第四节 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素
第1课时 影响光合作用的环境因素
课时作业
(时间:30分钟 分值:69分)
第1～8题每题3分,第9～10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点 影响光合作用的环境因素
1.植物的光合作用受到水分、温度等多种因素的影响,如水分减少、温度过高会导致叶片气孔关闭等。下列有关说法错误的是( )
[A]水分可参与光反应,反应场所是类囊体膜
[B]温度可能通过影响酶的活性来影响光合速率
[C]气孔关闭会影响暗反应的进行,对光反应没有影响
[D]提高光合速率、降低呼吸速率,有利于植物体内有机物的积累
【答案】 C
【解析】 气孔关闭,二氧化碳吸收减少,影响暗反应的进行,暗反应消耗的ATP和NADPH减少,进而影响光反应的进行。
2.(2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高 1 ℃,水稻、小麦等作物减产 3%～8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
[A]呼吸作用变强,消耗大量养分
[B]光合作用强度减弱,有机物合成减少
[C]蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
[D]叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
【答案】 D
【解析】 高温使作物叶绿素降解,光反应生成的NADPH和ATP减少,NADH是在呼吸作用中产生的。
3.下图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置,氧气传感器可监测O2浓度的变化。下列叙述错误的是( )
[A]该实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响
[B]加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2
[C]拆去滤光片,单位时间内,氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度
[D]若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
【答案】 B
【解析】 分析题图可知,该实验的自变量是不同单色光,因变量是释放的O2量(代表光合作用强度),故实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响;加入NaHCO3溶液是为金鱼藻光合作用提供CO2;相同条件下,自然光下比单色光下的光合作用要强,因此拆去滤光片,单位时间内,氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度;若将此装置放在黑暗处,金鱼藻的光合作用无法进行,可测定金鱼藻的细胞呼吸强度。
4.将分离得到具有活性的叶绿体置于一定浓度的蔗糖溶液中,制成叶绿体悬浮液。在提供必要的物质和适宜温度、光照强度下,测得氧气释放速率与CO2浓度的关系如右图所示。下列分析错误的是( )
[A]蔗糖溶液有利于维持叶绿体的正常形态和功能
[B]CO2浓度高于M点时光合作用才开始进行
[C]限制N点的因素有光照强度、叶绿体数量等
[D]实验进行一段时间,在悬浮液中可以检测到淀粉
【答案】 C
【解析】 一定浓度的蔗糖溶液有利于维持叶绿体的正常形态和功能,不会发生皱缩和吸水膨胀;叶绿体悬浮液中不能进行呼吸作用,CO2浓度大于M时,氧气释放速率才大于0,光合作用才开始进行;依据题干信息,所提供的温度和光照强度均适宜,所以光照强度不是限制因素;淀粉是光合作用的产物之一,故实验进行一段时间后,在悬浮液中可以检测到淀粉。
5.以某种多细胞绿藻为材料,研究环境因素对其叶绿素a含量和光合速率的影响,实验结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
[A]光反应中产生的NADPH既可作为还原剂也可以储存能量
[B]高光强条件下叶绿素a含量高体现了生物与环境的适应
[C]在低光强条件下温度对该绿藻光合速率的影响更显著
[D]图2测定的绿藻放氧速率等于光反应产生O2的速率
【答案】 A
【解析】 由图1可知,温度相同时,与高光强组相比,低光强组叶绿素a含量较高,以适应低光强环境;据图2可知,在低光强条件下温度对该绿藻光合速率的影响不显著,在高光强条件下温度对该绿藻光合速率的影响较显著;图2测定的绿藻放氧速率=光反应产生O2的速率-呼吸作用消耗O2的速率。
6.(2025·长沙期末)将小球藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的pH和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如下图所示。下列相关分析正确的是( )
[A]第4 min前,葡萄糖在线粒体中氧化分解需要吸收悬浮液中的溶解氧
[B]第4 min后,CO2在叶绿体基质中可直接被光反应产生的NADPH还原
[C]第6 min时,限制小球藻光合作用的环境因素主要是CO2浓度
[D]第7 min时,小球藻叶绿体中NADP+和ADP的含量短时间内会减少
【答案】 C
【解析】 葡萄糖在细胞质基质中被氧化分解,线粒体不能利用葡萄糖;CO2在叶绿体基质中先被C5固定成C3然后被光反应产生的NADPH还原;第 6 min 时,光合速率不再增加,之后添加NaHCO3后,光合速率加快,故限制小球藻光合作用的环境因素主要是CO2浓度;第7 min时,添加NaHCO3后,暗反应加快,光反应暂时不变,NADP+和ADP产生速率加快,而消耗速率暂时不变,故小球藻叶绿体中NADP+和ADP含量短时间内会增加。
7.Rubisco是一种双功能酶,当CO2浓度较高时,Rubisco催化CO2的固定,当O2浓度较高时,该酶能催化 C5与O2反应,形成的产物运至线粒体参与细胞呼吸产生CO2。植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是( )
[A]Rubisco的存在场所为线粒体基质
[B]CO2和O2均是Rubisco作用的底物,两者之间为竞争关系
[C]光呼吸的进行需要线粒体和叶绿体的共同参与
[D]适当施加有机肥料可抑制光呼吸,提高作物产量
【答案】 A
【解析】 当CO2浓度较高时,Rubisco催化CO2的固定,当O2浓度较高时,该酶能催化 C5与O2反应,可知Rubisco的存在场所为叶绿体基质;CO2和O2均是Rubisco作用的底物,两者之间为竞争关系;光呼吸包括叶绿体上进行C5与O2反应和线粒体上进行有氧呼吸,即需要线粒体和叶绿体共同参与;适当施加有机肥料可提高大田中CO2浓度,可抑制光呼吸,提高作物产量。
8.(2025·江苏月考)兴趣小组通过实验探究光强对洋葱生长的影响,实验时设置5种光强的LED红蓝光,对“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱进行相同时间的处理,图1和图2分别为“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱地上部分的质量。下列相关叙述正确的是( )
[A]该实验的自变量是洋葱的品种
[B]光照强度越大,“金冠”洋葱的产量一定越高
[C]5种光照强度的红光与蓝光比例应保持一致
[D]“紫玉”洋葱的最适光强为500 μmol/(m2·s)
【答案】 C
【解析】 根据题意,该实验的自变量是洋葱的品种和光照强度;在一定范围内,光照强度越大,“金冠”洋葱的地上部分产量越高;实验的无关变量应保持一致,5种光照强度的红光与蓝光比例应保持一致;由题图可知,就地上部分而言,“紫玉”洋葱的最适光照强度为
300 μmol/(m2·s)左右。
综合提升练
