【高考生物】大二轮专题突破：第一篇　主题一　专题(四)　命题点3　影响光合作用和细胞呼吸的因素

命题点3影响光合作用和细胞呼吸的因素1．影响细胞呼吸因素相关的曲线2．关注光合作用3类影响因素曲线中的“关键点”(1)光照强度(2)CO2浓度①图乙中A点时植物光合速率与细胞呼吸速率相等，此时的CO2浓度为CO2补偿点，而图甲中D点的CO2浓度是植物进行光合作用时所需的最小CO2浓度，从D点才开始启动光合作用。②B点和P点的限制因素：外因有温度和光照强度等，内因有酶的数量和活性、C5的含量、色素含量等。(3)多因子影响图1、2、3中的曲线分析：P点时，限制光合速率的主要因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。当达到Q点时，横坐标所表示的因子不再是限制光合速率的因素，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。3．聚焦自然环境及密闭容器中植物一昼夜气体变化曲线(1)自然环境中一昼夜植物光合作用变化曲线①a点：凌晨低温，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少。②开始进行光合作用的点：b点；结束光合作用的点：m点。③光合速率与呼吸速率相等的点：c、h点；有机物积累量最大的点：h点。④de段下降的原因是午间温度过高，部分气孔关闭，CO2吸收量减少；fh段下降的原因是光照强度减弱。(2)密闭容器中一昼夜CO2和O2含量的变化曲线①光合速率等于呼吸速率的点：C、E点。②若图1中N点低于虚线，该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合量大于总呼吸量(净光合量大于0)，植物能生长。③若图2中N′点低于虚线，该植物一昼夜不能生长，其原因是N′点低于M′点，说明一昼夜密闭容器中O2浓度减少，即总光合量小于总呼吸量(净光合量小于0)，植物不能生长。1．(经典高考题)下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是()A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度答案D解析随着CO2浓度的增大，净光合速率先增大后趋于稳定，但由于净光合速率最大时对应着一个温度，即最适温度，低于或高于此温度，净光合速率都将下降，随着温度升高，净光合速率不应先升高后趋于稳定，所以无法确定在CO2浓度足够大时，较高温度下的净光合速率高于较低温度，A、B不符合题意；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在相应光波长时，植物的净光合速率存在峰值，不应呈现先升高后趋于稳定的状态，且光波长一定时，较高温度下的净光合速率不一定较高，C不符合题意；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够时，较高的CO2浓度下净光合速率较大，D符合题意。2．(2023·北京，3)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是()A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大答案C解析CO2吸收速率代表净光合速率，在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高，主要原因是随着温度的升高，光合酶的活性增强，B正确；CP点处代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误；图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。3．(2023·全国乙，29)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光(只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题：(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、______________________(答出2点即可)等生理过程。(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔________(填“能”或“不能”)维持一定的开度。答案(1)光合作用和呼吸作用(2)叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光合作用制造有机物，使保卫细胞的渗透压升高，细胞吸水膨大，气孔开放(3)蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞的渗透压升高，细胞吸水膨大，气孔开度进一步增大(4)不能解析(1)气孔是植物体与外界进行气体交换的通道，光合作用、呼吸作用与蒸腾作用中氧气、二氧化碳和水蒸气都是经过气孔进出植物叶肉细胞的，故气孔开闭影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理过程。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的有机物，使细胞的渗透压升高，促进保卫细胞吸水，细胞体积膨大，气孔开放。(3)由题意得知，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，细胞的渗透压升高，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开度进一步增大。