热点专题4　光合作用、呼吸作用与农业生产

(本讲对应学生用书P77)热点专题4光合作用、呼吸作用与农业生产热点归纳］近年高考对细胞代谢的考查往往将光合作用和细胞呼吸综合起来，常结合具体的实例、模型或坐标曲线，或结合农业生产中的作物增产进行考查。作物生长速度取决于净光合速率，即实际光合速率与呼吸速率之差。影响光合作用的因素有光照、温度、CO2浓度、水和无机盐等，影响呼吸速率的因素有温度、O2浓度、水等。无论采取什么措施，只要能提高光合速率或降低呼吸速率，就可以达到增产的目的，具体措施总结如下：（1）常规措施：①蔬菜大棚采用无色透明的薄膜；②补光；③夜晚适当降低温度；④中耕松土。（2）套作。在同一块田地上，在前一季作物生长后期，将后一季作物播种或栽植在前季作物的株、行间或畦间的种植方式。套作这种耕作方式可以有效地解决季节矛盾，提高复种指数，延长光照时间，提高光能利用率，从而提高产量。（3）间作。两种或多种作物，在同一块田地上，隔株、隔行或隔畦同时栽培。如豆科植物与禾本科植物（玉米与大豆）间作，这是因为大豆能通过根部的根瘤菌固定空气中的氮素，然后通过土壤环境供给玉米利用，使玉米生长旺盛，与此同时大豆的蛋白质含量也比单独种植时高。不同的农作物对光照的要求不同，玉米对阳光的要求更强，大豆则相对较弱。间作有利于通风透光，充分合理地利用土地和光能，从而提高产量。（4）轮作。在一定年限内，同一块田地按预定的顺序，轮换种植不同的作物。合理的轮作，能够改变原有的食物链，防治病虫害；合理利用土壤中的矿质元素，恢复和提高土壤肥力，有效防止土壤肥力的衰竭；还可以防止或减少杂草滋生等，最终达到提高作物产量和品质的目的。【典例】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）。

作物ABCD株高/cm1706559165光饱和点/（μmol·m-2·s-1）12001180560623

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）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_______________________________________________________________

。

肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收

A和C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。解题指导（1）中耕松土是指对土壤进行浅层翻倒、疏松表层土壤。中耕松土的作用有：疏松表土、增加土壤通气性、提高地温，促进好氧微生物的活动和养分有效化、去除杂草、促使根系伸展、调节土壤水分状况。（2）矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被植物的根系选择吸收。［高考试练］1.（2024年黑龙江哈尔滨三模）棉花是我国重要的经济作物，适宜在光照充足的条件下生长。某科研小组为了解棉花品种A、B的光合特性，在其开花期进行了一系列实验，结果如图所示。已知，在暗反应过程中，RuBP羧化酶是催化CO2固定的关键酶。回答下列问题：（1）由图甲可知，棉花品种

更适合在强光下生长，结合图乙、图丙分析其原因是

。

A

品种A叶绿素含量和RuBP羧化酶活性均高于品种B，在强光下净光合速率更高（2）叶绿素位于

，其吸收的光能可转化并储存在

中，这部分能量可用于暗反应中

叶绿体基质（填生理过程）。

（3）在暗反应过程中，RuBP羧化酶发挥作用的场所是

。当环境中O2浓度大于CO2浓度时，RuBP羧化酶又会催化C5和O2反应生成C3和C2进行光呼吸，而淀粉酶只能催化淀粉分解，说明RuBP羧化酶的专一性比淀粉酶

（填“强”“弱”或“相同”），CO2/O2的值

（填“越大”或“越小”），越有利于光呼吸的发生。（叶绿体）类囊体薄膜ATP、NADPHC3的还原叶绿体基质弱越小（4）给棉花提供18O2，在有光照的条件下，18O可能出现在光合作用产物（CH2O）中，原因是

