1、第11讲 影响光合作用的因素及应用 研究影响光合作用速率的环境因素。-3-必备知识梳理 关键能力突破 影响光合作用强度的因素 1.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,如图所示。-4-必备知识梳理 关键能力突破(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。-5-必备知识梳理 关键能力突破 2.外部因素(1)光照强度 -6-必备知识梳理 关键能力突破(2)CO2浓度 -7-必备知识梳理 关键能力突破(3)温度 -8-必备知识梳理 关键能力突破(4)必需矿质元素(N、P、Mg、K等)原理:可通过所构成的与光合作用相关的化合物,对光合作用产生直接或间接影响(如K+可影响
2、光合产物的运输和积累)应用:合理施肥促进叶面积增大,提高酶合成速率,加快光合作用速率;施用有机肥,有机肥被微生物分解后既可补充 CO2又可提供各种矿质元素-9-必备知识梳理 关键能力突破 凝练核心素养 1.科学思维运用归纳与概括的方法,分析光合作用原理在农业生产中的应用,分析、解释一些生产现象。2.科学探究通过实验探究影响光合作用的环境因素,掌握探究实验的方法。3.社会责任关注农业生产,将光合作用原理应用到农业生产中。-10-必备知识梳理 关键能力突破(生命观念、科学思维)据图分析多因素对光合作用的影响。-11-必备知识梳理 关键能力突破 图中:a.高CO2浓度,b.中CO2浓度,c.低CO2
3、浓度。高光强,中光强,低光强。(1)三个曲线图在P点之前限制光合速率的因素分别是 、。(2)三个曲线图在Q点之后横坐标所表示的因子 (填“是”或“不是”)影响光合速率的主要因素,此时的限制因素分别是 、。(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥的益处包括 。答案(1)光照强度 光照强度 温度(2)不是 温度 CO2浓度 光照强度(3)增加土壤肥力、增加大棚内的温度和CO2浓度-12-必备知识梳理 关键能力突破 考向1 单因子变量对光合作用的影响 1.在CO2浓度为0.03%、温度恒定且适宜的条件下,测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率,结果如下图。下列有关分析正确的是()A.光照强度为1 k
4、lx时,植物甲开始进行光合作用 B.光照强度为3 klx时,植物乙不进行光合作用 C.若在C点时突然停止CO2供应,短时间内植物甲的叶绿体中C3的含量会增加 D.D点时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度 答案 解析 解析 关闭光照强度为1 klx时,植物甲的光合作用强度等于细胞呼吸强度,A项错误。光照强度为3 klx时,植物乙的总光合速率=净光合速率+呼吸速率=0+20=20 mg/(100 cm2叶h),B项错误。对于植物甲,C点时突然停止CO2供应,CO2固定受阻,导致短时间内C3的含量减少,C项错误。D点是植物乙的光饱和点,因此光照强度不再是限制因素,而题中又提出“温度
5、恒定且适宜”,因此此时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度,D项正确。答案 解析 关闭D-13-必备知识梳理 关键能力突破 在影响光合作用的因素中,光照强度、温度、CO2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植物自身的遗传特性、叶龄、叶面积指数、色素的含量、酶的数量(或活性)、C5的含量等。回答影响光合作用的因素这类问题时,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;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,要对内部因素(如色素含量、酶活性等)和环境因素(如温度、CO2浓度等)进行分析;若为表格,则应先将表格信
