能量之源-光与光合作用

第4课能量之源——光与光合作用(二)考点一环境因素对光合作用的影响及其应用【动脑分析】影响光合作用的环境因素有哪些？光照强度、CO2浓度、温度、水、矿质元素。考点一环境因素对光合作用的影响及其应用【必备知识回顾】一.光照强度:1.原理:光照强度通过影响植物的___反应进而影响光合速率。光2.关系曲线:基本关系式:实际(总、真正)光合速率=净(表观)光合速率+_________。呼吸速率(1)总光合速率、净光合速率和呼吸速率的常用表示方法:项目常用表示方法真正(总)光合速率O2产生(生成)速率CO2固定（或消耗）速率有机物产生(制造、生成)速率净(表观)光合速率O2释放速率CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率归纳总结根据表格内容完善下面的公式:(1)光合作用O2的产生量=光合作用O2的_____量+黑暗中O2的_____量。(2)光合作用CO2的固定量=光合作用CO2的_____量+黑暗中CO2的_____量。(3)光合作用有机物的产生量=光合作用有机物的_____量+有机物的_____量。释放吸收吸收释放积累消耗关系曲线的分析：②曲线分析:代谢过程细胞气体交换图解A点只有_________

AB段光合作用强度__细胞呼吸强度

细胞呼吸<代谢过程细胞气体交换图解B点光补偿点:光合作用强度__细胞呼吸强度

B点后光合作用强度__细胞呼吸强度

C′点光饱和点:光照强度增强,光合作用强度_________=>不再增加(3)应用:阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种农作物、林间带树种的配置和冬季温室栽培等都可合理利用_____。光能2.CO2浓度:(1)原理:CO2影响___反应阶段,制约__的形成。(2)曲线分析:暗C3代谢过程A点细胞只进行细胞呼吸AB段光合作用强度__细胞呼吸强度B点CO2补偿点:光合作用强度=细胞呼吸强度B点后光合作用强度__细胞呼吸强度C′点CO2饱和点:增加CO2浓度,光合作用强度_________<>不再增加(3)应用。①大田要“正其行,通其风”,多施有机肥。②温室内可通过放干冰、使用CO2生成器、施用农家肥与猪舍鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。在播种植物时，要保持一定的行距和株距，使植物受到充足的阳光照射，使流动的空气送进农田的各个角落，这是提高作物光合作用效率的有效手段。农家肥在微生物的作用下，被分解成无机盐离子、水和CO2，供给地面植物进行光合作用。3.温度:(1)原理:温度通过影响_________影响光合作用强度。(2)曲线分析:酶的活性光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响,但_______________对温度反应更为敏感。(3)应用:温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用强度;晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸强度,保证植物有机物的积累。光合作用相关酶4.水:(1)原理:植物缺水会导致气孔关闭,___供应不足,影响光合作用强度。(2)应用:预防干旱,合理灌溉。CO25.矿质元素:(1)原理:矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的_________,缺乏会影响光合作用的进行。例如,N是酶的组成元素,N、P是ATP的组成元素,Mg是叶绿素的组成元素等。组成成分(2)曲线分析:

在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用强度;但当超过一定浓度后,会因__________________,植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。土壤溶液浓度过高常考曲线分析【特别提醒】光合作用影响因素的四点提醒(1)内部因素:酶的活性、色素的数量、C5的含量等。①由于色素具有吸收、传递、转换光能的作用,限制光能吸收的主要内部因素是色素的数量。②当其他条件适宜,CO2达到饱和点时,限制因素最可能是C5的含量。(2)光照强度:随光照强度增大,光反应生成的[H]和ATP增多,但是由于受到CO2浓度及内在因素的限制,光合作用速率不会无限增大。(3)温度: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比参与光反应的多。(4)CO2浓度:CO2浓度很低时,光合作用不能进行;当CO2浓度达到某值时,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。多因子对光合速率的影响①曲线分析：OP段：限制光合速率的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。PQ段：曲线变化受横坐标所表示的因子与坐标曲线中另一因子的共同控制，如A图受光照强度与温度的共同影响。Q点之后的线段：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。【例证】

