课时分层作业(21) 光合作用原理的应用
题组一 光合作用原理的应用
1．下列关于提高大棚蔬菜产量的措施，正确的是( )
A．用蓝紫色薄膜建成的温室大棚光合作用效率高于无色透明薄膜建成的大棚
B．白天与夜间适当提高温度，有利于增加大棚蔬菜的产量
C．施加有机肥有利于蔬菜吸收有机物增加产量
D．适当进行灌溉可以缓解作物的光合午休现象
2．如图表示某种植物在最适温度和浓度为0.03%的CO2条件下，光合作用合成量随光照强度变化的曲线，若在B点时改变某种条件。结果发生了如曲线b的变化，则改变的环境因素是( )
A．适当提高温度
B．增大光照强度
C．适当增加CO2浓度
D．增加酶的数量
3．夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．甲植株在a点开始进行光合作用
B．乙植株b点有机物积累量最多
C．de段补充光源可增加甲、乙农作物的产量
D．c点提高环境中CO2浓度可以使乙植株光合作用增强
4．与大田种植相比，植物工厂有密闭性好、无病虫害感染、能避免土壤污染等优点。科研人员为了解在水培条件下，油菜对不同浓度营养物质X的吸收情况，做了相关实验，结果如图所示。下列相关分析错误的是( )
A．植物工厂的油菜可给予红光和蓝紫光光照，以提高光合效率
B．可向水培溶液中通入无菌空气，以提高根对矿物质的吸收速率
C．根细胞吸收物质X需要转运蛋白的协助
D．根细胞吸收物质X需要ATP水解供能
5．在某些农村许多农户都是将玉米与大豆间作在一起，还流行这么一句话：“种植玉米搭配豆，汤汤水水都不漏。”玉米的植株比较高大，叶片较长，适合稀植，不太适合密植。大豆株高一般在30～90 cm，喜光，但也稍耐阴，下列相关叙述错误的是( )
A．玉米单作种植密度过高易造成通风不良，种植密度低又可能使土壤养分得不到充分利用
B．将大豆间作于两行玉米之间，可以提高农田阳光、土壤矿质营养的利用率
C．大豆与玉米间作可能比大豆单作的单株平均光合速率低
D．同等光照强度下，玉米与大豆的光合速率一般相同
题组二 探究环境因素对光合作用强度的影响
6．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，结果如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A．本实验中，温度和光照强度都属于无关变量
B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放O2的速率
C．四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高
D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长
7．科学家研究小麦在适宜温度时光合作用强度与光照强度的关系，得到如图曲线，下列有关叙述，错误的是( )
A．当环境温度升高时，cd段位置上移
B．a点时叶肉细胞中产生ATP的部位有细胞质基质和线粒体
C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向右移动
D．c点之后小麦光合作用强度不再增大可能与光合色素的量有关
8．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是______________________________
_____________________________________________________________________；
C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着________________的增加，使光下产生的________________________能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
9．正常温度(CT)下的植株在不同温度下的净光合速率(净光合速率＝总光合速率－呼吸速率)，结果如图。下列有关叙述正确的是( )
A．两组植株固定CO2的最大速率相同
B．50 ℃时CT植株不能进行光合作用
C．35 ℃时两组植株单位时间内积累的有机物相等
D．CT植株在高温环境中能够更好地生长
10．如表是某科研小组研究光合作用强度时所得到的部分结果，请结合图1和图2，判断相关分析正确的是( )
改变的条件 M N
测定的光合作用强度 P K
A．若改变的条件为温度，且P>K，则M>N
B．若改变的条件为温度，且M>N，则P>
C．若改变的条件为CO2浓度，且M>N，则P>
D．若改变的条件为CO2浓度，且P>K，则M>N
11．(不定项)图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系，下列说法不正确的是( )
A．图甲中，光照强度为b时，光合速率等于细胞呼吸速率
B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
C．图乙中，当光照强度为x时，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．图乙中，限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度
