2025届高考 一轮复习 浙科版光合作用的影响因素及应用 学案 浙江

第8课时光合作用的影响因素及应用课标要求活动：探究不同环境因素对光合作用的影响。考点一环境因素对光合速率的影响1．真正(总)光合速率、表观(净)光合速率和细胞呼吸速率的辨析(1)根据概念辨析①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。②表观(净)光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。③真正(总)光合速率：是指植物在光照条件下，从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际同化的CO2的量，又称总光合速率，表观光合速率小于真正光合速率，即真正光合速率＝表观光合速率＋细胞呼吸速率。(2)根据关键词判定(单位时间、单位叶面积内的量)检测指标细胞呼吸速率表观光合速率真正光合速率CO2释放量(黑暗)吸收量(植物)、减少量(环境)利用量、固定量、消耗量O2吸收量(黑暗)、消耗量(黑暗)释放量(植物)、增加量(环境)产生量、生成量、制造量、合成量葡萄糖消耗量(黑暗)积累量、增加量产生量、生成量、制造量、合成量(3)通过细胞器气体交换量辨析(4)通过坐标图辨析①A点时，只进行细胞呼吸；绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。②AB段随着光强度的增强，光合作用强度也增强，但仍小于细胞呼吸强度；B点时，光合作用强度等于细胞呼吸强度，即光补偿点。③BC段随着光强度的增强，光合作用强度增强；C点对应的光强度为光饱和点，限制C点的环境因素可能有温度或二氧化碳浓度等。绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为表观(净)光合速率。④真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：a．光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。b．光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。c．光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。2．影响光合作用的外部因素分析(1)单因子变量的影响思考水分和N、P、K等是如何影响光合作用的？提示水分影响气孔的开闭，N、P、K等矿质元素超过一定浓度后，植物会因土壤溶液浓度过高而渗透失水，出现萎蔫，同时N、Mg等矿质元素也是合成叶绿素、酶的原料。(2)多因子对光合速率的影响1．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。下列分析正确的是()A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少D．其他条件不变，光强度适当增强时，两曲线的交点将向左下方移动答案A解析分析题意与图像可知，图中的虚线代表表观光合作用，实线代表细胞呼吸。在光照下，光合作用制造的有机物总量(真正光合作用量)＝细胞呼吸消耗的有机物量(呼吸量)＋有机物的净积累量(表观光合作用量)，即某温度下图中实线所对应的量加上虚线所对应的量就是真正光合作用量。光照相同时间，在25℃条件下植物积累的有机物的量最多，B错误；由图可知，温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量仍在增加，只是表观光合速率开始下降，C错误；两曲线的交点表示某温度时，有机物的净积累量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等，当其他条件不变，光强度适当增强时，表观光合作用量增大，两曲线的交点将向右上方移动，D错误。2．(2023·杭州高三联考)将玉米的PEPC酶基因与PPDK酶基因导入水稻后，在某一温度下测得光强度对转双基因水稻和原种水稻的光合速率影响如图1；在光照为1000lx下测得温度对光合速率的影响如图2。据图分析，下列叙述错误的是()A．PEPC酶基因与PPDK酶基因不影响水稻的呼吸强度B．用温度25℃重复图1相关实验，a点向右上方移动C．两类水稻积累有机物的最适温度相同D．转双基因水稻更适合栽种在强光照环境中答案B解析根据图1可知，两种水稻的起点相同，说明呼吸速率相同，即PEPC酶基因与PPDK酶基因不会影响水稻的呼吸强度，A正确；结合两图可知，图1是在30℃时做的实验，用温度25℃重复图1相关实验，则表观光合速率减小，a点向左下方移动，B错误。归纳提升三类曲线的相关分析考点二活动：探究环境因素对光合作用的影响实验拓展(1)设置温度作为自变量：用上述装置探究温度对光合速率的影响，可通过将试管分别置于装有不同温度水的烧杯中控制自变量——温度。(2)设置CO2浓度作为自变量：用上述装置探究CO2浓度对光合作用的影响，可通过往试管内分别加入不同浓度的NaHCO3溶液来控制自变量——CO2浓度。3．(2023·嘉兴高三期末)取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，平均分成四组，各置于相同的密闭装置内，在其他条件相同且适宜的情况下，分别置于四种不同的温度条件下(t1<t2<t3<t4)。测得光照相同时间后各装置内O2的增加值及黑暗条件下各装置内O2的消耗值，结果如图所示。下列相关叙述错误的是()A．在实验温度范围内，细胞呼吸强度随着温度的升高而升高B．在四种温度条件下，植物在t3温度时光合作用生成的O2总量最多C．t4温度下，将装置置于光下8h后，再置于黑暗中8h后装置内O2总量不变D．光下叶肉细胞中O2浓度最高的场所是叶绿体的类囊体膜答案B解析黑暗中O2的消耗值代表细胞呼吸强度，图中细胞呼吸强度随着温度的升高而升高，A正确；光合作用生成O2总量＝光下O2增加值(表观光合速率)＋黑暗中O2消耗值，t3温度时光合作用O2生成总量约为12.5＋8＝20.5(mg/h)，t4温度时O2生成总量为12＋12＝24(mg/h)，B错误；t4温度下，光下O2增加值＝黑暗中O2消耗值，故t4温度下将装置置于光下8h后，再置于黑暗中8h后装置内O2总量不变，C正确；O2在类囊体膜产生，光下此处O2浓度最高，D正确。