6、息转化成曲线图再进行分析。-14-必备知识梳理 关键能力突破 考向2 多因子变量对光合作用的影响 2.(2018辽宁沈阳东北育才学校二模)下列各图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况,除各图中所示的因素外,其他环境因素均控制在最适范围。下列分析错误的是()A.图甲中A点的限制因素可能是叶绿体中色素的数量 B.图乙中D点比C点在相同时间内叶肉细胞中生成C5的速率快 C.M、N点的限制因素是光照强度,P点的限制因素是温度 D.图丙中,随着温度的升高,曲线走势将稳定不变 答案 解析 解析 关闭由图甲中可以看出,光照强度和二氧化碳的浓度不是A点光合速率的限制因素,可能是叶绿体中色素和酶的数量,A项正
7、确;图乙中D点与C点相比,光照强度增加,光反应增加,产生的ATP和H增加,因此相同时间内叶肉细胞中C3的还原量多,生成C5的速率快,B项正确;图中M、N、P三点均位于三条曲线的上升阶段,限制因素分别是光照强度、光照强度、温度,C项正确;图丙中,随着温度的升高,曲线走势有可能下降,因为超过最适浓度,酶的活性降低,D项错误。答案 解析 关闭D-15-必备知识梳理 关键能力突破 光合作用与细胞呼吸的关系 1.光合作用与有氧呼吸过程的区别 光合作用 有氧呼吸 场 所 叶绿体 细胞质基质和线粒体 C 的变化 CO2C3C6H12O6 C6H12O6C3H4O3CO2 H的变化 H2OHC6H12O6 C
8、6H12O6 和 H2OHH2O H的作用 还原 C3 还原 O2 O2 的变化 H2OO2 O2H2O -16-必备知识梳理 关键能力突破 光合作用 有氧呼吸 能量变化 光能有机物中的化学能 有机物中的化学能 ATP 中的能量和热能 ATP 产生于光反应,用于暗反应中 C3 的还原 有氧呼吸三个阶段都产生,用于除暗反应外的各项生命活动 影响因素 光照、温度、CO2浓度等 O2 浓度、温度等 -17-必备知识梳理 关键能力突破 2.光合作用与有氧呼吸的联系 (1)物质方面C:CO2C6H12O6C3H4O3 CO2 O:H2OO2 H2O H:H2OHC6H12O6HH2O-18-必备知识梳理
9、 关键能力突破(2)能量方面光能 ATP 中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 热能 ATP 中活跃的化学 能各项生命活动-19-必备知识梳理 关键能力突破 凝练核心素养 1.生命观念通过分析光合作用和呼吸作用的关系,建立起生命的整体性观念。2.科学思维运用归纳与概括的方法,理解光合作用和呼吸作用在物质转变和能量转化方面的联系。-20-必备知识梳理 关键能力突破(生命观念、科学思维)图13是光合作用、细胞呼吸相关曲线图,据图分析下列问题。-21-必备知识梳理 关键能力突破(1)图1中,交点D对应E,此时净光合量为 ,植物生长最快的点是 。(2)图2中,a、b间的差值(a-b)为 ,交点F的含义
10、是光合强度 呼吸强度,相对于图1中的 。(3)图3中,曲线c表示 ,与图2中曲线a表示含义 (填“相同”或“不相同”)。交点G的含义是 =呼吸强度,此点植物 (填“能”或“不能”)生长。答案(1)0 B(2)净光合强度或干物质量=(等于)D点和E点(3)净光合强度 不相同 净光合强度能-22-必备知识梳理 关键能力突破 考向1 光合作用与有氧呼吸内在关系 1.(2018天津红桥二模)下图为植物细胞代谢的部分过程简图,为相关生理过程。下列叙述错误的是()A.若植物缺Mg,则首先会受到显著影响的是 B.的进行与密切相关 C.蓝藻细胞中发生在叶绿体基质中 D.叶肉细胞中O2的产生量小于中O2的吸收量
11、,则该细胞内有机物的总量将减少 答案 解析 解析 关闭Mg是合成叶绿素的成分,光反应阶段需要叶绿素吸收光能,若植物缺Mg则叶绿素的合成受到影响,首先会受到显著影响的生理过程是光反应过程,A项正确;植物细胞吸收无机盐离子是主动运输过程,需要消耗能量,故与有氧呼吸过程密切相关,B项正确;蓝藻细胞是原核细胞,没有叶绿体,其光合作用发生在光合片层上,C项错误;图中光反应过程O2的产生量小于有氧呼吸过程O2的吸收量,则净光合作用量0,该植物体内有机物的量将减少,D项正确。答案 解析 关闭C-23-必备知识梳理 关键能力突破 2.(2017全国高考)下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
