新高考生物一轮复习学案：第10讲　影响光合作用的环境因素及其应用（含解析）

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高中生物一轮复习学案
第10讲 影响光合作用的环境因素及其应用
考点一　影响光合作用的因素及应用

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若叶片中的气体逸出，细胞间隙充满了水，浮力减小，叶片就会沉到水底；若光合作用产生的O2充斥在叶片的细胞间隙中，浮力增大，叶片会从水底浮起。
③光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间也不同。
(2)实验步骤
①制备圆形小叶片：取生长旺盛的绿叶，用直径为1 cm的打孔器打出圆形小叶片30片。
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缓拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出。
③沉水备用：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，叶片因细胞间隙充满了水，所以全都沉到水底。
④分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。
⑤控制自变量(光照强度)：分别向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。
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。
(3)实验结论：在一定光照强度范围内，光合作用强度随光照强度的增强而增强。
2.光照强度对光合作用的影响

(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。光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线解读
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度，此时的光照强度称为光补偿点。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
⑤D点：D点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。D点的光照强度称为光饱和点。
(3)应用
①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。
②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，可合理利用光能。
3．影响光合作用的其他因素及应用
(1)CO2浓度

(2)温度

(3)水分和矿质元素

4．化能合成作用
(1)概念：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
(2)实例：硝化细菌能利用NH3氧化释放的化学能将CO2和H2O合成糖类，供自身利用。
(3)光合作用和化能合成作用的比较




项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
[基础诊断]
1．探究光照强度对光合作用强度影响的实验中使用的小圆形叶片应先排出里面的气体。(必修1　P105探究)(√)
2．为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。(必修1　P105探究)(√)
3．在探究光照强度对光合作用强度的影响中，往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。(必修1　P105探究)(×)
4．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。(必修1　P106拓展题)(×)
[深度拓展]
1．(必修1　P106拓展题1)如图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答：

(1)7～10时光合用作强度不断增强的原因是________________________________
________________________________________________________________________。
(2)12时左右光合作用强度明显减弱的原因是___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)14～17时光合作用强度不断下降的原因是___________________________________。
提示：(1)在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下，光合作用的强度是随着光照加强而增强的
(2)此时温度很高，蒸腾作用很强，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
(3)此时光照强度不断减弱
2．(必修1　P108知识迁移)农田松土是农作物栽培的重要措施，给农作物自身生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面带来一定的影响，请分析说明。
提示：①松土可以增加土壤的透气性，能促进土壤中枯枝落叶、动物遗体和粪便等有机物的分解，从而有利于农作物生长。②松土容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素。③松土促进了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的分解和排放，从而使温室效应和全球气候变暖问题变得更加严重。

1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析

(1)曲线分析
MN
和PQ
夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减小
N～P
光合作用与呼吸作用同时进行
NA
和EP
清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少
A点
和E点
光合作用强度等于细胞呼吸强度，CO2的吸收和释放达到动态平衡；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变
A～E
光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加；环境中CO2量减少，O2量增加
C点
叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象
E点
光合作用产物的积累量最大
(2)一昼夜有机物的积累量的计算方法(用CO2表示)
一昼夜有机物的积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S3－(S1＋S2)。
2．密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线

(1)曲线分析

AB段
无光照，植物只进行呼吸作用
BC段
温度降低，呼吸作用减弱
CD段
C点后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度＜呼吸作用强度
D点
光合作用强度＝呼吸作用强度
DH点 DH段
光合作用强度＞呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象
H点
光合作用强度＝呼吸作用强度
HI段
光照继续减弱，光合作用强度＜呼吸作用强度，直至光合作用完全停止
(2)植物生长与否的判断方法
若I点
低于A点
说明一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用＞呼吸作用，植物生长
若I点
高于A点
说明光合作用＜呼吸作用，植物体内有机物总量减少，植物不能生长
若I点
等于A点
说明光合作用＝呼吸作用，植物体内有机物总量不变，植物不生长


