2022年（新教材）新高考生物一轮复习课件：第9讲　第2课时　光合作用的影响因素及应用.pptx

1、第第2 2课时课时 光合作用的影响因素及应用光合作用的影响因素及应用 第第3 3单元单元 2022 内 容 索 引 01 02 03 微专题微专题( (一一) ) 总光合速率、净光合速总光合速率、净光合速 率、呼吸速率的辨析与测定率、呼吸速率的辨析与测定 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 核心考点核心考点 能力提升能力提升 04 学科素养学科素养 达成评价达成评价 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 一、实验:探究环境因素(光照强弱)对光合作用强度的影响 1.实验原理:抽去圆形小叶片中的气体后,叶片在水中 ,光照下叶片 进行光合作用产生O2,O2充满细胞间隙,叶片又会 。光合作用越强, 单位

2、时间内圆形小叶片 的数量越多。 下沉 上浮 上浮 2.变量分析 自变量 设置方法 因变量 观察指标 通过调节光源 与实验装置间 的距离来设置 光合作用强度 (产氧量) 单位时间内被抽 去空气的圆形小 叶片上浮的数量 光照的强弱 3.实验流程 (1)打出圆形小叶片:用打孔器在 的绿叶上打出(直径为 0.6 cm)圆形小叶片30片。 (2)抽出叶片内气体:用注射器(内有清水、圆形小叶片)抽出叶片内气体(O2 等),圆形小叶片全部沉到水底。 (3)黑暗处理:将抽出内部气体的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中。 生长旺盛 (4)光照处理:取3只小烧杯,分别倒入富含 的清水,各放入10片圆形 小叶片,

3、用强、中、弱三种光照分别照射。 (5)观察并记录同一时间段内各实验装置中 。 CO2 圆形小叶片浮起的数量 4.实验现象与结果分析:光照越强,烧杯内圆形小叶片浮起的数量 , 说明在一定范围内,随着光照强度的不断增加,光合作用强 度 。 名师点睛(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值,而是光合作 用的净产值,即光合作用强度与细胞呼吸强度的差值。 (2)叶片浮起之前并不是不进行光合作用,而是其光合速率小于呼吸速率或 者是产生的O2量较少。 越多 不断增加 二、光合作用的影响因素及应用 1.光合作用的强度 (1)概念:植物在单位时间内通过光合作用制造 的数量。 (2)衡量指标 单位时间内光

4、合作用产生的有机物的量 单位时间内光合作用吸收 CO2的量 单位时间内光合作用放出O2的量 糖类 2.影响因素 (1)内部因素 植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如 图所示。 曲线分析:补偿点 、饱和点 应用:间作套种 阴生植物 植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。 曲线分析:段,随叶龄增大,叶面积增大,色素含量增大, 酶的含量和活性增大,光合速率加快。点之后,随叶龄 增大,色素、酶含量减少,酶活性减弱,光合速率减慢 应用:适时摘除老叶 (2)外部因素 光照强度 原理:影响光反应阶段,制约 ATP 及 NADPH 的产生,进而制约暗反应 应用:温室大棚适当提高光照强度

5、(如 阴天时补光)可以提高光合作用速率 CO2浓度 原理:影响暗反应阶段,制约C3的生成 应用:大田中增加空气流动,以增加 CO2浓度,如“正其行,通其风”;温室 中可增施有机肥,以增大 CO2浓度 温度 原理:通过影响酶活性进而影响光合作用 应用:大田中适时播种;温室中,适当增 加昼夜温差,保证植物有机物的积累 必需矿质元素(N、P、Mg、K等) 原理:可通过所构成的与光合作用相关的化合物, 对光合作用产生直接或间接影响(如K +可影响光 合产物的运输和积累) 应用:合理施肥促进叶面积增大,提高酶合成速率, 加快光合作用速率;施用有机肥,有机肥被微生物 分解后既可补充 CO2又可提供各种矿质

