2024届高考生物一轮复习第3单元第10课影响光合作用的因素及应用学案

这是一份2024届高考生物一轮复习第3单元第10课影响光合作用的因素及应用学案，共33页。学案主要包含了教材细节命题，易错提醒，技巧总结，命题动态等内容，欢迎下载使用。

第10课　影响光合作用的因素及应用
►学业质量水平要求◄
1．分析影响光合作用因素的曲线模型，理解环境因素对光合作用的影响。(科学思维)
2．通过探究环境因素对光合作用速率影响的实验，培养实验设计和分析的能力。(科学探究)
3．应用影响光合作用的环境因素知识，指导农业生产。(社会责任)

考点一　影响光合作用的因素及应用

1．光照强度对光合作用的影响及应用
(1)原理：光照强度影响光反应阶段，制约ATP和NADPH的产生，进而制约暗反应。
(2)曲线分析。

①曲线上各点的含义。
A点
光照强度为0，只进行细胞呼吸，AB段光合作用强度小于细胞呼吸强度
B点
光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)
BD段
光合作用强度大于细胞呼吸强度
C点
光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而加强)
②实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物。
(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浓度对光合作用的影响及应用
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成来影响光合作用强度。
(2)曲线分析。

图中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图中的B点表示CO2饱和点，由图可知，在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(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。
3．温度对光合作用的影响及应用
(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用强度。
(2)曲线分析。

光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但光合作用相关酶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。
4．水对光合作用的影响及应用
(1)原理。
①水既是光合作用的原料，又是生物体内各种化学反应的介质，如植物缺水会导致萎蔫，使光合速率下降。
②水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
(2)曲线分析。

图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线上E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔关闭，影响了CO2的供应。
(3)应用：预防干旱，合理灌溉。
5．矿质元素对光合作用的影响及应用
(1)原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，矿质元素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、磷脂的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等。
(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，会因土壤溶液的浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。
(3)应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。

1．干旱初期植物光合速率降低主要是因为光反应原料水不足。 (×)
2．农业生产中的“正其行，通其风”，目的是提高CO2浓度来提高光合作用强度。 (√)
3．温度越高，酶活性越高，光合作用强度越大。 (×)
4．光合作用中的产物和反应物中没有N、P等元素，因此土壤中的N、P等无机盐的含量对光合作用无影响。 (×)
5．当光照强度达到光饱和点时，要使光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高CO2浓度。 (√)
6．光照越弱，阴生植物光合作用越强；光照越强，阳生植物光合作用越强。
(×)
7．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，主要限制因素是光反应。 (√)
8．延长光照时间能提高光合作用强度。 (×)
【教材细节命题】
1．(必修1 P106“拓展应用”T1)北方夏季中午时，光照强度很强，植物出现“午休”现象的原因是光照强度过强，温度升高，导致气孔关闭，细胞CO2供应不足，光合作用减弱。
2．(必修1 P108 “复习与提高”T6)哈密瓜盛产于新疆的哈密地区。在哈密地区农作物生长季节里，阳光充沛、昼夜温差大。分析回答：
(1)从影响哈密瓜生长的环境因素分析，哈密瓜特别甜的原因是白天温度高，光照强，哈密瓜光合作用强，制造的有机物较多；夜间温度低，哈密瓜细胞呼吸较弱，消耗的有机物较少，一昼夜积累的有机物较多。
(2)如果你的家乡想种哈密瓜并使瓜甜，仅从光合作用的角度分析，你认为应当采取的措施有增加光照强度、延长光照时间等。
3．(必修1 P105正文)大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用因素的角度分析其原理：有机肥在被微生物分解的时候会产生无机盐并释放CO2，增加了土壤中无机盐含量和大棚中的CO2浓度，从而促进光合作用。

1．影响光合作用强度的因素
(1)外因：光照强度、温度、CO2浓度等。
影响因素
产生的影响
影响过程
光照强度
影响水光解产生NADPH的过程，影响ATP的形成
主要是光反应阶段
CO2浓度
影响C3的合成
主要是暗反应阶段
温度
影响光合作用酶的活性
主要是暗反应阶段
(2)内因：酶的活性和数量、色素的种类和数量、五碳化合物的含量等。
2．多因素对光合作用强度的影响
(1)构建数学模型。

