2020版新一线高考生物（人教版）一轮复习教学案：第3单元第4讲光合作用（Ⅱ）


第4讲　光合作用(Ⅱ)
[考纲展示]　影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)
考点一| 影响光合作用的环境因素及应用
(对应学生用书第50页)

1．光合作用强度
(1)含义：植物在单位时间单位面积内，通过光合作用制造糖类的数量。
(2)两种表示方法
①一定时间内原料的消耗量。
②一定时间内产物的生成量。
2．影响光合作用强度的因素
(1)光照强度
①原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
②关系曲线

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)。
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影响暗反应阶段，制约C3的形成。
②关系曲线：

图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点。
③应用：
a．大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
b．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
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
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。
②曲线分析

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曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔部分关闭，影响了CO2的供应。
③应用：合理灌溉，预防干旱。
(5)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组成成分，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。
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，会因土壤溶液浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。
(6)多因子综合

①当在P点时，限制光合速率的因素应为横坐标表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。
②当在Q点时，横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，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。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)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，主要限制因素是光照强度。(√)
(2)延长光照时间能提高光合作用强度。(×)
提示：延长光照时间只能提高光合作用的产物量，不能提高光合作用强度。
(3)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。(×)
提示：植物体从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。
(4)停止供水，植物光合速率下降，这是由于水是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。(√)
(5)夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。(×)
提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔关闭，二氧化碳吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。
2．思考回答(规范表述)
(1)在光照较强的夏季中午，绿色植物的光合作用强度会降低，原因是什么？
提示：夏季中午，光照过强、温度过高，导致部分气孔关闭，叶肉细胞吸收CO2减少，C3生成减少，故光合作用强度会降低。
(2)大棚生产中，为什么多施有机肥能够提高作物的产量？
提示：有机肥中的有机物被微生物分解产生了CO2和无机盐，能够增加大棚中的CO2浓度并为作物提供矿质营养。
(3)生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点和光补偿点如何变化，原因是什么？
提示：光饱和点降低，因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和[H]少。光补偿点升高，因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大。

考法1　考查环境因素影响光合作用的坐标曲线分析
1．(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。

回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是___________________
_____________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
解析：(1)由题图可知，乙的光饱和点及光补偿点都比甲低，因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时，甲种植物光合作用强度高于乙种植物，因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知，甲种植物的光饱和点较高，对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低，所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高，气孔部分关闭，因此进入叶肉细胞的CO2不足，叶片的光合速率明显下降。
答案：(1)甲
(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙
(4)CO2
2．(2019·衡水中学检测)将某植物置于密闭的容器中，测量其CO2的吸收量与光照强度、温度等的关系，结果如图所示。请分析回答下列相关问题：

(1)A点时该植物产生ATP的细胞器是________，且与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更________(填“大”或“小”)。
(2)B点时光合速率________呼吸速率；当植物缺镁时，B点向________移，E点向________移。
(3)C、D两点CO2吸收量相同，两点光合作用合成有机物的量________(填“不同”或“相同”)，限制C、E两点光合速率的主要因素分别是________。
(4)由上述实验得到启示：阴雨天为了提高大棚蔬菜的产量，可适当________或________。
解析：(1)A点时的光照强度为0，该植物只进行细胞呼吸，所以此时产生的ATP的细胞器是线粒体；据图可知，与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率较大。(2)B点对应的光照强度是该植物在22 ℃条件的光补偿点，此时植物的光合速率等于呼吸速率；当植物缺镁时，叶绿素合成减少，导致植物利用光能的效率下降，E点向左下方移动。(3)C、D两点CO2吸收速率相同，即两点的净光合速率相等，但两点对应温度下的呼吸速率不同，由于真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，所以两点合成的有机物的量不同；C点处于两阶段的上升阶段，影响该点光合速率的主要因素是光照强度；而E点时的光合速率最大，且E点之后光合速率
不再随光照强度的增强而升高，影响该点光合速率的主要因素是温度。(4)阴雨天光照强度较弱，为了提高大棚蔬菜的产量，可适当提高光照强度，以提高植物的光合作用强度(或者适当降低温度，以降低植物的呼吸作用强度)，进而提高植物的净光合作用强度来提高大棚蔬菜的产量。
答案：(1)线粒体　大　(2)等于　右　左下方　(3)不同　光照强度、温度　(4)降低温度　提高光照强度
考法2　考查环境因素影响光合作用的实验分析
3．下图甲为某校生物兴趣小组探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置示意图，图乙为每小时所测得的结果。据图分析错误的是(　　)

