【备考2024】一轮新人教版生物学学案：必修1 第3单元 第5讲 光合作用与能量转化(Ⅱ)（含解析）
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| 名称 | 【备考2024】一轮新人教版生物学学案：必修1 第3单元 第5讲 光合作用与能量转化(Ⅱ)（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-12-13 17:42:29 | ||
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文档简介
【备考2024】一轮新人教版生物学学案
第三单元 细胞代谢
第5讲 光合作用与能量转化(Ⅱ)
考点1 光合作用的影响因素及应用
一、光合作用的强度
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
二、影响光合作用强度的因素
1．影响光合作用原料(水、CO2)、动力(光能)供应的因素：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况、光照强度、光质和光照时间等。
2．影响叶绿体的形成和结构的因素：无机营养、病虫害等。
3．影响酶活性的因素：温度、pH等。
如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。(必修1 P106“拓展应用”)
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是_____________________________
_____________________________________________________________________。
(2)10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是_______________________
_____________________________________________________________________。
(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是____________________________
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_____________________________________________________________________。
(4)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施：
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提示：(1)光照强度逐渐增大 (2)此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制 (3)光照强度不断减弱
(4)可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度
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，主要限制因素是光照强度。 (√)
2．延长光照时间能提高光合作用强度。 (×)
提示：延长光照时间只能提高光合作用的产物量，不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。 (×)
提示：植物体从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。
4．停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。 (√)
5．夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 (×)
提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔关闭，CO2吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。
1．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。
_____________________________________________________________________
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提示：有机肥在被微生物分解的时候会产生无机盐并释放CO2，为光合作用提供原料
2．土壤板结，光合速率下降的原因是___________________________________
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_____________________________________________________________________。
提示：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
1．光照强度对光合作用的影响及应用
(1)原理：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。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，AB段光合作用强度小于细胞呼吸强度；
B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)；
BD段：光合作用强度大于细胞呼吸强度；
C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而加强)。
②实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物。
(3)应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物和冬季温室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2浓度对光合作用的影响及应用
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成。
(2)曲线分析
图甲 图乙
图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B点和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)应用
①大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
②温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，施用农家肥，与猪舍、鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
3．温度对光合作用的影响及应用
(1)原理：温度通过影响光合酶的活性影响光合作用强度。
(2)曲线分析
光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。
4．水对光合作用的影响及应用
(1)原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
(2)曲线分析
图1 图2
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线上E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔关闭，影响了CO2的供应。
(3)应用：预防干旱，合理灌溉。
5．矿质元素对光合作用的影响及应用
(1)原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是酶的组成元素，N、P是ATP、磷脂的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等。
(2)曲线分析
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液的浓度过高，植物渗透失水导致植物光合作用强度下降。
(3)应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
6．光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合影响及应用
(1)常见曲线
图中：a．高CO2浓度 b．中CO2浓度 c．低CO2浓度
①高光强 ②中光强 ③低光强
(2)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是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(3)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。
7．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①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。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
1．生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点和光补偿点如何变化，原因是什么？
提示：光饱和点降低，因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和NADPH少。光补偿点升高，因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大。
2．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。请以某植物的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。
实验思路：
预期结果：
提示：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。 ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
考查环境因素影响光合作用强度的坐标曲线分析
1．(2022·湖北黄冈高三调研)将某植物置于密闭的容器中，测量其单位时间内CO2的吸收量与光照强度、温度等的关系，结果如图所示。下列相关叙述，正确的是( )
A．与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大
B．当植物缺镁时，B点向左移，E点向左下方移
C．植物在C、D两点时光合作用合成有机物的量相同
D．限制E点光合速率的主要因素是光照强度和温度
A [当光照强度为0时，不能进行光合作用，即曲线与纵轴的交点，据图可知，与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大，A正确；植物缺镁时，叶绿素无法合成，光合作用下降，一般不影响呼吸作用，B点时光合作用等于呼吸作用，此时要增大光照强度才能弥补缺镁引起的光合作用下降，因此B点向右移，E是光饱和点，E点向左下方移，B错误；实际光合作用等于净光合作用＋呼吸作用，植物在C、D两点净光合作用相同，但22 ℃条件下呼吸速率更大，因此D点光合作用合成有机物的量较大，C错误；据图可知，E点已经达到光饱和点，光照强度此时不是限制因素，此时限制E点光合速率的主要因素是温度和二氧化碳浓度，D错误。]
2．(2022·北京等级考)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( )
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200 μL·L-1时，温度对光合速率的影响小
D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续增大
D [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，光合速率达到最大值，之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200 μL·L-1时，最适温度为25 ℃左右；当CO2浓度为370 μL·L-1时，最适温度为30 ℃左右；当CO2浓度为1 000 μL·L-1时，最适温度大于CO2浓度为370 μL·L-1时的最适温度，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200 μL·L-1时，光合速率随温度的升高变化程度不大，在温度升高时，光合速率在10 μmol CO2·m-2·s-1附近波动，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，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200 μL·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200 μL·L-1至370 μL·L-1时，光合速率有显著提高，而370 μL·L-1至1 000 μL·L-1时，光合速率无明显的提高趋势，而且370 μL·L-1时与1 000 μL·L-1时的光合速率数值接近，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续增大，D错误。]
考查环境因素影响光合作用强度的实验分析
3．(2022·广东惠州调研)某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。下列有关分析错误的是( )
甲 乙