(2)模型解读。
①P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，依次为光照强度、光照强度和温度。
②Q点之后横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因素，此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
3．光合作用曲线中的“关键点”移动
(1)CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的最低CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。

①呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
②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B应右移，反之左移。
③若改变某一外界因素(如温度)，使光合作用与呼吸作用均受影响，则补偿点移动要视具体情况而定。例如，提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率增加值，则B点右移，反之左移。
④若外界因素改变，导致植物最大光合速率减小，达到最大光合速率所需的CO2浓度(或光照强度)也会降低，C点左移，反之右移。
⑤阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
(2)其他点的移动也要分情况。例如，呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的A点不动，D点向左下方移动，反之，向右上方移动。

考向1| 单因子对光合作用的影响及应用
1．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。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是(　　)

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
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
D　解析：光合作用的光反应与暗反应相互制约，相互影响。由题图可知，在P点前野生型光合速率高于突变型，则野生型的光反应强度高于突变型，A正确；P点后突变型的光合作用强度高于野生型，则突变型暗反应速率高于野生型，B正确；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，光照强度小于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，C正确，D错误。
【易错提醒】关于环境因素影响光合速率的两点提醒
温度改变对光合作用的影响
当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多
CO2浓度对光合作用的影响
CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用
2．(2020·全国卷Ⅰ)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)。
(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_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/(μmol·m-2·s-1)
1 200
1 180
560
623
解析：(1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素及光的竞争，使能量更多地流向农作物；松土可以使土壤中O2含量增多，有利于根细胞进行有氧呼吸，进而增强根对矿质元素的吸收等活动。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，因而农田施肥的同时适当浇水，以使肥料中的矿质元素溶解在水中；另外，浇水还可以降低土壤溶液的浓度，防止作物因过度失水而死亡。(3)为了更充分地利用光照资源，间作过程中要确保高低作物的合理搭配。株高较高的作物获取的光照充足，应选择光饱和点较高的作物(作物A)；株高较低的作物获取的光照较少，应选择光饱和点较低的作物(作物C)。
答案：(1)减少杂草对水分、无机盐和光的竞争；增加土壤中氧气含量，促进根系的呼吸作用　(2)肥料中的无机盐只有溶解在水中才能被作物根系吸收　(3)A和C　作物A光饱和点高且株高较高，可利用上层较强光照进行光合作用；作物C光饱和点低且株高较矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用
考向2| 多因子对光合作用的影响及应用
3．(2022·北京卷)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出(　　)

A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C．CO2浓度为200 μL·L-1时，温度对光合速率影响小
D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
D　解析：由题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而升高，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而降低，A正确。分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L-1时，最适温度为25 ℃左右；当CO2浓度为370 μL·L-1时，最适温度为30 ℃左右；当CO2浓度为1 000 μL·L-1时，最适温度超过30 ℃，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确。分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L-1时，光合速率随温度的升高而变化程度不大，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，所以表明CO2浓度为200 μL·L-1时，温度对光合速率影响小，C正确。分析题图可知，10 ℃条件下，CO2浓度为200～370 μL·L-1时，光合速率有显著提高，而在370～1 000 μL·L-1时，光合速率无明显的提高趋势，所以题图不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。
4．(2023·广东广州模拟)如下图表示在适宜的光照强度、温度和水分等条件下，某实验小组所测得的甲、乙两种植株叶片O2生成速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是(　　)