12．(不定项)为探究遮阴对青钱柳的光合特性和生长的影响，某研究组将生长状态一致的青钱柳均分为3组，每组给予不同程度的遮阴处理，其他实验条件均一致，一段时间后，测得各组最大净光合速率、株高和地径(苗干距离地表面10 cm处的树干直径)的值如下表所示。下列叙述不正确的是( )
组别 遮阴度 最大净光合速率 /(μmol·m-2·s-1) 株高/cm 地径/cm
A1 全光 11.7 150.3 1.85
A2 透光50% 11.0 182.7 1.62
A3 透光20% 5.4 98.9 1.13
A．该实验的自变量是遮阴度和最大净光合速率
B．若提高A3组的透光率，则最大净光合速率、株高和地径都会持续增大
C．若适当提高A3组的CO2浓度，则其最大净光合速率会增大
D．与A3组相比，A2组的遮阴处理更有利于青钱柳的光合特性和生长
13．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水稻随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组：不进行特殊处理；(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，部分实验结果见下表。
生理指标 对照组 施氮组 水＋氮组
气孔导度(mmol·m-2·s-1) 85 65 196
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，RuBP羧化酶指催化CO2固定的酶。
回答下列问题：
(1)RuBP羧化酶主要分布于_____________________________________________。
为比较各组叶绿素含量，可利用____________________(填试剂名称)提取叶片中的光合色素，并通过纸层析法进行分离，再进一步测定含量。
(2)与对照组相比，施氮组气孔导度更小的原因可能是____________________________________。施氮组的叶肉细胞间隙CO2浓度________(填“高于”“低于”或“等于”) 对照组。
(3)据实验结果分析，水＋氮组光合速率高于对照组的原因是________________
_____________________________________________________________________。
(4)在水稻结实前，农民会适当多施钾肥，促进光合作用产物从叶片运至果实。请以灌浆期(即将结出籽粒)的水稻作为实验材料，用同位素标记法设计实验(提供14CO2)，验证较高浓度钾离子具有上述作用。(写出实验思路即可) ____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
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1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12
D C C D D C A C D A C D ABC
8．(1)高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质 (2)光照和黑暗交替频率 ATP和NADPH
13．(1)叶绿体基质 无水乙醇 (2)施肥后土壤溶液浓度增大，植物失水导致气孔导度降低 低于 (3)水＋氮组气孔导度大，可为暗反应提供更多的CO2；同时水＋氮组RuBP羧化酶活性更高，有利于CO2的固定 (4)将生长状态一致的灌浆期水稻均分为两组，一组施用适量较低浓度钾肥，另一组施用等量较高浓度钾肥，其他营养条件相同，两组均在14CO2气体环境中实验，一段时间后分别检测两组植株叶片和籽粒的放射性并进行比较
1．D [光照强度一定时，透明膜可以透过所有可见光，蓝紫色膜只能透过蓝紫光，故无色透明薄膜建成的大棚光合作用效率高于蓝紫色薄膜建成的温室大棚，A错误；白天适当提高温度，有利于光合作用的进行，晚上适当降低温度，降低呼吸速率，从而增加大棚蔬菜产量，B错误；有机物不能被蔬菜吸收，有机肥被分解成无机物之后才能被蔬菜吸收，C错误；光合午休是由于中午光照过强，蒸腾作用过于旺盛，气孔关闭导致CO2供应不足引起的，故适时进行灌溉可以缓解作物的光合午休程度，D正确。]
2．C [此时温度已经是最适温度，所以再提高温度会使酶的活性降低，光合作用速率降低，A不符合题意；B点是光饱和点，此时光照不是限制光合作用的因素，B不符合题意；CO2的浓度为0.03%，相对较低，所以增加CO2浓度会提高光合作用的速率，C符合题意；酶的数量属于内因，D不符合题意。]
3．C [甲植株在a点之前，有光照时便开始光合作用，夏季晴朗的一天大约在早晨4时开始有光照，A错误；有机物积累量最多是18时，因为18时之前光合速率大于呼吸速率，一直积累有机物，18时之后呼吸速率大于光合速率，开始消耗有机物，B错误；de段光合速率下降的原因为光照强度减弱，所以de段补充光源可增加甲、乙农作物的产量，C正确；c点光合速率降低是由于气孔关闭，导致CO2供应不足，即使c点提高环境中CO2浓度，由于气孔关闭，也不能使乙植株光合作用增强，D错误。]
