高三一轮学案生物（人教版）第三单元第14课时光合作用的影响因素及其应用

第14课时光合作用的影响因素及其应用课标要求说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。考情分析1.探究环境因素对光合作用强度的影响2022·海南·T32.单、多因子变量对光合作用强度影响及应用2024·北京·T42024·山东·T·湖北·T·安徽·T162024·重庆·T·湖北·T·江苏·T·福建·T172023·山东·T·全国乙·T·山东·T212022·广东·T·河北·T·北京·T22022·湖南·T13考点一探究环境因素对光合作用强度的影响1．光合作用强度(1)概念：植物在________________内通过光合作用制造________的数量。(2)表示方法：用一定时间内____________________来定量表示。2．影响光合作用强度的因素3．控制影响光合作用实验自变量的方法4．探究光照强度对光合作用强度的影响(1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中________，光照下叶片进行光合作用产生______，充满细胞间隙，叶片又会______。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量________。(2)实验中变量分析自变量不同____________控制自变量调节__________________进行控制因变量检测因变量同一时间段内__________________对无关变量进行控制叶片大小、溶液的量等保持一致(3)实验流程：取材→排气→沉水→分组→光照→观察并记录。(4)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，单位时间内浮起的圆形小叶片也________。(5)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也________(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。考向一探究环境因素对光合作用强度的影响1．(2024·北京房山区联考)某生物研究小组以菠菜叶为实验材料，探究CO2浓度对光合作用强度的影响，实验装置及实验结果如图所示。下列说法正确的是()A．该实验中小圆叶片上浮到液面的时长属于无关变量B．图乙bc段平缓，可适当缩短台灯与烧杯的距离使曲线进一步下降C．图乙c点之后曲线上升，说明随NaHCO3浓度增加光合作用增强D．将图甲装置中的NaHCO3溶液换成NaOH溶液，可用于测定小圆叶片的细胞呼吸强度2．(2022·海南，3)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，0.5%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考点二辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理1．内部因素(1)与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。(3)叶面积指数2．外部环境因素(1)单因子变量对光合速率的影响①光照强度②CO2浓度③温度④水分或矿质元素(2)多因子变量对光合速率的影响(1)植物工厂常采用无土栽培技术，生产时应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同(2021·辽宁，2B)()(2)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用(2021·湖南，7A)()(3)在夏季晴朗无云的白天，12时左右光合作用强度明显减弱，原因可能是叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少(2022·湖南，13A)()气孔问题分析1．气孔结构及其开闭原理：(1)组成：大多数陆生植物的气孔由两个保卫细胞(含有叶绿体)和它们之间的开口共同组成。(2)气体交换的门户：通过气孔扩散的气体有O2、CO2和水蒸气等。(2023·全国乙，29节选)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。(3)开闭原理2．气孔限制因素与非气孔限制因素的判断科学家测定了不同浓度镉(Cd)胁迫下黄瓜幼苗的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)，结果如图1所示，黄瓜幼苗叶片的部分结构及代谢活动如图2所示。回答下列问题：(1)已知植物体因适应缺水环境而发生的气孔响应调节机制与某种激素有关，为研究镉胁迫下黄瓜幼苗气孔导度降低是否具有同样的激素调节机制，可测定叶片中该激素的含量。该激素应为______________________。(2)如图2，在光照充足的条件下，胞间CO2的主要来源为______________________；去路是扩散至叶绿体________________在CO2固定酶的作用下与__________________反应，最后生成(CH2O)。(3)净光合速率降低可能是由气孔因素引起，但也可能是由非气孔因素引起。研究者可通过测定胞间CO2浓度(Ci)的数据(图3)，与Pn、Gs的数据比对分析得出结论。根据图1、3中的数据推测，镉胁迫下的黄瓜幼苗净光合速率较低最可能与________________________(填“气孔”或“非气孔”)因素有关。3．气孔运动机理(2023·全国乙，29节选)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)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是______________________________。(2)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__________________________________________________。(3)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。考向二辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理3．(2024·北京，4)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的O2释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是()A．增加叶片周围环境CO2浓度B．将叶片置于4℃的冷室中C．给光源加滤光片改变光的颜色D．