A．本实验可以通过改变灯泡功率或灯与广口瓶的距离来完成自变量的控制
B．本实验利用甲装置即可测得图乙结果，无需另设对照组
C．甲装置不能测得图乙中的A点数据
D．该实验不能用白炽灯作为光源
B　[探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响实验中，自变量是光照强度，根据本实验提供的装置，灯泡的瓦数或灯与广口瓶的距离都可控制该实验的自变量，由于气压变化等物理因素也可以导致液滴移动，需设置对照组；为了测得实际光合作用强度，需要将其中的NaHCO3溶液换为NaOH溶液，且将装置放在黑暗条件下测出呼吸作用强度；白炽灯产热，会影响实验温度，不符合单一变量原则，故不能用白炽灯作为光源。]
4．(2019·山东实验中学模拟)柱花草是我国南方地区重要的豆科牧草，对低温胁迫较为敏感，易发生冷害。下表为科研人员在不同温度下测得的柱花草叶片光合速率等相关指标。
处理
Fv/Fm
RuBPcase活性(μmol
CO2/mg蛋白·min)
氧气释放速率(mmol
O2/GF W·h)
对照(20 ℃)
0.87
6.86
16.28
低温处理(6 ℃)
0.68
3.34
3.09
高温处理(36 ℃)
0.85
6.07
14.51
注：①Fv/Fm的大小表示色素复合体受伤害的程度；②RuBPcase是催化CO2和RuBP(C5)结合的酶。
请回答下列问题：
(1)20 ℃时，柱花草叶肉细胞中能够消耗水并伴随着[H]产生的场所有____________________。与对照组相比，高温处理相同的时间，柱花草光合作用制造的有机物量________(填“较多”“较少”“相等”或“无法确定”)。
(2)据表分析，低温处理能抑制光合作用的原因主要包括两方面：一方面是低温导致________________________，从而引起光反应生成的ATP、NADPH少；另一方面，低温使____________降低，从而导致暗反应速率降低。
解析：光合作用和有氧呼吸中都有消耗水并伴随着[H]产生的过程。测得的氧气释放速率为净光合速率，由于不知道呼吸速率，因此无法判断高温处理和对照组的总光合速率。
答案：(1)类囊体薄膜和线粒体基质　无法确定　(2)色素复合体受伤害，吸收的光能减少　RuBPcase活性
5．(2016·全国卷Ⅲ)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/℃
36
36
36
31
25
相对湿度/%
17
27
52
52
52
实验
结果
光合速率/mg
CO2·dm－2·h－1
11.1
15.1
22.1
23.7
20.7
回答下列问题：
(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是________，其依据是____________________________；并可推测，________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
(2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是____________________________________________
______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。
解析：(1)根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下，随温度的变化，光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)与实验组四相比，实验组三的温度高6 ℃，光合速率有所提高，说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，不需要消耗ATP。
答案：(1)湿度(或相对湿度)　在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大　增加　(2)四　该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度　(3)不需要　不需要
考点二| 光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用


1．光合作用与细胞呼吸过程的联系

(1)写出下列物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h：C3。
(2)填写下表生理过程及场所
序号
①
②
③
④
⑤
生理
过程
光反应
暗反应
有氧呼吸
第一阶段
有氧呼吸
第二阶段
有氧呼吸
第三阶段
场所
叶绿体
类囊体薄膜
叶绿体
基质
细胞质
基质
线粒体
基质
线粒体
内膜
(3)物质方面
C：CO2C6H12O6丙酮酸CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H]C6H12O6[H]H2O
(4)能量方面
光能ATP中活跃化学能C6H12O6中稳定的化学能