9.(多选)为探究影响光合速率的因素,将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养,实验结果如下图所示。下列有关叙述正确的有( )
[A]此实验共有两个自变量:光照强度和施肥情况
[B]D点对应的CO2吸收量比B点对应的CO2吸收量高,原因是D点时光照强度大
[C]在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显
[D]制约C点时光合速率的因素主要是土壤含水量
【答案】 BCD
【解析】 该实验有光照强度、施肥情况、土壤含水量三个自变量;对于D点和B点,土壤含水量均为60%,且均施肥,而D点时的光照强度大于B点;在土壤含水量为40%～60%的条件下,施肥组与未施肥组的CO2吸收量差异明显;C点时土壤含水量较低,光合作用强度较弱,在C点基础上增大土壤含水量,可提高CO2吸收量,因此C点时限制玉米光合速率的因素主要是土壤含水量。
10.(多选)水稻是我国重要的粮食作物,研究人员对a、b两个水稻品系进行研究,发现酶E参与叶绿体中CO2的固定,品系b的叶绿素含量仅是品系a的51%。下图为不同光照强度下a、b两个水稻品系的光合速率变化曲线图。下列叙述错误的有( )
[A]因品系a叶绿素含量比品系b高,品系a光合作用速率应该强于品系b
[B]低光强时,品系b的光合速率较高;高光强时,品系a的光合速率较高
[C]高光强时,品系b中酶E固定CO2的速率可能更高
[D]高光强时,限制品系a的光合速率的因素一定为叶绿素含量
【答案】 ABD
【解析】 高光强时,品系b的光合速率较高,而品系b的叶绿素含量仅是品系a的51%,说明品系b中酶E固定CO2的速率高;据题图可知,低光强时,品系a的光合速率较高,高光强时,品系b的光合速率较高;高光强时,叶绿素含量并未限制品系a的光合速率,而是酶E的活性限制。
11.(10分)某研究小组探究了影响某植物光合作用的因素,图1为研究光合作用的实验装置(叶圆片用气泵抽出气体直至叶片沉入水底),实验方案见下表,记录30 min内上浮叶圆片平均数。请回答下列问题。
组别 实验条件
温度/℃ 白炽灯/W
1 10 120
2 20 40
3 20 80
4 20
5 30 120
(1)为探究温度对光合作用的影响,应将第4组中的白炽灯控制为 W。
(2)可根据上述实验中 比较光合作用的强弱,原因是 。
(3)进一步按上述实验方案增加相应实验组后,发现随着光照强度不断增加,当达到某一光照强度时,30 min内上浮叶圆片平均数就不再增加了,造成此现象的外界限制因素可能是
。
(4)将在适宜条件下测得的实验数据绘制成图2曲线。有人依据图2推测:“在BC段,提高温度,可以缩短叶圆片上浮的时间”。此推测是否合理 。 简述理由:
。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)120(1分) (2)30 min内上浮叶圆片平均数 植物光合作用的光反应阶段产生的氧气会积累在细胞间隙,产生氧气多的叶片上升快 (3)温度或CO2浓度 (4)不合理(1分) 在适宜条件下,提高温度重复实验,光合速率变慢,叶圆片上浮至液面所需的时间延长
【解析】 (1)探究温度对光合作用的影响时,温度为自变量,光照强度为无关变量,应保持相同,根据第1组和第5组可知,第4组中的白炽灯应控制为120 W。(2)因为植物光合作用的光反应阶段产生的氧气会积累在细胞间隙,产生氧气多的叶片上升快,所以可根据
30 min内上浮叶圆片平均数比较光合作用的强弱。(3)当光照强度达到饱和时,限制光合作用的外界因素不再是光照强度,可能是温度或CO2浓度。(4)图2曲线是在适宜条件下得到的,提高温度重复实验,光合速率变慢,叶圆片上浮至液面所需的时间延长。
12.(11分)(2024·南京期末)景天科、仙人掌科等植物(CAM植物)夜间固定CO2产生有机酸,白天有机酸脱羧释放出CO2进入卡尔文循环,如下图所示,请回答下列问题。
(1)夜间,来自外界环境和 产生的CO2转化为HC,在PEP羧化酶催化下直接与磷酸烯醇式丙酮酸(C3)结合生成 。
(2)白天,液泡中的苹果酸(C4)被运输到细胞质基质进行氧化脱羧,释放出的CO2直接进入
参与卡尔文循环,同时生成的 则进入叶绿体生成淀粉,该生理变化将导致液泡的pH (填“升高”或“降低”)。
(3)玉米、甘蔗等C4植物叶肉细胞中CO2被固定到四碳化合物(C4)中,随后C4进入维管束鞘细胞中,释放出CO2参与卡尔文循环,进而生成有机物。由此可见,C4植物中的固定CO2和合成糖发生在同一时间,而空间错开。而CAM植物中固定CO2和合成糖的特点是
。CAM植物的气孔在白天时关闭,夜间时打开,有利于适应 环境。
(4)Rubisco是一种双功能酶,既能催化C5与CO2发生羧化反应固定CO2,又能催化C5与O2发生加氧反应进行光呼吸,其催化方向取决于CO2和O2相对浓度,从而导致光合效率下降。CAM植物可在夜晚吸收大量的CO2,转变为苹果酸储存在液泡中,在白天苹果酸脱羧释放CO2,使得叶绿体中CO2浓度 ,在与O2竞争 时有优势,因此有人认为CAM途径是景天科植物长期进化得到的一种可以 光呼吸的碳浓缩机制。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)线粒体(或细胞呼吸) Pi和草酰乙酸
(2)叶绿体基质 磷酸丙糖 升高
(3)发生在同一个细胞内(空间相同),但时间错开(2分) 干旱(缺水)
(4)升高 Rubisco 抑制
【解析】 (1)由题图可知,夜间来自外界环境和线粒体(或细胞呼吸)产生的CO2转化为HC,在PEP羧化酶催化下直接与磷酸烯醇式丙酮酸(C3)结合生成Pi和草酰乙酸。(2)由题图可知,白天,液泡中的苹果酸(C4)被运输到细胞质基质进行氧化脱羧,释放出的CO2直接进入叶绿体基质参与卡尔文循环,同时生成的磷酸丙糖则进入叶绿体生成淀粉,该生理变化将导致液泡的pH升高(液泡中苹果酸减少导致pH升高)。(3)根据题干中“CAM植物夜间固定CO2产生有机酸,白天有机酸脱羧释放出CO2进入卡尔文循环”,再结合题图可知,CAM植物中固定CO2和合成糖的特点是发生在同一个细胞内(空间相同),但时间错开。CAM植物的气孔在白天时关闭,夜间时打开,有利于适应干旱(缺水)环境。(4)根据题干信息可知,CAM植物可在夜晚吸收大量的CO2,转变为苹果酸储存在液泡中,白天苹果酸脱羧释放CO2,使得叶绿体中CO2浓度升高,在与O2竞争Rubisco时有优势,从而抑制光呼吸。
13.(12分)(2025·南通月考)光破坏是由于光照过强而引起还原能积累,导致自由基的产生,使光合机构受损的现象。研究发现,在植物细胞中存在着一条由交替氧化酶(AOX)主导的途径,该途径在光破坏防御和能量代谢方面具有重要作用,部分机理如下图所示。请回答下列问题。
(1)光系统是由蛋白质和光合色素形成的复合物,分布在 (结构)上,功能是 。
(2)光反应过程中水的裂解为NADPH的合成提供 ,光反应过程中的能量转换为 。
(3)柠檬酸循环进行的场所是 ,细胞中产生NADH的生理过程还有
。
(4)据图分析,强光环境下,AOX途径缓解光破坏的机理是
。
(5)为研究eATP对植物光合作用的影响,研究人员以拟南芥为材料进行相关实验,请完成下表。
实验 步骤 简要操作方法
实验 分组 取① 拟南芥植株,随机分为甲、乙、丙、丁4组,每组10株
实验 处理 将甲、丙用② 处理,乙、丁用适宜浓度的eATP去离子水溶液处理;处理后,甲、乙置于正常光下培养,丙、丁置于强光下培养,其他条件相同且适宜
结果测定与 处理 一段时间后,分别测定各组胞间CO2浓度、气孔导度(气孔的张开程度)及净光合速率并绘制柱形图
实验结果分析 强光条件下,适宜浓度的eATP处理植株,能显著提高净光合速率,主要原因是eATP能③ ,从而有利于光合作用的进行
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)类囊体膜 吸收、传递和转化光能
(2)H+和e- 光能→电能→ATP和NADPH中的化学能
(3)线粒体基质 糖酵解