1．(2021·北京高考)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是(　　)

A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
B　[由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm－2·s－1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。]
2．(2022·汉中模拟)下图为某植株在不同温度(最适温度为25 ℃)、一定光照强度(低于最适光照强度)的环境中，光合作用强度随CO2浓度的变化曲线图。下列相关叙述正确的是(　　)

A．M点对应条件下，该植株叶肉细胞吸收的CO2全部来自其自身线粒体
B．25 ℃时，若光照强度增强，则N点将向左侧移动
C．P点对应条件下，两种温度下该植株光合作用固定的CO2的量相等
D．H点和L点对应条件下，限制光合作用强度的环境因素相同
B　[M点植物光合作用与呼吸作用相等，但由于植物还存在一些细胞不能进行光合作用，所以叶肉细胞光合作用大于呼吸作用，因此叶肉细胞吸收的CO2来自其自身线粒体和细胞外，A错误；25 ℃时，若光照强度增强，植物光合作用增加，光补偿点降低，即N点左移，B正确；P点对应条件下，两种温度下该植株光合作用吸收的CO2的量相等，但由于25 ℃的呼吸作用大于10 ℃，所以25 ℃固定的CO2大于10 ℃，C错误；分析题干信息“低于最适光照强度”，H点限制光合作用的因素是光照强度，但10 ℃限制因素是温度，D错误。]

　


围绕不同环境中一昼夜内光合速率曲线分析，考查科学思维能力
3．(2021·清河区一模)如图为某植株在夏季晴天一昼夜内CO2吸收量的变化情况，以下判断正确的是(　　)

A．该植物进行光合作用的时间区段是bf
B．影响bc段光合速率的外界因素只有光照强度
C．cd段与ef段光合速率下降的原因相同
D．该植物处于生长时期
D　[当二氧化碳释放减少时说明出现光合作用，因此该植物进行光合作用的时间区段是ah，A错误；影响bc段光合速率的外界因素除了光照强度，还有温度等，B错误；cd段光合速率下降的原因是：温度过高，光照过强，导致气孔关闭，CO2吸收量减少，ef段下降则是因为光照强度降低，温度降低，C错误；图中可以看出，白天的净光合作用量远远大于夜间呼吸消耗，因此该植物可能处于生长时期，D正确。]
4．(2022·邯郸模拟)将生长状况一致的番茄苗均分为两组，一组正常培养，一组在缺镁条件下培养，然后移入相同的两个密闭玻璃容器中并置于室外(晴天)，测定容器中一天CO2浓度的变化，结果如图，据此可推断(　　)

A．Ⅰ组为缺镁培养组、Ⅱ组为正常组
B．番茄苗在A1、A2点开始光合作用
C．B2点时番茄苗氧气净吸收量为0
D．该条件下两组植物苗能持续正常生长
C　[根据题干：将同一生长状况的本品种植株均分为两组，分别培养在完全培养液、只缺镁的培养液中(镁是叶绿素的构成成分)，置于适宜条件下培养两周后，再将两种条件下的植株分别移入两个密闭玻璃容器内，置于室外(晴天)相同的条件下，测定密闭容器中一天的CO2浓度变化情况，据图分析，Ⅱ组C2时的CO2浓度比起始浓度高，说明Ⅱ组是在缺镁条件下培养的植株，Ⅰ为正常组，A错误；CO2浓度在A1、A2点开始下降，但是其变化率为0，说明此时既不吸收也不释放CO2，光合作用和呼吸作用相同，不是此时才开始光合作用，B错误；B2点和A1、A2点一样，变化率为0，说明此时即不吸收也不释放CO2，则氧气净吸收量为0，C正确；Ⅱ组C2点的CO2浓度高于初始值，说明无法完成有机物的积累，植物无法正常生长，D错误。]

　巧据小室内CO2(或O2)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长


围绕探究环境因素对光合作用影响的原理，考查科学探究能力
5．(2022·长沙模拟)某同学将新鲜金鱼藻置于盛有NaHCO3溶液的烧杯中，改变灯泡与烧杯的距离，测定得到如图所示结果。下列叙述正确的是(　　)

