合作用酶的活性
主要是暗反应阶段
(2)内因：酶的活性和数量、色素的种类和数量、五碳化合物的含量等。
2．多因素对光合作用强度的影响
(1)构建数学模型。
(2)模型解读。
①P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。
②Q点之后横坐标所表示的因子不再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浓度和光照强度。
3．光合作用曲线中的“关键点”移动
(1)CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的最低CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。
①呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
②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B应右移，反之左移。
③若改变某一外界因素(如温度)，使光合作用与呼吸作用均受影响，则补偿点移动要视具体情况而定。例如，提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率增加值，则B点右移，反之左移。
④若外界因素改变，导致植物最大光合速率减小，达到最大光合速率所需的CO2浓度(或光照强度)也会降低，C点左移，反之右移。
⑤阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
(2)其他点的移动也要分情况。例如，呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的A点不动，D点向左下方移动，反之，向右上方移动。
考向1| 单因子对光合作用的影响及应用
1．某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
D 解析：光合作用的光反应与暗反应相互制约，相互影响。由题图可知，在P点前野生型光合速率高于突变型，则野生型的光反应强度高于突变型，A正确；P点后突变型的光合作用强度高于野生型，则突变型暗反应速率高于野生型，B正确；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，光照强度小于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，C正确，D错误。
【易错提醒】关于环境因素影响光合速率的两点提醒
温度改变对光合作用的影响
当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多
CO2浓度对光合作用的影响
CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用
2．(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
解析：(1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素及光的竞争，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浓度，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、无机盐和光的竞争；增加土壤中氧气含量，促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的无机盐只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (3)A和C 作物A光饱和点高且株高较高，可利用上层较强光照进行光合作用；作物C光饱和点低且株高较矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用
考向2| 多因子对光合作用的影响及应用
3．下图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述错误的是( )
A．曲线中a点转向b点时，光反应增强，暗反应增强
B．曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5的含量降低
C．曲线中c点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，与光照强度无关
D．在一定范围内增加光照和CO2浓度有利于提高光合作用强度
B 解析：曲线中a点转向b点时，光照强度增强，光反应产生的NADPH和ATP增加，促进暗反应还原C3，暗反应增强，A正确；曲线中b点转向d点时，CO2浓度降低，CO2与C5固定生成C3的反应减弱，C3消耗减少，而C5还在正常地生成，因此叶绿体中C5的含量升高，B错误；曲线中c点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，也可能是温度等其他条件，与横坐标的影响因素无关，C正确；ab段影响光合作用强度的主要因素是光照强度，随着光照强度的增加，光合作用强度增强，b点与d点相比，随着CO2浓度的增加，光合作用强度增强，所以在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合作用强度，D正确。
4．(2021·河北唐山一模)图甲是玉米及其他两种农作物的光照强度和光合速率关系图，图乙表示某日光温室大棚蔬菜在不同温度和光照强度下光合作用强度变化趋势。请回答下列问题：
(1)图甲中，____________植物适宜与玉米间作，理由是____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)分析图乙中的两条曲线，温度为25 ℃、光照强度小于2 klx，采取________________措施有助于提高作物的产量，判断依据是____________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)由图乙可知，若某一天温度为25 ℃，光照强度大于1 klx小于2 klx，光照时间为12小时，则一昼夜后该蔬菜的干重将________(填“增加”“减少”或“不变”)。
解析：(1)据图分析，图甲中②植物的光补偿点和光饱和点都明显低于玉米，在低光照强度下就可以达到最大光合速率，因此其与玉米间作能充分利用光能。(2)图乙中，当温度为25 ℃、光照强度小于2 klx时，其净光合作用强度低于15 ℃时的净光合作用强度，因此可以采取适当降低温度的措施来提高作物的产量。(3)若某一天温度为25 ℃，光照强度大于1 klx小于2 klx，光照时间为12小时，则这12小时净光合量在(0～22.4)×12之间，而12小时黑暗条件下细胞呼吸消耗量为12×22.4，一昼夜有机物的积累量＝12小时净光合量－12小时呼吸消耗量<0，所以一昼夜后该蔬菜的干重将减少。
答案：(1)② ②植物的光补偿点和光饱和点都明显低于玉米(或②植物在低光照强度下就可以达到最大光合速率)，与玉米间作能充分利用光能 (2)适当降低温度 光照强度小于2 klx时，25 ℃时的净光合作用强度低于15 ℃时的净光合作用强度 (3)减少
