高中生物苏教版分子与细胞第4章光合作用和细胞呼吸 第四章6

第18课时影响光合作用的环境因素[目标导读]1.结合教材展示的实例，分析影响光合作用的环境因素。2.结合实例概述光合作用原理的实践应用。[重难点击]影响光合作用的环境因素以及光合作用原理的实践应用。一影响光合作用的环境因素光合作用受多种环境因素的影响，其中光照强度、CO2浓度和温度等作用较为明显。1．光照强度对光合速率的影响(1)光照强度：单位叶面积上所接收的可见光能量。(2)光合速率：单位时间单位叶面积上CO2的固定量。(3)光照是植物进行光合作用不可缺少的条件，下图是布莱克曼用黑藻实验得到的结果。请结合教材P76～77的相关内容，分析回答：①图中显示出光照强度与光合速率的关系是怎样的？答案在光照强度较低时，植物光合速率也很低。随着光照强度的逐渐增强，光合速率也相应地变大；当光照强度进一步提高时，光合速率的增加幅度逐渐减小；当光照强度超过某一定值时，光合速率就不再增加。②光照强度是通过影响光合作用哪一阶段来达到影响光合速率的？并说明理由。答案光照强度是通过影响光反应阶段来影响光合作用速率的。光照减弱，光反应速率减弱，产生的[H]和ATP的量减少，从而使三碳化合物的还原速率减小，进而使光合速率减小；光照增强，产生的[H]和ATP的量增多，从而使三碳化合物的还原加快，进而使光合速率增加。2．CO2是光合作用的原料之一。下图是布莱克曼用黑藻实验得到的结果。请结合教材P76～77的相关内容，分析回答：(1)图中显示出CO2浓度与光合速率的关系是怎样的？答案在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加，在达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率不再增加。(2)图中曲线上B点的含义是什么？答案B点的含义是指达到最大光合速率时，所需的最小CO2浓度。(3)请思考CO2浓度是通过影响光合作用哪一阶段来达到影响光合速率的？并说明理由。答案CO2浓度是通过影响光合作用暗反应阶段来达到影响光合速率的。CO2浓度降低，暗反应中CO2固定速率减弱，从而导致光合速率减小；CO2浓度增加，暗反应中的CO2固定速率增加，从而导致光合速率提高。3．结合教材P76～77的内容，分析回答温度对光合速率的影响问题(1)温度通过影响酶活性来影响光合作用速率，教材P76表4－3说明，不同植物光合作用的最适温度不同，一般在25～30℃左右。(2)下图为温度和光合速率的关系曲线，请分析：①低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。②高温下光合速率变低的原因除了酶活性降低外，主要还是由于高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2进入细胞的量。4．结合教材P77相关内容，分析水和营养元素对光合速率的影响问题(1)水是光合作用的原料，能直接影响光合速率。(2)营养元素一般间接地影响光合速率，如氮元素能促进叶片面积的增大和叶片数目的增多，从而增加光合面积。小贴士内部因素对光合作用也有着重要的影响，主要包括色素的种类和含量、酶的数量、五碳化合物的含量等。如叶龄对叶片光合能力的影响就是内部因素综合作用的结果(如图所示)。5．提高光能利用率(1)在农业生产中主要通过增加光照面积、延长光照时间等提高光能利用率。(2)将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来。方法技巧多因素对光合速率的影响(1)图甲中，当光照强度低于P点时，三条曲线重合，说明此时限制光合速率的因素是光照强度；当光照强度高于Q点时，限制光合速率的因素主要是温度。(2)综合上述坐标曲线可知：P点之前时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，随其不断加强，光合速率不断提高。当到Q点之后时，要想提高光合速率，可采取适当提高除横坐标之外的其他因素。活学活用1．一般说来，光照增强，光合作用增强。但在夏天光照最强的中午，光合作用反而下降。其原因是()A．蒸腾作用太强，体内水分不足B．酶的活性降低C．气孔关闭，氧释放不出，抑制光反应D．气孔关闭，CO2供应不足问题导析(1)分析题干中信息，“夏季光照最强的中午”说明光照强度已不再是限制因素，此时间段内温度也最高，蒸腾作用过强导致植物失水过多，从而引起气孔关闭。(2)气孔关闭导致CO2吸收困难，从而使光合作用缺乏原料CO2，光合速率下降。答案D解析光照增强，蒸腾作用随之增强，从而避免叶片灼伤，但炎热中午光照过强时，为了防止植物体内水分过度散失，造成萎蔫、干枯，通常植物进行适应性调节，气孔关闭(此时水分主要通过叶表面表皮细胞直接蒸发散失，降低叶表温度)。虽然光反应产生了足够的[H]和ATP，但因气孔关闭，CO2进入叶肉细胞叶绿体中的分子数减少，影响了暗反应中葡萄糖的产生。2．