1、能力提升案4 影响光合作用的环境因素 及相关曲线分析 突破点1 光照强度、CO2浓度骤变对C3、C5相对含量的变化分析知识精讲当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以利用下图分析(1)停止光照时光停，ATP，ADP，C3，C5，分析如下：过程停止过程停止过程停止过程停止 a.ATP不再产生b.原有ATP仍继续分解ADP积累，含量增加；ATP减少 a.C3不再还原成C5和CH2Ob.原有C5仍继续参与CO2的固定C3积累，含量增加；C5减少(2)CO2 供应停止时CO2 停，C5，C3，ATP，ADP，分析如下过程停止过程停止过程停止过程停止a.C3不再生成b.原有C3
2、继续还原生成C5和CH2OC5积累，含量增加；C3减少 a.ATP不再分解b.原有ADP继续合成ATPATP积累，含量增加：ADP减少考题示例【示例1】(2013重庆理综，6)如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述，正确的是()(注：箭头所指为处理开始时间)At1t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多Bt2t3，暗反应(碳反应)限制光合作用。若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高Ct3t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果Dt4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直
3、接产物含量降低解析 水的光解在类囊体薄膜上进行，A项错误；t2t3，限制光合作用的主要因素是CO2浓度(暗反应阶段限制光合作用)，若在t2时刻增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3t4，光照充足且强度不变，光合速率提高是因为CO2浓度提高，暗反应增强，此时，光反应也增强，C项错误；t4后，由于无光照，光反应停止，H和ATP不再生成，C3的还原仍在进行，短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，而且光反应停止，还原的C3的量减少，C3还原后的直接产物的含量也降低，D项正确。答案 D【示例2】(2011全国新课标卷，29)在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO
4、2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。回答下列问题。(1)图中物质A是_(C3化合物、C5化合物)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的_(低、高)。(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的_(高、低)，其原因是_。解析(1)由题干提供的信息可推知，植物由 1%CO2 浓度环境转移
5、到 0.003%CO2 浓度的环境中后，植物暗反应阶段的 CO2固定速率减小，因此 C3 产生量减小，C5 相对增加，由此可确定 A 为 C3 化合物，B 为 C5 化合物。(2)在 CO2 浓度为 1%的环境中物质 B 的浓度(C5 化合物)比 A 的低，原因是 CO2 浓度相对高，CO2 固定与 C3 化合物的还原达到动态平衡，根据暗反应中 CO2 固定和 C3 化合物还原的反应式：CO2C52C3；2C3 H、ATP酶(CH2O)C5，可知 C3化合物分子数比 C5化合物分子数多。将 CO2浓度从 1%迅速降低到 0.003%后，影响了 CO2 的固定，C5 化合物的消耗减少而合成速率不
6、变，因此 C5 化合物浓度升高。(3)若使该植物继续处于 CO2 浓度为 0.003%的环境中，暗反应中 C3 和 C5化合物浓度达到稳定时，根据反应式可知，物质 A 的浓度要比B 的浓度高。(4)由于 0.003%CO2 浓度下的暗反应强度比1%CO2 浓度下的低，所以所需 ATP 和H少，因此所需的光照强度也较低。答案(1)C3化合物(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍 当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累(3)高(4)低 CO2浓度低时，暗反应的强度低
