第3講 光合作用(Ⅱ)
[考綱展示] 影響光合作用速率的環(huán)境因素(Ⅱ)
考點(diǎn)一| 影響光合作用速率的環(huán)境因素及應(yīng)用


1.光照強(qiáng)度:?jiǎn)挝蝗~面積上所接受的可見(jiàn)光能量。
2.光合速率:?jiǎn)挝粫r(shí)間單位葉面積上的CO2固定量。
3.影響光合作用強(qiáng)度的因素
(1)光照強(qiáng)度
①關(guān)系曲線

A點(diǎn):光照強(qiáng)度為0,只進(jìn)行細(xì)胞呼吸;
AB段:光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度;
B點(diǎn):光補(bǔ)償點(diǎn)(光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等時(shí)的光照強(qiáng)度);
BD段:光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度;
C點(diǎn):光飽和點(diǎn)(光照強(qiáng)度達(dá)到C點(diǎn)后,光合作用強(qiáng)度不再隨著光照強(qiáng)度的增大而加強(qiáng))。
②應(yīng)用:陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都較陽(yáng)生植物低,間作套種農(nóng)作物、林間帶樹(shù)種的配置和冬季溫室栽培等都可合理利用光能。
(2)CO2濃度
①關(guān)系曲線

圖1中A點(diǎn)表示CO2補(bǔ)償點(diǎn),即光合作用速率等于呼吸作用速率時(shí)的CO2濃度,圖2中A′點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B′點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)。
②應(yīng)用
a.大田要“正其行,通其風(fēng)”,多施有機(jī)肥。
b.溫室內(nèi)可通過(guò)放干冰、使用CO2生成器、施用農(nóng)家肥與豬舍雞舍連通等方法適當(dāng)提高CO2濃度。
(3)溫度
①曲線分析

光合作用強(qiáng)度和細(xì)胞呼吸強(qiáng)度都受溫度的影響,但光合作用相關(guān)酶對(duì)溫度反應(yīng)更為敏感。
②應(yīng)用:溫室栽培植物時(shí),白天調(diào)到光合作用最適溫度,以提高光合作用強(qiáng)度;晚上適當(dāng)降低溫室內(nèi)溫度,以降低細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,保證植物有機(jī)物的積累。
(4)水
①原理: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),如植物缺水導(dǎo)致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分還能影響氣孔的開(kāi)閉,間接影響CO2進(jìn)入植物體內(nèi)。
②曲線分析

圖1       圖2
圖1表明在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,可根據(jù)作物的需水規(guī)律,合理灌溉。
圖2曲線中間E處光合作用強(qiáng)度暫時(shí)降低,是因?yàn)闇囟雀?,氣孔部分關(guān)閉,影響了CO2的供應(yīng)。
③應(yīng)用:合理灌溉,預(yù)防干旱。
(5)礦質(zhì)元素
①原理:礦質(zhì)元素是參與光合作用的許多重要化合物的組成成分,缺乏會(huì)影響光合作用的進(jìn)行。例如,N是酶的組成元素,N、P是ATP的組成元素,Mg是葉綠素的組成元素等。
②曲線分析

在一定濃度范圍內(nèi),增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng),可提高光合作用強(qiáng)度;但當(dāng)超過(guò)一定濃度后,會(huì)因土壤溶液濃度過(guò)高,植物滲透失水而導(dǎo)致植物光合作用強(qiáng)度下降。
[判斷與表述]
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
(1)生長(zhǎng)于較弱光照條件下的植物,當(dāng)提高CO2濃度時(shí),其光合速率未隨之增加,主要限制因素是光照強(qiáng)度。(√)
(2)延長(zhǎng)光照時(shí)間能提高光合作用強(qiáng)度。(×)
提示:延長(zhǎng)光照時(shí)間只能提高光合作用的產(chǎn)物量,不能提高光合作用強(qiáng)度。
(3)植物體從土壤中吸收的水分主要用于光合作用。(×)
提示:植物體從土壤中吸收的水分主要用于蒸騰作用。
(4)停止供水,植物光合速率下降,這是由于水是光合作用的原料,又是光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)闹饕橘|(zhì)。(√)
(5)夏季晴天,植物出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象的主要原因是環(huán)境中CO2濃度過(guò)低。(×)
提示:出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象是因?yàn)橄募局形鐪囟冗^(guò)高,引起氣孔關(guān)閉,二氧化碳吸收減少,而不是環(huán)境中CO2濃度過(guò)低。
2.思考回答(規(guī)范表述)
(1)在光照較強(qiáng)的夏季中午,綠色植物的光合作用強(qiáng)度會(huì)降低,原因是什么?
提示:夏季中午,光照過(guò)強(qiáng)、溫度過(guò)高,導(dǎo)致部分氣孔關(guān)閉,葉肉細(xì)胞吸收CO2減少,C3生成減少,故光合作用強(qiáng)度會(huì)降低。
(2)大棚生產(chǎn)中,為什么多施有機(jī)肥能夠提高作物的產(chǎn)量?
提示:有機(jī)肥中的有機(jī)物被微生物分解產(chǎn)生了CO2和無(wú)機(jī)鹽,能夠增加大棚中的CO2濃度并為作物提供礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。
(3)生長(zhǎng)環(huán)境中的CO2濃度由1%降低到0.03%時(shí),植物的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)如何變化,原因是什么?
提示:光飽和點(diǎn)降低,因?yàn)镃O2濃度降低時(shí),暗反應(yīng)的強(qiáng)度低,所需要的ATP和[H]少。光補(bǔ)償點(diǎn)升高,因?yàn)樵诤铣捎袡C(jī)物的量不變時(shí),CO2濃度降低,所需要的光照強(qiáng)度增大。

