資源簡介

【備考2024】一輪新人教版生物學學案
第三單元　細胞代謝
第5講　光合作用與能量轉化(Ⅱ)
考點1　光合作用的影響因素及應用
一、光合作用的強度
植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
二、影響光合作用強度的因素
1．影響光合作用原料(水、CO2)、動力(光能)供應的因素：環境中CO2濃度、葉片氣孔開閉情況、光照強度、光質和光照時間等。
2．影響葉綠體的形成和結構的因素：無機營養、病蟲害等。
3．影響酶活性的因素：溫度、pH等。
如圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題。(必修1　P106“拓展應用”)
(1)7～10時的光合作用強度不斷增強的原因是_____________________________
_____________________________________________________________________。
(2)10～12時左右的光合作用強度明顯減弱的原因是_______________________
_____________________________________________________________________。
(3)14～17時的光合作用強度不斷下降的原因是____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)依據本題提供的信息，提出提高綠色植物光合作用強度的一些措施：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：(1)光照強度逐漸增大　(2)此時溫度很高，導致氣孔大量關閉，CO2無法進入葉片組織，致使光合作用暗反應受到限制　(3)光照強度不斷減弱
(4)可以利用溫室大棚控制光照強度、溫度的方式，如補光、遮陰、生爐子、噴淋降溫等，提高綠色植物光合作用強度
1．生長于較弱光照條件下的植物，當提高CO2濃度時，其光合速率未隨之增加，主要限制因素是光照強度。 (√)
2．延長光照時間能提高光合作用強度。 (×)
提示：延長光照時間只能提高光合作用的產物量，不能提高光合作用強度。
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，這是由于水既是光合作用的原料，又是光合產物在植物體內運輸的主要介質。 (√)
5．夏季晴天，植物出現光合“午休”現象的主要原因是環境中CO2濃度過低。 (×)
提示：出現光合“午休”現象是因為夏季中午溫度過高，引起氣孔關閉，CO2吸收減少，而不是環境中CO2濃度過低。
1．大棚種植使用有機肥有利于增產，請從影響光合作用的因素角度分析原因。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：有機肥在被微生物分解的時候會產生無機鹽并釋放CO2，為光合作用提供原料
2．土壤板結，光合速率下降的原因是___________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：土壤板結，導致土壤中缺氧，根細胞進行無氧呼吸，產生的ATP減少，供給根細胞用于礦質元素吸收的能量減少，光合色素的合成和酶數量減少，光合作用減弱
1．光照強度對光合作用的影響及應用
(1)原理：光照強度影響光反應階段，制約ATP及NADPH的產生，進而制約暗反應。
(2)曲線分析
①A點：光照強度為0，只進行細胞呼吸，AB段光合作用強度小于細胞呼吸強度；
B點：光補償點(光合作用強度與細胞呼吸強度相等時的光照強度)；
BD段：光合作用強度大于細胞呼吸強度；
C點：光飽和點(光照強度達到C點后，光合作用強度不再隨著光照強度的增大而加強)。
②實線表示陽生植物，虛線表示陰生植物。
(3)應用：陰生植物的光補償點和光飽和點都較陽生植物低，間作套種農作物和冬季溫室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2濃度對光合作用的影響及應用
(1)原理：CO2濃度通過影響暗反應階段，制約C3的生成。
(2)曲線分析
圖甲　　　　　　　 圖乙
圖甲中A點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補償點，而圖乙中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度；兩圖中的B點和B′點都表示CO2飽和點，兩圖都表示在一定范圍內，光合作用速率隨CO2濃度增加而增大。
(3)應用
①大田要“正其行，通其風”，多施有機肥。
②溫室內可通過放干冰，使用CO2生成器，施用農家肥，與豬舍、雞舍連通等方法適當提高CO2濃度。