A．本实验目的是探究CO2浓度对光合速率的影响
B．15～45 cm之间，气泡产生速率代表净光合速率
C．小于60 cm时，限制光合速率的主要因素是CO2浓度
D．60 cm时，光线太弱导致光合作用完全停止
B　[分析题图可知，本实验改变灯泡与烧杯的距离，改变的是光照强度，所以本实验目的是探究光照强度对光合速率的影响，当距离小于60 cm时，限制光合速率的主要因素是光照强度，A、C错误；在60 cm时，光线太弱，导致光合作用减弱，但光合作用没有完全停止，D错误。]
6．(2022·武汉模拟)某生物兴趣小组的同学在20 ℃和相同的光照强度条件下，以菠菜叶为实验材料，用不同浓度的NaHCO3溶液控制CO2浓度，进行了“探究CO2浓度对光合作用影响”的实验，获得如图所示的实验结果(叶圆片大小相同，实验前叶圆片细胞间隙中的气体已抽出；NaHCO3溶液浓度变化对溶液pH的影响忽略不计)。请回答下列问题：

(1)该小组同学在进行上述正式实验前，先将NaHCO3溶液浓度梯度设置为0、1%、2%、3%、4%，每组放入20片叶圆片，其他条件均与上述正式实验相同，2 min时得到的结果如下表。
NaHCO3溶液浓度
0
1%
2%
3%
4%
上浮叶圆片数量(片)
0
11
4
3
0
该实验是预实验，其目的是___________________________________________
________________________________________________________________________。
4 min后，除蒸馏水组叶圆片未见上浮外，其他组叶圆片均有上浮。NaHCO3溶液在常温下能分解产生CO2，有人认为叶圆片上浮是由CO2气泡附着引起的。为此实验小组另设计了一个对照实验，最好选择上表中浓度为________的NaHCO3溶液进行对照，将20片叶圆片放到溶液中后进行遮光处理；若结果为________________________，则说明NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。
(2)由曲线图可以看出，20 ℃条件下，NaHCO3溶液浓度为________时最有利于叶圆片进行光合作用，在此浓度下，若适当增加光照强度，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会________。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，上浮的叶圆片数量减少，其原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在进行正式实验时，若要使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致，则应进行的操作是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)预实验是为正式实验摸索条件，检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围。根据表格数据可知，当NaHCO3溶液为4%时，上浮叶圆片数量为0，因此选择上表中浓度为4%的NaHCO3溶液进行对照，因为遮光处理，植物不进行光合作用，不产生氧气。若4 min后未见叶圆片上浮，则说明NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。(2)根据曲线可知，20 ℃条件下，当NaHCO3溶液浓度为1%时，上浮叶圆片数量最多，最有利于叶圆片进行光合作用。在此浓度下，若适当增加光照强度，光合作用增强，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会增加。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降，因此上浮的叶圆片数量减少。(3)当把NaHCO3溶液浓度梯度缩小，重复实验，可以使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致。
答案：　(1)检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围　4%　4 min后未见叶圆片上浮　(2)1%　增加　随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降　
(3)缩小NaHCO3溶液浓度梯度，重复实验

　小圆形叶片上浮实验中的三个关注点
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要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，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。

考点二　光合作用与细胞呼吸的关系

1．关系图解

(1)物质名称：a：叶绿体中的色素，b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH，f：C5，g：CO2，h：C3。
(2)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
2.联系
(1)物质联系