2．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根据坐标曲线判定

a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。
②根据关键词判定
检测指标
细胞呼吸速率
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
释放量
产生量
有机物
消耗量(黑暗)
积累量
制造量、产生量

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是类囊体薄膜和线粒体内膜。(×)
提示：CO2固定的场所是叶绿体基质，CO2产生的场所是线粒体基质。
(2)CO2的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6分解成CO2的过程发生在线粒体中。(×)
提示：C6H12O6分解成丙酮酸的过程发生在细胞质基质中，丙酮酸分解成CO2的过程发生在线粒体中。
(3)光合作用过程中光能转变成化学能，细胞呼吸过程中C6H12O6中的化学能转变成ATP中的化学能。(×)
提示：细胞呼吸过程中C6H12O6中的部分化学能转化成了热能。
(4)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长。(√)
(5)适宜光照下，植物吸收CO2的总量等于固定的CO2的总量。(×)
提示：适宜光照下，植物固定的CO2总量等于植物吸收CO2的量与细胞呼吸产生CO2的量之和。
(6)ATP和[H]在叶绿体中随水的分解而产生，在线粒体中随水的生成而产生。(×)
提示：在线粒体中随水的生成，消耗[H]，产生ATP。
2．思考回答(规范表述)
(1)实验过程中，给甲植物浇灌HO，发现叶肉细胞中出现了(CHO)。分析其最可能的转化途径是什么？
提示：有氧呼吸(第二阶段)生成二氧化碳(C18O2)，二氧化碳(C18O2)再参与暗反应(光合作用)生成有机物(CHO)。
(2)植物在光合作用过程中产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生的ATP的量。请说明原因。
提示：植物在光合作用过程中产生的ATP中的能量转化为有机物中的能量，植物体合成的有机物只有一部分通过呼吸作用氧化分解，而且在此过程中大部分的能量以热能形式散失，少部分转移到ATP中。

1．光合作用和有氧呼吸中[H]、ATP来源和去路
比较项目
来源
去路
[H]
光合
作用
光反应中水的光解
作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物等
有氧
呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段与氧气结合产生水，同时释放大量能量
ATP
光合作用
在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转换的太阳能
用于暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中
有氧
呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解
作为直接能源物质用于各项生命活动
2．光合作用与细胞呼吸之间的气体变化
下列为叶肉细胞内线粒体与叶绿体之间的气体变化图示，据图判断生理过程。

图①：表示黑暗中，只进行细胞呼吸；
图②：表示细胞呼吸速率＞光合作用速率；
图③：表示细胞呼吸速率＝光合作用速率；
图④：表示细胞呼吸速率＜光合作用速率。
3．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(如增大光照强度或增大CO2浓度)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。

考法1　综合考查光合作用和细胞呼吸的过程
1．(2019·福建模拟)如图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．过程①发生在叶绿体中，过程③发生在线粒体中
B．过程①产生NADH，过程③消耗NADPH
C．若叶肉细胞中过程②速率大于过程③，则植物干重增加
D．过程③中ATP的合成与放能反应相联系，过程④与吸能反应相联系
D　[过程①发生在叶绿体中，过程③发生在细胞质基质和线粒体中，A项错误；过程①产生NADPH，过程③产生NADH，也消耗NADH，B项错误；若叶肉细胞中过程②速率大于过程③，则植物干重不一定增加，因为植物体还有很多细胞没有叶绿体，只进行细胞呼吸，C项错误；过程③中ATP的合成与放能反应相联系，过程④与吸能反应相联系，D项正确。]
2．(2017·全国卷Ⅱ)如图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。

