新教材适用2024版高考生物二轮总复习第1部分核心考点突破专题2细胞的物质和能量代谢核心考点五光合作用与呼吸作用的影响因素及应用教师用书

核心考点五光合作用与呼吸作用的影响因素及应用1．光合速率影响因素的曲线分析(1)环境因素：光照强度、CO2浓度和温度等(2)内部因素：光合色素的含量、酶活性等①阳生植物与阴生植物对光能的利用能力不同，阳生植物的光补偿点与光饱和点均大于阴生植物的。②植物叶面积指数、叶龄不同，对光能的利用能力不同。图甲：合理密植有利于有机物的积累。图乙：成熟叶片的光合作用最强。2．影响细胞呼吸的四类曲线3．密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化曲线(1)光合速率等于呼吸速率的点是C、E。(2)图甲中N点低于虚线，说明一昼夜CO2含量降低，净光合速率大于0，植物有机物的积累量大于0，该植物一昼夜表现为生长。(3)图乙中N点低于虚线，说明一昼夜O2含量降低，净光合速率小于0，植物有机物的积累量小于0，该植物一昼夜没有生长。4．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线分析(1)积累有机物的时间段：ce段。(2)制造有机物的时间段：bf段。(3)消耗有机物的时间段：Og段。(4)一天中有机物积累最多的时间点：e点。(5)一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN。真题感悟常考题型光合作用和呼吸作用的影响因素典例1(2022·海南卷)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，结果如图。下列有关叙述正确的是(B)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长均会缩短【解析】本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度和光照为无关变量，A错误；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，叶圆片上浮，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，B正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，说明其光合速率最小，C错误；若在4℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。故选B。典例2(2022·北京卷)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。据图分析不能得出(D)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200μL·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】分析题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小，A正确；分析题图可知，当CO2浓度为200μL·L－1时，最适温度为25℃左右；当CO2浓度为370μL·L－1时，最适温度为30℃；当CO2浓度为1000μL·L－1时，最适温度可能超过40℃，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；分析题图可知，当CO2浓度为200μL·L－1时，光合速率随温度的升高而改变程度不大，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，所以表明CO2浓度为200μL·L－1时，温度对光合速率影响小，C正确；分析题图可知，10℃条件下，CO2浓度为200μL·L－1至370μL·L－1时，光合速率有显著提高，而CO2浓度由370μL·L－1升高至1000μL·L－1时，光合速率几乎不变，所以不能表明10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。故选D。典例3(2023·浙江6月卷)植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组(白光)、A组(红光∶蓝光＝1∶2)、B组(红光∶蓝光＝3∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)，每组输出的功率相同。回答下列问题：(1)光为生菜的光合作用提供_能量__，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因_渗透__作用失水造成生菜萎蔫。(2)由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是_与CK组相比，A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高__。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为_红光∶蓝光＝3∶2__，最有利于生菜产量的提高，原因是当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)时，植物叶绿素和氮含量都比A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)高，有利于植物的光合作用，净光合速率更大，积累的有机物更多。(3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是_在25_℃时提高CO2浓度光合速率增加幅度最高__。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以_升高温度__，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生。【解析】(1)植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供能量，又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，造成外界溶液浓度高于细胞液浓度，根细胞会因渗透作用失水使植物细胞发生质壁分离，造成生菜萎蔫。(2)分析图乙可知，与CK组相比，A、B、C组的干重都较高。结合题意可知，CK组使用的是白光照射，而A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物量更多，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)时，植物的干重最高；结合图甲可知，B组植物叶绿素和氮含量都比A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)两组，有机物积累量最高，植物干重最大，最有利于生菜产量的增加。