7、，所需ATP和H少利用模型法分析光合作用过程中物质量的变化易错警示！(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。(2)以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，H和ATP含量变化是一致的。(3)具体分析时只有理清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定)，才能避开试题陷阱。跟进题组1如图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降至极低水平(其他条件不变)，则叶绿体中a、b含量的变化将会是()Aa上升、b下降Ba、b都上升Ca、b都下降Da下降、b上升解析 分析题图可知：a
8、、b代表H、ATP，c代表CO2，在暗反应阶段，若CO2含量突然降低，其他条件不变，则C3的含量降低，H和ATP的利用减少，即a和b的含量上升。答案 B2研究人员分别设置自然光照正常供水、遮光(50%自然光照)正常供水、自然光照干旱和遮光干旱四种实验条件栽培大姜，测定其叶片的净光合速率(Pn)，结果如图，下列叙述正确的是()A正常供水时大姜叶片干重在9天内基本不变B干旱对大姜生长的影响比遮光大C遮光时适当减少供水有利于大姜生长D干旱时适当增强光照有利于大姜生长答案 B突破点2 开放环境中环境因素对光合作用的影响 知识精讲1单因子变量对光合作用影响的曲线分析因素原理图像应用光照强度影响光反应阶段
9、，制约ATP及NADPH的产生，进而制约暗反应欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点温室大棚适当提高光照强度可以提高光合速率二氧化碳浓度影响暗反应阶段，制约C3的生成大气中CO2浓度过低时(OA段)植物无法进行光合作用大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度温度通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应)大田中适时播种温室中，增加昼夜温差，保证植物有机物的积累必需矿质元素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可影响光合产物的运输和积累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
10、机肥被微生物分解后既可补充CO2又可提供各种矿质元素2.多因子变量对光合作用影响的曲线分析P点时限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；当到Q点时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，可适当提高图示中的其他因子。考题示例【示例】(2014课标全国理综，29)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题。(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为_。CO2浓度在ab之间时，曲线_表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。(2)CO2浓度大于c时，曲线b和c所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是_。(3)当环境
11、中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量_(填“大于”、“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑_这一因素的影响，并采取相应措施。解析 本题考查绿色植物光合作用与呼吸作用的相关知识。(1)由图可知，当CO2浓度为a时，高光照强度下对应的净光合速率为0。CO2浓度在ab之间时，三条曲线均呈上升趋势。(2)由图可知，CO2浓度大于c时，b、c两条曲线均不再上升，说明CO2已不是限制净光合速率的因素。CO2浓度相同时，净光合速率：高光强中光强低光强，故此时的限制因素是光照强度
12、。(3)净光合速率为0时，植物光合作用强度与呼吸作用强度相等；低于0时，则呼吸作用强度大于光合作用强度。(4)题图曲线反映了光照强度和CO2浓度对植物净光合作用速率的影响，故温室中提高该种植物的产量，应考虑提高CO2浓度和增强光照强度。答案(1)0 a、b和c(2)光照强度(3)大于(4)光照强度(1)温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，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浓度以提高光合作用速率。(2)为提高光能利用率塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时
