13　必修1　第二单元　第12讲　光合作用的影响因素及应用

第12讲光合作用的影响因素及应用必修1

分子与细胞第二单元细胞代谢课标要求实验：探究不同环境因素对光合作用的影响。考点1

(探究·实践)探究环境因素对光合作用强度的影响一、实验原理1．利用抽气法排出叶片细胞间隙中的______，使其沉入水中。2．通过_________________________________调节光照强度。3．光合作用的过程中产生______的多少与光合作用强度密切相关，O2积累在细胞间隙从而使下沉的叶片______。因此可依据一定时间内______________________________，来比较光合作用强度。气体LED台灯与烧杯之间的距离O2上浮圆形小叶片上浮的数量二、实验步骤及操作要点实验步骤操作要点①制备圆形小叶片取生长旺盛的绿叶，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排出细胞间隙中的气体a.将圆形小叶片和适量清水置于注射器，排出注射器内残留的空气；b.用手指堵住注射器前端的小孔并_____________________，使圆形小叶片内的气体逸出。重复几次，直到圆形小叶片__________________缓慢地拉动活塞全部沉到水底实验步骤操作要点③分装圆形小叶片a.将上述处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用；b．取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水；c．将待用圆形小叶片各10片分别放入3只小烧杯中④给予不同的光照强度分别取离LED台灯10cm、20cm、30cm(对应编号为1、2、3)的位置，把3个烧杯分别放在这3个位置上，打开台灯⑤观察并记录观测并记录单位时间内3个烧杯中叶片上浮的数量，或者是_______________________________________浮起相同数量的叶片所用时间长短三、实验结论在__________________范围内，光合作用强度随光照强度的增强而______。一定光照强度增强1．实验结果的生理状态分析(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收O2，产生的CO2较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：(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O2，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图2和图3：(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的O2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。细胞生理状态如图4：2．“叶片上浮法”应用中的三点注意(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要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。(2022·海南卷)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是(

)A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率C．四组实验中，浓度为0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高D．若在4℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短√B

[本实验的目的是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3浓度)，温度和光照为无关变量，A错误；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸吸收的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B正确；四组实验中，浓度为0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最小，C错误；若在4℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。]考点2光合作用的影响因素及应用一、内部因素1．植物自身的遗传特性(如植物品种不同)：以阴生植物、阳生植物为例。(1)光补偿点：阳生植物>阴生植物。(2)光饱和点：阳生植物>阴生植物。2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶二、外部因素1．单因子变量对光合速率的影响(1)光照强度(2)CO2浓度(3)温度(4)水分和矿质元素2．多因子变量对光合速率的影响自然环境下与密闭容器中光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析1．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，主要限制因素是光照强度。(

)2．延长光照时间能提高光合作用强度。(

)提示：延长光照时间只能提高光合作用的产物量，不能提高光合作用强度。3．植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。(

)提示：植物体从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。√××4．停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。(

)5．夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。(

)提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔关闭，CO2吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。√×1．下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答。(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是_________________。(2)12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是______________________________________________________________________________________________。(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是________________。光照强度逐渐增大此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2进入叶片组织的量减少，致使光合作用暗反应受到限制光照强度不断减弱2．生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点的变化是______，原因是___________________________________________________________________；光补偿点的变化是______，原因是_____________________________________________________________________。降低因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和NADPH少升高因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大3．有研究表明，干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由脱落酸(ABA)引起的。请以某植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。实验思路：取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度，干旱处理前后气孔开度不变。将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果：ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。1．将某植物置于密闭的容器中，测量其单位时间内CO2的吸收量与光照强度、温度等的关系，结果如图所示。下列相关叙述，正确的是(

)1环境因素影响光合作用强度的坐标曲线分析A．与17℃相比，22℃条件下呼吸速率更大B．当植物缺镁时，B点向左移，E点向左下方移C．植物在C、D两点时光合作用合成有机物的量相同D．限制E点光合速率的主要因素是光照强度和温度√A

[当光照强度为0时，不能进行光合作用，即曲线与纵轴的交点，据图可知，与17℃相比，22℃条件下呼吸速率更大，A正确；植物缺镁时，叶绿素无法合成，光合作用下降，一般不影响呼吸作用，B点时光合速率等于呼吸速率，此时要增大光照强度才能弥补缺镁引起的光合速率下降，因此B点向右移，E是光饱和点，E点向左下方移，B错误；实际光合速率等于净光合速率＋呼吸速率，植物在C、D两点净光合速率相同，但22℃条件下呼吸速率更大，因此D点光合作用合成有机物的量较大，C错误；据图可知，E点已经达到光饱和点，光照强度此时不是限制因素，此时限制E点光合速率的主要因素是温度和二氧化碳浓度，D错误。]2．研究人员将与CO2的固定有关的玉米PEPC酶基因导入水稻，获得转基因水稻，并开展了研究活动。图1是在某温度下测得光照强度对转基因水稻和原种水稻光合速率的影响曲线，图2是在光照强度为1000lx下测得的温度对两种水稻光合速率的影响曲线。(1)分析可知，玉米的PEPC酶基因导入水稻后，其表达产物最可能分布在叶绿体的__________________中，催化____________的生成。(2)图1中，在光照强度为4×102～10×102lx下，限制原种水稻光合作用的主要因素是____________。若适当提高实验温度，重复图1实验，则b点将向__________________(填“右上”“左上”或“正上”)方向移动。(3)结合图2信息____________(填“能”或“不能”)判断25℃时两种水稻真正光合速率的大小，理由是___________________________________________________________________________________。解析：(1)PEPC酶基因与CO2的固定有关。CO2的固定在叶绿体基质中进行，产物是三碳化合物(C3)，所以玉米的PEPC酶基因导入水稻后，其表达产物最可能分布在叶绿体的基质中，催化三碳化合物(C3)的生成。(2)图1中，原种水稻的光饱和点为10×102Lux，在光照强度为4×102Lux～10×102Lux下，限制原种水稻光合作用的主要因素是光照强度。若适当提高实验温度，可增加与光合作用有关酶的活性，光合作用速率增加，则b点将向右上方向移动。(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，图2中能得知25℃时两种水稻净光合速率的大小，但并不知道呼吸速率，所以不能判断25℃时两种水稻真正光合速率的大小。答案：(1)基质三碳化合物(或C3)

(2)光照强度右上(3)不能真正光合速率为净光合速率与呼吸速率之和，但呼吸速率未知

光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。(2)补偿点(B点)的移动①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。3．(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(

)2环境因素影响光合作用强度的实验分析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√D

[由图1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)，A正确；由图1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，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)，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，但是超过光的饱和点，再增大光照强度三者光合速率的差异不再变化，D错误。]4．(2023·广东卷)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。(光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度)3光合作用影响因素的生产应用水稻材料叶绿素/(mg·g－1)类胡萝卜素/(mg·g－1)类胡萝卜素/叶绿素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27分析图表，回答下列问题：(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和________________，叶片主要吸收可见光中的______________光。(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol·m－2·s－1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl________(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和________________。(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体________________，是其高产的原因之一。(4)试分析在0～50μmol·m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题。____________________________________________________________________________________________________________________________?解析：(1)根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由ygl叶色呈黄绿色可推测，主要吸收红光和蓝紫光。(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol·m－2·s－1时，ygl的净光合速率较WT更高，光饱合点是光合速率不再随光照强度增加时的最小光照强度，据图a可知ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度，据图b和图c可知，ygl有较高的光