重难点(三)　光合作用和细胞呼吸的影响因素

精研重难点(三)光合作用和细胞呼吸的影响因素0102命题点(一)自然环境与密闭环境

中光合速率变化分析命题点(二)补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用命题点(一)自然环境与密闭环境中光合速率变化分析[例1]

(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(

)A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率[答案]

D[解析]初期容器内CO2浓度较大，光合速率大于呼吸速率，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度逐渐降低，O2浓度逐渐升高，导致光合速率逐渐降低，A错误；密闭容器在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，说明植物光合速率大于呼吸速率，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合速率与呼吸速率相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。[例2]

(2023·北京高考)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是

(

)A.在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升B.在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关C.在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大[答案]

C[解析]

CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增强，B正确；CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误；图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。[思维建模]1．光合作用、细胞呼吸的“三率”图分析图示解读(1)“三率”的表示方法①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2的释放量或O2的吸收量，即图1中A点。②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2的释放量、CO2的吸收量或有机物的积累量，即图1中的C′C段对应的CO2的量，也称为表观光合速率。③总(实际)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量。(2)图2中曲线c表示净光合速率，曲线d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。2．自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率变化

图示解读[针对训练]1．(2023·许昌三模)将叶面积相等的甲、乙两种植物分别置于两个相同的、温度恒定且适宜的密闭透明玻璃小室内，给予充足光照，定时测定CO2含量。实验一段时间后，甲、乙装置内气体浓度均达到平衡且甲装置内CO2含量较低。下列有关说法正确的是

(

)A．达到平衡时甲、乙两植物的光合作用强度一定相同B．实验过程中甲、乙两植物的呼吸速率相同且一直保持不变C．甲植物固定CO2的能力较乙植物低D．若将甲、乙两植物放在上述同一密闭装置中，一段时间后乙植物可能先死亡答案：D

解析：达到平衡时，虽然都是光合作用强度与呼吸强度相等，但甲装置内的CO2含量较低，甲的光合作用强度更大，A错误；由题干信息无法判断实验过程中甲、乙两植物的呼吸速率大小，且因为氧气含量的变化，呼吸速率也是变化的，B错误；从达到平衡时甲装置中的CO2含量较低可知，甲植物固定CO2的能力较乙植物高，C错误；由于达到平衡时，甲装置CO2浓度较低，说明甲植物CO2的补偿点低，因此将甲、乙两种植物放在上述同一密闭装置中，一段时间后乙植物可能先死亡，D正确。2.某植物光合作用、细胞呼吸与温度的关系如图。据此，下列对该植物生理特性的理解错误的是

(

)A.细胞呼吸的最适温度比光合作用的高B.净光合作用的最适温度约为25℃C.在0～25℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大D．理论上该植物生长的温度范围是10～50℃答案：D

解析：从图中曲线可以看出，光合作用的最适温度为30℃左右，细胞呼吸的最适温度为55℃左右，因此细胞呼吸的最适温度比光合作用的高，A正确。从图中曲线可以看出，净光合作用的最适温度为25℃左右，B正确。通过图中曲线，可以看出在0～25℃范围内，总光合速率曲线变化明显大于呼吸速率曲线，说明在0～25℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大，C正确。分析净光合作用曲线可知，温度等于－10℃时净光合速率为0，此时没有有机物积累，低于该温度植物不能生长；温度为45℃时，净光合速率为0，此时有机物的积累为0，超过该温度，植物不能生长，故理论上该植物生长的温度范围是－10～45℃，D错误。3．(2023·武清区模拟)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线分别表示某一天24小时的温度、某植物总光合速率、表观光合速率变化，图乙中曲线表示放有某植物的密闭玻璃罩内一天24小时的CO2浓度的变化，下列分析错误的是

(

)A．图乙曲线中EF段玻璃罩内CO2浓度下降加快是由于光照强度增加B．植物一天中含有机物最多的时刻在图甲中是e点，在图乙中则是H点C．植物在图甲中的b、f两点的生理状态与图乙中D、H两点的生理状态相同D．图甲曲线Ⅲd点CO2吸收量下降原因是温度过高，呼吸速率上升，表观光合速率下降，但总光合速率未下降答案：C

解析：图乙曲线中EF段玻璃罩内CO2浓度下降加快是因为光照强度增加，光合速率逐渐增大，且光合速率大于呼吸速率，玻璃罩内CO2消耗加快，A正确。图甲中Ⅲ曲线c点之前表观光合速率为负值，有机物处于不断消耗状态，ce段表观光合速率为正值，有机物不断积累，e点时光合速率＝呼吸速率，e点后光合速率＜呼吸速率，因此植物一天中含有机物最多的时刻在e点；图乙中H点玻璃罩内CO2浓度下降到最低，此时光合速率＝呼吸速率，有机物积累量达到最大，B正确。图甲中Ⅱ曲线表示植物总光合速率，b、f两点总光合速率为0，植物只进行呼吸作用；图乙中D、H两点表示光合速率＝呼吸速率，C错误。图甲曲线Ⅲd点总光合速率未下降，表观光合速率下降，因此呼吸速率上升，D正确。命题点(二)补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用[例3]