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合速率的影响，得到的实验结果如图。请据图判断下列叙述不正确的是()A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合速率差异的原因是CO2浓度不同B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合速率差异的原因是温度不同C．光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合速率随光照强度升高而升高D．光照强度为a～c时，曲线Ⅰ、Ⅲ光合速率随光照强度升高而升高问题导析(1)比较曲线Ⅱ、Ⅲ，在光照强度为a时，在影响光合作用的因素中唯一不同的是CO2浓度。(2)比较曲线Ⅰ、Ⅱ，在光照强度为b时，在影响光合作用的因素中唯一不同的是温度。(3)在光照强度为a～b时，比较曲线Ⅰ、Ⅱ的光合速率的变化，二者在a～b范围内，都随光照强度升高而升高。(4)在光照强度为a～c时，曲线Ⅰ、Ⅲ的光合速率的变化不同：曲线Ⅰ的光合速率随光照强度升高而升高，而曲线Ⅲ在a～c段不受光照强度的影响。答案D解析由题目中坐标曲线图信息可知，光照强度为a～c时，曲线Ⅰ光合速率随光照强度升高而升高，而曲线Ⅲ在光照强度为b之前，光合速率已达最大值，因此D错误。光照强度为a时，曲线Ⅱ和曲线Ⅲ的变量是CO2浓度，因此其差异是由CO2浓度造成的。同理可知，造成曲线Ⅰ和曲线Ⅱ差异的原因是温度，光照强度为a～b时，限制曲线Ⅰ和曲线Ⅱ光合速率的主要因素是光照强度，因此会随光照强度的上升光合速率升高。二光照和二氧化碳骤变对光合作用影响的分析光反应要在光下进行，暗反应需要二氧化碳，请结合光反应和暗反应的关系图解，分析光照和二氧化碳的变化对叶绿体中各种物质的含量的影响。1．光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应产生的ADP和Pi、NADP＋为光反应提供原料；二者是光合作用全过程的两个阶段，是相辅相成的。2．当光照骤然减弱，CO2供应不变时：光反应生成的[H]和ATP减少；暗反应中三碳化合物被还原减少，含量上升；生成的糖类减少，含量下降；再生的五碳化合物也减少，含量也下降。3．当光照不变，减少CO2供应时：暗反应中五碳化合物消耗减少，含量上升，三碳化合物的生成减少，含量下降；三碳化合物被还原减少，消耗的[H]和ATP减少，光反应短时间内不变，所以[H]和ATP的含量上升；而暗反应的产物糖类含量也会下降。4．结合上述分析，完成下表：改变条件三碳化合物五碳化合物[H]和ATP产生O2速率(CH2O)合成量光照强→弱，CO2供应不变增加减少减少减慢减少光照弱→强，CO2供应不变减少增加增加加快增加光照不变，减少CO2供应减少增加增加减慢减少光照不变，CO2供应增加增加减少减少加快增加知识拓展1．光反应停止时，暗反应没有立即停止，还可以维持很短的时间，较长时间没有光反应，暗反应也无法进行，所以晚上植物只进行呼吸作用，不进行光合作用；没有暗反应，有机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。2．若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲：一直光照10分钟；乙：光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙(暗反应时间长)。3．色素只存在于光反应部位——叶绿体的类囊体膜上，但光反应和暗反应都需要酶参与，所以光合作用有关酶存在于两个部位——叶绿体的类囊体膜上和基质中。活学活用3．离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中三碳化合物与五碳化合物相对含量的变化是()A．三碳化合物增多、五碳化合物减少B．三碳化合物增多、五碳化合物增多C．三碳化合物减少、五碳化合物增多D．三碳化合物减少、五碳化合物减少问题导析(1)突然中断CO2供应，CO2固定速率下降，生成三碳化合物减少，五碳化合物被利用减少，五碳化合物相对增多。(2)短时间内，三碳化合物的还原仍正常进行，使得三碳化合物更少，五碳化合物相对更多。答案C解析叶绿体在光照条件下进行的光反应为暗反应提供ATP和[H]。三碳化合物在[H]的还原作用下形成有机物或五碳化合物。此时中断CO2供应，五碳化合物不能与CO2结合成三碳化合物，必然使三碳化合物减少，五碳化合物增多。当堂检测1．番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是()A．光反应强度升高，暗反应强度降低B．光反应强度降低，暗反应强度降低C．光反应强度不变，暗反应强度降低D．光反应强度降低，暗反应强度不变答案B解析镁是叶绿素的组成成分，缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低，进而因[H]和ATP合成不足而使暗反应强度降低。