2025届高考生物一轮总复习必修1第三单元细胞的能量供应和利用第14讲光合作用的影响因素及其应用课件
展开【课标要求】 活动:探究环境因素对光合作用强度的影响。
考点一 探究环境因素(以光照强度为例)对光合作用强度的影响 1.实验原理
(1)自变量的设置:______________是自变量,通过调整_______________________来调节光照强度的大小。(2)中间盛水的玻璃柱的作用:吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内_________产生影响。
(3)因变量是光合作用强度,可通过观测单位时间内____________________________________或者是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.实验结果的生理状态分析(1)在黑暗情况下,植物叶片只进行______________,吸收O2,产生的CO2较易溶于水,所以叶片______________。细胞生理状态如下图所示:
(2)在弱光下,此时的光合作用强度______________细胞呼吸强度,叶片中仍然没有足够的O2,叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图所示:
(3)在中、强光下,光合作用强度_______细胞呼吸强度,叶片中会有足够的O2产生,从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分,使叶片浮起来。细胞生理状态如下图所示:
1.(2024·龙岗高三质检)下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溶液可以为金鱼藻的光合作用提供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量与呼吸作用消耗的O2量的差值。
2.(2022·海南选择考)某小组为了探究适宜温度下CO2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,结果如下图所示。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间均会缩短
解析:由实验目的可知,NaHCO3浓度为自变量,温度和光照均为无关变量,无关变量应保持相同且适宜,A项错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片上浮主要是因为其进行光合作用释放了氧气,且光合作用释放氧气的速率越高,叶圆片上浮所需的时间越短,B项正确;四组实验中,0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,说明其光合速率最低,C项错误;实验是在适宜温度下进行的,若降低温度,光合速率减慢,则各组叶圆片上浮所需时间均会延长,D项错误。
考点二 光合作用的影响因素及其应用 1.外部因素(1)单因子变量对光合速率的影响。①光照强度。
(2)多因子变量对光合速率的影响。
2.内部因素(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。①光补偿点:阳生植物>阴生植物。②光饱和点:阳生植物>阴生植物。(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。
[教材命题点思考]1.干旱条件下,很多植物的光合作用速率降低,主要原因是_____________________________________________________。提示:叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少
2.西瓜、玉米和辣椒轮作和固定种植玉米相比,其优点是________________________________(答出2点即可)。提示:充分利用土壤中的矿质资源、改善土壤条件、减少大面积病虫害发生的概率
3.在温室大棚生产中,大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量,原因是_______________________________________________。提示:农家肥中的有机物被微生物分解产生无机盐和CO2,CO2和无机盐被作物利用,提高大棚作物的产量
[模型命题点思考]4.下图是在夏季晴朗的白天,某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。
(1)7—10时的光合作用强度不断增强的原因是__________________。(2)10—12时的光合作用强度明显减弱的原因是_____________________________________________________________。提示:此时温度很高,导致气孔大量关闭,CO2无法进入叶片组织,致使光合作用暗反应受到限制 (3)14—17时的光合作用强度不断下降的原因是__________________。(4)从图中可以看出,限制光合作用的因素有__________________。
(5)依据本题提供的信息,提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施:________________________________________________________________________________________________________。提示:可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式,如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等,提高绿色植物光合作用强度
1.(2023·广东选择考)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显,但在高密度栽培条件下ygl产量更高,其相关生理特征见下表和下图。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
分析图表,回答下列问题:(1) ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和_________________________,叶片主要吸收可见光中的______________光。解析:从题表数据可得,与WT相比,ygl的类胡萝卜素/叶绿素的值更高,ygl为0.27,可能导致叶色黄绿。叶片含叶绿素和类胡萝卜素,主要吸收红光和蓝紫光。
类胡萝卜素/叶绿素的值较高
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μml·m-2·s-1时,ygl的净光合速率较WT更高,但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加,比较两者的光饱和点,可得ygl_________WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和__________________。解析:由题干可知,光饱和点为光合速率不再随光照强度增加时的光照强度,ygl的光饱和点为2 000 μml·m-2·s-1,比WT的光饱和点高;光补偿点是光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度,呼吸速率高时,光补偿点可能更大,从图c可得ygl呼吸速率更高,可能导致光补偿点更高。
(3)与WT相比,ygl叶绿素含量低,高密度栽培条件下,更多的光可到达下层叶片,且ygl群体的净光合速率较高,表明该群体___________________________,是其高产的原因之一。解析:在强光下,高密度栽培ygl群体可通过下层叶片充分吸收光能,提高光能的利用率。
在强光下光能利用率更高
(4)试分析在0~50 μml·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题。______________________________________________。