A．若将纵轴改为“CO2的吸收速率”，坐标系的生物学意义不变
B．若将甲、乙植株置于同一玻璃钟罩内甲植株将先于乙植株死亡
C．适当提高温度，a点将左移，b点将右移
D．a点时，甲植株叶肉细胞的光合速率与呼吸速率相等
B　解析：若将纵轴改为“CO2的吸收速率”表示净光合速率，而O2的生成速率表示总光合速率，故坐标系的生物学意义改变，A错误；由于甲植物能够进行光合作用的CO2浓度高于乙植株，故若将甲、乙植株置于同一玻璃钟罩内甲植株将先于乙植株死亡，B正确；适当提高温度，则温度将不再是光合作用的最适温度，与光合速率有关酶的活性会下降，则a点将右移，C错误；a点时，甲植株叶片总光合速率为零，且光合速率大于呼吸速率，D错误。
【技巧总结】多因素对光合作用影响的曲线分析方法
解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，例如是在最适温度下测得的，则应该考虑温度以外的影响因素。
考点二　(探究·实践)探究光照强度对光合作用强度的影响

1．实验原理
叶片含有空气，上浮 抽气 叶片下沉光合作用 产生O2 充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验步骤
(1)取材：取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)。
(2)排气：将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出。这一步骤可能需要重复2～3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
(3)沉水：将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
(4)分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水(可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2)。
(5)光照：向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5 W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。
(6)观察并记录：同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。

1．制备圆形小叶片，用打孔器打孔时，不必避开大的叶脉。 (×)
2．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。 (×)
3．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。 (√)
4．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，能直接测定出其真光合作用速率。 (×)
5．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。 (×)
6．将排气后的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 (√)

1．实验装置分析

(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
2．实验结果分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如下图：

(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氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图：

(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如下图：

3．圆形小叶片上浮实验中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量，不能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。

考向1| 光合作用相关的探究实验
1．在如下图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片。密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是(　　)

A．改变温度，不影响叶片开始上浮所需的时间
B．改变光照强度，不影响叶片开始上浮所需的时间
C．改变NaHCO3溶液的浓度，不影响叶片开始上浮所需的时间
D．若将装置置于黑暗中，上浮的叶片又会下沉
D　解析：改变温度和改变光照强度，都会改变光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，A、B错误；改变NaHCO3溶液的浓度，即改变二氧化碳的浓度，会影响光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，C错误；若将装置置于黑暗中，叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的氧气，会导致上浮的叶片又下沉，D正确。
2．下图甲表示在一定条件下测得的某植物体光照强度与光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答：



(1)图甲中的a点表示____________，影响a点上下移动的外界因素主要是__________，所以用大棚种植蔬菜时，可采用______________的方法来提高细胞中有机物的积累量；d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素主要是__________，因此大棚种植可采取的措施是__________________。
(2)图甲中的c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有___________________________；此时，叶肉细胞光合作用产生的有机物________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物。
(3)图乙装置实验中每隔15 min加大一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是________________和______________，导致光合速率下降，O2释放量减少，气泡产生速率下降。
(4)由图丙可推知，24小时内密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是________(填时间)时，该植物24小时中有机物会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
解析：(1)图甲中a点代表植物的呼吸速率，影响呼吸作用强度的主要外界因素是温度，同时温度也影响植物的光合作用强度，所以用大棚种植蔬菜时，可采用白天升高温度而增强光合作用强度，夜间适当降低温度而降低呼吸作用强度，来提高细胞中有机物的积累量。d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素不再是光照强度，而是CO2浓度，因此为了使大棚种植增加产量，可增施农家肥，农家肥被土壤微生物分解后可以释放出更多CO2，增加CO2浓度。(2)c点时，植物同时进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞中产生ATP的场所有叶绿体(进行光合作用)、线粒体和细胞质基质(进行呼吸作用)；此时，植物体的总光合作用强度等于总呼吸作用强度，但是植物体内许多细胞只进行呼吸作用，所以叶肉细胞光合作用产生的有机物大于呼吸作用消耗的有机物。(3)图乙实验中，随广口瓶与灯之间的距离增加，光照强度减弱；随着时间的进行，植物进行光合作用消耗CO2，使瓶中CO2浓度降低，二者均可导致光合作用速率下降，O2释放量减少，气泡产生速率下降。(4)图丙密闭玻璃温室中，18时CO2浓度最低，此时O2浓度最大；24小时中CO2浓度升高，所以有机物减少。
答案：(1)呼吸速率　温度　加大昼夜温差　CO2浓度　增施农家肥　(2)叶绿体、线粒体、细胞质基质　大于　(3)光照强度减弱　CO2浓度降低　(4)18　减少
考向2| 实验的拓展延伸
3．(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，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
B　解析：本实验是探究适宜温度下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释放的氧气时，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间最长，其光合速率最小，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。

