【生物】2018届一轮复习光合作用的影响因素及应用教案
光合作用的影响因素及应用
突破点1 光合作用与呼吸作用的关系(5年9考)
[必备知识]
1.光合作用与有氧呼吸的区别
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物→有机物
有机物→无机物
能量变化
光能→化学能(储能)
稳定的化学能→活跃的化学能(放能)
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
2.光合作用与有氧呼吸的联系
(1)物质方面：
C：CO2C6H12O6C3H4O3CO2
O：H2OO2H2O
[H]：H2O[H]C6H12O6[H]H2O
(2)能量方面：
光能ATP中活跃的化学能C6H12O6中稳定的化学能
3.光合作用与细胞呼吸之间的气体变化
下列为叶肉细胞内线粒体与叶绿体之间的气体变化图示，据图判断生理过程。
图①：表示黑暗中，只进行细胞呼吸；
图②：表示细胞呼吸速率＞光合作用速率；
图③：表示细胞呼吸速率＝光合作用速率；
图④：表示细胞呼吸速率＜光合作用速率。
[明确考向]
考向1 光合作用与有氧呼吸内在关系
1.下图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2和[H]的变化，相关叙述正确的是( )
A.过程①发生在叶绿体类囊体的薄膜上，过程④发生在线粒体的内膜上
B.过程⑦发生在线粒体中
C.过程⑤⑥均需要[H]和ATP提供还原剂和能量
D.过程①③产生的[H]是相同的物质，过程⑧在线粒体中进行
解析 过程①为水的光解，发生在叶绿体类囊体的薄膜上，A正确；过程⑦为有氧呼吸第一阶段，发生于细胞质基质，B错误；过程⑤不需要ATP供能，也不需要还原剂，C错误；过程①产生的[H]为NADPH，过程③产生的[H]为NADH，二者不同，D错误。
答案 A
2.如图甲表示某种植物光合作用强度与光照强度的关系，图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体的体积)，下列说法不正确的是(注：不考虑无氧呼吸)( )
A.影响m3大小的外界因素有光照强度和温度等
B.甲图中A、B、C、D、E任意一点，乙图中都有m1＝n1＞0，m2＝n2＞0
C.甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，限制因素主要是光反应
D.甲图中C点时，乙图中有m1＝n1＝m4＝n4
解析 乙图中m1～m4分别表示线粒体释放、细胞释放、细胞吸收、叶绿体吸收的CO2量，n1～n4分别表示线粒体吸收、细胞吸收、细胞释放、叶绿体释放的O2量。甲图中的纵坐标数值是整个细胞吸收的CO2量，即乙图中的m3，A正确；如在E点时，叶绿体产生的O2足够线粒体呼吸消耗，n2＝0，B错误；甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，即达到了光饱和点，其主要原因是叶绿体中的色素有限，来不及吸收和利用更多的光能，C正确；甲图中C点时，光合作用速率等于细胞呼吸速率，故有m1＝n1＝m4＝n4，D正确。
答案 B
光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源与去路
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为还原剂用于暗反应阶段中C3的还原
有氧呼吸
第一、第二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量
ATP
光合作用
光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳能
用于暗反应阶段C3的还原，以稳定的化学能的形式储存于有机物中
有氧呼吸
第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生的能量最多。能量来自有机物的氧化分解
作为能量“通货”，用于各项生命活动
考向2 光补偿点与光饱合点的移动
3.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。如图表示该植物在25 ℃时光合强度与光照强度的关系。若将温度提高到30 ℃(原光照强度和CO2浓度等不变)，从理论上分析图中相应点的移动应该是( )
A.A点上移，B点左移，m值增加
B.A点不移，B点左移，m值不变
C.A点下移，B点右移，m值下降
D.A点下移，B点不移，m值上升
解析 分析题图曲线，A点表示植物在一定温度下的呼吸速率，B点表示植物的光补偿点即此时光合作用强度等于呼吸作用强度，m表示在一定条件下的最大光合强度。由于细胞呼吸的最适温度为30 ℃，因此当温度由25 ℃提高到30 ℃时，呼吸速率增大，A点下移；而光合作用的最适温度为25 ℃，当温度提高到30 ℃时，超过了最适温度，因此植物的光合作用强度降低，m值下降，B点(光补偿点)应右移。
答案 C
4.如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光照强度下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系。下列分析正确的是( )
A.CO2浓度大于A时，甲才能进行光合作用
B.适当增加光照强度，A点将左移
C.CO2浓度为B时，甲、乙总光合作用强度相等
D.甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强
解析 对于甲植物而言，A点时CO2净吸收速率为0，说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度，故在A点之前，甲植物已经开始进行光合作用，A错误；适当增加光照强度，光合速率增大，A点将左移，B正确；CO2浓度为B时，甲、乙的净光合作用强度相等，而总光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度，由图可知，甲的呼吸作用强度大于乙，故B点时，甲的总光合作用强度大于乙，C错误；在一定范围内随CO2浓度的增大，甲、乙的光合作用强度增强，超过这一范围，随CO2浓度的增大，光合作用强度不再增强，D错误。