(4)通过交替氧化酶(AOX)途径将NADH中的还原能转化为iATP中的化学能以及热能,减少自由基的产生,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤(2分)
(5)生理状况相同的 等量的去离子水 增大气孔导度,提高胞间CO2浓度(2分)
【解析】 (1)光反应的场所是类囊体膜,光系统是由蛋白质和光合色素形成的复合物,分布在类囊体膜上,其功能是吸收、传递和转化光能。
(2)水裂解产生H+、e-和O2,其中H+和e-为NADPH的合成提供原料。光反应过程中的能量转换是光能→电能→ATP和NADPH中的化学能,叶绿素和类胡萝卜素是参与这一过程的两类色素。
(3)柠檬酸循环进行的场所是线粒体基质,细胞中产生NADH的生理过程除了柠檬酸循环,还有发生在细胞质基质中的糖酵解过程。
(4)光破坏是由于光照过强而引起还原能积累,导致自由基的产生,使光合机构受损的现象,结合题图可知,通过交替氧化酶(AOX)途径将NADH中的还原能转化为iATP中的化学能和热能,减少自由基的产生,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
(5)本实验的实验目的是探究eATP对植物光合作用的影响,自变量是光照强度和eATP的有无,实验思路:取生理状况相同的拟南芥植株,随机分为甲、乙、丙、丁4组,每组10株。将甲、丙用等量的去离子水处理,乙、丁用适宜浓度的eATP去离子水溶液处理;处理后,甲、乙置于正常光下培养,丙、丁置于强光下培养,其他条件相同且适宜。一段时间后,分别测定各组胞间CO2浓度、气孔导度及净光合速率。分析实验结果,甲、丙对比可知,强光条件下气孔导度下降,胞间CO2浓度降低,从而导致净光合速率下降;丙、丁对比可知,适宜浓度的eATP处理,可以提高气孔导度和胞间CO2浓度,从而使净光合速率增大。故强光条件下,适宜浓度的eATP处理植株,能显著提高净光合速率,主要原因是eATP能增大气孔导度,提高胞间CO2浓度,从而有利于光合作用的进行。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共33张PPT)
第四节 影响光合作用和
细胞呼吸的环境因素
第1课时 影响光合作用的环境因素
阐述影响光合作用的环境因素。
一、三大环境因素对光合作用的影响
1.光照——光照强度和光质
(1)光合速率:可用单位时间单位叶面积上的CO2 或O2 来表示。
(2)验证光照强度影响植物光合作用的实验。
①自变量: ;通过灯泡与黑藻之间的 来控制。
②无关变量: 等。
③因变量:1 min内黑藻产生的 。
④实验结论:在一定范围内,光合速率随着光照强度的增强而 ;当达到某一定值后,光照强度即使继续增强,光合速率也 。
吸收量
释放量
光照强度
不同距离
CO2浓度
气泡数
相应增加
不再增加
(3)探究光质对光合作用影响的实验。
①暗处理的目的: 。
②自变量的控制:不同颜色的光。蓝紫色、红色、绿色的玻璃纸分别透过
光、 光和 光。
③因变量的检测:叶片在隔水加热的 中脱色,然后滴加 。
④实验结论:植物在 光和 光下产生的淀粉较多,光合速率 。
消耗叶片内原有的淀粉
蓝紫
红
绿
酒精
碘液
红
蓝紫
更高
2.CO2浓度:在一定范围内,植物光合速率随着环境中CO2浓度的上升而 ,在CO2浓度达到某一定值后,再增加CO2浓度,光合速率也 。
3.温度:通过影响 来影响光合速率。
增加
不再增加
酶活性
二、其他环境因素对光合作用的影响
1.水:光合作用 反应阶段的原料。
2.无机盐种类
(1)氮素:是蛋白质、核酸的组成成分,充足的氮素供应可以促进叶面积的
和叶数量的 ,从而增加光照面积,间接地影响植物的光合速率。
(2)镁:是 的组成成分,适时补充镁元素可以促进叶绿素的合成,从而影响光合速率。
光
增大
增多
叶绿素
判断正误
(1)水分能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内,从而影响光合作用。( )
(2)只要有光照,植物就能正常生长。( )
√
×
【提示】 除了光照,温度、二氧化碳的浓度、水分等,都是影响光合作用的因素。
(3)光照强度只影响光反应,不影响暗反应。( )
【提示】 光反应产生的NADPH、ATP为暗反应提供还原剂和能量,光照强度改变会使光反应速率改变,产生NADPH和ATP的速率改变,从而使暗反应中的C3的还原速率改变,所以光照强度不只会影响到光反应,也会影响到暗反应。
(4)镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。( )
×
√
任务 分析影响光合作用的环境因素
探究1 分析光照强度对光合作用的影响
下图是探究光照强度对光合速率影响的实验装置,请分析实验装置,回答下列问题。
(1)本实验的自变量是什么 如何控制
【提示】 光照强度。通过调节台灯与烧杯的距离来控制。
(2)本实验的因变量是什么 检测指标是什么
【提示】 光合速率。相同时间内圆形小叶片浮起的数量。
(3)该实验装置中间盛水玻璃柱的作用是什么
【提示】 吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响。
(4)该实验的实验结果是什么 请分析圆形小叶片上浮的原因。
【提示】 在中、高光照强度下,单位时间内圆形小叶片浮起的数量多。在中、高光照强度下,光合作用强度大于细胞呼吸强度,叶肉细胞中有氧气释放出
来,从而充满了细胞间隙,使叶片浮起来。
探究2 分析CO2浓度对光合作用的影响
下图为不同CO2浓度对光合速率的影响曲线,回答下列问题。
(1)根据题图信息推测CO2浓度对光合速率的影响是什么
【提示】 在一定范围内,植物光合速率随CO2浓度的增加而增强;但达到一定浓度时,再增加CO2浓度,光合速率也不再增强。
(2)CO2浓度为A时,对应纵坐标的CO2表现为既不吸收也不释放的原因是
什么
【提示】 A点时,细胞进行光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的
CO2量。
(3)若在B点后适当增加光照强度,曲线会怎样变化
【提示】 B点后CO2充足,适当增加光照强度,光合速率会增大,曲线会在原曲线上方。
「核心归纳」
环境因素影响光合作用曲线
(1)光照强度。
①原理:光照强度直接影响光反应过程,制约 NADPH 和ATP的生成,进而制约暗反应过程。
②曲线分析(如上图)。
a.AB段表明,随光照强度增大,光合速率也增加。
b.B点对应的光照强度,是光合速率最大时的最小光照强度,也称为光饱和点。
c.B点以后,光合速率不再随光照强度增大而增加,其主要的限制因素是CO2浓度等。
(2)CO2浓度。
①原理:CO2是光合作用的原料之一,影响暗反应过程,制约C3化合物的生成。
②曲线分析(如上图)。
a.AB段表明,光合速率随CO2浓度增大而增加。
b.B点对应的CO2浓度是光合速率最大时的最小CO2浓度,也称为CO2饱和点。
c.B点以后,光合速率不再随CO2浓度增大而增加,其主要限制因素是光照强度等。
(3)温度。
①影响原理:温度通过影响酶的活性来影响光合速率。
②曲线分析(如上图):B点对应的温度是最适温度,此时光合速率最大,高于或低于此温度,光合速率都会下降。
(4)水分。
原理:水分能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内,另外水既是光合作用的原料,又是植物体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,光合速率下降。
「典型例题」
1.将生长旺盛的叶片剪成同样大的小块,抽去叶内气体,分别等量放入四支试管内,再按下图条件进行实验,一段时间后,小块最先浮起的是( )
C
[A] [B] [C] [D]
【解析】 煮沸过的河水中大部分氧气等气体被除尽,不利于叶片的光合作用;0 ℃不利于生物进行光合作用和呼吸作用,且不光照植物叶片不进行光合作用,不产生氧气,叶片小块不能浮起;25 ℃时,温度适宜,在光照条件下,植物进行光合作用,产生氧气,叶片最先浮起;没有光照,不能进行光合作用,不产生氧气,叶片小块不能浮起。