6、元素 3.在生产实践中的应用 实 例 原 理 间作套种 有利于改善作物的通风、透光条件,提高光能 利用率 冬季大棚内应白天适当 提高温度,晚上适当降低 温度 白天有光,适当升温能提高光合速率;晚上无光, 适当降温可降低细胞呼吸对有机物的消耗 “正其行,通其风” 合理密植,通风透气,有利于充分利用光能和 CO2,有利于光合作用的进行 合理灌溉 缺少水分会导致植物叶片气孔关闭,CO2供应不 足 三、光合作用与细胞呼吸的关系 1.物质方面 C:CO2C6H12O6C3H4O3 O:H2OO2 H:H2ONADPHC6H12O6NADHH2O CO2 H2O 2.能量方面 光能 有机物中稳定的化学能

7、ATP 中活跃的化学 能各项生命活动 ATP中活跃的化学能 热能 概念检测 基于对光合作用的影响因素及应用的理解,判断下列表述是否正确。 (1)光照越弱,阴生植物光合作用越强;光照越强,阳生植物光合作用越强。 ( ) (2)净光合速率长期为零会导致幼苗停止生长。( ) (3)外界环境中的CO2通过气孔进入叶肉细胞被利用。( ) (4)与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间短。( ) (5)有色大棚主要透过同色光,其他光被大量吸收,所以无色透明的大棚中 农作物的产量较高。( ) (6)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。( ) (7)种植农作物不宜过密,要保证良好的通风,以增

8、加植株周围的CO2浓度。 ( ) (8)在光合作用的相关实验中,可以通过测定绿色植物在光照条件下CO2的 吸收量、O2释放量以及有机物的积累量来体现植物实际光合作用的强度。 ( ) (9)某一光照强度下,检测到新鲜叶片与外界气体的净交换为零,则可判断 出此叶片没有进行光合作用。( ) (10)夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,可提高作 物产量。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 教材拓展 1.(人教版必修1 P106“拓展应用”)北方夏季中午时,光照强度很强,植物出现 “午休”现象的原因是 。 2.(人教版必修1

9、 P106“拓展应用”)将正常生长的某种植物放置在一密闭小 室中,适宜条件下照光培养。培养后发现该植物的光合速率降低,原因 是 。 提示 光照强度过强,温度升高,导致气孔关闭,细胞CO2供应不足,光合作 用减弱 提示 植物在光下光合作用吸收CO2的量大于细胞呼吸释放CO2的量,使 密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之降低 核心考点核心考点 能力提升能力提升 考点一考点一 环境因素对光合作用强度的影响及应用环境因素对光合作用强度的影响及应用 合作探究合作探究 探究1单因素对光合作用的影响分析 小麦植株进行光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 和30 。右图 表示在一定CO2浓度、环境温度为

10、25 、不同光照强度条件下测得的小 麦叶片的光合作用强度(以CO2吸收量表示)。分析回答下列问题。 (1)上图曲线中,当光照强度为X时,叶肉细胞中产生ATP的场所有哪些? 提示 细胞质基质、线粒体和叶绿体。 (2)B点的生理学含义是什么?在其他条件不变的情况下,将温度调节到30 ,上图曲线中A点和B点将如何移动? 提示 B点表示光合作用的速率(或强度)与细胞呼吸的速率(或强度)相等。 温度由25 调至30 ,光合速率下降,呼吸速率上升,A点向下移动,B点向 右移动。 (3)图中C点以后限制光合作用强度继续上升的环境因素是什么?依此原理, 在农业生产中可采取哪些具体措施提高小麦产量? 提示 CO

11、2浓度。施用有机肥、合理密植等。 (4)合理密植、间作套种、“正其行通其风”、“土不翻,苗不欢”分别考虑哪 种因素对作物产量的影响? 提示 合理密植:降低种内竞争强度,使植物能接受更充分的光照。间作套 种:阳生植物和阴生植物对光照的要求不同,合理搭配,提高光能利用率,增 加产量。“正其行通其风”:强化空气流通,为植物光合作用提供更多二氧化 碳,增强光合作用的暗反应过程。“土不翻,苗不欢”,说明松土能增强根的 细胞呼吸,提供更多能量,促使矿质离子的吸收。但大面积地松土也能带来 水土流失或温室效应等环境问题。 探究2多因素对光合作用的影响分析 据图分析多因素对光合作用的影响。 图中:a.高CO2浓

12、度,b.中CO2浓度,c.低CO2浓度; 高光强,中光强,低光强。 (1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么? 提示 P点之前,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,依次为光 照强度、光照强度和温度。 (2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因 素吗?此时的限制因素分别是什么? 提示 Q点之后横坐标所表示的因子不完全是影响光合速率的主要因素, 此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度、光照强度和温度。 (3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处? 提示 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素,增加了 土壤的肥力,另外还释放出热量和CO2,增