【技巧总结】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，例如是在最适温度下测得的，则应该考虑温度以外的影响因素。
考点二 (探究·实践)探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
叶片含有空气，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验步骤
(1)取材：取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)。
(2)排气：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逸出。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)沉水：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)分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水(可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2)。
(5)光照：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。
1．制备圆形小叶片，用打孔器打孔时，不必避开大的叶脉。 ( × )
2．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。 ( × )
3．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。 ( √ )
4．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，能直接测定出其真光合作用速率。 ( × )
5．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。 ( × )
6．将排气后的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 ( √ )
1．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
2．实验结果分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如下图：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如下图：
3．圆形小叶片上浮实验中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量，不能片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
考向1| 光合作用相关的探究实验
1．在如下图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片。密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是( )
A．改变温度，不影响叶片开始上浮所需的时间
B．改变光照强度，不影响叶片开始上浮所需的时间
C．改变NaHCO3溶液的浓度，不影响叶片开始上浮所需的时间
D．若将装置置于黑暗中，上浮的叶片又会下沉
D 解析：改变温度和改变光照强度，都会改变光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，A、B错误；改变NaHCO3溶液的浓度，即改变二氧化碳的浓度，会影响光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，C错误；若将装置置于黑暗中，叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的氧气，会导致上浮的叶片又下沉，D正确。
2．下图甲表示在一定条件下测得的某植物体光照强度与光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答：
(1)图甲中的a点表示____________，影响a点上下移动的外界因素主要是__________，所以用大棚种植蔬菜时，可采用______________的方法来提高细胞中有机物的积累量；d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素主要是____________，因此大棚种植可采取的措施是__________________。
(2)图甲中的c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有___________________；此时，叶肉细胞光合作用产生的有机物________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物。
(3)图乙装置实验中每隔15 min加大一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是________________和______________，导致光合速率下降，O2释放量减少，气泡产生速率下降。
(4)由图丙可推知，24小时内密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是________(填时间)时，该植物24小时有机物会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
解析：(1)图甲中a点代表植物的呼吸速率，影响呼吸作用强度的主要外界因素是温度，同时温度也影响植物的光合作用强度，所以用大棚种植蔬菜时，可采用白天升高温度而增强光合作用强度，夜间适当降低温度而降低呼吸作用强度，来提高细胞中有机物的积累量。d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素不再是光照强度，而是CO2浓度，因此为了使大棚种植增加产量，可增施农家肥，农家肥被土壤微生物分解后可以释放出更多CO2，增加CO2浓度。(2)c点时，植物同时进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞中产生ATP的场所有叶绿体(进行光合作用)、线粒体和细胞质基质(进行呼吸作用)；此时，植物体的总光合作用强度等于总呼吸作用强度，但是植物体内许多细胞只进行呼吸作用，所以叶肉细胞光合作用产生的有机物大于呼吸作用消耗的有机物。(3)图乙实验中，随广口瓶与灯之间的距离增加，光照强度减弱；随着时间的进行，植物进行光合作用消耗CO2，使瓶中CO2浓度降低，二者均可导致光合作用速率下降，O2释放量减少，气泡产生速率下降。(4)图丙密闭玻璃温室中，18时CO2浓度最低，此时O2浓度最大；24小时中CO2浓度升高，所以有机物减少。
答案：(1)呼吸速率 温度 加大昼夜温差 CO2浓度 增施农家肥 (2)叶绿体、线粒体、细胞质基质 大于 (3)光照强度减弱 CO2浓度降低 (4)18 减少
考向2| 实验的拓展延伸