3．溫度對光合作用的影響及應用
(1)原理：溫度通過影響光合酶的活性影響光合作用強度。
(2)曲線分析
光合作用強度和細胞呼吸強度都受溫度的影響，但光合作用相關酶對溫度反應更為敏感。
(3)應用：溫室栽培植物時，白天調到光合作用最適溫度，以提高光合作用強度；晚上適當降低溫室內溫度，以降低細胞呼吸強度，保證植物有機物的積累。
4．水對光合作用的影響及應用
(1)原理：水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質，如植物缺水導致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分還能影響氣孔的開閉，間接影響CO2進入植物體內。
(2)曲線分析
圖1　　　　 　　　　圖2
圖1表明在農業生產中，可根據作物的需水規律，合理灌溉。圖2曲線上E處光合作用強度暫時降低，是因為溫度高，氣孔關閉，影響了CO2的供應。
(3)應用：預防干旱，合理灌溉。
5．礦質元素對光合作用的影響及應用
(1)原理：礦質元素是參與光合作用的許多重要化合物的組成成分，缺乏會影響光合作用的進行。例如，N是酶的組成元素，N、P是ATP、磷脂的組成元素，Mg是葉綠素的組成元素等。
(2)曲線分析
在一定濃度范圍內，增大必需礦質元素的供應，可提高光合作用強度；但當超過一定濃度后，會因土壤溶液的濃度過高，植物滲透失水導致植物光合作用強度下降。
(3)應用：合理施肥、補充土壤中的礦質元素。
6．光照強度、CO2濃度和溫度對光合作用的綜合影響及應用
(1)常見曲線
圖中：a．高CO2濃度　b．中CO2濃度　c．低CO2濃度
①高光強　②中光強　③低光強
(2)曲線分析
P點：限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨著因子的不斷加強，光合速率不斷提高。
Q點：橫坐標所表示的因子不再是影響光合速率的因素，影響因素主要為各曲線所表示的因子。
(3)應用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當增加CO2濃度，進一步提高光合速率；當溫度適宜時，可適當增加光照強度和CO2濃度以提高光合速率。
7．光合作用與細胞呼吸曲線中的“關鍵點”移動
(1)細胞呼吸對應點(A點)的移動：細胞呼吸增強，A點下移；細胞呼吸減弱，A點上移。
(2)補償點(B點)的移動
①細胞呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。
②細胞呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。
(3)飽和點(C點)和D點的移動：相關條件的改變(如增大光照強度或增大CO2濃度)使光合速率增大時，C點右移，D點上移的同時右移；反之，移動方向相反。
1．生長環境中的CO2濃度由1%降低到0.03%時，植物的光飽和點和光補償點如何變化，原因是什么？
提示：光飽和點降低，因為CO2濃度降低時，暗反應的強度低，所需要的ATP和NADPH少。光補償點升高，因為在合成有機物的量不變時，CO2濃度降低，所需要的光照強度增大。
2．有研究表明，干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以某植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。
實驗思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
預期結果：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
提示：取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度。預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變。將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。　ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。
考查環境因素影響光合作用強度的坐標曲線分析
1．(2022·湖北黃岡高三調研)將某植物置于密閉的容器中，測量其單位時間內CO2的吸收量與光照強度、溫度等的關系，結果如圖所示。下列相關敘述，正確的是(　　)
A．與17 ℃相比，22 ℃條件下呼吸速率更大
B．當植物缺鎂時，B點向左移，E點向左下方移
C．植物在C、D兩點時光合作用合成有機物的量相同
D．限制E點光合速率的主要因素是光照強度和溫度
