1．光合速率也稱__光合強(qiáng)度__，是指一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的__光合作用__(如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳)。
2．光合速率的表示方法：植物葉片在單位時(shí)間、單位面積釋放__氧氣__或消耗__二氧化碳__的量。
知識點(diǎn)二 環(huán)境因素影響光合作用
1．光強(qiáng)度
在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光強(qiáng)度的增加而__增加__，當(dāng)光強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，光強(qiáng)度再增加，光合速率也不會增加，此時(shí)的光強(qiáng)度稱為__光飽和點(diǎn)__。但在光強(qiáng)度達(dá)到全日照之__前__，光合作用已達(dá)到光飽和點(diǎn)時(shí)的速率。
2．溫度：低于最適溫度，隨著溫度升高，光合速率加快；超過最適溫度，隨著溫度升高，酶的活性__降低__，光合速率__減慢__。不同種類的植物光合作用的最適溫度__不同__，一般溫帶植物的最適溫度為25 ℃左右，在0 ℃條件下光合作用可能__完全停止__或__十分微弱__。
3．CO2濃度
大氣中CO2濃度約為0.035%，當(dāng)這一濃度增加至__1%__以內(nèi)時(shí)，光合速率隨CO2濃度的增加而__增加__，在CO2濃度達(dá)到一定值時(shí)，光合速率達(dá)到最大值。
知識點(diǎn)三 活動(dòng)：探究光強(qiáng)度對光合作用的影響
1．實(shí)驗(yàn)假設(shè)：在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光強(qiáng)度的增加而__增加__。
2．實(shí)驗(yàn)過程
(1)組裝下圖裝置三套，分別編號為甲、乙、丙；
(2)分別向三支試管內(nèi)加入__等量__的小球藻和5%的NaHCO3溶液；
(3)記錄有色液滴的起始位置；
(4)取三只100 W燈泡，分別置于距甲、乙、丙10 cm、20 cm、50 cm處，一段時(shí)間后，記錄液滴位置。
3．變量分析
(1)自變量：光強(qiáng)度，通過100 W燈泡距實(shí)驗(yàn)裝置的距離遠(yuǎn)近控制。
(2)因變量：光合速率，通過單位時(shí)間內(nèi)O2的釋放量測定，以單位時(shí)間內(nèi)有色液滴的移動(dòng)距離作為檢測指標(biāo)。
(3)無關(guān)變量：各組實(shí)驗(yàn)植物(如金魚藻、小球藻)的數(shù)量相同，溫度、CO2濃度相同。
4．實(shí)驗(yàn)拓展
(1)設(shè)置溫度作為自變量
用上述裝置探究溫度對光合速率的影響，可通過將試管分別置于裝有不同溫度水的燒杯中來控制溫度。
(2)設(shè)置CO2濃度作為自變量
用上述裝置探究CO2濃度對光合作用的影響，可通過往試管內(nèi)分別加入不同濃度的NaHCO3溶液來控制CO2濃度。
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。
(1)大棚栽培時(shí)，適當(dāng)提高二氧化碳的濃度，可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。( √ )
(2)夏天的中午，植物出現(xiàn)“午休”的現(xiàn)象是植物葉片的氣孔關(guān)閉導(dǎo)致的。( √ )
(3)植物光合作用積累的有機(jī)物最多時(shí)的溫度就是植物光合作用最強(qiáng)的時(shí)候。( × )
(4)隨著溫度的不斷增強(qiáng)，光合作用的強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)。( × )
2．案例分析：圖甲是某植物葉肉細(xì)胞的葉綠體中進(jìn)行光合作用的過程，圖乙是“探究環(huán)境因素對光合作用的影響”的實(shí)驗(yàn)裝置。請回答：
(1)圖甲中的物質(zhì)①②分別是__ATP__、__NADPH__。
(2)若突然停止光照，則短時(shí)間內(nèi)葉綠體中五碳糖的含量將__減少__(填“增加”“減少”或“基本不變”)。
(3)某興趣小組用圖乙所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究環(huán)境因素對光合作用的影響。
①本實(shí)驗(yàn)可通過觀察__單位時(shí)間內(nèi)收集的氧氣量__來判斷光合速率的大小。
②若要探究光強(qiáng)度對光合作用的影響，則需調(diào)節(jié)自動(dòng)控溫器使裝置的溫度處于__適宜且恒定__的條件下。若實(shí)驗(yàn)用的光源只有一個(gè)且功率恒定，則可以通過調(diào)節(jié)__裝置與光源的距離__來控制光強(qiáng)度的變化。