A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C．实验2～4 d，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D．持续严重干旱，对植物的光反应和暗反应均有可能产生影响
C [从图甲中可以看出，随干旱时间延长，叶片光合速率呈下降趋势，A正确；比较图甲和图乙，图甲中光合速率在第2 d就开始下降，而图乙中叶绿素含量在第4 d才开始下降，因此叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降，B正确；图乙中，实验2～4 d中叶片叶绿素含量并没有下降，但甲图中光合速率已经下降，C错误；持续严重干旱，植物的叶绿素含量下降，对植物的光反应有直接影响，干旱还会导致气孔关闭，叶片中CO2浓度下降，进而引起暗反应下降，D正确。]
4．(2022·广东选择性考试)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
图a
图b
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b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a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)分析图b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)由图b可知，B组的净光合速率大于A组和C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，该实验的目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮阴比例，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：选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a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，并保证除遮阴比例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组遮阴比例下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例。
[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)光照等培养条件 A组 遮阴比例 探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例
考查光合作用影响因素的生产应用
5．(2021·辽宁选择性考试)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是( )
A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
B [不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用的速率，D正确。]
6．(2021·海南等级考)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是________________________。除通气外，还需更换营养液，其主要原因是_____
_____________________________________________________________________。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是_________
_____________________________________________________________________。
生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在________点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B点的移动方向是________。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度________；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24 h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量________。
[解析] (1)营养液中的生菜长期在液体的环境中，根得不到充足的氧，影响呼吸作用，从而影响生长，培养过程中要经常给营养液通入空气，其目的是促进生菜根部细胞呼吸；营养液中的无机盐在培植生菜的过程中会被大量吸收，因此更换营养液的主要原因是为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量；B点为光饱和点对应的最大光合速率，因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度，根据题干“为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度”可知：该条件下光合速率增大，则B点向右上方移动。(3)根据曲线可知：在此曲线中光合速率的最适温度为T5，而在该实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现，所以光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低。若将培植区的温度从T5调至T6，导致光合速率减小而呼吸速率增大，生菜植株的有机物积累量将减少。
[答案] (1)促进生菜根部细胞呼吸 为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长 (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量 B 右上方 (3)低 减少
考点2 (探究·实践)探究环境因素对光合作用强度的影响
1．实验原理
(1)利用抽气法排出叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。
(2)通过LED台灯与烧杯之间的距离控制光照强度。
(3)光合作用的过程中产生O2的多少与光合作用强度密切相关，O2积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可依据一定时间内圆形小叶片上浮的数量，来比较光合作用强度。
2．实验步骤及操作要点
实验步骤 操作要点
①制备圆形小叶片 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)
②排出细胞间隙中的气体 a．将圆形小叶片和适量清水置于注射器，排出注射器内的空气；b．用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出。重复几次，直到圆形小叶片全部沉到水底
③分装圆形小叶片 a．将上述处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用；b．向3只小烧杯分别倒入富含CO2的清水；c．将待用圆形小叶片各10片分别放入3只小烧杯中
④给予不同的光照强度 分别取离LED台灯10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置，把3个烧杯分别放在这3个位置上，打开台灯
⑤观察并记录 观测并记录单位时间内3个烧杯中叶片上浮的数量，或者是浮起相同数量的叶片所用时间长短
3．实验结论
在一定光照强度范围内，光合作用强度随光照强度的增强而增强。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收O2，产生的CO2较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
图1
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的O2，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图2和图3：
图2 图3
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的O2产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
图4
2．“叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
1．(2022·重庆巴蜀中学检测)取生长旺盛的绿叶，用打孔器获取直径大小相同的若干圆形小叶片，用于“探究光照强度对光合作用强度的影响”，该实验中最简便直观的检测指标是单位时间内( )
A．圆形小叶片二氧化碳的吸收量
B．圆形小叶片氧气的释放量
C．圆形小叶片有机物的增加量
D．圆形小叶片浮起的数量
D [光合作用是绿色植物通过叶绿体利用光能把二氧化碳和水，转变成储存能量的有机物并释放氧气的过程。圆形小叶片经过处理，最后观察到会浮起，原因是叶片进行光合作用产生的氧气大于有氧呼吸消耗的氧气。本实验的自变量是光照强度，因变量是植物的光合作用强度，故圆形小叶片二氧化碳的吸收量、圆形小叶片氧气的释放量及圆形小叶片有机物的增加量都可以作为检测指标，但单位时间内圆形小叶片浮起的数量可直接观察计数，是该实验中最简便直观的检测指标，故D符合题意。]
2．(2023·江苏南通联考)如图是某中学生物兴趣小组为探究二氧化碳浓度对光合作用的影响而设计的装置图，相关叙述不正确的是( )
A．黑藻的成熟程度、水温的变化、NaHCO3浓度均属于无关变量
B．对照组中的蒸馏水应煮沸后冷却，以去除水中的二氧化碳
C．分别在距离实验组和对照组黑藻10 cm处放置台灯，作为光源
D．一段时间后测量记录液面高度的变化，推测光合速率的变化
A [黑藻的成熟程度、水温的变化属于无关变量，NaHCO3浓度是自变量，A错误；对照组中的蒸馏水应煮沸后冷却，以去除水中的二氧化碳，排除水中原有二氧化碳对实验的干扰，B正确；分别在距离实验组和对照组黑藻10 cm处放置台灯作为光源，可保证各组光照强度一致，排除无关变量光照强度的干扰，C正确；光合作用产生的氧气可使装置中液面高度发生变化，以在一段时间后测量记录液面高度的变化，来推测光合速率的变化，D正确。]
3．(2022·海南等级考)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( )
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，浓度为0.5%的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
B [本实验的目的是探究适宜温度下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释放的氧气时，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，浓度为0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，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。]
1．核心概念
(必修1 P105)光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2．结论语句
(1)(必修1 P105)只要影响到光合作用的原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
(2)(必修1 P105)影响叶绿体的形成和结构的因素，会影响光合作用强度。
(3)(必修1 P105)影响酶活性的因素，也是光合作用强度的影响因素。
1．(2022·山东等级考)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______________________、________________(答出两种原因即可)；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强。(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)蓝紫光 (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强 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
2．(2022·湖南选择性考试)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，因此在光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时，虽然光照强度低于光补偿点，但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上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，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，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，每天光照时长为14小时，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；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花 (3)耐受酒精毒害
3．(2022·湖北选择性考试)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。
图1 图2
图3
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________(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