2.(2022·北京卷)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,温度对光合速率影响小
[D]10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续
提高
D
【解析】 由题图可知,当CO2浓度一定时,光合速率会随着温度的升高而升高,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降低;由题图可知,CO2浓度分别为200 μL·L-1、370 μL·L-1 和1 000 μL·L-1时,光合作用的最适温度逐渐升高,可推测在一定范围内,CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高;由题图可知,当CO2浓度为
200 μL·L-1时,光合速率随温度变化而变化的幅度最小,可推断该CO2浓度下,温度对光合速率的影响小;题图中10 ℃条件下,CO2浓度为370 μL·L-1和1 000 μL·L-1时,光合速率相差不大,所以不能表明10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高。
思维导图
随堂检测
1.(2024·扬州月考)某光照条件下,测得大棚中蔬菜叶片的光合速率和呼吸速率相等,要使其光合速率大于呼吸速率,可采取的措施是( )
[A]降低温度 [B]提高O2浓度
[C]提高光照强度 [D]降低CO2浓度
C
【解析】 大棚中蔬菜叶片的光合速率和呼吸速率相等,光合作用吸收CO2,呼吸作用释放CO2,若要使其CO2吸收量大于释放量,就要提高光合作用的速率,可以通过增加光照强度或者是提高CO2的浓度达到增大光合速率的目的。
2.(2025·南通期中)在探究不同光照强度对光合速率影响的实验时,光照强度和温度分别属于( )
[A]自变量和因变量
[B]因变量和无关变量
[C]自变量和无关变量
[D]自变量和对照变量
C
【解析】 在“不同光照强度对光合速率影响”实验中,光照强度属于自变量,因变量是光合速率,温度属于无关变量,无关变量要求相同且适宜。
3.右图表示在两种实验条件下,测定的不同光照强度对光合速率的影响。a为0.1%CO2、20 ℃;b为 0.03% CO2、20 ℃。据以上实验可知,对x和y点起限制作用的主要因素分别是( )
[A]光照强度和CO2浓度
[B]CO2浓度和光照强度
[C]光照强度和温度
[D]温度和CO2浓度
A
【解析】 分析题图可知,x点随着光照强度增加,光合速率也增加,因此对x点起限制作用的主要因素是光照强度;y点随着光照强度增加,光合速率不变,但提高CO2浓度,光合速率增加,因此,对y点起限制作用的主要因素是CO2浓度。
4.植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗,实验结果如下表所示。
组别 ① ② ③
光照处理 光照8 h/
黑暗16 h 光照12 h/
黑暗12 h 光照16 h/
黑暗8 h
首次开花时间 7月4日 7月18日 7月26日
茎粗/mm 9.5 10.6 11.5
花的叶黄素含量/(g/kg) 2.3 4.4 2.4
鲜花累计平均产量/(kg/hm2) 13 000 21 800 22 500
下列叙述正确的是( )
[A]第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,且产量最高
[B]植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
[C]综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理方法
[D]植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
C
【解析】 由题表中数据可知,三组中,第①组首次开花时间最早,说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,但在三组中产量最低;由题干信息可知,植物甲的花品质与叶黄素含量呈正相关,根据题表数据可知,第①组光照处理中的黑暗时长最长,花的叶黄素含量最低,而第③组光照处理中的黑暗时长最短,但花的叶黄素含量却不是最高的,说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相
关;由题表中信息可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,植物甲的花品质最好,且植物甲的花产量较高,综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理方法;由题表中数据可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,但鲜花累计平均产量却不是最高的,所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关。
5.(多选)研究发现,玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环(固定CO2的初产物为C3,简称C3途径)外,还有另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物为C4,简称C4途径,这种植物为C4植物,其固定CO2的途径如下图所示。研究发现,C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。C4植物的叶肉细胞有正常的叶绿体,维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体。下列有关叙述错误的有( )
[A]低浓度CO2条件下,C4植物可能比C3植物生长得好
[B]高温条件下,C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
[C]C4植物进行光合作用的场所是叶肉细胞的叶绿体中
[D]维管束鞘细胞中的CO2浓度高于叶肉细胞中的CO2浓度
BC
【解析】 由于C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用,因此低浓度CO2条件下,C4植物可能比C3植物生长得好;高温条件下,植物部分气孔关闭,CO2浓度降低,C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用,故其光合效率高;C4植物的叶肉细胞有正常的叶绿体,维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体,结合题图可知,C4植物的卡尔文循环发生在维管束鞘细胞内,而光反应需要类囊体薄膜上的光合色素吸收光能,因此C4植物进行光合作用的场所是叶肉细胞的叶绿体和维管束鞘细胞的叶绿体;C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍,在叶肉细胞中,PEP羧化酶可将CO2转化为C4,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco酶附近的CO2浓度,因此维管束鞘细胞中的CO2浓度高于叶肉细胞中的CO2浓度。
联系实际 迁移应用
青蚕豆产值高,市场前景好,在生产实践中可通过夜间补光,使青蚕豆提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对青蚕豆成花的影响,结果如下图所示。回答下列问题。
(1)提取青蚕豆植株叶片中光合色素的常用试剂是什么 其中叶绿素主要吸收什么光
【提示】 无水乙醇;红光和蓝紫光。
(2)根据图示结果,三种补光光源中最佳的是哪种 该光源的最佳补光时间是多少 判断该光源是最佳补光光源的依据是什么