【解析】(1)根據(jù)題圖分析可知，圖甲中的物質(zhì)①②分別是ATP、NADPH。(2)若光照突然停止，光反應(yīng)停止，光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP、NADPH減少，三碳酸還原生成五碳糖的速率減慢，而短時(shí)間內(nèi)CO2的固定速率不變，即五碳糖的消耗不變，故五碳糖的含量減少。(3)①光合作用的光反應(yīng)階段發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣，可以通過單位時(shí)間內(nèi)收集的氧氣量來判斷光合速率的大小。②若要探究光強(qiáng)度對光合作用的影響，則溫度為無關(guān)變量，應(yīng)保持最適且恒定，故需調(diào)節(jié)自動(dòng)控溫器使裝置的溫度處于適宜且恒定的條件下。若實(shí)驗(yàn)用的光源只有一個(gè)且功率恒定，則可以通過調(diào)節(jié)裝置與光源的距離來控制光強(qiáng)度的變化。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 影響光合速率的因素))
1．光強(qiáng)度
(1)在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光強(qiáng)度的增加而增加；當(dāng)光強(qiáng)度升高到一定數(shù)值后，光強(qiáng)度再增加，光合速率也不會增加，此時(shí)的光強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。
①A點(diǎn)：光強(qiáng)度為零，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。
②B點(diǎn)：光合速率等于呼吸速率，為光補(bǔ)償點(diǎn)。這時(shí)的光合作用強(qiáng)度主要是受光反應(yīng)產(chǎn)物的限制。
③C點(diǎn)：是光合作用達(dá)到最大值時(shí)所需要的最小光強(qiáng)度，即光飽和點(diǎn)。繼續(xù)增加光強(qiáng)度，植物的光合作用強(qiáng)度也不再增加或者增加很少。此時(shí)的光合作用強(qiáng)度是受碳反應(yīng)中酶活性和二氧化碳濃度的影響。
(2)表觀光合速率和真正光合速率的關(guān)系：真正光合速率(總光合作用速率)＝表觀光合速率(凈光合作用速率)＋呼吸速率。
2．溫度
(1)每種植物光合作用都有一個(gè)最適溫度。低于該溫度，隨著溫度升高，光合速率加快；超過該溫度，酶的活性減弱或喪失。
(2)低溫導(dǎo)致酶的活性降低，引起植物的光合速率降低，在一定范圍內(nèi)(AB段)隨著溫度的升高，酶活性升高進(jìn)而引起光合速率也增強(qiáng)；B點(diǎn)為酶的最適溫度，光合速率最大；BC段隨溫度升高，酶的活性下降，植物光合速率降低。
(3)溫室中白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合速率；晚上適當(dāng)降低溫室的溫度，以降低細(xì)胞呼吸，保證植物有機(jī)物積累。
3．二氧化碳濃度
(1)圖1中縱坐標(biāo)表示凈光合速率，A點(diǎn)表示光合速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度，即CO2補(bǔ)償點(diǎn)，而圖2中縱坐標(biāo)表示總光合速率，A′點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度；兩圖中的B和B′點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)，兩圖都表示在一定范圍內(nèi)，光合速率隨CO2濃度增加而增大。
(2)大氣中的CO2濃度處于OA′段時(shí)，植物無法生長；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過“正其行，通其風(fēng)”和增施農(nóng)家肥等措施增加CO2濃度，提高光合速率。
4．礦質(zhì)元素
缺少N會影響酶的合成，缺少P會影響ATP的合成；缺少M(fèi)g會影響葉綠素的合成。
5．水分
水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)。水分還能影響氣孔的開閉，間接影響二氧化碳進(jìn)入植物體內(nèi)(如夏季的“午休”現(xiàn)象)。在生產(chǎn)上的應(yīng)用：預(yù)防干旱；適時(shí)適量灌溉。
6．多因子對光合速率的影響
P點(diǎn)時(shí)，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨其因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。當(dāng)?shù)絈點(diǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中的其他因子。
7．探究光強(qiáng)度對光合作用的影響實(shí)驗(yàn)分析
設(shè)計(jì)思路(一)
(1)打出小圓形葉片(30片)：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出(直徑＝1 cm)。
(2)抽出葉片內(nèi)氣體：用注射器抽出葉片內(nèi)氣體(O2等)。
(3)小圓形葉片沉水底：將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中，小圓形葉片全部沉到水底。
