【备考2024】高考生物一轮专题知识梳理：第9讲 光合作用与能量转化 第2课时 影响光合作用的环境因素及其应用
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| 名称 | 【备考2024】高考生物一轮专题知识梳理：第9讲 光合作用与能量转化 第2课时 影响光合作用的环境因素及其应用 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-07-11 23:43:30 | ||
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文档简介
高考生物一轮专题知识梳理
第9讲 光合作用与能量转化
第2课时 影响光合作用的环境因素及其应用
课标解读 核心素养
1.阐明各种因素对光合作用强度的影响 2.光合作用与呼吸作用在生产实践中的应用 科学思维 构建光照强度、二氧化碳浓度和温度等对光合作用强度影响的曲线模型
科学探究 通过探究影响光合作用的环境因素,培养实验设计、对实验结果进行交流与讨论的能力
社会责任 基于光合作用与细胞呼吸关系的学习,解决合理密植、合理施肥等生产生活实践问题,指导农业生产
考点一 影响光合作用的因素及其应用
1.内部因素。
(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。
(3)叶面积指数。
2.外部因素。
(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析。
①光照强度。
②CO2浓度。
温度。
水分或矿质元素。
(2)多因子对光合速率的影响。
正误判断
(1)生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率未随之增加,主要限制因素是光反应。 (√)
(2)延长光照时间能提高光合作用强度。 (×)
(3)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。 (×)
(4)白天与夜间适当提高温度,有利于增加大棚蔬菜的产量。 (×)
(5)适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度。 (√)
(6)作物合理间作套种,可充分利用光能。 (√)
长句突破
1.(生产实践)土壤板结,光合速率下降的原因是土壤板结,导致土壤中缺氧,根细胞进行无氧呼吸,产生的ATP减少,供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少,光合色素的合成和酶数量减少,光合作用减弱。
2.(生产实践)北方夏季中午时,光照强度很强,植物出现“午休”现象的原因是光照强度过强,温度升高,导致气孔关闭,细胞CO2供应不足,光合作用减弱。
3.(生产实践)大棚种植使用有机肥有利于增产,请从影响光合作用的因素角度分析原因。
提示 有机肥在被微生物分解时会产生无机盐并释放CO2,促进光合作用。
角度一 结合光合作用与呼吸作用相关曲线,考查科学思维能力
1.(2021·北京卷)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是 ( )
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
解析 由图可知,CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致,都接近于3 mmol·cm-2·s-1,A项正确;CO2吸收速率代表净光合速率,而总光合速率=净光合速率+呼吸速率,由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等,但呼吸速率未知,故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较,B项错误;由图可知,50 ℃时HT植株的净光合速率大于零,说明能积累有机物,而CT植株的净光合速率不大于零,说明不能积累有机物,C项正确;由图可知,在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零,能积累有机物进行生长发育,体现了HT植株对高温环境的适应性,D项正确。
答案 B
2. 如图表示植物光合速率随光照强度改变的曲线,下列叙述不正确的是 ( )
A.若适当提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,则补偿点B应相应地向右移动
B.若增加二氧化碳浓度,B点左移,C点左移,D点向右上方移动
C.D点时,ATP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动
D.若图为阳生植物,则换为阴生植物,B点向左移动,D点向左下方移动
解析 B点为光补偿点,此时光合作用与呼吸作用速率相等,若适当提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,则补偿点B应相应地向右移动,A项正确;若增加二氧化碳浓度,则光合作用速率增加,B点左移,C点右移,D点向右上方移动,B项错误;D点时的光合作用速率最大,其光反应产生的ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质,参与暗反应过程中三碳化合物的还原,C项正确;若换为阴生植物,B点向左移动,D点向左下方移动,D项正确。
答案 B
光合作用曲线中的“关键点”移动
(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)。
B点(补偿点) C点(饱和点)
适当增大CO2 浓度(光照强度) 左移 右移
适当减小CO2 浓度(光照强度) 右移 左移
土壤缺Mg2+ 右移 左移
注: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,当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。
3.(2022·浙江1月选考)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,实验结果如图甲,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(30 s/次),实验结果如图乙,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。
甲
乙
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,由图乙可知,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。由图甲图乙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 ,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,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。
解析 (1)利用各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3 磷酸甘油酸(三碳化合物)的还原,将能量转移到有机物中。(2)据图甲分析,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。分析图乙可知,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。由图甲、图乙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。
答案 (1)层析 3 磷酸甘油酸(或三碳化合物)
(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
角度二 结合光合作用的影响因素,考查科学思维能力
4.(不定项)(2023·汉中模拟)如图为某植株在不同温度(最适温度为25 ℃)、一定光照强度(低于最适光照强度)的环境中,光合作用强度随CO2浓度的变化曲线图。下列相关叙述正确的是 ( )
A.M点对应条件下,该植株叶肉细胞吸收的CO2全部来自其自身线粒体
B.25 ℃时,若光照强度增强,则N点将向左侧移动
C.P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用固定的CO2的量相等
D.H点和L点对应条件下,限制光合作用强度的环境因素不同
解析 M点时植物光合作用强度与呼吸作用强度相等,但由于植物还存在一些细胞不能进行光合作用,所以叶肉细胞光合作用强度大于呼吸作用强度,因此叶肉细胞吸收的CO2来自其自身线粒体和细胞外,A项错误;25 ℃时,若光照强度增强,植物光合作用强度增加,光补偿点降低,即N点左移,B项正确;P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用吸收的CO2的量相等,但由于25 ℃的呼吸作用大于10 ℃,所以25 ℃固定的CO2大于10 ℃,C项错误;由题干信息“低于最适光照强度”可知,H点限制光合作用的因素是光照强度,但L点的限制因素是温度和光照强度,D项正确。
答案 BD
5.(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是 。
(2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 ,判断的依据是 。
(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是 。
(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的 (填“O2”或“CO2”)不足。
解析 (1)由题图可知,乙的光饱和点及光补偿点都比甲低,因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时,甲种植物光合作用强度高于乙种植物,因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知,甲种植物的光饱和点较高,对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低,所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高,气孔部分关闭,因此进入叶肉细胞的CO2不足,叶片的光合速率明显下降。
答案 (1)甲 (2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙 (4)CO2
角度三 围绕探究环境因素对光合作用影响的原理,考查科学探究能力
6.(2023·长沙模拟)某同学将新鲜金鱼藻置于盛有NaHCO3溶液的烧杯中,改变灯泡与烧杯的距离,测定得到如图所示结果。下列叙述正确的是 ( )
A.本实验的目的是探究CO2浓度对光合速率的影响
B.15~45 cm之间,气泡产生速率代表净光合速率
C.小于60 cm时,限制光合速率的主要因素是CO2浓度
D.60 cm时,光线太弱导致光合作用完全停止
解析 分析题目可知,本实验改变灯泡与烧杯的距离,改变的是光照强度,所以本实验的目的是探究光照强度对光合速率的影响,当距离小于60 cm时,限制光合速率的主要因素是光照强度,A、C两项错误;在60 cm时,光线太弱,导致光合作用减弱,但光合作用没有完全停止,D项错误。
答案 B
7.(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图甲),测定相关指标(图乙),探究遮阴比例对植物的影响。
甲
乙
回答下列问题:
(1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量 ,原因可能是 。
(2)比较图乙中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的 ,因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究:
实验材料:选择前期 一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法:按图甲所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以 为对照,并保证除 外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是 。