A　[當光照強度為0時，不能進行光合作用，即曲線與縱軸的交點，據圖可知，與17 ℃相比，22 ℃條件下呼吸速率更大，A正確；植物缺鎂時，葉綠素無法合成，光合作用下降，一般不影響呼吸作用，B點時光合作用等于呼吸作用，此時要增大光照強度才能彌補缺鎂引起的光合作用下降，因此B點向右移，E是光飽和點，E點向左下方移，B錯誤；實際光合作用等于凈光合作用＋呼吸作用，植物在C、D兩點凈光合作用相同，但22 ℃條件下呼吸速率更大，因此D點光合作用合成有機物的量較大，C錯誤；據圖可知，E點已經達到光飽和點，光照強度此時不是限制因素，此時限制E點光合速率的主要因素是溫度和二氧化碳濃度，D錯誤。]
2．(2022·北京等級考)光合作用強度受環境因素的影響。車前草的光合速率與葉片溫度、CO2濃度的關系如下圖。據圖分析不能得出(　　)
A．低于最適溫度時，光合速率隨溫度升高而升高
B．在一定的范圍內，CO2濃度升高可使光合作用最適溫度升高
C．CO2濃度為200 μL·L-1時，溫度對光合速率的影響小
D．10 ℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續增大
D　[分析題圖可知，當CO2濃度一定時，光合速率會隨著溫度的升高而增大，達到最適溫度時，光合速率達到最大值，之后隨著溫度的繼續升高而減小，A正確。分析題圖可知，當CO2濃度為200 μL·L-1時，最適溫度為25 ℃左右；當CO2濃度為370 μL·L-1時，最適溫度為30 ℃左右；當CO2濃度為1 000 μL·L-1時，最適溫度大于CO2濃度為370 μL·L-1時的最適溫度，可以表明在一定范圍內，CO2濃度的升高會使光合作用最適溫度升高，B正確。分析題圖可知，當CO2濃度為200 μL·L-1時，光合速率隨溫度的升高變化程度不大，在溫度升高時，光合速率在10 μmol CO2·m-2·s-1附近波動，而CO2濃度為其他數值時，光合速率隨著溫度的升高變化程度較大，曲線有較大的變化趨勢，所以表明CO2濃度為200 μL·L-1時，溫度對光合速率影響小，C正確。分析題圖可知，10 ℃條件下，CO2濃度為200 μL·L-1至370 μL·L-1時，光合速率有顯著提高，而370 μL·L-1至1 000 μL·L-1時，光合速率無明顯的提高趨勢，而且370 μL·L-1時與1 000 μL·L-1時的光合速率數值接近，所以不能表明10 ℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續增大，D錯誤。]
考查環境因素影響光合作用強度的實驗分析
3．(2022·廣東惠州調研)某研究性學習小組采用盆栽實驗，探究土壤干旱對某種植物葉片光合速率的影響。實驗開始時土壤水分充足，然后實驗組停止澆水，對照組土壤水分條件保持適宜，實驗結果如下圖所示。下列有關分析錯誤的是(　　)
　
甲　　　　　　　　　乙
A．葉片光合速率隨干旱時間延長而呈下降趨勢
B．葉片光合速率下降先于葉片葉綠素含量下降
C．實驗2～4 d，光合速率下降是由葉片葉綠素含量下降引起的
D．持續嚴重干旱，對植物的光反應和暗反應均有可能產生影響
C　[從圖甲中可以看出，隨干旱時間延長，葉片光合速率呈下降趨勢，A正確；比較圖甲和圖乙，圖甲中光合速率在第2 d就開始下降，而圖乙中葉綠素含量在第4 d才開始下降，因此葉片光合速率下降先于葉片葉綠素含量下降，B正確；圖乙中，實驗2～4 d中葉片葉綠素含量并沒有下降，但甲圖中光合速率已經下降，C錯誤；持續嚴重干旱，植物的葉綠素含量下降，對植物的光反應有直接影響，干旱還會導致氣孔關閉，葉片中CO2濃度下降，進而引起暗反應下降，D正確。]
4．(2022·廣東選擇性考試)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養10天后(圖a)，測定相關指標(圖b)，探究遮陰比例對植物的影響。
圖a
圖b
回答下列問題：
(1)結果顯示，與A組相比，C組葉片葉綠素含量________，原因可能是______
_____________________________________________________________________。
(2)比較圖b中B1與A組指標的差異，并結合B2相關數據，推測B組的玉米植株可能會積累更多的________________，因而生長更快。
(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結果，作出該條件可能會提高作物產量的推測，由此設計了初步實驗方案進行探究：
實驗材料：選擇前期________一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。