4．D [光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故植物工厂的油菜可给予红光和蓝紫光光照，以提高光合效率，A正确；根吸收无机盐为主动运输，需要细胞呼吸提供能量，故可向水培溶液中通入无菌空气，以提高根对矿物质的吸收速率，B正确；一定浓度范围内，物质X的吸收速率随物质X的浓度增大而增大，达到一定浓度后，吸收速率不再增加，推测其跨膜运输方式为协助扩散或主动运输，需要转运蛋白，但不一定消耗能量，C正确，D错误。]
5．D [由题意可知，玉米植株较高，叶片较长，若种植密度过高则可能导致田间内部密不透风，若种植密度过低，则其根只能吸收植株周围小范围的营养，会造成土壤矿质营养的浪费，A正确；若将大豆间作于两行玉米之间，则既可以吸收玉米叶片间洒落下的光照，又可以充分利用玉米行间土壤矿质营养，因而可提高农田阳光、土壤矿质营养的利用率，B正确；大豆喜光，但也耐阴，若将大豆植于玉米田下，则单株平均受光减弱，推测其平均光合速率比单作降低，C正确；不同植物对光的利用能力一般不同，所以同等光照强度下，玉米和大豆的光合速率往往不同，D错误。]
6．C [本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度、光照为无关变量，A正确；叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放O2的速率， B 正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，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 正确。]
7．A [题图为小麦在适宜温度时光合作用强度与光照强度的关系，当环境温度升高时，酶的活性降低，光合速率降低，cd段位置会下移，A错误；a点时，叶肉细胞只能进行呼吸作用，因此产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，B正确；Mg是植物合成叶绿素的必需元素，当缺少Mg时，叶绿素的合成受阻，导致光合作用强度降低，b点表示光合速率等于呼吸速率，因此当植物缺Mg时，增加光照强度以提高光合作用强度，所以b点将向右移，C正确；c点对应的光照强度是光饱和点，该点之后光合作用强度不再随光照强度增大而增大，此时影响因素可能是叶绿体中色素含量、酶的浓度等，D正确。]
8．(1)光合作用的过程根据是否必须有光的参与可以划分为光反应和暗反应，光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，其物质变化包括水的光解和ATP的合成，生成的NADPH和ATP，用于叶绿体基质中的暗反应。C组光照时间为67.5 s，D组光照时间为135 s，即C组只用了D组一半的光照时间，但光合作用产物的相对含量却是D组的94%，由此可推知单位光照时间内，C组合成的有机物量高于D组合成的有机物量。(2)本题探究不同光照处理对植物光合作用的影响。在其他条件和处理相同的情况下，A、B、C三组实验的自变量是光照与黑暗交替的频率，因变量是光合作用产物的相对含量。由A、B、C三组实验结果可看出，随着光照与黑暗交替频率的增加，光合作用产物相对含量增加。C组光照与黑暗交替频率较高，光反应所生成的NADPH和ATP能够及时地利用与再生。
9．C [由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，即CT植株和HT植株的净光合速率最大值基本一致，两组植株呼吸速率未知，所以两组植株固定CO2的最大速率不一定相同，A错误；50 ℃时CT植株净光合作用为0，但呼吸作用不为0，且总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，所以50 ℃时CT植株能进行光合作用，B错误；CO2吸收速率代表净光合速率，由图可知35℃时两组植株的净光合速率相等，所以35 ℃时两组植株单位时间内积累的有机物相等，C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植株对高温环境较适应，D错误。]
10．D [据图可知，当温度超过最适温度时，随温度升高，酶的活性减弱，导致光合作用强度减弱，故若改变的条件为温度，且P>K，则M>N或MN，则P>K或PK，C错误；据C项分析，若改变的条件为CO2浓度，且P>K，则说明一定是在CO2浓度饱和点之前提高了CO2浓度，即M>N，D正确。]
11．ACD [分析图甲可知，光照强度为b时，CO2释放量和O2产生总量相等，细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，则此时细胞呼吸速率大于光合速率，A错误；光照强度为d时，水稻叶肉细胞的光合速率大于细胞呼吸速率，光照强度为a时，CO2释放量即为细胞呼吸速率，则光照强度为d时，O2产生总量为8个单位，需要消耗的CO2也为8个单位，所以单位时间内需从外界吸收2个单位的CO2，B正确；图乙中所示生物为蓝细菌，蓝细菌不含线粒体和叶绿体，C错误；图乙中，限制g点光合作用速率的因素不是光照强度，可能是CO2浓度及温度等，D错误。]
