最新高考生物一轮复习【讲通练透】 第10.2讲 光合作用的影响因素和应用（讲义）

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4、学而不思则罔，思而不学则殆。这一点对高三生物一轮复习很重要。尤其是对于错题。错题整理不是把错题抄一遍。也不是所有的错题都需要整理。
第10讲 第2课时 光合作用的影响因素和应用
1．通过理解外界因素影响光合作用的过程，建立生命的系统观念。
2．通过比较法区分光合作用与呼吸作用，净光合作用与真正光合作用，形成科学思维。
3．根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。
4．能够根据光合作用原理指导生产实践，增强社会责任。
考点一 探究环境因素对光合作用强度的影响
光合作用强度(速率)是光合作用反应强弱的指标。
(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造的糖类的数量
(2)表示方法：单位时间内光合作用制造有机物的量、固定CO2的量、产生02的量
1.实验原理
2.实验变量分析
(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)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。
3.方法步骤
（1）事先用培养皿盛装一些自来水，取3到4片菠菜叶，用直径0.5cm的打孔器打出小圆形叶片30片（注意事项；a.叶片的选择，叶片的薄厚、颜色、鲜嫩程度要尽可能一致。b.打孔时要避开大的叶脉）
（2）接着将小圆形叶片放入注射器中，并让注射器吸入清水，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。将这一动作重复几次，直到小圆形叶片沉入水底。
（3）将内部气体逸出的小圆形叶片各10片，分别放入暗处盛有清水的3个烧杯中。这时的叶片由于细胞间隙充满了水，全部沉到水底。
（4）开启台灯，并用刻度尺分别量取三个离台灯距离不一的位置（10cm、20cm、30cm），把三个烧杯分别放在这三个位置（对应编号为1、2、3）
（5）观察并记录相同时间内两个实验装置中小圆形叶片浮起的数量
4.分析结果
不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25 ℃）
5.得出结论光照强度对光合作用强度有影响：在一定的范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用也不断增强。
6.注意事项
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，释放氧气，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为其中没有叶绿体，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。
【易混点】
(1)延长光照时间能够提高光合作用强度。( × )
(2)探究光照强度对光合作用强度影响的实验中使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。( √ )
(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。( √ )
(4)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。( × )
【实验扩展1】
NaHCO3缓冲液的作用是：维持装置中CO2浓度的稳定，为光合作用提供CO2
吸收光的热量，避免光照时实验装置中温度的变化对实验结果造成
干扰
控制温度、光照强度相同，在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，可以用于探究CO2浓度对光合速率的影响。
NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水，不利于光合作用。
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CO2
B.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
答案:C
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,C项错误。
【实验扩展2】影响光合作用的实验步骤模型举例：
考点二 影响光合作用的因素及应用
主要因素（外因：“三度”）：光照强度、温度、CO2浓度。
1.内部因素
（1）与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图5所示：
小于，小于
（2）植物叶片的叶龄、叶绿素含量、酶的活性和数量、有机物的输出情况 、气孔导度等
活性，活性
生产实践中，可适时喷施植物激素中的_脱落酸_，起到调节气孔开度的作用
叶片的有机物输出越多快，其光合速率越快。若将一株植物的果实去除，则去除的果实越多，其光合速率就_越慢_，两片相邻的叶片，若一片遮光，则另一片叶子的光合速率会_增强_。
（3）植物叶面积指数
不再增强，合理密植
(2022山东模拟)在单位时间里,生产者所固定的全部太阳辐射能量,叫作总初级生产量;总初级生产量扣除生产者自身的呼吸量,剩下的就是净初级生产量。如图表示一个森林生态系统中森林地上部分总初级生产量、净初级生产量的变化情况。图中横坐标表示叶面积指数(单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数),纵坐标表示最大光合量。下列叙述正确的是( )
A.当叶面积指数达到8时,森林的净初级生产量达到了最大值
B.当叶面积指数达到4~6时,对森林进行合理开采利用最合理
C.当叶面积指数达到8时,限制a曲线上升的因素是CO2浓度
D.最大光合量时的叶面积吸收了大部分的太阳辐射能量
答案:B
解析:由图可知,当叶面积指数达到5左右时,森林的净初级生产量达到了最大值,A项错误;当叶面积指数达到4~6时,净初级生产量最大,对森林进行合理开采利用最合理,B项正确;当叶面积指数达到8时,限制a曲线上升的因素是光照强度,C项错误;由于叶面积指数增大,最大光合量时的叶面积吸收了少部分的太阳辐射能量,D项错误。