13、加了大棚内的温度和CO2浓度,有 利于植物光合作用的进行。 方法技巧1.多因素对光合作用影响的曲线分析方法 解答受多因素影响的光合作用曲线题时,找出曲线的限制因素是关键。具 体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化,将多因素 转变为单一因素,从而确定限制因素。当曲线上标有条件时,说明因变量受 横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提,如最 适温度下测得,则应该考虑温度以外的影响因素。 2.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 细胞呼吸速率增加,

14、其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。 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。 考向突破考向突破 考向1 单因素对光合作用的影响 1.(2020浙江1月选考,节选)某同学进行“探究环境因素对光合作用的影响” 的活动,以黑藻、NaHCO3溶液、精密pH试纸、100 W聚光灯、大烧杯和 不同颜色的玻璃纸等为材料用具。回答下列问题。 (1)选用无色、绿色、红色和蓝色的4种玻璃

15、纸分别罩住聚光灯,用于探 究 。在相同时间内,用 玻璃纸罩 住的实验组O2释放量最少。光合色素主要吸收 光,吸收的 光能在叶绿体内将H2O分解为 。 光波长对光合作用的影响 绿色 红光和蓝紫 H+、e-和O2 (2)用精密试纸检测溶液pH来估算光合速率变化,其理由 是 ,引起溶液pH的改变。 (3)若将黑藻从适宜温度移到高温的溶液环境,一段时间后,其光合作用的 强度和细胞呼吸的强度分别将 ,其主要原因 是 。 黑藻将溶液中的CO2转化为有机物 减弱、减弱 高温导致酶的结构改变,活性下降 解析 (1)选用无色、绿色、红色和蓝色的4种玻璃纸分别罩住聚光灯,来制 造不同波长的光,可以用于探究光波长对

16、光合作用的影响。由于叶绿体中 的色素几乎不吸收绿光,所以在相同时间内,用绿色玻璃纸罩住的实验组O2 释放量最少。光合色素主要吸收红光和蓝紫光,吸收的光能在叶绿体内将 H2O分解为H+、e-和O2。(2)实验中黑藻光合作用所需的CO2可来自 NaHCO3溶液,随着光合作用的进行,溶液中的CO2越来越少,导致溶液pH逐 渐升高,所以可以用精密试纸检测溶液pH来估算光合速率变化。(3)若将 黑藻从适宜温度移到高温的溶液环境,一段时间后,由于高温导致酶的结构 改变,酶活性下降,其光合作用的强度和细胞呼吸的强度均将减弱。 归纳总结在影响光合作用的因素中,光照强度、温度、CO2浓度等是外界 影响因素,而影

17、响光合作用的内部因素通常指的是植物自身的遗传特性、 叶龄、叶面积指数、色素的含量、酶的数量(或活性)、C5的含量等。回 答影响光合作用的因素这类问题时,要注意审清题中需要回答的是外界 影响因素还是内部影响因素;针对曲线模型,在曲线上升阶段,限制因素 为横坐标表示的因子,当曲线不再上升时,要对内部因素(如色素含量、酶 活性等)和环境因素(如温度、CO2浓度等)进行分析;若为表格,则应先将 表格信息转化成曲线图再进行分析。 考向2 多因素对光合作用的影响 2.(2020湖南长沙模拟)电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。 在温室中同时增补电场和增施CO2,蔬菜产量可提高70%左右,这就是著

18、名 的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合 作用强度影响的实验,绘制如下曲线。据图回答下列问题。 (1)第1组实验的作用是 。在饱和光照强度下,该实验的自变量 是 。 (2)第1组实验和第2组实验的曲线比较,说 明 。 (3)根据实验曲线可知,在相同光照强度下,为了最大限度地增加作物产量, 可以采取的措施是 。 答案 (1)对照 电场强度和CO2浓度 (2)强电场可以提高植物的光合作用 强度 (3)增补电场和增施CO2 解析 (1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度,属于对照组,起对照 作用。饱和光照强度下,实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组