12．ABC [该实验的自变量是遮阴度，A错误；分析表格可知，若适当提高A3组的透光率，如从20%提高至50%，则随着光照强度的增大，最大净光合速率、株高和地径都会增大，但从50%继续提高至100%时，株高并未持续增大，B错误；题中未给出CO2浓度，若CO2浓度较低，则适当提高CO2浓度会增大最大净光合速率，若CO2浓度已经饱和，此时再增加CO2浓度，不会对最大净光合速率产生影响，C错误；与A3组相比，A2组的遮阴处理下，最大净光合速率、株高和地径均在较高水平，故A2组的遮阴处理更有利于青钱柳的光合特性和生长，D正确。]
13．(1)RuBP羧化酶催化CO2固定，故主要分布于叶绿体基质。叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于有机溶剂中，所以用无水乙醇提取叶片中的光合色素，并通过纸层析法进行分离，再进一步测定含量。(2)由于施肥后土壤溶液浓度增大，植物失水导致气孔导度降低。故与对照组相比，施氮组气孔导度更小。施氮组的气孔导度低于对照组，而光合速率高于对照组，可知叶肉细胞间隙CO2浓度低于对照组。(3)据实验结果分析，水＋氮组气孔导度大，可为暗反应提供更多的CO2；同时水＋氮组RuBP羧化酶活性更高，有利于CO2的固定，故水＋氮组光合速率高于对照组。(4)验证较高浓度钾离子促进光合作用产物从叶片运至果实的实验的自变量是钾肥的浓度，可用气体作为光合作用的原料通过放射性检测因变量，所以实验思路为将生长状态一致的灌浆期水稻均分为两组，一组施用较低浓度钾肥，另一组施用较高浓度钾肥，其他营养条件相同，两组均在14CO2气体环境中实验，一段时间后分别检测两组植株叶片和籽粒的放射性并进行比较。
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第3课时 光合作用原理的应用
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
知识点1 探究光照强度对光合作用强度的影响
下沉
上浮
圆形小叶片上浮的数量
光照强度
CO2
强、中、弱
圆形小叶片浮起的数量
3．实验现象
在弱光、中光、强光的照射下，圆形小叶片浮起的数量依次____。
4．实验结论
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断____(圆形小叶片中产生的O2多，浮起的多)。
增多
增强
基于对探究光照强度对光合作用强度影响的实验的认识，判断下列表述是否正确。
1．此实验的因变量是单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量。 ( )
提示：此实验的因变量为光合作用强度。
×
2．所选叶片必须生长旺盛、新鲜。 ( )
3．可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。 ( )
4．应在同一时间内观察并记录圆形小叶片上浮的数量。 ( )
√
√
√
探究一：实验材料的选择与处理等
1．利用打孔器对绿叶进行打孔时为什么要避开大叶脉？
提示：因为大的叶脉处叶肉细胞少，不利于细胞间隙中气体的逸出，影响实验结果的准确性。
2．用打孔器处理好的叶片在排气、沉水实验前为什么需放置在暗处？
提示：防止实验前叶片进行光合作用，干扰实验结果。
3．分析叶片上浮的原因。
提示：光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2。
探究二：实验操作的提醒与目的
1．注射器内吸入清水，用手指堵住注射器前端的小孔，缓缓拉动活塞，此操作的目的是什么？
提示：使圆形小叶片内的气体逸出；使处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水而全部沉到水底。
2．台灯与烧杯中间放置盛水的玻璃柱，此实验操作有何目的？
提示：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯水温产生影响。
[深化归纳]
1．探究光照强度对光合作用强度的影响的实验变量分析
(1)自变量及设置方法
①自变量：光照强度。
②设置方法：通过台灯距离实验材料的远近来设置。
(2)因变量及观测指标
①因变量：光合作用强度。
②观测指标：观测单位时间内被抽取空气的圆形小叶片上浮的数量。
2．探究影响光合作用强度的因素实验设计
[对点练习]
1．取某植物生长旺盛的绿叶，用打孔器打出许多叶圆片，再用气泵抽出叶圆片的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至盛有CO2缓冲液的烧杯中，给予一定的光照，记录每个烧杯中叶圆片上浮至液面所用的平均时间。下列说法正确的是( )
A．可在光源与烧杯之间加一个装有水的玻璃水槽，以使烧杯中的叶圆片均匀照光
B．为探究光照对光合作用的影响，可用一套装置慢慢向光源靠近，记录不同距离处叶圆片上浮所用的时间
C．为探究CO2对光合作用的影响，可用不同浓度的CO2缓冲液进行实验
D．叶片必须先在暗处放置几小时，消耗掉叶片中的淀粉
√
C [在光源与烧杯之间加一个装有水的玻璃水槽，目的是避免光照引起温度的变化，A错误；探究光照对光合作用的影响，可用多套装置，将光源置于距烧杯不同距离处，记录不同距离处叶圆片上浮所用的时间，B错误；探究CO2对光合作用的影响，可用不同浓度的CO2缓冲液进行实验，C正确；本实验的观察指标是叶圆片上浮至液面所用的平均时间，不需要进行暗处理，D错误。]