【提示】 三种补光光源中最佳的是红光+蓝光;该光源的最佳补光时间是
6 h/d;不同的补光时间条件下,红光+蓝光光源组平均花朵数均最多。第四节 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素
第1课时 影响光合作用的环境因素
[学习目标] 阐述影响光合作用的环境因素。
一、三大环境因素对光合作用的影响
1.光照——光照强度和光质
(1)光合速率:可用单位时间单位叶面积上的CO2吸收量或O2释放量来表示。
(2)验证光照强度影响植物光合作用的实验。
①自变量:光照强度;通过灯泡与黑藻之间的不同距离来控制。
②无关变量:CO2浓度等。
③因变量:1 min内黑藻产生的气泡数。
④实验结论:在一定范围内,光合速率随着光照强度的增强而相应增加;当达到某一定值后,光照强度即使继续增强,光合速率也不再增加。
(3)探究光质对光合作用影响的实验。
①暗处理的目的:消耗叶片内原有的淀粉。
②自变量的控制:不同颜色的光。蓝紫色、红色、绿色的玻璃纸分别透过蓝紫光、红光和绿光。
③因变量的检测:叶片在隔水加热的酒精中脱色,然后滴加碘液。
④实验结论:植物在红光和蓝紫光下产生的淀粉较多,光合速率更高。
2.CO2浓度:在一定范围内,植物光合速率随着环境中CO2浓度的上升而增加,在CO2浓度达到某一定值后,再增加CO2浓度,光合速率也不再增加。
3.温度:通过影响酶活性来影响光合速率。
二、其他环境因素对光合作用的影响
1.水:光合作用光反应阶段的原料。
2.无机盐种类
(1)氮素:是蛋白质、核酸的组成成分,充足的氮素供应可以促进叶面积的增大和叶数量的增多,从而增加光照面积,间接地影响植物的光合速率。
(2)镁:是叶绿素的组成成分,适时补充镁元素可以促进叶绿素的合成,从而影响光合速率。
判断正误
(1)水分能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内,从而影响光合作用。( )
【答案】 √
(2)只要有光照,植物就能正常生长。( )
【答案】 ×
【提示】 除了光照,温度、二氧化碳的浓度、水分等,都是影响光合作用的因素。
(3)光照强度只影响光反应,不影响暗反应。( )
【答案】 ×
【提示】 光反应产生的NADPH、ATP为暗反应提供还原剂和能量,光照强度改变会使光反应速率改变,产生NADPH和ATP的速率改变,从而使暗反应中的C3的还原速率改变,所以光照强度不只会影响到光反应,也会影响到暗反应。
(4)镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。( )
【答案】 √
任务 分析影响光合作用的环境因素
探究1 分析光照强度对光合作用的影响
下图是探究光照强度对光合速率影响的实验装置,请分析实验装置,回答下列问题。
(1)本实验的自变量是什么 如何控制
【提示】 光照强度。通过调节台灯与烧杯的距离来控制。
(2)本实验的因变量是什么 检测指标是什么
【提示】 光合速率。相同时间内圆形小叶片浮起的数量。
(3)该实验装置中间盛水玻璃柱的作用是什么
【提示】 吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响。
(4)该实验的实验结果是什么 请分析圆形小叶片上浮的原因。
【提示】 在中、高光照强度下,单位时间内圆形小叶片浮起的数量多。在中、高光照强度下,光合作用强度大于细胞呼吸强度,叶肉细胞中有氧气释放出来,从而充满了细胞间隙,使叶片浮起来。
探究2 分析CO2浓度对光合作用的影响
下图为不同CO2浓度对光合速率的影响曲线,回答下列问题。
(1)根据题图信息推测CO2浓度对光合速率的影响是什么
【提示】 在一定范围内,植物光合速率随CO2浓度的增加而增强;但达到一定浓度时,再增加CO2浓度,光合速率也不再增强。
(2)CO2浓度为A时,对应纵坐标的CO2表现为既不吸收也不释放的原因是什么
【提示】 A点时,细胞进行光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量。
(3)若在B点后适当增加光照强度,曲线会怎样变化
【提示】 B点后CO2充足,适当增加光照强度,光合速率会增大,曲线会在原曲线上方。
核心归纳
环境因素影响光合作用曲线
(1)光照强度。
①原理:光照强度直接影响光反应过程,制约 NADPH 和ATP的生成,进而制约暗反应
过程。
②曲线分析(如上图)。
a.AB段表明,随光照强度增大,光合速率也增加。
b.B点对应的光照强度,是光合速率最大时的最小光照强度,也称为光饱和点。
c.B点以后,光合速率不再随光照强度增大而增加,其主要的限制因素是CO2浓度等。
(2)CO2浓度。
①原理:CO2是光合作用的原料之一,影响暗反应过程,制约C3化合物的生成。
②曲线分析(如上图)。
a.AB段表明,光合速率随CO2浓度增大而增加。
b.B点对应的CO2浓度是光合速率最大时的最小CO2浓度,也称为CO2饱和点。
c.B点以后,光合速率不再随CO2浓度增大而增加,其主要限制因素是光照强度等。
(3)温度。
①影响原理:温度通过影响酶的活性来影响光合速率。
②曲线分析(如上图):B点对应的温度是最适温度,此时光合速率最大,高于或低于此温度,光合速率都会下降。
(4)水分。
原理:水分能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内,另外水既是光合作用的原料,又是植物体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,光合速率下降。
典型例题
1.将生长旺盛的叶片剪成同样大的小块,抽去叶内气体,分别等量放入四支试管内,再按下图条件进行实验,一段时间后,小块最先浮起的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 C
【解析】 煮沸过的河水中大部分氧气等气体被除尽,不利于叶片的光合作用;0 ℃不利于生物进行光合作用和呼吸作用,且不光照植物叶片不进行光合作用,不产生氧气,叶片小块不能浮起;25 ℃时,温度适宜,在光照条件下,植物进行光合作用,产生氧气,叶片最先浮起;没有光照,不能进行光合作用,不产生氧气,叶片小块不能浮起。
2.(2022·北京卷)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,温度对光合速率影响小
[D]10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
【答案】 D
【解析】 由题图可知,当CO2浓度一定时,光合速率会随着温度的升高而升高,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降低;由题图可知,CO2浓度分别为200 μL·L-1、370 μL·L-1 和1 000 μL·L-1时,光合作用的最适温度逐渐升高,可推测在一定范围内,CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高;由题图可知,当CO2浓度为200 μL·L-1时,光合速率随温度变化而变化的幅度最小,可推断该CO2浓度下,温度对光合速率的影响小;题图中10 ℃条件下,CO2浓度为370 μL·L-1和1 000 μL·L-1时,光合速率相差不大,所以不能表明10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高。
随堂检测
1.(2024·扬州月考)某光照条件下,测得大棚中蔬菜叶片的光合速率和呼吸速率相等,要使其光合速率大于呼吸速率,可采取的措施是( )
[A]降低温度 [B]提高O2浓度
[C]提高光照强度 [D]降低CO2浓度
【答案】 C
【解析】 大棚中蔬菜叶片的光合速率和呼吸速率相等,光合作用吸收CO2,呼吸作用释放CO2,若要使其CO2吸收量大于释放量,就要提高光合作用的速率,可以通过增加光照强度或者是提高CO2的浓度达到增大光合速率的目的。