据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是________、________、________、________，[H]代表的物质主要是____________。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是________
_____________________________________________________________。
解析：考查光合作用的过程、有氧呼吸和无氧呼吸的过程。
(1)分析图示，A过程为光合作用的光反应阶段，B过程是光合作用的暗反应阶段。图中①为水光解产生的O2；由②和H2O产生①与NADPH([H]，即还原型辅酶Ⅱ)可知，②是NADP＋；由③转化成ATP可知，③是ADP＋Pi；由④与CO2结合生成C3可知，④为C5。呼吸作用过程中的[H]代表的物质主要是NADH(还原型辅酶Ⅰ)。
(2)光合作用的光反应阶段(A)可产生ATP，而暗反应阶段(B)不产生ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，其中细胞质基质(C)中进行有氧呼吸的第一阶段，线粒体(D)中进行有氧呼吸的第二和第三阶段。
(3)在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸，将丙酮酸转化成酒精。
答案：(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH(或答：还原型辅酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
考法1用和细胞呼吸的综合性考查
3．(2019·丰台区练习)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，改变其他条件，测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度，结果如图所示。下列有关绿藻细胞代谢的说法正确的是(　　)

A．前5分钟只进行呼吸作用
B．第4分钟只发生光能转化为化学能
C．第7分钟C5的数量瞬间增加
D．9～12分钟光合作用速率等于呼吸作用速率
D　[由曲线图可知，第4分钟时光照开始，说明前4分钟只进行呼吸作用，A错误；第4分钟时光照开始，光反应过程中发生光能转化为化学能，暗反应过程中发生ATP中活跃化学能转变为稳定的化学能， B错误；第7分钟添加一定量的CO2，CO2与C5反应生成C3，故此时C5的数量瞬间减少，C错误； 9～12分钟溶解氧保持不变，说明光合作用速率等于呼吸作用速率，D正确。]
4．两棵同种生长状况基本相同的植物，分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示；在相同自然条件下，测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁曲线所示。回答下列问题：

(1)ab段和cd段，引起曲线下降的主要环境因素分别是____________和________。
(2)一昼夜中，装置甲、乙中植物积累的有机物较多的是________(填“甲”或“乙”)。
(3)导致e点(12时左右)时光合作用强度明显减弱的主要原因是____
____________________________________________________________。
(4)装置甲的植物叶绿体中，在14时C5含量比10时________(填“高 ”或“低”)。
解析：(1)图丙中，ab段下降的原因是密闭装置中二氧化碳被光合作用消耗，浓度降低；图丁中cd段下降的原因是光照减弱。(2)根据图丙和图丁可知，一昼夜中，图丁中曲线和横轴围成的面积，上部与下部的差值远大于图丙，说明装置乙中植物积累的有机物较多。(3)e点(12时左右)时，温度高，蒸腾作用强，为减少水分散失，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。(4)装置甲中14时比10时CO2浓度低，消耗的C5少，因此14时植物叶绿体中C5含量高。
答案：(1)二氧化碳浓度　光照强度 (2)乙
(3)温度高，导致气孔关闭，二氧化碳供应减少
(4)高



(1)a点：夜温降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
(2)开始进行光合作用的点：b，结束光合作用的点：m。
(3)光合速率与呼吸速率相等的点：c、h，有机物积累量最大的点：h。
(4)de段下降的原因是气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱。
考法3　考查总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
5．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是________________________________________________________________。

(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。
解析： (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到此点需要的光照强度低。
答案：(1)类囊体膜　蓝紫光和红光　(2)增加　群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低　(3)低
6．(2019·潍坊期末)科研人员分别在25 ℃和42 ℃培养条件下(其他条件适宜)。测得某植物的部分数据如图所示。已知该植物生长的适宜温度条件是25～35 ℃。请回答相关问题：

(1)图中甲组代表_______ ℃下测得的结果，作出该判断的理由是___
____________________________________________________________。
(2)某兴趣小组测定了25 ℃～42 ℃范围内该植物的净光合速率，发现30 ℃时净光合速率最大，则30 ℃________(填“是”“不是”或“不一定是”)光合作用的最适温度， 原因是_________________________
____________________________________________________________。
(3)若将培养温度由25 ℃快速提升至42 ℃时，据图分析，该植物叶肉细胞间隙CO2浓度明显________(填“上升”或“下降”)，这一变化的主要原因是__________________________________________________
_____________________________________________________________。
解析：(1)植物的生长速度决定于净光合速率。甲组净光合速率大于乙组，说明甲组植物生长的温度条件适宜。(2)总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，30 ℃时净光合速率最大，但没有测定相应温度下的呼吸速率，因此不能确定总光合速率。(3)从坐标图看出，42 ℃时，植物的净光合速率降低，叶肉细胞对CO2的利用速率降低。
答案：(1)25　此温度属于该植物适宜生长的温度，与42 ℃相比，净光合速率大
(2)不一定是　没有测定相应温度下的呼吸速率，无法确定实际光合速率
(3)上升　净光合速率减弱，叶肉细胞对二氧化碳的利用速率降低
考点三| 光合作用的相关实验探究