(4)將燒杯編號1、2、3后，分別加入等體積的NaHCO3溶液，并分別加入10片抽去氣體的葉片。
(5)將3只燒杯分別置于燈下距光源不同的距離處，同步開啟電源后計(jì)時(shí)，觀察并記錄同一時(shí)間段內(nèi)各燒杯中小圓形葉片浮起的數(shù)量。
設(shè)計(jì)思路(二)
【提醒】
1．表觀光合速率與真正光合速率的內(nèi)涵及表示方法
(1)綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)值為呼吸速率(A點(diǎn))。
(2)綠色組織在有光條件下光合作用與細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行，測得的數(shù)據(jù)為凈(表觀)光合速率。
(3)真正光合速率＝凈(表觀)光合速率＋呼吸速率。
(4)光合速率與呼吸速率的常用表示方法
(5)相關(guān)曲線分析
2．光合作用、細(xì)胞呼吸曲線中“補(bǔ)償點(diǎn)”及“飽和點(diǎn)”的移動(dòng)
B點(diǎn)：CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)，光合速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度(或光強(qiáng)度)。
C點(diǎn)：CO2(或光)飽和點(diǎn)，是最大光合速率對應(yīng)的CO2濃度(或光強(qiáng)度)，位于橫軸上。
(1)呼吸速率增強(qiáng)，A點(diǎn)下移；呼吸速率減弱，A點(diǎn)上移。
(2)呼吸速率增強(qiáng)，其他條件不變時(shí)，CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)B應(yīng)右移，反之左移。
(3)光合速率下降時(shí)，CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)B應(yīng)右移，反之左移。
(4)光合速率增大時(shí)，CO2(或光)飽和點(diǎn)C點(diǎn)右移；反之左移。
(5)與陽生植物相比，陰生植物CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)都應(yīng)向左移動(dòng)。
eq \a\vs4\al(典例) 下列為有關(guān)環(huán)境因素對植物光合作用影響的關(guān)系圖，有關(guān)描述錯(cuò)誤的是( D )
A.圖1中，若光強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，則a點(diǎn)左移，b點(diǎn)右移
B．圖2中，若CO2濃度適當(dāng)增大，則a點(diǎn)左移，b點(diǎn)右移
C．圖3中，a點(diǎn)與b點(diǎn)相比，a點(diǎn)時(shí)葉綠體中三碳酸分子含量相對較多
D．圖4中，當(dāng)溫度高于25 ℃時(shí)，光合作用制造的有機(jī)物的量開始減少
【解析】圖4中“光照下CO2的吸收量”為植物凈光合量(植物有機(jī)物積累量)，“黑暗中CO2的釋放量”為植物呼吸量，故當(dāng)溫度高于25 ℃時(shí)，只是植物光合作用積累的有機(jī)物的量開始減少，而不是植物光合作用制造的有機(jī)物的量(植物總光合量)開始減少。
1．已知某植物光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃，如圖表示該植物處于25 ℃環(huán)境中植物光合作用強(qiáng)度隨光強(qiáng)度變化的坐標(biāo)圖，下列敘述中不正確的是( D )
A.a點(diǎn)葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器只有線粒體
B．b點(diǎn)植物的光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等
C．當(dāng)植物缺鎂時(shí)，b點(diǎn)將右移
D．若將溫度提高到30 ℃，a點(diǎn)上移，b點(diǎn)左移
【解析】a點(diǎn)時(shí)葉肉細(xì)胞只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器只有線粒體，A正確；b表示光合作用的光補(bǔ)償點(diǎn)，此時(shí)光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，B正確；b點(diǎn)表示光合速率等于呼吸速率，當(dāng)植物缺Mg時(shí)，光合速率降低，只有增大光強(qiáng)度才能提高光合速率，才能等于呼吸速率，即植物缺Mg時(shí)，b點(diǎn)將向右移動(dòng)，C正確；根據(jù)題意可知，溫度從25 ℃提高到30 ℃后，光合速率減慢，呼吸速率加快。圖中a點(diǎn)代表呼吸速率，現(xiàn)呼吸速率加快，故a點(diǎn)上移；d點(diǎn)表示光補(bǔ)償點(diǎn)，現(xiàn)光合速率減慢，呼吸速率上升，故b點(diǎn)右移，D錯(cuò)誤。