實驗方法：按圖a所示的條件，分A、B、C三組培養玉米幼苗，每組30株；其中以________為對照，并保證除________外其他環境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。
結果統計：比較各組玉米的平均單株產量。
分析討論：如果提高玉米產量的結論成立，下一步探究實驗的思路是________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)分析圖b結果可知，培養10天后，A組葉綠素含量為4.2，C組葉綠素含量為4.7，原因可能是遮陰條件下植物合成較多的葉綠素，以盡可能地吸收光能。(2)由圖b可知，B組的凈光合速率大于A組和C組，推測B組可能會積累更多的糖類等有機物，因而生長更快。(3)分析題意可知，該實驗的目的是探究B組條件下是否提高作物產量。該實驗自變量為玉米遮陰比例，因變量為作物產量，可用籽粒重量表示。實驗設計應遵循對照原則、單一變量原則、等量原則等，無關變量應保持相同且適宜，故實驗設計如下：實驗材料：選擇前期光照等培養條件一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。實驗方法：按圖a所示條件，分為A、B、C三組培養玉米幼苗，每組30株；其中以A組為對照，并保證除遮陰比例外其他環境條件一致，收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。結果統計：比較各組玉米的平均單株產量。分析討論：如果B組遮陰比例下能提高作物產量，則下一步需要探究能提高作物產量的具體的最適遮陰比例。
[答案]　(1)高　遮陰條件下植物合成較多的葉綠素　(2)糖類等有機物　(3)光照等培養條件　A組　遮陰比例　探究能提高作物產量的具體的最適遮陰比例
考查光合作用影響因素的生產應用
5．(2021·遼寧選擇性考試)植物工廠是通過光調控和通風控溫等措施進行精細管理的高效農業生產系統，常采用無土栽培技術。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．可根據植物生長特點調控光的波長和光照強度
B．應保持培養液與植物根部細胞的細胞液濃度相同
C．合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量
D．適時通風可提高生產系統內的CO2濃度
B　[不同植物對光的波長和光照強度的需求不同，可根據植物生長特點調控光的波長和光照強度，A正確；為保證植物的根能夠正常吸收水分，該系統應控制培養液的濃度小于植物根部細胞的細胞液濃度，B錯誤；適當提高白天的溫度可以促進光合作用的進行，讓植物合成更多的有機物，而夜晚適當降溫則可以抑制其呼吸作用，使其少分解有機物，合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量，C正確；適時通風可提高生產系統內的CO2濃度，進而提高光合作用的速率，D正確。]
6．(2021·海南等級考)植物工廠是全人工光照等環境條件智能化控制的高效生產體系。生菜是植物工廠常年培植的速生蔬菜。回答下列問題。
(1)植物工廠用營養液培植生菜過程中，需定時向營養液通入空氣，目的是________________________。除通氣外，還需更換營養液，其主要原因是_____
_____________________________________________________________________。
(2)植物工廠選用紅藍光組合LED燈培植生菜，選用紅藍光的依據是_________
_____________________________________________________________________。
生菜成熟葉片在不同光照強度下光合速率的變化曲線如圖，培植區的光照強度應設置在________點所對應的光照強度；為提高生菜產量，可在培植區適當提高CO2濃度，該條件下B點的移動方向是________。
　
(3)將培植區的光照/黑暗時間設置為14 h/10 h，研究溫度對生菜成熟葉片光合速率和呼吸速率的影響，結果如圖，光合作用最適溫度比呼吸作用最適溫度________；若將培植區的溫度從T5調至T6，培植24 h后，與調溫前相比，生菜植株的有機物積累量________。
[解析]　(1)營養液中的生菜長期在液體的環境中，根得不到充足的氧，影響呼吸作用，從而影響生長，培養過程中要經常給營養液通入空氣，其目的是促進生菜根部細胞呼吸；營養液中的無機鹽在培植生菜的過程中會被大量吸收，因此更換營養液的主要原因是為生菜提供大量的無機鹽，以保證生菜的正常生長。(2)葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，所以選用紅藍光組合LED燈培植生菜可以提高植物的光合作用，從而提高生菜的產量；B點為光飽和點對應的最大光合速率，因此培植區的光照強度應設置在B點所對應的光照強度，根據題干“為提高生菜產量，可在培植區適當提高CO2濃度”可知：該條件下光合速率增大，則B點向右上方移動。(3)根據曲線可知：在此曲線中光合速率的最適溫度為T5，而在該實驗溫度范圍內呼吸速率的最適溫度還未出現，所以光合作用最適溫度比呼吸作用最適溫度低。若將培植區的溫度從T5調至T6，導致光合速率減小而呼吸速率增大，生菜植株的有機物積累量將減少。