(4)光反应可为暗反应的进行提供ATP和NADPH，某种除草剂能阻断光合作用的光反应，暗反应因缺少ATP和NADPH而不能进行，导致光合速率下降、合成的有机物减少，进而导致保卫细胞渗透压下降、吸水能力下降、气孔开度减小，故在使用除草剂的条件下，给予光照不能使气孔维持一定的开度。思维延伸——判断与填充(1)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。关于这一实验现象的解释是初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率(2022·全国乙，2)(√)(2)(2019·全国Ⅰ，29节选)干旱处理后该植物的光合速率会降低，出现这种变化的主要原因是气孔开度减小使供应给光合作用的CO2减少。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ABA引起的，请以该种植物的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。答案实验思路：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。预期结果是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。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。(3)(2021·河北，19节选)补充水分可以促进玉米根系对氮的主动吸收，提高植株氮供应水平。题组一植物对光的响应1．(2023·广州市高三第一次调研)图1和图2是不同处理条件下春小麦开花期叶片光响应曲线，下表是对照组和实验组在不同温度下小麦开花期叶片光响应特征参数。请回答下列问题：处理最大净光合速率(μmol·m－2·s－1)光补偿点(μmol·m－2·s－1)光饱和点(μmol·m－2·s－1)呼吸速率(μmol·m－2·s－1)A－25℃28.63021.472718.9881.190A－26℃29.76526.794852.4171.280A－27℃28.47927.655866.7961.217B－25℃21.57326.667519.3091.531B－26℃17.20533.980508.5101.319B－27℃17.97438.249580.5451.380(1)小麦叶绿体吸收光的结构是____________，其上产生的________________参与暗反应。当制造的有机物量大于呼吸作用的消耗时，净光合作用速率________(填“大于零”“小于零”或“等于零”)。(2)图1和图2有关实验的自变量有__________________________________________________________________________________________________________________。(3)在一定光合有效辐射范围内，不同处理条件下春小麦净光合速率随光合有效辐射的增大而__________。由表可知，水分不足条件下，温度为________时，有利于小麦生长。(4)光饱和点与光补偿点是表征叶片对强光和弱光利用能力大小的重要参数。由表可知，水分供给不足使春小麦利用弱光和强光的能力均________，较高的温度使春小麦利用强光的能力________。(5)B－27℃条件下春小麦净光合速率明显小于B－25℃条件下的可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)类囊体薄膜NADPH和ATP大于零(2)光合有效辐射(或光照强度)、田间持水量(或是否干旱)、温度(3)增大25℃(4)减弱增强(5)较高的温度(27℃)下叶片蒸腾作用过强，气孔开放程度明显下降，CO2供应不足，净光合速率下降2．(2022·山东，21)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是____________。(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有__________、________________________(答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是________________________________________________________________________。(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制________(填“增强”或“减弱”)；乙组与丙组相比，说明BR可能通过____________________________发挥作用。答案(1)蓝紫光(2)NADPH、ATP等的浓度不再增加CO2浓度有限光能的吸收速率继续增加，使水的光解速率继续增加(3)减弱促进光反应中关键蛋白的合成解析(1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能是通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用的。题组二气孔因素和非气孔因素3．(2022·湖南，13改编)在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因不可能是()A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量C．