（2014·全国卷Ⅱ，29）某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题：（1）当CO2浓度为A时，高光强下该植物的净光合速率为

。CO2浓度在A～B之间时，曲线

表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。（2）CO2浓度大于C时，曲线b和c所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是______________________________________。答案（1）0

a、b、c（2）光强（3）当环境中CO2浓度小于A时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量

（填“大于”、“等于”或“小于”）光合作用吸收的CO2量。（4）据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑

这一因素的影响，并采取相应措施。答案（3）大于（4）光强[慧眼识图获取信息]【例证】

（2014·全国卷Ⅱ，29）某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题：（1）当CO2浓度为A时，高光强下该植物的净光合速率为

。CO2浓度在A～B之间时，曲线

表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。（2）CO2浓度大于C时，曲线b和c所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是______________________________________。答案（1）0

a、b、c（2）光强（3）当环境中CO2浓度小于A时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量

（填“大于”、“等于”或“小于”）光合作用吸收的CO2量。（4）据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑

这一因素的影响，并采取相应措施。答案（3）大于（4）光强【核心素养提升】【典例示范】(2016·全国卷Ⅰ)为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后,测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量),光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:(1)据图判断,光照强度低于a时,影响甲组植物光合作用的限制因子是____________。

(2)b光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是提高____________(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。

光照强度CO2浓度(3)播种乙组植株产生的种子,得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后,再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度,得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是_______________。

乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素即低光照引起的,而非遗传物质的改变造成的【母题变式】变式1曲线信息分析(1)图中光合作用强度指_______________(填“总光合作用强度”或“净光合作用强度”)。(2)当光照强度为a时,乙组植株叶肉细胞中产生[H]的结构有___________________________。净光合作用强度细胞质基质、线粒体和叶绿体变式2曲线信息转换如果将题中甲组曲线改为1%CO2,乙组曲线改为0.03%CO2,根据下图分析回答问题:光照强度随光照强度的增强,光合作用强度增大降低CO2浓度增大,C5的消耗速率增大,但合成速率不变【方法技巧】坐标曲线问题的解题技巧(1)找变量:依据横、纵坐标和不同曲线上的文字,找出自变量和因变量,如自变量为光照强度,因变量为光合作用强度。(2)看走势:分析曲线走势,明确自变量与因变量的关系,如随着光照强度的增强,光合作用强度逐渐增大,到一定程度后达到稳定。(3)抓关键点:理解曲线上不同点的含义,如例题图中在a点时,对于乙组,光合作用强度达到最大,对于甲组,光合作用强度还在增大。(4)联设问:联系设问信息正确答题,如例题图中在a点时,光照强度较低,对于甲组来说限制了光合作用,提高光合作用强度的措施是增大光照强度。【高考角度全练】角度一单一环境因素对光合作用的影响1.在天气晴朗的夏季,将用全素营养液培养的植株放入密闭的玻璃罩内放在室外进行培养。每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度,绘制成如图所示的曲线(水平虚线表示实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图得出的判断不正确的是(

)由于是密闭的玻璃罩，因此玻璃罩内的CO2浓度上升，表明呼吸大于光合或只进行呼吸；若玻璃罩内的CO2浓度下降，表示光合大于呼吸。

A.d点和h点表示光合速率等于呼吸速率B.bc段和ab段曲线斜率差异可能主要是由温度造成的图中d点和h点,玻璃罩内的CO2浓度达到平衡,此时光合速率等于呼吸速率;在夜间只进行细胞呼吸,但是ab段上升速率快,而bc段变缓,这是由于凌晨温度较低,细胞呼吸减弱;C.光合速率最大值可能出现在h点D.呼吸速率最小值可能出现在b点h点时光合作用积累的有机物最多,但光合速率不是最大，光合速率最大时e点;b点之前,CO2增加的速率快,b点之后,CO2增加的速率慢,因此呼吸速率最小值可能出现在b点。2.为研究长期盐碱胁迫对辣椒叶绿素的影响,科研人员将辣椒幼苗放入盐碱溶液进行处理,一段时间后测定辣椒的相关数据和生长情况如下表。请思考并回答相关问题: 辣椒叶绿素种类及比例a+b(mg/g)a∶b在盐碱溶液环境中0.571.2∶1在非盐碱溶液环境中1.383∶1【加固训练】(2018·长沙模拟)某研究小组在水肥充足条件下,观测了玉米光合速率等生理指标日变化趋势,结果如图所示。据图判断下列有关叙述正确的是(