【命题动态】本专题为高频考点，考查的知识点非常多，包括影响光合作用的因素、光合作用与细胞呼吸综合等。对“影响光合作用的因素”的考查中最常见的是光对光合作用的影响；对“光合作用与细胞呼吸综合”的考查包括过程综合、曲线综合与实验综合三个维度。本专题高考试题多为非选择题，多结合曲线分析进行考查。能力考查点多为模型分析、获取信息、综合运用等，素养考查方面较多体现生命观念中的物质与能量观，科学思维中的归纳与概括、演绎与推理，科学探究中的实验设计与结果分析等。

1．(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(　　)

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
[思维培养]

D　解析：由图a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)，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)，A、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。
2．(2022·湖北卷)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同，研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。



回答下列问题：
(1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会______(填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的____________________________，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明________________________________________。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降，为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为________________________________，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
解析：(1)限制光饱和点的环境因素有温度、CO2浓度，图1中，在高浓度O3处理期间，当光照强度增大到一定程度时，净光合速率不再增大，出现了光饱和现象，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会增大。(2)由图可知，用某一高浓度O3连续处理甲植物不同时间，与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度O3处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。(3)由图3可知，O3处理75天后，曲线3净光合速率小于曲线1、曲线4净光合速率小于曲线2，即甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；曲线4净光合速率比曲线3下降更大，即长时间高浓度O3对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异。(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的A基因表达量都下降，为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，自变量是A基因表达量，因此可以使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天，比较A基因过量表达与表达量下降时的净光合速率，若两种条件下乙植物的净光合速率相同，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案：(1)增大　(2)高浓度O3处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小　(3)实验组的净光合速率均明显小于对照组　长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异 (4)A基因过量表达与表达量下降时，乙植物的净光合速率相同

1．(生活、学习和实践情境)下列关于农业生产措施及作用的叙述，错误的是(　　)
选项
措施
作用
A
间种套作
充分利用光能，提高光能利用率
B
合理密植
增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量
C
增施农家肥
促进作物吸收有机营养物质和光合作用所需的CO2
D
适时适度松土
促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失
C　解析：间种套作采用阳生植物和阴生植物搭配，使植物更充分利用光能，从而提高光能利用率，A正确；合理密植可以增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量，B正确；增施农家肥促进作物吸收无机盐和光合作用所需的CO2，农家肥不能为作物提供有机营养物质，作物必须通过光合作用才能获得有机营养物质，C错误；适时适度松土，促进根细胞吸收氧气，进行有氧呼吸，释放大量能量，促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失，D正确。
2．(科学实验和探究情境)研究人员对处于生长期的A、B两种绿色植物进行实验探究。图1表示植物A与植物B的净光合速率随CO2浓度变化的实验结果，图2是探究光照强度对植物B光合速率的影响的实验，在获取的植物B的叶圆片中，选取大小、颜色相同的叶圆片若干，放在含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，检测叶圆片开始上浮的时间。请回答下列问题：