答案 B
光补偿点与光饱和点的移动规律
规律
注 光补偿点若用图形表示，可归纳为如下几种：
四幅图中所有的A点及图乙中的B点均表示光补偿点，因此在识别时一定要认真分析。
[必备知识]
1.内部因素
(1)与植物自身的遗传特性(如植物品种不同)有关，以阴生植物、阳生植物为例：如图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶面积指数叶绿素含量及酶等也会影响光合作用，如图所示。
2.外部因素
(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，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作用速率
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
①大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”②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)
①大田中适时播种
②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)
①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②施用有机肥，有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)多因子对光合速率的影响
①曲线分析：
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：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，可适当提高图中的其他因子。
②应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，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浓度以提高光合速率。
[明确考向]
考向 影响光合速率的外界因素
1.通过实验测得一片叶子在不同光照条件下CO2吸收和释放的情况如下图所示。乙图中所示细胞发生的情况与甲图中A点、AB段、B点、BC段依次相符的一项是( )
A.①②③④ B.③①②④
C.④②③① D.②①③④
解析 A点时只进行细胞呼吸，不进行光合作用，应与②相符。AB段细胞呼吸强度大于光合强度，应与①相符。B点时，光合强度与呼吸强度相等，应与③相符。BC段与C点之后，光合强度大于呼吸强度，与④图相符。
答案 D
2.(2015·甘肃天水一中段考)如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。下列分析正确的是( )
A.乙图中D点与C点相比，相同时间内叶肉细胞中C5的生成量较少
B.图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度、光照强度
C.丙图中，随着温度的继续升高，曲线走势将稳定不变
D.甲图中A点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
解析 乙图中，D点时光照强度比C点时的大，光反应生成的[H]、ATP增多，暗反应还原过程增强，C5的生成量较多，A错误；丙图中，P点的限制因素是温度，B错误；丙图中，若温度过高则酶的活性下降，光合速率会下降，C错误；甲图中A点之后限制因素不再是光照强度、CO2浓度或温度(甲图是在适宜温度下研究光照强度和CO2浓度对光合速率的影响的)，故很可能是内因影响如叶绿体中色素的含量、酶的含量等，D正确。
答案 D
3.(2016·哈尔滨三中测试)如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图。Ⅰ～Ⅶ代表物质，①～③代表过程。据图回答下列问题。
(1)在甲图中，消耗CO2的场所是________，在强光下ATP的移动方向是________________________。
(2)在光照条件下，叶肉细胞中消耗ADP的场所有________________。若将该植物由1%的CO2浓度突然置于质量分数为0.3%CO2浓度下(光照强度不变)，甲图中的C3的含量将________，原因是___________________________________________
________________________________________________________________。
(3)乙图与马铃薯块茎细胞在缺氧时的呼吸相比，特有的步骤是________(填数字)，这些过程发生在________部位。
(4)若用18O标记甲图中的H2O，则在细胞呼吸产物中能测到含18O的物质是________，甲、乙两图中不同数字代表同一物质的标号是________________。
(5)下图表示温室内光照强度(E)与作物光合速率(v)的关系。在温度、水分和无机盐均适宜的条件下，当E
C时，可采取________措施，保证作物的最大光合速率。
答案 (1)叶绿体基质 从叶绿体类囊体薄膜到叶绿体基质 (2)叶绿体、细胞质基质、线粒体 减少 CO2来源减少，固定生成的C3少；光照强度不变，被还原消耗的C3不变 (3)②③ 线粒体 (4)水、CO2 Ⅱ与Ⅵ、Ⅲ与Ⅶ (5)增大光照强度(增加CO2浓度) CO2浓度 适当遮光(遮荫)
4.(2015·天水一模)研究人员利用密闭玻璃容器探究环境因素对光合作用的影响，下面两个图是在温度适宜、CO2浓度为0.03%的条件下测得的相关曲线。回答下列问题：