2．某兴趣小组以绿叶和黄叶两种青菜叶片为实验材料，探究光照强度对光合作用的影响，结果如下表所示，下列推测不合理的是
( )
光照强度 7 min内叶圆片上浮的数量
绿叶 黄叶
A 1 0
B 3 1
C 5 1
A．环境温度属于无关变量，对实验结果无明显影响
B．青菜叶叶圆片上浮的数量与叶绿素的含量有关
C．相同光照强度下，绿叶光合作用强度高于黄叶
D．该实验可证明光合作用的强度受内外因素的影响
A [探究光照强度对光合作用的影响，则光照强度是自变量，光合作用强度是因变量，其余变量是无关变量，但无关变量(如温度)对实验结果有影响，A错误。]
√
1．光合作用强度
(1)概念：简单地说，就是指植物在________内通过光合作用______________。
知识点2 影响光合作用强度的环境因素及应用
单位时间
制造糖类的数量
农作物的产量
氧气
二氧化碳
2．影响光合作用强度的环境因素
(1)确定依据：根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料
——________，动力——____，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
(2)举例分析：环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响_____________而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的__________的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响______的因素(如温度)，也是影响因子。
水、CO2
光能
CO2的供应量
形成和结构
酶活性
在北方的冬暖大棚中施用有机肥为什么能提高大棚蔬菜的产量？
提示：有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解，释放出热量和CO2，提高了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用的进行，另外还生成各种无机盐，增加了土壤的肥力。
3．化能合成作用
(1)概念：利用体外环境中的某些______氧化时所释放的能量来制造______。
(2)实例：硝化细菌能利用______氧化释放的化学能将____________合成糖类，供自身利用。
无机物
有机物
NH3
CO2和H2O
基于对影响光合作用强度的环境因素及应用的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度和光照强度等外界因素。 ( )
2．温度对光合作用强度的影响主要是影响酶的活性。 ( )
3．真正光合速率常用单位面积、单位时间O2产生量，CO2固定量或有机物产生量表示。 ( )
√
√
√
4．使用农家肥使玉米等农作物光合速率上升，影响因素与无机物无关。 ( )
提示：农家肥在微生物的作用下，不仅产生了CO2，还产生无机物，CO2和无机物均会使光合速率上升。
5．绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合作用制造有机物。 ( )
提示：硝化细菌通过化能合成作用制造有机物。
×
×
材料1 科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图。
材料2 下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。
材料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。
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
1．材料1中，光照强度为a时，造成曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度差异的原因是什么？光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是什么？试解释其作用原理。
提示：CO2浓度不同。曲线Ⅰ和Ⅱ的CO2浓度相同，光照强度为b时，光合作用强度存在差异的原因是温度不同。温度影响与光合作用有关的酶的活性，进而影响光合作用强度。
2．材料2中，引起AB段光合作用不断增强的主要环境因素及目的分别是什么？
提示：光照强度，该因素的增强促进了光合作用中光反应阶段，从而为暗反应阶段提供更多的ATP和NADPH。
3．材料2中，BC段光合作用强度下降的主要原因是什么？
提示：气孔部分关闭，CO2吸收量减少，导致光合作用中的CO2固定受阻，从而影响光合作用。
4．分析材料3表中数据，从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的是哪两种作物？说出选择这两种作物的理由。
提示：A和C。作物A光饱和点高且长得高，可以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。
[深化归纳]
1．光照强度对光合速率的影响