解析:曲线与纵轴的交点表示呼吸速率,通过图c可知,WT呼吸速率约为0.6 μml(CO2)·m-2·s-1,ygl呼吸速率约为0.9 μml(CO2)·m-2·s-1,所以ygl与纵轴的交点应在WT与纵轴的交点下面;曲线与横轴的交点表示光补偿点,由图b可知,WT应在14 μml(CO2)·m-2·s-1左右,ygl在28 μml(CO2)·m-2·s-1左右,所以绘制曲线如答案所示。通过比较可知低光照强度条件下的ygl净光合速率比WT低,高光照强度条件下ygl净光合速率比WT高,据此提出科学问题。
答案:为什么在高光照强度下ygl的光合速率比WT高,而在低光照强度下ygl的光合速率比WT低
2.(2024·湛江高三一模)为研究低温对作物光合特性的影响,科研人员以某作物为实验材料,以大田平均温度10 ℃为对照(CK),设置3个低温处理组T1(-2 ℃)、T2(-4 ℃)、T3(-6 ℃),结果如下表所示。回答下列问题:
(1)进行该实验时,应控制___________________________________(至少写出2点)等无关变量相同且适宜。根据表中数据分析,T2组的净光合速率小于T1组的,与气孔导度_______(填“有关”或“无关”),理由是__________________________________________________。
光照强度、CO2浓度、水分、矿质元素
气孔导度小于T1组的,但其胞间CO2浓度较高
(2)低温条件下,细胞中自由水/结合水的值会__________________。有研究表明,低温处理也会影响叶绿体中基粒的体积、形态及数量,为了验证该结论,可采用的方法为___________________。(3)为了研究低温处理对叶绿素a和叶绿素b含量的影响,可用_______法分离色素,其原理是_________________________________。
不同色素在层析液中的溶解度不同
创设情境 长句特训[判断依据类]1.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,结果如下图所示。据图回答下列问题:
从图中可知,A叶片是树冠_________(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是_______________________________________。提示:下层 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
2.甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如下图所示。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____________________________________。
提示:甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙植物大,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植物大
[原因分析类]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2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)如下表所示。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2种作物的理由是_______________________________________
提示: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,能利用下层的弱光进行光合作用
4.对生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会_________,出现这种变化的主要原因是________________________________。提示:降低 气孔开度减小导致供应给光合作用的CO2减少
5.已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。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____________________________________。提示:植物在光下进行光合作用吸收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
6.若将某种植物密闭在无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强,原因是______________________________。提示:该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发生作用生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
[结果结论类]7.镉盐在水中多以离子状态存在,对水生植物的影响尤为严重。某科研小组研究不同浓度的镉对水生植物叶绿素的影响,结果见下图,由图得出的结论是_________________________________________。
提示:随着镉浓度的增大,叶绿素的含量逐渐降低,且叶绿素a受影响的幅度更大
8.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。
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出的初步结论是______________________________。提示:乙组光合作用强度的变化趋势与甲组不同是由环境因素(低光照强度)引起的,而非遗传物质的改变造成的
高考真题体验1.(2023·高考新课标卷)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是( )A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
解析:经历低温诱导促使植物开花的作用,称为春化作用,措施②反映了低温与作物开花的关系;很多植物的开花与昼夜长短有关,措施④可反映昼夜长短与作物开花的关系,A项合理。措施③风干储藏可以降低小麦、玉米等种子的呼吸作用强度,减少有机物的消耗;措施⑤合理密植的主要目的是提高光合作用强度,B项不合理。
措施②的主要目的是促进作物开花;措施⑤合理密植有利于作物充分利用光能,提高光合作用的效率;措施⑥间作种植的主要目的是提高光能利用率,C项不合理。措施①低温储存和措施③风干储藏的主要目的都是降低作物或种子的呼吸作用强度,但措施④光周期处理的主要目的是影响作物开花,D项不合理。
2.(2021·广东选择考)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,示意图),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。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
解析:t2的叶绿体受光面积/细胞受光面积小于t1的,意味着在相同光照强度下,t1能利用更多的光能,当光照强度达到t1的光饱和点时,该光照强度还未达到t2的光饱和点,A项正确;在较低的相同光照强度下,t1能利用更多的光能,因此t1光合速率等于呼吸速率时所需的光照强度小于t2,即t1的光补偿点小于t2的,B项正确;题干中已说明三者的叶绿素含量及其他性状基本一致,因此三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关,而与叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置有关,C项正确;