1.三大單因子環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響

(1)光照強(qiáng)度(如圖1)
①原理:主要影響光反應(yīng)階段ATP和[H]的產(chǎn)生。
②分析P點(diǎn)后的限制因素:

(2)CO2的濃度(如圖2)
①原理:影響暗反應(yīng)階段C3的生成。
②分析P點(diǎn)后的限制因素:

(3)溫度:通過(guò)影響酶的活性而影響光合作用(如圖3)。
2.多因子環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響

(1)曲線分析
①OP段:限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子,隨著該因子的不斷加強(qiáng),光合速率不斷提高。
②PQ段:曲線變化受橫坐標(biāo)所表示的因子與坐標(biāo)曲線中另一因子的共同控制,如A圖受光照強(qiáng)度與溫度的共同影響。
③Q點(diǎn)之后的線段:橫坐標(biāo)所表示的因子不再影響光合速率,要想提高光合速率,可適當(dāng)提高圖中的其他因子。
(2)應(yīng)用:溫室栽培時(shí),在一定光照強(qiáng)度下,白天適當(dāng)提高溫度,增加光合酶的活性,提高光合速率,也可同時(shí)適當(dāng)增加CO2濃度,進(jìn)一步提高光合速率。當(dāng)溫度適宜時(shí),可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率。

◎考法1 考查環(huán)境因素影響光合作用的坐標(biāo)曲線分析
1.(2018·全國(guó)卷Ⅰ)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強(qiáng)度的變化趨勢(shì)如圖所示。

回答下列問(wèn)題:
(1)當(dāng)光照強(qiáng)度大于a時(shí),甲、乙兩種植物中,對(duì)光能的利用率較高的植物是________。
(2)甲、乙兩種植物單獨(dú)種植時(shí),如果種植密度過(guò)大,那么凈光合速率下降幅度較大的植物是________,判斷的依據(jù)是
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)甲、乙兩種植物中,更適合在林下種植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12:00時(shí)葉片的光合速率明顯下降,其原因是進(jìn)入葉肉細(xì)胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
解析:(1)由題圖可知,乙的光飽和點(diǎn)及光補(bǔ)償點(diǎn)都比甲低,因此甲、乙兩種植物在光照強(qiáng)度較低時(shí)乙更具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)光照強(qiáng)度大于a時(shí),甲種植物光合作用強(qiáng)度高于乙種植物,因此甲種植物對(duì)光能的利用率較高。(2)根據(jù)曲線圖可知,甲種植物的光飽和點(diǎn)較高,對(duì)光照的需求大。當(dāng)甲、乙兩種植物單獨(dú)種植時(shí),如果種植密度過(guò)大,植株接受的光照強(qiáng)度減弱,甲種植物凈光合速率下降幅度較大。(3)乙種植物的光補(bǔ)償點(diǎn)較低,所以更適合在光照較弱的林下種植。(4)夏日晴天中午溫度過(guò)高,氣孔部分關(guān)閉,因此進(jìn)入葉肉細(xì)胞的CO2不足,葉片的光合速率明顯下降。
答案:(1)甲
(2)甲 光照強(qiáng)度降低導(dǎo)致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大,種植密度過(guò)大,植株接受的光照強(qiáng)度減弱,導(dǎo)致甲植物凈光合速率下降幅度比乙大
(3)乙
(4)CO2
2.(2019·衡水中學(xué)檢測(cè))將某植物置于密閉的容器中,測(cè)量其CO2的吸收量與光照強(qiáng)度、溫度等的關(guān)系,結(jié)果如圖所示。請(qǐng)分析回答下列相關(guān)問(wèn)題:

