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备战2025届新高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第14讲光合作用的影响因素及其应用课件
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这是一份备战2025届新高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第14讲光合作用的影响因素及其应用课件，共53页。PPT课件主要包含了素养目标，实验原理，光照强度，台灯与烧杯，光合作用强度，实验流程，CO2，圆形小叶片浮起，的数量，注意事项等内容，欢迎下载使用。
考点一 实验:探究环境因素对光合作用强度的影响
2.实验变量分析(1)自变量的设置: 是自变量,通过调整 之间的距离来调节 的大小。 (2)因变量是 ,可通过观测____________________________ 来衡量光合作用的强弱。
单位时间内被抽去空气的圆形
小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用的时间长短
链高考·前挂后连(1)在探究光照强度对光合作用强度的影响中,增加光照强度或温度,都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间。( )(2)为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。( )(3)实验中测得的O2产生量是植物光合作用实际产生的总O2量。( )
1.如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置,氧气传感器可监测O2量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是( )A.NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2B.单色光照射时,相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多C.氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻光合作用产生的O2量D.拆去滤光片,改变光照强度,并将所得数据绘制成曲线可推知其光饱和点
解析 氧气传感器测到的O2量是金鱼藻净光合作用产生的O2量,即总光合作用产生的O2量与细胞呼吸消耗的O2量的差值。
2.(2024·湖南常德一中月考)某实验小组将菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片,装入含蒸馏水的注射器中,排出叶片内的气体,使叶圆片下沉。然后将叶圆片分别放入不同浓度的NaHCO3溶液中进行实验(NaHCO3溶液为光合作用提供原料,且浓度变化对溶液pH的影响忽略不计,其他实验条件相同),观察第1片叶圆片上浮所需时间(min),结果如下图。请回答下列问题。
(1)当NaHCO3溶液浓度为1%~4%时,相同浓度下,幼叶上浮时间均比成熟叶长,表明幼叶的光合作用能力比成熟叶 (填“强”或“弱”)。有人推测幼叶与成熟叶光合作用能力差异可能是叶片中光合色素的含量不同,为寻求证据,可以用 分别提取菠菜幼叶、成熟叶的色素,再用 法分离色素,观察并比较二者色素带的宽度及颜色深浅。 (2)在NaHCO3浓度为0%的溶液中,叶圆片直至实验结束仍未上浮,其原因是 。当浓度超过5%,叶圆片也不上浮,最可能的原因是 。
溶液中缺乏CO2,直接影响光合作用的暗反应,使光合作用无法进行
溶液浓度过高,细胞失水过多而死亡
(3)当NaHCO3浓度为3%时,适当提高溶液温度,第一片叶圆片上浮时间延长,该现象 (填“能”或“不能”)说明提高后的温度已超过总光合作用的最适温度,其理由是 。 叶圆片上浮时间延长,只能表明净光合作用速率降低(或只能表明总光合速率与呼吸速率差值降低)
解析 (1)当NaHCO3溶液浓度为1%~4%时,相同浓度下,幼叶上浮时间均比成熟叶长,说明幼叶产生的O2比成熟叶少,表明幼叶的光合作用能力比成熟叶弱。由于色素不溶于水,能溶于有机溶剂,所以可用无水乙醇分别提取菠菜幼叶、成熟叶的色素,再用纸层析法分离色素,观察并比较二者色素带的宽度及颜色深浅。(2)NaHCO3为光合作用提供CO2,CO2参与暗反应。在NaHCO3溶液浓度为0%的溶液中,无法为光合作用提供CO2,会直接影响暗反应阶段。当NaHCO3溶液浓度过大会导致细胞渗透失水过多而死亡。(3)当NaHCO3浓度为3%时,适当提高溶液温度,第一片叶圆片上浮时间延长,说明叶片释放O2的速率减慢,即净光合作用速率降低,无法说明提高后的温度已超过总光合作用的最适温度,只能表明总光合速率与呼吸速率差值降低。
考点二 影响光合作用的因素及其应用
1.环境因素对光合作用的影响及应用(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 的产生,进而影响暗反应。
光反应阶段中ATP及NADPH
②曲线分析(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 影响光合作用强度。②曲线分析
图1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2中的A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;两图中的B点和B'点都表示CO2饱和点,两图都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)温度对光合作用的影响及应用①原理:温度通过影响 影响光合作用强度。 ②曲线分析
(4)水对光合作用的影响及应用①原理:水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水将导致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内。