2．冬季修一些温室大棚可为居民提供新鲜蔬菜，下列说法正确的是()A．为提高产量，在阴雨天可适当提高大棚内的温度B．增施农家肥可提高大棚内二氧化碳浓度，促进晚上暗反应进行，有利于有机物的积累C．一般情况下，大棚内蔬菜进行光合作用利用的光是自然光D．蔬菜中的叶绿素对光的吸收率与光波长呈正相关答案C解析为提高产量，在阴雨天可适当降低大棚内的温度，减少有机物的消耗，A错误；增施农家肥可提高大棚内二氧化碳浓度，促进暗反应进行，有利于有机物的积累，但是暗反应需要光反应提供[H]和ATP，B错误；一般情况下，大棚内蔬菜进行光合作用利用的光是自然的白光，C正确；蔬菜中的叶绿素对光的吸收主要是红光和蓝光，D错误。3．植物的光合作用受温度(T)和光照强度(L)的影响。如图表明植物在3种不同的光照强度下消耗CO2的情况。分析在－5～0℃和20～30℃温度范围内，光合作用的限制因素分别是()A．L、T B．T和L都不是C．T、L D．T、T答案C解析此类曲线的特点是在一个坐标系中自变量不只是横坐标一个，分析时一定要注意先把两个自变量割裂开来，分别看它与因变量的关系，然后再综合两种因素对因变量的共同影响。在－5～0℃范围内，CO2的消耗量和几倍光强无关，只是随温度的升高而增加，所以其限制因素是温度。在20～30℃的范围内CO2的消耗量达到最大值，不再变化。温度已不再是限制因素，而随着光照增强，CO2的消耗量在增多，所以此时光照强度是其限制因素。4．“茶宜高山之阴，而喜日阳之早”，安徽盛产茶叶，科技人员为提高茶叶品质和产量，对茶进行了如图所示的有关研究。请据图回答下列问题：(1)植物的光合速率受光照强度、CO2浓度和温度等因素的影响，其中光照强度直接影响光合作用的__________过程，CO2浓度直接影响光合作用的________________过程。(2)如图所示，从8：00开始到10：00左右，净光合速率不断升高并出现第一个高峰。影响的主要环境因素是光照强度逐渐增加、____________、__________________等。(3)中午时分，光合速率下降，出现光合“午休”现象。从图中的曲线分析，主要原因是气温升高，植物为减少水分散失，气孔部分关闭，导致____________________________。(4)至下午15：00左右，净光合速率回升出现第二个高峰，但峰值较低，限制的主要因素可能是气温过高，呼吸作用增强，光照减弱以及_________________________________等。(5)某兴趣小组的同学查资料得知茶树喜阴湿环境，他们设想，如在茶园空隙处间行种植一些高秆作物如玉米等，不仅可以增加经济收入，还可能有效缓解茶树的光合“午休”现象。他们欲利用学校的一块正方形茶园进行探究，请完善以下实验：①将该茶园均分为东、西两块，分别标为A组、B组，其中B组为实验组，A组为对照组。②________________________________________________________________________，对两组进行相同的栽培管理。③在玉米生长的不同时期，分别测量A、B两组茶树的________________和胞间CO2浓度。④如果________________________________________________________________________，则说明他们的设想是正确的，原因可能是间作玉米能提高____________________，降低光照强度和局部温度，提高茶叶的胞间CO2浓度等。答案(1)光反应暗反应(2)气温回升CO2浓度适宜(3)胞间CO2浓度降低(4)胞间CO2浓度较低(5)②A组不处理，B组间行种植适量的玉米③净光合速率④B组的净光合速率和胞间CO2浓度高于A组环境的空气湿度解析(1)光合作用中，光照强度直接影响光合作用的光反应过程，CO2浓度直接影响光合作用的暗反应过程。(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度和温度等。(3)炎热夏季中午，气温升高，植物为减少水分散失，气孔部分关闭，导致胞间CO2浓度降低，光合速率下降，这就是植物的光合“午休”现象。(4)炎热夏季午后，光合“午休”结束，植物净光合速率回升出现第二个高峰，但由于气温过高，呼吸作用增强，光照减弱及胞间CO2浓度较低，净光合速率峰值较低。(5)该实验的自变量是茶树林是否间种玉米，因变量是茶树的净光合速率和胞间CO2浓度。实验组茶树间种适量的玉米，对照组不做任何处理。如果实验组茶树净光合速率和胞间CO2浓度高于对照组，则说明同学们的设想是正确的，原因可能是间作玉米能提高环境空气湿度，降低光照强度和局部温度，提高茶叶的胞间CO2浓度等。40分钟课时作业基础过关知识点一影响光合作用的环境因素1．生长旺盛的叶片，剪成5毫米见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理(见图及图注)。