4．将生长状况相同的某种植物在不同温度下分别暗处理1h，再在相同光强度下光照1h，用CO2红外分析仪测定密闭容器中CO2的浓度，结果如图。下列分析正确的是()A．该植物在29℃和30℃时不再表现出生长现象B．该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度分别是29℃和28℃C．在29℃时光合作用制造的有机物的量大于28℃时制造的量D．30℃时该植物光合作用速率等于细胞呼吸速率，均为20微摩尔/小时答案C解析暗处理后CO2浓度的增加量代表细胞呼吸强度，光照后与暗处理前CO2浓度的减少量变化表示的是光合进行了1h和呼吸进行了2h后的重量变化，由图中数据可知，四组不同温度条件下，该植物都表现为生长现象，A错误；真正光合作用强度＝CO2浓度的减少量(表观光合速率)＋2×CO2浓度的增加量(呼吸速率)，图中29℃最大，而细胞呼吸强度也是在29℃最大，故该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度都是29℃，B错误；结合分析可知，真正光合作用强度＝CO2浓度的减少量＋2×CO2浓度的增加量，28℃时，光合作用制造的有机物的量等于60＋40×2＝140(微摩尔/小时)，29℃时，光合作用制造的有机物的量等于60＋60×2＝180(微摩尔/小时)，在29℃时光合作用制造的有机物的量大于28℃时制造的量，C正确；30℃时，光合作用速率大于细胞呼吸速率，D错误。考点三光合作用与细胞呼吸的综合应用1．光合作用与细胞呼吸的区别与联系2．光合作用与细胞呼吸在物质、能量上的联系(1)物质联系①C：CO2eq\o(→,\s\up7(碳反应))C6H12O6eq\o(→,\s\up7(需氧呼吸Ⅰ))C3H4O3eq\o(→,\s\up7(需氧呼吸Ⅱ))CO2②O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))O2eq\o(→,\s\up7(需氧呼吸))H2O③H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADPHeq\o(→,\s\up7(碳反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(需氧呼吸Ⅰ、Ⅱ))[H]eq\o(→,\s\up7(需氧呼吸Ⅲ))H2O(2)能量联系3．光合作用与需氧呼吸中供氢体(NADH、NADPH)、ATP来源与去路5．(2024·丽水高三联考)线粒体和叶绿体是真核细胞内两种由双层膜封闭式包被的产能细胞器。下列叙述错误的是()A．叶绿体内膜和线粒体内膜都能合成ATPB．线粒体中O2的消耗和叶绿体中的O2的生成都伴随着电子的传递C．线粒体基质中产生[H]，叶绿体基质消耗NADPHD．线粒体和叶绿体中的DNA均能通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成答案A解析叶绿体内膜不能合成ATP，叶绿体的类囊体膜能合成ATP，A错误；线粒体中O2的消耗发生在需氧呼吸第三阶段，叶绿体中O2的生成发生在光反应阶段，二者都伴随着电子的传递，B正确；线粒体基质中(需氧呼吸第二阶段)产生[H]，叶绿体基质(碳反应阶段)消耗NADPH，C正确；线粒体和叶绿体为半自主细胞器，其中的DNA均能通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，D正确。6．图甲表示某植物的部分细胞结构和相关代谢情况，a～f代表O2或CO2；图乙表示20℃时光强度对该植物光合作用的影响(以测定的CO2吸收量与CO2释放量为指标)。请据图回答下列问题：(1)图甲叶绿体中的ADP从__________________向______________上移动。(2)图乙C点时，细胞内产生ATP的场所有______________________________。(3)图甲中，a～f中可以代表O2的是_______________________________________________。(4)图乙中，当把E点的光强度提高到D点的光强度时，短期内三碳酸的含量会____________，五碳糖的含量会________(填“增加”或“减少”)。(5)图乙D点时，该植物总光合速率是呼吸速率的______倍，若该植物长期处于B点的状态，该植物体内有机物含量将________(填“增加”或“减少”)。答案(1)叶绿体基质类囊体膜(2)叶绿体、线粒体、细胞溶胶(3)a、c、f(4)减少增加(5)5减少解析(1)光合作用光反应阶段合成ATP，场所在类囊体膜，运输到叶绿体基质，ATP在碳反应阶段分解为ADP和Pi，ADP和Pi又从叶绿体基质向类囊体膜移动。(2)图乙C点时，细胞内既进行细胞呼吸又进行光合作用，能产生ATP的场所有叶绿体、线粒体、细胞溶胶。(3)在图甲中，叶绿体进行光合作用消耗CO2，产生O2，线粒体进行需氧呼吸消耗氧气，产生CO2，所以a、c、f代表O2，b、d、e代表CO2。(4)图乙中，当把E点的光强度提高到D点的光强度时，光反应阶段加快，产生的ATP和NADPH增加，三碳酸的还原速率加快，短期内三碳酸的含量会减少，同时CO2的固定不变，短期内五碳糖的含量会增加。(5)图乙中D点时，表观光合速率为6.0mg/h，呼吸速率为1.5mg/h，总光合速率为7.5mg/h，此时该植物总光合速率是呼吸速率的5倍。图中B点状态为呼吸速率大于光合速率，消耗的有机物比产生的有机物多，有机物积累量为负值，长期处于B点的状态，该植物体内有机物含量将减少。1．(2021·浙江6月选考，23)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示，图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响，图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HCOeq\o\al(－,3)形式提供，山梨醇为渗透压调节剂，0.33mol·L－1时叶绿体处于等渗状态。据图分析，下列叙述错误的是()A．