2．圖甲表示植物在不同光強(qiáng)度下單位時(shí)間內(nèi)CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量的變化，圖乙表示植物光合作用速率與光強(qiáng)度的關(guān)系曲線。假設(shè)不同光強(qiáng)度下細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等，下列說法正確的是( C )
A.若圖甲代表水稻，圖乙代表藍(lán)細(xì)菌，則圖甲的c時(shí)與圖乙的C時(shí)細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的場所都有細(xì)胞溶膠、線粒體和葉綠體
B．若圖甲與圖乙為同一植物，則相同溫度下，圖甲的b相當(dāng)于圖乙的B點(diǎn)
C．光強(qiáng)度為d時(shí)，圖甲植物單位時(shí)間內(nèi)從周圍環(huán)境吸收2個(gè)單位的CO2
D．圖乙中的B點(diǎn)影響光合作用速率的環(huán)境因素主要是CO2濃度
【解析】藍(lán)細(xì)菌是原核細(xì)胞，沒有線粒體和葉綠體等細(xì)胞器，A錯(cuò)誤；圖甲的b光強(qiáng)度時(shí)，O2產(chǎn)生總量表示實(shí)際光合作用速率，CO2釋放量表示呼吸作用產(chǎn)生的CO2量與光合作用消耗的CO2量的差值，因此細(xì)胞呼吸速率大于光合作用速率，圖乙的B光強(qiáng)度時(shí)，實(shí)際光合作用消耗的CO2量與細(xì)胞呼吸釋放的CO2量相等，即細(xì)胞呼吸速率等于光合作用速率，B錯(cuò)誤；圖甲中光強(qiáng)度為a時(shí)，細(xì)胞呼吸速率為6，光強(qiáng)度為d時(shí)，細(xì)胞實(shí)際光合速率為8，需要從周圍環(huán)境吸收2個(gè)單位的CO2，C正確；圖乙中B點(diǎn)影響光合作用速率的環(huán)境因素主要是光強(qiáng)度，D錯(cuò)誤。
3．下圖為某葉片凈光合速率(總光合速率與呼吸速率的差)與空氣溫度、光強(qiáng)度的日變化曲線。請據(jù)圖分析，下列敘述錯(cuò)誤的是( B )
A.5～11時(shí)，凈光合速率上升的直接原因可能是光反應(yīng)增強(qiáng)
B．13～16時(shí)，凈光合速率持續(xù)下降，可能是溫度過低抑制光合酶活性
C．11～15時(shí)，凈光合速率呈逐漸下降趨勢，可能是呼吸速率上升所致
D．12～15時(shí)，凈光合速率呈逐漸下降趨勢，可能是光強(qiáng)度下降所致
【解析】5～11時(shí)，光強(qiáng)度逐漸增大，凈光合速率上升的直接原因可能是光反應(yīng)增強(qiáng)，A正確；13～16時(shí)，凈光合速率持續(xù)下降，可能是由于光強(qiáng)度減弱，B錯(cuò)誤；11～15時(shí)，可能是空氣溫度升高，呼吸速率上升，導(dǎo)致了凈光合速率的下降，C正確；12～15時(shí)，光強(qiáng)度有所下降，可能是光強(qiáng)度下降引起凈光合速率下降，D正確。
eq \(\s\up7(),\s\d5( \a\vs4\al(植物光合作用和細(xì)胞呼吸的日,變化曲線分析)))
1．綠色植物24 h內(nèi)有機(jī)物的“制造”“消耗”與“積累”
(1)典型圖示
(2)曲線解讀
①積累有機(jī)物時(shí)間段：ce段。
②制造有機(jī)物時(shí)間段：bf段。
③消耗有機(jī)物時(shí)間段：Og段。
④一天中有機(jī)物積累最多的時(shí)間點(diǎn)：e點(diǎn)。
⑤一晝夜有機(jī)物的積累量：SP－SM－SN(SP、SM、SN分別表示P、M、N的面積)。
2．在密閉環(huán)境中，一晝夜CO2含量的變化曲線圖和O2含量的變化曲線圖的比較
eq \a\vs4\al(典例) 下圖是在24小時(shí)測得大棚內(nèi)CO2含量和番薯CO2吸收速率的變化曲線圖，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( D )
A.a點(diǎn)CO2釋放量減少可能是由于溫度降低導(dǎo)致細(xì)胞呼吸作用減弱
B．d點(diǎn)是由于溫度升高，蒸騰作用過強(qiáng)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)減少
C．如果N點(diǎn)低于M點(diǎn)，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量增加
D．番薯通過光合作用制造有機(jī)物的時(shí)間段是ce段
【解析】a點(diǎn)只有呼吸作用，因此CO2釋放量的變化可能是由溫度降低引起的，A項(xiàng)正確；d點(diǎn)對應(yīng)時(shí)間溫度升高，CO2吸收速率的變化與氣孔關(guān)閉有關(guān)，B項(xiàng)正確；根據(jù)實(shí)線的含義，若N點(diǎn)低于M點(diǎn)，說明大棚內(nèi)的CO2含量減少，CO2被植物吸收用于合成有機(jī)物，C項(xiàng)正確；根據(jù)虛線的含義可以推出與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)c、e點(diǎn)表示CO2的吸收速率為0，即光合作用吸收的CO2和呼吸作用釋放的CO2含量相等，根據(jù)虛線可以看出c點(diǎn)之前就開始進(jìn)行光合作用，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