(1)A點(diǎn)時(shí)該植物產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是________,且與17 ℃相比,22 ℃條件下呼吸速率更________(填“大”或“小”)。
(2)B點(diǎn)時(shí)光合速率________呼吸速率;當(dāng)植物缺鎂時(shí),B點(diǎn)向________移,E點(diǎn)向________移。
(3)C、D兩點(diǎn)CO2吸收量相同,兩點(diǎn)光合作用合成有機(jī)物的量________(填“不同”或“相同”),限制C、E兩點(diǎn)光合速率的主要因素分別是________。
(4)由上述實(shí)驗(yàn)得到啟示:陰雨天為了提高大棚蔬菜的產(chǎn)量,可適當(dāng)________或________。
解析:(1)A點(diǎn)時(shí)的光照強(qiáng)度為0,該植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸,所以此時(shí)產(chǎn)生的ATP的細(xì)胞器是線粒體;據(jù)圖可知,與17 ℃相比,22 ℃條件下呼吸速率較大。(2)B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度是該植物在22 ℃條件的光補(bǔ)償點(diǎn),此時(shí)植物的光合速率等于呼吸速率;當(dāng)植物缺鎂時(shí),葉綠素合成減少,導(dǎo)致植物利用光能的效率下降,E點(diǎn)向左下方移動(dòng)。(3)C、D兩點(diǎn)CO2吸收速率相同,即兩點(diǎn)的凈光合速率相等,但兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的呼吸速率不同,由于真光合速率=凈光合速率+呼吸速率,所以?xún)牲c(diǎn)合成的有機(jī)物的量不同;C點(diǎn)處于兩階段的上升階段,影響該點(diǎn)光合速率的主要因素是光照強(qiáng)度;而E點(diǎn)時(shí)的光合速率最大,且E點(diǎn)之后光合速率不再隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而升高,影響該點(diǎn)光合速率的主要因素是溫度。(4)陰雨天光照強(qiáng)度較弱,為了提高大棚蔬菜的產(chǎn)量,可適當(dāng)提高光照強(qiáng)度,以提高植物的光合作用強(qiáng)度(或者適當(dāng)降低溫度,以降低植物的呼吸作用強(qiáng)度),進(jìn)而提高植物的凈光合作用強(qiáng)度來(lái)提高大棚蔬菜的產(chǎn)量。
答案:(1)線粒體 大 (2)等于 右 左下方 (3)不同 光照強(qiáng)度、溫度 (4)降低溫度 提高光照強(qiáng)度
[歸納提升]
在影響光合作用的因素中,光照強(qiáng)度、溫度、二氧化碳濃度等指的是外界影響因素,而影響光合作用的內(nèi)部因素通常指的是葉綠素的含量、酶的數(shù)量(或活性)等,回答影響因素這類(lèi)問(wèn)題時(shí),①要注意審清題中需要回答的是外界影響因素還是內(nèi)部影響因素;②針對(duì)曲線模型,在曲線上升階段,限制因素為橫坐標(biāo)表示的因子,當(dāng)曲線不再上升時(shí),要從內(nèi)部因素(如色素含量、酶活性等)和橫坐標(biāo)表示的因子之外的環(huán)境因素(如溫度、CO2濃度等)進(jìn)行分析;③若為表格,則應(yīng)先將表格信息轉(zhuǎn)化成曲線圖再進(jìn)行分析。
◎考法2 考查環(huán)境因素影響光合作用的實(shí)驗(yàn)分析
3.(2018·湖南師大附中第二次月考)甲圖中,A、B分別為培植于無(wú)色透明氣球內(nèi)、質(zhì)量相等的某植物幼苗,氣球可膨脹、收縮;其中B已死亡,氣球內(nèi)的培養(yǎng)液中均含CO2緩沖液(維持氣球內(nèi)CO2濃度不變);初始時(shí)指針指向正中零的位置。乙圖為不斷改變燈泡距水面的距離,間隔相同時(shí)間記錄到指針偏轉(zhuǎn)變化情況。下列相關(guān)描述,正確的是(  )

A.d點(diǎn)時(shí)指針向右偏轉(zhuǎn)
B.該實(shí)驗(yàn)的自變量為光照強(qiáng)度,c點(diǎn)植物O2釋放速率最大
C.f點(diǎn)與a、b、c、d點(diǎn)的指針偏轉(zhuǎn)方向相同,但數(shù)值較小
D.若改在無(wú)CO2緩沖液情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),b點(diǎn)時(shí)指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)加大
A [在適宜的光照條件下(如圖中的a、b、c、d點(diǎn)),植物進(jìn)行光合作用釋放出的氧氣大于呼吸作用消耗的氧氣,使A植物所在的氣球的體積增大,指針向右偏轉(zhuǎn),A正確;該實(shí)驗(yàn)的目的是探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響,實(shí)驗(yàn)自變量為光照強(qiáng)度(燈泡與水面的距離),乙圖c點(diǎn)指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)最大,表明O2的釋放量最大,B錯(cuò)誤;e點(diǎn)指針的偏轉(zhuǎn)格數(shù)為零,此時(shí)細(xì)胞呼吸速率等于光合速率,ef段隨著燈泡與水面的距離增大,光照強(qiáng)度繼續(xù)減弱,導(dǎo)致細(xì)胞的呼吸速率大于光合速率,指針向左偏轉(zhuǎn),與a、b、c、d點(diǎn)相比,指針的偏轉(zhuǎn)方向相反,C錯(cuò)誤;b點(diǎn)時(shí)光合速率大于細(xì)胞呼吸速率,光合作用吸收的CO2大于呼吸作用釋放的CO2,此時(shí)若改在無(wú)CO2緩沖液情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),b點(diǎn)時(shí)指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)減小,D錯(cuò)誤。]
4.(2019·山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)柱花草是我國(guó)南方地區(qū)重要的豆科牧草,對(duì)低溫脅迫較為敏感,易發(fā)生冷害。下表為科研人員在不同溫度下測(cè)得的柱花草葉片光合速率等相關(guān)指標(biāo)。
處理
Fv/Fm
RuBPcase活性(μmol CO2/mg蛋白·min)
氧氣釋放速率(mmo l O2/GF W·h)
對(duì)照(20 ℃)
0.87
6.86
16.28
低溫處理(6 ℃)
0.68
3.34
3.09
高溫處理(36 ℃)
0.85
6.07
14.51
注:①Fv/Fm的大小表示色素復(fù)合體受傷害的程度;②RuBPcase是催化CO2和RuBP(C5)結(jié)合的酶。
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)20 ℃時(shí),柱花草葉肉細(xì)胞中能夠消耗水并伴隨著[H]產(chǎn)生的場(chǎng)所有____________________。與對(duì)照組相比,高溫處理相同的時(shí)間,柱花草光合作用制造的有機(jī)物量________(填“較多”“較少”“相等”或“無(wú)法確定”)。
(2)據(jù)表分析,低溫處理能抑制光合作用的原因主要包括兩方面:一方面是低溫導(dǎo)致________________________,從而引起光反應(yīng)生成的ATP、NADPH少;另一方面,低溫使____________降低,從而導(dǎo)致暗反應(yīng)速率降低。
解析:光合作用和有氧呼吸中都有消耗水并伴隨著[H]產(chǎn)生的過(guò)程。測(cè)得的氧氣釋放速率為凈光合速率,由于不知道呼吸速率,因此無(wú)法判斷高溫處理和對(duì)照組的總光合速率。
答案:(1)類(lèi)囊體薄膜和線粒體基質(zhì) 無(wú)法確定 (2)色素復(fù)合體受傷害,吸收的光能減少 RuBPcase活性
◎考法3 考查環(huán)境因素影響光合作用的實(shí)驗(yàn)探究
5.如圖為某研究小組測(cè)定光照強(qiáng)度對(duì)植物葉片光合作用影響的實(shí)驗(yàn)裝置。將該裝置先放在黑暗條件下一段時(shí)間,然后給予不同強(qiáng)度的光照。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的敘述,正確的是(  )