(1)图1所示实验的自变量是____________________________________________。
(2)图1所示实验，在其他条件适宜的情况下，若将植物B培养在缺镁的环境中，则a点将向________移动。如果将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，则________(填“植物A”或“植物B”)先停止生长。
(3)将10片叶圆片投放于含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，如图2所示，开始叶圆片沉在烧杯底部，将烧杯置于适宜光照条件下一段时间，发现叶圆片上浮，上浮的原因是_____________________________________________________。
(4)图2探究光照强度对光合速率的影响时，通过调节白炽灯与烧杯之间的距离来实现对自变量的控制，是否存在其他变量影响实验结果，为什么？___________________________________________________________________。
解析：(1)根据题干信息可知，图1实验的自变量是CO2浓度和植物种类。(2)若将植物B培养在缺镁的环境中，则叶绿素合成不足会导致光合速率降低，而呼吸速率基本不变，因此a点将向右移；根据题图分析可知，植物A比植物B更能利用较低浓度的CO2进行光合作用，因此若将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，植物B先停止生长。(3)利用注射器抽出细胞间隙的空气，使叶圆片下沉。在适宜浓度的NaHCO3溶液中，光照一段时间后，叶圆片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶圆片细胞间隙中的O2积累，使叶圆片上浮。(4)图2实验中还存在其他变量影响实验结果。因为白炽灯距烧杯的距离不同，输入烧杯中的热量也不同，会改变烧杯中溶液的温度，影响酶的活性，进而影响光合作用。
答案：(1)CO2浓度和植物种类　(2)右　植物B　(3)叶圆片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶圆片细胞间隙中的O2积累(或叶表面吸附着O2，使叶圆片上浮)　(4)存在。因为白炽灯距烧杯的距离不同，输入烧杯中的热量也不同，会改变烧杯中溶液的温度
课时质量评价(十)
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一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·山东菏泽一模)生物学实验中经常用到定性分析和定量分析，前者是确定研究对象是否具有某种性质或某种关系，后者是研究观察对象的性质、组成和影响因素之间的数量关系。下列有关探究光合作用的实验表述错误的是(　　)
A．“探究光照强度对光合作用强度的影响”需定量分析有光和无光条件下光合作用速率的不同
B．“光合作用的探究历程”中的实验主要是定性分析，以探究光合作用的条件、原料和产物等
C．“探究光合作用的最适温度”先要设计温度梯度比较大的预处理实验来定量分析实验条件
D．“探究环境因素对光合作用强度的影响”的定量分析实验中可以用O2释放量作为观测指标
A　解析：探究光照强度对光合作用的影响，自变量应该是光照强度，即定量分析不同光照强度下光合作用速率的不同，A错误；光合作用的探究历程，目的就是确定光合作用这一未知的生理过程的条件、原料、产物、场所等，属于定性分析，B正确；探究光合作用的最适温度，需要先做预实验，也就是先设计一组梯度比较大的温度梯度进行实验，属于定量分析，C正确；探究环境因素对光合作用的影响，自变量是不同的环境因素(光照强度、光质、CO2浓度、温度等)，但因变量都是光合作用速率，而O2释放量是净光合速率，可以代表特定条件下光合速率的大小，D正确。
2．下图中纵轴表示植物某种气体吸收量或释放量的变化(注：不考虑横轴和纵轴单位的具体表示形式，单位的表示方法相同)。下列说法正确的是(　　)

A．若f点以后进一步提高光照强度，光合作用强度会一直不变
B．若a代表O2吸收量，d点时，叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C．c点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D．若a代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，e点可能向右下方移动
D　解析：e点时已经达到光饱和点，其他条件不变，f点以后继续提高光照强度可能会伤害叶片中的叶绿体，光合作用强度可能会发生变化，A错误；若a代表O2吸收量，d点时，整个植株既不吸收O2，也不释放O2，但对于叶肉细胞来说有O2的净释放，B错误；图中c点时，叶肉细胞只能进行呼吸作用，故产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，C错误；若a代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，光饱和点增大，e点向右下方移动，D正确。
3．(2022·福建泉州一模)生菜是一种深受人们喜爱的叶菜。科研人员探究红、蓝光配比(R/B)对生菜叶片光合作用及生长的影响，结果如下表所示。下列分析合理的是(　　)
检测指标
地上部分
干重/g
叶面积/
cm2
净光合速率/(μmol·m-2·s-1)
①
B
0.95
545
7.95
②
R/B＝1
1.04
597
8.5
③
R/B＝4
1.37
771
7.9
④
R/B＝8
1.67
898
7.76
⑤
R/B＝12
1.83
956
6.86
⑥
R
1.8
950
4
A．①⑥为对照组，②③④⑤为实验组
B．种植生菜最适宜的红、蓝光配比(R/B)为1
C．相比蓝光，生菜利用红光进行光合作用的效率更高
D．光照不仅为生菜提供能量也作为信号影响生菜生长
D　解析：本实验的目的是探究红、蓝光配比(R/B)对生菜叶片光合作用及生长的影响，表中6组均为实验组，形成对比实验，A错误；据表格数据可知，在R/B＝1时，其净光合速率在实验组中最大，但地上部分干重和叶面积不是最高，故该配比不是种植生菜的最适宜配比，B错误；据表可知，随着红光比例增加，生菜的净光合速率降低，故相比蓝光，生菜利用红光进行光合作用的效率较低，C错误；分析题意可知，光照不仅为生菜提供能量(光能)，也作为信号影响生菜生长，D正确。
4．在光照恒定、温度最适条件下，某研究小组用下图一的实验装置，测量1 h内密闭容器中CO2的变化量(若0～30 min给予光照，之后黑暗处理)，并绘成曲线(如图二)。下列叙述正确的是(　　)