(1)叶绿体中吸收光能的色素中含量最多的是________，这些色素吸收光能的两个用途是________。
(2)图甲中A点时叶肉细胞中产生ATP的场所是________，若在CO2浓度为1%条件下进行实验，则图甲中曲线与横坐标的交点(B)位置移动情况是__________。
(3)得到图乙曲线的实验中，给植株光照时间共有________h，其中有光照且光照强度一定保持不变的时间段有________(用字母回答)，限制EF段的主要环境因素为________。当图中S1、S2和S3的面积关系为________时，说明实验结束后植株的干重增加了。
(4)在图甲实验的环境条件下，若每天光照8 h，则平均光照强度至少要大于________klx时，植株才能够正常生长。
解析 (1)叶绿体中吸收光能的色素中含量最多的是叶绿素a，这些色素吸收光能的两个用途是水的分解和ATP的合成；(2)图甲A点时，光合强度为0，此时植物细胞只进行呼吸作用，故产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质，若在CO2浓度为1%条件下进行实验，CO2浓度增加，呼吸作用减弱，要保证呼吸作用强度等于光合作用强度，则需降低光照强度，故B点向左移动；(3)图乙中A点开始进行光合作用，G点时光合作用消失，
因此得到图乙曲线的实验中，给植株光照时间共有14 h，其中有光照且光照强度一定保持不变的时间段有AB和CD，EF段限制因素为CO2浓度，当图中S1、S2和S3的面积关系为S2>S1＋S3时，说明实验结束后植株的干重增加了；(4)在图甲实验的环境条件下，光照强度为6 klx时，净光合速率为4，呼吸速率为2，若每天光照8 h，则净光合作用量＝4×8－2×16＝0，故平均光照强度至少要大于6 klx时，植株才能够正常生长。
答案 (1)叶绿素a 水的分解和ATP的合成 (2)线粒体和细胞质基质 向左移动 (3)14 AB和CD CO2浓度 S2>S1＋S3 (4)6
在影响光合作用的因素中，光照强度、温度、二氧化碳浓度等指的是外界影响因素，而影响光合作用的内部因素通常指的是叶绿素的含量、酶的数量(或活性)等，回答影响因素这类问题时，①要注意审清题中需要回答的是外界影响因素还是内部影响因素；②针对曲线模型，在曲线上升阶段，限制因素为横坐标表示的因子，当曲线不再上升时，要从内部因素(如色素含量、酶活性等)和环境因素(如温度、CO2浓度等)进行分析；③若为表格，则应先将表格信息转化成曲线图再进行分析。
[必备知识]
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
①积累有机物时间段：CE段。
②制造有机物时间段：BF段。
③消耗有机物时间段：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(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
[明确考向]
考向 密闭环境昼夜物质含量的变化
1.将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后，测得容器内CO2和O2浓度相等(气体含量相对值为1)，在天气晴朗时的早6时移至阳光下，日落后移到暗室中继续测量两种气体的相对含量。变化情况如图所示。下列对此过程的分析正确的是( )
A.只有在8时光合作用强度与呼吸作用强度相等
B.在9～16时之间，光合速率>呼吸速率，O2浓度不断上升
C.该植物体内17时有机物积累量小于19时的有机物积累量
D.该植物从20时开始进行无氧呼吸
解析 分析题图可知，光合作用与呼吸作用强度相等的点是氧增加为零(或CO2减少为零)点时，8时和17时光合作用强度和呼吸作用强度相等，A错误；分析曲线知，在9～16
时之间，O2浓度不断增加，光合速率大于呼吸速率，B正确；分析曲线可知，17时植物体内有机物积累量最大，19时光合强度小于呼吸强度，植物体内有机物逐渐减少，C错误；分析题图曲线知，20时后，O2浓度逐渐减少，说明植物仍进行有氧呼吸，D错误。
答案 B
2.(2016·安徽六校联考)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。下列分析不正确的是( )
A.根据实验要求最好用14C标记的CO2进行实验研究
B.由图2可知光合产物可由a运输至b再运输至c
C.t1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 S2的值表示果实有机物的积累量。
答案 C
3.(2016·全国100所名校联考)下图1是某植物绿叶的叶肉细胞光合作用、细胞呼吸作用图解。请据图回答问题：
(1)由图1可知，甲、乙分别代表的物质是________、________。
(2)图1中②过程的产物是________，要想使此物质在叶绿体内的含量快速下降，可以改变的环境条件是________。
(3)图1中⑤过程的场所是________。
(4)作物的生长中心(如花、种子、果实等)对有机物的需要量比其他器官大，研究发现，生长中心与光合速率之间是协调的。请设计实验证明作物的生长中心与叶片光合作用速率正相关。
实验材料：正在抽穗的小麦等。
实验原理：
①________________________________________________。
②去穗后光合作用受到抑制。
方法步骤：
第一步：控制适宜的光照、温度等环境因素不变，进行如上图2操作。
第二步：光照1 h后，_______________________________________。
第三步：_______________________________________________________。
第四步：光照1 h后，_______________________________________________。
推测最可能的结果：_____________________________________________