解析 (1)分析题图乙结果可知,培养10天后,A组叶绿素含量为4.2,C组叶绿素含量为4.7,原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素,以尽可能地吸收光能。(2)比较图乙中B1叶绿素含量为 5.3,B2组的叶绿素含量为3.9,A组叶绿素含量为4.2;B1净光合速率为20.5,B2组的净光合速率为7.0,A组净光合速率为11.8,可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3+3.9)÷2=4.6,净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75,两项数据B组均高于A组,推测B组可能会积累更多的糖类等有机物,因而生长更快。(3)分析题意可知,该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮光程度,因变量为作物产量,可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等,无关变量应保持相同且适宜,故实验设计如下:实验材料:选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法:按图甲所示条件,分为A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以A组为对照,并保证除遮光条件外其他环境条件一致,收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论:如果B组遮光条件下能提高作物产量,则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少。
答案 (1)高 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素 (2)糖类等有机物 (3)光照条件 A组 遮光程度 探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少
考点二 光合作用与细胞呼吸的综合运用
1.光合作用与呼吸作用的比较。
项目 光合作用 呼吸作用
发生范围 含叶绿体的植物细胞、蓝细菌等 所有活细胞
发生条件 在光下进行 时时刻刻都进行
实质 合成有机物、储存能量 分解有机物,释放能量
图解联系
能量联系
2.光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路。
1.辨析净光合速率与总光合速率。
(1)微观辨析。
以光合速率大于呼吸速率为例
(2)结合曲线辨析。
(3)从语言文字中辨析。
总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量 黑暗中释放的CO2的量
“产生”或“制造”的O2的量 “释放至容器(环境)中”或“容器(环境)中增加”的O2的量 黑暗中吸收的O2的量
“产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量
注:真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
①光合作用消耗的CO2量=从环境中吸收的CO2量+呼吸释放的CO2量。
②光合作用产生的O2量=释放到环境中的O2量+呼吸作用消耗的O2量。
2.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较。
长句突破
1.(科学思维)已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是植物在光下进行光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之降低。
2.(科学思维)若将某种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是该植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用生成水是有氧呼吸的一个环节,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加。
3.(科学思维)晴朗夏日中午植物会出现气孔关闭,光合速率下降的现象,这种现象称为“光合午休”。请回答下列问题:
胞间CO2浓度指的是叶片内部叶肉细胞间隙的CO2浓度。实验人员对处于“光合午休”状态植物的胞间CO2浓度进行测定:若结果为胞间CO2浓度下降,则叶肉细胞中C3的含量会下降,原因是胞间CO2浓度下降,CO2的固定速率减慢,而C3的还原速率不变,导致C3的含量减少(答案合理即可);若结果为胞间CO2浓度没有发生变化,则该植物光合速率下降的原因可能是中午温度过高,与光合作用有关的酶的活性降低。
角度一 围绕细胞呼吸与光合作用的联系,考查物质与能量观
1.(2023·葫芦岛期末)如图所示为某绿色植物叶肉细胞中有氧呼吸和光合作用的两个代谢过程,图中C3代表含有三个碳原子的有机化合物,下列有关说法错误的是 ( )
A.过程①②有光无光均可进行
B.过程③消耗的ATP和NADPH,由过程①②提供
C.过程④消耗的CO2量不一定等于过程②产生的CO2量
D.过程①发生在细胞质基质中,过程②③④发生在细胞器中
解析 ①是有氧呼吸的第一阶段,葡萄糖分解形成丙酮酸,发生在细胞质基质中,②是有氧呼吸的第二阶段,发生在线粒体中,过程①②有光无光均可进行,A项正确;③表示C3的还原过程,需要消耗光反应产生的NADPH和ATP,B项错误;过程④消耗的CO2量不一定等于过程②产生的CO2量,因为光合速率和呼吸速率不一定相等,C项正确;①是有氧呼吸的第一阶段,葡萄糖分解形成丙酮酸,发生在细胞质基质中,②是有氧呼吸的第二阶段,发生在线粒体中,过程③④的场所是叶绿体,D项正确。
答案 B
2.绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示,图中①~⑥代表物质,下列有关叙述错误的是 ( )
A.植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在①中
B.叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性
C.给植物提供O,短时间内生成的O2和CO2均可含18O
D.物质④在叶绿体基质中合成,在线粒体基质中分解
解析 植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在①ATP中,A项正确;叶绿体中的NADPH参与C3的还原,线粒体中的NADH与氧结合生成水,二者都具有还原性,B项正确;给植物提供O,O参与光反应生成18O2,O参与有氧呼吸的第二阶段生成C18O2,因此短时间内生成的O2和CO2均可含18O,C项正确;物质④为葡萄糖,在叶绿体基质中合成,在细胞质基质中分解,D项错误。
答案 D
角度二 结合光合作用与细胞呼吸相关曲线,考查科学思维能力
3.(不定项)某研究小组利用特定的实验装置来研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响(其他实验条件均相同且适宜),根据结果绘制成如图所示曲线。下列有关叙述正确的是 ( )
A.大于35 ℃时,该植物不能正常生长的原因是不能进行光合作用
B.25 ℃和30 ℃时该植物的CO2消耗量基本相等
C.该植物的细胞呼吸最适温度为大于35 ℃左右
D.5~25 ℃,该植物积累的有机物逐渐减少
解析 由图分析可知,大于35 ℃时,光合作用消耗CO2的量小于细胞呼吸产生CO2的量,说明光合速率小于呼吸速率,植物体不能生长,A项错误;由图可知,25 ℃和30 ℃时该植物的CO2消耗量基本相等,B项正确;大于35 ℃时,细胞呼吸产生CO2的量还在增加,说明呼吸速率的最适温度大于35 ℃,C项错误;5~25 ℃,光合作用CO2消耗量一直大于细胞呼吸产生CO2的量,说明净光合速率大于0,该植物积累的有机物逐渐增多,D项错误。
答案 B
4.(2023·重庆南开中学调研)图甲为某种植物在夏季晴朗无云的一昼夜植物CO2吸收量的变化,图乙是同种植物在春季的某一晴天的变化情况。请回答下列问题:
甲 乙
(1)植物叶肉细胞中光合作用光反应的场所是 ,在该部位分布着吸收光能的色素,其中 主要吸收蓝紫光和红光。
(2)图甲中该植物一天中有机物积累最多的时刻是 (填图中字母),在12点左右出现光合作用强度“低谷”,原因是 。
(3)图甲中E点和D点相比较,细胞内C3和NADPH的含量变化分别是 、 (填“增加”或“减少”)。图乙中E点和D点相比较,细胞内C5和ATP的含量变化分别是 、 (填“增加”或“减少”)。
解析 (1)植物叶肉细胞中光合作用光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,在该部位分布着吸收光能的色素,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光。(2)据图甲可知,由C~G,净光合速率大于零,有机物一直在积累,因此到G点时,有机物积累量最大。在夏季炎热的中午,气温过高,为了防止植物蒸腾作用散失太多的水分,植物叶片的部分气孔会关闭,从而导致CO2吸收量下降,影响光合作用的暗反应。(3)图甲中E点和D点相比较,胞间CO2降低,直接影响暗反应,C3含量会减少,短期内光反应正常进行,NADPH生成量不变,但消耗量减少,最终NADPH增加。图乙中E点和D点相比较,光照强度降低,直接影响光反应,因此ATP的量会减少,C3还原受抑制,因此C5会减少。
答案 (1)叶绿体的类囊体薄膜 叶绿素a和叶绿素b (2)G 温度过高,气孔大量关闭,CO2吸收不足 (3)减少 增加 减少 减少
角度三 结合农业生产和生活实践,考查学以致用解决实际问题的能力
5.(2023·临沂模拟)已知新生的植物组织呼吸速率较高,可以提供能量并把糖类物质转化为构建新生组织所必需的材料,而成熟的组织呼吸速率较低,有利于降低有机物的消耗。为满足人类的生产需求,可以改变环境条件影响植物组织的呼吸强度,下列调节呼吸强度的措施中不恰当的是 ( )
A.地窖储存的水果,最好置于低氧的环境
B.在种子有机物的快速积累期,应创设低温条件
C.种植蔬菜的温室大棚,夜间应适当升高CO2浓度
D.当浅层土壤缺乏无机盐时,应松土提高根部O2浓度
解析 蔬菜和水果贮藏保鲜时的条件:零上低温(抑制酶的活性)、低氧(抑制无氧呼吸)、适宜的湿度(保证水果、蔬菜中水分的充足),所以地窖储存的水果,最好置于低氧的环境,A项正确;在种子有机物的快速积累期,不应创设低温条件,B项错误;种植蔬菜的温室大棚,白天应适当升高温度和CO2浓度,夜间适当降低温度和升高CO2浓度可抑制呼吸作用,减少有机物的消耗,C项正确;当浅层土壤缺乏无机盐时,应松土提高根部O2浓度,促进植物的根系进行有氧呼吸,从而促进其更多地吸收土壤中的无机盐,D项正确。
答案 B
6.(2020·全国卷Ⅰ)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:
(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
作物 A B C D
株高(cm) 170 65 59 165
光饱和点 (μmol·m-2·s-1) 1 200 1 180 560 623
解析 (1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素和光的竞争,使能量更多地流向农作物;松土可以使土壤中O2含量增多,有利于根细胞进行有氧呼吸,进而增强根对矿质元素的吸收等活动。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收,因而农田施肥的同时常适当浇水,以使肥料中的矿质元素溶解在水中;另外,浇水还可以降低土壤溶液的渗透压,防止作物因过度失水而死亡。(3)为了更充分地利用光照资源,间作过程中要确保高低作物的合理搭配。株高较高的作物获取的光照充足,应选择光饱和点较高的作物(作物A);株高较低的作物获取的光照较少,应选择光饱和点较低的作物(作物C)。
答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
1.经典重组 判断正误
(1)光合作用过程中光能转变为化学能,细胞呼吸过程中化学能转变成热能和ATP。(全国卷Ⅲ,2C) (×)