_____________________________________________________________________。
(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________________________________________，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___________________________________________。
(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_______________________，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O3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O3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。
[答案] (1)增大 (2)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)实验组的净光合速率均明显小于对照组 长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异 (4)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
(教师用书独具)
1．(2021·福建选择性考试)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化，影响海洋藻类生长进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类，生长速度快，一年可多次种植和收获。科研人员设置不同大气CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验，结果如下图所示。
图1
图2
回答下列问题：
(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下，_______________________________
_____________________________________________________________________。
(2)ATP水解酶的主要功能是______________。ATP水解酶活性可通过测定
_______________________________________________________________表示。
(3)由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC＋HP处理比LC＋HP处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，因而细胞________增强，导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知，大气CO2条件下，高磷浓度能________龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化，有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是____________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)本实验的目的是探究在一定光照强度下，不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响。(2)酶具有专一性，ATP水解酶的主要功能是催化ATP水解；酶活性可通过产物的生成量或底物的消耗量进行测定，由于ATP的水解产物是ADP和Pi，故ATP水解酶活性可通过测定单位时间磷酸的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量表示。(3)净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC＋HP处理比LC＋HP处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，矿质元素的吸收需要能量，因而细胞呼吸增强，导致有机物消耗增加。(4)由图2可知，大气CO2条件(LC组)下，HP组(高磷浓度)的净光合速率＞LP组(低磷浓度)，故推测高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率；结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是龙须菜在高磷条件下能快速生长，收获经济效益的同时，能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态。
[答案] (1)不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响 (2)催化ATP水解 单位时间磷酸的生成量(或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量) (3)呼吸作用 (4)提高 龙须菜在高磷条件下能快速生长，收获经济效益的同时，能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态
2．(2021·河北选择性考试)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素(12 g·m-2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标 对照组 施氮组 水＋氮组
自由水/结合水 6.2 6.8 7.8
气孔导度 (mmol·m-2·s-1) 85 65 196
叶绿素含量 (mg·g-1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性 (μmol·h-1·g-1) 316 640 716
光合速率 (μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5 11.4
注：气孔导度反映气孔开放的程度。
回答下列问题：
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括___________________(写出两点即可)等。补充水分可以促进玉米根系对氮的________，提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动______________两种物质的合成以及________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)自由水是细胞内的良好溶剂，许多种物质溶解在自由水中；细胞内的许多生化反应也都需要水的参与，如光合作用、细胞呼吸等；植物的大多数细胞必须浸润在以水为基础的液体环境中；自由水在植物体内的流动还可以运送营养物质和代谢废物。氮肥可溶解在水中，补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收和运输，从而提高植株氮供应水平。(2)镁是组成叶绿素的重要元素，在叶绿体类囊体薄膜上，利用色素捕获的光能可进行水的光解，产生NADPH和ATP。暗反应进行时，CO2在RuBP羧化酶的作用下与C5结合形成C3，C3最终被还原成糖类。(3)叶绿体吸收光能的能力加强，水的光解速率加快，使得光反应速率加快，还原CO2的速率加快；施氮同时补充水分使气孔导度增大，有利于外界CO2进入叶肉细胞，为暗反应提供原料。
[答案] (1)是细胞内的良好溶剂；参与细胞内的某些生化反应；为细胞提供液体环境；运送营养物质和代谢废物(写出两点即可) 吸收和运输 (2)镁 NADPH和ATP 水 C5 (3)叶绿体吸收光能的能力加强，水的光解速率加快，使得光反应速率加快，还原CO2的速率加快；施氮同时补充水分使气孔导度增大，有利于外界CO2进入叶肉细胞，为暗反应提供原料
课时分层作业(十) 光合作用与能量转化(Ⅱ)
1．(2021·湖南选择性考试)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )
A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
A [弱光条件下，植物没有O2的释放是因为此时呼吸作用强度大于光合作用强度，并不是未进行光合作用，A错误；在光合作用暗反应阶段，CO2一般要与C5结合生成C3后才被还原，B正确；在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，短时间内使得光合作用产物输出受阻，对光合作用过程起抑制作用，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植(增加受光面积、增加CO2浓度)和增施有机肥(提供无机盐和CO2)均可在一定程度上提高农作物的光合作用强度，D正确。]
2．图甲中试管A与试管B敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻O2净释放量的影响，试管A的结果如图乙所示。据图分析，下列叙述正确的是( )
甲 乙
A．Q点的O2净释放量为零，是因为此点光合作用强度为零
B．P点为负值的原因是细胞呼吸消耗氧气，适当降低温度，P点将下移
C．在图乙上绘制试管B的结果曲线，Q点应右移
D．降低CO2浓度时，在图乙上绘制试管A的结果曲线，R点应右移
C [Q点的O2净释放量为零，因为此点光合速率与呼吸速率相等，A项错误；适当降低温度，P点将上移，B项错误；试管B中是缺镁培养液，小球藻合成的叶绿素较少，吸收光能较少，需要的光补偿点增大，故Q点右移，C项正确；降低CO2浓度时，净光合速率降低，R点左下移，D项错误。]
3．(2022·湖北武汉检测)自然条件下植物所处的光环境非常复杂，其中强光和弱光都是植物经常遭遇的环境光照强度。将黄瓜盆栽苗分为3个组处理：T1组为持续5 h强光，然后持续5 h弱光；T2组是强光和弱光每3 min更替1次，总时间为10 h；T3为完全弱光处理10 h。处理结束后测量了幼苗干重、叶绿素含量及叶绿素a/b的值等指标，结果如图。下列分析正确的是( )
A．T2组较T1组幼苗干重偏低是由光照强度减弱所致
B．T2组处理后导致叶绿素a含量降低较叶绿素b更加明显
C．T3组叶绿素含量增加但幼苗干重下降与CO2供应不足有关
D．光照能量相同时，稳定光照比更替频繁光照更有利于幼苗的生长
D [T2组和T1组的自变量是强光和弱光替换的频率，而不是光照强度，A错误；T2组叶绿素a/b的值最大，所以叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显，B错误；T3组是一直在弱光条件下处理，所以其幼苗干重下降主要与光照强度降低有关，C错误；比较T1和T2组可知，稳定的光照有利于幼苗的生长，D正确。]
4．(2022·山东菏泽一模)在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中四种主要乔木幼苗叶片的生理指标(如表)。下列分析正确的是( )
物种指标 构树 刺槐 香樟 胡颓子
光补偿点(千勒克斯) 6 4 1.8 1.1
光饱和点(千勒克斯) 13 9 3.5 2.6
A．光照强度为1.1千勒克斯时，胡颓子幼苗的净光合速率小于零
B．光照强度为10千勒克斯时，影响构树和刺槐幼苗光合速率的环境因素都有光照强度和CO2浓度
C．若将光照强度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗叶绿体中的CO2会增加
D．光照强度大于13千勒克斯时，构树幼苗光合作用固定的CO2全部来自外界
A [光照强度为1.1千勒克斯时，胡颓子幼苗叶片达到光补偿点，此时叶片的光合速率等于呼吸速率，但由于幼苗中有部分细胞不能进行光合作用，而且还要进行呼吸作用，因此整个幼苗的净光合速率小于零，A正确；光照强度为10千勒克斯时，构树还没有达到光饱和点，此时影响构树的环境因素主要是光照强度，而光照强度为10千勒克斯时，刺槐已经达到光饱和点，此时影响刺槐的环境因素主要是CO2浓度，B错误；若将光照强度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗的光合速率增加，吸收更多的CO2，因此其叶绿体中的CO2会减少，C错误；光照强度大于13千勒克斯时，构树幼苗光合作用固定的CO2部分来自自身呼吸，部分来自外界，D错误。]
5．(2021·河北石家庄模拟)为了探究CO2对叶绿体代谢和光合作用的影响，研究人员将番茄植株置于CO2浓度分别为400 μL·L-1和1 000 μL·L-1的培养室中，生长一段时间后，测定叶绿体中光合色素含量、淀粉合成量和植株高度等指标，结果如表所示，下列叙述正确的是( )
CO2浓度 (μL·L-1) 叶绿素a (μg·m-2) 叶绿素b (μg·m-2) 淀粉合成量 (μg·m-2) 植株高 度(cm)
400 43.5 11.9 40.7 26.8
1 000 35.2 9.4 50.5 41.4
A．高浓度CO2增强了叶绿体的光吸收能力
B．据此推测，日光温室中补充适量CO2能够有效提高农作物有机物合成量
C．高浓度CO2降低了色素的含量及叶绿素a/b的值
D．高浓度CO2对于叶绿体基质中进行的卡尔文循环具有抑制作用
B [依照题意，高浓度的CO2导致叶绿素a和叶绿素b的含量降低，从而降低了叶绿体的光吸收能力，A错误；依照表格中的数据，增加CO2的浓度，会使淀粉(有机物)合成量增加，据此推测，在日光温室中补充适量CO2可以有效提高农作物的有机物合成量，B正确；高浓度CO2虽然降低了光合色素的含量，但升高了叶绿素a/b的值，C错误；CO2是暗反应(卡尔文循环)的底物，高浓度的CO2会促进卡尔文循环，D错误。]
6．(2022·广东深圳外国语检测)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a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，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( )