12、回答下列问题。(1)图中代表的物质依次是 、,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 。-24-必备知识梳理 关键能力突破 答案(1)O2 NADP+ADP+Pi C5 NADH(或答还原型辅酶)(2)C和D(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸 解析 由图可知,A表示光合作用的光反应,B表示暗反应;代表的物质依次是O2、NADP+、ADP+Pi、C5;H代表的物质为NADH(还原型辅酶)。在植物叶肉细胞中,ATP合成除了发生在光反
13、应过程中,还发生在有氧呼吸的整个过程中,有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质(C)中,第二、三阶段发生在线粒体(D)中。在缺少氧气的条件下,细胞可进行无氧呼吸产生酒精。-25-必备知识梳理 关键能力突破 考向2 光补偿点与光饱和点的移动 3.(2018辽宁盘锦高级中学期末)下图曲线表示某植物在恒温30、CO2浓度一定时光合速率与光照强度的关系,下列叙述错误的是()A.与B点相比较,C点时叶肉细胞中C3的含量降低 B.若将CO2浓度降低,则叶绿体中H合成速率将会变小,C点向左下方向移动 C.当光照强度为x点时,叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D.已知该植物光合作用和呼吸作用
14、的最适温度分别为25 和30,在其他条件不变的情况下,将温度调节到25,图中A点将向上移动,B点将向右移动 答案 解析 解析 关闭与B点相比C点时光照强度增强,光反应产生的H、ATP增多,此时CO2固定速率不变、C3还原速率增强,所以C点时C3含量较低,A项正确;若CO2浓度降低,合成的C3减少,随之消耗的H、ATP减少,所以H合成速率减慢,C点向左下方移动,B项正确;光照强度为x时,叶肉细胞既可以进行光合作用也可以进行有氧呼吸,所以此时细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,C项正确;温度由30 调节到25 时,光合作用速率增强、呼吸作用速率降低,所以A点向上移动、B点向左移动,D
15、项错误。答案 解析 关闭D-26-必备知识梳理 关键能力突破 3个关键点的移动规律 如图所示,A、B、D依次表示“光为0”点、光补偿点与光饱和点,其移动规律归纳如下。-27-必备知识梳理 关键能力突破(1)细胞呼吸加强时,其O2吸收量或CO2释放量均增加(离O点越远),图示A点下移,反之,细胞呼吸减弱时,O2吸收量或CO2释放量均减小(离O点越近),图示A点上移。(2)若改变的条件有利于光合作用时,补偿点应左移(靠O点越近),即B点左移,而光饱和点(D点)应右移(曲线图上C点向右上移)。(3)若改变的条件不利于光合作用(如缺Mg2+,温度变得不适宜等)时,光补偿点(即B点)应右移,光饱和点(D
16、)应左移(曲线图上即C点向左下移)。-28-1 2 3 41.下图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2和H的变化,相关叙述正确的是()A.过程发生在叶绿体类囊体薄膜上,过程发生在线粒体的内膜上 B.过程发生在线粒体中 C.过程均需要H和ATP的参与 D.过程产生的H是相同的物质,过程在线粒体中进行 答案 解析 解析 关闭过程表示光合作用的光反应,发生在叶绿体类囊体薄膜上,过程表示有氧呼吸的第三阶段,发生在线粒体的内膜上;过程表示细胞呼吸的第一阶段,发生在细胞质基质中;过程是CO2的固定,不需要H和ATP的参与;过程产生的H是不同的物质,过程是有氧呼吸的第二阶段,发生在线粒体基质中。答
17、案 解析 关闭A-29-1 2 3 42.如图的纵坐标表示某种植物气体吸收量或释放量的变化。(不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式,单位的表示方法相同)下列说法正确的是()A.若A代表O2吸收量,可以判断从D点开始进行光合作用 B.若A代表O2释放量,B点对应的光照强度一定不等于0,D点表示植物的净光合作用强度为0 C.若A代表CO2释放量,提高大气中的CO2浓度,D点不移动 D.若A代表CO2释放量,E点时光合作用制造的有机物总量是8 答案 解析 解析 关闭若A代表O2吸收量,可以判断从D点之前开始进行光合作用;若A代表O2释放量,B点对应的光照强度一定不等于0,D点表示植物的净光合作用强