19、 实验和第2组实验对比,二者的自变量为电场强度,第2组实验的净光合作用 强度大于第1组实验,而二者的细胞呼吸强度相等,因此说明强电场可以提 高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知,同一光照强度下净光合作用强 度最大的是第4组实验,因此为了最大限度地增加作物产量,可增加电场强 度和提高CO2浓度。 3.(2020山东青岛一模)兴趣小组研究温度及氮肥(硝酸盐)使用量对植物总 光合速率的影响。他们将生理状态相同的实验植物随机分成9组,分别设 置不同的温度和施氮量,给予适宜的光照,一段时间后分别测量实验容器内 CO2的减少量。结果如图所示,请回答下列问题。 (1)N 被植物根细胞吸收的方式是 。氮元

20、素吸收后被运 送到叶肉细胞内可用于合成多种化合物,其中NADPH的作用 是 。 (2)与其他组比较,3、6、9组结果出现的最可能原因 是 。 (3)上述实验数据不足以得出实验结论,原因 是 ,完善的方法 是 。 O3 - 答案 (1)主动运输 为光合作用暗反应阶段提供还原剂和部分能量 (2) 所施氮肥浓度过高,根细胞渗透失水,影响植株的生命活动 (3)仅测量获 得实验条件下的净光合速率 在黑暗条件下重复上述实验,测量获得各组 实验条件下的呼吸速率,进而计算获得总光合速率 解析 (1)植物根细胞吸收无机盐离子的方式是主动运输。光合作用光反 应产生的NADPH用于C3的还原,同时NADPH属于高能

21、化合物,因此 NADPH的作用是为光合作用暗反应阶段提供还原剂和部分能量。(2)图中 的3、6、9组是不同温度下的高施氮量处理,据图发现,3、6、9组的净光合 速率低于对照组,可能原因是所施氮肥浓度过高,根细胞渗透失水过多,影 响植株的生命活动。(3)实验目的是研究温度及氮肥(硝酸盐)使用量对植 物总光合速率的影响,图中仅测量了实验条件下的净光合速率,缺少呼吸速 率的测定,因此还需要在黑暗条件下重复该实验,测量获得各组实验条件下 的呼吸速率,进而计算获得总光合速率。 考点二考点二 光合作用与细胞呼吸的关系光合作用与细胞呼吸的关系 合作探究合作探究 探究光合作用与细胞呼吸相关曲线分析 图13是光

22、合作用、细胞呼吸相关曲线图,据图分析下列问题。 (1)图1中,交点D对应E,此时净光合量为 ,植物生长最快的点 是 。 (2)图2中,a、b间的差值(a-b)为 ,交点F的含 义是光合强度 呼吸强度,相对于图1中的 。 (3)图3中,曲线c表示 ,与图2中曲线a表示含义 (填 “相同”或“不相同”)。交点G的含义是 =呼吸强度, 此点植物 (填“能”或“不能”)生长。 0 B 净光合强度或有机物积累量 =(等于) D点和E点 净光合强度 不相同 净光合强度 能 考向突破考向突破 考向1 光合作用与细胞呼吸的关系 1.(2020全国)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促 进作物的生

23、长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。 (1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措 施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点 即可)。 (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。 (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。从 提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择 这两种作物的理由是 。 作 物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光

24、饱和点/(mol m-2 s-1) 1 200 1 180 560 623 答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进 根系的细胞呼吸 (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系 吸收 (3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可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 解析 (1)中耕能够除去杂草,减少杂草与农作物对水分、矿质元素和光的 竞争;可以增加土壤氧气含量,促进根系的细胞呼吸,进而促进根对矿质元 素的吸收;促进土壤微生物对腐殖质的分解,加速物质的循环利用。(2)浇 水可以降低土壤溶液的浓度,

25、防止植物因过度失水而死亡;肥料中的矿质元 素只有溶解在水中才能被作物根系吸收。(3)不同株高的农作物间作可避 免相互遮挡,且植株高的农作物接收的光照多,光饱和点应较高,植株矮的 农作物接收的光照少,光饱和点应较低。结合表中信息可知,作物A和C符 合条件。 2.(2020海南)在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光 合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题。 (1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限 制因素是 ;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强 度 。 (2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两 块,10-14时在A菜