(2)夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,可提高作物产量。(2018·全国卷Ⅱ,2B) (√)
(3)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养,随培养时间的延长,玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定。(2019·海南卷,3D) (√)
(4)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后,可完成暗反应。(全国卷Ⅱ) (√)
2.(不定项)(2022·湖南卷)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 ( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
解析 夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,光合作用强度明显减弱,A项正确;夏季中午气温过高,导致光合酶活性降低,呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶),光合作用强度减弱,但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度,即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量,B项错误;光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜上,C项错误;夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,导致光反应产物积累,产生反馈抑制,使叶片转化光能的能力下降,光合作用强度明显减弱,D项正确。
答案 AD
3.(2021·广东卷)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图甲),造成叶绿体相对受光面积的不同(图乙),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 ( )
甲 乙
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
解析 由题图可知,突变体t1的叶绿体相对受光面积大于突变体t2的叶绿体相对受光面积,故突变体t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点,A、B两项正确;野生型、突变体t1和突变体t2的叶绿素含量基本一致,故造成野生型、突变体t1和突变体t2光合速率的高低与叶绿素含量无关,C项正确;由题图可知,三者的光合速率差异是由叶绿体在细胞中分布位置不同引起的,与光照强度无关,D项错误。
答案 D
4.(2022·湖南卷)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8~10 μmol/(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2 μmol/(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10 μmol/(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 (答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害并减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有
特性。
解析 (1)种子萌发形成幼苗的过程中,消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物,并且种子萌发所需的外界条件适宜,光照有利于叶片叶绿素的形成,种子仍能萌发并成苗。(2)将该水稻适龄秧苗栽植于题述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),等于光补偿点,此时光照时没有有机物的积累,黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物,且每天光照时长14小时大于12小时,植株不能开花,因此该水稻不能繁育出新的种子。(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害减少杂草生长,须灌水覆盖,因此种子应有防涝特性,而且此时种子获得氧气较少,可通过无氧呼吸分解有机物供能,无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用,推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。
答案 (1)能 种子萌发所需外界条件适宜且种子萌发形成幼苗的过程中,消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物,且光照有利于叶片叶绿素的形成 (2)不能 光照强度为10 μmol/(s·m2),等于光补偿点,此时光照时没有有机物的积累,黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物,故全天没有有机物积累,且每天光照时长为14小时大于12小时,植株不能开花
(3)耐受酒精毒害(抗涝)
5.(2022·山东卷)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
分组 处理
甲 清水
乙 BR
丙 BR+L
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
解析 (1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素,其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大,故色素分离时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素,主要吸收蓝紫光。(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量、温度等;其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足;氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内,光反应速率增强,水光解产生的氧气速率增加。(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光合作用强度较高,说明加入BR后光抑制减弱;乙组用BR处理,丙组用BR和试剂L处理,与乙组相比,丙组光合作用强度较低,由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成,说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
答案 (1)蓝紫色 (2)五碳化合物供应不足 CO2供应不足 强光照射后短时间内,光反应速率增强,水光解产生的氧气速率增加 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
(六) 植物“三率”判定的6种实验模型
1.气体体积变化法——测定光合作用O2增加的体积或CO2消耗的体积。
(1)测定装置。
甲 乙
(2)测定方法及解读。
①测定呼吸速率(装置甲)。
a.装置甲烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。
c.置于适宜温度环境中。
d.单位时间内红色液滴向左移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率(装置乙)。
a.装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用需求。
b.给予较强光照处理,且温度适宜。
c.单位时间内红色液滴向右移动距离代表净光合速率。
③根据“总(真正)光合速率=呼吸速率+净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。
(3)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的相同绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2.黑白瓶法——测水中溶氧量的变化。
注:瓶中氧气充足,不考虑无氧呼吸。
3.半叶法——测定光合作用有机物的产生量。
将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处,另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理),并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后,在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB,开始时二者相应的有机物含量应视为相等,照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量,超过部分即为光合作用产物的量,再通过计算可得出光合速率。
4.叶圆片称重法。
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率=(z-y)/2S;
呼吸速率=(x-y)/2S;
总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
5.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率。
(1)实验原理。
(2)实验装置分析。
a.自变量的设置:光照强度是自变量,通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
b.中间盛水的玻璃柱的作用:吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内的水温产生影响。
c.因变量是光合作用强度,可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。
6.间隔光照法——比较有机物的合成量。
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行,由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的,因此在一般情况下,光反应的速率比暗反应快,光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照,光反应产生的NADPH和ATP不能及时被暗反应消耗,暗反应限制了光合作用的速率,降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行,则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物,持续进行一段时间的暗反应,因此在光照强度和光照时间不变的情况下,制造的有机物相对多。
1.如图甲为光合作用最适温度条件下,植物光合速率测定装置图,图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是 ( )
甲 乙
A.图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动,再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
B.若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液,其他条件不变,则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变
C.一定光照条件下,如果再适当升高温度,真光合速率会发生图乙中从b到a的变化,同时呼吸速率会发生从a到b的变化
