影响光合作用的因素及曲线分析

一 影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用 1 单因子因素 1 光照强度 原理分析 光照强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段 制约 ATP 和 H 的产生 进而制约暗反应阶段 图像分析 A 点时只进行细胞呼吸 AB 段随着光照强度的增强 光合作用强度也 增强 但是仍然小于细胞呼吸强度 B 点时代谢特点为光合作用强度等于细胞呼吸强度 BC 段随着光照强度的增强 光合作用强度也不断增强 C 点对应的光照强度为光饱和点 限制 C 点的环境因素可能有温度或二氧化碳浓度等 应用分析 欲使植物正常生长 则必须使光照强度大于 B 点对应的光照强度 适 当提高光照强度可增加大棚作物产量 2 光照面积 图像分析 OA 段表明随叶面积的不断增大 光合作用实际量不断增大 A 点为光 合作用面积的饱和点 随叶面积的增大 光合作用强度不再增加 原因是有很多叶被遮挡 光照不足 OB 段表明干物质量随光合作用增加而增加 而由于 A 点以后光合作用强度不再增加 但叶片随叶面积的不断增加 呼吸量 OC 段 不断增加 所以干物质积累量不断降低 BC 段 应用分析 适当间苗 修剪 合理施肥 浇水 避免徒长 封行过早 使中下层 叶子所受的光照往往在光补偿点以下 白白消耗有机物 造成不必要的浪费 3 CO2 浓度 原理分析 CO2 浓度影响光合作用的原理是通过影响暗反应阶段 制约 C3 生成 图像分析 图 1 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 2 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 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 应用分析 大气中的 CO2 浓度处于 OA 段时 植物无法进行光合作用 在农业生 产中可通过 正其行 通其风 和增施农家肥等措施增加 CO2 浓度 提高光合作用速率 4 温度 原理分析 是通过影响酶活性进而影响光合作用 图像分析 低温导致酶的活性降低 引起植物的光合作用速率降低 在一定范围 内随着温度的升高酶活性升高进而引起光合速率也增强 温度过高会引起酶活性降低 植 物光合速率降低 应用分析 温室中白天调到光合作用最适温度 以提高光合作用速率 晚上适当 降低温室的温度 以降低细胞呼吸 保证植物有机物积累 5 必需矿质元素 图像分析 在一定浓度范围内 增大必需矿质元素的供应 可提高光合作用速率 但当超过一定浓度后 会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降 应用分析 在农业生产上 根据植物的需肥规律 适时 适量地增施肥料 可以 提高作物的光能利用率 2 多因子因素 1 曲线分析 P 点时 限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子 随其因子的 不断加强 光合速率不断提高 当到 Q 点时 横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的 因素 要想提高光合速率 可采取适当提高图示中的其他因子的方法 2 应用 温室栽培时 在一定光照强度下 白天适当提高温度 增加光合作用酶的 活性 提高光合速率 也可同时充入适量的 CO2 进一步提高光合速率 当温度适宜时 要 适当提高光照强度和 CO2 浓度以提高光合速率 易错警示 光合作用影响因素中的 2 个易忽略点 1 易忽略温度改变对光合作用的影响 温度改变时 不管是光反应还是暗反应均会 受影响 但主要影响暗反应 因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的 多 2 易忽略 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 当 CO2 浓度大于某值时 光合作用才能进行 对于植物来说 也存在 CO2 的补偿点和饱和点 CO2 浓度过大时 会抑制植物的呼吸作用 进而影响到光合作用 二 外界环境变化对 C3 C5 的影响 请结合下图 分析当光照与 CO2 