A.溫度、CO2濃度和有色液滴的移動(dòng)距離都是無(wú)關(guān)變量
B.CO2緩沖液的作用是維持容器中CO2濃度的穩(wěn)定
C.如果有色液滴向右移動(dòng),說(shuō)明不進(jìn)行光合作用
D.如果有色液滴向左移動(dòng),說(shuō)明不進(jìn)行光合作用
B [依題意可知:該實(shí)驗(yàn)的目的是探究光照強(qiáng)度對(duì)植物葉片光合作用的影響,自變量是光照強(qiáng)度,因變量是有色液滴的移動(dòng)距離,溫度、CO2濃度等都是無(wú)關(guān)變量,A錯(cuò)誤;CO2緩沖液的作用是維持容器中CO2濃度的穩(wěn)定,B正確;有色液滴移動(dòng)的距離是由裝置內(nèi)O2的變化量引起,如果有色液滴向右移動(dòng),說(shuō)明光合作用釋放的氧氣量大于呼吸作用吸收的氧氣量,試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)變大,C錯(cuò)誤;如果有色液滴向左移動(dòng),說(shuō)明光合作用釋放的氧氣量小于呼吸作用吸收的氧氣量,試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)變小,D錯(cuò)誤。]
6.(2018·福州期末)為完成“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn),提供以下材料用具:菠菜葉、打孔器(直徑1 cm)、注射器、40 W臺(tái)燈、燒杯、4% NaHCO3溶液、蒸餾水、不同顏色的透明薄膜等。
(1)某同學(xué)選取其中一個(gè)因素進(jìn)行探究,以下是實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
時(shí)間
上浮的葉圓片數(shù)量(片)
蒸餾水
0.5% NaHCO3
1% NaHCO3
1.5% NaHCO3
2% NaHCO3
2 min
0
7
11
10
4
4 min
0
15
16
13
7
①該實(shí)驗(yàn)的目的是________________,實(shí)驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)是:__________________________。
②有哪些措施可以減少實(shí)驗(yàn)誤差?
________________________________________________________________
________________________________________________________________。(至少寫(xiě)出二項(xiàng))
③有同學(xué)認(rèn)為葉片之所以浮起,是因?yàn)楹粑饔孟牧擞袡C(jī)物且產(chǎn)生了CO2導(dǎo)致葉片上浮的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷該觀點(diǎn)是否正確?并說(shuō)明理由:
_________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)利用以上材料,還可以探究的環(huán)境因素有
________________________________________________________________
________________________________________________________________。(答出2個(gè))
解析:(1)①由表格看出實(shí)驗(yàn)的自變量是不同濃度的NaHCO3溶液,NaHCO3溶液的濃度不同,提供的CO2濃度不同,因此該實(shí)驗(yàn)是研究的不同濃度的CO2對(duì)葉片光合作用的影響。實(shí)驗(yàn)觀察的指標(biāo)是單位時(shí)間內(nèi)上浮的葉圓片的數(shù)量。②減少實(shí)驗(yàn)誤差就要平衡無(wú)關(guān)變量,重復(fù)實(shí)驗(yàn)求平均值。③葉片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用,葉片中氧氣增多,葉圓片密度變小。若要說(shuō)明葉圓片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有機(jī)物且產(chǎn)生了CO2,應(yīng)從蒸餾水中葉圓片沒(méi)有上浮來(lái)論述。
(2)利用上述實(shí)驗(yàn)材料,還可探究光照強(qiáng)度或不同的光質(zhì)對(duì)光合作用的影響。
答案:(1)①研究CO2濃度(或NaHCO3濃度)對(duì)葉片光合速率的影響 相同時(shí)間內(nèi)燒杯中葉片浮起的數(shù)量
②用打孔器打出的葉片數(shù)量足夠多;每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)幾次,記錄的數(shù)據(jù)取平均值
③該同學(xué)的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的,因?yàn)樵谡麴s水的那組實(shí)驗(yàn)中,葉片一樣進(jìn)行了呼吸作用,卻沒(méi)有葉片浮起,葉片上浮的原因是光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度,葉片內(nèi)氧氣增多
(2)光照強(qiáng)度、光的性質(zhì)
考點(diǎn)二| 光合作用速率及其測(cè)定