26、地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A 菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因 是 。 (3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得 棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜 地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和细胞呼吸的原理分析,原因 是 。 答案 (1)光照强度 下降 (2)B菜地光照强度过高,导致蔬菜气孔关 闭,CO2吸收受阻,光合作用速率降低 (3)C菜地的温度上升,光合作用有关 酶活性下降,细胞呼吸有关酶活性增加,C菜地的净光合速率降低,产量下降 解析 (1)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加,与10时相

27、比,7 时光照强度弱,此时,影响光合作用的主要因素是光照强度;10时到12时,从 图中分析可知,该蔬菜的光合作用强度在降低。(2)光合作用在一定范围内 随光照强度的增加而增加,当光照强度持续增加同时温度上升,会对植物组 织内部灼烧,导致部分气孔关闭,植物从外界吸收CO2受阻,植物暗反应受到 限制,光合作用强度降低。(3)当温度升高后,与光合作用有关的酶会由于 温度过高而活性降低,光合作用强度降低,细胞呼吸有关酶的最适温度高于 光合作用有关酶的最适温度,呼吸速率上升,最终导致净光合速率降低,蔬 菜的有机物积累减少,产量降低。 考向2 光合作用与细胞呼吸曲线中“关键点”移动方向的分析 3.(多选)

28、科研人员在最适温度和某一光照强度下,测得甲、乙两种植物的 光合速率随环境中CO2浓度的变化曲线,结果如图。相关叙述错误的是 ( ) A.根据甲、乙两曲线均可看出高浓度的CO2会抑 制光合作用的进行 B.C点时,植物甲与植物乙合成有机物的量相等 C.A点时植物甲细胞内产生ATP的细胞器有线粒 体和叶绿体 D.若适当增大光照强度D点将向右移动 答案 ABC 解析 CO2是光合作用的原料,从甲曲线不能看出高浓度的CO2会抑制光 合作用的进行,A项错误;C点时,由于植物甲比植物乙的细胞呼吸强度大,植 物甲比植物乙合成的有机物的量大,B项错误;A点时,植物甲细胞只进行细 胞呼吸,产生ATP的细胞器只有线

29、粒体,C项错误;若适当增大光照强度,则光 反应强度增大,暗反应强度也会随之增大,因此暗反应消耗的CO2增多,D点 将向右移动,D项正确。 考向3 光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析 4.某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况,设计了由透明的玻璃 罩构成的小室(如图甲所示)。 (1)将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜小室内植物O2释放速率的变 化,得到如图乙所示曲线,那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环 境因素是 ;装置刻度管中液滴移到最右点是在 一天中的 时。 (2)在实验过程中某段光照时间内,记录液滴的移动,获得以下数据: 每隔20 min记录一次刻度数据 24 29 32 3

30、4 该组实验数据是在图乙曲线的 段获得的。 (3)图乙中E与F相比,E点时刻C3的合成速率 (填“快”或“慢”);为测定该 植物总光合作用的速率,设置了对照组,对照组置于遮光条件下,其他条件 与实验组相同。测得单位时间内,实验组读数为m,对照组读数为n,该植物 总光合作用的速率是 。 (4)图C表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的 变化。不考虑光照对温度的影响,那么植物在d时,单位时间内细胞从周围 环境吸收 个单位的CO2。 答案 (1)光照强度、温度 18 (2)DE或FG (3)慢 m-n或(m+|n|) (4)2 解析 (1)影响光合作用的因素主要有光照强度、温

31、度、CO2浓度等。图甲 是密闭装置,内有CO2缓冲液,说明实验过程中CO2浓度始终不变,那么影响 小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素就只有光照强度和温度。 装置刻度管中液滴移动是由O2的增减造成的,只要有O2释放(净光合速率 大于零),液滴就会右移。图乙中G点表示光合速率与呼吸速率相等,超过该 点将消耗O2,所以G点对应的18时储存O2最多。(2)表格中数据表明,O2的产 生速率在逐渐减小,与图乙曲线上的区段DE和FG相对应,因为这两个区段 所对应的时间段内光合速率逐渐变小,即产生O2的速率逐渐减小。 (3)图乙中E与F相比,E点时刻由于气孔部分关闭,植物体对CO2的吸收减少, 进而导致