A．AB段，ATP从叶绿体中的基质向类囊体膜运输
B．BC段，说明随着实验的进行，该植物的呼吸作用逐渐加强
C．该绿色植物前30 min CO2固定量平均为50(μmol·L-1·min-1)
D．若其他条件恒定且适宜，在低温环境下进行该实验，B点的位置将上移
D　解析：根据曲线图可知，AB段CO2浓度降低，说明光合速率大于呼吸速率，光反应产生的ATP用于暗反应阶段，ATP从叶绿体类囊体膜向叶绿体基质运输，A错误；BC段进行黑暗处理，CO2浓度升高，该植物只进行呼吸作用，但由于曲线的斜率不变，因此随着实验的进行，该植物的呼吸作用强度不变，B错误；CO2固定量是指真光合速率，真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由AB段可计算出净光合速率为(1 680－180)÷30＝50(μmol·L-1·min-1)，由BC段可计算出呼吸速率为(600－180)÷30＝14(μmol·L-1·min-1)，故该绿色植物前30 min CO2固定量平均为50＋14＝64(μmol·L-1·min-1)，C错误；若其他条件恒定且适宜，在低温环境下进行该实验，酶的活性降低，B点的位置将上移，D正确。
5．科研人员研究不同温度和光照强度下菠菜叶片的净光合速率的变化情况，结果如下图。下列分析不正确的是(　　)

A．温度通过影响酶活性对光合作用的影响只与暗反应有关
B．此实验中CO2浓度是无关变量，各组间需保持相同且适宜
C．温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜光合速率为6 μmol·m-2·s-1
D．菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于细胞呼吸的最适温度
A　解析：温度通过影响酶活性对光合作用的影响与光反应和暗反应均有关，A错误；该实验的自变量是光照强度与温度，因变量是净光合速率，CO2浓度等其他因素是无关变量，应保持相同且适宜，B正确；据图可知，温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下，菠菜净光合速率为2 μmol·m-2·s-1，呼吸速率为4 μmol·m-2·s-1，根据实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率可知，此时菠菜光合速率为6 μmol·m-2·s-1，C正确；比较30 ℃和40 ℃的光合速率和呼吸速率可知，进行光合作用的最适温度低于细胞呼吸的最适温度，D正确。
6．(2022·广东惠州二模)原本生活在干旱地区的多肉植物，经研究发现其CO2固定过程非常特殊，被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起到重要作用，过程如图所示。据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累ATP和还原氢，晚上进行暗反应合成有机物
B．图示的代谢方式可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水，从而使该类植物适应干旱环境
C．与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物
D．多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化
A　解析：白天在光照条件下，景天酸代谢的植物通过光反应可生成NADPH和ATP，用于暗反应，A错误；题图景天酸代谢途径，白天气孔关闭减少水分的流失，因此可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水，从而使该类植物适应干旱环境，B正确；由于景天酸代谢途径植物晚上气孔张开，不断吸收CO2用于合成苹果酸，减少了空气中的CO2，因此，与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物，C正确；多肉植物在晚上吸收CO2生成苹果酸进入液泡中(pH降低)，白天苹果酸分解产生CO2用于暗反应(pH升高)，因此这些植物液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化，D正确。
7．为研究棉花去棉铃(果实)后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量。结果如图，相关分析错误的是(　　)