D.若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化,则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度
解析 图甲装置在较强光照下,植物光合作用强度大于细胞呼吸强度,植物所需CO2由CO2缓冲液提供,而产生的O2会使装置中气体体积增大,因此有色液滴向右移动,如果再放到黑暗环境中,植物呼吸消耗O2,而产生的CO2又被CO2缓冲液吸收,因此有色液滴向左移动,A项正确;若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液,虽然光照条件不变,但由于无CO2提供,暗反应不能为光反应提供ADP与NADP+等物质,从而影响光反应的进行,产生NADPH的速率将下降,B项错误;在光合作用最适温度时再升高温度,与光合作用有关的酶活性会下降,真光合速率下降,而一般情况下与细胞呼吸有关的酶的最适温度较高,此时酶活性会随温度升高而升高,因此呼吸速率会升高,C项正确;光合速率由a到b变化,说明光合速率升高了,影响光合速率的因素有光照强度、CO2浓度、温度等,适当提高CO2浓度会增大光合速率,D项正确。
答案 B
2.(不定项)(2023·湖南衡阳质检)研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是 ( )
A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后高
B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合
C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的
D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重
解析 遮光后,光反应停止,短时间内C3被还原成C5的过程减弱乃至停止,而C5固定CO2的过程仍能继续,故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高,A项正确;照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B项正确;照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初始干重,C、D两项错误。
答案 AB
3.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片,烘干后称其重量,测得叶片的光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是 ( )
A.下午4时后将整个实验装置遮光3 h
B.下午4时后将整个实验装置遮光6 h
C.下午4时后在阳光下照射1 h
D.晚上8时后在无光下放置3 h
解析 起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重x g, 从上午10时到下午4时,叶片在这6 h内既进行光合作用,又进行呼吸作用,所以下午4时移走的叶圆片干重(y g)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x g)的差值,就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量:(y-x) g。若要求出呼吸作用消耗干物质量,应将叶片进行遮光处理,先假设叶片遮光处理为a小时后干重为z g,下午4时移走的叶圆片干重y g减去叶片遮光处理a小时后的干重z g的差值,就是呼吸作用消耗干物质量:(y-z) g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h),据真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,得出(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/a,计算出a=3,A项正确。
答案 A
4.(不定项)在如图所示的玻璃容器中,注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片,密闭后,设法减小液面上方的气体压强,会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器,又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是 ( )
A.改变温度,会影响叶片开始上浮所需的时间
B.改变光照强度,不影响叶片开始上浮所需的时间
C.改变NaHCO3溶液的浓度,不影响叶片开始上浮所需的时间
D.若将装置置于黑暗中,上浮的叶片又会下沉
解析 改变温度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,A项正确;改变光照强度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,B项错误;改变NaHCO3溶液的浓度,即改变二氧化碳的浓度,这会影响光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,C项错误;若将装置置于黑暗中,叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的氧气,导致上浮的叶片又会下沉,D项正确。
答案 AD
5.通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题:
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内 ;C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内 。
解析 单位时间生产者制造有机物的量等于生产者积累有机物的量与呼吸量的总和。题述测量的三份水样中A为对照,B为生产者进行呼吸作用后剩余的氧气量,C为生产者进行光合作用和呼吸作用后玻璃瓶中的氧气量。C与A的差值(C-A)表示该段时间内生产者净光合作用的放氧量(或积累有机物的量),A与B的差值(A-B)表示该段时间内生产者进行呼吸作用消耗氧气的量(或消耗有机物的量)。所以该段时间内生产者光合作用的总放氧量(或制造有机物的量)为(C-A)+(A-B)=C-B。
答案 生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
科学探究
(四) 实验设计的思路和步骤
【典例】 (2019·全国卷Ⅰ节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。
有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
解析 本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照,证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的;再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照,证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
答案 实验思路:取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。
1.对比实验思路与实验步骤的主要特点和书写技巧。
2.注意事项。
要求写出实验思路和实验步骤的试题,都要注意“无关变量”的描述,尤其是写出实验步骤类试题。因为无关变量是决定实验成功的关键因素,写实验步骤时,必须要对无关变量的操作作出说明。在一个实验中,人为设置的变量,除了自变量,都是无关变量,若已经学习过无关变量的具体内容(如某种酶发挥作用的最适温度为37 ℃),则需明确写出;若没有学习过无关变量的具体数值(如保温时间),则可用“适宜且相等”“理想条件下”等文字表述。
1.(2023·山东模拟)光质对植物的生长发育、光合特性、产量、品质等方面均有较大影响。例如,红光处理的番茄幼苗的叶绿素含量增加,气孔导度蒸腾速率有所提高,光合速率显著高于其他处理;蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照。最近的研究显示,在自然光(即白光,W)中添加远红光(FR,波长为700~800 nm)能显著提高温室番茄的产量,这对大棚蔬菜瓜果的生产具有重要意义。
(1)叶绿体内吸收红光的色素是 。
(2)蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照,原因可能是 。
(3)在白光中额外添加远红光,尽管净光合速率下降,但番茄产量却上升了。据图所示结果分析,可能的原因是 。
(4)设W为一定的白光强度(强度表示为W1~W5),R为一定的远红光强度(强度表示为R1~R5)。现欲探究促进番茄产量的最佳条件配比,试阐述实验设计思路: 。
解析 (1)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,故叶绿体内吸收红光的色素是叶绿素a和叶绿素b。(2)蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照,原因可能是蓝光可促进气孔开放,增加了叶片的胞间CO2浓度(或蓝光使类胡萝卜素含量增加)。(3)由图分析:加远红光后,番茄光合作用制造的有机物在各器官中的配比发生了变化,分配在果实中的有机物比例上升,分配在叶中的有机物比例下降,所以虽然净光合速率下降,但是番茄产量却升高了。(4)结合题意可知,本实验的目的是“探究促进番茄产量的最佳条件配比”,则实验的自变量为W和R的关系,因变量为番茄产量,实验设计应遵循对照原则与单一变量原则,整个实验过程中,除光照以外,其他条件适宜且相同。实验设计思路为:设定白光强度为W1,测定该白光强度和各远红光强度配比时的番茄产量;而后改变白光强度为W2,测定其和各远红光强度配比时的番茄产量;同理,依次求得各白光强度和各远红光强度的配比时的番茄产量,在以上实验组中,找到番茄产量最高的组别即为最佳白光强度和远红光强度的配比。
答案 (1)叶绿素a和叶绿素b (2)蓝光可促进气孔开放,增加了叶片的胞间CO2浓度(或蓝光使类胡萝卜素含量增加) (3)添加远红光后,番茄光合作用制造的有机物在各器官中的分配占比发生了变化,分配到番茄果实中的有机物占比上升,所以尽管净光合速率下降,但番茄产量却增加了 (4)设定白光强度为W1,测定该白光强度和各远红光强度配比时的番茄产量;而后改变白光强度为W2,测定其和各远红光强度配比时的番茄产量;同理,依次求得各白光强度和各远红光强度的配比时的番茄产量,在以上实验组中,找到番茄产量最高的组别即为最佳白光强度和远红光强度的配比
2.肾上腺素是临床上抢救过敏性休克的首选药物,人们常用肾上腺素作为研究课题进行生理实验研究。请回答以下问题:
(1)某些神经元也能分泌肾上腺素,进入突触间隙的肾上腺素,可以与突触后膜上的相应受体结合,引发突触后膜 变化;也可以与突触前膜上的相应受体结合,抑制肾上腺素继续分泌,实现 调节。多数最终又被突触前膜摄取,并贮存在突触小泡中,实现 利用。
(2)已知肾上腺素能使鱼类体表黑色素细胞的色素颗粒聚集,使体表颜色变浅;而乙酰胆碱能使鱼类体表黑色素细胞的色素颗粒扩散,使体表颜色加深,为验证肾上腺素和乙酰胆碱对鱼类体色的影响,科研人员进行了相关实验,请完善下列实验内容:
实验对象:体长约10 cm且体色相近的同种鲫鱼若干条。
药品及用具:鱼用生理盐水,适宜浓度的肾上腺素、乙酰胆碱,注射器等。
实验步骤:
第一步:将鲫鱼平均分成三组,编号为甲、乙、丙,分别放入三个玻璃缸中置于背光处饲养一段时间。
第二步:给甲组鲫鱼腹腔中注入2 mL一定浓度的乙酰胆碱,乙组鲫鱼腹腔中注入 ,而丙组鲫鱼腹腔中注入 作为对照。
第三步:将装有上述处理后鲫鱼的玻璃缸置于 处,约2 h后,观察比较三组鲫鱼体表颜色的变化。
预期实验结果:甲、乙、丙三组鲫鱼的体色由浅到深依次是 。
解析 (1)肾上腺素可由突触前膜释放,引起突触后膜的电位变化。肾上腺素与突触前膜相应的受体结合,抑制肾上腺素继续分泌,属于负反馈调节。作用过后的肾上腺素大多被突触前膜摄取,实现了重复利用。(2)实验设计要遵循单一变量原则和对照原则,所以第二步中乙、丙两组应分别注入等量的肾上腺素和等量的鱼用生理盐水;因为鱼类的眼和松果体能感知光照变化而影响体内肾上腺素和乙酰胆碱的含量,所以第三步需将装置放于背光处,否则实验结果将受到影响;由题干信息可知,肾上腺素使鱼体表颜色变浅,乙酰胆碱使鱼体表颜色变深,由此可推出甲、乙、丙三组鱼的体色由浅到深依次是乙、丙、甲。