2.(2025·南通期中)在探究不同光照强度对光合速率影响的实验时,光照强度和温度分别属于( )
[A]自变量和因变量
[B]因变量和无关变量
[C]自变量和无关变量
[D]自变量和对照变量
【答案】 C
【解析】 在“不同光照强度对光合速率影响”实验中,光照强度属于自变量,因变量是光合速率,温度属于无关变量,无关变量要求相同且适宜。
3.右图表示在两种实验条件下,测定的不同光照强度对光合速率的影响。a为0.1%CO2、20 ℃;b为 0.03% CO2、20 ℃。据以上实验可知,对x和y点起限制作用的主要因素分别是( )
[A]光照强度和CO2浓度
[B]CO2浓度和光照强度
[C]光照强度和温度
[D]温度和CO2浓度
【答案】 A
【解析】 分析题图可知,x点随着光照强度增加,光合速率也增加,因此对x点起限制作用的主要因素是光照强度;y点随着光照强度增加,光合速率不变,但提高CO2浓度,光合速率增加,因此,对y点起限制作用的主要因素是CO2浓度。
4.植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗,实验结果如下表所示。下列叙述正确的是( )
组别 ① ② ③
光照处理 光照8 h/ 黑暗16 h 光照12 h/ 黑暗12 h 光照16 h/ 黑暗8 h
首次开花时间 7月4日 7月18日 7月26日
茎粗/mm 9.5 10.6 11.5
花的叶黄素含量/(g/kg) 2.3 4.4 2.4
鲜花累计平均产量/(kg/hm2) 13 000 21 800 22 500
[A]第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,且产量最高
[B]植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
[C]综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理方法
[D]植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
【答案】 C
【解析】 由题表中数据可知,三组中,第①组首次开花时间最早,说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,但在三组中产量最低;由题干信息可知,植物甲的花品质与叶黄素含量呈正相关,根据题表数据可知,第①组光照处理中的黑暗时长最长,花的叶黄素含量最低,而第③组光照处理中的黑暗时长最短,但花的叶黄素含量却不是最高的,说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相关;由题表中信息可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,植物甲的花品质最好,且植物甲的花产量较高,综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理方法;由题表中数据可知,第②组光照处理,花的叶黄素含量最高,但鲜花累计平均产量却不是最高的,所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关。
5.(多选)研究发现,玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环(固定CO2的初产物为C3,简称C3途径)外,还有另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物为C4,简称C4途径,这种植物为C4植物,其固定CO2的途径如下图所示。研究发现,C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。C4植物的叶肉细胞有正常的叶绿体,维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体。下列有关叙述错误的有( )
[A]低浓度CO2条件下,C4植物可能比C3植物生长得好
[B]高温条件下,C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
[C]C4植物进行光合作用的场所是叶肉细胞的叶绿体中
[D]维管束鞘细胞中的CO2浓度高于叶肉细胞中的CO2浓度
【答案】 BC
【解析】 由于C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用,因此低浓度CO2条件下,C4植物可能比C3植物生长得好;高温条件下,植物部分气孔关闭,CO2浓度降低,C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用,故其光合效率高;C4植物的叶肉细胞有正常的叶绿体,维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体,结合题图可知,C4植物的卡尔文循环发生在维管束鞘细胞内,而光反应需要类囊体薄膜上的光合色素吸收光能,因此C4植物进行光合作用的场所是叶肉细胞的叶绿体和维管束鞘细胞的叶绿体;C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍,在叶肉细胞中,PEP羧化酶可将CO2转化为C4,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco酶附近的CO2浓度,因此维管束鞘细胞中的CO2浓度高于叶肉细胞中的CO2浓度。
青蚕豆产值高,市场前景好,在生产实践中可通过夜间补光,使青蚕豆提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对青蚕豆成花的影响,结果如下图所示。回答下列问题。
(1)提取青蚕豆植株叶片中光合色素的常用试剂是什么 其中叶绿素主要吸收什么光
【提示】 无水乙醇;红光和蓝紫光。
(2)根据图示结果,三种补光光源中最佳的是哪种 该光源的最佳补光时间是多少 判断该光源是最佳补光光源的依据是什么
【提示】 三种补光光源中最佳的是红光+蓝光;该光源的最佳补光时间是6 h/d;不同的补光时间条件下,红光+蓝光光源组平均花朵数均最多。
课时作业
(时间:30分钟 分值:69分)
第1～8题每题3分,第9～10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点 影响光合作用的环境因素
1.植物的光合作用受到水分、温度等多种因素的影响,如水分减少、温度过高会导致叶片气孔关闭等。下列有关说法错误的是( )
[A]水分可参与光反应,反应场所是类囊体膜
[B]温度可能通过影响酶的活性来影响光合速率
[C]气孔关闭会影响暗反应的进行,对光反应没有影响
[D]提高光合速率、降低呼吸速率,有利于植物体内有机物的积累
【答案】 C
【解析】 气孔关闭,二氧化碳吸收减少,影响暗反应的进行,暗反应消耗的ATP和NADPH减少,进而影响光反应的进行。
2.(2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高 1 ℃,水稻、小麦等作物减产 3%～8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
[A]呼吸作用变强,消耗大量养分
[B]光合作用强度减弱,有机物合成减少
[C]蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
[D]叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
【答案】 D
【解析】 高温使作物叶绿素降解,光反应生成的NADPH和ATP减少,NADH是在呼吸作用中产生的。
3.下图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置,氧气传感器可监测O2浓度的变化。下列叙述错误的是( )