与等渗相比，低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大，光合速率大小相似B．渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大C．低渗条件下，即使叶绿体不破裂，卡尔文循环效率也下降D．破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大，放氧率越低答案A解析由题图可知，与等渗相比，低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大，但放氧量较低，放氧量可以代表光合速率，故说明低渗条件下光合速率较低，A错误；由题图可知，渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大，B正确；由图甲可知，低渗条件下，即使叶绿体完整率没有明显降低的范围内，叶绿体放氧率仍明显降低，即光反应速率下降，影响了碳反应，即卡尔文循环效率下降，C正确；由图甲可以看出，低渗条件下叶绿体完整率越低，放氧率也越低，D正确。2．(2021·浙江6月选考，27改编)不同光强度下，无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响如图甲；16h光照，8h黑暗条件下，无机磷浓度对大豆叶片淀粉和蔗糖积累的影响如图乙。回答下列问题：(1)叶片细胞中，无机磷主要贮存于________，还存在于细胞溶胶、线粒体和叶绿体等结构，光合作用过程中，磷酸基团是光反应产物________________的组分，也是卡尔文循环产生并可运至叶绿体外的化合物__________________的成分。(2)图甲的O～A段表明无机磷不是光合作用中__________过程的主要限制因素。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是____________；不论高磷、低磷，24h内淀粉含量的变化是________________________________________________________。(3)为确定叶片光合产物的去向，可采用__________法。答案(1)液泡ATP和NADPH三碳糖(2)光反应较低、较高光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少(3)同位素示踪解析(2)根据图甲高磷和低磷曲线，O～A段重合，可分析出此阶段无机磷不会限制光合作用。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是较低、较高；不论高磷、低磷，24h内淀粉含量的变化是光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少。3．(2022·浙江6月选考，27)通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。处理指标光饱和点(klx)光补偿点(lx)低于5klx光合曲线的斜率/(mgCO2·dm－2·hr－1·klx－1)叶绿素含量/(mg·dm－2)单株光合产量(g干重)单株叶光合产量(g干重)单株果实光合产量(g干重)不遮阴405501.222.0918.923.258.25遮阴2小时355151.232.6618.843.058.21遮阴4小时305001.463.0316.643.056.13注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。回答下列问题：(1)从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加______________，提高吸收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的__________；结合光补偿点的变化趋势，说明植株通过降低______________，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中__________________________的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。(2)植物的光合产物主要以__________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，植株优先将光合产物分配至____________中。(3)与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均__________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为__________(A.<2小时B．2小时C．4小时D．>4小时)，才能获得较高的花生产量。答案(1)叶绿素含量光合速率呼吸速率低于5klx光合曲线的斜率(2)蔗糖叶(3)下降A解析(1)从表中数据可以看出，遮阴一段时间后，花生植株的叶绿素含量在升高，提高了对光的吸收能力。光饱和点在下降，说明植株为适应低光强度条件，可在弱光条件下达到饱和点。光补偿点也在降低，说明植物的光合作用下降的同时呼吸速率也在下降，以保证植物在较低的光强度下就能达到净光合大于0的积累效果。低于5klx光合曲线的斜率体现弱光条件下与光合速率的提高幅度变化，在实验范围内随遮阴时间增长，光合速率提高幅度加快，故说明植物对弱光的利用效率变高。(2)植物的光合产物主要是以有机物(蔗糖)形式储存并提供给各个器官。结合表中数据看出，较长(4小时)遮阴处理下，整株植物的光合产量下降，但叶片的光合产量没有明显下降，从比例上看反而有所上升，说明植株优先将光合产物分配给了叶。(3)与对照组相比，遮阴处理的两组光合产量有不同程度的下降。若将花生与其他高秆作物间种，则应尽量减少其他作物对花生的遮阴时间，才能获得较高花生产量。4．