)A.光合作用消耗ATP最快的时刻是15:00B.根吸水能力最强的时刻是12:00光合速率越大,光合作用消耗ATP也就越快,由甲图可知,光合作用消耗ATP最快的时刻是12:00。蒸腾作用越强,根吸水能力越强,由乙图可知,根吸水能力最强的时刻是15:00。C.直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗D.影响光合速率的环境因素主要是CO2浓度蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失,直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗。据题图可知,本题中影响光合速率的主要环境因素是光照强度。角度二综合环境因素对光合作用的影响3.(2017·天津高考)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是 (

)A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型题图中光照强度低于P时,突变型CO2吸收速率低于野生型,原因是突变型叶绿素含量较低,吸收光的能力较弱,光反应强度低于野生型,A项正确光照强度高于P时,突变型CO2吸收速率大于野生型,原因是突变型固定CO2酶的活性显著高于野生型,导致暗反应强度高于野生型,B项正确;C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度光照强度低于P时,突变型光合速率随光照强度的增加而增加,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,C项正确;光照强度高于P时,在达到光饱和点以前,突变型光合速率仍随光照强度的增加而增加,此时限制突变型光合速率的主要环境因素仍是光照强度,D项错误。4.(2018·潍坊模拟)为了探究不同条件对植物光合速率和呼吸速率的影响,某同学做了如下实验:用8株各有20片叶片、大小长势相似的某盆栽植株,分别放在密闭的玻璃容器中,在不同条件下利用传感器定时测定密闭容器中CO2的含量。实验结果统计如下表所示: 注:“+”表示环境中CO2量增加;“-”表示环境中CO2量减少。编号12345678温度(℃)1010202030304040光照强度(lx)1000010000100001000012小时后CO2变化量(g)-0.5+0.1-1.5+0.4-3.0+1.0-3.1+0.8(1)用编号为____________________的装置可构成一个相对独立的实验组合,该实验组合的目的是探究温度对植物呼吸速率的影响。欲探究其细胞呼吸的最适温度,实验设计思路是________________。

【解析】(1)编号为2、4、6、8的装置可构成一个相对独立的实验组合,由于没有光照,所以研究的目的是探究温度对植物呼吸速率的影响。(2)现有一株某植物的叶黄素缺失突变体,将其叶片进行了红光照射光吸收测定,与正常叶片相比,实验结果是光吸收差异__________(填“不”或“非常”)显著。

由于叶黄素主要吸收蓝紫光,对红光的吸收比较少,因此叶黄素缺失突变体与正常叶片相比,光吸收差异不显著。【加固训练】1.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响,得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是(

)A.光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同B.光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同C.光照强度为a～b,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高D.光照强度为b～c,曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高2.取某种植物生长状态一致的新鲜叶片,用打孔器打出若干绿叶圆片后平均分成甲、乙、丙三组,每组各置于一个密闭装置内,分别给予a、b、c三种不同强度的光照,其他条件一致。照光相同时间后,测得各装置内氧气的增加量如图所示。下列叙述错误的是(

)A.装置内增加的氧气来自水B.光照强度为a时,光合作用停止C.丙组装置内的CO2含量照光后比照光前低D.此图反映了光合作用强度与光照强度的关系3.(2015·海南高考)植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是 (