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，绿色植物通过光合作用产生O2。
②台灯距烧杯的距离不同，则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度不同。
③光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间不同。
(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1 cm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清水置于注射器中，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
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20 mL富含CO2的清水的3个小烧杯中。这时的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底
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10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置上，打开台灯
⑤观察并记录
一定时间内小圆形叶片浮起的数量
2．光合速率测定
(1)测定装置：

(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NaOH溶液，用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩应遮光处理，目的是排除光合作用的干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动，单位时间内移动距离代表呼吸速率。
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，用于维持容器内CO2浓度的恒定。
b．给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动，单位时间内移动距离代表净光合速率。
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不放植物或放置死亡的植物。
④实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)光合作用强度可以用光合作用消耗糖类的数量来表示。(×)
提示：光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)温度对光合作用强度的影响主要是影响酶的活性。(√)
(3)在探究光照强度对光合作用的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。(×)
提示：在一定范围内，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐增加，但当达到光饱和点以后，光照强度再增加，光合作用强度则不再随之增加。
(4)光合作用和化能合成作用都能合成有机物。(√)
(5)植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变。(×)
提示：衰老的叶片中，叶绿体中叶绿素被逐渐降解，含量减少，故植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会发生改变。
(6)与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短。
(×)
提示：光照时间不会影响光合作用速率。
2．思考回答(规范表述)
(1)制备小圆形叶片，用打孔器打孔时，为什么要避开大的叶脉？
提示：叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(2)阴生植物的叶片，一般比阳生植物的叶片厚，颜色深，其原因是什么？有什么生物学意义？
提示：叶片加厚，颜色加深能增加叶绿素的含量。有利于吸收更多的光照，提高光合作用速率，适应阴暗的环境。

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
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
维持容器内CO2浓度的恒定
适宜浓度的NaHCO3溶液

考法1　考查环境因素影响光合作用的实验探究
1．如图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的实验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙述，正确的是 (　　)

A．温度、CO2浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量
B．CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定
C．如果有色液滴向右移动，说明不进行光合作用
D．如果有色液滴向左移动，说明不进行光合作用
B　[依题意可知：该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响，自变量是光照强度，因变量是有色液滴的移动距离，温度、CO2浓度等都是无关变量，A错误；CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定，B正确；有色液滴移动的距离是由装置内O2的变化量引起，如果有色液滴向右移动，说明光合作用释放的氧气量大于呼吸作用吸收的氧气量，试管内气体压强变大，C错误；如果有色液滴向左移动，说明光合作用释放的氧气量小于呼吸作用吸收的氧气量，试管内气体压强变小，D错误。]
2．(2019·福州期末)为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验，提供以下材料用具：菠菜叶、打孔器(直径1 cm)、注射器、40 W台灯、烧杯、4% NaHCO3溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。
(1)某同学选取其中一个因素进行探究，以下是实验结果：
时间
上浮的叶圆片数量(片)
蒸馏水
0.5% NaHCO3
1%
NaHCO3
1.5%
NaHCO3
2%
NaHCO3
2 min
0
7
11
10
4
4 min
0
15
16
13
7
①该实验的目的是________________________________________，
实验检测指标是：__________________________。
②有哪些措施可以减少实验误差？ __________________________
_______________________________________________。(至少写出二项)
③有同学认为叶片之所以浮起，是因为呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2导致叶片上浮的。根据实验结果判断该观点是否正确？并说明理由：________________________________________________________
______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(2)利用以上材料，还可以探究的环境因素有____________________
___________________________________________________。(答出2个)
解析：(1)①由表格看出实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的浓度不同，提供的CO2浓度不同，因此该实验是研究的不同浓度的CO2对叶片光合作用的影响。实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片的数量。②减少实验误差就要平衡无关变量，重复实验求平均值。③叶片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，叶片中氧气增多，叶圆片密度变小。若要说明叶圆片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2，应从蒸馏水中叶圆片没有上浮来论述。
(2)利用上述实验材料，还可探究光照强度或不同的光质对光合作用的影响。
答案：(1)①研究CO2浓度(或NaHCO3浓度)对叶片光合速率的影响　相同时间内烧杯中叶片浮起的数量
②用打孔器打出的叶片数量足够多；每组实验重复几次，记录的数据取平均值
③该同学的认识是错误的，因为在蒸馏水的那组实验中，叶片一样进行了呼吸作用，却没有叶片浮起，叶片上浮的原因是光合作用强度大于呼吸作用强度，叶片内氧气增多
(2)光照强度、光的性质
考法2　考查光合速率的实验测定
3．(2019·衡水中学二调)某同学研究某湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸时，设计了如下操作：
①取三个相同的透明玻璃瓶标号a、b、c，并将a瓶用不透光的黑布包起来；
②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水，并测定c瓶中水的溶氧量；
③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24 h后取出；
④测定a、b两瓶中水的溶氧量，三个瓶子的测量结果如图所示。