3．(2020·浙江1月选考)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)若将烧杯口密封，持续一段时间，直至溶液pH保持稳定，此时RuBP(C5)和三碳化合物(C3)的含量与密封前相比分别为________、________。
(4)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呼吸作用的强度分别将________、________，其主要原因是_______________________________________________。
解析：(1)不同颜色的玻璃纸能改变(光质)光的波长，因此能够用于探究光波长对光合作用的影响，其中光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收量最少，绿光时植物释放的O2最少，吸收的光能在叶绿体中把水分解为H＋、e－和O2。(2)NaHCO3溶液能够提供二氧化碳，其含量的改变能够引起溶液pH的改变，因此黑藻能够将溶液中的二氧化碳转化为有机物进而引起溶液pH的改变。(3)密封一段时间后直至pH不发生改变，说明光合作用已经停止，不再有外界补充，因此RuBP(C5)和三碳酸(C3)含量比密封前下降。(4)将环境温度提高，呼吸作用与光合作用的强度都将下降，因为高温导致酶的结构改变，引起活性降低。
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)下降 下降 (4)减弱 减弱 高温导致酶的结构改变，活性下降
4．某生物兴趣小组的同学在20 ℃和相同的光照强度条件下，以菠菜叶为实验材料，用不同浓度的NaHCO3溶液控制CO2浓度，进行了“探究CO2浓度对光合作用的影响”实验，获得如图所示的实验结果(叶圆片大小相同，实验前叶圆片细胞间隙中的气体已抽出；NaHCO3溶液浓度变化对溶液pH的影响忽略不计)。请回答下列问题：
(1)该小组同学在进行上述正式实验前，先将NaHCO3溶液浓度梯度设置为0、1%、2z%、3%、4%，每组放入20片叶圆片，其他条件均与上述正式实验相同，2 min时得到的结果如下表。
NaHCO3溶液浓度
0
1%
2%
3%
4%
上浮叶圆片数量/片
0
11
4
3
0
该实验是预实验，其目的是_____________________________。4 min后，除蒸馏水组叶圆片未见上浮外，其他组叶圆片均有上浮。NaHCO3溶液在常温下能分解产生CO2，有人认为叶圆片上浮是由CO2气泡附着引起的。为此实验小组另设计了一个对照实验，最好选择上表中浓度为________的NaHCO3溶液进行对照，将20片叶圆片放到溶液中后进行遮光处理；若结果为______________________，则说明4%的NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。
(2)由曲线图可以看出，20 ℃条件下，NaHCO3溶液浓度为________时最有利于叶圆片进行光合作用，在此浓度下若适当增加光照强度，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会________。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，上浮的叶圆片数量减少，其原因可能是_______________________________________。
(3)在进行正式实验时，若要使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致，则应进行的操作是___________________________________。
解析：(1)预实验为正式实验摸索条件，检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围。根据表格数据可知，当NaHCO3溶液为4%时，上浮叶圆片数量为0，因此选择浓度为4%的NaHCO3溶液进行对照；遮光处理，植物不进行光合作用，不产生氧气。若4 min后未见叶圆片上浮，则说明4%的NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片上浮。(2)根据曲线可知，20 ℃条件下，当NaHCO3溶液浓度为1%时，上浮叶圆片数量最多，最有利于叶圆片进行光合作用。在此浓度下若适当增加光照强度，光合作用增强，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会增加。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降，因此上浮的叶圆片数量减少。(3)当把NaHCO3溶液浓度梯度缩小，重复实验，可以使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致。
答案：(1)检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围 4% 4 min后未见叶圆片上浮 (2)1% 增加 随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降 (3)缩小NaHCO3溶液浓度梯度，重复实验
【命题动态】本专题为高频考点，考查的知识点非常多，包括影响光合作用的因素、光合作用与细胞呼吸综合等。对“影响光合作用的因素”的考查中最常见的是光对光合作用的影响；对“光合作用与细胞呼吸综合”的考查包括过程综合、曲线综合与实验综合三个维度。本专题高考试题多为非选择题，多结合曲线分析进行考查。能力考查点多为模型分析、获取信息、综合运用等，素养考查方面较多体现生命观念中的物质与能量观，科学思维中的归纳与概括、演绎与推理，科学探究中的实验设计与结果分析等。
1．(2021·湖南卷)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )
A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
[思维培养]
A 解析：弱光条件下植物没有O2的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的O2完全被呼吸作用消耗，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有O2的释放，A错误；在暗反应阶段，一个CO2分子与一个C5分子反应生成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3被还原，因此CO2不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和CO2，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。
2．(2021·广东卷)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是( )
A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
[思维培养]