[A]该实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响
[B]加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2
[C]拆去滤光片,单位时间内,氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度
[D]若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
【答案】 B
【解析】 分析题图可知,该实验的自变量是不同单色光,因变量是释放的O2量(代表光合作用强度),故实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响;加入NaHCO3溶液是为金鱼藻光合作用提供CO2;相同条件下,自然光下比单色光下的光合作用要强,因此拆去滤光片,单位时间内,氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度;若将此装置放在黑暗处,金鱼藻的光合作用无法进行,可测定金鱼藻的细胞呼吸强度。
4.将分离得到具有活性的叶绿体置于一定浓度的蔗糖溶液中,制成叶绿体悬浮液。在提供必要的物质和适宜温度、光照强度下,测得氧气释放速率与CO2浓度的关系如右图所示。下列分析错误的是( )
[A]蔗糖溶液有利于维持叶绿体的正常形态和功能
[B]CO2浓度高于M点时光合作用才开始进行
[C]限制N点的因素有光照强度、叶绿体数量等
[D]实验进行一段时间,在悬浮液中可以检测到淀粉
【答案】 C
【解析】 一定浓度的蔗糖溶液有利于维持叶绿体的正常形态和功能,不会发生皱缩和吸水膨胀;叶绿体悬浮液中不能进行呼吸作用,CO2浓度大于M时,氧气释放速率才大于0,光合作用才开始进行;依据题干信息,所提供的温度和光照强度均适宜,所以光照强度不是限制因素;淀粉是光合作用的产物之一,故实验进行一段时间后,在悬浮液中可以检测到淀粉。
5.以某种多细胞绿藻为材料,研究环境因素对其叶绿素a含量和光合速率的影响,实验结果如下图所示。下列叙述正确的是( )
[A]光反应中产生的NADPH既可作为还原剂也可以储存能量
[B]高光强条件下叶绿素a含量高体现了生物与环境的适应
[C]在低光强条件下温度对该绿藻光合速率的影响更显著
[D]图2测定的绿藻放氧速率等于光反应产生O2的速率
【答案】 A
【解析】 由图1可知,温度相同时,与高光强组相比,低光强组叶绿素a含量较高,以适应低光强环境;据图2可知,在低光强条件下温度对该绿藻光合速率的影响不显著,在高光强条件下温度对该绿藻光合速率的影响较显著;图2测定的绿藻放氧速率=光反应产生O2的速率-呼吸作用消耗O2的速率。
6.(2025·长沙期末)将小球藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的pH和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如下图所示。下列相关分析正确的是( )
[A]第4 min前,葡萄糖在线粒体中氧化分解需要吸收悬浮液中的溶解氧
[B]第4 min后,CO2在叶绿体基质中可直接被光反应产生的NADPH还原
[C]第6 min时,限制小球藻光合作用的环境因素主要是CO2浓度
[D]第7 min时,小球藻叶绿体中NADP+和ADP的含量短时间内会减少
【答案】 C
【解析】 葡萄糖在细胞质基质中被氧化分解,线粒体不能利用葡萄糖;CO2在叶绿体基质中先被C5固定成C3然后被光反应产生的NADPH还原;第 6 min 时,光合速率不再增加,之后添加NaHCO3后,光合速率加快,故限制小球藻光合作用的环境因素主要是CO2浓度;第7 min时,添加NaHCO3后,暗反应加快,光反应暂时不变,NADP+和ADP产生速率加快,而消耗速率暂时不变,故小球藻叶绿体中NADP+和ADP含量短时间内会增加。
7.Rubisco是一种双功能酶,当CO2浓度较高时,Rubisco催化CO2的固定,当O2浓度较高时,该酶能催化 C5与O2反应,形成的产物运至线粒体参与细胞呼吸产生CO2。植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是( )
[A]Rubisco的存在场所为线粒体基质
[B]CO2和O2均是Rubisco作用的底物,两者之间为竞争关系
[C]光呼吸的进行需要线粒体和叶绿体的共同参与
[D]适当施加有机肥料可抑制光呼吸,提高作物产量
【答案】 A
【解析】 当CO2浓度较高时,Rubisco催化CO2的固定,当O2浓度较高时,该酶能催化 C5与O2反应,可知Rubisco的存在场所为叶绿体基质;CO2和O2均是Rubisco作用的底物,两者之间为竞争关系;光呼吸包括叶绿体上进行C5与O2反应和线粒体上进行有氧呼吸,即需要线粒体和叶绿体共同参与;适当施加有机肥料可提高大田中CO2浓度,可抑制光呼吸,提高作物产量。
8.(2025·江苏月考)兴趣小组通过实验探究光强对洋葱生长的影响,实验时设置5种光强的LED红蓝光,对“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱进行相同时间的处理,图1和图2分别为“紫玉”洋葱和“金冠”洋葱地上部分的质量。下列相关叙述正确的是( )
[A]该实验的自变量是洋葱的品种
[B]光照强度越大,“金冠”洋葱的产量一定越高
[C]5种光照强度的红光与蓝光比例应保持一致
[D]“紫玉”洋葱的最适光强为500 μmol/(m2·s)
【答案】 C
【解析】 根据题意,该实验的自变量是洋葱的品种和光照强度;在一定范围内,光照强度越大,“金冠”洋葱的地上部分产量越高;实验的无关变量应保持一致,5种光照强度的红光与蓝光比例应保持一致;由题图可知,就地上部分而言,“紫玉”洋葱的最适光照强度为300 μmol/(m2·s)左右。
综合提升练
9.(多选)为探究影响光合速率的因素,将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养,实验结果如下图所示。下列有关叙述正确的有( )
[A]此实验共有两个自变量:光照强度和施肥情况
[B]D点对应的CO2吸收量比B点对应的CO2吸收量高,原因是D点时光照强度大
[C]在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显
[D]制约C点时光合速率的因素主要是土壤含水量
【答案】 BCD
【解析】 该实验有光照强度、施肥情况、土壤含水量三个自变量;对于D点和B点,土壤含水量均为60%,且均施肥,而D点时的光照强度大于B点;在土壤含水量为40%～60%的条件下,施肥组与未施肥组的CO2吸收量差异明显;C点时土壤含水量较低,光合作用强度较弱,在C点基础上增大土壤含水量,可提高CO2吸收量,因此C点时限制玉米光合速率的因素主要是土壤含水量。
10.(多选)水稻是我国重要的粮食作物,研究人员对a、b两个水稻品系进行研究,发现酶E参与叶绿体中CO2的固定,品系b的叶绿素含量仅是品系a的51%。下图为不同光照强度下a、b两个水稻品系的光合速率变化曲线图。下列叙述错误的有( )
[A]因品系a叶绿素含量比品系b高,品系a光合作用速率应该强于品系b
[B]低光强时,品系b的光合速率较高;高光强时,品系a的光合速率较高
[C]高光强时,品系b中酶E固定CO2的速率可能更高
[D]高光强时,限制品系a的光合速率的因素一定为叶绿素含量
【答案】 ABD
【解析】 高光强时,品系b的光合速率较高,而品系b的叶绿素含量仅是品系a的51%,说明品系b中酶E固定CO2的速率高;据题图可知,低光强时,品系a的光合速率较高,高光强时,品系b的光合速率较高;高光强时,叶绿素含量并未限制品系a的光合速率,而是酶E的活性限制。
11.(10分)某研究小组探究了影响某植物光合作用的因素,图1为研究光合作用的实验装置(叶圆片用气泵抽出气体直至叶片沉入水底),实验方案见下表,记录30 min内上浮叶圆片平均数。请回答下列问题。
组别 实验条件
温度/℃ 白炽灯/W