1．如圖是夏季連續(xù)兩晝夜內(nèi)，某野外植物CO2吸收量和釋放量的變化曲線圖。S1～S5表示曲線與橫軸圍成的面積。下列敘述錯(cuò)誤的是( D )
A.圖中B點(diǎn)和I點(diǎn)，該植物的光合作用強(qiáng)度和細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相同
B．圖中DE段不是直線的原因是夜間溫度不穩(wěn)定，影響植物的細(xì)胞呼吸
C．如果S1＋S3＋S5＞S2＋S4，表明該植物在這兩晝夜內(nèi)有機(jī)物的積累量為負(fù)值
D．圖中S2明顯小于S4，造成這種情況的主要外界因素最可能是CO2濃度
【解析】B和I點(diǎn)植物既不吸收二氧化碳也不釋放二氧化碳，光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，為光補(bǔ)償點(diǎn)，A正確；圖中DE段植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，不是直線的原因是夜間溫度不穩(wěn)定，溫度影響酶的活性，進(jìn)而影響植物的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，B正確；S1＋S3＋S5為無光時(shí)呼吸的消耗量，S2＋S4為有光時(shí)凈光合量，若前者大于后者，則有機(jī)物積累量為負(fù)值，C正確；圖中S2明顯小于S4，造成這種情況的主要外界因素最可能是光強(qiáng)度不同，D錯(cuò)誤。
2．如圖表示一株生長迅速的植物在夏季24 h內(nèi)CO2的吸收量和釋放量，凈光合速率和呼吸速率分別用單位時(shí)間內(nèi)CO2的吸收量和CO2的釋放量表示(圖中A、B、C表示相應(yīng)圖形的面積，假設(shè)該植物在24 h內(nèi)呼吸速率不變)。
下列表述不合理的是( D )
A．若白天光強(qiáng)度維持在6：00時(shí)的光強(qiáng)度，不利于該植物的生長
B．該植物在最大光合速率時(shí)，每小時(shí)產(chǎn)生57.95 mg的葡萄糖
C．該植物6：00～18：00有機(jī)物積累量的代數(shù)式可表示為C＋A
D．該植物在B對應(yīng)時(shí)段內(nèi)不能進(jìn)行光合作用，只能進(jìn)行細(xì)胞呼吸
【解析】如果白天光強(qiáng)度維持在6：00時(shí)的光強(qiáng)度，則該植物凈光合作用為0，缺少有機(jī)物的積累，不利于植物的生長，A正確；該植物最大光合作用速率為75＋10＝85 mg CO2，換成葡萄糖＝ eq \f(85×180,6×44) ≈57.95 mg，B正確；該植物6：00～18：00有機(jī)物的凈積累量為C＋A，C正確；該植物在B時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)向上的斜線，說明此時(shí)植物可以進(jìn)行光合作用，但光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，D錯(cuò)誤。
3．如圖甲表示仙人掌科植物特殊的光合作用碳反應(yīng)方式：夜間氣孔打開，固定CO2產(chǎn)生蘋果酸儲存于液泡；白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸脫羧釋放CO2，用于卡爾文循環(huán)，①②③代表不同的物質(zhì)。圖乙表示三種植物葉片光合速率的日變化。
請回答下列問題：
(1)圖甲中，蘋果酸分解產(chǎn)生的CO2與①__五碳糖__(填物質(zhì))結(jié)合生成②，進(jìn)而形成③__三碳糖__(填物質(zhì))。
(2)圖甲中的植物夜晚能吸收CO2，卻不能合成C6H12O6的原因是：夜晚沒有光照，光反應(yīng)不能正常進(jìn)行，無法為碳反應(yīng)提供所需的__ATP、NADPH__。
(3)圖甲所示的植物最可能是圖乙中的__A__(填“A”“B”或“C”)種植物。推測這種植物最可能的生活環(huán)境是__炎熱干旱__。
(4)在上午10：00時(shí)，突然降低環(huán)境中CO2濃度后的較短時(shí)間內(nèi)，A植物和B植物細(xì)胞中三碳酸含量變化的差異是__植物A中三碳酸含量基本不變，植物B中三碳酸含量下降__。
(5)圖乙中植物C葉片在晴天中午光照強(qiáng)烈時(shí)，光合速率卻沒有出現(xiàn)低谷，從該植物固定CO2的酶的特點(diǎn)分析可能的原因是__該植物有能利用較低濃度CO2的酶__。