[答案]　(1)促進生菜根部細胞呼吸　為生菜提供大量的無機鹽，以保證生菜的正常生長　(2)葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，選用紅藍光可以提高植物的光合作用，從而提高生菜的產量　B　右上方　(3)低　減少
考點2　(探究·實踐)探究環境因素對光合作用強度的影響
1．實驗原理
(1)利用抽氣法排出葉片細胞間隙中的氣體，使其沉入水中。
(2)通過LED臺燈與燒杯之間的距離控制光照強度。
(3)光合作用的過程中產生O2的多少與光合作用強度密切相關，O2積累在細胞間隙從而使下沉的葉片上浮。因此可依據一定時間內圓形小葉片上浮的數量，來比較光合作用強度。
2．實驗步驟及操作要點
實驗步驟 操作要點
①制備圓形小葉片 取生長旺盛的綠葉，用直徑為0.6 cm的打孔器打出圓形小葉片30片(避開大的葉脈)
②排出細胞間隙中的氣體 a．將圓形小葉片和適量清水置于注射器，排出注射器內的空氣；b．用手指堵住注射器前端的小孔并緩慢地拉動活塞，使圓形小葉片內的氣體逸出。重復幾次，直到圓形小葉片全部沉到水底
③分裝圓形小葉片 a．將上述處理過的圓形小葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用；b．向3只小燒杯分別倒入富含CO2的清水；c．將待用圓形小葉片各10片分別放入3只小燒杯中
④給予不同的光照強度 分別取離LED臺燈10 cm、20 cm、30 cm(對應編號為1、2、3)的位置，把3個燒杯分別放在這3個位置上，打開臺燈
⑤觀察并記錄 觀測并記錄單位時間內3個燒杯中葉片上浮的數量，或者是浮起相同數量的葉片所用時間長短
3．實驗結論
在一定光照強度范圍內，光合作用強度隨光照強度的增強而增強。
1．實驗結果的生理狀態分析
(1)在黑暗情況下，植物葉片只進行細胞呼吸，吸收O2，產生的CO2較易溶于水，所以葉片沉在水底。細胞生理狀態如圖1：
圖1
(2)在弱光下，此時的光合作用小于或等于細胞呼吸，葉片中仍然沒有足夠的O2，葉片仍然沉在水底。細胞生理狀態如圖2和圖3：
圖2　　　　　　　　圖3
(3)在中、強光下，光合作用大于細胞呼吸，葉片中會有足夠的O2產生，從而充滿了細胞間隙并釋放到外界一部分，使葉片浮起來。細胞生理狀態如圖4：
圖4
2．“葉片上浮法”應用中的三點注意
(1)葉片上浮的原因是光合作用產生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面認為只是光合作用產生了O2。
(2)打孔時要避開大的葉脈，因為葉脈中沒有葉綠體，而且會延長圓形小葉片上浮的時間，影響實驗結果的準確性。
(3)為確保溶液中CO2含量充足，圓形小葉片可以放入NaHCO3溶液中。
1．(2022·重慶巴蜀中學檢測)取生長旺盛的綠葉，用打孔器獲取直徑大小相同的若干圓形小葉片，用于“探究光照強度對光合作用強度的影響”，該實驗中最簡便直觀的檢測指標是單位時間內(　　)
A．圓形小葉片二氧化碳的吸收量
B．圓形小葉片氧氣的釋放量
C．圓形小葉片有機物的增加量
D．圓形小葉片浮起的數量
D　[光合作用是綠色植物通過葉綠體利用光能把二氧化碳和水，轉變成儲存能量的有機物并釋放氧氣的過程。圓形小葉片經過處理，最后觀察到會浮起，原因是葉片進行光合作用產生的氧氣大于有氧呼吸消耗的氧氣。本實驗的自變量是光照強度，因變量是植物的光合作用強度，故圓形小葉片二氧化碳的吸收量、圓形小葉片氧氣的釋放量及圓形小葉片有機物的增加量都可以作為檢測指標，但單位時間內圓形小葉片浮起的數量可直接觀察計數，是該實驗中最簡便直觀的檢測指標，故D符合題意。]
2．(2023·江蘇南通聯考)如圖是某中學生物興趣小組為探究二氧化碳濃度對光合作用的影響而設計的裝置圖，相關敘述不正確的是(　　)
A．黑藻的成熟程度、水溫的變化、NaHCO3濃度均屬于無關變量
B．對照組中的蒸餾水應煮沸后冷卻，以去除水中的二氧化碳
C．分別在距離實驗組和對照組黑藻10 cm處放置臺燈，作為光源
D．一段時間后測量記錄液面高度的變化，推測光合速率的變化
A　[黑藻的成熟程度、水溫的變化屬于無關變量，NaHCO3濃度是自變量，A錯誤；對照組中的蒸餾水應煮沸后冷卻，以去除水中的二氧化碳，排除水中原有二氧化碳對實驗的干擾，B正確；分別在距離實驗組和對照組黑藻10 cm處放置臺燈作為光源，可保證各組光照強度一致，排除無關變量光照強度的干擾，C正確；光合作用產生的氧氣可使裝置中液面高度發生變化，以在一段時間后測量記錄液面高度的變化，來推測光合速率的變化，D正確。]