a
b
A．t2比t1具有更高的光饱和点
B．t1比t2具有更低的光补偿点
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
D [在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，则二者光合作用速率相同时，t2所需的光照强度高于t1。因此当二者光合速率分别达到最大时，t2所需光照强度高于t1，即t2具有比t1更高的光饱和点，A正确；在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，当呼吸作用释放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率时，t1所需光照强度低于t2，即t1比t2具有更低的光补偿点，B正确；由题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，因此三者光合速率的高低与叶绿素含量无关，C正确；正常光照条件下，三者的叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同，造成叶绿体相对受光面积的不同，从而影响光合速率。在一定的光照强度下，三者都达到光饱和，故三者光合速率的差异不会随着光照强度的增加而变大，D错误。]
7．(2023·广东汕头检测)连续48 h测定温室内CO2浓度和玉米植株CO2吸收(或释放)速率，得到如图所示曲线(整个过程中呼吸作用强度不变)。下列有关叙述正确的是( )
A．实验的前3 h叶肉细胞产生ATP的场所是线粒体内膜和线粒体基质
B．若改用相同强度绿光进行实验，c点的位置将下移
C．由图可知，在叶肉细胞中，呼吸速率与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42 h
D．实验中该植物前24 h有机物积累量小于后24 h有机物积累量
D [由题图可知，粗线表示温室内CO2浓度变化，细线表示CO2吸收(或释放)速率，实验的前3 h CO2释放速率不变，说明叶肉细胞只进行呼吸作用，因此叶肉细胞产生ATP的场所是细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，吸收绿光最少，若改用相同强度绿光进行实验，光合作用减弱，吸收的CO2减少，c点的位置将上移，B错误；细线表示CO2吸收(或释放)速率，其与横坐标的交点表示植物净光合速率等于零，整个玉米植株呼吸速率与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42 h，但根据图示的数据无法确定叶肉细胞中呼吸速率和光合速率相等的时刻，C错误；在前24 h室内CO2浓度几乎没变，经过后24 h室内CO2浓度低于前24 h，因此该植物前24 h有机物积累量小于后24 h有机物积累量，D正确。]
8．(2022·湖南雅礼中学模拟)某实验小组为探究不同遮阴条件及施肥处理对油丹幼苗光饱和点(光合速率达到最大时的光照强度)和光补偿点(净光合速率为零时的光照强度)的影响，选用生长状况等相同的油丹幼苗设置了1层遮阳网遮阴组(W1)、2层遮阳网遮阴组(W2)、1层遮阳网遮阴＋施肥组(W3)和全光照未施肥对照组(CK)，一段时间后测得各组油丹幼苗的光合特性如表所示。回答下列问题：
处理 光饱和点/(μmol·m-2·s-1) 光补偿点/(μmol·m-2·s-1)
W1 783.75 11.91
W2 947.51 8.96
W3 1 622.67 11.92
CK 1 689.25 14.23
(1)能反映油丹幼苗利用弱光能力的指标是____________(填“光饱和点”或“光补偿点”)。
(2)光照强度处于光饱和点时，叶肉细胞叶绿体消耗的CO2的来源是________。
(3)某光照强度下，油丹幼苗在2层遮阳网遮阴条件下，净光合速率为零。若在此条件下减少1层遮阳网遮阴，则油丹幼苗有机物的干重会________。结合以上信息，判断理由是____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)分析表格数据可知，施肥会提高油丹幼苗对光能的利用率。该实验小组进一步研究发现，遮阴条件下施肥能促进幼苗中叶绿素的合成，从而影响油丹幼苗对光能的利用。从以上各组幼苗中选择合适的素材，设计实验思路验证该结论。实验思路：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案] (1)光补偿点 (2)细胞呼吸(或线粒体)产生、从外界吸收 (3)下降 油丹幼苗在2层遮阳网遮阴条件下，光照强度为光补偿点，分析表中数据可知，W2组的光补偿点低于W1组，在此光照强度下，W1组的净光合速率小于零，不能积累有机物 (4)取等量W1组和W3组油丹幼苗相同部位的叶片，进行色素的提取与分离实验，再比较两组滤纸条上黄绿色和蓝绿色两条色素带的宽度
9．(2022·重庆育才中学一模)红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是( )
A．光照强度为a时，每天光照12小时，一昼夜后人参和红松干重均减少
B．光照强度在b点之后，限制红松和人参P/R值增大的主要外界因素都是CO2浓度
C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等
D．若适当增加土壤中Mg2+的含量，一段时间后人参的a点右移
A [光照强度为a时，人参的P/R值为1，光照12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少；红松的P/R值小于1，光照下没有有机物的积累，晚上消耗有机物，因此，一昼夜干重也减少，A正确。光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是光照强度，限制人参P/R值增大的主要外界因素是光照强度以外的其他因素，如二氧化碳浓度，B错误。阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低，光照强度为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不同，故净光合速率不同，C错误。由于Mg2+是构成叶绿素的重要组成成分，若适当增加土壤中Mg2+的含量，合成叶绿素增多，光合作用增强，达到光补偿点需要的光照强度变小，故一段时间后a点左移，D错误。]
10．(2023·广东茂名检测)对植物产生伤害的环境称为胁迫。研究者设计了如图所示的实验来研究胁迫对玉米苗净光合速率的影响。下列叙述错误的是( )
甲
乙
A．25天最适条件培养的目的是使各组玉米在被胁迫前的长势相同
B．双重胁迫比单一胁迫对胁迫期净光合速率的影响大
C．干旱有助于缓解冷害胁迫对玉米造成的伤害
D．为提高作物产量一定要避免胁迫
D [实验过程中无关变量要保持一致，25天生长期培养是为了保证玉米的长势这个无关变量一致，A正确；据图乙可知，胁迫期中净光合速率由大到小依次为：CT、D、C、D&C，说明双重胁迫比单一胁迫对胁迫期净光合速率的影响大，B正确；在干旱胁迫、冷害胁迫以及双重胁迫下，与对照组相比，净光合速率均有明显下降，但在恢复期，单一冷害组的净光合速率明显低于对照组，而双重胁迫组的净光合速率明显高于单一冷害组，说明干旱能够缓解冷害胁迫对玉米造成的伤害，单一干旱胁迫在一定程度上可提高净光合速率，为了提高产量，可以进行单一干旱胁迫，C正确，D错误。]
11．(2022·广东韶关检测)研究人员发现一莲藕突变体植株，其叶绿素含量仅为普通莲藕植株的56%。下图表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体莲藕植株和普通莲藕植株的净光合速率。表中数据是某光照强度下测得的突变体莲藕植株与普通莲藕植株相关生理指标，请分析并回答相关问题：
品种 单位时间进入叶片单位面积的CO2量(mmol·m-2·s-1) 胞间CO2浓度(ppm) 还原糖(mg·g-1鲜重)
普通莲藕植株 0.10 250 2.72
突变体莲藕植株 0.18 250 3.86
(1)莲藕植株叶片中的叶绿素主要吸收________________。光照强度为a时，叶片中合成ATP的细胞器有______________。
(2)当光照强度低于a时，突变体莲藕植株的净光合速率低于普通莲藕植株，推测引起这种差异主要是由于突变体莲藕植株_____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)分析图表中信息可知，光照强度大于a时，环境中的CO2浓度________(填“是”或“不是”)影响普通莲藕植株净光合速率的主要原因，突变体莲藕植株合成还原糖较多的原因主要是①__________________________________________
____________________________________________________________________；
②________________________________________________________。
(4)为进一步探究突变体莲藕最适宜光照强度，实验测定各组数据时往往要采取随机取样、__________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(答出两点)等措施，以保证实验数据的可信度。
[解析] (1)叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光；合成ATP的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，据图可知，光照强度为a时，净光合速率大于0，说明光合作用和呼吸作用都能进行，细胞质基质不是细胞器，因此叶片中合成ATP的细胞器有线粒体和叶绿体。(2)图中光照强度低于a时，突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕，推测引起这种差异的主要原因是突变体莲藕的叶绿素含量较低，利用弱光的能力较差，光反应形成的ATP和NADPH少，光合速率低。(3)据图可知，光照强度大于a时，随着光照强度的增加，净光合速率仍在增加，因此影响普通莲藕植株净光合速率的主要原因是光照强度，不是环境中的CO2浓度；此时根据图表和题意分析可知，突变体植株叶绿素含量仅为普通莲藕植株的56%，但光照强度大于a时，突变体莲藕植株合成还原糖较多，其原因是两个方面：一方面充足的光照弥补了色素缺乏；另一方面突变体莲藕暗反应效率高，利用CO2的能力强，固定较多CO2，所以与普通莲藕相比，突变体莲藕合成还原糖较多。(4)科学实验中的数据，往往存在误差，为进一步探究突变体莲藕最适宜光照强度，实验测定各组数据时往往要采取随机取样、重复取样测定、取平均值等措施，以保证实验数据的可信度。
[答案] (1)红光和蓝紫光 叶绿体和线粒体 (2)叶绿素含量较低，光反应产生的ATP和NADPH少，光合速率低 (3)不是 叶片吸收CO2的速率较快，暗反应效率更高，固定了较多的CO2 充足光照弥补叶绿素的不足 (4)重复取样测定、取平均值
(教师用书独具)
1．(2023·广东佛山检测)光抑制指的是光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能下降的现象。为了探究强光和其他环境胁迫因素对植物光合速率的影响，某同学设计了如下实验：
分组 温度 光照 圆形小叶片上浮数量
A 10 ℃ 50 W 3
B 10 ℃ 150 W 2
C 10 ℃ 250 W 1
D 30 ℃ 50 W 8
E 30 ℃ 150 W 5
F 30 ℃ 250 W 4
G 50 ℃ 50 W 0
H 50 ℃ 150 W 0
I 50 ℃ 250 W 0
下列说法错误的是( )
A．若圆形小叶片取自大叶脉处，则所测得的光合作用强度会低于植物的实际光合作用强度
B．实验中可以通过改变圆形小叶片与光源的距离达到改变光照强度的目的
C．强光下低温增加了光抑制可以通过对比C组和D组得出
D．表中数据显示，当温度为50 ℃时圆形小叶片上浮数量为零，原因可能为酶变性失活
C [大叶脉上没有叶绿体，所以若圆形小叶片取自大叶脉处，则所测得的光合作用强度会低于植物的实际光合作用强度，A正确；若光源一致，可通过改变圆形小叶片与光源的距离获得不同的光照强度，B正确；由表可知，对比C组和F组，可得出强光下低温增加了光抑制的结论，C错误；表中数据显示，当温度为50 ℃时，圆形小叶片上浮数量为零，意味着光合作用停止，原因可能为温度太高，酶变性失活，D正确。]
2．(2022·广东惠州调研)为探究大气CO2浓度上升及紫外线(UV)辐射强度增加对农业生产的影响，研究人员人工模拟一定量的UV辐射和加倍的CO2 浓度处理番茄幼苗，直至果实成熟，测定了番茄株高及光合作用相关生理指标，结果见下表。请分析回答：
分组及实验处理 株高(cm) 叶绿素含量(mg·g-1) 光合速率(μmol·m-2·s－ 1)
15天 30天 45天 15天 30天 45天
A 对照(自然条件) 21.5 35.2 54.5 1.65 2.0 2.0 8.86
B UV照射 21.1 31.6 48.3 1.5 1.8 1.8 6.52
C CO2浓度倍增 21.9 38.3 61.2 1.75 2.4 2.45 14.28
D UV照射和CO2浓度倍增 21.5 35.9 55.7 1.55 1.95 2.25 9.02
(1)光合作用中，CO2在叶绿体________中与C5结合，形成C3，这一过程叫________。部分C3在光反应提供的________的作用下最终转化为糖类，这样光能就转化为糖类中的化学能。
(2)据表分析，C组光合速率明显高于对照组，其原因一方面是由于____________，加快了暗反应的速率；另一方面是由于________________增加，使光反应速率也加快。D组光合速率与对照组相比无显著差异，说明CO2浓度倍增对光合作用的影响可以________UV辐射增强对光合作用的影响。
(3)由表可知，CO2浓度倍增可以促进番茄植株生长。有研究者认为，这可能与CO2参与了植物生长素的合成启动有关。要检验此假设，还需要测定A、C组植株中生长素的含量。若检测结果是C组生长素含量________(填“大于”“小于”或“等于”)A组，则支持假设。