(2)能量联系

[基础诊断]
1．光合作用过程中产生的[H]可用于有氧呼吸的第三阶段。(必修1　P103正文)(×)
2．叶绿体产生的O2可进入线粒体被直接利用，线粒体产生的H2O可进入叶绿体被直接利用。(必修1　P103正文)(√)
3．进入叶绿体的CO2不能被[H]直接还原，植物体的净光合速率长期为零时会导致植物体停止生长。(必修1　P103正文)(√)
[深度拓展]
1．我们观测到的光合作用指标，如O2的产生量，不是植物光合作用实际产生的总O2量，其原因是__________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。用这种方法观察到的O2的产生量，实际是光合作用的O2释放量
2．给密闭玻璃瓶中的植物幼苗提供适宜的水、无机盐、光照强度、温度等条件，幼苗的生存时间一般不会太长，原因可能是________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：随着植物生长，土壤的水分会减少，土壤中的无机盐含量会下降，空气中CO2含量减少等

1．归纳光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路

2．光合作用、呼吸作用的“三率”图示模型


(1)“三率”的表示方法
①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。
②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应CO2量，也称为表观光合速率。
③总(实际)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量。
(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。
(3)图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
(4)图1中B点对整个植株而言，光合速率＝呼吸速率，而对于叶肉细胞来说，光合速率＞呼吸速率。


1．(2021·山东高考)关于细胞中的H2O和O2，下列说法不正确的是(　　)
A．由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生
B．有氧呼吸第二阶段一定消耗H2O
C．植物细胞产生的O2只能来自光合作用
D．光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O
C　[葡萄糖是单糖，通过脱水缩合形成多糖的过程有H2O生成，A正确；有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和H2O反应生成CO2和[H]，所以一定消耗H2O，B正确；有些植物细胞含有过氧化氢酶(例如土豆)，可以分解过氧化氢生成O2，因此植物细胞产生的O2不一定只来自光合作用，C错误；光反应阶段水的分解产生氧气，故光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O，D正确。]
2．下图是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：　(1)由分析可知，图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②是生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。
答案：　(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH(或还原型辅酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸

3．(2022·临沂模拟)已知新生的植物组织呼吸速率较高，可以提供能量并把糖类物质转化为构建新生组织所必需的材料，而成熟的组织呼吸速率较低，有利于降低有机物的消耗。为满足人类的生产需求，可以改变环境条件影响植物组织的呼吸强度下列调节呼吸强度的措施中不恰当的是(　　)
A．地窖储存的水果，最好置于低氧的环境
B．在种子有机物的快速积累期，应创设低温条件
C．种植蔬菜的温室大棚，夜间应适当升高CO2浓度
D．当浅层土壤缺乏无机盐时，应松土提高根部O2浓度
B　[蔬菜和水果贮藏保鲜时的条件：零上低温(抑制酶的活性)、低氧(抑制无氧呼吸)、适宜的湿度(保证水果、蔬菜中水分的充足)，所以地窖储存的水果，最好置于低氧的环境，A正确；在种子有机物的快速积累期，不应创设低温条件，B错误；种植蔬菜的温室大棚，白天应适当升高温度和CO2浓度，夜间应适当降低温度和升高二氧化碳浓度可抑制呼吸作用，减少有机物的消耗，C正确；当浅层土壤缺乏无机盐时，应松土提高根部O2浓度，促进植物的根系进行有氧呼吸，从而促进其更多地吸收土壤中的无机盐，D正确。]
4．(2020·新课标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，往往需要适当的浇水，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)根据题干对中耕松土的描述可知：在植株之间去除杂草并进行松土，可避免杂草与农作物竞争阳光、水、无机盐，提升作物光合作用强度，保证物质与能量更多地流向农作物，促进农作物的生长发育，同时松土能增加土壤中氧气含量，增强根细胞呼吸作用强度，促进根细胞的生长发育，促进水和无机盐的吸收。(2)由于无机盐溶于水，农田施肥的同时，往往需要适当的浇水，使根细胞吸收水分的同时吸收无机盐，促进了无机盐的吸收。(或根据植物吸水和失水的原理知，若一次施肥过多，会使土壤溶液浓度过高，大于植物细胞溶液的浓度，会因细胞失水，导致萎焉，所以在施肥后适当浇水，避免烧苗现象。)(3)根据表格信息可知，AC作物之间株高差最大，且作物A光饱和点高，作物C光饱和点低，而在同一生长期内，同一农田上间隔种植两种作物，高矮植物搭配，更有利于提高光能的利用率，更高的光饱和点能使植物吸收更多的光能，故应选择A和C作物进行间作。
答案：　(1)避免杂草与农作物竞争阳光、水、无机盐，提升作物光合作用强度，保证物质与能量更多的流向农作物，促进农作物的生长发育；松土能增加土壤中氧气含量，增强根细胞呼吸作用强度，促进根细胞的生长发育，促进水和无机盐的吸收。(减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的呼吸作用)
(2)无机盐溶于水，根细胞吸收水分的同时吸收无机盐，促进了无机盐的吸收。(或为避免因施肥导致溶液浓度升高后，细胞失水萎焉)
(3)A和C　作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用，提高光能利用率