答案 (1)电位 (负)反馈 重复(多次) (2) 一定浓度的等量的肾上腺素 等量的鱼用生理盐水 背光 乙、丙、甲
第9讲 光合作用与能量转化
第2课时 影响光合作用的环境因素及其应用
课标解读 核心素养
1.阐明各种因素对光合作用强度的影响 2.光合作用与呼吸作用在生产实践中的应用 科学思维 构建光照强度、二氧化碳浓度和温度等对光合作用强度影响的曲线模型
科学探究 通过探究影响光合作用的环境因素,培养实验设计、对实验结果进行交流与讨论的能力
社会责任 基于光合作用与细胞呼吸关系的学习,解决合理密植、合理施肥等生产生活实践问题,指导农业生产
考点一 影响光合作用的因素及其应用
1.内部因素。
(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。
(3)叶面积指数。
2.外部因素。
(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析。
①光照强度。
②CO2浓度。
温度。
水分或矿质元素。
(2)多因子对光合速率的影响。
正误判断
(1)生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率未随之增加,主要限制因素是光反应。 (√)
(2)延长光照时间能提高光合作用强度。 (×)
(3)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。 (×)
(4)白天与夜间适当提高温度,有利于增加大棚蔬菜的产量。 (×)
(5)适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度。 (√)
(6)作物合理间作套种,可充分利用光能。 (√)
长句突破
1.(生产实践)土壤板结,光合速率下降的原因是土壤板结,导致土壤中缺氧,根细胞进行无氧呼吸,产生的ATP减少,供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少,光合色素的合成和酶数量减少,光合作用减弱。
2.(生产实践)北方夏季中午时,光照强度很强,植物出现“午休”现象的原因是光照强度过强,温度升高,导致气孔关闭,细胞CO2供应不足,光合作用减弱。
3.(生产实践)大棚种植使用有机肥有利于增产,请从影响光合作用的因素角度分析原因。
提示 有机肥在被微生物分解时会产生无机盐并释放CO2,促进光合作用。
角度一 结合光合作用与呼吸作用相关曲线,考查科学思维能力
1.(2021·北京卷)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是 ( )
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
解析 由图可知,CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致,都接近于3 mmol·cm-2·s-1,A项正确;CO2吸收速率代表净光合速率,而总光合速率=净光合速率+呼吸速率,由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等,但呼吸速率未知,故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较,B项错误;由图可知,50 ℃时HT植株的净光合速率大于零,说明能积累有机物,而CT植株的净光合速率不大于零,说明不能积累有机物,C项正确;由图可知,在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零,能积累有机物进行生长发育,体现了HT植株对高温环境的适应性,D项正确。
答案 B
2. 如图表示植物光合速率随光照强度改变的曲线,下列叙述不正确的是 ( )
A.若适当提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,则补偿点B应相应地向右移动
B.若增加二氧化碳浓度,B点左移,C点左移,D点向右上方移动
C.D点时,ATP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动
D.若图为阳生植物,则换为阴生植物,B点向左移动,D点向左下方移动
解析 B点为光补偿点,此时光合作用与呼吸作用速率相等,若适当提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,则补偿点B应相应地向右移动,A项正确;若增加二氧化碳浓度,则光合作用速率增加,B点左移,C点右移,D点向右上方移动,B项错误;D点时的光合作用速率最大,其光反应产生的ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质,参与暗反应过程中三碳化合物的还原,C项正确;若换为阴生植物,B点向左移动,D点向左下方移动,D项正确。
答案 B
光合作用曲线中的“关键点”移动
(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)。
B点(补偿点) C点(饱和点)
适当增大CO2 浓度(光照强度) 左移 右移
适当减小CO2 浓度(光照强度) 右移 左移
土壤缺Mg2+ 右移 左移
注: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,当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。
3.(2022·浙江1月选考)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,实验结果如图甲,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(30 s/次),实验结果如图乙,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。
甲
乙
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,由图乙可知,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。由图甲图乙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 ,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,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。
解析 (1)利用各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3 磷酸甘油酸(三碳化合物)的还原,将能量转移到有机物中。(2)据图甲分析,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。分析图乙可知,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。由图甲、图乙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。
答案 (1)层析 3 磷酸甘油酸(或三碳化合物)
(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
角度二 结合光合作用的影响因素,考查科学思维能力
4.(不定项)(2023·汉中模拟)如图为某植株在不同温度(最适温度为25 ℃)、一定光照强度(低于最适光照强度)的环境中,光合作用强度随CO2浓度的变化曲线图。下列相关叙述正确的是 ( )
A.M点对应条件下,该植株叶肉细胞吸收的CO2全部来自其自身线粒体
B.25 ℃时,若光照强度增强,则N点将向左侧移动
C.P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用固定的CO2的量相等
D.H点和L点对应条件下,限制光合作用强度的环境因素不同
解析 M点时植物光合作用强度与呼吸作用强度相等,但由于植物还存在一些细胞不能进行光合作用,所以叶肉细胞光合作用强度大于呼吸作用强度,因此叶肉细胞吸收的CO2来自其自身线粒体和细胞外,A项错误;25 ℃时,若光照强度增强,植物光合作用强度增加,光补偿点降低,即N点左移,B项正确;P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用吸收的CO2的量相等,但由于25 ℃的呼吸作用大于10 ℃,所以25 ℃固定的CO2大于10 ℃,C项错误;由题干信息“低于最适光照强度”可知,H点限制光合作用的因素是光照强度,但L点的限制因素是温度和光照强度,D项正确。
答案 BD
5.(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是 。
(2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 ,判断的依据是 。
(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是 。
(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的 (填“O2”或“CO2”)不足。
解析 (1)由题图可知,乙的光饱和点及光补偿点都比甲低,因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时,甲种植物光合作用强度高于乙种植物,因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知,甲种植物的光饱和点较高,对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低,所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高,气孔部分关闭,因此进入叶肉细胞的CO2不足,叶片的光合速率明显下降。
答案 (1)甲 (2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙 (4)CO2
角度三 围绕探究环境因素对光合作用影响的原理,考查科学探究能力
6.(2023·长沙模拟)某同学将新鲜金鱼藻置于盛有NaHCO3溶液的烧杯中,改变灯泡与烧杯的距离,测定得到如图所示结果。下列叙述正确的是 ( )
A.本实验的目的是探究CO2浓度对光合速率的影响
B.15~45 cm之间,气泡产生速率代表净光合速率
C.小于60 cm时,限制光合速率的主要因素是CO2浓度
D.60 cm时,光线太弱导致光合作用完全停止
解析 分析题目可知,本实验改变灯泡与烧杯的距离,改变的是光照强度,所以本实验的目的是探究光照强度对光合速率的影响,当距离小于60 cm时,限制光合速率的主要因素是光照强度,A、C两项错误;在60 cm时,光线太弱,导致光合作用减弱,但光合作用没有完全停止,D项错误。
答案 B
7.(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图甲),测定相关指标(图乙),探究遮阴比例对植物的影响。
甲
乙
回答下列问题:
(1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量 ,原因可能是 。
(2)比较图乙中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的 ,因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究:
实验材料:选择前期 一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法:按图甲所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以 为对照,并保证除 外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是 。