[解析] (1)光合作用暗反应中，CO2在叶绿体基质中与C5结合，这一过程叫CO2的固定。形成的C3被NADPH还原，该过程还需光反应提供ATP，这样光能就转化为糖类中的化学能。(2)分析表格中数据可以看出，C组光合速率较大，一方面由于CO2浓度倍增，加快了暗反应速率；另一方面，叶绿素的含量增加，吸收光能增加。D组光合速率与对照组相比无明显差异，和对照组相比，增加的条件是CO2浓度倍增和UV照射，说明CO2浓度倍增可以抵消UV辐射对光合作用的影响。(3)由于假设内容为：CO2浓度倍增可以促进番茄植株生长可能与CO2参与了生长素的合成的基因表达有关，因此需要测定植株中生长素的含量，如果C组的生长素含量大于A组，可以证明假设内容。
[答案] (1)基质 CO2的固定 ATP和NADPH (2)CO2浓度倍增 叶绿素的含量 抵消 (3)大于
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第三单元 细胞代谢
第5讲 光合作用与能量转化(Ⅱ)
考点1 光合作用的影响因素及应用
一、光合作用的强度
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
二、影响光合作用强度的因素
1．影响光合作用原料(水、CO2)、动力(光能)供应的因素：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况、光照强度、光质和光照时间等。
2．影响叶绿体的形成和结构的因素：无机营养、病虫害等。
3．影响酶活性的因素：温度、pH等。
如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。(必修1 P106“拓展应用”)
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是_____________________________
_____________________________________________________________________。
(2)10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是_______________________
_____________________________________________________________________。
(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：(1)光照强度逐渐增大 (2)此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制 (3)光照强度不断减弱
(4)可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度
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，主要限制因素是光照强度。 (√)
2．延长光照时间能提高光合作用强度。 (×)
提示：延长光照时间只能提高光合作用的产物量，不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。 (×)
提示：植物体从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。
4．停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。 (√)
5．夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 (×)
提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔关闭，CO2吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。
1．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的时候会产生无机盐并释放CO2，为光合作用提供原料
2．土壤板结，光合速率下降的原因是___________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：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
1．光照强度对光合作用的影响及应用
(1)原理：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。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，AB段光合作用强度小于细胞呼吸强度；
B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)；
BD段：光合作用强度大于细胞呼吸强度；
C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而加强)。
②实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物。
(3)应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物和冬季温室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2浓度对光合作用的影响及应用
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成。
(2)曲线分析
图甲 图乙
图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B点和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)应用
①大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
②温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，施用农家肥，与猪舍、鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
3．温度对光合作用的影响及应用
(1)原理：温度通过影响光合酶的活性影响光合作用强度。
(2)曲线分析
光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。
4．水对光合作用的影响及应用
(1)原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
(2)曲线分析
图1 图2
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线上E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔关闭，影响了CO2的供应。
(3)应用：预防干旱，合理灌溉。
5．矿质元素对光合作用的影响及应用
(1)原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是酶的组成元素，N、P是ATP、磷脂的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等。
(2)曲线分析
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液的浓度过高，植物渗透失水导致植物光合作用强度下降。
(3)应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
6．光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合影响及应用
(1)常见曲线
图中：a．高CO2浓度 b．中CO2浓度 c．低CO2浓度
①高光强 ②中光强 ③低光强
(2)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是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(3)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。
7．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①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。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
1．生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点和光补偿点如何变化，原因是什么？
提示：光饱和点降低，因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和NADPH少。光补偿点升高，因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大。
2．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。请以某植物的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。
实验思路：
预期结果：
提示：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。 ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
考查环境因素影响光合作用强度的坐标曲线分析
1．(2022·湖北黄冈高三调研)将某植物置于密闭的容器中，测量其单位时间内CO2的吸收量与光照强度、温度等的关系，结果如图所示。下列相关叙述，正确的是( )
A．与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大
B．当植物缺镁时，B点向左移，E点向左下方移
C．植物在C、D两点时光合作用合成有机物的量相同
D．限制E点光合速率的主要因素是光照强度和温度
A [当光照强度为0时，不能进行光合作用，即曲线与纵轴的交点，据图可知，与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大，A正确；植物缺镁时，叶绿素无法合成，光合作用下降，一般不影响呼吸作用，B点时光合作用等于呼吸作用，此时要增大光照强度才能弥补缺镁引起的光合作用下降，因此B点向右移，E是光饱和点，E点向左下方移，B错误；实际光合作用等于净光合作用＋呼吸作用，植物在C、D两点净光合作用相同，但22 ℃条件下呼吸速率更大，因此D点光合作用合成有机物的量较大，C错误；据图可知，E点已经达到光饱和点，光照强度此时不是限制因素，此时限制E点光合速率的主要因素是温度和二氧化碳浓度，D错误。]
2．(2022·北京等级考)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( )
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200 μL·L-1时，温度对光合速率的影响小
D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续增大
D [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，光合速率达到最大值，之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200 μL·L-1时，最适温度为25 ℃左右；当CO2浓度为370 μL·L-1时，最适温度为30 ℃左右；当CO2浓度为1 000 μL·L-1时，最适温度大于CO2浓度为370 μL·L-1时的最适温度，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200 μL·L-1时，光合速率随温度的升高变化程度不大，在温度升高时，光合速率在10 μmol CO2·m-2·s-1附近波动，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，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200 μL·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200 μL·L-1至370 μL·L-1时，光合速率有显著提高，而370 μL·L-1至1 000 μL·L-1时，光合速率无明显的提高趋势，而且370 μL·L-1时与1 000 μL·L-1时的光合速率数值接近，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续增大，D错误。]
考查环境因素影响光合作用强度的实验分析
3．(2022·广东惠州调研)某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。下列有关分析错误的是( )
甲 乙
A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降
C．实验2～4 d，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D．持续严重干旱，对植物的光反应和暗反应均有可能产生影响
C [从图甲中可以看出，随干旱时间延长，叶片光合速率呈下降趋势，A正确；比较图甲和图乙，图甲中光合速率在第2 d就开始下降，而图乙中叶绿素含量在第4 d才开始下降，因此叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降，B正确；图乙中，实验2～4 d中叶片叶绿素含量并没有下降，但甲图中光合速率已经下降，C错误；持续严重干旱，植物的叶绿素含量下降，对植物的光反应有直接影响，干旱还会导致气孔关闭，叶片中CO2浓度下降，进而引起暗反应下降，D正确。]