类囊体薄膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降答案B解析夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B符合题意。4．科研工作者以长势良好的2年生夹竹桃为研究对象，探究干旱对其光合特性的影响，如图表示夹竹桃叶片实验结果(气孔导度是指气孔张开的程度，胞间CO2浓度是指叶肉细胞间的CO2浓度)。回答下列有关问题：(1)在干旱处理组中，叶片的光合速率小于其__________速率，导致净光合速率为负值；形成3－磷酸甘油酸的场所是________________。(2)植物激素在植物光合作用对缺水的响应中发挥重要作用，其中__________(填激素名称)在气孔导度下降过程中起主要作用。植物生长发育的调控，是由__________调控、激素调节和__________因素调节共同完成的。(3)导致光合速率下降的原因可能来自两个方面：一是由于干旱使气孔导度降低，限制了CO2的供应，即发生了气孔限制；二是由于干旱使叶肉细胞中的________活性降低，即发生了非气孔限制。根据以上实验结果可知夹竹桃在干旱条件下主要发生了________限制，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)细胞呼吸叶绿体基质(2)脱落酸基因表达环境(3)酶非气孔干旱组的气孔导度明显下降，但同时表现为胞间CO2浓度却高于对照组题组三矿质元素(可再利用元素)对植物生长的影响5．(2023·北京朝阳高三联考)钾的含量是影响我国长江流域冬油菜产量的重要因素，K＋、Mg2＋等离子可在植物体内转移。缺钾胁迫使油菜叶片的光合功能衰退，籽粒产量降低。科研人员比较田间条件下蕾苔期油菜不同叶片(无柄叶为幼叶，长柄叶为成熟叶)对缺钾胁迫的反应，测定了相关的代谢指标，结果如表所示。回答下列问题：叶片处理净光合速率/(CO2μmol·m－2·s－1)胞间CO2浓度/(CO2μmol·mol－1)气孔导度/(H2Omol·m－2·s－1)叶绿素含量/(mg·g－1)叶片钾含量/%无柄叶缺钾22.12400.241.891.79钾正常22.42410.292.011.88短柄叶缺钾27.32770.451.872.23钾正常27.12760.461.942.45长柄叶缺钾22.02690.411.292.01钾正常25.32730.431.953.84(1)叶片气孔开放与保卫细胞积累K＋密切相关。在ATP驱动下，保卫细胞细胞膜上的钾－氢离子交换泵会______________(填“顺浓度梯度”或“逆浓度梯度”)将K＋转运进入细胞。在液泡内积累高浓度的K＋可提高______________________，从而有利于保卫细胞吸水，使气孔导度增大。(2)图中PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，光系统位于______________上，水光解生成氧气需要的光能是通过______(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)被吸收利用的。在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是_______________________________________________。(3)油菜进行光合作用时，若气孔导度增大，则短时间内叶绿体中C3的含量将____________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在以上实验油菜的三类叶片中，缺钾胁迫主要抑制__________叶的光合功能，影响机制主要是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)缺钾条件下，短柄叶和无柄叶的光合功能__________，从钾的角度分析，最可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)逆浓度梯度细胞的渗透压(或细胞液浓度或细胞液的渗透压)(2)类囊体薄膜PSⅡ叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b)(3)增多气孔导度增大使进入细胞的CO2增多，C5固定CO2加快，生成的C3增多(4)长柄缺钾引起叶绿素含量明显减少，降低了光反应速率(5)基本不变成熟叶中的钾向幼叶中转移，以维持幼叶中的钾含量正常提高农作物产量中国这样一个拥有十几亿人口的发展中大国粮食一直是一个大问题。中国科学院院士、“共和国勋章”获得者袁隆平是杂交水稻育种的开拓者，在为我国和世界解决粮食安全问题上做出了卓越的贡献。命题点有：控制影响作物光合作用和细胞呼吸的环境因素(光照、二氧化碳、水、肥、矿质元素、轮作、间作、补光调温)、先进的育种技术、植物生长调节剂、科学防治害虫提高作物产量。1．连作：是指一年内或连年在同一块田地上连续种植同一种作物的种植方式。连作的缺点是会使土壤养分不能满足同种作物的需要，易受病虫害；同时同一作物分泌物累积过多，会影响同种作物根系的发展，植株不能正常生长，使产量降低。只有同一种或同一类作物相隔2～3年或更长一些时间以后再种在同一块田地上才能避免这种情况的发生。2．轮作：在同一块田地上，有顺序地在季节间或年间轮换种植不同的作物或复种组合的一种种植方式。轮作可避免连作的缺点，使作物根系发达，生长健壮，病害较少。3．间作：指在同一田地上于同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式。采用间作要考虑浅根作物和深根作物、早熟品种和晚熟品种以及不同作物种类对土壤养分的需求不同等因素。4．套作：又称套种，是指在前季作物生长后期的株、行或畦间播种或栽植后季作物的一种种植方式。5．