【解析】從圖甲可以看出，CO2在細(xì)胞溶膠中轉(zhuǎn)化為蘋果酸，并暫時(shí)儲存于液泡中，蘋果酸可進(jìn)入細(xì)胞溶膠分解產(chǎn)生CO2進(jìn)入葉綠體進(jìn)行光合作用。仙人掌類植物特殊的CO2同化方式能夠?qū)O2儲存在細(xì)胞中，在干旱導(dǎo)致氣孔關(guān)閉時(shí)可釋放用于光合作用，因此這種植物的耐旱能力較強(qiáng)，可對應(yīng)圖乙中的A植物。圖乙中B植物在中午時(shí)氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致光合速率減慢。(1)圖甲中，蘋果酸分解產(chǎn)生的CO2參與碳反應(yīng)，與①五碳糖結(jié)合生成②，進(jìn)而形成③三碳糖。(2)根據(jù)圖甲可知，植物在夜晚將CO2轉(zhuǎn)化成蘋果酸儲存在液泡中，等到了白天再釋放出來，用于自身的光合作用。在夜晚不能進(jìn)行完整的光合作用，因?yàn)殡m然能吸收CO2，但是沒有光反應(yīng)提供所需要的ATP和NADPH。(3)圖甲植物能夠?qū)O2儲存在細(xì)胞中，在干旱導(dǎo)致氣孔關(guān)閉時(shí)可釋放用于光合作用，因此這種植物的耐旱能力較強(qiáng)，可對應(yīng)圖乙中的A植物。(4)在上午10：00時(shí)，突然降低環(huán)境中CO2濃度后的較短時(shí)間內(nèi)，A植物可以利用細(xì)胞溶膠中的CO2進(jìn)行光合作用，所以細(xì)胞中三碳酸含量基本不變；而B植物光合作用減弱，細(xì)胞中三碳酸含量降低。(5)圖乙C植物葉片在晴天中午光照強(qiáng)烈時(shí)，該植物的酶能利用較低濃度的CO2，所以CO2吸收速率沒有出現(xiàn)低谷。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 光合作用與細(xì)胞呼吸的比較))
1．光合作用與需氧呼吸的比較
2．光合作用和需氧呼吸中元素的變化
C：CO2 eq \(――→,\s\up7(碳反應(yīng))) 有機(jī)物 eq \(――→,\s\up7(需氧呼吸),\s\d5(第一階段)) 丙酮酸 eq \(――→,\s\up7(需氧呼吸),\s\d5(第二階段)) CO2。
O：H2O eq \(――→,\s\up7(光反應(yīng))) O2 eq \(――→,\s\up7(需氧呼吸),\s\d5(第三階段)) H2O eq \(――→,\s\up7(需氧呼吸),\s\d5(第二階段)) CO2 eq \(――→,\s\up7(光合作用)) H2O和有機(jī)物。
H：H2O eq \(――→,\s\up7(光反應(yīng))) NADPH eq \(――→,\s\up7(碳反應(yīng))) C6H12O6 eq \(――→,\s\up7(需氧呼吸),\s\d5(第一、二階段)) [H] eq \(――→,\s\up7(需氧呼吸),\s\d5(第三階段)) H2O。
3．光合作用與細(xì)胞呼吸之間的氣體變化
下圖為葉肉細(xì)胞內(nèi)線粒體與葉綠體之間的氣體變化圖示
圖①：表示黑暗中，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸；圖②：表示呼吸速率＞光合速率；圖③：表示呼吸速率＝光合速率；圖④：表示呼吸速率＜光合速率。
eq \a\vs4\al(典例) 植物光合作用受到多種環(huán)境因素的影響，現(xiàn)將某綠色植物置于密閉的容器中，測量其光合作用強(qiáng)度(用單位時(shí)間內(nèi)CO2的吸收量表示)與光強(qiáng)度、溫度等因素的關(guān)系，結(jié)果如圖所示。回答下列相關(guān)問題：
(1)在溫度為22 ℃，光強(qiáng)度為1 klx時(shí)，該植物葉肉細(xì)胞的光合作用強(qiáng)度__大于__(填“大于”“等于”或“小于”)葉肉細(xì)胞的呼吸作用強(qiáng)度，原因是__該條件下葉肉細(xì)胞的光合速率等于整個(gè)植株的呼吸速率，因此葉肉細(xì)胞的光合速率大于葉肉細(xì)胞的呼吸速率__。
(2)A點(diǎn)時(shí)該植物產(chǎn)生ATP的結(jié)構(gòu)是__細(xì)胞溶膠和線粒體__，B點(diǎn)時(shí)適當(dāng)提高CO2濃度，則B點(diǎn)會__左__(填“左”或“右”)移。
(3)C點(diǎn)光合作用強(qiáng)度與D點(diǎn)相比，是D點(diǎn)的__3/4__倍。E點(diǎn)時(shí)，該植物固定的CO2來源于__外界環(huán)境和細(xì)胞呼吸產(chǎn)生__。
(4)某科研小組發(fā)現(xiàn)藍(lán)光在促進(jìn)氣孔開放方面具有更強(qiáng)的作用。據(jù)此分析，與紅光相比，藍(lán)光照射下植物的光飽和點(diǎn)__更高_(dá)_(填“更高”或“更低”)。
【解析】(1)溫度為22 ℃，光強(qiáng)度為1 klx時(shí)，植物體的光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，但葉肉細(xì)胞的光合作用強(qiáng)度幾乎就是植物體的光合作用強(qiáng)度，而葉肉細(xì)胞的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度遠(yuǎn)小于植物體的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。(2)黑暗狀態(tài)下植物只能通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP，產(chǎn)生ATP的結(jié)構(gòu)是細(xì)胞溶膠和線粒體；因B點(diǎn)是光補(bǔ)償點(diǎn)，當(dāng)升高CO2濃度時(shí)，光合作用增強(qiáng)，而細(xì)胞呼吸幾乎不變，因此達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)需要的光強(qiáng)度會降低，B點(diǎn)左移。