解析 (1)分析题图乙结果可知,培养10天后,A组叶绿素含量为4.2,C组叶绿素含量为4.7,原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素,以尽可能地吸收光能。(2)比较图乙中B1叶绿素含量为 5.3,B2组的叶绿素含量为3.9,A组叶绿素含量为4.2;B1净光合速率为20.5,B2组的净光合速率为7.0,A组净光合速率为11.8,可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3+3.9)÷2=4.6,净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75,两项数据B组均高于A组,推测B组可能会积累更多的糖类等有机物,因而生长更快。(3)分析题意可知,该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮光程度,因变量为作物产量,可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等,无关变量应保持相同且适宜,故实验设计如下:实验材料:选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法:按图甲所示条件,分为A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以A组为对照,并保证除遮光条件外其他环境条件一致,收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论:如果B组遮光条件下能提高作物产量,则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少。
答案 (1)高 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素 (2)糖类等有机物 (3)光照条件 A组 遮光程度 探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少
考点二 光合作用与细胞呼吸的综合运用
1.光合作用与呼吸作用的比较。
项目 光合作用 呼吸作用
发生范围 含叶绿体的植物细胞、蓝细菌等 所有活细胞
发生条件 在光下进行 时时刻刻都进行
实质 合成有机物、储存能量 分解有机物,释放能量
图解联系
能量联系
2.光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路。
1.辨析净光合速率与总光合速率。
(1)微观辨析。
以光合速率大于呼吸速率为例
(2)结合曲线辨析。
(3)从语言文字中辨析。
总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量 黑暗中释放的CO2的量
“产生”或“制造”的O2的量 “释放至容器(环境)中”或“容器(环境)中增加”的O2的量 黑暗中吸收的O2的量
“产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量
注:真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
①光合作用消耗的CO2量=从环境中吸收的CO2量+呼吸释放的CO2量。
②光合作用产生的O2量=释放到环境中的O2量+呼吸作用消耗的O2量。
2.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较。
长句突破
1.(科学思维)已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是植物在光下进行光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之降低。
2.(科学思维)若将某种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是该植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用生成水是有氧呼吸的一个环节,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加。
3.(科学思维)晴朗夏日中午植物会出现气孔关闭,光合速率下降的现象,这种现象称为“光合午休”。请回答下列问题:
胞间CO2浓度指的是叶片内部叶肉细胞间隙的CO2浓度。实验人员对处于“光合午休”状态植物的胞间CO2浓度进行测定:若结果为胞间CO2浓度下降,则叶肉细胞中C3的含量会下降,原因是胞间CO2浓度下降,CO2的固定速率减慢,而C3的还原速率不变,导致C3的含量减少(答案合理即可);若结果为胞间CO2浓度没有发生变化,则该植物光合速率下降的原因可能是中午温度过高,与光合作用有关的酶的活性降低。
角度一 围绕细胞呼吸与光合作用的联系,考查物质与能量观
1.(2023·葫芦岛期末)如图所示为某绿色植物叶肉细胞中有氧呼吸和光合作用的两个代谢过程,图中C3代表含有三个碳原子的有机化合物,下列有关说法错误的是 ( )
A.过程①②有光无光均可进行
B.过程③消耗的ATP和NADPH,由过程①②提供
C.过程④消耗的CO2量不一定等于过程②产生的CO2量
D.过程①发生在细胞质基质中,过程②③④发生在细胞器中
解析 ①是有氧呼吸的第一阶段,葡萄糖分解形成丙酮酸,发生在细胞质基质中,②是有氧呼吸的第二阶段,发生在线粒体中,过程①②有光无光均可进行,A项正确;③表示C3的还原过程,需要消耗光反应产生的NADPH和ATP,B项错误;过程④消耗的CO2量不一定等于过程②产生的CO2量,因为光合速率和呼吸速率不一定相等,C项正确;①是有氧呼吸的第一阶段,葡萄糖分解形成丙酮酸,发生在细胞质基质中,②是有氧呼吸的第二阶段,发生在线粒体中,过程③④的场所是叶绿体,D项正确。
答案 B
2.绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示,图中①~⑥代表物质,下列有关叙述错误的是 ( )
A.植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在①中
B.叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性
C.给植物提供O,短时间内生成的O2和CO2均可含18O
D.物质④在叶绿体基质中合成,在线粒体基质中分解
解析 植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在①ATP中,A项正确;叶绿体中的NADPH参与C3的还原,线粒体中的NADH与氧结合生成水,二者都具有还原性,B项正确;给植物提供O,O参与光反应生成18O2,O参与有氧呼吸的第二阶段生成C18O2,因此短时间内生成的O2和CO2均可含18O,C项正确;物质④为葡萄糖,在叶绿体基质中合成,在细胞质基质中分解,D项错误。
答案 D
角度二 结合光合作用与细胞呼吸相关曲线,考查科学思维能力
3.(不定项)某研究小组利用特定的实验装置来研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响(其他实验条件均相同且适宜),根据结果绘制成如图所示曲线。下列有关叙述正确的是 ( )
A.大于35 ℃时,该植物不能正常生长的原因是不能进行光合作用
B.25 ℃和30 ℃时该植物的CO2消耗量基本相等
C.该植物的细胞呼吸最适温度为大于35 ℃左右
D.5~25 ℃,该植物积累的有机物逐渐减少
解析 由图分析可知,大于35 ℃时,光合作用消耗CO2的量小于细胞呼吸产生CO2的量,说明光合速率小于呼吸速率,植物体不能生长,A项错误;由图可知,25 ℃和30 ℃时该植物的CO2消耗量基本相等,B项正确;大于35 ℃时,细胞呼吸产生CO2的量还在增加,说明呼吸速率的最适温度大于35 ℃,C项错误;5~25 ℃,光合作用CO2消耗量一直大于细胞呼吸产生CO2的量,说明净光合速率大于0,该植物积累的有机物逐渐增多,D项错误。
答案 B
4.(2023·重庆南开中学调研)图甲为某种植物在夏季晴朗无云的一昼夜植物CO2吸收量的变化,图乙是同种植物在春季的某一晴天的变化情况。请回答下列问题:
甲 乙
(1)植物叶肉细胞中光合作用光反应的场所是 ,在该部位分布着吸收光能的色素,其中 主要吸收蓝紫光和红光。
(2)图甲中该植物一天中有机物积累最多的时刻是 (填图中字母),在12点左右出现光合作用强度“低谷”,原因是 。
(3)图甲中E点和D点相比较,细胞内C3和NADPH的含量变化分别是 、 (填“增加”或“减少”)。图乙中E点和D点相比较,细胞内C5和ATP的含量变化分别是 、 (填“增加”或“减少”)。
解析 (1)植物叶肉细胞中光合作用光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,在该部位分布着吸收光能的色素,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光。(2)据图甲可知,由C~G,净光合速率大于零,有机物一直在积累,因此到G点时,有机物积累量最大。在夏季炎热的中午,气温过高,为了防止植物蒸腾作用散失太多的水分,植物叶片的部分气孔会关闭,从而导致CO2吸收量下降,影响光合作用的暗反应。(3)图甲中E点和D点相比较,胞间CO2降低,直接影响暗反应,C3含量会减少,短期内光反应正常进行,NADPH生成量不变,但消耗量减少,最终NADPH增加。图乙中E点和D点相比较,光照强度降低,直接影响光反应,因此ATP的量会减少,C3还原受抑制,因此C5会减少。
答案 (1)叶绿体的类囊体薄膜 叶绿素a和叶绿素b (2)G 温度过高,气孔大量关闭,CO2吸收不足 (3)减少 增加 减少 减少
角度三 结合农业生产和生活实践,考查学以致用解决实际问题的能力
5.(2023·临沂模拟)已知新生的植物组织呼吸速率较高,可以提供能量并把糖类物质转化为构建新生组织所必需的材料,而成熟的组织呼吸速率较低,有利于降低有机物的消耗。为满足人类的生产需求,可以改变环境条件影响植物组织的呼吸强度,下列调节呼吸强度的措施中不恰当的是 ( )
A.地窖储存的水果,最好置于低氧的环境
B.在种子有机物的快速积累期,应创设低温条件
C.种植蔬菜的温室大棚,夜间应适当升高CO2浓度
D.当浅层土壤缺乏无机盐时,应松土提高根部O2浓度
解析 蔬菜和水果贮藏保鲜时的条件:零上低温(抑制酶的活性)、低氧(抑制无氧呼吸)、适宜的湿度(保证水果、蔬菜中水分的充足),所以地窖储存的水果,最好置于低氧的环境,A项正确;在种子有机物的快速积累期,不应创设低温条件,B项错误;种植蔬菜的温室大棚,白天应适当升高温度和CO2浓度,夜间适当降低温度和升高CO2浓度可抑制呼吸作用,减少有机物的消耗,C项正确;当浅层土壤缺乏无机盐时,应松土提高根部O2浓度,促进植物的根系进行有氧呼吸,从而促进其更多地吸收土壤中的无机盐,D项正确。
答案 B
6.(2020·全国卷Ⅰ)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:
(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
作物 A B C D
株高(cm) 170 65 59 165
光饱和点 (μmol·m-2·s-1) 1 200 1 180 560 623
解析 (1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素和光的竞争,使能量更多地流向农作物;松土可以使土壤中O2含量增多,有利于根细胞进行有氧呼吸,进而增强根对矿质元素的吸收等活动。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收,因而农田施肥的同时常适当浇水,以使肥料中的矿质元素溶解在水中;另外,浇水还可以降低土壤溶液的渗透压,防止作物因过度失水而死亡。(3)为了更充分地利用光照资源,间作过程中要确保高低作物的合理搭配。株高较高的作物获取的光照充足,应选择光饱和点较高的作物(作物A);株高较低的作物获取的光照较少,应选择光饱和点较低的作物(作物C)。
答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
1.经典重组 判断正误
(1)光合作用过程中光能转变为化学能,细胞呼吸过程中化学能转变成热能和ATP。(全国卷Ⅲ,2C) (×)
(2)夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,可提高作物产量。(2018·全国卷Ⅱ,2B) (√)
(3)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养,随培养时间的延长,玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定。(2019·海南卷,3D) (√)