浓度发生如表变化时 表格中相关信息如何填充 条件 C3C5 H 和 ATP 模型分析 光照由强到弱 CO2 供应不变 增加减少 减少或 没有 光照由弱到强 CO2 供应不变 减少增加增加 光照不变 CO2 由充足到不足 减少增加增加 光照不变 CO2 由不足到充足 增加减少减少 三 光照强度与光合作用强度关系曲线图中各点移动 1 光照强度与光合速率的关系曲线图各点涵义 光照强度与光合速率的关系曲线图如图 1 所示 a 点光照强度为 0 则此时植物只进 行呼吸作用 该点表示该植物在该温度下的呼吸作用强度 而且整条曲线的呼吸作用强度 不变 因此 在温度改变的情况下 a 点的文职可能上移或下移 进一步影响 b 点和 c 点 的位置 B 点表示同一种子在同一时间内 光合作用吸收 CO2 与呼吸作用放出 CO2 量相等 该点称之为光补偿点 植物在光补偿点时 有机物形成和消耗相等 不能够积累于物质 而且夜间好要消耗于物质 因此 从全天来看 植物所需要的最低光照强度必须高于补偿 点 才能使植物正常生长 一般情况 阳生植物的光补偿点高于阴生植物 C 点光照强度不再为光合作用强度的限制因素 即光合作用不再随着光照强度增大而 增大 此点昌盛的原因是电子传递反应 酶活性等成为限制因子 CO2 代谢与吸收光能不 同步 因此 通常认为此时光合作用强度被 CO2 的浓度限制 植物的饱和光强与品种 叶 片厚度 单位叶面积 叶绿素含量多少等有关 大体上 阳生植物叶片饱和和光强为 360 450mol m 2s 1 或更高 阴生植物的饱和光强为 90 180mol m 2s 1 上述饱和光强 的数值是指单叶而言 对群体则不适用 因为大田作物群体对光能利用与单株叶片不同 群体枝叶繁茂 当外部光照很强 达到单叶饱和光强以上时 而群体内部的光照强度仍在 饱和强度以下 中 下层叶片就比较充分利用全体中的透射光和反射光 群体对光能利用 更充分 饱和光强就会上升 因此 整个曲线图只能对单株叶片而言 不对整株 2 曲线各点移动的分析 2 1 温度 2 1 1 在最适温度以下升高温度 如图 1 所示 如升高温度 但温度对光合作用和 呼吸作用而言 都还在最适温度以下 则有 升温 呼吸作用加强 且强度远大于光合作用 a 点向下移动 b 点向右移动 需要较强光照强度才能产生与呼吸作用 消耗量相当的有机物 c 点则向右上方移动 温度升高 光反应与暗反应的酶活性都升高 则可利用更强的光照 2 2 2 温度超过最适温度 另一种升温对图象各点移动的影响 则是光合作用与呼吸作用最适温度不同 而且 升高温度 会使其中之一超过最适温度如下题 例 1 若已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为 25 和 30 如图曲线表示 该植物在 25 时光合作用速率与光照强度的关系 若将温度提高到 30 的条件下 原光照强 度和 CO2 浓度不变 理论上分析曲线 C D 点位置如何变化 解析 该类题型与前一类题型有一个明显不同之处 光合作用与呼吸作用最适温度 不同 该题中温度由 25 升高到 30 呼吸速率是增大 达到最适温度 而光合作用却是下 降 超过最适温度 因而有 a 点因呼吸作用加强而往下移 c 点为光补偿点 往右移有两 个方面的原因 一方面是呼吸作用加强 需较强的黄找强度才能产生呼吸作用消耗量相当 的有机物 另一方面的原因是光合速率下降 产上有机物速率也下降 也需较强的光照强 度才能产生与原来相等的有机物量 d 点则因温度超过最适温度 酶活性下降 而往下移 答案 c 点往右移 d 点往下移 如图 2 中虚线所示 2 2 CO2 浓度 CO2 浓度也是影响光合作用的重要因素之一 CO2 浓度对光强与光合作用速率关系曲 线图的影响 一般认为是在 CO2 浓度 不影响呼吸作用的前提下进行的 CO2 浓度与光合 作用速率的关系曲线图如图 3 所示 从该图可知 一定范围内提高 CO2 浓度 可以促使光 合作用 因此 在一定范围内提高 CO2 浓度 光合作用速率与光照强度关系曲线图 图中 各点位置应如下图 4 虚线所示 a 点 不移动 因为 CO2A 浓度的适当提升 不会抑止呼吸作用 b 点 不移动 b 点限制因子是光照强度 升高 CO2 浓度不影响该点 c 点 右上方移动 C 点光饱和点 其限制因子为 CO2 浓度或湿度 适当提高 CO2 浓 度 可促进植物利用更高光强的生物活动 2 3 阴