这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是()答案C解析光合作用的正常进行需要光、二氧化碳和水的参与。无光条件下植物的光合作用不能进行，也就不能产生氧气，因而叶片不能上浮，故将选项B和D排除掉；在选项A和C中，A中是煮沸过的自来水，其中二氧化碳的含量少，相比之下C中二氧化碳含量多，光合作用相对旺盛，故产生的O2比A多，所以C中叶片最先上浮。2．在封闭的温室内栽种农作物，下列不能提高作物产量的措施是()A．增加室内CO2浓度B．增大室内昼夜温差C．增加光照强度D．采用绿色玻璃盖顶答案D解析增加二氧化碳浓度，可提高光合速率；增大温室内昼夜温差有利于有机物的积累；增加光照强度，可提高光合速率，增加有机物积累；光合作用中植物对绿光几乎不吸收，所以采用绿色玻璃盖顶，光合速率很弱，不利于光合作用的进行。3．现测得某地大田小麦植株上部叶片光合作用在上午11时左右速率最高，而下部叶片在中午12时左右速率最高(该地区天气晴朗的中午12时光照最强烈)。以下对限制小麦光合作用的主要外部因素的分析，不正确的是()A．11时之前，光照是所有叶片光合速率的限制因素B．12时，限制上部叶片光合速率的因素是CO2浓度C．12时之后，光照将成为下部叶片光合速率的限制因素D．11时至12时之间，限制下部叶片光合速率的因素是CO2答案D解析该地区天气晴朗的中午12时光照最强烈，12时之前，对所有叶片，光照还没有达到最强，而且所有叶片光合速率还没达到最高，A正确；中午12时光照最强烈，对于上部叶片蒸腾作用过强，大部分气孔关闭，影响二氧化碳供应，B正确；光强在12时最强，而下部叶片在12时最高，故过了12时，下部叶片光合速率随着光强下降而下降，C正确；11时至12时之间，对于细胞叶片，光强还没达到最强，光合速率还没达到最高，故限制因素为光强，D错误。4．如图是测得两种植物上层叶子的光合作用同化CO2量与光照强度的关系图。若农田栽培植物过密，则这些叶子因何种因素严重影响产量()A．CO2供应不足B．O2供应不足C．光照不足D．温度过低答案C解析由于叶片过密，相互遮盖，得不到充分光照。5．某学校生物兴趣小组用伊乐藻进行光合作用的实验，将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以白炽灯作为光源，移动白炽灯调节其与大试管的距离，分别在10℃、20℃和30℃下进行实验，观察并记录不同距离下单位时间产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述不正确的是()A．该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响B．a点和c点的限制因素分别为温度和光照强度C．b点条件下伊乐藻能进行光合作用D．若在缺镁的培养液中进行此实验则b点向右移动答案D解析白炽灯与大试管间距离的远近影响光照强度，设置10℃、20℃和30℃，表示不同温度对光合速率的影响；a点时，光照强度相同，影响气泡产生的因素是温度；c点时，不同的温度下气泡产生量相同，影响因素是光照强度；b点时，光合作用强度等于呼吸作用强度；在缺镁的培养液中进行此实验，叶绿素的合成减少，吸收的光能减少，b点向左移动。6．如图表示的是在CO2浓度为1%和%两种情况下，某农作物的光合速率与光照强度之间的关系曲线图，据图分析，限制图中Q点的光合速率的因素是()①CO2浓度②光照强度A．① B．②C．①② D．与①和②无关答案C解析对照两条曲线，相同光照强度下Q点光合作用速率的限制因素为CO2浓度，仅从CO2浓度为%时的曲线分析，在Q点基础上增加光照强度，光合速率仍能增强，因此，限制Q点光合速率的因素还有光照强度。知识点二光照和二氧化碳骤变对光合作用影响的分析7．CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，以下叙述中最直接的原因是()A．CO2不足使固定形成的三碳化合物减少B．三碳化合物还原所消耗的ATP和[H]减少C．ATP和[H]减少使光反应分解水减少D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少答案D解析根据教材中的光合作用图解可知，CO2供应不足，三碳化合物减少，光反应积累的[H]和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少。8．光合作用过程中，将植物突然从光下移到黑暗中，下图中能表示植物叶绿体中五碳化合物含量变化曲线的是()答案D解析没有光会影响到光反应的进行，而光反应为暗反应提供ATP和[H]，它是暗反应还原三碳化合物所必不可少的成分，如果缺少ATP和[H]，必然引起三碳化合物还原减弱，但CO2固定仍正常进行，因此三碳化合物含量上升，五碳化合物含量下降。在五碳化合物没有降低到不能反应之前，CO2的固定一直进行，也就是五碳化合物一直可以形成三碳化合物，但五碳化合物的含量不会降到零。