2.外部因素：单因子对光合速率的影响及应用
（1）光照强度【单位：勒克斯（lx）
►原理：影响 光 反应阶段，制约NADPH、ATP的产生，进而制约暗反应。
►曲线分析(如图)：
➊A点：光照强度为0，此时只进行呼吸作用。
➋AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减小。呼吸作用强度大于光合作用强度
➌B点：为光补偿点，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。
➍BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。
➎C点：为光饱和点，限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
思考1：（植物体）在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于）
总结：叶绿体吸收CO2的速率是总光合速率，叶肉细胞和植物体吸收CO2的速率是净光合速率，当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸
思考2：在图甲中,呼吸作用消耗有机物的量可表示为 ,光合作用产生有机物的量可表示为 。(用S1、S2、S3和数学符号表示)
答案：S1+S2 S3+S2
(2021·广东，15)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1所示)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图2所示)，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
答案：D
解析：A、图1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；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),A正确；
B、图1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，t₁比L₂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),B正确；
C、通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其它性状基本一致，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；
D、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，但是超过光的饱和点，再增大光照强度三者光合速率的差异不再变化，D错误。
故选D。
▶应用
➊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；
温室大棚一般选无色透明塑料薄膜；遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予红光或蓝紫光。优先选择红光
➋阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低农业生产上一般间作
原因是：
A.两种植物的根系深浅搭配，合理的利用了不同层次土壤内水分和养分。
B.两种植物高矮结合，充分利用了不同层次的阳光
（与P选二25，群落的垂直结构联系，P选二32，立体农业联系）
2020，全国1卷(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 。
答案：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。
➌延长光合作用时间，通过 轮作或套作
套作：在同一块田地上，在前季作物的生育后期，在其株行间播种或移栽后季作物的种植方式
➍光合作用与P选二24种间关系的联系
2020年广东省高三上学期联考2（12分）轮作是指在同一田块上有顺序地季节间和年度间轮换种植不同作物的种植方式。豆科植物苜蓿是优良的牧草，农民将其引入小麦的作物体系形成草田轮作系统，可以减少化肥的使用和增加农作物产量，回答以下问题∶
（2）研究发现，施氮肥对苜蓿--小麦轮作系统的冬小麦光合速率的增强效果并不明显，原因是_________________;由此可见，该轮作系统可以减少农田氮肥的使用。
答案：苜蓿是豆科植物，根系共生的固氮生物具有生物固氮作用，增加了土壤中氮含量(3分)
(2)CO2浓度
►原理：CO2影响 暗 反应阶段，制约 C3 生成。
矿质元素可通过所构成的与光合作用有关的 化合物 对光合作用产生直接或间接的影响，如K+可影响光合产物的运输和积累。
►曲线分析(如图)：
CO2和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水和矿质元素越多，光合速率越快，但到A点时，即CO2、水、矿质元素达到饱和时，就不再增加了。
►应用：“正其行，通其风”，温室内充CO2，即提高CO2浓度增加产量的方法。合理灌溉、施肥，可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，增加光合速率。
生产上使用农家肥：原因是有机物在微生物的分解下产生了大量的 CO2 和 无机盐 ，同时释放了热能。
（3）温度
酶的活性
(4)矿质元素
应用：合理施肥
（5）水
应用：合理浇灌
(2021，原创）为探究环境条件对幼苗光合作用的影响，某同学将同品种燕麦幼苗分为甲、乙两组，一组培养在CO2浓度始终保持在300µL•L-1的气候室中，另一组培养在CO2浓度始终保持在800µL•L-1的气候室中.在相同且适宜的温度等条件下，测定两组幼苗净光合速率随光照强度的变化，如图所示，请回答：
（1）光照强度为a klx时，甲组幼苗叶肉细胞中能合成ATP的生物膜结构有 、 光照强度大于a klx时，限制乙组光合作用的环境因素主要是 。
（2）CO2浓度为800µL•L-1的气候室中，幼苗净光合速率随光照强度的变化是图中的 （填“甲”或“乙”）曲线，做出此判断的理由是 。
（3）实验发现，与乙组相比，甲组所产生的种子粒大饱满；甲组所产生的种子萌发后，将幼苗按照乙组的条件进行培养，再产生的种子与乙组相同。对上述实验现象最合理的解释是： .