图1 图2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点处光合作用强度暂时降低,是因为温度较高,植物部分气孔关闭,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,缺乏矿质元素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。
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;但当矿质元素超过一定含量后,土壤溶液的浓度过高,植物会因渗透失水而使光合作用强度下降。③应用:合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
2.影响光合作用强度的内部因素及应用(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,如下图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
(3)叶面积指数(光合面积)
链高考·前挂后连(1)干旱条件下,很多植物光合速率降低,主要原因是水是光合作用的原料,是生化反应的介质。[2020·山东卷]( )(2)比较两种不同品种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验来进行。[2019·天津卷]( )(3)已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的,则甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率大于0。[2017·全国Ⅰ卷]( )(4)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。[2016·全国Ⅰ卷]( )
1.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,如最适温度下测得,则应该考虑温度以外的影响因素。
2.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CO2浓度或增大光照强度)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。
练思维·考教衔接1.分析下列农业生产方式能提高农作物产量的原因。(1)合理密植: 。 提示 降低种内竞争强度,使植物能接受更充分的光照(2)间作套种: 。 提示 与光合作用有关的原理是阳生植物和阴生植物对光照的要求不同,从而合理搭配,增加产量(3)“正其行,通其风”: 。 提示 强化空气流通,为植物光合作用提供更多CO2,增强光合作用的暗反应过程(4)“土不翻,苗不欢”: 。 提示 能增强根的呼吸作用,提供更多能量,促使矿质离子的吸收
2.据图分析多因素对光合作用的影响
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是 。 提示 光照强度、光照强度和温度(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因素吗?此时的限制因素分别是什么?提示 不是。此时的限制因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
考向一 围绕内部因素对光合作用的影响,考查科学思维1.如图所示为某植物叶片衰老过程中的生理变化。据图分析,下列叙述错误的是( )A.衰老过程中,光合速率下降的唯一限制因素是叶绿素含量降低B.叶片衰老过程中叶片在不断积累有机物C.落叶可利用少量的叶绿素进行光合作用继续合成有机物D.叶片衰老过程中叶绿体的解体早于线粒体的解体
解析 在叶片衰老过程中,叶绿素含量先上升后下降,但光合作用速率持续下降,所以应有其他条件影响光合作用,A项错误;如题图所示,叶片衰老过程中,虽然光合速率一直在下降,但是光合速率始终大于呼吸速率,即植物积累有机物,有机物质量持续增加,B项正确;落叶后,叶片的光合速率并没有降为零,说明落叶可利用少量的叶绿素进行光合作用继续合成有机物,C项正确;据题图可知,叶片衰老过程中,叶绿素含量先稍有上升但随后急剧下降,光合速率一直处于下降状态,而呼吸速率基本不变,说明叶绿体结构的解体先于线粒体结构的解体,D项正确。
2.(2024·广东茂名联考)研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体,其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。下图表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体和普通莲藕的CO2吸收量。下列相关分析正确的是( )A.E点突变体的暗反应速率与普通莲藕相同B.D点和F点限制突变体光合速率的主要因素相同C.光照强度小于P时,突变体的净光合速率更低的原因是光照不足D.突变体的光饱和点比普通莲藕的大,可能是突变体的气孔开放程度较大或固定CO2酶的活性较高,吸收固定CO2的速率更快
解析 据图可知,突变体的呼吸速率大于普通莲藕的呼吸速率,光照强度为E时,突变体与普通莲藕的净光合速率相同,说明突变体的暗反应速率大于普通莲藕,A项错误;D点限制突变体光合速率的主要因素是光照强度,F点限制突变体光合速率的主要因素可能是叶绿素含量、CO2浓度等,B项错误;根据题干“叶绿素含量仅为普通莲藕的56%”可知,光照强度小于P时,突变体的净光合速率更低的原因是叶绿素含量不足,C项错误;由图可知,突变体的光饱和点比普通莲藕的大,而突变体的叶绿素含量比普通莲藕低,则吸收、传递和转化的光能就比普通莲藕少,故推测可能是突变体的气孔开放程度较大或固定CO2酶的活性较高,吸收固定CO2的速率更快,D项正确。