1.真正光合速率、凈光合速率和細(xì)胞呼吸速率的關(guān)系
(1)內(nèi)在關(guān)系
①細(xì)胞呼吸速率:植物非綠色組織(如蘋(píng)果果肉細(xì)胞)或綠色組織在黑暗條件下測(cè)得的值——單位時(shí)間內(nèi)一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。
②凈光合速率:植物綠色組織在有光條件下測(cè)得的值——單位時(shí)間內(nèi)一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量。
③真正光合速率=凈光合速率+細(xì)胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根據(jù)坐標(biāo)曲線判定

a.當(dāng)光照強(qiáng)度為0時(shí),若CO2吸收值為負(fù)值,該值的絕對(duì)值代表細(xì)胞呼吸速率,該曲線代表凈光合速率,如圖甲。
b.當(dāng)光照強(qiáng)度為0時(shí),光合速率也為0,該曲線代表真正光合速率,如圖乙。
②根據(jù)關(guān)鍵詞判定
檢測(cè)指標(biāo)
細(xì)胞呼吸速率
凈光合速率
真正(總)光合速率
CO2
釋放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
釋放量
產(chǎn)生量
有機(jī)物
消耗量(黑暗)
積累量
制造量、產(chǎn)生量

2.光合速率的測(cè)定
(1)測(cè)定裝置

(2)測(cè)定方法
①測(cè)定呼吸速率
a.裝置小燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液,用于吸收CO2。
b.玻璃鐘罩應(yīng)遮光處理,目的是排除光合作用的干擾。
c.置于適宜溫度環(huán)境中。
d.紅色液滴向左移動(dòng),單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)距離代表呼吸速率。
②測(cè)定凈光合速率
a.裝置小燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液,用于維持容器內(nèi)CO2濃度的恒定。
b.給予較強(qiáng)光照處理,且溫度適宜。
c.紅色液滴向右移動(dòng),單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)距離代表凈光合速率。
③誤差校正
為排除溫度、氣壓等因素引起的氣體體積膨脹,應(yīng)設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。對(duì)照實(shí)驗(yàn)與上圖不同之處在于不放植物或放置死亡的植物。
④實(shí)際光合速率=凈光合速率+呼吸速率。
(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
1.綠色植物的光合速率總是大于呼吸速率。(×)
提示:綠色植物在光照強(qiáng)度大于光補(bǔ)償點(diǎn)后光合速率才大于呼吸速率。
2.在光下測(cè)得的光合速率是凈光合速率。(√)
3.當(dāng)植物體的光合速率等于呼吸速率時(shí),葉肉細(xì)胞的光合速率也等于呼吸速率。(×)
提示:植物體所有活細(xì)胞都進(jìn)行細(xì)胞呼吸,而葉肉細(xì)胞是進(jìn)行光合作用的主要細(xì)胞,當(dāng)植物體的光合速率等于呼吸速率時(shí),葉肉細(xì)胞的光合速率大于呼吸速率。
4.綠色植物吸收的CO2量可表示實(shí)際光合速率。(×)
提示:綠色植物吸收的CO2量表示凈光合速率。

1.光合速率的關(guān)鍵詞判定
檢測(cè)指標(biāo)
凈光合速率
真正(總)光合速率
CO2
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
釋放量
產(chǎn)生量
有機(jī)物
積累量
制造量、產(chǎn)生量
2.光合作用實(shí)驗(yàn)探究中常用實(shí)驗(yàn)條件的控制方法
實(shí)驗(yàn)條件
控制方法
增加水中O2
泵入空氣或吹氣或放入綠色水生植物
減少水中O2
容器密封或油膜覆蓋或用涼開(kāi)水
除去容器中CO2
氫氧化鈉溶液
除去葉中原有淀粉
置于黑暗環(huán)境中
除去葉中葉綠素
酒精隔水加熱
除去光合作用對(duì)細(xì)胞呼吸的干擾
給植株遮光
得到單色光
棱鏡色散或薄膜濾光
維持容器內(nèi)CO2濃度的恒定
適宜濃度的NaHCO3溶液

◎考法1 考查總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系
1.(2018·全國(guó)卷Ⅲ)回答下列問(wèn)題:
(1)高等植物光合作用中捕獲光能的物質(zhì)分布在葉綠體的________上,該物質(zhì)主要捕獲可見(jiàn)光中的____________。
(2)植物的葉面積與產(chǎn)量關(guān)系密切。葉面積系數(shù)(單位土地面積上的葉面積總和)與植物群體光合速率、呼吸速率及干物質(zhì)積累速率之間的關(guān)系如圖所示。由圖可知:當(dāng)葉面積系數(shù)小于a時(shí),隨葉面積系數(shù)增加,群體光合速率和干物質(zhì)積累速率均________。當(dāng)葉面積系數(shù)超過(guò)b時(shí),群體干物質(zhì)積累速率降低,其原因是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。