(3)C點(diǎn)植物光合作用強(qiáng)度可表示為33.6，D點(diǎn)可表示為44.8，因此C點(diǎn)光合作用強(qiáng)度是D點(diǎn)的3/4；在光飽和點(diǎn)時(shí)，光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，因此固定的CO2有兩個(gè)來源，既需要細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的，也需要從外界吸收。(4)因藍(lán)光促進(jìn)氣孔開放的效果更強(qiáng)，植物可吸收的CO2也就更多，因此對應(yīng)的光飽和點(diǎn)也就更高。
1．細(xì)胞中許多結(jié)構(gòu)產(chǎn)生[H]與ATP。下列關(guān)于[H]和ATP的敘述錯(cuò)誤的是( C )
A．葉綠體內(nèi)的[H]來自水，[H]用于還原三碳酸
B．線粒體內(nèi)的[H]部分來自丙酮酸，[H]用于還原氧氣
C．葉綠體、線粒體內(nèi)的ATP均可用于植物的各種生命活動(dòng)
D．適宜光照下葉肉細(xì)胞的細(xì)胞溶膠、線粒體和葉綠體中都有ATP合成
【解析】葉綠體內(nèi)的[H]來自水的光解，[H]用于碳反應(yīng)中三碳酸的還原，A正確；線粒體內(nèi)的[H]部分來自丙酮酸，用于需氧呼吸第三階段還原氧氣生成水，B正確；葉綠體產(chǎn)生的ATP只能用于碳反應(yīng)，不能用于其他生命活動(dòng)，C錯(cuò)誤；適宜光照下，植物葉肉細(xì)胞可以同時(shí)進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸，所以可以產(chǎn)生ATP的場所有細(xì)胞溶膠、線粒體和葉綠體，D正確。
2．如圖表示植物葉肉細(xì)胞中發(fā)生的生化反應(yīng)，其中a、b表示相關(guān)無機(jī)物，①～④表示相關(guān)過程。據(jù)圖分析，下列敘述錯(cuò)誤的是( D )
A.a物質(zhì)在類囊體膜上被消耗
B．③過程與②過程消耗的[H]不是同一種物質(zhì)
C．細(xì)胞吸收離子所需的能量大部分是由②過程產(chǎn)生的
D．④過程發(fā)生在細(xì)胞溶膠中
【解析】a物質(zhì)是H2O，在進(jìn)行光合作用時(shí)，在類囊體膜上被分解形成[H]和O2，A正確；③過程消耗的[H]是NADPH，而②過程消耗的[H]是NADH，B正確；②為需氧呼吸第三階段，產(chǎn)生的ATP最多，可用于各項(xiàng)生命活動(dòng)，C正確；④包括需氧呼吸第一、二階段，分別發(fā)生在細(xì)胞溶膠和線粒體基質(zhì)中，D錯(cuò)誤。
3．下圖是表示某植物葉肉細(xì)胞光合作用和呼吸作用的示意圖(字母代表場所，序號代表物質(zhì))。
據(jù)圖回答下列問題：
(1)圖中①和④依次代表__O2__和__五碳糖__，A和C依次代表__類囊體膜__和__細(xì)胞溶膠__。
(2)圖中能合成ATP的場所為__A、C、D__(用字母表示)。A中合成的NADPH能夠?yàn)樘挤磻?yīng)提供__能量和氫__。
(3)二氧化碳還原為糖的一系列反應(yīng)稱為__卡爾文__循環(huán)，產(chǎn)物三碳糖能在B中作為原料合成__淀粉、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)__。
【解析】分析題圖：圖示表示光合作用和細(xì)胞呼吸的具體過程，其中A表示光反應(yīng)階段的場所——類囊體膜，B表示碳反應(yīng)階段的場所——葉綠體基質(zhì)，C表示需氧呼吸第一階段的場所——細(xì)胞溶膠，D表示需氧呼吸的第二階段和第三階段的場所——線粒體；圖中①是O2，②為NADP＋，③為ADP＋Pi，④為五碳糖。(1)根據(jù)以上分析已知，①是O2，④為五碳糖，A表示類囊體膜，C表示細(xì)胞溶膠。(2)光反應(yīng)和需氧呼吸的三個(gè)階段都可以產(chǎn)生ATP，即可以產(chǎn)生ATP的場所有A、C、D。(3)二氧化碳還原為糖的一系列反應(yīng)稱為卡爾文循環(huán)，產(chǎn)物三碳糖能在B葉綠體基質(zhì)中作為原料合成淀粉、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等有機(jī)物。
1．如圖表示某綠色植物在不同溫度下CO2的吸收量或釋放量，下列說法正確的是( B )
A.若一天光照12小時(shí)，黑暗12小時(shí)，25 ℃下一天中積累的有機(jī)物最多
B．若光照下將該植物從25 ℃轉(zhuǎn)移到30 ℃條件下，葉綠體內(nèi)NADPH的合成速率將加快
C．在35 ℃、光照下，葉綠體所需的CO2都來自線粒體
D．若一天光照12小時(shí)，黑暗12小時(shí)，15 ℃條件下該植物葉綠體一天內(nèi)固定CO2的量為30 mg