4．(2022·广东选择性考试)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
图a
图b
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b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a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)分析图b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)由图b可知，B组的净光合速率大于A组和C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，该实验的目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮阴比例，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：选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a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，并保证除遮阴比例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组遮阴比例下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例。
[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)光照等培养条件 A组 遮阴比例 探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例
考查光合作用影响因素的生产应用
5．(2021·辽宁选择性考试)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是( )
A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
B [不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用的速率，D正确。]
6．(2021·海南等级考)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是________________________。除通气外，还需更换营养液，其主要原因是_____
_____________________________________________________________________。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是_________
_____________________________________________________________________。
生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在________点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B点的移动方向是________。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度________；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24 h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量________。
[解析] (1)营养液中的生菜长期在液体的环境中，根得不到充足的氧，影响呼吸作用，从而影响生长，培养过程中要经常给营养液通入空气，其目的是促进生菜根部细胞呼吸；营养液中的无机盐在培植生菜的过程中会被大量吸收，因此更换营养液的主要原因是为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量；B点为光饱和点对应的最大光合速率，因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度，根据题干“为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度”可知：该条件下光合速率增大，则B点向右上方移动。(3)根据曲线可知：在此曲线中光合速率的最适温度为T5，而在该实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现，所以光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低。若将培植区的温度从T5调至T6，导致光合速率减小而呼吸速率增大，生菜植株的有机物积累量将减少。
[答案] (1)促进生菜根部细胞呼吸 为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长 (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量 B 右上方 (3)低 减少
考点2 (探究·实践)探究环境因素对光合作用强度的影响
1．实验原理
(1)利用抽气法排出叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。
(2)通过LED台灯与烧杯之间的距离控制光照强度。
(3)光合作用的过程中产生O2的多少与光合作用强度密切相关，O2积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可依据一定时间内圆形小叶片上浮的数量，来比较光合作用强度。
2．实验步骤及操作要点
实验步骤 操作要点
①制备圆形小叶片 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)
②排出细胞间隙中的气体 a．将圆形小叶片和适量清水置于注射器，排出注射器内的空气；b．用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出。重复几次，直到圆形小叶片全部沉到水底
③分装圆形小叶片 a．将上述处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用；b．向3只小烧杯分别倒入富含CO2的清水；c．将待用圆形小叶片各10片分别放入3只小烧杯中
④给予不同的光照强度 分别取离LED台灯10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置，把3个烧杯分别放在这3个位置上，打开台灯
⑤观察并记录 观测并记录单位时间内3个烧杯中叶片上浮的数量，或者是浮起相同数量的叶片所用时间长短
3．实验结论
在一定光照强度范围内，光合作用强度随光照强度的增强而增强。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收O2，产生的CO2较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
图1
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的O2，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图2和图3：
图2 图3
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的O2产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
图4
2．“叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
1．(2022·重庆巴蜀中学检测)取生长旺盛的绿叶，用打孔器获取直径大小相同的若干圆形小叶片，用于“探究光照强度对光合作用强度的影响”，该实验中最简便直观的检测指标是单位时间内( )
A．圆形小叶片二氧化碳的吸收量
B．圆形小叶片氧气的释放量
C．圆形小叶片有机物的增加量
D．圆形小叶片浮起的数量
D [光合作用是绿色植物通过叶绿体利用光能把二氧化碳和水，转变成储存能量的有机物并释放氧气的过程。圆形小叶片经过处理，最后观察到会浮起，原因是叶片进行光合作用产生的氧气大于有氧呼吸消耗的氧气。本实验的自变量是光照强度，因变量是植物的光合作用强度，故圆形小叶片二氧化碳的吸收量、圆形小叶片氧气的释放量及圆形小叶片有机物的增加量都可以作为检测指标，但单位时间内圆形小叶片浮起的数量可直接观察计数，是该实验中最简便直观的检测指标，故D符合题意。]
2．(2023·江苏南通联考)如图是某中学生物兴趣小组为探究二氧化碳浓度对光合作用的影响而设计的装置图，相关叙述不正确的是( )
A．黑藻的成熟程度、水温的变化、NaHCO3浓度均属于无关变量
B．对照组中的蒸馏水应煮沸后冷却，以去除水中的二氧化碳
C．分别在距离实验组和对照组黑藻10 cm处放置台灯，作为光源
D．一段时间后测量记录液面高度的变化，推测光合速率的变化
A [黑藻的成熟程度、水温的变化属于无关变量，NaHCO3浓度是自变量，A错误；对照组中的蒸馏水应煮沸后冷却，以去除水中的二氧化碳，排除水中原有二氧化碳对实验的干扰，B正确；分别在距离实验组和对照组黑藻10 cm处放置台灯作为光源，可保证各组光照强度一致，排除无关变量光照强度的干扰，C正确；光合作用产生的氧气可使装置中液面高度发生变化，以在一段时间后测量记录液面高度的变化，来推测光合速率的变化，D正确。]
3．(2022·海南等级考)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( )
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，浓度为0.5%的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
B [本实验的目的是探究适宜温度下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释放的氧气时，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，浓度为0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，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。]
1．核心概念
(必修1 P105)光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2．结论语句
(1)(必修1 P105)只要影响到光合作用的原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
(2)(必修1 P105)影响叶绿体的形成和结构的因素，会影响光合作用强度。
(3)(必修1 P105)影响酶活性的因素，也是光合作用强度的影响因素。
1．(2022·山东等级考)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______________________、________________(答出两种原因即可)；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强。(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)蓝紫光 (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强 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
2．(2022·湖南选择性考试)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，因此在光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时，虽然光照强度低于光补偿点，但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上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，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，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，每天光照时长为14小时，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；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花 (3)耐受酒精毒害
3．(2022·湖北选择性考试)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。
图1 图2
图3
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________(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
_____________________________________________________________________。
(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________________________________________，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___________________________________________。