32、C3的合成速率变慢。图乙中表示的是净光合速率的变化,如果要 测定该植物总光合作用的速率,还需要测定呼吸速率,具体做法是设置对照 组,对照组的装置与图甲装置完全相同,只是需要将对照组的实验装置遮光 放在与甲相同的环境条件下。若测得单位时间内,实验组读数为m,对照组 读数为n,该植物总光合作用的速率=净光合速率+细胞呼吸速率=m-n或 m+|n|。(4)光照强度为d时,单位时间内O2产生总量为8个单位,而植物细胞 呼吸释放的CO2为6个单位,细胞从周围环境吸收2个单位的CO2。 归纳总结提高大棚内农作物产量的途径 途 径 具体方法和注意事项 延长光照时 间 夜间适当补充光照:最好选择日光灯,时间不

33、能太长,保证 经济效益 增大光合面 积 合理密植:要适度,避免相互遮光造成减产 间作套种:要选择合适的两种作物,减少竞争导致的减产 提高光合作 用强度 提高CO2浓度:如适当通风、施用农家肥 合理施肥:如农家肥和化肥配合使用,还要避免施肥过度 造成“烧苗” 提高净光合 作用速率 适当增大昼夜温差:白天适当升温,夜间适当降温,增加有 机物的积累量 微专题微专题( (一一) ) 总光合速率、净光总光合速率、净光 合速率、呼吸速率的辨析与测定合速率、呼吸速率的辨析与测定 1. 厘清净光合速率和总光合速率的内涵 在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2的增加量、 CO2的减少量或有

34、机物的增加量,用于表示净光合速率,而总光合速率=净 光合速率+呼吸速率。 项目 表示方法 净光合 速率 “测定的”植物(叶片)CO2的吸收量或“实验容器内”CO2的 减少量;“植物(叶片)”O2的释放量或“容器内”O2的增加量; 植物(叶片)“积累”葡萄糖的量或植物(叶片)质量(有机物) 的增加量 总光合 速率 叶绿体“吸收”CO2的量;叶绿体“释放”O2的量;植物或 叶绿体“产生”葡萄糖的量 呼吸速率 黑暗条件下,植物CO2释放量、O2吸收量或葡萄糖消耗量 注:若试题以坐标曲线形式出现,光照强度为0时,CO2的释放量或O2的吸收 量为呼吸速率;如果光合速率数值有负值,则为净光合速率。 【典例

35、1】 (2020浙江7月选考)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于 含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中 光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙 述正确的是( ) A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速 率 B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破 碎叶绿体的相比,光合速率偏大 C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与 图中BC段对应的关系相似 D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系 与图中AB段对应的关系相似 答案 A 解析 测得

36、植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率, 而分离得到的叶绿体的光合速率,就是总光合速率,A项正确;破碎叶绿体, 其叶绿素释放出来,被破坏,导致消耗二氧化碳减少,测得的光合速率与无 破碎叶绿体的相比,光合速率偏小,B项错误;若该植物较长时间处于遮阴环 境,光照不足,光反应减弱,影响碳反应速率,蔗糖合成一直较少,C项错误;若 该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣, 在叶片积累,光合速率下降,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中BC 段对应的关系相似,D项错误。 2.常考曲线分析 甲 点:黑暗条件下细胞呼 吸所释放的 CO2量 点:光补偿点 点:光饱和点

37、 :净光合作用强度 :总光合作用强度 乙 曲线:总光合作用强度 曲线:细胞呼吸强度 间的差值(-):净光合作用强度或有机物积累量 交点:总光合作用强度 = 细胞呼吸强度 (此时净光合速率 = 0,植物不能生长) 丙 曲线:净光合作用强度 曲线:细胞呼吸强度 + :总光合作用强度 交点:净光合作用强度 = 细胞呼吸强度 (此时植物仍能生长,曲线与横轴相交时, 净光合作用量降为 0,植物不能生长) 注:总光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交点表示光合作用速率= 细胞呼吸速率,但不要认为净光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交 点也表示光合作用速率=细胞呼吸速率,此时总光合作用速率是细胞呼吸 速率

38、的两倍。 【典例2】 (2020山东临沂一模)温度 对植物光合作用的不利影响包括低温 和高温,低温又可分为冷害和冻害两种。 冷害通常是指在112 以下植物所遭 受的危害;冻害是指温度在0 以下,引 起细胞结冰而使植物受到伤害。大豆 植株光合作用、细胞呼吸与温度的关 系如图,AD点分别表示曲线中不同的 交点。回答下列问题。 (1)净光合速率是指 。图中 A点和 点对应,在025 范围内,光合速率明显比呼吸速率升高得快, 说明 。 (2)(多选)在010 ,大豆植株的光合速率明显下降,可能原因是 ( ) A.低温引起叶片的部分气孔关闭,造成CO2供应不足 B.低温降低酶的活性,使CO2的固定和还原