(4)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后,可完成暗反应。(全国卷Ⅱ) (√)
2.(不定项)(2022·湖南卷)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 ( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
解析 夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,光合作用强度明显减弱,A项正确;夏季中午气温过高,导致光合酶活性降低,呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶),光合作用强度减弱,但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度,即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量,B项错误;光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜上,C项错误;夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,导致光反应产物积累,产生反馈抑制,使叶片转化光能的能力下降,光合作用强度明显减弱,D项正确。
答案 AD
3.(2021·广东卷)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图甲),造成叶绿体相对受光面积的不同(图乙),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 ( )
甲 乙
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
解析 由题图可知,突变体t1的叶绿体相对受光面积大于突变体t2的叶绿体相对受光面积,故突变体t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点,A、B两项正确;野生型、突变体t1和突变体t2的叶绿素含量基本一致,故造成野生型、突变体t1和突变体t2光合速率的高低与叶绿素含量无关,C项正确;由题图可知,三者的光合速率差异是由叶绿体在细胞中分布位置不同引起的,与光照强度无关,D项错误。
答案 D
4.(2022·湖南卷)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8~10 μmol/(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2 μmol/(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10 μmol/(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 (答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害并减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有
特性。
解析 (1)种子萌发形成幼苗的过程中,消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物,并且种子萌发所需的外界条件适宜,光照有利于叶片叶绿素的形成,种子仍能萌发并成苗。(2)将该水稻适龄秧苗栽植于题述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),等于光补偿点,此时光照时没有有机物的积累,黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物,且每天光照时长14小时大于12小时,植株不能开花,因此该水稻不能繁育出新的种子。(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害减少杂草生长,须灌水覆盖,因此种子应有防涝特性,而且此时种子获得氧气较少,可通过无氧呼吸分解有机物供能,无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用,推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。
答案 (1)能 种子萌发所需外界条件适宜且种子萌发形成幼苗的过程中,消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物,且光照有利于叶片叶绿素的形成 (2)不能 光照强度为10 μmol/(s·m2),等于光补偿点,此时光照时没有有机物的积累,黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物,故全天没有有机物积累,且每天光照时长为14小时大于12小时,植株不能开花
(3)耐受酒精毒害(抗涝)
5.(2022·山东卷)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
分组 处理
甲 清水
乙 BR
丙 BR+L
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
解析 (1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素,其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大,故色素分离时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素,主要吸收蓝紫光。(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量、温度等;其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足;氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内,光反应速率增强,水光解产生的氧气速率增加。(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光合作用强度较高,说明加入BR后光抑制减弱;乙组用BR处理,丙组用BR和试剂L处理,与乙组相比,丙组光合作用强度较低,由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成,说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
答案 (1)蓝紫色 (2)五碳化合物供应不足 CO2供应不足 强光照射后短时间内,光反应速率增强,水光解产生的氧气速率增加 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
(六) 植物“三率”判定的6种实验模型
1.气体体积变化法——测定光合作用O2增加的体积或CO2消耗的体积。
(1)测定装置。
甲 乙
(2)测定方法及解读。
①测定呼吸速率(装置甲)。
a.装置甲烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。
c.置于适宜温度环境中。
d.单位时间内红色液滴向左移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率(装置乙)。
a.装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用需求。
b.给予较强光照处理,且温度适宜。
c.单位时间内红色液滴向右移动距离代表净光合速率。
③根据“总(真正)光合速率=呼吸速率+净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。
(3)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的相同绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2.黑白瓶法——测水中溶氧量的变化。
注:瓶中氧气充足,不考虑无氧呼吸。
3.半叶法——测定光合作用有机物的产生量。
将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处,另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理),并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后,在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB,开始时二者相应的有机物含量应视为相等,照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量,超过部分即为光合作用产物的量,再通过计算可得出光合速率。
4.叶圆片称重法。
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率=(z-y)/2S;
呼吸速率=(x-y)/2S;
总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
5.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率。
(1)实验原理。
(2)实验装置分析。
a.自变量的设置:光照强度是自变量,通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
b.中间盛水的玻璃柱的作用:吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内的水温产生影响。
c.因变量是光合作用强度,可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。
6.间隔光照法——比较有机物的合成量。
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行,由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的,因此在一般情况下,光反应的速率比暗反应快,光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照,光反应产生的NADPH和ATP不能及时被暗反应消耗,暗反应限制了光合作用的速率,降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行,则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物,持续进行一段时间的暗反应,因此在光照强度和光照时间不变的情况下,制造的有机物相对多。
1.如图甲为光合作用最适温度条件下,植物光合速率测定装置图,图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是 ( )
甲 乙
A.图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动,再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
B.若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液,其他条件不变,则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变
C.一定光照条件下,如果再适当升高温度,真光合速率会发生图乙中从b到a的变化,同时呼吸速率会发生从a到b的变化
D.若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化,则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度