(2022·浙江1月选考，27)不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料，研究不同光质对植物光合作用的影响，实验结果如图1，其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物叶片在持续红光照射条件下，用不同单色光处理(30s/次)，实验结果如图2，图中“蓝光＋绿光”表示先蓝光后绿光处理，“蓝光＋绿光＋蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。回答下列问题：(1)高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素，常用________方法分离。光合色素吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能，可用于碳反应中____________的还原。(2)据图1分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2浓度低，其原因是__________________________________________________________________________________________________。气孔主要由保卫细胞构成，保卫细胞吸收水分，气孔开放，反之关闭。由图2可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用可被______光逆转。由图1、图2可知蓝光也可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞的光合产物增多，也可以促进K＋、Cl－的吸收等，最终导致保卫细胞____________________，细胞吸水，气孔开放。(3)生产上选用____________LED灯或滤光性薄膜获得不同光质环境，已用于某些药用植物的栽培。红光和蓝光以合理比例的__________或______________、合理的光照次序照射，利于次生代谢产物的合成。答案(1)纸层析三碳酸(2)光合速率大，消耗的二氧化碳多蓝溶质浓度升高(3)不同颜色的光强度光照时间解析(1)不同的光合色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢，所以常用纸层析法分离光合色素。光合色素吸收的光能通过光反应过程转化为ATP和NADPH中的化学能，用于碳反应中三碳酸的还原，将能量转移到有机物中。(2)据图1分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2浓度低，其原因是蓝光照射下尽管气孔导度大，但光合速率大，消耗的二氧化碳多。分析图2可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用又可被蓝光逆转，并且先蓝光再绿光后蓝光处理的效果比只用蓝光刺激更明显。由图1、图2可知，蓝光可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多，也可以促进K＋、Cl－的吸收等，最终导致保卫细胞溶质浓度升高，细胞吸水膨胀，气孔开放。(3)生产上选用不同颜色的LED灯或滤光性薄膜可获得不同光质环境，用于某些药用植物的栽培。红光和蓝光以合理比例的光强度或光照时间、合理的光照次序照射，利于提高光合速率，利于次生代谢产物的合成。5．(2021·浙江1月选考，27改编)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)由图甲可知，与高光强组相比，低光强组叶绿素a的含量较________，以适应低光强环境。由图乙分析可知，在________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________反应。光反应的产物有________________和O2。(3)图乙的绿藻放氧速率比光反应产生O2的速率________，理由是______________________________________________________________________________________________________。(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______μmol的三碳酸。答案(1)高高光强(2)吸能ATP、NADPH(3)小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)360解析(2)在光反应中，叶绿素a参与吸收、传递和转化光能的过程，故光反应是一种吸能反应，光反应的产物有ATP、NADPH和O2。(4)由图乙可知，绿藻在20℃、高光强条件下的放氧速率为150μmol·g－1·h－1，此条件下其细胞呼吸的耗氧速率为30μmol·g－1·h－1，则绿藻的真正光合速率为180μmol·g－1·h－1。在光合作用中，O2的产生速率等于CO2的消耗速率，且1个CO2分子与1个五碳糖结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子分解成2个三碳酸，故在该条件下每克绿藻每小时光合作用消耗180μmolCO2，生成360μmol的三碳酸。6．(2023·浙江6月选考，22)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________，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________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_________________________________。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为________________________，最有利于生菜产量的提高，原因是___________________________________________________________________。(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