(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_______________________，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O3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O3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。
[答案] (1)增大 (2)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)实验组的净光合速率均明显小于对照组 长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异 (4)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
(教师用书独具)
1．(2021·福建选择性考试)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化，影响海洋藻类生长进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类，生长速度快，一年可多次种植和收获。科研人员设置不同大气CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验，结果如下图所示。
图1
图2
回答下列问题：
(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下，_______________________________
_____________________________________________________________________。
(2)ATP水解酶的主要功能是______________。ATP水解酶活性可通过测定
_______________________________________________________________表示。
(3)由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC＋HP处理比LC＋HP处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，因而细胞________增强，导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知，大气CO2条件下，高磷浓度能________龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化，有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是____________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)本实验的目的是探究在一定光照强度下，不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响。(2)酶具有专一性，ATP水解酶的主要功能是催化ATP水解；酶活性可通过产物的生成量或底物的消耗量进行测定，由于ATP的水解产物是ADP和Pi，故ATP水解酶活性可通过测定单位时间磷酸的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量表示。(3)净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC＋HP处理比LC＋HP处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，矿质元素的吸收需要能量，因而细胞呼吸增强，导致有机物消耗增加。(4)由图2可知，大气CO2条件(LC组)下，HP组(高磷浓度)的净光合速率＞LP组(低磷浓度)，故推测高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率；结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是龙须菜在高磷条件下能快速生长，收获经济效益的同时，能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态。
[答案] (1)不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响 (2)催化ATP水解 单位时间磷酸的生成量(或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量) (3)呼吸作用 (4)提高 龙须菜在高磷条件下能快速生长，收获经济效益的同时，能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态
2．(2021·河北选择性考试)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素(12 g·m-2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标 对照组 施氮组 水＋氮组
自由水/结合水 6.2 6.8 7.8
气孔导度 (mmol·m-2·s-1) 85 65 196
叶绿素含量 (mg·g-1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性 (μmol·h-1·g-1) 316 640 716
光合速率 (μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5 11.4
注：气孔导度反映气孔开放的程度。
回答下列问题：
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括___________________(写出两点即可)等。补充水分可以促进玉米根系对氮的________，提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动______________两种物质的合成以及________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)自由水是细胞内的良好溶剂，许多种物质溶解在自由水中；细胞内的许多生化反应也都需要水的参与，如光合作用、细胞呼吸等；植物的大多数细胞必须浸润在以水为基础的液体环境中；自由水在植物体内的流动还可以运送营养物质和代谢废物。氮肥可溶解在水中，补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收和运输，从而提高植株氮供应水平。(2)镁是组成叶绿素的重要元素，在叶绿体类囊体薄膜上，利用色素捕获的光能可进行水的光解，产生NADPH和ATP。暗反应进行时，CO2在RuBP羧化酶的作用下与C5结合形成C3，C3最终被还原成糖类。(3)叶绿体吸收光能的能力加强，水的光解速率加快，使得光反应速率加快，还原CO2的速率加快；施氮同时补充水分使气孔导度增大，有利于外界CO2进入叶肉细胞，为暗反应提供原料。
[答案] (1)是细胞内的良好溶剂；参与细胞内的某些生化反应；为细胞提供液体环境；运送营养物质和代谢废物(写出两点即可) 吸收和运输 (2)镁 NADPH和ATP 水 C5 (3)叶绿体吸收光能的能力加强，水的光解速率加快，使得光反应速率加快，还原CO2的速率加快；施氮同时补充水分使气孔导度增大，有利于外界CO2进入叶肉细胞，为暗反应提供原料
课时分层作业(十) 光合作用与能量转化(Ⅱ)
1．(2021·湖南选择性考试)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )
A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
A [弱光条件下，植物没有O2的释放是因为此时呼吸作用强度大于光合作用强度，并不是未进行光合作用，A错误；在光合作用暗反应阶段，CO2一般要与C5结合生成C3后才被还原，B正确；在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，短时间内使得光合作用产物输出受阻，对光合作用过程起抑制作用，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植(增加受光面积、增加CO2浓度)和增施有机肥(提供无机盐和CO2)均可在一定程度上提高农作物的光合作用强度，D正确。]
2．图甲中试管A与试管B敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻O2净释放量的影响，试管A的结果如图乙所示。据图分析，下列叙述正确的是( )
甲 乙
A．Q点的O2净释放量为零，是因为此点光合作用强度为零
B．P点为负值的原因是细胞呼吸消耗氧气，适当降低温度，P点将下移
C．在图乙上绘制试管B的结果曲线，Q点应右移
D．降低CO2浓度时，在图乙上绘制试管A的结果曲线，R点应右移
C [Q点的O2净释放量为零，因为此点光合速率与呼吸速率相等，A项错误；适当降低温度，P点将上移，B项错误；试管B中是缺镁培养液，小球藻合成的叶绿素较少，吸收光能较少，需要的光补偿点增大，故Q点右移，C项正确；降低CO2浓度时，净光合速率降低，R点左下移，D项错误。]
3．(2022·湖北武汉检测)自然条件下植物所处的光环境非常复杂，其中强光和弱光都是植物经常遭遇的环境光照强度。将黄瓜盆栽苗分为3个组处理：T1组为持续5 h强光，然后持续5 h弱光；T2组是强光和弱光每3 min更替1次，总时间为10 h；T3为完全弱光处理10 h。处理结束后测量了幼苗干重、叶绿素含量及叶绿素a/b的值等指标，结果如图。下列分析正确的是( )
A．T2组较T1组幼苗干重偏低是由光照强度减弱所致
B．T2组处理后导致叶绿素a含量降低较叶绿素b更加明显
C．T3组叶绿素含量增加但幼苗干重下降与CO2供应不足有关
D．光照能量相同时，稳定光照比更替频繁光照更有利于幼苗的生长
D [T2组和T1组的自变量是强光和弱光替换的频率，而不是光照强度，A错误；T2组叶绿素a/b的值最大，所以叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显，B错误；T3组是一直在弱光条件下处理，所以其幼苗干重下降主要与光照强度降低有关，C错误；比较T1和T2组可知，稳定的光照有利于幼苗的生长，D正确。]
4．(2022·山东菏泽一模)在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中四种主要乔木幼苗叶片的生理指标(如表)。下列分析正确的是( )
物种指标 构树 刺槐 香樟 胡颓子
光补偿点(千勒克斯) 6 4 1.8 1.1
光饱和点(千勒克斯) 13 9 3.5 2.6
A．光照强度为1.1千勒克斯时，胡颓子幼苗的净光合速率小于零
B．光照强度为10千勒克斯时，影响构树和刺槐幼苗光合速率的环境因素都有光照强度和CO2浓度
C．若将光照强度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗叶绿体中的CO2会增加
D．光照强度大于13千勒克斯时，构树幼苗光合作用固定的CO2全部来自外界
A [光照强度为1.1千勒克斯时，胡颓子幼苗叶片达到光补偿点，此时叶片的光合速率等于呼吸速率，但由于幼苗中有部分细胞不能进行光合作用，而且还要进行呼吸作用，因此整个幼苗的净光合速率小于零，A正确；光照强度为10千勒克斯时，构树还没有达到光饱和点，此时影响构树的环境因素主要是光照强度，而光照强度为10千勒克斯时，刺槐已经达到光饱和点，此时影响刺槐的环境因素主要是CO2浓度，B错误；若将光照强度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗的光合速率增加，吸收更多的CO2，因此其叶绿体中的CO2会减少，C错误；光照强度大于13千勒克斯时，构树幼苗光合作用固定的CO2部分来自自身呼吸，部分来自外界，D错误。]
5．(2021·河北石家庄模拟)为了探究CO2对叶绿体代谢和光合作用的影响，研究人员将番茄植株置于CO2浓度分别为400 μL·L-1和1 000 μL·L-1的培养室中，生长一段时间后，测定叶绿体中光合色素含量、淀粉合成量和植株高度等指标，结果如表所示，下列叙述正确的是( )
CO2浓度 (μL·L-1) 叶绿素a (μg·m-2) 叶绿素b (μg·m-2) 淀粉合成量 (μg·m-2) 植株高 度(cm)
400 43.5 11.9 40.7 26.8
1 000 35.2 9.4 50.5 41.4
A．高浓度CO2增强了叶绿体的光吸收能力
B．据此推测，日光温室中补充适量CO2能够有效提高农作物有机物合成量
C．高浓度CO2降低了色素的含量及叶绿素a/b的值
D．高浓度CO2对于叶绿体基质中进行的卡尔文循环具有抑制作用
B [依照题意，高浓度的CO2导致叶绿素a和叶绿素b的含量降低，从而降低了叶绿体的光吸收能力，A错误；依照表格中的数据，增加CO2的浓度，会使淀粉(有机物)合成量增加，据此推测，在日光温室中补充适量CO2可以有效提高农作物的有机物合成量，B正确；高浓度CO2虽然降低了光合色素的含量，但升高了叶绿素a/b的值，C错误；CO2是暗反应(卡尔文循环)的底物，高浓度的CO2会促进卡尔文循环，D错误。]
6．(2022·广东深圳外国语检测)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a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，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( )
a
b
A．t2比t1具有更高的光饱和点
B．t1比t2具有更低的光补偿点
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