A．由图1可知，随着去除棉铃百分率的提高，叶片光合速率逐渐下降
B．本实验中对照组(空白对照组)植株CO2固定速率相对值是28
C．由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中淀粉和蔗糖的含量增加
D．综合图1、图2结果可推测，叶片光合产物的积累有利于光合作用
D　解析：根据图1分析，随着去除棉铃百分率的提高，叶片光合速率(CO2固定速率)逐渐下降，A正确；本实验对照组是没有去除棉铃的植株，CO2固定速率相对值是28，B正确；由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中淀粉和蔗糖的含量增加，C正确；由图1、图2结果可知，去除棉铃后，叶片光合产物积累，不利于光合作用的进行，D错误。
8．科研工作者为研究光照和CO2对植物细胞代谢的影响，将某绿藻细胞悬浮液放入密闭容器中，保持适宜的pH和温度，测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度，结果如图所示。下列有关该实验装置中溶解氧变化原因的解释错误的是(　　)

A．第4 min前溶解氧的量下降是呼吸作用消耗所致
B．第5～6 min植物细胞光合作用强度大于呼吸作用强度
C．第6～7 min水中CO2浓度限制了光合作用速率
D．第9 min后溶解氧的量不再增加的原因是温度较低
D　解析：由题图可知，前4 min处于黑暗环境中，细胞只进行呼吸作用，第4 min开始进行光照，开始进行光合作用，A正确；第5～6 min密闭容器中溶解氧含量增加，因此第5～6 min植物细胞光合作用强度大于呼吸作用强度，B正确；由曲线可知，第7 min时添加CO2，CO2浓度增大，CO2固定的速率加快，光合作用速率加快，因此第6～7 min水中CO2浓度限制了光合作用速率，C正确；根据提供信息已知，实验中温度是适宜的，因此第9 min后溶解氧的量不再增加的原因不是温度较低，D错误。
9．利用水稻品种“两优培九”，研究其叶片净光合速率与叶温的变化关系，结果如图。以下叙述正确的是(　　)