)A.植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自太阳能B.叶温在36～50℃时,植物甲的净光合速率比植物乙的高C.叶温为25℃时,植物甲的光合与呼吸作用强度的差值不同于植物乙的D.叶温为35℃时,甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值均为04.图1表示该植物固定和还原CO2的过程,图2是外界环境因素对光合速率的影响。请据图回答:(1)从图2中可以看出,除了光照强度外影响光合速率的因素还有____________。当图2中的乙图中D点对应的光照强度突然降至C点对应的光照强度时,则图1中的物质A在短时间内会______(填“增加”或“减少”)。(2)如果将某植物在缺乏镁元素的土壤中栽种,_______合成不足,会直接影响图1中的物质___________(填“A”“B”或“C”)的生成。(3)使用农家肥或合理控制作物的种植密度可以提高产量,请结合图2中的甲图进行解释:____________。考点二光合作用实验探究【必备知识回顾】1.探究光照强度对光合作用强度的影响:(1)实验原理。①在光照下,绿色植物通过_________产生O2。光合作用②台灯距烧杯的距离不同,则照射到不同烧杯叶圆片上的_________不同。③光照强度不同,则光反应产生__的速率不同,叶片上浮的时间不同。光照强度O2(2)实验步骤及主要操作:实验步骤主要操作①制备小圆形叶片将绿色菠菜叶片用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片②排出细胞间隙中的气体将小圆形叶片和适量_____置于注射器中,排出注射器内残留的空气,用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞,使小圆形叶片内的气体逸出,重复几次清水实验步骤主要操作③分装小圆形叶片将小圆形叶片各10片,分别放入暗处盛有20mL富含___的清水的3个小烧杯中。这时的叶片因为_________________,所以全部沉到水底CO2细胞间隙充满了水实验步骤主要操作④控制自变量(光照强度)把3个烧杯分别放在距离台灯位置10cm、20cm、30cm(对应编号为1、2、3)的位置上,打开台灯⑤观察并记录一定时间内_______________的数量小圆形叶片浮起2.光合速率测定:(1)测定装置:实际光合速率=净光合速率+呼吸速率(2)测定方法。①测定呼吸速率。a.装置小烧杯中放入适宜浓度_____溶液,用于吸收CO2。b.玻璃钟罩应_____处理,目的是_________________。NaOH遮光排除光合作用干扰c.置于适宜温度环境中。d.红色液滴向___移动,单位时间内移动距离代表呼吸速率。左②测定净光合速率。a.装置小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于______________________。b.给予较强光照处理,且温度适宜。c.红色液滴向___移动,单位时间内移动距离代表净光合速率。维持容器内CO2浓度恒定右③误差校正。为排除温度、气压等因素引起的气体体积膨胀,应设计对照实验。对照实验与上图不同之处在于________________________。④实际光合速率=净光合速率+呼吸速率。不放植物或放置死的植物【核心素养提升】【典例示范】(2018·济南模拟)为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25℃条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是(

)A.在无光条件下,液滴向左移动B.在有光条件下,液滴向右移动C.在有光条件下,液滴向右移动的距离代表光合速率D.随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大【母题变式】变式1色素的吸收光谱若采用同等强度的白光、红光分别进行上述实验,单位时间内___光照射下液滴右移的距离较大,原因是________________________________________________________。红叶绿体中的色素主要吸收白光中的红光和蓝紫光用于光合作用变式2实验装置分析有同学建议,在光源和密闭小室之间放置长方体的水槽,该水槽的作用是___________________________。避免光的热效应影响实验结果【方法规律】光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制方法实验条件控制方法增加水中O2泵入空气或吹气或放入绿色水生植物减少水中O2容器密封或油膜覆盖或用凉开水实验条件控制方法除去容器中CO2氢氧化钠溶液除去叶中原有淀粉置于黑暗环境中除去叶中叶绿素酒精隔水加热除去光合作用对细胞呼吸的干扰给植株遮光得到单色光棱镜色散或薄膜滤光【高考角度全练】1.利用如图所示的实验装置进行与光合作用有关的实验,下列叙述正确的是 (