39、速率显著下降 C.暗反应过程受阻,不能为光反应及时供应原料,阻碍了光反应进行 D.低温环境使植物接收更多光能维持体温,光合作用利用的光能减少 E.光合产物运输速率下降,致使在叶肉细胞积累,反过来抑制光合作用 F.低温使细胞质流动性减弱,不利于叶绿体调整方向充分接受光照 G.低温降低了生物膜的流动性,影响物质运输使光合作用减弱 (3)当温度高于30 时,大豆植株光合速率随温度升高明显下降的主要原 因是 (至少答 出两点)。 (4)在其他条件适宜情况下,探究适合大豆植株生长的最适温度。请简要写 出实验设计思路和预期结果。 答案 (1)绿色植物单位时间内单位叶面积有机物的积累量(或单位时间内 光合作

40、用生成有机物的量与细胞呼吸消耗有机物的量之差) B 此温度 范围内随温度的升高,光合作用酶的活性比细胞呼吸酶的活性增加得更快、 活性更高,对光合作用的影响更大 (2)ABCEFG (3)高温引起催化光合作 用的酶活性降低,甚至变性破坏;高温下蒸腾速率增高,导致气孔关闭,使 CO2供应不足;高温导致叶绿体结构变化,甚至受损等 (4)实验思路:取生 长状况相同的健壮大豆植株若干,均分成56个实验组,分别置于2030 范围内的一系列温度梯度下、其他条件相同且适宜的环境中培养,测量不 同温度下的CO2吸收量(或干物质的增加量),根据测量结果判断最适温度 所在的温度区间,然后缩小温度梯度范围继续重复实验

41、。预期结果:测得的 CO2吸收量最高值对应的温度即为适合大豆植株生长的最适温度。 解析 (1)净光合速率是指绿色植物单位时间内单位叶面积有机物的积累量, 或单位时间内光合作用生成有机物的量与细胞呼吸消耗有机物的量之差。 图中的A点表示净光合速率为零,即总光合速率与呼吸速率相等,和B点对 应。光合作用和细胞呼吸所需的酶并不相同,它们的最适温度也不一样,在 025 范围内,光合速率比呼吸速率升高得快,说明此温度范围内随温度 的升高,对光合作用的酶更适宜,光合作用酶的活性比细胞呼吸酶的活性增 加得更快、活性更高,对光合作用的影响更大。(2)低温引起叶片的部分气 孔关闭,从而导致CO2的供应量不足,使

42、得光合速率下降,A项正确;低温使酶 的活性降低,进而导致CO2的固定和还原速率降低,B项正确;暗反应通过为 光反应提供ADP、Pi、NADP+等物质影响光反应速率,C项正确;植物的体 温维持并非靠光能的分配来决定,D项错误;低温可能影响光合产物的运输, 使光合产物积累,抑制光合作用的进行,E项正确;叶绿体呈椭球形或球形, 正常情况下可以通过调整方向来改变受光面积,低温可以影响细胞质的流 动,可能会影响叶绿体接受光能,F项正确;低温影响生物膜的流动性,影响对 光合作用原料和产物的运输,进而抑制光合作用,G项正确。(3)高温环境对 植物光合作用的影响是多方面的,可能是影响了相关酶的活性,或者是造成

43、 气孔关闭,影响CO2的供应,或者直接破坏了叶绿体的结构,使其受损。(4) 本实验的目的是探究适合大豆植株生长的最适温度,所以实验自变量为温 度,因变量可以用单位时间内CO2的吸收量或者有机物的积累量来表示, 故实验思路为取生长状况相同的健壮大豆植株若干,均分成56个实验组, 分别置于2030 范围内的一系列温度梯度下、其他条件相同且适宜的 环境中培养,测量不同温度下的CO2吸收量(或干物质的增加量),根据测量 结果判断最适温度所在的温度区间,然后缩小温度梯度范围继续重复实验。 实验的预期结果为测得的CO2吸收量最高值对应的温度即为适合大豆植 株生长的最适温度。 3. 气体体积变化法测光合作用