移动冷光源缩短与叶片的距离4．(2021·广东，15)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1所示)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2所示)，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5.(2024·湖北沙市中学月考)红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图。下列叙述错误的是()A．当光照强度为a时，持续光照一昼夜后人参干重不会增加B．光照强度大于d时，可能是温度限制了红松P/R值的增大C．若适当增施含镁的肥料，一段时间后人参的a点左移D．光照强度为c时，红松和人参的光合速率有可能不同光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题(1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。(2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)B点(补偿点)C点(饱和点)适当增大CO2浓度(光照强度)左移右移适当减小CO2浓度(光照强度)右移左移土壤缺Mg2＋右移左移提醒：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。(3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。考向三气孔6．(2024·湖北，21)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)，进行了相关实验，结果如图2所示。回答下列问题：(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞________(填“吸水”或“失水”)，引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率________(填“增大”“不变”或“减小”)。(2)图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物________(填“促进”或“抑制”)气孔关闭。(3)由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是________________________________________________________________________。(4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是______________(填“ht1”或“rhc1”)。考向四光抑制7．(2024·重庆，18)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。(1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。①黄连的光饱和点约为____μmol·m－2·s－1。光强大于1300μmol·m－2·s－1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于________________________________________________________。②推测光强对黄连生长的影响主要表现为____________________________________。黄连叶片适应弱光的特征有________________________________________________(答2点)。(2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括________(多选)。①叶片叶绿体避光运动②提高光合产物生成速率③自由基清除能力增强④提高叶绿素含量⑤增强热耗散(3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是______________________________________________________。光抑制植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。(1)光抑制机理：光合系统的破坏，PSⅡ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。(2)光抑制的主要防御机制①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。一、过教材1．下列关于“探究环境因素对光合作用强度的影响”的实验的叙述，错误的是()A．通过调节台灯与实验装置间的距离来控制光照强弱B．因变量是单位时间圆形小叶片浮起的数量C．实验中拉动注射器活塞是为了使圆形小叶片内的气体逸出D．探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2E．在一定范围内，随NaHCO3浓度的增加，叶圆片上浮所需时间先减少后增加F．可用不同浓度的碳酸氢钠溶液来探究CO2浓度对光合作用强度的影响2．下列关于光合作用原理应用的叙述，正确的是()A．农作物能吸收有机肥中的有机物，有助于农作物生长B．合理密植有利于改善田间CO2浓度和光能利用率C．用绿色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高大棚蔬菜的产量D．农作物生长发育过程中，及时去掉衰老变黄的叶片不利于有机物的积累E．“正其行，通其风”，有利于提高农作物的产量F．连续阴雨天适当提高温度有利于大棚绿叶蔬菜生长G．适当增施氮肥，促进茎叶生长，以增大光合作用面积二、过高考1．(2019·全国Ⅰ，29节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．(2020·全国Ⅰ，30节选)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)如表。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ABCD株高/cm1706559165光饱和点/(μmol·m－2·s－1)120011805606233.(2021·重庆，24节选)若幼苗长期处于弱光下，叶绿体的发育会产生适应性变化，类囊体数目会__________。若保持其他条件不变，适度增加光照强度，气孔开放程度会__________(填“增大”或“减小”)。4．