)A.试管中收集的气体量代表了光合作用产生的氧气量B.在光下,如果有气泡产生,可说明光合作用产生氧气C.为了探究二氧化碳浓度对光合作用的影响,可以用不同浓度的碳酸氢钠溶液进行实验D.为了探究光照强度对光合作用的影响,用一套装置慢慢向光源靠近,观察气泡产生速率的变化2.从水体中取得一定水样,首先测定其初始溶氧量。然后将水样灌入两个相同的瓶子中,一个白瓶完全透光,另一个黑瓶完全不透光,然后放回原来水层。24小时后取出,分别测量白瓶和黑瓶中的溶氧量。下列相关叙述错误的是 (

)A.如在实验中意外损坏了黑瓶,则总光合量数据无法获得B.如在实验中白瓶意外坠落水底,则短时间内,瓶内生物叶绿体中C3含量会减少C.呼吸量应从黑瓶测定的数据计算得出D.测黑白瓶中的溶氧量时水样量应一致3.(2016·全国卷Ⅱ)BTB是一种酸碱指示剂,BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用,进行了如下实验:用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液,并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色,之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7支试管中,其中6支加入生长状况一致的等量水草,另一支不加水草,密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。试管编号1234567水草无有有有有有有距日光灯的距离(cm)20遮光*1008060402050min后试管中溶液的颜色浅绿色X浅黄色黄绿色浅绿色浅蓝色蓝色*遮光是指用黑纸将试管包裹起来,并放在距日光灯100cm的地方。(1)本实验中,50min后1号试管的溶液是浅绿色,则说明2至7号试管的实验结果是由_________引起的;若1号试管的溶液是蓝色,则说明2至7号试管的实验结果是____________(填“可靠的”或“不可靠的”)。

若不考虑其他生物因素对实验结果的影响,回答下列问题:(2)表中X代表的颜色应为________(填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”),判断依据是____________。

(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化,说明在此条件下水草____________________。

答案:(1)不同光照强度下水草的光合作用和呼吸作用不可靠的(2)黄色水草不进行光合作用,只进行呼吸作用,溶液中CO2浓度高于3号试管(3)光合作用强度等于呼吸作用强度,吸收与释放的CO2量相等【解题指南】解答本题的关键是:(1)明确实验原理:BTB的弱碱性溶液随CO2浓度的增高,由蓝变绿再变黄。(2)分析实验的自变量和因变量？试管编号1234567水草无有有有有有有距日光灯的距离(cm)20遮光*1008060402050min后试管中溶液的颜色浅绿色X浅黄色黄绿色浅绿色浅蓝色蓝色自变量是不同的光照强度,因变量是溶液颜色的变化。【加固训练】1.(2018·大同模拟)利用溴甲酚紫指示剂[酸碱指示剂,pH变色范围:5.2(黄色)～6.8(紫色)]检测金鱼藻生活环境中气体含量变化的实验操作如下,相关叙述不正确的是(

)A.黑暗处理的目的是使金鱼藻不进行光合作用B.溴甲酚紫指示剂变为黄色是因为溶液pH减小C.图中实验操作3～5能证明光合作用吸收CO2D.该实验可证明细胞呼吸释放CO2,光合作用释放O22.利用以下装置可探究某绿色植物的生理作用。假如该植物的光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖,且不能进行产生乳酸的无氧呼吸。回答下列问题:(1)实验前,应__________(填“打开”或“关闭”)活塞,记录有色液滴的位置。(2)忽略装置内其他微生物的干扰,可利用装________来探究该植物的细胞呼吸类型,此时应对实验装置进行________处理,若

,则该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸;该植物的根尖细胞内,能产生CO2,但不伴随ATP合成的生理过程是__________________。

装置甲中的有色液滴向左移,装置乙中的有色液滴向右移

甲和乙完全遮光无氧呼吸的第二阶段

(3)忽略装置内其他微生物的干扰,最好选择装置__________来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。在暗反应阶段中,CO2需要转化成______才能被[H]还原。甲和丙

C3阅卷案例4:影响光合作用的环境因素(2016·全国卷Ⅲ·T29)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响,某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组,1组在田间生长作为对照组,另4组在人工气候室中生长作为实验组,并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同,于中午12:30测定各组叶片的光合速率,各组实验处理及结果如表所示:对照组实验组一实验组二实验组三实验组四实验处理温度(℃)3636363125相对湿度(%)1727525252实