1 10 120
2 20 40
3 20 80
4 20
5 30 120
(1)为探究温度对光合作用的影响,应将第4组中的白炽灯控制为 W。
(2)可根据上述实验中 比较光合作用的强弱,原因是 。
(3)进一步按上述实验方案增加相应实验组后,发现随着光照强度不断增加,当达到某一光照强度时,30 min内上浮叶圆片平均数就不再增加了,造成此现象的外界限制因素可能是
。
(4)将在适宜条件下测得的实验数据绘制成图2曲线。有人依据图2推测:“在BC段,提高温度,可以缩短叶圆片上浮的时间”。此推测是否合理 。 简述理由:
。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)120(1分) (2)30 min内上浮叶圆片平均数 植物光合作用的光反应阶段产生的氧气会积累在细胞间隙,产生氧气多的叶片上升快 (3)温度或CO2浓度 (4)不合理(1分) 在适宜条件下,提高温度重复实验,光合速率变慢,叶圆片上浮至液面所需的时间延长
【解析】 (1)探究温度对光合作用的影响时,温度为自变量,光照强度为无关变量,应保持相同,根据第1组和第5组可知,第4组中的白炽灯应控制为120 W。(2)因为植物光合作用的光反应阶段产生的氧气会积累在细胞间隙,产生氧气多的叶片上升快,所以可根据
30 min内上浮叶圆片平均数比较光合作用的强弱。(3)当光照强度达到饱和时,限制光合作用的外界因素不再是光照强度,可能是温度或CO2浓度。(4)图2曲线是在适宜条件下得到的,提高温度重复实验,光合速率变慢,叶圆片上浮至液面所需的时间延长。
12.(11分)(2024·南京期末)景天科、仙人掌科等植物(CAM植物)夜间固定CO2产生有机酸,白天有机酸脱羧释放出CO2进入卡尔文循环,如下图所示,请回答下列问题。
(1)夜间,来自外界环境和 产生的CO2转化为HC,在PEP羧化酶催化下直接与磷酸烯醇式丙酮酸(C3)结合生成 。
(2)白天,液泡中的苹果酸(C4)被运输到细胞质基质进行氧化脱羧,释放出的CO2直接进入
参与卡尔文循环,同时生成的 则进入叶绿体生成淀粉,该生理变化将导致液泡的pH (填“升高”或“降低”)。
(3)玉米、甘蔗等C4植物叶肉细胞中CO2被固定到四碳化合物(C4)中,随后C4进入维管束鞘细胞中,释放出CO2参与卡尔文循环,进而生成有机物。由此可见,C4植物中的固定CO2和合成糖发生在同一时间,而空间错开。而CAM植物中固定CO2和合成糖的特点是
。CAM植物的气孔在白天时关闭,夜间时打开,有利于适应 环境。
(4)Rubisco是一种双功能酶,既能催化C5与CO2发生羧化反应固定CO2,又能催化C5与O2发生加氧反应进行光呼吸,其催化方向取决于CO2和O2相对浓度,从而导致光合效率下降。CAM植物可在夜晚吸收大量的CO2,转变为苹果酸储存在液泡中,在白天苹果酸脱羧释放CO2,使得叶绿体中CO2浓度 ,在与O2竞争 时有优势,因此有人认为CAM途径是景天科植物长期进化得到的一种可以 光呼吸的碳浓缩机制。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)线粒体(或细胞呼吸) Pi和草酰乙酸
(2)叶绿体基质 磷酸丙糖 升高
(3)发生在同一个细胞内(空间相同),但时间错开(2分) 干旱(缺水)
(4)升高 Rubisco 抑制
【解析】 (1)由题图可知,夜间来自外界环境和线粒体(或细胞呼吸)产生的CO2转化为HC,在PEP羧化酶催化下直接与磷酸烯醇式丙酮酸(C3)结合生成Pi和草酰乙酸。(2)由题图可知,白天,液泡中的苹果酸(C4)被运输到细胞质基质进行氧化脱羧,释放出的CO2直接进入叶绿体基质参与卡尔文循环,同时生成的磷酸丙糖则进入叶绿体生成淀粉,该生理变化将导致液泡的pH升高(液泡中苹果酸减少导致pH升高)。(3)根据题干中“CAM植物夜间固定CO2产生有机酸,白天有机酸脱羧释放出CO2进入卡尔文循环”,再结合题图可知,CAM植物中固定CO2和合成糖的特点是发生在同一个细胞内(空间相同),但时间错开。CAM植物的气孔在白天时关闭,夜间时打开,有利于适应干旱(缺水)环境。(4)根据题干信息可知,CAM植物可在夜晚吸收大量的CO2,转变为苹果酸储存在液泡中,白天苹果酸脱羧释放CO2,使得叶绿体中CO2浓度升高,在与O2竞争Rubisco时有优势,从而抑制光呼吸。
13.(12分)(2025·南通月考)光破坏是由于光照过强而引起还原能积累,导致自由基的产生,使光合机构受损的现象。研究发现,在植物细胞中存在着一条由交替氧化酶(AOX)主导的途径,该途径在光破坏防御和能量代谢方面具有重要作用,部分机理如下图所示。请回答下列问题。
(1)光系统是由蛋白质和光合色素形成的复合物,分布在 (结构)上,功能是 。
(2)光反应过程中水的裂解为NADPH的合成提供 ,光反应过程中的能量转换为 。
(3)柠檬酸循环进行的场所是 ,细胞中产生NADH的生理过程还有
。
(4)据图分析,强光环境下,AOX途径缓解光破坏的机理是
。
(5)为研究eATP对植物光合作用的影响,研究人员以拟南芥为材料进行相关实验,请完成下表。
实验 步骤 简要操作方法
实验 分组 取① 拟南芥植株,随机分为甲、乙、丙、丁4组,每组10株
实验 处理 将甲、丙用② 处理,乙、丁用适宜浓度的eATP去离子水溶液处理;处理后,甲、乙置于正常光下培养,丙、丁置于强光下培养,其他条件相同且适宜
结果测定与 处理 一段时间后,分别测定各组胞间CO2浓度、气孔导度(气孔的张开程度)及净光合速率并绘制柱形图
实验结果分析 强光条件下,适宜浓度的eATP处理植株,能显著提高净光合速率,主要原因是eATP能③ ,从而有利于光合作用的进行
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)类囊体膜 吸收、传递和转化光能
(2)H+和e- 光能→电能→ATP和NADPH中的化学能
(3)线粒体基质 糖酵解
(4)通过交替氧化酶(AOX)途径将NADH中的还原能转化为iATP中的化学能以及热能,减少自由基的产生,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤(2分)
(5)生理状况相同的 等量的去离子水 增大气孔导度,提高胞间CO2浓度(2分)
【解析】 (1)光反应的场所是类囊体膜,光系统是由蛋白质和光合色素形成的复合物,分布在类囊体膜上,其功能是吸收、传递和转化光能。
(2)水裂解产生H+、e-和O2,其中H+和e-为NADPH的合成提供原料。光反应过程中的能量转换是光能→电能→ATP和NADPH中的化学能,叶绿素和类胡萝卜素是参与这一过程的两类色素。
(3)柠檬酸循环进行的场所是线粒体基质,细胞中产生NADH的生理过程除了柠檬酸循环,还有发生在细胞质基质中的糖酵解过程。
(4)光破坏是由于光照过强而引起还原能积累,导致自由基的产生,使光合机构受损的现象,结合题图可知,通过交替氧化酶(AOX)途径将NADH中的还原能转化为iATP中的化学能和热能,减少自由基的产生,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
(5)本实验的实验目的是探究eATP对植物光合作用的影响,自变量是光照强度和eATP的有无,实验思路:取生理状况相同的拟南芥植株,随机分为甲、乙、丙、丁4组,每组10株。将甲、丙用等量的去离子水处理,乙、丁用适宜浓度的eATP去离子水溶液处理;处理后,甲、乙置于正常光下培养,丙、丁置于强光下培养,其他条件相同且适宜。一段时间后,分别测定各组胞间CO2浓度、气孔导度及净光合速率。分析实验结果,甲、丙对比可知,强光条件下气孔导度下降,胞间CO2浓度降低,从而导致净光合速率下降;丙、丁对比可知,适宜浓度的eATP处理,可以提高气孔导度和胞间CO2浓度,从而使净光合速率增大。故强光条件下,适宜浓度的eATP处理植株,能显著提高净光合速率,主要原因是eATP能增大气孔导度,提高胞间CO2浓度,从而有利于光合作用的进行。
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