(3)由图可知，在25℃时，提高CO2浓度时光合速率增幅最高，因此，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以升高温度，使光合作用有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析，优点还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生等。典例4(2021·浙江1月卷)现以某种多细胞绿藻为材料，研究环境因素对其叶绿素a含量和光合速率的影响。实验结果如下图，图中的绿藻质量为鲜重。回答下列问题：(1)实验中可用95%乙醇溶液提取光合色素，经处理后，用光电比色法测定色素提取液的光密度值，计算叶绿素a的含量。由甲图可知，与高光强组相比，低光强组叶绿素a的含量较_高__，以适应低光强环境。由乙图分析可知，在_高光强__条件下温度对光合速率的影响更显著。(2)叶绿素a的含量直接影响光反应的速率。从能量角度分析，光反应是一种_吸能__反应。光反应的产物有_ATP、NADPH__和O2。(3)图乙的绿藻放氧速率比光反应产生O2的速率_小__，理由是_绿藻放氧速率等于光反应产生氧气的速率减去细胞呼吸消耗氧气的速率__。(4)绿藻在20℃、高光强条件下细胞呼吸的耗氧速率为30μmol·g－1·h－1，则在该条件下每克绿藻每小时光合作用消耗CO2生成_360__μmol的3-磷酸甘油酸。【解析】(1)由甲图可知，与高光强组相比，低光强组叶绿素a的含量较高，以增强吸光的能力，以适应低光强环境；由乙图可知，低光强条件下，不同温度下的绿藻放氧速率相差不大，高光强条件下，不同温度下的绿藻放氧速率相差很大，因此在高光强条件下，温度对光合速率的影响更显著。(2)叶绿素a可以吸收、传递、转化光能，叶绿素a的含量直接影响光反应的速率。从能量角度分析，光反应需要消耗太阳能，光反应是一种吸能反应；光反应过程包括水的光解(产生NADPH和氧气)和ATP的合成，因此光反应的产物有ATP、NADPH和O2。(3)图乙的绿藻放氧速率表示净光合速率，绿藻放氧速率等于光反应产生氧气的速率减去细胞呼吸消耗氧气的速率，因此图乙的绿藻放氧速率比光反应产生氧气的速率小。(4)绿藻在20℃、高光强条件下细胞呼吸的耗氧速率为30μmol·g－1·h－1，由乙图可知，绿藻放氧速率为150μmol·g－1·h－1，光合作用产生的氧气速率为180μmol·g－1·h－1，因此每克绿藻每小时光合作用消耗CO2为180μmol，因为1分子的二氧化碳与1个RuBP结合形成2分子3-磷酸甘油酸。故每克绿藻每小时光合作用消耗CO2生成180×2＝360μmol的3-磷酸甘油酸。典例5(2022·湖北卷)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同，研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天，在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。注：曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。回答下列问题：(1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会_增大__(填“减小”“不变”或“增大”)。(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明_高浓度臭氧处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小__。(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的_实验组的净光合速率均明显小于对照组__，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明_长时间高浓度臭氧对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异__。(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降，为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为_A基因过量表达与表达量下降时，乙植物的净光合速率相同__，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。【解析】(1)限制光饱和点的环境因素有温度、CO2浓度，图1中，在高浓度O3处理期间，当光照强度增大到一定程度时，净光合速率不再增大，出现了光饱和现象，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会增大。(2)据图可见，用某一高浓度O3连续处理甲植物不同时间，与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度臭氧处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。(3)据图3可见，O3处理75天后，曲线3净光合速率小于曲线1、曲线4净光合速率小于曲线2，即甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；曲线4净光合速率比曲线3下降更大，即长时间高浓度O3对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度臭氧对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异。(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降，为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，自变量是A基因功能，因此可以使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天，比较A基因过量表达与表达量下降时的净光合速率，若两种条件下乙植物的净光合速率相同，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。归纳提升：解读光合作用“厂”字图像及其变式1．典型“厂”字图像解读2．“厂”字图像的3种变式(1)阴生、阳生植物不同植物的光补偿点一般不同，这主要取决于植物的呼吸强度；不同植物的光饱和点一般也不同，这主要取决于植物的内因，如植物内部与光合作用有关的酶的