答案：（1）类囊体膜，线粒体内膜；CO2浓度
（2）甲；图中相同光照强度和温度条件下，甲的净光合速率大于乙的，这与环境中CO2浓度的升高有利于幼苗吸收CO2进行光合作用的观点相吻合
（3）与乙组的种子相比，甲组所产生的种子粒大饱满是由环境中CO2浓度高导致光合作用强引起的，而非遗传物质不同造成的
3.外部因素：多因子对光合速率的影响及应用
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
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。
【总结归纳】
光合作用与细胞呼吸的“关键点”移动
红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下,光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图,下列叙述正确的是( )
A.当光照强度为a时,持续光照一昼夜后人参干重增加
B.光照强度大于d时,可能是温度限制了红松P/R值的增大
C.若适当增施含镁的肥料,一段时间后人参的a点右移
D.光照强度为c时,红松和人参的光合速率有可能不同
答案:D
解析:光照强度为a时,人参的光合作用速率与呼吸速率的比值为1,即光合速率等于呼吸速率,净光合等于零,没有有机物的积累,持续光照一昼夜后人参干重不会增加,A项错误;光照强度在d点时红松P/R值达到最大,此后随着光照强度的增加,光合速率也不再增加,即在d点之后,限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度,不是温度,因为图示曲线是在最适温度条件下获得的,B项错误;适当增施含镁的肥料,可以增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量,进而促进光反应以提高光合速率,在较低的光照强度下就可达到与呼吸速率相等的状态,即一段时间后人参的a点左移,C项错误;光照强度为c时,红松和人参的P/R值相等,由于红松是阳生植物,而人参为阴生植物,二者的呼吸速率有差别,因此判断二者的光合速率有可能不同,D项正确。
考点三 光合作用与细胞呼吸联系
1.光合作用和细胞呼吸中各种元素的去向
(2016年浙江卷，30题，节选)给某植物提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O。氧气中含有18O是由于__________________________________，H218O又作为原料参与了光合作用之故。
答案：C18O2中的部分氧转移到H218O中
2.光合作用和细胞呼吸中ATP的来源及去路分析
4.光合作用和有氧呼吸的能量联系
（2017，浙江节选）下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图（NADPH指[H]），请回答下列问题：
（4)乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包______(填序号)。
①C3的还原
②内外物质运输
③H2O裂解释放O2
④酶的合成
答案：①②④
考点四 光合速率的测定方法
1.光合作用强度
（1）光合作用强度：是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造糖类的量（即光合作用速率，是化学中的一种反应速率）来衡量。
（2）光合作用速率：
①表示方法：以单位时间内单位面积光合作用固定（消耗）CO2量、O2量、制造有机物量来衡量。
②测定方法：植物进行光合作用的同时，还进行呼吸作用，因此直接测定（真正）光合作用速率是很困难的，而我们只能测定净光合速率。所以可以推导出：真正的光合作用速率 = 净光合作用速率 + 呼吸作用速率。
(3)植物“三率”间的内在关系
①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＋呼吸速率。
④三种速率的表示方法：（对象：植株、叶片、细胞）
2.光合速率与植物生长
(1)当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。
(2)当净光合速率＝0时，植物不能生长。
(3)当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。
①当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率；
②当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
下图甲表示某种植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度的关系，图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构（图中M和N代表两种气体）。据图判断，下列说法正确的是（注：不考虑无氧呼吸）（ ）
A．图甲中的纵坐标数值即为图乙中的m4
B．图甲中c点时，图乙中有m1=n1=m4=n4
C．图甲中e点以后，图乙中n4不再增加，其主要原因是m1值太低
D．图甲中a、b、c、d、e任意一点，图乙中都有m1=n1>0，m2=n2>0
答案：B
详解：A、图甲中的纵坐标数值是CO2的吸收量，图乙中m3表示CO2的吸收量，A错误；
B、图甲中c点时，光合速率等于呼吸速率，因此线粒体产生的二氧化碳刚好能供叶绿体利用，叶绿体产生的氧气刚好供线粒体利用，因此图乙中有m1=n1=m4=n4，B正确；
C、图甲中e点以后，图乙中n4不再增加，其主要原因是m3值太低，或温度的限制，C错误；
D、图甲中a、b、c、d、e任意一点，图乙中都有m1=n1>0，但由于d、e点细胞呼吸强度小于光合作用强度，应为m3=n3>0，c点细胞呼吸强度等于光合作用强度，m3=n3=0，c、d、e点时，m2=n2=0，D错误。
故选B。
用密闭的培养瓶培养等量的绿藻（单细胞藻类），将其置于4种不同温度下（t1