3．(2022·海南等級考)某小組為了探究適宜溫度下CO2對光合作用的影響，將四組等量菠菜葉圓片排氣后，分別置于盛有等體積不同濃度NaHCO3溶液的燒杯中，從燒杯底部給予適宜光照，記錄葉圓片上浮所需時長，結果如圖。下列有關敘述正確的是(　　)
A．本實驗中，溫度、NaHCO3濃度和光照都屬于自變量
B．葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率
C．四組實驗中，濃度為0.5%的NaHCO3溶液中葉圓片光合速率最高
D．若在4 ℃條件下進行本實驗，則各組葉圓片上浮所需時長均會縮短
B　[本實驗的目的是探究適宜溫度下CO2對光合作用的影響，自變量為CO2濃度(NaHCO3濃度)，溫度和光照為無關變量，A錯誤；當光合作用產生的氧氣大于細胞呼吸釋放的氧氣時，葉圓片上浮，葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率，B正確；四組實驗中，濃度為0.5%的NaHCO3溶液中葉圓片上浮需要的時間最長，光合速率最小，C錯誤；若在4 ℃條件下進行本實驗，由于低溫會使酶的活性降低，凈光合速率可能降低，故各組葉圓片上浮所需時長可能均會延長，D錯誤。]
1．核心概念
(必修1 P105)光合作用強度：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
2．結論語句
(1)(必修1 P105)只要影響到光合作用的原料、能量的供應，都可能是影響光合作用強度的因素。
(2)(必修1 P105)影響葉綠體的形成和結構的因素，會影響光合作用強度。
(3)(必修1 P105)影響酶活性的因素，也是光合作用強度的影響因素。
1．(2022·山東等級考)強光條件下，植物吸收的光能若超過光合作用的利用量，過剩的光能可導致植物光合作用強度下降，出現光抑制現象。為探索油菜素內酯(BR)對光抑制的影響機制，將長勢相同的蘋果幼苗進行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強光照射，實驗結果如圖所示。
分組 處理
甲 清水
乙 BR
丙 BR＋L
(1)光可以被蘋果幼苗葉片中的色素吸收，分離蘋果幼苗葉肉細胞中的色素時，隨層析液在濾紙上擴散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是________。
(2)強光照射后短時間內，蘋果幼苗光合作用暗反應達到一定速率后不再增加，但氧氣的產生速率繼續增加。蘋果幼苗光合作用暗反應速率不再增加，可能的原因有______________________、________________(答出兩種原因即可)；氧氣的產生速率繼續增加的原因是____________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)據圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光抑制________(填“增強”或“減弱”)；乙組與丙組相比，說明BR可能通過_______________________發揮作用。
[解析]　(1)蘋果幼苗葉肉細胞中的色素有葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿卜素，其中胡蘿卜素在層析液中溶解度最大，故色素分離時，隨層析液在濾紙上擴散速度最快的色素是胡蘿卜素，主要吸收藍紫光。(2)影響光合作用的外界因素有光照強度、CO2的含量、溫度等；其內部因素有酶的活性、色素的數量、五碳化合物的含量等。強光照射后短時間內，蘋果幼苗光合作用暗反應達到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供應不足、CO2供應不足；氧氣的產生速率繼續增加的原因是強光照射后短時間內，光反應速率增強，水光解產生的氧氣速率增強。(3)據圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光合作用強度較高，說明加入BR后光抑制減弱；乙組用BR處理，丙組用BR和試劑L處理，與乙組相比，丙組光合作用強度較低，由于試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成，說明BR可能通過促進光反應關鍵蛋白的合成發揮作用。
[答案]　(1)藍紫光　(2)五碳化合物供應不足　CO2供應不足　強光照射后短時間內，光反應速率增強，水光解產生的氧氣速率增強　(3)減弱　促進光反應關鍵蛋白的合成