(1)原理：光照是光合作用的动力，为光合作用提供能量，主要影响光反应阶段ATP和NADPH的产生，进而影响暗反应阶段。
(2)曲线分析
(3)应用
①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度对光合速率的影响
(1)原理：CO2为光合作用提供原料，主要通过影响暗反应阶段，制约C3的生成进而影响光合作用强度。
(2)曲线
关键
点 A CO2的补偿点：光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度
A′ 进行光合作用所需的最低CO2浓度
B和B′ CO2饱和点
走势分析 图1和图2 一定范围内，光合作用强度随CO2浓度的增大而增强，但当CO2达到一定的浓度时，光合作用强度不再增强
(3)应用：温室中适当增加CO2浓度，如投入干冰等，大田中“正其行，通其风”，多施有机肥来提高CO2浓度。
3．温度对光合速率的影响
(1)原理：通过影响酶活性进而影响光合作用。
(2)曲线
①AB段：随着温度升高，光合作用强度增强。
②B点：光合作用最适温度下的光合作用强度。
③BC段：随着温度升高，光合作用强度减弱。
④温度过高时，酶失活，光合作用完全停止。
(3)应用
①适时播种。
②温室栽培植物时，白天将温度调到光合作用的最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温度，以降低呼吸速率，保证植物有机物的积累。
4．水及无机营养对光合速率的影响
(1)原理
①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，水还会影响气孔的开闭，从而影响CO2进入植物体。
②N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
(2)应用
①合理施肥。
②预防干旱，合理灌溉。
5．多因子变量对光合速率的影响
(1)曲线分析
P点：限制光合速率的因素主要为横坐标所表示的因子，随着此因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因子不再是限制光合速率的因素，限制因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，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。
思维拓展 影响光合作用的因素除了环境因素还有内因
(1)与植物自身的遗传特性有关。
(2)植物叶片的叶龄、叶面积指数、叶绿素含量及酶等也会影响光合作用。
[对点练习]
3．下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。下列分析正确的是( )
A．乙图中D点与C点相比，相同时
间内叶肉细胞中C5的生成量较多
B．图中M、N、P点的主要限制因
素分别是CO2浓度、温度、光照强度
C．丙图中，随着温度的继续升高，曲线走势将稳定不变
D．甲图中M至A点范围内，限制光合速率的因素为CO2浓度
√
A [乙图中D点与C点相比温度相同，但D点光照强，光反应产生较多的ATP和NADPH，C3的还原加快，叶肉细胞中C5的生成量较多，A正确。甲图中M点在不同的CO2浓度下光合速率相同，所以CO2浓度不影响M点的光合速率；乙图中N点在不同的温度下光合速率相同，所以温度不影响N点的光合速率；丙图中P点在不同的光照强度下光合速率相同，所以光照强度不影响P点的光合速率，B错误。温度上升到一定程度，与光合作用有关的酶变性失活，光合速率会下降，C错误。甲图中M至A点范围内，随着光照强度的增大，光合速率增大，所以限制光合速率的因素为光照强度，D错误。]
4．植物工厂依靠LED灯等人工光源为植物生长提供能量。科研人员研究了不同光质对某品种番茄叶绿体超微结构及产量的影响，实验处理及相关结果如下表，各组其他生长环境都相同。
组别 实验处理 叶绿体
(个/细胞) 基粒数
(个/叶绿体) 产量
(103 kg·hm-2)
甲 白光 10.4 22.4 14.6
乙 蓝光 9.2 20.6 10.5
丙 X 8.7 20.2 9.2
丁 红光∶蓝
光＝1∶1 12.3 26.2 17.9
回答下列问题。
(1)甲组为对照组，丙组X处理是_________，其他相同的生长环境是___________________________________________________。(答出2点即可)
(2)每个基粒都由囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为___________，其上分布的_____________是参与光合作用光反应的必需物质。
红光
光照强度、CO2浓度、温度、光照时间、水、无机盐等
光合色素和酶
类囊体
(3)叶绿体超微结构与光合性能紧密相关，实验结果显示：与甲组相比，__________组的___________________________________减少，导致光合作用强度降低，产量下降。据实验结果分析，植物工厂中提高番茄产量的措施是_______________________________。
(4)为进一步深入研究，请你利用红光和蓝光两种LED灯提出一项新的研究问题。
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