下列有关24 h内X深度水体中生物光合作用和有氧呼吸情况的分析，正确的是 (　　)
A．光合作用产生的氧气量为(k－w) mol/瓶
B．光合作用产生的氧气量为(k－w) mol/瓶
C．有氧呼吸消耗的氧气量为(k－v) mol/瓶
D．有氧呼吸消耗的氧气量为v mol/瓶
A　[实验中测定的c瓶中水的溶氧量为w，湖中X深度瓶中初始溶氧量。a瓶为不透光黑瓶，a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24 h后取出，测定a、b两瓶中水的溶氧量分别为v和k，因此，w－v为24 h内X深度瓶中生物有氧呼吸消耗的氧气的量；k－c为24 h内X深度水瓶中生物的净光合作用释放氧气的量。24 h内X深度水生物光合作用产生的氧气量为净光合量＋有氧呼吸消耗氧气的量。]
4．(2019·山东、湖北联考)将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内(钟罩体积为V L)，在室内调温25 ℃，给予恒定适宜的光照60 min，然后遮光处理60 min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化，得到图2曲线。

图1 图2
(1)若要获得小麦的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另设对照组。0～60 min小麦的真正光合速率为________μ mol CO2/V L·h。(V是钟罩体积)。
(2)实验10 min时，小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是____________________。在停止光照的瞬间叶绿体内C3的含量________。
解析：(1)前60分钟测定净光合速率，后60分钟测定呼吸速率，不需要另设对照。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(2 000－800)＋(1 200－800)＝1 600。(2)实验10 min时，光合作用旺盛，叶绿体需要较多CO2，包括线粒体供给和胞外吸收。停止光照，缺少NADPH和ATP，不能还原C3，且短时间内CO2的固定速率不变，C3含量增多。
答案：(1)不需要　1 600　(2)线粒体供给和胞外吸收　增多(或升高)
5．半叶法是总光合速率测定的常用方法，其一般实验步骤：①用刀片将叶柄的外皮环割处理，切断韧皮部的物质(如有机物)运输，但不切断木质部的导管；②选择对称性较好的叶片，沿中央叶脉一半遮光，另一半不做任何处理；③经一段时间(T)适宜的光照后，剪下叶片并将两半对应部位叠在一起，用大小适当的打孔器在叶片的中部打下相同叶面积(A)的叶片，经烘干后分别称重，遮光部分干重记为W1，曝光部分干重记为W2；④计算总光合速率。
(1)光照处理之前将叶柄的外皮环割处理，其目的是______________
____________________________________________________________。
(2)根据半叶法的实验步骤及实验记录整理出用有机物表示总光合速率的计算公式：单位叶面积的总光合速率＝________(用题中的字母表示)。
(3)重复以上实验，同时将步骤③改为将叶片剪下经酒精脱色处理后滴加碘液染色，比较遮光部分与曝光部分是否变蓝。该实验________(填“能”或“不能”)说明叶片在光下生成了淀粉，理由是_____________
____________________________________________________________。
解析：(1)已知植物的木质部中导管主要运输水和无机盐，而韧皮部中筛管主要运输糖类等有机物，将叶柄的外皮环割处理的结果是切断了糖类(光合作用产物)等有机物的运输，没有切断水和无机盐的运输。因此，环割是防止光合产物输出而影响叶片的干重变化。(2)本小题注意需要求的是“单位叶面积的总光合速率”，此处需要分别得出总光合作用量(用有机物产生量表示)、叶面积和时间，即总光合作用量＝W2－W1，因此，单位叶面积的总光合速率＝总光合作用量/(叶面积×时间)＝(W2－W1)/(A×T)。(3)回顾教材实验可知，先对植物进行暗处理(饥饿处理)后，再进行遮光和曝光处理，最后证明了光合作用产生淀粉，本题中叶片事先没有经过暗处理，无法排除叶片中原有淀粉的影响。
答案：(1)阻止韧皮部将光合作用的产物运出叶片而影响实验结果　(2)(W2－W1)/(A×T)　(3)不能　叶片事先没有经过暗处理，无法排除叶片中原有淀粉的影响