(2023·广东高考)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。)水稻材料叶绿素/(mg/g)类胡萝卜素/(mg/g)类胡萝卜素/叶绿素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27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。(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol·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____________。(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。(4)试分析在0～50μmol·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]

(1)据表格信息可知，与野生型水稻相比，黄绿叶突变体(ygl)的叶绿素含量低，类胡萝卜素/叶绿素的值较高，导致ygl叶色黄绿。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此ygl叶片主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。(2)光饱和点是光合速率不再随光照强度增加时的光照强度。据图a可知，ygl的光饱和点高于WT。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。根据图c可知，与WT相比，ygl的呼吸速率较高。据表格信息可知，与WT相比，ygl的叶绿素含量较低，当光照强度较低时，叶绿素含量低会导致光反应为暗反应提供的NADPH和ATP较少，使光合速率降低。综合上述分析可知，ygl具有较高的光补偿点的原因可能是其叶绿素含量较低和细胞呼吸速率较高。(3)与WT相比，在高密度栽培条件下，更多的光可到达ygl下层叶片，导致ygl下层叶片的光合速率较高；与WT相比，ygl的叶绿素含量低，但ygl群体的净光合速率较高，表明该群体的光能利用率较高，有机物积累量大。(4)绘制曲线图时要注意：ygl的呼吸速率约为0.9μmol(CO2)·m－2·s－1，WT的呼吸速率约为0.6μmol(CO2)·m－2·s－1，而且ygl的光补偿点(约为28μmol·m－2·s－1)大于WT的光补偿点(约为15μmol·m－2·s－1)，具体曲线图见答案。由题干信息可知，为保证水稻高产，可关注最适栽培密度或最适光照强度，因此可以继续探究高密度栽培条件下，WT和ygl的最适光照强度或探究在较强光照条件下，WT和ygl的最适栽培密度。[答案]

(1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高红光和蓝紫(2)高于细胞呼吸速率较高(3)光能利用率较高(4)如图所示探究高密度栽培条件下，WT和ygl的最适光照强度(或探究在较强光照条件下，WT和ygl的最适栽培密度)[思维建模]补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用1．光饱和点和补偿点与植物生长的关系(1)在一定条件下，饱和点越大，表示植物的光合作用能力越强。(2)高于补偿点，植物开始生长；低于补偿点，植物会净消耗有机物。补偿点低，说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。(3)通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。2．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析(如上图所示)(1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。(2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)条件B点(补偿点)C点(饱和点)适当增大光照强度(或CO2浓度)左移右移适当减小光照强度(或CO2浓度)右移左移土壤缺Mg2＋右移左移注意：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。(3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。[针对训练]4．光补偿点是指植物的光合速率与呼吸速率相等时的光照强度。光饱和点是指植物的光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。下表为三种植物的光补偿点[单位：(μmol·m－2·s－1)]和光饱和点[单位：(μmol·m－2·s－1)]，其他环境条件相同且最适宜。下列相关叙述错误的是(

)植物种类植物甲植物乙植物丙光补偿点1406839光饱和.三种植物中，最适合在较强的光照环境中生长的是植物甲B.若适当提高温度，则植物丙的光饱和点将变大C.100(μmol·m－2·s－1)的光照强度下，植物乙的有机物积累量比植物甲的多D.光照强度长期低于光补偿点，不利于植物的正常生长答案：B

解析：植物甲的光补偿点和光饱和点都最大，所以三种植物中，最适合在较强的光照环境中生长的是植物甲，A正确；若适当提高温度，则植物丙的光饱和点将变小，B错误；100(μmol·m－2·s－1)的光照强度下，植物乙的有机物积累量为正值，而植物甲的为负值，植物乙的有机物积累量比植物甲的多，C正确；光照强度长期低于光补偿点，不利于植物的正常生长，D正确。5.(2023·普宁二模)光合作用是自然界最重要的化学反应之一，影响光合作用的外因主要包括温度、CO2浓度和光照强度，如图是实验人员测得的光吸收对单个叶片的光合速率的影响。下列相关叙述错误的是

(

)A.大田作物群体对光能的利用与单个叶片不同，对应的光极限范围应该更大B.CO2极限时，限制光合作用增加的因素可能是CO2浓度或温度C.在光合作用最适温度条件下适当升温，呼吸速率可能增大，补偿点可能左移D.实际生产中，施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率答案：C

解析：大田作物群体对光能的利用更充分，光饱和点较单个叶片更大，所以光极限范围会更大，A正确；CO2极限时，曲线趋于水平，此时光照强度不再是限制因素，限制因素可能是其他外界因素，如温度或CO2浓度，B正确；在光合作用最适温度条件下适当升温，光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致光补偿点右移，C错误；实际生产中，施肥过多会影响细胞吸水，施肥不足可能影响叶绿素和相关酶的合成，故施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率，D正确。6．(2022·湖南高考)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35℃/25℃，光照强度为2μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。回答下列问题：(1)在此条件下，该水稻种子________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是__________________________________________________________________。(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_____________________________