能力提升9．如图表示三株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植物放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验目的的叙述，最准确的是()A．证明光合作用的必需条件是CO2B．证明光合作用的速率随CO2浓度增高而增大C．证明过多的CO2会阻碍光合作用D．证明NaOH能促进光合作用答案B解析NaHCO3浓度越高，则钟罩内CO2的浓度越高，NaOH的作用是吸收钟罩内的CO2，所以三组实验的变量是钟罩内CO2浓度，从大到小依次为Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ，最终结果应是CO2浓度的高低对光合作用强度的影响不同。10．如图为在不同条件下，光合速率随光照强度的变化而变化的曲线(Y表示除光照强度外的其他因素)。下列有关分析不正确的是()A．在OA段，限制光合速率的主要因素是光照强度，而不是YB．在AB段，限制光合速率的主要因素有光照强度和YC．在BC段，限制光合速率的主要因素是Y，而不是光照强度D．Y可表示不同的温度或二氧化碳的浓度，其中Y1>Y2>Y3答案D解析OA段，光合速率主要取决于光照强度，而不是Y；AB段，光照强度和Y的改变都会影响光合速率；BC段，光照强度的改变不再影响光合速率；光合速率随温度的升高而升高，超过一定温度后，光合速率随温度的升高而下降，Y2不一定比Y1低。11．炎热夏季中午，因失水过多会导致植物气孔关闭，此时叶肉细胞()A．三碳化合物含量上升B．光反应产物不能满足暗反应的需求C．有机物积累速率明显下降D．叶绿体基质中ADP含量增加答案C解析炎热夏季中午，因失水过多会导致植物气孔关闭，此时叶肉细胞中二氧化碳的浓度减小，二氧化碳的固定减弱，三碳化合物含量下降；这时光反应正常进行，ATP和[H]的产生量没有变，光反应产物相对过剩，ATP的利用减少，叶绿体基质中ADP含量减少。12．图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在细胞内的变化曲线。据图回答：(1)图1中A表示的物质是____________，它由____________产生，其作用主要是________________________________________________________________________。(2)图1中ATP形成所需的能量最终来自于____________________，若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是______________。(3)图2中曲线a表示的化合物是__________，在无光照时，其含量上升的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)曲线b表示的化合物是________，在无光照时，其含量下降的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)[H]水在光下分解用于三碳化合物的还原(2)太阳光能糖类(3)三碳化合物CO2与五碳化合物结合形成三碳化合物继续进行，而三碳化合物还原受阻(4)五碳化合物五碳化合物与CO2结合形成三碳化合物继续进行，而三碳化合物不能被还原为五碳化合物解析(1)光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP，由此可确定A是[H]，[H]是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于三碳化合物的还原。(2)光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2的同化途径为14CO2→三碳化合物→糖类。(3)、(4)题干中已说明曲线a、b表示三碳化合物和五碳化合物的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP下降，三碳化合物的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此三碳化合物含量相对升高，五碳化合物含量相对下降，即a表示三碳化合物，b表示五碳化合物。13．下图中甲、乙、丙三图分别表示几种环境因素对小麦光合速率的影响，除各图中所示因素外，其他因素均控制在适宜范围。请据图回答以下问题：(1)甲图P点，限制小麦光合速率的因素为________________；乙图Q点，高CO2浓度条件下，若要进一步提高小麦光合速率，可尝试采取的措施是______________；预计丙图Q点之后三条曲线的走势为______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)干旱初期，小麦光合速率下降的主要原因可以用__________图来说明，其具体解