___________________________________________________________。
答案 (1)[H]和ATP CO2、[H]和ATP
(2)C3化合物 不提供CO2或增强光照(回答一方面即可)
(3)线粒体内膜
(4)实验原理：①光合作用速率的大小可通过测量一定时间内氧气释放量来确定
方法步骤：第二步：观察并记录液滴右移的方向和格数
第三步：剪去麦穗
第四步：观察并记录液滴右移的方向和格数
推测最可能的结果：剪去麦穗后，刻度毛细管上有色液滴向右移动的距离比剪去麦穗前向右移动的距离小
(1)密闭容器中所检测出的光合作用强度为净光合作用强度，而实际光合作用强度需要结合呼吸作用强度进行推算。
(2)提高作物产量的四大途径
途径
措施或方法
延长光照时间
补充光照
增大光合作用面积
间作、合理密植
提高光合作用效率
提供适宜光照强度、提高CO2浓度(如通风)、合理施肥(供应适量必需矿质元素)
提高净光合作用速率
维持适当昼夜温差(白天适当升温，晚上适当降温)
演练真题 领悟考向
1.(2015·安徽卷，29Ⅰ)科研人员探究了不同温度(25 ℃和0.5 ℃)条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化，结果见图1和图2。
(1)由图可知，与25 ℃相比，0.5 ℃条件下果实的CO2生成速率较低，主要原因是________________________________________________________________________；
随着果实储存时间的增加，密闭容器内的________浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸。该实验还可以通过检测________浓度的变化来计算呼吸速率。
(2)某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案：
①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封。
②将甲、乙瓶分别置于25 ℃和0.5 ℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。
③记录实验数据并计算CO2生成速率。
为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案(不考虑温度因素)。
a.____________________________________________，
b._____________________________________________。
解析 (1)由图可知，与25 ℃相比，0.5 ℃条件下的CO2生成速率较低，主要原因是温度较低，导致酶的活性较低，呼吸速率较慢，所以其主要原因是：低温降低了细胞呼吸相关酶活性；随着果实储存时间的增加，密闭容器内的CO2浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸，该实验还可以通过检测O2浓度变化来计算呼吸速率。
(2)根据单一变量原则，控制唯一变量而排除其他无关变量的干扰从而验证唯一变量的作用，所以，选取的果实成熟度也应一致；根据可重复性原则，同一处理在实验中出现的次数称为重复。重复的作用有二，一是降低实验误差，扩大实验的代表性；二是估计实验误差的大小，判断实验可靠程度，所以，每个温度条件下至少有3个平行重复实验。
答案 (1) 低温降低了细胞呼吸相关酶的活性 CO2 O2
(2) a.选取的果实成熟度应一致 b.每个温度条件下至少有3个平行重复实验
2.(2015·北京卷，31)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光－暗转换条件下CO2吸收量的变化，每2 s记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。
(1)在开始检测后的200 s内，拟南芥叶肉细胞利用光能分解________，同化CO2，而在实验的整个过程中，叶片可通过________将储藏在有机物中稳定的化学能转化为________和热能。
(2)图中显示，拟南芥叶片在照光条件下CO2吸收量在________(μmol·m－2·s－1)范围内，在300 s时CO2________达到2.2 (μmol·m－2·s－1)。由此得出，叶片的总(真正)光合速率大约是________(μmol CO2·m－2·s－1)。(本小题所填数值保留至小数点后一位)
(3)从图中还可看出，在转入黑暗条件下100 s以后，叶片的CO2释放________，并达到一个相对稳定的水平，这提示在光下叶片可能存在一个与在黑暗中不同的呼吸过程。
(4)为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自于叶绿体中的五碳化合物，可利用________技术进行研究。
解析 (1)光合作用是绿色植物通过叶绿体利用光能，把水和二氧化碳转变成储存能量的有机物，同时释放出氧气的过程；而细胞呼吸是把有机物进行氧化分解，把有机物中稳定的化学能转变成活跃的化学能(ATP中的)和热能供生命活动利用。(2)由图分析可以得到在前200 s有光照时CO2的吸收量维持在0.2～0.6(μmol·m－2·s－1)之间(此时为光合作用的测量值，是植物光合作用对CO2吸收真实值与细胞呼吸作用释放CO2的差值)，在300 s时为黑暗环境中，植物只进行细胞呼吸作用，所以植物的真实光合作用应该是光合作用CO2的测量值与细胞呼吸作用CO2的释放量之和。(3)转入黑暗条件下100 s以后，也就是在300 s以后，可以看到“点”的重心逐渐上升，也就是说明叶片释放的CO2量在逐步减少。(4)探究化学元素的去向，往往采用的是14C同位素示踪技术。
答案 (1)水 细胞呼吸 ATP中的化学能
(2)0.2～0.6 释放量 2.4～2.8
(3)逐渐减少
(4)14C同位素示踪