乙和丙
细胞中的叶绿体数和叶绿体中的基粒数
提供红蓝光的比例为1∶1的光源
探究红蓝光的比例(“光照时间”“光照强度”)对番茄叶绿体超微结构和产量的影响
[解析] (1)科研人员研究了不同光质对某品种番茄叶绿体超微结构及产量的影响，则丙组X的处理是红光。光照强度、CO2浓度、温度、光照时间、水、无机盐等属于无关变量，则对照组和实验组都保持相同。(2)类囊体堆叠而形成基粒，在类囊体上含有光合色素和酶，有利于进行光合作用。(3)实验结果显示：与甲组相比，乙和丙组的细胞中的叶绿体数和叶绿体中的基粒数减少，产量也下降，则在植物工厂中可通过提供红蓝光的比例为1∶1的光源增加产量。(4)根据表中数据可知，蓝光和红光的混合光可提高产量，则下一步可探究红蓝光的比例(“光照时间”“光照强度”)对番茄叶绿体超微结构和产量的影响。
1．给植物全部供给18O2，则不久后发现植物合成的淀粉中含有18O，结合光合作用和细胞呼吸的关系加以分析。
知识点3 光合作用和细胞呼吸的关系
2．图1表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图1在图2中的位置。
提示：AB之间。
3．如图3所示为较强光照射下，叶肉细胞中结构模式图以及细胞中O2释放量和CO2吸收量的情况。
探究实践中测得的光合作用强度是否为
叶片的实际光合作用强度？试结合右
图解分析原因。
提示：否。探究实践中测得的光合作用强度是叶片光合作用强度与细胞呼吸强度的差值。
[深化归纳]
1．物质联系
C
O
H
2．能量联系
[对点练习]
5．如图是绿色植物体内某些代谢过程中物质的变化示意图，A、B、C分别表示不同的代谢过程。下列有关表述正确的是( )
A．水参与C中第二阶段的反应
B．B在叶绿体囊状结构上进行
C．A中产生的O2，参与C的第二阶段
D．X代表的物质从叶绿体的基质移向
叶绿体的囊状结构
√
A [C表示有氧呼吸，水参与C中第二阶段的反应，A正确；B表示暗反应阶段，该过程在叶绿体基质中进行，B错误；光反应产生的O2被有氧呼吸第三阶段利用，与[H]结合形成水，C错误；X是ATP，是光反应的产物，被暗反应利用，因此X从叶绿体的类囊体薄膜移向叶绿体基质，D错误。]
6．图1表示某植物叶肉细胞中发生的某些生理过程，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示物质，①～⑥表示气体的转移途径，图2表示该植物在不同光照强度下光合作用速率(用CO2吸收速率表示)的变化。请据图回答：
(1)图1中物质Ⅰ分子结构简式为_____________，物质Ⅲ生成具体场所是_____________，葡萄糖初步分解的场所是_____________。
(2)该植物处于图2中B点状态时，该植物叶肉细胞光合作用葡萄糖的生成速率________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用葡萄糖的分解速率。如果该植物处于图2中A点状态时，图1中气体转移途径有_________(用序号表示)。
A—P～P～P
线粒体内膜
细胞质基质
大于
③⑤
(3)菜农们常采用夜间降低大棚温度的方法提高蔬菜的产量，试说明这样做的科学依据是_________________________________________________________________________________。
有些农民急功近利，将夜间温度降低到10 ℃以下，其结果是大棚蔬菜的产量反而下降很多，请你分析可能的原因： ________________________________________________________________________________________________。
夜间适当降温，降低了夜间呼吸作用强度，减
少夜间有机物的消耗，有利于有机物的积累
降温程度过大，
影响植物对矿质元素的吸收，影响某些酶、色素等有机物的合成，进而影响白天光合作用
[解析] (1)光合作用的光反应能为暗反应提供NADPH和ATP，ATP的分子结构简式为A—P～P～P。Ⅲ表示水，产生水的是有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜，葡萄糖初步分解的阶段是有氧呼吸的第一阶段，场所是在细胞质基质。(2)B点表示光补偿点，此时对于整个植株来说，植物的光合作用等于呼吸作用，但该植株还有一些细胞不能进行光合作用，叶肉细胞光合作用葡萄糖的生成速率大于呼吸作用葡萄糖的分解速率。如果该植物处于A点状态时，植株只能进行呼吸作用，故图1中气体转移途径有③⑤。
(3)夜间适当降温，降低了夜间呼吸作用强度，减少夜间有机物的消耗，有利于有机物的积累，故夜间可以通过降低大棚温度的方法提高蔬菜的产量；将夜间温度降低到10 ℃以下，会影响植物对矿质元素的吸收，影响某些酶、色素等有机物的合成，进而影响白天光合作用。
1．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．化能合成作用：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
3．光照强度直接影响光反应速率，光反应产物中NADPH与ATP的数量会影响暗反应速率。