考向二 围绕环境因素对光合作用的影响,考查科学思维3.(2021·广东卷改编)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),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。光饱和点和光补偿点是反映植物需光特性的两个主要指标(图c),在不考虑叶绿体运动的前提下,
下列叙述正确的是( )A.t1比t2具有更高的光饱和点B.t2比WT具有更低的光补偿点C.与WT相比,t2适合在更强的光照条件下生存,t1则相反D.t1在图c中C点的限制因素主要为光照强度、温度和CO2浓度
解析 在正常光照下,t2中叶绿体的相对受光面积低于t1,则二者光合作用速率相同时,t2所需的光照强度高于t1,因此当二者光合速率分别达到最大时, t2具有比t1更高的光饱和点,A项错误;在正常光照下,t2中叶绿体的相对受光面积低于WT,吸收光能更少,因此当细胞呼吸释放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率时,t2所需光照强度高于WT,即t2的光补偿点>WT的光补偿点,B项错误;据图b可知,叶绿体相对受光面积大小为t1>WT>t2,当三者光合作用速率相同时,t2所需光照强度最高,t1所需光照强度最低,因此与WT相比,t2适合在更强的光照条件下生存,t1则相反,C项正确;由图c可知,C点之后,光合作用强度不再随光照强度的增加而变大,因此t1在图c中C点的限制因素主要为温度和CO2浓度,D项错误。
4.为探究影响光合速率的环境因素,某实验小组将长势及代谢状况相同的水稻幼苗置于适宜的条件下培养,实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )A.与D点相比,B点对应条件下限制幼苗光合速率的外界因素主要是光照强度B.C点对应条件下,限制幼苗光合速率的因素主要是施肥C.在土壤含水量为40%~60%的条件下,施肥效果明显D.合理密植能提高幼苗的光能利用率,从而提高产量
解析 B点光照强度为200 μml·m-2·s-1,土壤含水量为60%,已施肥,D点光照强度为800 μml·m-2·s-1,土壤含水量为60%,已施肥,因此光照强度是影响B点条件下幼苗光合作用速率的外界因素,A项正确;据图可知,C点和D点光照强度相同,而C点土壤含水量为20%,D点土壤含水量为60%,说明C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是土壤含水量,B项错误;不管光照强度是200 μml·m-2·s-1,还是800 μml·m-2·s-1,在土壤含水量为20%~40%的条件下施肥和未施肥效果是一样的,而在土壤含水量为40%~60%的条件下施肥时二氧化碳的吸收量明显增加,即施肥效果明显,C项正确;合理密植可提高光能利用率,增加光合作用效率,有利于提高产量,D项正确。
角度1 影响光合作用的因素1.(2022·湖南卷改编)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.叶绿体内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上升
解析 夏季,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右由于温度过高,光合作用强度明显减弱,这时叶片的蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,导致有机物积累减少,A项正确;12时左右温度较高,无论是光合酶还是呼吸酶,活性均受影响,光合作用固定的CO2量仍大于细胞呼吸释放的CO2量,B项错误;叶绿体内膜上没有光合色素,C项错误;由于光照过强,光反应产物NADPH和ATP积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降,D项错误。
2.(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
解析 由题图分析可知,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减小,A项不符合题意;当CO2浓度为200 μL/L时,最适温度为25 ℃左右,当CO2浓度为370 μL/L时,最适温度为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL/L时,最适温度接近40 ℃,说明在一定范围内,CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高,B项不符合题意;当CO2浓度为200 μL/L时,光合速率随温度的升高而改变程度不大,光合速率在10 μmlCO2/(m2·s)波动,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,曲线有较大的变化趋势,所以表明CO2浓度为200 μL/L时,温度对光合速率影响小,C项不符合题意;10 ℃条件下,CO2浓度为200 μL/L至370 μL/L时,光合速率有显著提高,而CO2浓度为370 μL/L至1 000 μL/L时,光合速率无明显的升高趋势,而且370 μL/L时与1 000 μL/L时,两者光合速率数值接近同一数值,所以不能说明10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D项符合题意。