13、，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。(3)光补偿点与光饱和点的移动规律规律光合作用强度增强：补偿点向左移，饱和点 向右移动光合作用强度减弱：补偿点向右移，饱和点 向左移举例光补偿点光饱和点提高CO2浓度左移右移降低CO2浓度右移左移土壤缺Mg2右移左移跟进题组1(2014江苏单科，31)为研究浮游藻类的光合作用，将一种绿藻培养至指数生长期，并以此为材料，测定了藻细胞在不同条件下的净光合速率(Pn)。图1为光合放氧测定装置的示意图；图2是不同NaHCO3浓度(pH8.5,25)条件下测得的Pn曲线图。请回答下列问题。(1)通过变换图 1 中光源，可研究_、_对光合作用的影响。(
14、2)在测定不同光照对 Pn 的影响时，如不精确控制温度，则测得的光照与 Pn 的关系_(填“呈正相关”、“呈负相关”或“难以确定”)。(3)由于弱碱性的藻培养液中游离 CO2 浓度很低，藻光合作用主要通过胞内碳酸酐酶(CA)分解水中的 HCO3 获得 CO2。图 2 中达到最大 Pn 值的最低 NaHCO3 浓度为_；在更高NaHCO3 浓度下，Pn 不再增加的主要原因有 _、_。(4)培养基中的 HCO3 与 CO23 之间的离子平衡与 pH 有关，碱性条件下 pH 越高，HCO3 越少，CO23 越多，而 CO23 几乎不能被该藻利用。在测定不同 pH(7.010.0)对光合作用的影响时，
15、导致 Pn 发生变化的因素有_、_。解析(1)光照强度和光质均会影响光合速率，该实验可通过可调光源研究这两个因素对光合速率的影响。(2)光照的改变会使Pn 改变，温度改变时 Pn 也随之改变，自变量不单一，无法确定光照与 Pn 的关系。(3)由图 2 可知：最大 Pn 值所对应的最低 NaHCO3 浓度为 120 mgL1；在一定范围内，随 NaHCO3浓度增加，Pn 也增加；在更高 NaHCO3 浓度下，Pn 不再增加可能是 CO2 达到了饱和点，也可能是 CA 数量有限不能分解更多的 NaHCO3。(4)pH 改变不仅影响 HCO3 的含量，也会影响CA 的活性，从而影响 CO2 的供应，
16、因而导致 Pn 变化。答案(1)光强 光质(2)难以确定(3)120 mgL1达到了 CO2 饱和点 CA 量有限(4)CO2(或 HCO3)供应量不同 CA(细胞)活性变化2(2014安徽理综，29)某课题小组研究红光与蓝光对花生幼苗光合作用的影响，实验结果如图所示。(注：气孔导度越大，气孔开放程度越高)(1)与15 d幼苗相比，30 d幼苗的叶片净光合速率_。与对照组相比，_光处理组的叶肉细胞对CO2的利用率高，据图分析，其原因是_。(2)叶肉细胞间隙CO2至少需要跨_层磷脂双分子层才能到达CO2固定的部位。(3)某同学测定30 d幼苗的叶片叶绿素含量，获得红光处理组的3个重复实验数据分别
17、为2.1 mgg1、3.9 mgg1和4.1 mgg1。为提高该组数据的可信度，合理的处理方法是_。解析(1)分析第一幅题图中信息可知，30 d幼苗的叶片净光合速率高于15 d幼苗；蓝光处理组单位时间内、单位叶面积上CO2的吸收量高于自然光处理组与红光处理组，而据第三幅图中信息可知，蓝光处理组叶肉细胞胞间CO2浓度较自然光处理组与红光处理组低，说明蓝光处理组的叶肉细胞对CO2的利用率最高，据第二幅图中信息可知，其原因是蓝光处理组的气孔导度大，利于CO2的吸收，暗反应快。(2)叶肉细胞间隙中的CO2进入被固定的部位，需跨过细胞膜、叶绿体的外膜和内膜，共3层膜，即3层磷脂双分子层。(3)提高实验数
18、据可信度，可采用多次测量的办法以及随机取样、重复测定等。答案(1)高 蓝 蓝光促进了气孔开放，CO2供应充分，暗反应加快(2)3(3)随机取样进行重复测定突破点3 密闭环境中一昼夜CO2、O2含量变化过程分析 知识精讲1绿色植物24 h内有机物的“制造”、“消耗”与积累(1)典型图示(2)曲线解读积累有机物时间段：ce段。制造有机物时间段：bf段。消耗有机物时间段：og段。一天中有机物积累最多的时间点：e点。一昼夜有机物的积累量：SPSMSN(SP、SM、SN分别表示P、M、N的面积)。2在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图和O2含量的变化曲线图的比较项目一昼夜CO2含量的变化曲线