4．温度通过影响光合作用过程，特别是暗反应中酶的催化效率，从而影响光合作用强度。
5．CO2是暗反应的原料，CO2的浓度直接影响暗反应速率。
6．水分是光合作用的原料之一，缺少时可使光合速率下降。
1．用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如下图所示的实验，下列叙述不正确的是( )
A．离体的叶绿体中能合成糖类
B．碳酸氢钠所起的作用是提供
二氧化碳
C．烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验无糖类产生
D．灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度
课堂检测 素养测评
2
4
3
题号
1
5
√
D [灯与锥形瓶之间的距离表示不同的光照强度，光照强度影响光合作用的强度。]
2
4
3
题号
1
5
2．在大棚栽培蔬菜过程中，不能提高光合作用强度的措施是
( )
A．适当降低夜间温度
B．适时通风透气
C．适时增施有机肥
D．适当提高光照强度
√
2
4
3
题号
1
5
A [光合作用在白天有光时才能进行，适当降低夜间温度，不能提高光合作用强度，A符合题意。适时通风透气，能增大二氧化碳浓度，促进光合作用暗反应，B不符合题意。适时增施有机肥，有机肥被分解时产生二氧化碳，促进光合作用；有机肥被分解时还产生含N、P的无机盐，促进光合作用，C不符合题意。适当提高光照强度能提高光反应，促进光合作用，D不符合题意。]
2
4
3
题号
1
5
3．下图是以O为线索绘制的植物叶肉细胞中发生的物质转化关系。有关叙述正确的是( )
A．①过程需经过CO2固定和C3还原阶段
B．②过程与丙酮酸转化为CO2同时消耗[H]
C．③过程需要叶绿素，但不需要酶参与
D．④过程需要的[H]来自线粒体中的葡萄糖
√
2
4
3
题号
1
5
A [①过程需经过CO2固定和C3还原阶段，A正确；②过程是在水的参与下，经过有氧呼吸第二阶段产生CO2的过程，反应物为丙酮酸和水，产物为CO2、[H]和少量能量，因此并不消耗[H]，B错误；③过程为水的光解，该过程需要叶绿素吸收光能，且H＋、e－、NADP＋形成NADPH，需要酶催化，C错误；④过程为O2还原产生水，其场所为线粒体内膜，葡萄糖不能进入线粒体即线粒体中不存在葡萄糖，D错误。]
2
4
3
题号
1
5
4．如图是车前草在不同条件下的光合速率。据图不能得出的结论是( )
A．该实验的自变量是温度、CO2浓度以及植物种类
B．在CO2浓度为1 000 μL·L-1时，
在一定的温度范围内，光合速率随外
界温度的升高而升高
C．在30 ℃时，CO2浓度的改变对光
合速率的影响大于10 ℃时
D．在一定的范围内，CO2浓度升高可
使光合速率升高
2
4
3
题号
1
5
√
A [据图示可知，该实验的自变量是温度、CO2浓度，A错误；在CO2浓度为1 000 μL·L-1时，在一定的温度范围内，光合速率随外界温度的升高而升高，B正确；30 ℃时随着CO2浓度升高增加的光合速率值大于温度为10 ℃时随着CO2浓度升高增加的光合速率值，因此在30 ℃时，CO2浓度的改变对光合速率的影响大于10 ℃时，C正确；对比三条曲线可知，温度相同时，CO2浓度升高可使光合速率升高，D正确。]
2
4
3
题号
1
5
5．为提高甜椒产量，科研人员对温室栽培甜椒的光合作用特性进行了研究。请回答下列问题：
(1)温室内易形成弱光环境。弱光下，光反应阶段产生的ATP和________较少，影响暗反应阶段中________的还原，使糖类等有机物的合成减少。必要时，可根据光合作用的特性进行人工补光。
2
4
3
题号
1
5
NADPH
C3
(2)科研人员选择6月晴朗的一天，测定甜椒植株上部、中部和下部叶片的光合速率，结果如图。
2
4
3
题号
1
5
①据图可知，各部位叶片在________时光合速率均达到最大值，____________部叶片的光合速率最高。
②光合速率差异可能与不同部位叶片光合色素含量有关。为比较光合色素含量的差异，先称取_____________________________，再分别加入等量的___________和少量的二氧化硅、碳酸钙等研磨、过滤，获得色素提取液，测定光合色素含量。
2
4
3
题号
1
5
10
上
等量的上部、中部和下部叶片
无水乙醇
③在大田种植的条件下，甜椒有明显的“光合午休”现象，这是由于中午部分气孔关闭，进入叶片内的_______量减少，光合速率下降。由于人工调节了温室内的____________等条件，温室种植的甜椒很少出现“光合午休”现象，从而实现增产。
2
4
3
题号
1
5
温度和光照
CO2
[解析] (1)弱光下，光反应减弱，此阶段产生的ATP和NADPH较少，影响暗反应阶段C3的还原过程，使得糖类等有机物的合成减少。(2)①据图分析可知，10：00时，各部位的叶片的光合速率均达到最大值。10：00左右光照较强，上部叶片采光较好，光合速率最高。②比较不同部位叶片光合色素含量需要先称取等量的上部、中部和下部叶片，用无水乙醇作为溶剂进行提取。③大田种植的条件下，中午光照较强，温度较高，植物为避免水分过度散失，部分气孔关闭，导致进入叶片内的CO2量减少，光合速率下降。人工调节温室内的温度和光照等条件，可以减少“光合午休”现象，实现增产。
2
4
3
题号
1
5