在一定范围内,随着光照强度的增加,拟南芥WT、t1和t2的光合速率也增加,当光照强度足够大时,三者都达到了最大光合速率,此时三者光合速率的差异将不会随着光照强度的增加而变大,D项错误。
3.(2022·北京等级考)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浓度的关系如下图所示。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-1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:由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度升高而降低,A项不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL·L-1时,光合作用的最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL·L-1时,光合作用的最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL·L-1时,光合作用的最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用的最适温度升高,B项不符合题意;
当CO2浓度为200 μL·L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C项不符合题意;10 ℃ 时,CO2浓度从200 μL·L-1上升到370 μL·L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL·L-1上升到1 000 μL·L-1时,光合速率基本不变,故不能判断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。
4.(2023·浙江1月选考)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”,果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果见表1。
注:①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶,用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率:单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题:(1)叶片叶绿素含量测定时,可先提取叶绿体色素,再进行测定。提取叶绿体色素时,选择乙醇作为提取液的依据是_____________________________________。解析:由于叶绿体色素是脂溶性物质,易溶于乙醇,故提取叶绿体色素时可选择乙醇作为提取液。
叶绿体色素为脂溶性物质,易溶
(2)研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的________结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的__________________中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中,选用13CO2的原因有_______________________________________(答出2点即可)。解析:给叶片供应13CO2,13CO2先与C5结合形成C3,C3被还原为糖的反应是吸能反应,需要光反应的产物ATP和NADPH提供能量。由于CO2是光合作用的基本原料,且13C可被仪器检测到,故研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2。
CO2是光合作用的原料、13C可被仪器检测到
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知,随着该植物库源比降低,叶净光合速率________(填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量_______(填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是___________________________________________________________。解析:分析表1可知,随着该植物库源比降低(注:从1/2降低到1/6),叶片的净光合速率降低(注:从9.31 μml·m-2·s-1降低到8.75 μml·m-2·s-1),果实中含13C光合产物的量增加(注:从21.96 mg增加到 66.06 mg)。随着库源比升高,光合作用合成的有机物总量减少,可提供给果实的有机物相应减少,单果重也相应减小。
光合作用合成的有机物总量减少,可提供给果实的有机物相应减少
(4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验,库源处理如图所示,用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用,结果见表2。
根据表2实验结果,从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实的特点是__________________。解析:由图表分析可知,距离叶片(源)越近的果实(库)分配到的光合产物越多,单果越重,故从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实时具有就近分配的特点。
(5)综合上述实验结果,从调整库源比分析,下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项?_____ (A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土)。解析:除草和松土在一定程度上可以提高光合作用速率,但不一定能提高单枝的合格果实产量。遮光会降低光合作用速率,其不能提高单枝的合格果实产量。据题中信息可知,单果重10 g以上为合格。表2中第3果的单果重为8.19 g,为不合格果实。从调整库源比分析,为了提高单枝的合格果实产量,可将距离叶片(源)较远的果实(库)摘除掉,因此C项符合题意。
5.(2022·广东选择考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a),测定相关指标(图b),探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题:(1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量_____________,原因可能是_______________________________________________________________________________________________。(2)比较图b中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的________________________,因而生长更快。
遮阴条件下植物合成较多的叶绿素以适应弱光环境(或促进叶绿素相关基因的表达)
有机物[或糖类或(CH2O)]
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究:实验材料:选择前期__________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法:按图a所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以_________为对照,并保证除__________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
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