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________。
解析：　(1)由曲线图可知，光照强度大于a时，甲植物的净光合速率随着光照强度的增加而增加的幅度更大，说明甲植物对光能的利用率较高。(2)当种植密度过大时，植株的叶片会相互遮挡，植株接受的光照强度减弱，导致植物净光合速率下降。由曲线图可知，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大。(3)由曲线图可知，在低光照强度下，乙植物的净光合速率较高，在高光照强度下，乙植物的净光合速率明显低于甲植物，所以乙植物更适合在林下低光照强度的环境下种植。
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
2．(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：　探究某种树木树冠上下层叶片的净光合速率，给出了来自树冠不同层的A、B两种叶片的光照强度与净光合速率的关系曲线图，图中也显示出A、B两种叶片的呼吸速率。(1)根据题图中的曲线可知，A叶片净光合速率最大时，对应的光照强度约为1 200 μmol·m－2·s－1，B叶片净光合速率最大时，对应的光照强度至少为2 000 μmol·m－2·s－1，即A叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于B叶片，因此A叶片位于树冠下层。(2)当光照强度达到一定数值时，A叶片的放氧速率不变，但净光合速率下降，原因可能是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用的提取叶绿素的有机溶剂是无水乙醇。
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

析个性
第1题根据光照强度与净光合速率曲线分析甲、乙两种植物在不同光照强度下对光能利用率的差异；第2题第(1)小题根据光照强度与净光合速率曲线分析同种树木树冠上下层叶片对光能利用的差异
找共性
两个题目考查形式和考查角度都完全相同，都是以图表、曲线分析题的形式考查光照强度、植物(叶片)种类与光合作用的关系。解答此类问题要明确光照强度影响光合作用的原理，学会从光合作用的原理和过程角度分析阴生植物光补偿点比阳生植物低的原因，掌握曲线图中判断阴生植物和阳生植物的方法，总结影响光合作用因素的曲线类题目的类型、分析方法和解题技巧
　光合作用“厂”字图像及其变式解读
1．典型“厂”字图像解读

(1)真正光合总量为M2＋M3。
(2)呼吸作用消耗量为M1＋M2。
(3)净光合积累量为M2＋M3－(M1＋M2)＝M3－M1。
2．“厂”字图像四种变式口诀
(1)阴阳植物要分辨

不同植物的光补偿点一般不同，这主要取决于该植物的呼吸强度，不同植物的饱和点一般也不同，这主要取决于植物的内因，受到植物内部与光合作用有关酶的数量与活性、叶绿素含量、C3和C5含量等因素的限制。一般来说，阴生植物的补偿点和饱和点对应的横轴数值要比阳生植物的补偿点和饱和点小。阴生植物叶绿体大而少，阳生植物叶绿体小而多，故阴生植物往往颜色较阳生植物深。
(2)图像颠倒“迷人眼”

有一些题目在考查的时候，会将图像上下颠倒，但解题的本质是不变的。
(3)光照强到叶“变脸”