3.(2022·湖南卷)将经纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床,作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8~10 μml/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒,浸种1天后,播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中,保湿透气,昼/夜温为35 ℃/25 ℃,光照强度为2 μml/(s·m2),每天光照时长为14小时。回答下列问题。(1)在此条件下,该水稻种子 (填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米,至少1片绿叶视为成苗),理由是 。
环境条件符合种子萌发的需要
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上,光照强度为10 μml/(s·m2),其他条件与上述实验相同,该水稻 (填“能”或“不能”)繁育出新的种子,理由是 (答出两点即可)。光照强度为10 μml/(s·m2),植物呼吸作用强度等于光合作用强度,不能正常生长;同时,光照时长为14小时,植物也不能正常开花 (3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害,减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有 特性。
解析 本题考查光照强度与光合作用的关系。(1)环境条件符合种子萌发的需要,该水稻种子能正常萌发并成苗。(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于题述沙床上,光照强度为10 μml/(s·m2),该水稻不能正常生长,光照时长为14小时,植物也不能正常开花,故也不能繁育出新的种子。(3)灌水覆盖后,水中的氧浓度较低,种子会进行无氧呼吸产生酒精,酒精对种子有一定的毒害作用,因此种子需有耐受酒精毒害的特性。
角度2 影响光合作用的因素的实验设计与分析4.(2022·海南卷)某小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,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
解析 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A项错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时长越短, B项正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C项错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D项错误。
1.土壤板结,光合速率下降的原因是 。 提示 土壤板结,导致土壤中缺氧,根细胞进行无氧呼吸,产生的ATP减少,供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少,光合色素的合成和酶数量减少,光合作用减弱2.干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。 提示 叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少3.西瓜、玉米和辣椒轮作和固定种植玉米相比,其优点是 (答出两点即可)。 提示 可充分利用土壤中的矿质资源、改善土壤、减少大面积病虫害发生
考点一 实验:探究环境因素对光合作用强度的影响
2.实验变量分析(1)自变量的设置: 是自变量,通过调整 之间的距离来调节 的大小。 (2)因变量是 ,可通过观测____________________________ 来衡量光合作用的强弱。
单位时间内被抽去空气的圆形
小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用的时间长短
链高考·前挂后连(1)在探究光照强度对光合作用强度的影响中,增加光照强度或温度,都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间。( )(2)为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。( )(3)实验中测得的O2产生量是植物光合作用实际产生的总O2量。( )
1.如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置,氧气传感器可监测O2量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是( )A.NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2B.单色光照射时,相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多C.氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻光合作用产生的O2量D.拆去滤光片,改变光照强度,并将所得数据绘制成曲线可推知其光饱和点
解析 氧气传感器测到的O2量是金鱼藻净光合作用产生的O2量,即总光合作用产生的O2量与细胞呼吸消耗的O2量的差值。
2.(2024·湖南常德一中月考)某实验小组将菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片,装入含蒸馏水的注射器中,排出叶片内的气体,使叶圆片下沉。然后将叶圆片分别放入不同浓度的NaHCO3溶液中进行实验(NaHCO3溶液为光合作用提供原料,且浓度变化对溶液pH的影响忽略不计,其他实验条件相同),观察第1片叶圆片上浮所需时间(min),结果如下图。请回答下列问题。
(1)当NaHCO3溶液浓度为1%~4%时,相同浓度下,幼叶上浮时间均比成熟叶长,表明幼叶的光合作用能力比成熟叶 (填“强”或“弱”)。有人推测幼叶与成熟叶光合作用能力差异可能是叶片中光合色素的含量不同,为寻求证据,可以用 分别提取菠菜幼叶、成熟叶的色素,再用 法分离色素,观察并比较二者色素带的宽度及颜色深浅。 (2)在NaHCO3浓度为0%的溶液中,叶圆片直至实验结束仍未上浮,其原因是 。当浓度超过5%,叶圆片也不上浮,最可能的原因是 。
