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2020版新一线高考生物（苏教版）一轮复习教学案：必修1第3单元第3讲 光合作用（Ⅱ）
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第3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| 影响光合作用速率的环境因素及应用
1．光照强度：单位叶面积上所接受的可见光能量。
2．光合速率：单位时间单位叶面积上的CO2固定量。
3．影响光合作用强度的因素
(1)光照强度
①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)。
②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。
②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。
②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。
[判断与表述]
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。
1．三大单因子环境因素对光合作用的影响
(1)光照强度(如图1)
①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
②分析P点后的限制因素：
(2)CO2的浓度(如图2)
①原理：影响暗反应阶段C3的生成。
②分析P点后的限制因素：
(3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。
2．多因子环境因素对光合作用的影响
(1)曲线分析
①OP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。
②PQ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。
③Q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。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
◎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
[归纳提升]
在影响光合作用的因素中，光照强度、温度、二氧化碳浓度等指的是外界影响因素，而影响光合作用的内部因素通常指的是叶绿素的含量、酶的数量(或活性)等，回答影响因素这类问题时，①要注意审清题中需要回答的是外界影响因素还是内部影响因素；②针对曲线模型，在曲线上升阶段，限制因素为横坐标表示的因子，当曲线不再上升时，要从内部因素(如色素含量、酶活性等)和横坐标表示的因子之外的环境因素(如温度、CO2浓度等)进行分析；③若为表格，则应先将表格信息转化成曲线图再进行分析。
◎考法2 考查环境因素影响光合作用的实验分析
3．(2018·湖南师大附中第二次月考)甲图中，A、B分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中B已死亡，气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)；初始时指针指向正中零的位置。乙图为不断改变灯泡距水面的距离，间隔相同时间记录到指针偏转变化情况。下列相关描述，正确的是( )
A．d点时指针向右偏转
B．该实验的自变量为光照强度，c点植物O2释放速率最大
C．f点与a、b、c、d点的指针偏转方向相同，但数值较小
D．若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数加大
A [在适宜的光照条件下(如图中的a、b、c、d点)，植物进行光合作用释放出的氧气大于呼吸作用消耗的氧气，使A植物所在的气球的体积增大，指针向右偏转，A正确；该实验的目的是探究光照强度对光合作用强度的影响，实验自变量为光照强度(灯泡与水面的距离)，乙图c点指针偏转格数最大，表明O2的释放量最大，B错误；e点指针的偏转格数为零，此时细胞呼吸速率等于光合速率，ef段随着灯泡与水面的距离增大，光照强度继续减弱，导致细胞的呼吸速率大于光合速率，指针向左偏转，与a、b、c、d点相比，指针的偏转方向相反，C错误；b点时光合速率大于细胞呼吸速率，光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2，此时若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数减小，D错误。]
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(mmo l 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
◎考法3 考查环境因素影响光合作用的实验探究
5．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。]
6．(2018·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
考点二| 光合作用速率及其测定
1．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
2．光合速率的测定
(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。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．绿色植物的光合速率总是大于呼吸速率。(×)
提示：绿色植物在光照强度大于光补偿点后光合速率才大于呼吸速率。
2．在光下测得的光合速率是净光合速率。(√)
3．当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率也等于呼吸速率。(×)
提示：植物体所有活细胞都进行细胞呼吸，而叶肉细胞是进行光合作用的主要细胞，当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。
4．绿色植物吸收的CO2量可表示实际光合速率。(×)
提示：绿色植物吸收的CO2量表示净光合速率。
1．光合速率的关键词判定
检测指标
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
释放量
产生量
有机物
积累量
制造量、产生量
2.光合作用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 考查总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
1．(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
2．(2018·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
[技法总结]
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。
真题体验| 感悟高考 淬炼考能
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
第3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| 影响光合作用速率的环境因素及应用
1．光照强度：单位叶面积上所接受的可见光能量。
2．光合速率：单位时间单位叶面积上的CO2固定量。
3．影响光合作用强度的因素
(1)光照强度
①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)。
②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。
②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。
②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。
[判断与表述]
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。
1．三大单因子环境因素对光合作用的影响
(1)光照强度(如图1)
①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
②分析P点后的限制因素：
(2)CO2的浓度(如图2)
①原理：影响暗反应阶段C3的生成。
②分析P点后的限制因素：
(3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。
2．多因子环境因素对光合作用的影响
(1)曲线分析
①OP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。
②PQ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。
③Q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。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
◎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
[归纳提升]
在影响光合作用的因素中，光照强度、温度、二氧化碳浓度等指的是外界影响因素，而影响光合作用的内部因素通常指的是叶绿素的含量、酶的数量(或活性)等，回答影响因素这类问题时，①要注意审清题中需要回答的是外界影响因素还是内部影响因素；②针对曲线模型，在曲线上升阶段，限制因素为横坐标表示的因子，当曲线不再上升时，要从内部因素(如色素含量、酶活性等)和横坐标表示的因子之外的环境因素(如温度、CO2浓度等)进行分析；③若为表格，则应先将表格信息转化成曲线图再进行分析。
◎考法2 考查环境因素影响光合作用的实验分析
3．(2018·湖南师大附中第二次月考)甲图中，A、B分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中B已死亡，气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)；初始时指针指向正中零的位置。乙图为不断改变灯泡距水面的距离，间隔相同时间记录到指针偏转变化情况。下列相关描述，正确的是( )
A．d点时指针向右偏转
B．该实验的自变量为光照强度，c点植物O2释放速率最大
C．f点与a、b、c、d点的指针偏转方向相同，但数值较小
D．若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数加大
A [在适宜的光照条件下(如图中的a、b、c、d点)，植物进行光合作用释放出的氧气大于呼吸作用消耗的氧气，使A植物所在的气球的体积增大，指针向右偏转，A正确；该实验的目的是探究光照强度对光合作用强度的影响，实验自变量为光照强度(灯泡与水面的距离)，乙图c点指针偏转格数最大，表明O2的释放量最大，B错误；e点指针的偏转格数为零，此时细胞呼吸速率等于光合速率，ef段随着灯泡与水面的距离增大，光照强度继续减弱，导致细胞的呼吸速率大于光合速率，指针向左偏转，与a、b、c、d点相比，指针的偏转方向相反，C错误；b点时光合速率大于细胞呼吸速率，光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2，此时若改在无CO2缓冲液情况下进行实验，b点时指针偏转格数减小，D错误。]
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(mmo l 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
◎考法3 考查环境因素影响光合作用的实验探究
5．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。]
6．(2018·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
考点二| 光合作用速率及其测定
1．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
2．光合速率的测定
(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。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．绿色植物的光合速率总是大于呼吸速率。(×)
提示：绿色植物在光照强度大于光补偿点后光合速率才大于呼吸速率。
2．在光下测得的光合速率是净光合速率。(√)
3．当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率也等于呼吸速率。(×)
提示：植物体所有活细胞都进行细胞呼吸，而叶肉细胞是进行光合作用的主要细胞，当植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。
4．绿色植物吸收的CO2量可表示实际光合速率。(×)
提示：绿色植物吸收的CO2量表示净光合速率。
1．光合速率的关键词判定
检测指标
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
释放量
产生量
有机物
积累量
制造量、产生量
2.光合作用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 考查总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
1．(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
2．(2018·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
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________________________________________________________________。
(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__________
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(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
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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
[技法总结]
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
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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
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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
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