18、度为0;若A代表CO2释放量,提高大气中的CO2浓度,D点左移;若A代表CO2释放量,E点时光合作用制造的有机物总量是8+4=12。答案 解析 关闭B-30-1 2 3 43.为研究干旱胁迫对某植物生理的影响,科研人员在实验室内其他条件适宜且恒定的条件下,人为制造缺水环境(干旱胁迫)。请回答下列问题。(1)干旱胁迫初期,测得叶片气孔开度降低,叶片光合速率也降低。请分析叶片光合速率降低的原因:。(2)在干旱胁迫中期,测得光反应释放的氧气减少,推测出可能是叶绿体内 (结构)受损所致,这样为暗反应提供的 减少,从而光合速率降低。-31-1 2 3 4(3)将叶面积相等的A、B两种植物叶片分别放置在相
19、同的、温度适宜且恒定的密闭小室内,给予充足的光照,利用测量仪每隔5 min测一次小室中的CO2浓度,结果如图所示。两种植物的光合速率都降低,原因是 。当密室中CO2浓度下降到一定浓度后不再继续下降,原因是 。此实验可推测出 植物更耐旱。-32-1 2 3 4答案(1)气孔开度降低,叶片吸收CO2的量减少,所以光合速率降低(2)类囊体薄膜 ATP和H(3)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于细胞呼吸释放CO2的量,导致容器内CO2的浓度降低,光合速率降低 光合作用强度等于细胞呼吸强度 B-33-1 2 3 4解析(1)结合题意,干旱胁迫初期,由于叶片气孔开度降低,叶片吸收CO2的量减少,所以叶片
20、光合速率降低。(2)在干旱胁迫中期,光反应释放的氧气减少,推测出可能是叶绿体内进行光反应的结构类囊体薄膜受损所致,这样光反应为暗反应提供的ATP和H减少,从而光合速率降低。(3)密室内,由于绿叶在光下光合作用吸收CO2的量大于细胞呼吸释放CO2的量,导致容器内CO2的浓度降低,光合速率降低;当密室中CO2浓度下降到一定浓度后不再继续下降,说明此时绿叶光合作用强度等于细胞呼吸强度,即单位时间内光合作用吸收CO2的量等于细胞呼吸释放CO2的量。根据两种植物在密室中CO2浓度大小比较,B植物进行光合作用所需的CO2补偿点更低,说明B植物更耐旱。-34-1 2 3 44.科学家利用某种水生真核绿藻进行
21、了实验研究。首先将该种绿藻分为甲、乙两组,甲组置于高CO2浓度(5 000 L CO2/L)下,乙组置于自然空气CO2浓度(360 L CO2/L)下,其他条件保持相同且适宜,培养910 d后,再把甲、乙两组都放在自然空气CO2浓度条件下,测定两组绿藻在不同光强下的光合速率,实验结果如下图所示。-35-1 2 3 4请回答下列问题。(1)该实验的目的是 。(2)光强为100 mol/(m2s)时,两组都有气泡产生,甲、乙两组气泡中的气体分别来自 (填细胞器名称)。其中甲组的判断理由是 。(3)实验结果证明,甲组光合速率始终明显低于乙组,从光合作用的酶的角度分析其原因可能是 。答案(1)探究高C
22、O2浓度(或不同CO2浓度)对绿藻光合作用的影响(2)线粒体和叶绿体(顺序不可颠倒)光强为100 mol/(m2s)时,甲组的呼吸速率大于光合速率,气泡中的气体为CO2(3)高CO2浓度培养后,光合作用的酶活性降低-36-1 2 3 4解析(1)根据题干分析可知,甲、乙两组绿藻是分别放在两个不同浓度的CO2下培养,因此该实验的目的是探究不同CO2浓度对绿藻光合作用的影响。(2)由坐标中曲线可知,当光照强度为100 mol/(m2s)时,甲组的光合速率为负值,说明此光照强度下,甲组植物的呼吸速率大于光合速率,线粒体中有氧呼吸产生的CO2释放出来,产生气泡;而此光照强度下,乙组的光合速率为正值,说明乙的光合速率大于呼吸速率,叶绿体中光合作用产生的氧气释放出来,产生气泡。(3)由于甲组先置于高CO2浓度(5 000 L CO2/L)下培养一段时间,而后两组即使在相同条件下,甲的光合速率始终明显低于乙组,从光合作用的酶的角度分析,可能是经高CO2浓度培养后,光合作用的酶活性降低。