(3)通常,與陽(yáng)生植物相比,陰生植物光合作用吸收與呼吸作用放出的CO2量相等時(shí)所需要的光照強(qiáng)度________(填“高”或“低”)。
解析: (1)高等植物光合作用中捕獲光能的物質(zhì)為葉綠體中的色素,分布于類(lèi)囊體膜,主要吸收藍(lán)紫光和紅光。(2)由圖可知,葉面積系數(shù)小于a時(shí),群體干物質(zhì)積累速率和群體光合速率都增加;葉面積系數(shù)超過(guò)b時(shí),群體光合速率不變,但群體呼吸速率仍在增加,因此群體凈光合速率降低,干物質(zhì)積累速率降低。(3)植物光合作用吸收與呼吸釋放的CO2量相等時(shí)所需要的光照強(qiáng)度即光補(bǔ)償點(diǎn)。通常,與陽(yáng)生植物相比,陰生植物的光飽和點(diǎn)及光補(bǔ)償點(diǎn)都比較低,即達(dá)到此點(diǎn)需要的光照強(qiáng)度低。
答案:(1)類(lèi)囊體膜 藍(lán)紫光和紅光 (2)增加 群體光合速率不變,但群體呼吸速率仍在增加,故群體干物質(zhì)積累速率降低 (3)低
2.(2018·濰坊期末)科研人員分別在25 ℃和42 ℃培養(yǎng)條件下(其他條件適宜)。測(cè)得某植物的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖所示。已知該植物生長(zhǎng)的適宜溫度條件是25~35 ℃。請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題:

(1)圖中甲組代表________ ℃下測(cè)得的結(jié)果,作出該判斷的理由是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)某興趣小組測(cè)定了25 ℃~42 ℃范圍內(nèi)該植物的凈光合速率,發(fā)現(xiàn)30 ℃時(shí)凈光合速率最大,則30 ℃________(填“是”“不是”或“不一定是”)光合作用的最適溫度,原因是______________
________________________________________________________________。
(3)若將培養(yǎng)溫度由25 ℃快速提升至42 ℃時(shí),據(jù)圖分析,該植物葉肉細(xì)胞間隙CO2濃度明顯________(填“上升”或“下降”),這一變化的主要原因是
________________________________________________________________。
解析:(1)植物的生長(zhǎng)速度決定于凈光合速率。甲組凈光合速率大于乙組,說(shuō)明甲組植物生長(zhǎng)的溫度條件適宜。(2)總光合速率=凈光合速率+呼吸速率,30 ℃時(shí)凈光合速率最大,但沒(méi)有測(cè)定相應(yīng)溫度下的呼吸速率,因此不能確定總光合速率。(3)從坐標(biāo)圖看出,42 ℃時(shí),植物的凈光合速率降低,葉肉細(xì)胞對(duì)CO2的利用速率降低。
答案:(1)25 此溫度屬于該植物適宜生長(zhǎng)的溫度,與42 ℃相比,凈光合速率大
(2)不一定是 沒(méi)有測(cè)定相應(yīng)溫度下的呼吸速率,無(wú)法確定實(shí)際光合速率
(3)上升 凈光合速率減弱,葉肉細(xì)胞對(duì)二氧化碳的利用速率降低
◎考法2 考查光合速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)定
3.(2019·衡水中學(xué)二調(diào))某同學(xué)研究某湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸時(shí),設(shè)計(jì)了如下操作:
①取三個(gè)相同的透明玻璃瓶標(biāo)號(hào)a、b、c,并將a瓶用不透光的黑布包起來(lái);
②將a、b、c三個(gè)瓶子均在湖中X深度取滿水,并測(cè)定c瓶中水的溶氧量;
③將a、b兩瓶密封后再沉入X深度水體中,24 h后取出;
④測(cè)定a、b兩瓶中水的溶氧量,三個(gè)瓶子的測(cè)量結(jié)果如圖所示。

下列有關(guān)24 h內(nèi)X深度水體中生物光合作用和有氧呼吸情況的分析,正確的是(  )
A.光合作用產(chǎn)生的氧氣量為(k-w) mol/瓶
B.光合作用產(chǎn)生的氧氣量為(k-w) mol/瓶
C.有氧呼吸消耗的氧氣量為(k-v) mol/瓶
D.有氧呼吸消耗的氧氣量為v mol/瓶
A [實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的c瓶中水的溶氧量為w,湖中X深度瓶中初始溶氧量。a瓶為不透光黑瓶,a、b兩瓶密封后再沉入X深度水體中,24 h后取出,測(cè)定a、b兩瓶中水的溶氧量分別為v和k,因此,w-v為24 h內(nèi)X深度瓶中生物有氧呼吸消耗的氧氣的量;k-c為24 h內(nèi)X深度水瓶中生物的凈光合作用釋放氧氣的量。24 h內(nèi)X深度水生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為凈光合量+有氧呼吸消耗氧氣的量。]
4.(2019·山東、湖北聯(lián)考)將一株小麥密閉在無(wú)色玻璃鐘罩內(nèi)(鐘罩體積為V L),在室內(nèi)調(diào)溫25 ℃,給予恒定適宜的光照60 min,然后遮光處理60 min。全程用CO2傳感器測(cè)定鐘罩內(nèi)CO2濃度的變化,得到圖2曲線。