溶液中缺乏CO2,直接影响光合作用的暗反应,使光合作用无法进行
溶液浓度过高,细胞失水过多而死亡
(3)当NaHCO3浓度为3%时,适当提高溶液温度,第一片叶圆片上浮时间延长,该现象 (填“能”或“不能”)说明提高后的温度已超过总光合作用的最适温度,其理由是 。 叶圆片上浮时间延长,只能表明净光合作用速率降低(或只能表明总光合速率与呼吸速率差值降低)
解析 (1)当NaHCO3溶液浓度为1%~4%时,相同浓度下,幼叶上浮时间均比成熟叶长,说明幼叶产生的O2比成熟叶少,表明幼叶的光合作用能力比成熟叶弱。由于色素不溶于水,能溶于有机溶剂,所以可用无水乙醇分别提取菠菜幼叶、成熟叶的色素,再用纸层析法分离色素,观察并比较二者色素带的宽度及颜色深浅。(2)NaHCO3为光合作用提供CO2,CO2参与暗反应。在NaHCO3溶液浓度为0%的溶液中,无法为光合作用提供CO2,会直接影响暗反应阶段。当NaHCO3溶液浓度过大会导致细胞渗透失水过多而死亡。(3)当NaHCO3浓度为3%时,适当提高溶液温度,第一片叶圆片上浮时间延长,说明叶片释放O2的速率减慢,即净光合作用速率降低,无法说明提高后的温度已超过总光合作用的最适温度,只能表明总光合速率与呼吸速率差值降低。
考点二 影响光合作用的因素及其应用
1.环境因素对光合作用的影响及应用(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 的产生,进而影响暗反应。
光反应阶段中ATP及NADPH
②曲线分析(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 影响光合作用强度。②曲线分析
图1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2中的A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;两图中的B点和B'点都表示CO2饱和点,两图都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)温度对光合作用的影响及应用①原理:温度通过影响 影响光合作用强度。 ②曲线分析
(4)水对光合作用的影响及应用①原理:水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水将导致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内。
图1 图2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点处光合作用强度暂时降低,是因为温度较高,植物部分气孔关闭,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,缺乏矿质元素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。
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;但当矿质元素超过一定含量后,土壤溶液的浓度过高,植物会因渗透失水而使光合作用强度下降。③应用:合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
2.影响光合作用强度的内部因素及应用(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,如下图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
(3)叶面积指数(光合面积)
链高考·前挂后连(1)干旱条件下,很多植物光合速率降低,主要原因是水是光合作用的原料,是生化反应的介质。[2020·山东卷]( )(2)比较两种不同品种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验来进行。[2019·天津卷]( )(3)已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的,则甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率大于0。[2017·全国Ⅰ卷]( )(4)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。[2016·全国Ⅰ卷]( )
1.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,如最适温度下测得,则应该考虑温度以外的影响因素。
2.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CO2浓度或增大光照强度)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。
练思维·考教衔接1.分析下列农业生产方式能提高农作物产量的原因。(1)合理密植: 。 提示 降低种内竞争强度,使植物能接受更充分的光照(2)间作套种: 。 提示 与光合作用有关的原理是阳生植物和阴生植物对光照的要求不同,从而合理搭配,增加产量(3)“正其行,通其风”: 。 提示 强化空气流通,为植物光合作用提供更多CO2,增强光合作用的暗反应过程(4)“土不翻,苗不欢”: 。 提示 能增强根的呼吸作用,提供更多能量,促使矿质离子的吸收
2.据图分析多因素对光合作用的影响
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是 。 提示 光照强度、光照强度和温度(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因素吗?此时的限制因素分别是什么?提示 不是。此时的限制因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