其实我们常看到的“厂”字图像并没有画完，如果将光照强度继续加强，会导致后期植物光合作用下降。
下降的原因可能有二，需根据具体题目具体分析。
第一种原因：光照强度过强引起叶绿素降解，进而导致光合作用降低。
第二种原因：光照太强引起植物叶片蒸腾作用加快，植物为了避免失水而关闭气孔，导致CO2吸收不足，进而导致光合速率降低。
(4)细节错乱看横线
在实际的题目中，一定要看清图像的变化，尤其是细微处的调整，这道题的坐标轴原点实际上就是代表呼吸作用的点，真正的“厂”字图像的横轴在虚线的位置。题目中OA的长度即为呼吸作用强度，而整个坐标曲线代表的就是真光合作用强度。


1．(2021·肇庆三模)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，达到增加产量的目的。回答下列问题：

(1)光照强度对玉米、甘蔗和大豆植株净光合速率的影响如图1所示，据图可知光照强度为A时玉米植株叶肉细胞中光合作用产生O2的去向是________________________。光照强度由A增大到B时，暗反应速率增大的原因是_________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)间作是指在同一块田地上同时分行相间种植两种或两种以上的作物，农业生产中常将玉米植株和大豆植株间作，这样做的好处是_________________________________________
_________________________________________________________(要求答出2点)。
(3)某研究小组又进一步测定了玉米作物的叶面积与产量的关系。测得叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与玉米作物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图2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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)据图可知光照强度为A时玉米植株叶肉细胞中光合作用产生O2的去向有两个，一是到线粒体中，二是释放到外界环境中。光照强度由A增大到B时，光反应产生的[H]和ATP的含量增加，C3的还原增强，所以暗反应速率增大。(2)间作是农业生产上常用的方法之一，将玉米植株和大豆植株间作的好处是二者存在明显高度差，有利于作物的通风、透光、提高光能的利用率等，与大豆共生的根瘤菌固定的N2可以肥田。(3)由图可知，当叶面积系数小于a时，随着叶面积系数增加，群体光合速率与干物质积累速率均增加。群体干物质积累速率等于群体光合速率与群体呼吸速率之差，当叶面积系数超过b时，群体呼吸速率依然增加，但群体光合速率不变，导致群体干物质积累速率降低。
答案：　(1)到线粒体中和释放到外界　光照强度增强，光反应产生的[H]和ATP的含量增加，C3的还原增强，暗反应速率增大　(2)利于通风，利于透光或提高光能的利用率，与大豆共生的根瘤菌固定的N2可以肥田　(3)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
2．(2022·菏泽模拟)将质量和发育状况相同的甲、乙两种植物分别放在光照强度相同且恒定、其他条件相同且适宜的两密闭容器中培养，一段时间内容器中CO2相对含量的变化如图所示。请回答下列问题：

(1)当未提供光照时，植物叶肉细胞中最先产生ATP的场所是____________。
(2)实验过程中植株甲所在的容器中CO2相对含量保持稳定的原因是________________________________________________________________________。
(3)t1时间后，植株乙所在的容器中CO2相对含量下降的速率逐渐减慢的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
(4)若改变光照强度重新实验，使植株乙所在的容器中CO2相对含量保持不变，则在该光照强度下，植株甲所在的容器中CO2相对含量的变化趋势为________________。
(5)通过该研究________(能/不能)判断甲植物的光合速率小于乙植物，原因是________________________________________________________________________。
解析：　(1)未提供光照的条件下植物叶肉细胞只能通过呼吸作用产生ATP，最先是在细胞质基质中进行。(2)植株甲所在的容器中CO2相对含量保持稳定的原因是其光合作用与呼吸作用相等，达到补偿点。(3)t1时间后，植株乙光合速率大于呼吸速率，不断吸收容器内二氧化碳，使得容器内CO2相对含量降低，使植株乙的净光合速率下降，从而导致CO2吸收速率下降。(4)在目前光照条件下，植物乙的光合作用大于呼吸作用，如果改变光照强度，植株乙所在的容器中CO2相对含量保持不变，则是光照减小，因此植物甲的光合作用将小于呼吸作用，CO2相对含量增加。(5)光合作用速率＝净光合作用＋呼吸作用，坐标曲线中的是净光合作用，由于不知道植物的呼吸作用大小，因此不能判断甲乙植物的光合速率大小。
答案：　(1)细胞质基质　(2)光合作用与呼吸作用相等(净光合作用为零)　(3)植株乙光合速率大于呼吸速率，不断吸收容器内二氧化碳，使得容器内CO2相对含量降低，使植株乙的净光合速率下降　(4)增加(或先增加后稳定)　
(5)不能　不知道植物甲和乙的呼吸作用大小