A．实验需要控制相同且适宜的呼吸强度
B．真光合速率最适温度出现在33 ℃左右
C．15 ℃时此植物的ATP仅来自细胞呼吸
D．曲线下降可能因为呼吸速率增加更多
D　解析：该实验的自变量是温度，温度通过影响酶的活性来影响呼吸强度，A错误；由图可知，净光合速率的最适温度出现在33 ℃左右，B错误；15 ℃时净光合速率大于0，说明既进行光合作用，又进行呼吸作用，故ATP来自光合作用和呼吸作用，C错误；曲线下降是因为实际光合速率与呼吸速率之间的差值变小，故曲线下降可能因为呼吸速率增加更多，D正确。
二、非选择题
10．(2021·河北卷)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素(12 g·m-2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标
对照组
施氮组
水＋氮组
自由水/结合水
6.2
6.8
7.8
气孔导度/(mmol·m-2·s-1)
85
65
196
叶绿素含量/(mg·g-1)
9.8
11.8
12.6
RuBP羧化酶活性/(μmol·h-1·g-1)
316
640
716
光合速率/(μmol·m-2·s-1)
6.5
8.5
11.4
注：气孔导度反映气孔开放的程度。
回答下列问题：
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括__________________________等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的__________，提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与__________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动______________两种物质的合成以及__________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到__________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是_________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)植物细胞中的自由水是细胞内良好的溶剂，为细胞提供液体环境，参与生化反应，运输营养物质和代谢废物。补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收，提高植株氮供应水平。(2)Mg是构成叶绿素的元素。叶绿体中的光合色素吸收的光能，有以下两方面用途：一是将水分解为O2和H＋，H＋与NADP＋结合，形成NADPH；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP和Pi反应形成ATP。绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在RuBP羧化酶的催化作用下，与C5结合，形成两个C3，C3接受NADPH和ATP释放的能量，并且被NADPH还原，最终转化为糖类和C5。(3)由表格数据可知，施氮同时补水组的光合速率最大，对应的气孔导度最大，且RuBP羧化酶的活性最高，即叶肉细胞CO2供应量增加的原因是玉米植株气孔导度增大。
答案：(1)细胞内良好的溶剂，为细胞提供液体环境，参与生化反应，运输营养物质和代谢废物(任写两点即可)　吸收　(2)镁(或Mg)　NADPH和ATP　水　C5　(3)玉米植株气孔导度增大，吸收的CO2增加
11．(2023·广东河源模拟)某机构为探究臭氧(O3)与光照协同作用对葡萄叶片造成的危害机制，利用开放式气室在高浓度臭氧胁迫时，测定不同遮阴程度下“赤霞珠”盆栽苗叶片光合性能的变化，相关指标如表所示。请回答下列问题：
在高浓度臭氧胁迫时不同遮阴程度下“赤霞珠”
盆栽苗叶片相关指标检测结果
指标
对照
(CK)
O3处理
＋全光
照(T1)
O3处理
＋30%
遮阴(T2)
O3处理
＋60%
遮阴(T3)
叶绿素/(mg·g-1)
2.99
2.31
2.88
2.92
净光合速率/
(μmol·m-2·s-1)
20.1
4.2
5
8.6
气孔导度/
(mmol·m-2·s-1)
295.3
87.6
100.2
202.2
胞间CO2浓度/
(μmol·m-2·s-1)
245.3
325.2
295.4
276.5
(1)“赤霞珠”葡萄叶片合成氧气的具体场所是________________，叶绿素等光合色素的功能是______________________，本实验的CK处理方式是___________________________________________________________________。
(2)高浓度的O3会影响植物的光合作用，从T1可看出O3胁迫下气孔导度降低的生理学意义是________________________________________________________。
由表中4组实验检测的叶绿素含量变化，说明了___________________________
___________________________________________________________________。
(3)O3胁迫下，“赤霞珠”叶绿素含量、净光合速率下降，而胞间CO2浓度反而上升的原因可能是____________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)影响葡萄叶片生命活动的环境条件除了臭氧胁迫外，还有_______________
________________________________________________________(请举出两例)。
解析：(1)叶片合成氧气的具体场所是叶肉细胞产生氧气的具体场所，即叶绿体的类囊体薄膜。光合色素吸收光能后，将水光解为氧气和H＋，同时产生的电子传递可用于NADP＋和H＋结合形成NADPH，把光能转化成化学能。本实验的目的是研究高浓度臭氧胁迫时不同遮阴程度下“赤霞珠”盆栽苗叶片光合性能的变化，因此该实验的自变量为是否用臭氧处理、遮阴程度，因此CK组的处理方式为无臭氧胁迫＋全光照。(2)O3胁迫下气孔导度降低能减少O3进入，从而减少O3对细胞的毒害作用。由表可知，表中4组实验检测的叶绿素含量变化是没有O3胁迫的对照组叶绿素含量最高，而有O3胁迫的实验组，随着遮阴程度增加，叶绿素含量增加，说明O3胁迫能造成叶片叶绿素的降解，遮阴缓解了叶绿素的降解，且随着遮阴程度的增加，缓解效果明显增加。(3)O3胁迫下，“赤霞珠”叶绿素、净光合速率下降，而胞间CO2浓度反而上升的原因可能是“赤霞珠”叶绿素含量降低，光反应产生的NADPH和ATP不足，导致暗反应固定的CO2减少，光合作用速率减慢，胞间CO2浓度升高。(4)影响葡萄叶片生命活动的环境条件除了臭氧胁迫外，还有温度、水分、CO2浓度、光照强度、光照时间、无机盐等。
答案：(1)叶绿体的类囊体薄膜　吸收、传递和转化光能　无臭氧胁迫＋全光照　(2)气孔导度下降可以减少O3进入　O3胁迫能造成叶片叶绿素的降解，遮阴能缓解叶绿素的降解，且随着遮阴程度的增加，缓解效果明显增加　(3)叶绿素含量降低，光反应产生的NADPH和ATP不足，导致暗反应固定的CO2减少，胞间CO2浓度升高　(4)温度、光照强度、光照时间、无机盐等