【解析】一天24小時(shí)，12小時(shí)光照、12小時(shí)黑暗，有機(jī)物積累量＝(凈光合作用量－細(xì)胞呼吸量)×12，由柱形圖可知，溫度為20 ℃時(shí)，凈光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度之差最大，因此有機(jī)物的積累最多，A錯(cuò)誤；25 ℃總光合作用大約為6 mg/h，30 ℃總光合作用為6.5 mg/h，將該植物從25 ℃轉(zhuǎn)移到30 ℃條件下，植物總光合作用增加，所以葉綠體內(nèi)NADPH的合成速率將加快，B正確；在35 ℃、光照下凈光合作用大于0，所以葉綠體所需的CO2來自線粒體和外界環(huán)境，C錯(cuò)誤；若一天光照12小時(shí)，黑暗12小時(shí)，15 ℃條件下該植物葉綠體一天內(nèi)固定CO2的量＝總光合作用×12＝(1＋2.5)×12＝42 mg，D錯(cuò)誤。
2．氮素作為果樹生長發(fā)育最重要的礦質(zhì)元素之一。國內(nèi)某團(tuán)隊(duì)研究了不同氮素水平對果樹光合作用的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表。下列相關(guān)敘述正確的是( D )
A.氮是葉肉細(xì)胞中蛋白質(zhì)、DNA、淀粉、葉綠素的組成元素
B．若氮素水平不斷升高，則該植物凈光合速率持續(xù)增大
C．氮素水平從300 kg·hm－2到600 kg·hm－2時(shí)，植物凈光合速率變化不大只是由于氣孔導(dǎo)度的限制
D．若要測定該果樹葉片O2的產(chǎn)生量，則還需在黑暗條件下測定葉片O2的吸收量
【解析】淀粉的組成元素是C、H、O，不含氮元素，A錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)只做了4個(gè)不同氮素水平的實(shí)驗(yàn)，并不能得出隨著氮素水平的升高，該植物光合速率持續(xù)增大的結(jié)論，B錯(cuò)誤；氮素水平從300 kg·hm－2到600 kg·hm－2時(shí)，植物的凈光合速率變化不大不只是由于氣孔導(dǎo)度的限制，C錯(cuò)誤；從表格中可知凈光合速率，若要測定該果樹葉片O2的產(chǎn)生量，即總光合速率，則還需在黑暗條件下測定葉片O2的吸收量，D正確。
3．為探究減輕番茄遭受鹽脅迫的影響，科研人員研究了硝酸鈣對番茄遭受氯化鈉脅迫的緩解作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：
(1)據(jù)圖可知番茄遭受鹽脅迫的影響可通過__苗高和葉綠素含量__檢測。
(2)葉綠素存在于番茄葉綠體的__類囊體膜__中，可采用__紙層析__法分離色素。番茄遭受鹽脅迫時(shí)，葉綠素含量減少會導(dǎo)致光反應(yīng)產(chǎn)物__ATP和NADPH__
減少，使__卡爾文__循環(huán)中三碳酸還原減弱，光合作用產(chǎn)物增加相對減少，從而影響苗高。
(3)由圖可知，在氯化鈉濃度相同時(shí)，不同濃度的硝酸鈣處理下，可測得番茄葉片的葉綠素含量__差異不顯著__(填“差異顯著”或“差異不顯著”)；在加入硝酸鈣后，在不同氯化鈉濃度溶液中都獲得了苗高的結(jié)果，表明硝酸鈣使番茄對氯化鈉脅迫的適應(yīng)性范圍__提高_(dá)_。
【解析】(1)據(jù)圖可知番茄遭受鹽脅迫的影響可通過苗高和葉綠素含量檢測。(2)葉綠素存在于番茄葉綠體的類囊體膜中，可采用紙層析法分離色素?？栁难h(huán)中，三碳酸接受光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP的能量并被NADPH還原，形成三碳糖和五碳糖，而番茄遭受鹽脅迫時(shí)，葉綠素含量減少，導(dǎo)致光反應(yīng)產(chǎn)物ATP和NADPH減少，使三碳酸還原減弱，光合作用產(chǎn)物增加相對減少。(3)由圖可知，在氯化鈉濃度相同時(shí)，不同濃度的硝酸鈣處理下，可測得番茄葉片的葉綠素含量差異不顯著。在加入硝酸鈣后，在不同氯化鈉濃度溶液中都獲得了苗高的結(jié)果，表明硝酸鈣使番茄對氯化鈉脅迫的適應(yīng)性范圍提高。實(shí)驗(yàn)
目的
設(shè)計(jì)
思路
原理
現(xiàn)象
結(jié)論
探究光強(qiáng)度對凈光合作用的影響
改變白熾燈與玻璃容器間的距離
強(qiáng)光下，CO2緩沖溶液確保容器內(nèi)CO2濃度相對穩(wěn)定，光合作用釋放的O2多于細(xì)胞呼吸消耗的O2，使容器內(nèi)壓強(qiáng)增大
有色液
滴右移
強(qiáng)光下，凈光合作用強(qiáng)度>0
較強(qiáng)光下，CO2緩沖溶液確保容器內(nèi)CO2濃度相對穩(wěn)定，光合作用釋放的O2等于細(xì)胞呼吸消耗的O2，容器內(nèi)壓強(qiáng)不變
有色液
滴不移
動(dòng)
較強(qiáng)光下，凈光合作用強(qiáng)度＝0
弱光下，CO2緩沖溶液確保容器內(nèi)CO2濃度相對穩(wěn)定，光合作用釋放的O2少于細(xì)胞呼吸消耗的O2，使容器內(nèi)壓強(qiáng)減小
有色液
滴左移
弱光下，凈光合作用強(qiáng)度

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第五節(jié) 光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

版本： 浙科版 (2019)

年級： 必修1《分子與細(xì)胞》

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