考向一 围绕内部因素对光合作用的影响,考查科学思维1.如图所示为某植物叶片衰老过程中的生理变化。据图分析,下列叙述错误的是( )A.衰老过程中,光合速率下降的唯一限制因素是叶绿素含量降低B.叶片衰老过程中叶片在不断积累有机物C.落叶可利用少量的叶绿素进行光合作用继续合成有机物D.叶片衰老过程中叶绿体的解体早于线粒体的解体
解析 在叶片衰老过程中,叶绿素含量先上升后下降,但光合作用速率持续下降,所以应有其他条件影响光合作用,A项错误;如题图所示,叶片衰老过程中,虽然光合速率一直在下降,但是光合速率始终大于呼吸速率,即植物积累有机物,有机物质量持续增加,B项正确;落叶后,叶片的光合速率并没有降为零,说明落叶可利用少量的叶绿素进行光合作用继续合成有机物,C项正确;据题图可知,叶片衰老过程中,叶绿素含量先稍有上升但随后急剧下降,光合速率一直处于下降状态,而呼吸速率基本不变,说明叶绿体结构的解体先于线粒体结构的解体,D项正确。
2.(2024·广东茂名联考)研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体,其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。下图表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体和普通莲藕的CO2吸收量。下列相关分析正确的是( )A.E点突变体的暗反应速率与普通莲藕相同B.D点和F点限制突变体光合速率的主要因素相同C.光照强度小于P时,突变体的净光合速率更低的原因是光照不足D.突变体的光饱和点比普通莲藕的大,可能是突变体的气孔开放程度较大或固定CO2酶的活性较高,吸收固定CO2的速率更快
解析 据图可知,突变体的呼吸速率大于普通莲藕的呼吸速率,光照强度为E时,突变体与普通莲藕的净光合速率相同,说明突变体的暗反应速率大于普通莲藕,A项错误;D点限制突变体光合速率的主要因素是光照强度,F点限制突变体光合速率的主要因素可能是叶绿素含量、CO2浓度等,B项错误;根据题干“叶绿素含量仅为普通莲藕的56%”可知,光照强度小于P时,突变体的净光合速率更低的原因是叶绿素含量不足,C项错误;由图可知,突变体的光饱和点比普通莲藕的大,而突变体的叶绿素含量比普通莲藕低,则吸收、传递和转化的光能就比普通莲藕少,故推测可能是突变体的气孔开放程度较大或固定CO2酶的活性较高,吸收固定CO2的速率更快,D项正确。
考向二 围绕环境因素对光合作用的影响,考查科学思维3.(2021·广东卷改编)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),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。光饱和点和光补偿点是反映植物需光特性的两个主要指标(图c),在不考虑叶绿体运动的前提下,
下列叙述正确的是( )A.t1比t2具有更高的光饱和点B.t2比WT具有更低的光补偿点C.与WT相比,t2适合在更强的光照条件下生存,t1则相反D.t1在图c中C点的限制因素主要为光照强度、温度和CO2浓度
解析 在正常光照下,t2中叶绿体的相对受光面积低于t1,则二者光合作用速率相同时,t2所需的光照强度高于t1,因此当二者光合速率分别达到最大时, t2具有比t1更高的光饱和点,A项错误;在正常光照下,t2中叶绿体的相对受光面积低于WT,吸收光能更少,因此当细胞呼吸释放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率时,t2所需光照强度高于WT,即t2的光补偿点>WT的光补偿点,B项错误;据图b可知,叶绿体相对受光面积大小为t1>WT>t2,当三者光合作用速率相同时,t2所需光照强度最高,t1所需光照强度最低,因此与WT相比,t2适合在更强的光照条件下生存,t1则相反,C项正确;由图c可知,C点之后,光合作用强度不再随光照强度的增加而变大,因此t1在图c中C点的限制因素主要为温度和CO2浓度,D项错误。
4.为探究影响光合速率的环境因素,某实验小组将长势及代谢状况相同的水稻幼苗置于适宜的条件下培养,实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )A.与D点相比,B点对应条件下限制幼苗光合速率的外界因素主要是光照强度B.C点对应条件下,限制幼苗光合速率的因素主要是施肥C.在土壤含水量为40%~60%的条件下,施肥效果明显D.合理密植能提高幼苗的光能利用率,从而提高产量
解析 B点光照强度为200 μml·m-2·s-1,土壤含水量为60%,已施肥,D点光照强度为800 μml·m-2·s-1,土壤含水量为60%,已施肥,因此光照强度是影响B点条件下幼苗光合作用速率的外界因素,A项正确;据图可知,C点和D点光照强度相同,而C点土壤含水量为20%,D点土壤含水量为60%,说明C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是土壤含水量,B项错误;不管光照强度是200 μml·m-2·s-1,还是800 μml·m-2·s-1,在土壤含水量为20%~40%的条件下施肥和未施肥效果是一样的,而在土壤含水量为40%~60%的条件下施肥时二氧化碳的吸收量明显增加,即施肥效果明显,C项正确;合理密植可提高光能利用率,增加光合作用效率,有利于提高产量,D项正确。
角度1 影响光合作用的因素1.(2022·湖南卷改编)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.叶绿体内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上升