44、产生O2(或消耗CO2)的体积 (1)装置中溶液的作用:在测细胞呼吸速率时,NaOH溶液可吸收容器中的 CO2;在测净光合速率时,NaHCO3溶液可提供CO2,以保证容器内CO2浓度的 恒定。 (2)测定原理 在黑暗条件下,甲装置中的植物只进行细胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了 细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2 吸收速率,可代表呼吸速率。 在光照条件下,乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO3 溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离 表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率。 总光合速率=净光合速率+呼吸速率。 (3)

45、测定方法 将植物(甲装置)置于黑暗中一定的时间,记录红色液滴移动的距离,计算 呼吸速率。 将同一植物(乙装置)置于光下相同时间,记录红色液滴移动的距离,计算 净光合速率。 根据呼吸速率和净光合速率计算得到总光合速率。 (4)物理误差的校正:为减小气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置 对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距 离对原实验结果进行校正。 【典例3】 (2020山东淄博模拟)如图1,将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内, 在室内调温25 ,给予恒定适宜的光照60 min,然后遮光处理60 min。全程 用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化,得到图2曲线。据

46、图回答下列各 题。 (1)若要获得小麦的总光合速率, (填“需要”或“不需要”)另设 对照组。060 min小麦的总光合速率为 mol CO2/(L h)。 (2)实验10 min时,小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源 是 。在停止光照后,短时 间内叶绿体内C3的含量 。 4. “黑白瓶”测透光、不透光两瓶中O2的剩余量“黑瓶”不透光,测定的 是有氧呼吸量,“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。“黑白瓶”试题是 一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题。 一般规律如下:总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸消 耗量(强度);在有初始值的情况下,黑瓶中O

47、2的减少量(或CO2的增加量) 为有氧呼吸量,白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量,两者 之和为总光合作用量;没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶 中测得的现有量=总光合作用量。 答案 (1)不需要 1 600 (2)线粒体供给和胞外吸收 增多(或升高) 解析 总光合速率=净光合速率(光照条件)+呼吸速率(黑暗条件)。由CO2 浓度曲线可知,060 min,光照条件下CO2浓度降低,小麦光合作用强度大于 细胞呼吸强度;60120 min,黑暗条件下CO2浓度上升,小麦进行细胞呼吸。 (1)由图2曲线可知,前60 min测定的是净光合速率为1 200 mol CO2/(L

48、h), 后60 min测定的是呼吸速率为400 mol CO2L-1h-1,则总光合速率=1 200 十400=1 600mol CO2/(L h)。(2)实验10 min时,光合作用强度大于细 胞呼吸强度,植物表现为吸收CO2,此时植物光合作用所需CO2来源于外界 环境和线粒体。光照停止,光反应停止,不再产生ATP和NADPH,短时间 内,C5与CO2反应生成C3的速率不变;随着ATP、NADPH含量的减少,C3被 还原成C5的速率下降,因此C3含量增多。 【典例4】 (2019全国)回答下列与生态系统相关的问题。 (1)在森林生态系统中,生产者的能量来自 ,生产者的能量可以 直接流向 (答

49、出2点即可)。 (2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出 生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若 要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系 统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另 两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处, 若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下 列问题。 在甲、乙瓶中生产者细胞呼吸相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中 C与A的差值表示这段时间内 ;C与B的差 值表示这段时间内 ;A与B的差 值表示这段时

50、间内 。 答案 (1)太阳能 初级消费者、分解者 (2)生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者细 胞呼吸的耗氧量 解析 (1)在森林生态系统中,生产者主要是光能自养型的绿色植物,其能量 来自太阳能。生产者固定的能量可以通过食物链流向初级消费者,通过枯 枝败叶等流向分解者。(2)在不透光的玻璃瓶中,生产者只进行细胞呼吸, 不进行光合作用。在透光的玻璃瓶中,生产者既进行光合作用,又进行细胞 呼吸。生产者光合作用的总放氧量=生产者净光合作用的放氧量+生产者 细胞呼吸的耗氧量。A为水体初始溶氧量,处理后乙瓶中的O2含量(C)与A 的差值为生产者净光合作用的放氧量;A与处理后甲瓶中的