一、网络构建

二、要语必记
1．C18O2、18O2、HO、14CO2在光合作用和细胞呼吸中元素转移途径的分析
(1)葡萄糖参与的有氧呼吸与光合作用反应式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O 6CO2＋12H2O＋能量
②光合作用：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O
(2)18O和14C的转移过程


2．光合速率与呼吸速率的表示方法
(1)净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
(2)真正(总)光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
(3)呼吸速率：指将植物置于黑暗环境中，单位时间内实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
微专题突破3　光合速率与呼吸速率的模型分析与实验测定

模型1　气体体积变化法——测定光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积

[实验原理]
(1)甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
(2)乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
(2022·西安模拟)下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度在恒定水平。下列几种实验结果(给予相同的环境条件)，不可能出现的是(　　)

A．甲、乙装置水滴都左移
B．甲、乙装置水滴都右移
C．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移
D．甲装置水滴右移，乙装置水滴左移
B　[根据题意可知，装置甲中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度在恒定水平，故甲装置内的气压变化是由氧气含量变化引起的，较强光照条件下(光合速率大于呼吸速率)甲装置内水滴右移，黑暗或较弱光照条件下(光合速率小于呼吸速率)甲装置内水滴左移，适宜光照条件下(光合速率等于呼吸速率)甲装置内水滴不动；乙装置内的青蛙只进行细胞呼吸而不进行光合作用，故乙装置内水滴只能左移，B错误。]
模型2　黑白瓶法——测溶氧量的变化
通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。具体方法如下：
(1)“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。
(2)有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
(3)在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
(2019·全国卷Ⅱ)回答下列与生态系统相关的问题。
(1)在森林生态系统中，生产者的能量来自于________，生产者的能量可以直接流向________________(答出2点即可)。
(2)通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内____________________________；C与B的差值表示这段时间内________________________；A与B的差值表示这段时间内________________________。
解析：　(1)生态系统中生产者的能量来自其自身光合作用所固定的太阳能。生产者的能量可直接流向初级消费者和分解者。(2)若干小时后，透光的乙瓶中的氧气含量(C)与水样中氧气的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中氧气的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总产氧量。
答案：　(1)太阳能　初级消费者、分解者　(2)生产者净光合作用的放氧量　生产者光合作用的总放氧量　生产者呼吸作用的耗氧量
模型3　半叶法——测定光合作用有机物的产生量
本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。
(2021·福州市调研)某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。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速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：

(1)MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6 h后____________________＋____________________－呼吸作用有机物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，则M表示________________________。
(3)真正光合速率的计算方法是________________________________。
(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。
解析：　叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6 h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。
答案：　(1)叶片初始质量　光合作用有机物的总产量　(2)B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量
(3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)
(4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
模型4　叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。

净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片叶绿体的光合速率是(3y－2z－x)/6(g·cm－2·h－1)(不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)M处的实验条件是(　　)

A．下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时
B．下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C．下午4时后在阳光下照射6小时
D．下午4时后将整个实验装置遮光3小时
D　[依题意，光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，净光合作用速率为(y－x)/6(g·cm－2·h－1)，还需测定呼吸速率，所以遮光3小时，呼吸速率为(y－z)/3(g·cm－2·h－1)，光合作用速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6(g·cm－2·h－1)。]

1．某生物科研小组，从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a