19、图(小室中CO2变化状况)一昼夜O2含量的变化曲线图(小室中O2变化状况)图示如果N点低于M点说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少如果N点高于M点说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加如果N点与M点一样高说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变含量最高点CO2含量最高点为C点O2含量最高点E点含量最低点CO2含量最低点为E点O2含量最低点为C点考题示例【示例】将某种植物栽培于玻璃温室内，如图为用CO2浓度测定仪测定的密闭玻璃温室内一昼夜CO2浓度的变化情况，则下列相关说
20、法不正确的是()A图中曲线表示植物积累有机物的区段是BFBG点与A点相比，植物体内有机物含量升高CDE段CO2浓度下降趋于平缓的原因主要是叶肉细胞部分气孔关闭D玻璃罩的O2的含量在BG段一直上升解析 由曲线图可知，AB段表示CO2浓度逐渐升高，呼吸速率光合速率，B、F两点均为光合速率呼吸速率，BF段表示CO2浓度逐渐下降，其中光合速率呼吸速率，FG段呼吸速率光合速率，因此，BF段表示植物有机物的积累过程；由图示可看出，一昼夜后密闭玻璃温室内CO2浓度降低，说明一昼夜中，光合作用制造的有机物的量大于呼吸作用消耗的有机物的量，因此，与A点相比，G点植物体内有机物含量升高；DE段CO2浓度下降趋于平
21、缓的原因主要是中午温度较高，叶肉细胞部分气孔关闭；玻璃罩内O2的含量在BF段一直增多，FG段又开始减少。答案 D提高农作物产量的措施选育并种植优质高产抗逆性强的优良品种；适当提高CO2的浓度；做好水、肥管理(合理灌溉、合理施肥)；杀虫除草等都是增产措施。大棚中可通过使用无色透明薄膜或玻璃，增大光照强度；白天适当提高温度，夜间适当降温等措施来增产。自然条件下，田间的光照强度不易控制，一般通过合理密植增加光合作用面积、通过套种等来延长光合作用时间，进而达到增产的目的。跟进题组1某实验小组为研究植物的光合作用，将两棵基本相同的植物分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示。在相同自然条件下，一昼夜中测得
22、植物氧气释放速率分别如丙、丁曲线所示。下列对该实验的结果的分析正确的是()AAB段和CD段，曲线下降的原因相同BE点时，气孔关闭导致光合作用基本停止C一昼夜中，装置乙的植物积累的有机物多D14 h时，装置甲的植物叶绿体中C3含量相对较高解析 AB段下降是由于CO2浓度下降，CD段下降的原因是光照强度下降，A项错误。E点时，气孔关闭导致光合作用速率下降，但仍大于呼吸作用速率，B项错误。由两曲线和横轴围成的面积的大小可知装置乙的植物积累的有机物多，C项正确。由于14 h甲装置中CO2浓度较低，该植物叶绿体中的C3含量较低，D项错误。答案 C2某植物放置在密闭的玻璃钟罩中，首先将其放在光照下，然后突
23、然置于黑暗室内一段时间，然后再开启室内光源，测得密闭容器中CO2含量的变化如图，则下列叙述不正确的是()ABC段表示植物处于黑暗中玻璃钟罩内的CO2含量的变化图BDE段表示该植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等CB点植物积累的有机物比D点多DB至C的过程中，光合作用产生的H的含量是上升的解析 分析图形可知，AB段是处于光照条件下CO2含量的变化，BC段是处于黑暗中CO2含量的变化，CE是开启室内光源后CO2含量的变化。DE段CO2含量不变，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度；B点CO2含量比D点低，故B点植物积累的有机物比D点多；BC段无光照，光反应产生的H被消耗，此时H的含量降低。答案 D3某活
24、动小组为了探究光合作用产物的运输路径，设计如下实验：将图1植物(a表示叶片，b表示茎、c表示果实、X表示某种气体)放入光合作用最适的温度和光照强度下培养，并随时记录。a、b和c三处放射物含量的数值如图2。下列分析正确的是()A根据实验要求最好用氧元素做放射性同位素实验研究B气体X是水在光下分解形成的Ct1时刻不是光合作用的结束点，S2的值表示果实呼吸量D若适当提高温度，则图2中的S1和S2的值都将变小解析 实验欲探究光合作用产物的运输路径，为避免干扰，最好用碳元素做放射性同位素实验研究；气体X指的是CO2，而不是光反应产生的O2；S2的值表示果实中有机物的积累量；由于实验温度为最适温度，提高温度光合作用强度减弱，则图2中的S1和S2的值都将变小。答案 D