解析 图甲装置在较强光照下,植物光合作用强度大于细胞呼吸强度,植物所需CO2由CO2缓冲液提供,而产生的O2会使装置中气体体积增大,因此有色液滴向右移动,如果再放到黑暗环境中,植物呼吸消耗O2,而产生的CO2又被CO2缓冲液吸收,因此有色液滴向左移动,A项正确;若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液,虽然光照条件不变,但由于无CO2提供,暗反应不能为光反应提供ADP与NADP+等物质,从而影响光反应的进行,产生NADPH的速率将下降,B项错误;在光合作用最适温度时再升高温度,与光合作用有关的酶活性会下降,真光合速率下降,而一般情况下与细胞呼吸有关的酶的最适温度较高,此时酶活性会随温度升高而升高,因此呼吸速率会升高,C项正确;光合速率由a到b变化,说明光合速率升高了,影响光合速率的因素有光照强度、CO2浓度、温度等,适当提高CO2浓度会增大光合速率,D项正确。
答案 B
2.(不定项)(2023·湖南衡阳质检)研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是 ( )
A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后高
B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合
C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的
D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重
解析 遮光后,光反应停止,短时间内C3被还原成C5的过程减弱乃至停止,而C5固定CO2的过程仍能继续,故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高,A项正确;照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B项正确;照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初始干重,C、D两项错误。
答案 AB
3.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片,烘干后称其重量,测得叶片的光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是 ( )
A.下午4时后将整个实验装置遮光3 h
B.下午4时后将整个实验装置遮光6 h
C.下午4时后在阳光下照射1 h
D.晚上8时后在无光下放置3 h
解析 起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重x g, 从上午10时到下午4时,叶片在这6 h内既进行光合作用,又进行呼吸作用,所以下午4时移走的叶圆片干重(y g)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x g)的差值,就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量:(y-x) g。若要求出呼吸作用消耗干物质量,应将叶片进行遮光处理,先假设叶片遮光处理为a小时后干重为z g,下午4时移走的叶圆片干重y g减去叶片遮光处理a小时后的干重z g的差值,就是呼吸作用消耗干物质量:(y-z) g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h),据真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,得出(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/a,计算出a=3,A项正确。
答案 A
4.(不定项)在如图所示的玻璃容器中,注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片,密闭后,设法减小液面上方的气体压强,会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器,又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是 ( )
A.改变温度,会影响叶片开始上浮所需的时间
B.改变光照强度,不影响叶片开始上浮所需的时间
C.改变NaHCO3溶液的浓度,不影响叶片开始上浮所需的时间
D.若将装置置于黑暗中,上浮的叶片又会下沉
解析 改变温度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,A项正确;改变光照强度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,B项错误;改变NaHCO3溶液的浓度,即改变二氧化碳的浓度,这会影响光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,C项错误;若将装置置于黑暗中,叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的氧气,导致上浮的叶片又会下沉,D项正确。
答案 AD
5.通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题:
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内 ;C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内 。
解析 单位时间生产者制造有机物的量等于生产者积累有机物的量与呼吸量的总和。题述测量的三份水样中A为对照,B为生产者进行呼吸作用后剩余的氧气量,C为生产者进行光合作用和呼吸作用后玻璃瓶中的氧气量。C与A的差值(C-A)表示该段时间内生产者净光合作用的放氧量(或积累有机物的量),A与B的差值(A-B)表示该段时间内生产者进行呼吸作用消耗氧气的量(或消耗有机物的量)。所以该段时间内生产者光合作用的总放氧量(或制造有机物的量)为(C-A)+(A-B)=C-B。
答案 生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
科学探究
(四) 实验设计的思路和步骤
【典例】 (2019·全国卷Ⅰ节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。
有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
解析 本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照,证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的;再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照,证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
答案 实验思路:取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。
1.对比实验思路与实验步骤的主要特点和书写技巧。
2.注意事项。
要求写出实验思路和实验步骤的试题,都要注意“无关变量”的描述,尤其是写出实验步骤类试题。因为无关变量是决定实验成功的关键因素,写实验步骤时,必须要对无关变量的操作作出说明。在一个实验中,人为设置的变量,除了自变量,都是无关变量,若已经学习过无关变量的具体内容(如某种酶发挥作用的最适温度为37 ℃),则需明确写出;若没有学习过无关变量的具体数值(如保温时间),则可用“适宜且相等”“理想条件下”等文字表述。
1.(2023·山东模拟)光质对植物的生长发育、光合特性、产量、品质等方面均有较大影响。例如,红光处理的番茄幼苗的叶绿素含量增加,气孔导度蒸腾速率有所提高,光合速率显著高于其他处理;蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照。最近的研究显示,在自然光(即白光,W)中添加远红光(FR,波长为700~800 nm)能显著提高温室番茄的产量,这对大棚蔬菜瓜果的生产具有重要意义。
(1)叶绿体内吸收红光的色素是 。
(2)蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照,原因可能是 。
(3)在白光中额外添加远红光,尽管净光合速率下降,但番茄产量却上升了。据图所示结果分析,可能的原因是 。
(4)设W为一定的白光强度(强度表示为W1~W5),R为一定的远红光强度(强度表示为R1~R5)。现欲探究促进番茄产量的最佳条件配比,试阐述实验设计思路: 。
解析 (1)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,故叶绿体内吸收红光的色素是叶绿素a和叶绿素b。(2)蓝光处理的叶绿素含量略低,但光合速率仍显著高于对照,原因可能是蓝光可促进气孔开放,增加了叶片的胞间CO2浓度(或蓝光使类胡萝卜素含量增加)。(3)由图分析:加远红光后,番茄光合作用制造的有机物在各器官中的配比发生了变化,分配在果实中的有机物比例上升,分配在叶中的有机物比例下降,所以虽然净光合速率下降,但是番茄产量却升高了。(4)结合题意可知,本实验的目的是“探究促进番茄产量的最佳条件配比”,则实验的自变量为W和R的关系,因变量为番茄产量,实验设计应遵循对照原则与单一变量原则,整个实验过程中,除光照以外,其他条件适宜且相同。实验设计思路为:设定白光强度为W1,测定该白光强度和各远红光强度配比时的番茄产量;而后改变白光强度为W2,测定其和各远红光强度配比时的番茄产量;同理,依次求得各白光强度和各远红光强度的配比时的番茄产量,在以上实验组中,找到番茄产量最高的组别即为最佳白光强度和远红光强度的配比。
答案 (1)叶绿素a和叶绿素b (2)蓝光可促进气孔开放,增加了叶片的胞间CO2浓度(或蓝光使类胡萝卜素含量增加) (3)添加远红光后,番茄光合作用制造的有机物在各器官中的分配占比发生了变化,分配到番茄果实中的有机物占比上升,所以尽管净光合速率下降,但番茄产量却增加了 (4)设定白光强度为W1,测定该白光强度和各远红光强度配比时的番茄产量;而后改变白光强度为W2,测定其和各远红光强度配比时的番茄产量;同理,依次求得各白光强度和各远红光强度的配比时的番茄产量,在以上实验组中,找到番茄产量最高的组别即为最佳白光强度和远红光强度的配比
2.肾上腺素是临床上抢救过敏性休克的首选药物,人们常用肾上腺素作为研究课题进行生理实验研究。请回答以下问题:
(1)某些神经元也能分泌肾上腺素,进入突触间隙的肾上腺素,可以与突触后膜上的相应受体结合,引发突触后膜 变化;也可以与突触前膜上的相应受体结合,抑制肾上腺素继续分泌,实现 调节。多数最终又被突触前膜摄取,并贮存在突触小泡中,实现 利用。
(2)已知肾上腺素能使鱼类体表黑色素细胞的色素颗粒聚集,使体表颜色变浅;而乙酰胆碱能使鱼类体表黑色素细胞的色素颗粒扩散,使体表颜色加深,为验证肾上腺素和乙酰胆碱对鱼类体色的影响,科研人员进行了相关实验,请完善下列实验内容:
实验对象:体长约10 cm且体色相近的同种鲫鱼若干条。
药品及用具:鱼用生理盐水,适宜浓度的肾上腺素、乙酰胆碱,注射器等。
实验步骤:
第一步:将鲫鱼平均分成三组,编号为甲、乙、丙,分别放入三个玻璃缸中置于背光处饲养一段时间。
第二步:给甲组鲫鱼腹腔中注入2 mL一定浓度的乙酰胆碱,乙组鲫鱼腹腔中注入 ,而丙组鲫鱼腹腔中注入 作为对照。
第三步:将装有上述处理后鲫鱼的玻璃缸置于 处,约2 h后,观察比较三组鲫鱼体表颜色的变化。
预期实验结果:甲、乙、丙三组鲫鱼的体色由浅到深依次是 。
解析 (1)肾上腺素可由突触前膜释放,引起突触后膜的电位变化。肾上腺素与突触前膜相应的受体结合,抑制肾上腺素继续分泌,属于负反馈调节。作用过后的肾上腺素大多被突触前膜摄取,实现了重复利用。(2)实验设计要遵循单一变量原则和对照原则,所以第二步中乙、丙两组应分别注入等量的肾上腺素和等量的鱼用生理盐水;因为鱼类的眼和松果体能感知光照变化而影响体内肾上腺素和乙酰胆碱的含量,所以第三步需将装置放于背光处,否则实验结果将受到影响;由题干信息可知,肾上腺素使鱼体表颜色变浅,乙酰胆碱使鱼体表颜色变深,由此可推出甲、乙、丙三组鱼的体色由浅到深依次是乙、丙、甲。
答案 (1)电位 (负)反馈 重复(多次) (2) 一定浓度的等量的肾上腺素 等量的鱼用生理盐水 背光 乙、丙、甲
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