解析 夏季,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右由于温度过高,光合作用强度明显减弱,这时叶片的蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,导致有机物积累减少,A项正确;12时左右温度较高,无论是光合酶还是呼吸酶,活性均受影响,光合作用固定的CO2量仍大于细胞呼吸释放的CO2量,B项错误;叶绿体内膜上没有光合色素,C项错误;由于光照过强,光反应产物NADPH和ATP积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降,D项错误。
2.(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
解析 由题图分析可知,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减小,A项不符合题意;当CO2浓度为200 μL/L时,最适温度为25 ℃左右,当CO2浓度为370 μL/L时,最适温度为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL/L时,最适温度接近40 ℃,说明在一定范围内,CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高,B项不符合题意;当CO2浓度为200 μL/L时,光合速率随温度的升高而改变程度不大,光合速率在10 μmlCO2/(m2·s)波动,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,曲线有较大的变化趋势,所以表明CO2浓度为200 μL/L时,温度对光合速率影响小,C项不符合题意;10 ℃条件下,CO2浓度为200 μL/L至370 μL/L时,光合速率有显著提高,而CO2浓度为370 μL/L至1 000 μL/L时,光合速率无明显的升高趋势,而且370 μL/L时与1 000 μL/L时,两者光合速率数值接近同一数值,所以不能说明10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D项符合题意。
3.(2022·湖南卷)将经纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床,作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8~10 μml/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒,浸种1天后,播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中,保湿透气,昼/夜温为35 ℃/25 ℃,光照强度为2 μml/(s·m2),每天光照时长为14小时。回答下列问题。(1)在此条件下,该水稻种子 (填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米,至少1片绿叶视为成苗),理由是 。
环境条件符合种子萌发的需要
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上,光照强度为10 μml/(s·m2),其他条件与上述实验相同,该水稻 (填“能”或“不能”)繁育出新的种子,理由是 (答出两点即可)。光照强度为10 μml/(s·m2),植物呼吸作用强度等于光合作用强度,不能正常生长;同时,光照时长为14小时,植物也不能正常开花 (3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害,减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有 特性。
解析 本题考查光照强度与光合作用的关系。(1)环境条件符合种子萌发的需要,该水稻种子能正常萌发并成苗。(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于题述沙床上,光照强度为10 μml/(s·m2),该水稻不能正常生长,光照时长为14小时,植物也不能正常开花,故也不能繁育出新的种子。(3)灌水覆盖后,水中的氧浓度较低,种子会进行无氧呼吸产生酒精,酒精对种子有一定的毒害作用,因此种子需有耐受酒精毒害的特性。
角度2 影响光合作用的因素的实验设计与分析4.(2022·海南卷)某小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,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
解析 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A项错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时长越短, B项正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C项错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D项错误。
1.土壤板结,光合速率下降的原因是 。 提示 土壤板结,导致土壤中缺氧,根细胞进行无氧呼吸,产生的ATP减少,供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少,光合色素的合成和酶数量减少,光合作用减弱2.干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。 提示 叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少3.西瓜、玉米和辣椒轮作和固定种植玉米相比,其优点是 (答出两点即可)。 提示 可充分利用土壤中的矿质资源、改善土壤、减少大面积病虫害发生
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