。

2.（2025年浙江开学考试）

智慧农业通过智能技术可精准调控植物工厂内光照、温度、湿度、CO2和营养液等因素，果蔬生长快、周期短、不受季节影响。但生菜过快生长易引发生理性病害如干烧心，影响叶菜的品质和经济效益。科研人员对生菜干烧心的发生及其防控进行了研究，实验结果如表所示。项目甲组乙组丙组丁组戊组LED红光∶LED蓝光1∶22∶13∶23∶23∶2湿度/%9090907050叶绿素含量/（g·m-2）0.1410.1550.1830.1750.180叶净光合速/（μmol·m-2·s-1）15.8516.8119.4719.5219.45新叶钙离子含量/%40.4138.6225.2050.6663.94干烧心发生率/%51.6558.3263.9146.5425.68请回答：（1）LED光源为生菜的光合作用提供

。光反应发生的场所在

，水光解的产物是

，卡尔文循环为光反应提供的物质有

。若将甲组生菜转移到乙组环境中，持续一段时间，达到新的平衡，此时C5和C3的含量与变化之前相比分别为

、

。

（2）据表分析，与新叶Ca2+含量呈负相关的指标是

。为提高新叶Ca2+含量，采用提高营养液中Ca2+含量的措施是否可行？

，理由是

。

能量类囊体薄膜O2、H+、e-

ADP（Pi）、NADP+升高升高干烧心发生率不行

营养液渗透压过高易引发生菜渗透失水（或植物工厂能精准调控营养液中钙离子浓度；新叶缺钙不是由营养液缺钙造成的）（3）降低环境湿度不仅能有效防控生菜干烧心的发生，还能提高生菜的品质，如图所示。综合分析，干烧心发生率随湿度降低而下降的主要原因是___________________

。

选用

的条件，最有利于提高生菜产量和品质。

湿度降低）气孔导度增大，蒸腾速率提高，引起新叶Ca2+含量升高（干烧心发生率降低）戊组【解析】（1）生菜进行光合作用需要光照，其中LED光源为生菜的光合作用提供能量；光反应发生的场所在叶绿体的类囊体薄膜；水光解的产物是O2、H+、e-，卡尔文循环为光反应提供的物质有ADP（Pi）、NADP+；若将甲组生菜转移到乙组环境中，由表可知，乙组的净光合速率升高，达到新的平衡，此时C5和C3的相互转化加快，含量与变化之前相比均为升高。（2）分析表格数据可知，与新叶

Ca2+含量呈负相关的指标是干烧心发生率（%）；由于营养液渗透压过高易引发生菜渗透失水，且植物工厂能精准调控营养液中钙离子浓度等，故采用提高营养液中Ca2+含量的措施不可行。（3）降低环境湿度不仅能有效防控生菜干烧心的发生，还能提高生菜的品质，综合分析，干烧心发生率随湿度降低而下降的主要原因是（湿度降低）气孔导度增大，蒸腾速率提高，引起新叶Ca2+含量升高（干烧心发生率降低）；据图可知，选用戊组的条件，气孔导度和胞间二氧化碳浓度均最高，且维生素C含量最多，最有利于提高生菜产量和品质。3.（2025年河北石家庄阶段练习）小麦是我国北方重要的粮食作物，随着全球气候的变化，干旱胁迫导致小麦植株生理伤害，严重影响小麦产量。ROS为活性氧，其含量增加会损害细胞膜和叶绿体等结构。5-氨基乙酰丙酸（ALA）是植物叶绿素中卟啉类化合物合成的前体。为了研究小麦品种A、B的抗旱能力以及ALA的调节作用，研究人员进行了相关实验，实验结果如下图所示。注：CK：喷洒蒸馏水D：干旱处理D+A：干旱前喷洒ALA

Pn：净光合速率Gn：气孔导度回答下列问题：（1）ALA的分子式为C5H9NO3，参与合成叶绿素时还需要

元素的参与，叶绿素和类胡萝卜素均能捕获

光用于光反应，产生的

为暗反应C3的还原提供能量。

（2）据图分析，干旱胁迫使气孔导度

，根据实验结果分析，小麦品种

的抗旱能力