D [在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，则二者光合作用速率相同时，t2所需的光照强度高于t1。因此当二者光合速率分别达到最大时，t2所需光照强度高于t1，即t2具有比t1更高的光饱和点，A正确；在正常光照下，t2中叶绿体的相对受光面积低于t1，当呼吸作用释放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率时，t1所需光照强度低于t2，即t1比t2具有更低的光补偿点，B正确；由题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，因此三者光合速率的高低与叶绿素含量无关，C正确；正常光照条件下，三者的叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同，造成叶绿体相对受光面积的不同，从而影响光合速率。在一定的光照强度下，三者都达到光饱和，故三者光合速率的差异不会随着光照强度的增加而变大，D错误。]
7．(2023·广东汕头检测)连续48 h测定温室内CO2浓度和玉米植株CO2吸收(或释放)速率，得到如图所示曲线(整个过程中呼吸作用强度不变)。下列有关叙述正确的是( )
A．实验的前3 h叶肉细胞产生ATP的场所是线粒体内膜和线粒体基质
B．若改用相同强度绿光进行实验，c点的位置将下移
C．由图可知，在叶肉细胞中，呼吸速率与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42 h
D．实验中该植物前24 h有机物积累量小于后24 h有机物积累量
D [由题图可知，粗线表示温室内CO2浓度变化，细线表示CO2吸收(或释放)速率，实验的前3 h CO2释放速率不变，说明叶肉细胞只进行呼吸作用，因此叶肉细胞产生ATP的场所是细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，吸收绿光最少，若改用相同强度绿光进行实验，光合作用减弱，吸收的CO2减少，c点的位置将上移，B错误；细线表示CO2吸收(或释放)速率，其与横坐标的交点表示植物净光合速率等于零，整个玉米植株呼吸速率与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42 h，但根据图示的数据无法确定叶肉细胞中呼吸速率和光合速率相等的时刻，C错误；在前24 h室内CO2浓度几乎没变，经过后24 h室内CO2浓度低于前24 h，因此该植物前24 h有机物积累量小于后24 h有机物积累量，D正确。]
8．(2022·湖南雅礼中学模拟)某实验小组为探究不同遮阴条件及施肥处理对油丹幼苗光饱和点(光合速率达到最大时的光照强度)和光补偿点(净光合速率为零时的光照强度)的影响，选用生长状况等相同的油丹幼苗设置了1层遮阳网遮阴组(W1)、2层遮阳网遮阴组(W2)、1层遮阳网遮阴＋施肥组(W3)和全光照未施肥对照组(CK)，一段时间后测得各组油丹幼苗的光合特性如表所示。回答下列问题：
处理 光饱和点/(μmol·m-2·s-1) 光补偿点/(μmol·m-2·s-1)
W1 783.75 11.91
W2 947.51 8.96
W3 1 622.67 11.92
CK 1 689.25 14.23
(1)能反映油丹幼苗利用弱光能力的指标是____________(填“光饱和点”或“光补偿点”)。
(2)光照强度处于光饱和点时，叶肉细胞叶绿体消耗的CO2的来源是________。
(3)某光照强度下，油丹幼苗在2层遮阳网遮阴条件下，净光合速率为零。若在此条件下减少1层遮阳网遮阴，则油丹幼苗有机物的干重会________。结合以上信息，判断理由是____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)分析表格数据可知，施肥会提高油丹幼苗对光能的利用率。该实验小组进一步研究发现，遮阴条件下施肥能促进幼苗中叶绿素的合成，从而影响油丹幼苗对光能的利用。从以上各组幼苗中选择合适的素材，设计实验思路验证该结论。实验思路：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案] (1)光补偿点 (2)细胞呼吸(或线粒体)产生、从外界吸收 (3)下降 油丹幼苗在2层遮阳网遮阴条件下，光照强度为光补偿点，分析表中数据可知，W2组的光补偿点低于W1组，在此光照强度下，W1组的净光合速率小于零，不能积累有机物 (4)取等量W1组和W3组油丹幼苗相同部位的叶片，进行色素的提取与分离实验，再比较两组滤纸条上黄绿色和蓝绿色两条色素带的宽度
9．(2022·重庆育才中学一模)红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是( )
A．光照强度为a时，每天光照12小时，一昼夜后人参和红松干重均减少
B．光照强度在b点之后，限制红松和人参P/R值增大的主要外界因素都是CO2浓度
C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等
D．若适当增加土壤中Mg2+的含量，一段时间后人参的a点右移
A [光照强度为a时，人参的P/R值为1，光照12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少；红松的P/R值小于1，光照下没有有机物的积累，晚上消耗有机物，因此，一昼夜干重也减少，A正确。光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是光照强度，限制人参P/R值增大的主要外界因素是光照强度以外的其他因素，如二氧化碳浓度，B错误。阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低，光照强度为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不同，故净光合速率不同，C错误。由于Mg2+是构成叶绿素的重要组成成分，若适当增加土壤中Mg2+的含量，合成叶绿素增多，光合作用增强，达到光补偿点需要的光照强度变小，故一段时间后a点左移，D错误。]
10．(2023·广东茂名检测)对植物产生伤害的环境称为胁迫。研究者设计了如图所示的实验来研究胁迫对玉米苗净光合速率的影响。下列叙述错误的是( )
甲
乙
A．25天最适条件培养的目的是使各组玉米在被胁迫前的长势相同
B．双重胁迫比单一胁迫对胁迫期净光合速率的影响大
C．干旱有助于缓解冷害胁迫对玉米造成的伤害
D．为提高作物产量一定要避免胁迫
D [实验过程中无关变量要保持一致，25天生长期培养是为了保证玉米的长势这个无关变量一致，A正确；据图乙可知，胁迫期中净光合速率由大到小依次为：CT、D、C、D&C，说明双重胁迫比单一胁迫对胁迫期净光合速率的影响大，B正确；在干旱胁迫、冷害胁迫以及双重胁迫下，与对照组相比，净光合速率均有明显下降，但在恢复期，单一冷害组的净光合速率明显低于对照组，而双重胁迫组的净光合速率明显高于单一冷害组，说明干旱能够缓解冷害胁迫对玉米造成的伤害，单一干旱胁迫在一定程度上可提高净光合速率，为了提高产量，可以进行单一干旱胁迫，C正确，D错误。]
11．(2022·广东韶关检测)研究人员发现一莲藕突变体植株，其叶绿素含量仅为普通莲藕植株的56%。下图表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体莲藕植株和普通莲藕植株的净光合速率。表中数据是某光照强度下测得的突变体莲藕植株与普通莲藕植株相关生理指标，请分析并回答相关问题：
品种 单位时间进入叶片单位面积的CO2量(mmol·m-2·s-1) 胞间CO2浓度(ppm) 还原糖(mg·g-1鲜重)
普通莲藕植株 0.10 250 2.72
突变体莲藕植株 0.18 250 3.86
(1)莲藕植株叶片中的叶绿素主要吸收________________。光照强度为a时，叶片中合成ATP的细胞器有______________。
(2)当光照强度低于a时，突变体莲藕植株的净光合速率低于普通莲藕植株，推测引起这种差异主要是由于突变体莲藕植株_____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)分析图表中信息可知，光照强度大于a时，环境中的CO2浓度________(填“是”或“不是”)影响普通莲藕植株净光合速率的主要原因，突变体莲藕植株合成还原糖较多的原因主要是①__________________________________________
____________________________________________________________________；
②________________________________________________________。
(4)为进一步探究突变体莲藕最适宜光照强度，实验测定各组数据时往往要采取随机取样、__________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(答出两点)等措施，以保证实验数据的可信度。
[解析] (1)叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光；合成ATP的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，据图可知，光照强度为a时，净光合速率大于0，说明光合作用和呼吸作用都能进行，细胞质基质不是细胞器，因此叶片中合成ATP的细胞器有线粒体和叶绿体。(2)图中光照强度低于a时，突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕，推测引起这种差异的主要原因是突变体莲藕的叶绿素含量较低，利用弱光的能力较差，光反应形成的ATP和NADPH少，光合速率低。(3)据图可知，光照强度大于a时，随着光照强度的增加，净光合速率仍在增加，因此影响普通莲藕植株净光合速率的主要原因是光照强度，不是环境中的CO2浓度；此时根据图表和题意分析可知，突变体植株叶绿素含量仅为普通莲藕植株的56%，但光照强度大于a时，突变体莲藕植株合成还原糖较多，其原因是两个方面：一方面充足的光照弥补了色素缺乏；另一方面突变体莲藕暗反应效率高，利用CO2的能力强，固定较多CO2，所以与普通莲藕相比，突变体莲藕合成还原糖较多。(4)科学实验中的数据，往往存在误差，为进一步探究突变体莲藕最适宜光照强度，实验测定各组数据时往往要采取随机取样、重复取样测定、取平均值等措施，以保证实验数据的可信度。
[答案] (1)红光和蓝紫光 叶绿体和线粒体 (2)叶绿素含量较低，光反应产生的ATP和NADPH少，光合速率低 (3)不是 叶片吸收CO2的速率较快，暗反应效率更高，固定了较多的CO2 充足光照弥补叶绿素的不足 (4)重复取样测定、取平均值
(教师用书独具)
1．(2023·广东佛山检测)光抑制指的是光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能下降的现象。为了探究强光和其他环境胁迫因素对植物光合速率的影响，某同学设计了如下实验：
分组 温度 光照 圆形小叶片上浮数量
A 10 ℃ 50 W 3
B 10 ℃ 150 W 2
C 10 ℃ 250 W 1
D 30 ℃ 50 W 8
E 30 ℃ 150 W 5
F 30 ℃ 250 W 4
G 50 ℃ 50 W 0
H 50 ℃ 150 W 0
I 50 ℃ 250 W 0
下列说法错误的是( )
A．若圆形小叶片取自大叶脉处，则所测得的光合作用强度会低于植物的实际光合作用强度
B．实验中可以通过改变圆形小叶片与光源的距离达到改变光照强度的目的
C．强光下低温增加了光抑制可以通过对比C组和D组得出
D．表中数据显示，当温度为50 ℃时圆形小叶片上浮数量为零，原因可能为酶变性失活
C [大叶脉上没有叶绿体，所以若圆形小叶片取自大叶脉处，则所测得的光合作用强度会低于植物的实际光合作用强度，A正确；若光源一致，可通过改变圆形小叶片与光源的距离获得不同的光照强度，B正确；由表可知，对比C组和F组，可得出强光下低温增加了光抑制的结论，C错误；表中数据显示，当温度为50 ℃时，圆形小叶片上浮数量为零，意味着光合作用停止，原因可能为温度太高，酶变性失活，D正确。]
2．(2022·广东惠州调研)为探究大气CO2浓度上升及紫外线(UV)辐射强度增加对农业生产的影响，研究人员人工模拟一定量的UV辐射和加倍的CO2 浓度处理番茄幼苗，直至果实成熟，测定了番茄株高及光合作用相关生理指标，结果见下表。请分析回答：
分组及实验处理 株高(cm) 叶绿素含量(mg·g-1) 光合速率(μmol·m-2·s－ 1)
15天 30天 45天 15天 30天 45天
A 对照(自然条件) 21.5 35.2 54.5 1.65 2.0 2.0 8.86
B UV照射 21.1 31.6 48.3 1.5 1.8 1.8 6.52
C CO2浓度倍增 21.9 38.3 61.2 1.75 2.4 2.45 14.28
D UV照射和CO2浓度倍增 21.5 35.9 55.7 1.55 1.95 2.25 9.02
(1)光合作用中，CO2在叶绿体________中与C5结合，形成C3，这一过程叫________。部分C3在光反应提供的________的作用下最终转化为糖类，这样光能就转化为糖类中的化学能。
(2)据表分析，C组光合速率明显高于对照组，其原因一方面是由于____________，加快了暗反应的速率；另一方面是由于________________增加，使光反应速率也加快。D组光合速率与对照组相比无显著差异，说明CO2浓度倍增对光合作用的影响可以________UV辐射增强对光合作用的影响。
(3)由表可知，CO2浓度倍增可以促进番茄植株生长。有研究者认为，这可能与CO2参与了植物生长素的合成启动有关。要检验此假设，还需要测定A、C组植株中生长素的含量。若检测结果是C组生长素含量________(填“大于”“小于”或“等于”)A组，则支持假设。
[解析] (1)光合作用暗反应中，CO2在叶绿体基质中与C5结合，这一过程叫CO2的固定。形成的C3被NADPH还原，该过程还需光反应提供ATP，这样光能就转化为糖类中的化学能。(2)分析表格中数据可以看出，C组光合速率较大，一方面由于CO2浓度倍增，加快了暗反应速率；另一方面，叶绿素的含量增加，吸收光能增加。D组光合速率与对照组相比无明显差异，和对照组相比，增加的条件是CO2浓度倍增和UV照射，说明CO2浓度倍增可以抵消UV辐射对光合作用的影响。(3)由于假设内容为：CO2浓度倍增可以促进番茄植株生长可能与CO2参与了生长素的合成的基因表达有关，因此需要测定植株中生长素的含量，如果C组的生长素含量大于A组，可以证明假设内容。
[答案] (1)基质 CO2的固定 ATP和NADPH (2)CO2浓度倍增 叶绿素的含量 抵消 (3)大于
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