混种：指在同一块地同时混播几种作物，如胡萝卜与小白菜混播，小白菜出土快而胡萝卜出土较慢，小白菜可起遮阴作用，使胡萝卜苗生长良好。6．补光增温，是依照植物生长的自然规律，根据植物利用太阳光进行光合作用的原理，使用灯光代替太阳光来提供给温室植物生长发育所需光源，并通过一定的技术手段来适当增加温室内的温度，来提高作物的产量。7．农业病虫害可以使用农业防治的方法，种植作物时轮作，提前对土壤消毒杀菌，使用腐熟有机肥，栽培时科学管理。也可以使用物理防治，比如日光曝晒、黑光灯诱杀、建造障壁、高压等。还可以使用生物防治，主要有捕食性生物、寄生性生物、病原微生物。或可以使用化学防治，选择农药来喷雾或浇灌，效果较好。1．蓝细菌色素C6能提高光反应电子传递效率，SBP酶可促进暗反应C5的再生。研究人员尝试将C6和SBP两个基因导入烟草，获得了C6株系、SB株系和C6SB株系(纯合双转基因株)。在一定浓度CO2的温室条件下，检测相关指标，结果如表。下列有关说法正确的是()组别电子传递效率(相对值)C5再生效率/(μmol·m－2·s－1)光合速率/(μmol·m－2·s－1)野生型0.118121.524.6C6株系0.123124.825.6SB株系0.130128.727.0C6SB株系0.140132.027.4A.蓝细菌及转基因烟草SB、C6SB株系细胞中SBP酶发挥作用的场所均为叶绿体基质B．C6株系的电子传递效率并未高于SB株系，是因为相关基因在受体细胞中未正常表达C．C6SB株系可通过C6和SB株系杂交后筛选子代中双杂合子进行单倍体育种获得D．提高温室中的CO2浓度，4种株系的电子传递效率会降低，光合速率一定都能提高答案C解析蓝细菌是原核生物，没有叶绿体，A错误；光反应和暗反应相互制约，由于C6株系的C5再生效率低于SB株系，暗反应产生的ADP和Pi、NADP＋低于SB株系，限制了光反应ATP和NADPH的合成，因此C6株系的电子传递效率并未高于SB株系，B错误；C6SB株系可通过C6和SB株系杂交后筛选子代中双杂合子进行单倍体育种获得，具体过程为：C6和SB株系杂交→获得双杂合子→花药离体培养→秋水仙素处理→筛选出C6SB株系(纯合双转基因株)，C正确；提高温室中的CO2浓度，4种株系的电子传递效率和光合速率的改变无法确定，D错误。2．(2023·常州高三模拟)植物的光合作用细胞依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出CO2的同时消耗多余能量，对光合器官起保护作用。如图为某植物叶片在白天和夜晚的气体交换过程，其中PR、R、GP代表不同的生理过程。下列相关叙述错误的是()A．图中的PR、R过程分别代表细胞呼吸、光呼吸，叶片中有机物的积累量取决于GP(真正光合作用)、R、PR的差值B．光呼吸虽然消耗部分有机物，但是从一定程度上能避免光抑制的发生，具有一定的意义C．植物通过调节叶片角度回避强光或进行细胞内叶绿体的避光运动均可减弱光抑制现象D．在农业生产中，适当抑制白天光呼吸和夜间细胞呼吸的进行，有利于提高农作物产量答案A解析分析题图可知，R是叶片吸收O2和放出CO2的过程，在夜晚和白天都进行，因此R代表细胞呼吸；PR是叶片吸收O2和放出CO2的过程，只在白天进行，因此是光呼吸过程，A错误。3．恰当使用植物激素或植物生长调节剂可以提高农作物的产量。下列有关叙述正确的是()A．细胞分裂素和油菜素内酯可分别用于叶菜类蔬菜的保鲜和提高产量B．草莓、番茄、油菜等作物开花期若遇阴雨天气，可通过喷洒适宜浓度的生长素来提高产量C．施用植物生长调节剂就一定能提高葡萄的产量和品质D．给水稻幼苗喷洒大量赤霉素溶液，可导致茎秆快速增长，结实率大大提高答案A解析细胞分裂素可用于叶菜类蔬菜的保鲜，油菜素内酯能促进茎、叶细胞的扩展和分裂，可用于提高叶菜类蔬菜的产量，A正确；油菜收获的是种子，若油菜开花期遇阴雨天，错过了传粉期，便无法受精形成种子，故不能通过喷洒适宜浓度的生长素提高产量，B错误；施用某种植物生长调节剂后由于受多种因素的影响，不一定能提高相应农作物的品质和产量，C错误；给水稻幼苗喷施大量赤霉素溶液，可使其患恶苗病，结实率降低，D错误。4．(2022·无锡高三期中)下列有关农作物增产措施的叙述，错误的是()A．中耕松土有利于根系生长，但可能成为水土流失的一种诱发因素B．利用信息素诱捕害虫进行化学防治，可有效降低害虫的种群密度C．运用群落的空间结构原理，发展立体农业可充分利用空间和资源D．用赤眼蜂防治棉铃虫，比喷洒农药更有利于提高农田生态系统的稳定性答案B解析利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫种群密度，属于生物防治，B错误。5．为提高粮食产量，加大对大豆高产品种和玉米、大豆间作(间作是指在同一土地上按照一定的行、株距和占地的宽窄比例种植不同种类的农作物)新农艺推广的支持度。根据所学知识，思考回答下列问题：(1)玉米和大豆的根系深浅不同，植株高矮不同，玉米间作套种大豆可充分利用________________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少答出2点)等资源提高农作物产量。(2)与大豆共生的根瘤菌可以固氮，供作物利用。作物可利用氮元素合成与光合作用有关的化合物有________________________________________________________________________(写出两个即可)，提高光合速率，增加产量。(3)如图是玉米与某豆科作物间作和单作时，在不同光照强度下测得的单株玉米吸收CO2速率(假设间作与单作时各农作物间的株距相同)。据图判断，间作玉米对CO2和光能的利用率较高，作出此判断的依据是_____________________________________________________________________