(1)“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
将装有水和水生植物的黑、白瓶置于相同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。

(2)“半叶法”测定光合作用有机物的产生量
“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。即M＝MB－MA，M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。
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1.(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：

(1)从图可知，A叶片是树冠________(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是_________________________________________________
_____________________________________________________________。
(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是________。
解析：(1)树冠下层叶片达到最大净光合速率时所需的光照强度会低于上层叶片，故由图中曲线可得出A叶片是树冠下层叶片。(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，说明CO2的吸收量减少，但测得放氧速率不变，由此可知，光反应速率基本不变，因此，净光合速率下降的主要原因是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用有机溶剂无水乙醇对叶绿素进行提取。
答案：(1)下层　A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片　(2)暗　(3)无水乙醇
2．(2017·全国卷Ⅰ)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是________________________________________________________________________________________________。甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是_____________________
______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
解析：考查影响光合作用与呼吸作用的因素。
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，刚开始时小室内CO2浓度较高，光合作用强度大于呼吸作用强度，一段时间后，CO2浓度降低，暗反应受阻，进而使两种植物的光合速率都降低。甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，因此当甲种植物的净光合速率为0时，CO2浓度达到甲种植物的CO2补偿点，此时乙种植物光合作用强度仍大于呼吸作用强度，净光合速率大于0。
(2)将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，该小室内是有CO2的，植物可以进行光合作用，甲种植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加。
答案：(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低　大于0　(2)甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加
3．(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”)。
(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________________
____________________________________________________________。
解析：(1)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于a时，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐升高，说明限制其光合作用强度的主要因素为光照强度。(2)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于b时，随光照强度的增加，光合作用强度不变，说明受其他环境因素的限制。由于光合作用需要不断消耗环境中的CO2，故提高CO2浓度可使b光照强度下甲组的光合作用强度升高。(3)由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物，只是环境中的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的。
答案：(1)光照强度　(2)CO2浓度　(3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的
4．(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
1
2
3
4
5
6
7
水草
无
有
有
有
有
有
有
距日光灯的距离(cm)
20
遮光*
100
80
60
40
20
50 min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100 cm的地方。
若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：
(1)本实验中，50 min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”)。
(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__________________________________________________________。
解析：(1)1号试管中没有加水草，50 min后1号试管的溶液颜色仍为浅绿色，说明无关变量不会引起溶液颜色的变化，2至7号试管的实验结果应是由水草的光合作用和呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量减少了，无关变量对实验结果有影响，则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的。(2)2号试管进行了遮光，水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用产生CO2，而且与3号试管(光合作用强度小于呼吸作用强度)相比，2号试管溶液中的CO2含量更多，颜色应为黄色。(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下溶液中CO2含量没有变化，水草的光合作用强度与呼吸作用强度相等，吸收与释放的CO2量相等。
答案：(1)不同光强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