圖1 圖2
(1)若要獲得小麥的真正光合速率,________(填“需要”或“不需要”)另設(shè)對(duì)照組。0~60 min小麥的真正光合速率為_(kāi)_______μ mol CO2/V L·h。(V是鐘罩體積)。
(2)實(shí)驗(yàn)10 min時(shí),小麥葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用所需CO2的來(lái)源是____________________。在停止光照的瞬間葉綠體內(nèi)C3的含量________。
解析:(1)前60分鐘測(cè)定凈光合速率,后60分鐘測(cè)定呼吸速率,不需要另設(shè)對(duì)照。真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率=(2 000-800)+(1 200-800)=1 600。(2)實(shí)驗(yàn)10 min時(shí),光合作用旺盛,葉綠體需要較多CO2,包括線粒體供給和胞外吸收。停止光照,缺少NADPH和ATP,不能還原C3,且短時(shí)間內(nèi)CO2的固定速率不變,C3含量增多。
答案:(1)不需要 1 600 (2)線粒體供給和胞外吸收 增多(或升高)
5.半葉法是總光合速率測(cè)定的常用方法,其一般實(shí)驗(yàn)步驟:①用刀片將葉柄的外皮環(huán)割處理,切斷韌皮部的物質(zhì)(如有機(jī)物)運(yùn)輸,但不切斷木質(zhì)部的導(dǎo)管;②選擇對(duì)稱(chēng)性較好的葉片,沿中央葉脈一半遮光,另一半不做任何處理;③經(jīng)一段時(shí)間(T)適宜的光照后,剪下葉片并將兩半對(duì)應(yīng)部位疊在一起,用大小適當(dāng)?shù)拇蚩灼髟谌~片的中部打下相同葉面積(A)的葉片,經(jīng)烘干后分別稱(chēng)重,遮光部分干重記為W1,曝光部分干重記為W2;④計(jì)算總光合速率。
(1)光照處理之前將葉柄的外皮環(huán)割處理,其目的是__________
________________________________________________________________。
(2)根據(jù)半葉法的實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)記錄整理出用有機(jī)物表示總光合速率的計(jì)算公式:?jiǎn)挝蝗~面積的總光合速率=________(用題中的字母表示)。
(3)重復(fù)以上實(shí)驗(yàn),同時(shí)將步驟③改為將葉片剪下經(jīng)酒精脫色處理后滴加碘液染色,比較遮光部分與曝光部分是否變藍(lán)。該實(shí)驗(yàn)________(填“能”或“不能”)說(shuō)明葉片在光下生成了淀粉,理由是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
解析:(1)已知植物的木質(zhì)部中導(dǎo)管主要運(yùn)輸水和無(wú)機(jī)鹽,而韌皮部中篩管主要運(yùn)輸糖類(lèi)等有機(jī)物,將葉柄的外皮環(huán)割處理的結(jié)果是切斷了糖類(lèi)(光合作用產(chǎn)物)等有機(jī)物的運(yùn)輸,沒(méi)有切斷水和無(wú)機(jī)鹽的運(yùn)輸。因此,環(huán)割是防止光合產(chǎn)物輸出而影響葉片的干重變化。(2)本小題注意需要求的是“單位葉面積的總光合速率”,此處需要分別得出總光合作用量(用有機(jī)物產(chǎn)生量表示)、葉面積和時(shí)間,即總光合作用量=W2-W1,因此,單位葉面積的總光合速率=總光合作用量/(葉面積×?xí)r間)=(W2-W1)/(A×T)。(3)回顧教材實(shí)驗(yàn)可知,先對(duì)植物進(jìn)行暗處理(饑餓處理)后,再進(jìn)行遮光和曝光處理,最后證明了光合作用產(chǎn)生淀粉,本題中葉片事先沒(méi)有經(jīng)過(guò)暗處理,無(wú)法排除葉片中原有淀粉的影響。
答案:(1)阻止韌皮部將光合作用的產(chǎn)物運(yùn)出葉片而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (2)(W2-W1)/(A×T) (3)不能 葉片事先沒(méi)有經(jīng)過(guò)暗處理,無(wú)法排除葉片中原有淀粉的影響
[技法總結(jié)]
1.“黑白瓶法”測(cè)定光合速率與呼吸速率
將裝有水和水生植物的黑、白瓶置于相同水層中,測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)瓶中溶解氧含量的變化,借此測(cè)定水生植物的光合速率。黑瓶不透光,瓶中生物僅能進(jìn)行呼吸作用;白瓶透光,瓶中生物可進(jìn)行光合作用和呼吸作用。因此,真正光合作用量(光合作用總量)=白瓶中氧氣增加量+黑瓶中氧氣減少量。
2.“半葉法”測(cè)定光合作用有機(jī)物的產(chǎn)生量
“半葉法”的原理是將對(duì)稱(chēng)葉片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做處理,并采用適當(dāng)?shù)姆椒?可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后,在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片,烘干稱(chēng)重,分別記為MA、MB,獲得相應(yīng)數(shù)據(jù),則可計(jì)算出該葉片的光合作用強(qiáng)度,其單位是mg/(dm2·h)。即M=MB-MA,M表示B葉片被截取部分在6小時(shí)內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量。
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1.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)為了研究某種樹(shù)木樹(shù)冠上下層葉片光合作用的特性,某同學(xué)選取來(lái)自樹(shù)冠不同層的A、B兩種葉片,分別測(cè)定其凈光合速率,結(jié)果如圖所示。據(jù)圖回答問(wèn)題:

(1)從圖可知,A葉片是樹(shù)冠________(填“上層”或“下層”)的葉片,判斷依據(jù)是_____________________________________________________________。
(2)光照強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),A葉片的凈光合速率開(kāi)始下降,但測(cè)得放氧速率不變,則凈光合速率降低的主要原因是光合作用的________反應(yīng)受到抑制。
(3)若要比較A、B兩種新鮮葉片中葉綠素的含量,在提取葉綠素的過(guò)程中,常用的有機(jī)溶劑是________。
解析:(1)樹(shù)冠下層葉片達(dá)到最大凈光合速率時(shí)所需的光照強(qiáng)度會(huì)低于上層葉片,故由圖中曲線可得出A葉片是樹(shù)冠下層葉片。(2)光照強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),A葉片的凈光合速率開(kāi)始下降,說(shuō)明CO2的吸收量減少,但測(cè)得放氧速率不變,由此可知,光反應(yīng)速率基本不變,因此,凈光合速率下降的主要原因是光合作用的暗反應(yīng)受到抑制。(3)常用有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇對(duì)葉綠素進(jìn)行提取。
答案:(1)下層 A葉片的凈光合速率達(dá)到最大時(shí)所需光照強(qiáng)度低于B葉片 (2)暗 (3)無(wú)水乙醇
2.(2017·全國(guó)卷Ⅰ)植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)是指由于CO2的限制,光合速率與呼吸速率相等時(shí)環(huán)境中的CO2濃度。已知甲種植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)大于乙種植物的?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)將正常生長(zhǎng)的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中,適宜條件下照光培養(yǎng)。培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)兩種植物的光合速率都降低,原因是________________________________________________________________________________________。甲種植物凈光合速率為0時(shí),乙種植物凈光合速率________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若將甲種植物密閉在無(wú)O2、但其他條件適宜的小室中,照光培養(yǎng)一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)植物的有氧呼吸增加,原因是
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
解析:考查影響光合作用與呼吸作用的因素。
(1)將正常生長(zhǎng)的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中,適宜條件下照光培養(yǎng),剛開(kāi)始時(shí)小室內(nèi)CO2濃度較高,光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度,一段時(shí)間后,CO2濃度降低,暗反應(yīng)受阻,進(jìn)而使兩種植物的光合速率都降低。甲種植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)大于乙種植物的,因此當(dāng)甲種植物的凈光合速率為0時(shí),CO2濃度達(dá)到甲種植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn),此時(shí)乙種植物光合作用強(qiáng)度仍大于呼吸作用強(qiáng)度,凈光合速率大于0。
(2)將甲種植物密閉在無(wú)O2、但其他條件適宜的小室中,該小室內(nèi)是有CO2的,植物可以進(jìn)行光合作用,甲種植物在光下進(jìn)行光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加,而O2與有機(jī)物分解產(chǎn)生的NADH發(fā)生作用形成水是有氧呼吸的一個(gè)環(huán)節(jié),所以當(dāng)O2增多時(shí),有氧呼吸會(huì)增加。
答案:(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量,使密閉小室中CO2濃度降低,光合速率也隨之降低 大于0 (2)甲種植物在光下光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加,而O2與有機(jī)物分解產(chǎn)生的NADH發(fā)生作用形成水是有氧呼吸的一個(gè)環(huán)節(jié),所以當(dāng)O2增多時(shí),有氧呼吸會(huì)增加
3.(2016·全國(guó)卷Ⅰ)為了探究生長(zhǎng)條件對(duì)植物光合作用的影響,某研究小組將某品種植物的盆栽苗分成甲、乙兩組,置于人工氣候室中,甲組模擬自然光照,乙組提供低光照,其他培養(yǎng)條件相同。培養(yǎng)較長(zhǎng)一段時(shí)間(T)后,測(cè)定兩組植株葉片隨光照強(qiáng)度變化的光合作用強(qiáng)度(即單位時(shí)間、單位葉面積吸收CO2的量),光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度的變化趨勢(shì)如圖所示?;卮鹣铝袉?wèn)題:

(1)據(jù)圖判斷,光照強(qiáng)度低于a時(shí),影響甲組植物光合作用的限制因子是________。
(2)b光照強(qiáng)度下,要使甲組的光合作用強(qiáng)度升高,可以考慮的措施是提高_(dá)_______(填“CO2濃度”或“O2濃度”)。
(3)播種乙組植株產(chǎn)生的種子,得到的盆栽苗按照甲組的條件培養(yǎng)T時(shí)間后,再測(cè)定植株葉片隨光照強(qiáng)度變化的光合作用強(qiáng)度,得到的曲線與甲組的相同。根據(jù)這一結(jié)果能夠得到的初步結(jié)論是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
解析:(1)根據(jù)圖示信息,對(duì)于甲組植物而言,當(dāng)光照強(qiáng)度低于a時(shí),隨光照強(qiáng)度的增加,光合作用強(qiáng)度逐漸升高,說(shuō)明限制其光合作用強(qiáng)度的主要因素為光照強(qiáng)度。(2)根據(jù)圖示信息,對(duì)于甲組植物而言,當(dāng)光照強(qiáng)度高于b時(shí),隨光照強(qiáng)度的增加,光合作用強(qiáng)度不變,說(shuō)明受其他環(huán)境因素的限制。由于光合作用需要不斷消耗環(huán)境中的CO2,故提高CO2濃度可使b光照強(qiáng)度下甲組的光合作用強(qiáng)度升高。(3)由題目信息可知,乙組和甲組是同一種植物,只是環(huán)境中的光照強(qiáng)度不同,雖然乙組植物在低光照環(huán)境中的光合作用強(qiáng)度低,但其子代在模擬自然光照下其光合作用強(qiáng)度仍然能夠升高,說(shuō)明乙組光合作用強(qiáng)度與甲組的不同是由環(huán)境因素低光照引起的,而非遺傳物質(zhì)的改變?cè)斐傻摹?br /> 答案:(1)光照強(qiáng)度 (2)CO2濃度 (3)乙組光合作用強(qiáng)度與甲組的不同是由環(huán)境因素低光照引起的,而非遺傳物質(zhì)的改變?cè)斐傻?br />

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