D 解析：由图a可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，由此可推断，t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)，t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)，A、B正确；通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；三者光合速率的差异，在一定光照强度下，随光照强度的增加而变大，但是超过光饱和点，再增大光照强度三者光合速率的差异不再变化，D错误。
3．(2021·山东卷)光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L)
0
100
200
300
400
500
600
光合作用强度
(CO2μmol·m－2·s－1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸强度
(CO2μmol·m－2·s－1)
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3
(1)光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的______________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是_________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)与未喷施 SoBS 溶液相比，喷施 100 mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度________(填“高”或“低”)，据表分析，原因是_____________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在______________mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
解析：(1)C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。(2)叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光饱和点，与对照组相比，喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量。由表格数据可知，在 SoBS溶液浓度为200 mg/L时，光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最多。为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案：(1)基质 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 (2)低 喷施 SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 (3)100～300
1．(生活、学习和实践情境)下列关于农业生产措施及作用的叙述，错误的是( )
选项
措施
作用
A
间种套作
充分利用光能，提高光能利用率
B
合理密植
增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量
C
增施农家肥
促进作物吸收有机营养物质和光合作用所需的CO2
D
适时适度松土
促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失
C 解析：间种套作采用阳生植物和阴生植物搭配，使植物更充分利用光能，从而提高光能利用率，A正确；合理密植可以增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量，B正确；增施农家肥促进作物吸收无机盐和光合作用所需的CO2，农家肥不能为作物提供有机营养物质，作物必须通过光合作用才能获得有机营养物质，C错误；适时适度松土，促进根细胞吸收氧气，进行有氧呼吸，释放大量能量，促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失，D正确。
2．(科学实验和探究情境)研究人员对处于生长期的A、B两种绿色植物进行实验探究。图1表示植物A与植物B的净光合速率随CO2浓度变化的实验结果，图2是探究光照强度对植物B光合速率的影响的实验，在获取的植物B的叶圆片中，选取大小、颜色相同的叶圆片若干，放在含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，检测叶圆片开始上浮的时间。请回答下列问题：
(1)图1所示实验的自变量是____________________________。
(2)图1所示实验，在其他条件适宜的情况下，若将植物B培养在缺镁的环境中，则a点将向________移动。如果将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，则________(填“植物A”或“植物B”)先停止生长。
(3)将10片叶圆片投放于含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，如图2所示，开始叶圆片沉在烧杯底部，将烧杯置于适宜光照条件下一段时间，发现叶圆片上浮，上浮的原因是_________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)图2探究光照强度对光合速率的影响时，通过调节白炽灯与烧杯之间的距离来实现对自变量的控制，是否存在其他变量影响实验结果，为什么？
____________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析：(1)根据题干信息可知，图1实验的自变量是CO2浓度和植物种类。(2)若将植物B培养在缺镁的环境中，则叶绿素合成不足会导致光合速率降低，而呼吸速率基本不变，因此a点将向右移；根据题图分析可知，植物A比植物B更能利用较低浓度的CO2进行光合作用，因此若将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，植物B先停止生长。(3)利用注射器抽出细胞间隙的空气，使叶圆片下沉。在适宜浓度的NaHCO3溶液中，光照一段时间后，叶圆片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶圆片细胞间隙中的O2积累，使叶圆片上浮。(4)图2实验中还存在其他变量影响实验结果。因为白炽灯距烧杯的距离不同，输入烧杯中的热量也不同，会改变烧杯中溶液的温度，影响酶的活性，进而影响光合作用。
答案：(1)CO2浓度和植物种类 (2)右 植物B (3)叶圆片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶圆片细胞间隙中的O2积累(或叶表面吸附着O2，使叶圆片上浮) (4)存在。因为白炽灯距烧杯的距离不同，输入烧杯中的热量也不同，会改变烧杯中溶液的温度
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