(2023·海南，16节选)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。回答下列问题：(1)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是____________________，该光源的最佳补光时间是________小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是_________________。(2)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5．(2024·安徽，16节选)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见表。回答下列问题：净光合速率/(μmol·m－2·s－1)叶绿素含量/(mg·g－1)WT24.04.0KO20.33.2OE27.74.6据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率________。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①________________________________________________________________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案精析考点一整合1．(1)单位时间糖类(2)原料消耗或产物生成的数量2．酶CO2浓度温度4．(1)下沉氧气上浮越多(2)光照强度光源与烧杯的距离光合作用强度叶片浮起的数量(4)越多(5)增强评价1．B[该实验中小圆叶片上浮到液面的时长属于因变量，A错误；图乙bc段平缓，说明此时限制光合速率增大的因素可能是光照强度，可适当缩短台灯与烧杯的距离使曲线进一步下降，B正确；图乙c点之后曲线上升，小圆叶片上浮到液面所需要的时间更长，说明随NaHCO3浓度增加光合作用强度减弱，C错误；小圆叶片细胞呼吸消耗O2，产生CO2，CO2会被NaOH溶液吸收，叶片不能上浮，无法测得气体体积变化，D错误。]2．B[本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，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消耗的氧气时，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，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时长最长，光合速率最低，C错误；低温会使酶活性降低，若在4℃条件下进行本实验，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。]考点二整合1．(3)呼吸量2．(1)①光反应ATP及NADPH细胞呼吸＝>光照强度②暗反应CO2补偿光合速率与呼吸速率相等进行光合作用所需CO2的最低浓度CO2饱和有机肥CO2浓度③酶的活性增大最适酶的活性光合速率与呼吸速率相等昼夜温差有机物积累④原料介质气孔CO2(2)光照强度CO2浓度提高温度CO2浓度光照强度和CO2浓度判断正误(1)×[为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度。](2)×[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被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有O2的释放。](3)√提升1．(2)光合作用和细胞呼吸(3)张开关闭2．(1)脱落酸(2)外界环境(CO2通过气孔进入胞间)基质C5(3)非气孔解析(3)从图1、3看出，随着Cd浓度的增大，净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)都降低，但胞间CO2浓度(Ci)增加，可以说明高Cd浓度组净光合作用降低不是由于缺乏CO2，所以与气孔因素无关，最可能与非气孔因素有关。3．(1)红光下，光合作用合成有机物使保卫细胞溶质浓度增大，保卫细胞吸水体积膨大，气孔打开(2)饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响(3)能解析(3)保卫细胞渗透压的调节有光合作用产生有机物的因素，还有非光合作用因素——蓝光照射引起钾离子的吸收，所以当光合作用被阻断，钾离子在蓝光的调节下仍可以进入细胞，提高细胞的渗透压，引起细胞吸水，气孔维持一定开度。评价3．A[CO2是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的O2释放量，A符合题意；降低温度会降低光合作用相关酶的活性，进而降低单位时间单位叶面积的O2释放量，B不符合题意；给光源加滤光片改变光的颜色会减少光源，光照强度变小，可能会使单位时间单位叶面积的O2释放量降低，C不符合题意；移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。]4．D[相比于野生型拟南芥WT，突变体t1更适合生长在弱光环境中，突变体t2更适合生长在强光环境中，在适当的光照强度下，三者的光合速率有一定的差异，但当光照强度达到光饱和点后，光合速率不再随光照强度的增加而增加，三者光合速率的差异也不再随光照强度的增加而变大，D错误。]5．B[光照强度为a时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，即光合速率等于呼吸速率，没有有机物的净积累，因此，持续光照一昼夜后人参干重不会增加，A正确；光照强度在d点时，红松P/R值达到最大，此后随着光照强度的增加，光合速率也不再增加，则此时限制光合速率的因素是光照强度以外的其他因素，如CO2浓度(非温度，因已是最适温度)，B错误；镁是合成叶绿素的原料，适当增施含镁的肥料，会增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量，进而促进光反应，提高光合速率，则在较低的光照强度下就可达到与呼吸速率相等的状态，即一段时间后人参的a点左移，C正确；光照强度为c时，红松和人参的P/R相等，由于红松是阳生植物，而人参为阴生植物，因此二者的呼吸速率有差别，进而可推测二者的光合速率有可能不同，D正确。]6．(1)失水减小(2)促进(3)干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内的水分，使植物能够在干旱环境中生存(4)rhc1解析(4)根据图1可知，蛋白甲、乙作用的上下游关系为蛋白甲在上游、蛋白乙在下游，即缺失蛋白甲，蛋白乙仍然能够发挥调控作用，而若缺失蛋白乙