2．(2022·湖南選擇性考試)將純凈水洗凈的河沙倒入潔凈的玻璃缸中制成沙床，作為種子萌發和植株生長的基質。某水稻品種在光照強度為8～10 μmol/(s·m2)時，固定的CO2量等于呼吸作用釋放的CO2量；日照時長短于12小時才能開花。將新采收并解除休眠的該水稻種子表面消毒，浸種1天后，播種于沙床上。將沙床置于人工氣候室中，保濕透氣，晝/夜溫為35 ℃/25 ℃，光照強度為2 μmol/(s·m2)，每天光照時長為14小時。回答下列問題：
(1)在此條件下，該水稻種子________(填“能”或“不能”)萌發并成苗(以株高≥2厘米，至少1片綠葉視為成苗)，理由是______________________________
_____________________________________________________________________。
(2)若將該水稻適齡秧苗栽植于上述沙床上，光照強度為10 μmol/(s·m2)，其他條件與上述實驗相同，該水稻________(填“能”或“不能”)繁育出新的種子，理由是________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(答出兩點即可)。
(3)若該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農田)，為防鳥害、鼠害減少雜草生長，須灌水覆蓋，該種子應具有____________特性。
[解析]　(1)種子萌發形成幼苗的過程中，消耗的能量主要來自種子胚乳中儲存的有機物，因此在光照強度為2 μmol/(s·m2)，每天光照時長為14小時，雖然光照強度低于光補償點，但光照有利于葉片葉綠素的形成，種子仍能萌發并成苗。(2)將該水稻適齡秧苗栽植于上述沙床上，光照強度為10 μmol/(s·m2)，等于光補償點，每天光照時長為14小時，此時光照時沒有有機物的積累，黑暗中細胞呼吸仍需消耗有機物，且每天光照時長大于12小時，植株不能開花，因此該水稻不能繁育出新的種子。(3)該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農田)，為防鳥害、鼠害減少雜草生長，須灌水覆蓋，此時種子獲得氧氣較少，可通過無氧呼吸分解有機物供能，無氧呼吸產生的酒精對種子有一定的毒害作用，推測該種子應具有耐受酒精毒害的特性。
[答案]　(1)能　種子萌發形成幼苗的過程中，消耗的能量主要來自種子胚乳中儲存的有機物，且光照有利于葉片葉綠素的形成　(2)不能　光照強度為10 μmol/(s·m2)，等于光補償點，每天光照時長為14小時，此時光照時沒有有機物的積累，黑暗中細胞呼吸仍需消耗有機物，故全天沒有有機物積累；且每天光照時長大于12小時，植株不能開花　(3)耐受酒精毒害
3．(2022·湖北選擇性考試)不同條件下植物的光合速率和光飽和點(在一定范圍內，隨光照強度的增加，光合速率增大，達到最大光合速率時的光照強度稱為光飽和點)不同，研究證實高濃度臭氧(O3)對植物的光合作用有影響。用某一高濃度O3連續處理甲、乙兩種植物75天，在第55天、65天、75天分別測定植物凈光合速率，結果如圖1、圖2和圖3所示。
圖1　　　　　　　　　　　　圖2
圖3
注：曲線1：甲對照組，曲線2：乙對照組，曲線3：甲實驗組，曲線4：乙實驗組。
回答下列問題：
(1)圖1中，在高濃度O3處理期間，若適當增加環境中的CO2濃度，甲、乙植物的光飽和點會________(填“減小”“不變”或“增大”)。
(2)與圖3相比，圖2中甲的實驗組與對照組的凈光合速率差異較小，表明
_____________________________________________________________________。
(3)從圖3分析可得到兩個結論：①O3處理75天后，甲、乙兩種植物的________________________________________，表明長時間高濃度的O3對植物光合作用產生明顯抑制；②長時間高濃度的O3對乙植物的影響大于甲植物，表明___________________________________________。
(4)實驗發現，處理75天后甲、乙植物中的基因A表達量都下降，為確定A基因功能與植物對O3耐受力的關系，使乙植物中A基因過量表達，并用高濃度O3處理75天。若實驗現象為_______________________，則說明A基因的功能與乙植物對O3耐受力無關。
[解析]　(1)限制光飽和點的環境因素有溫度、CO2濃度，圖1中，在高濃度O3處理期間，當光照強度增大到一定程度時，凈光合速率不再增大，出現了光飽和現象，若適當增加環境中的CO2濃度，甲、乙植物的光飽和點會增大。(2)據圖可見，用某一高濃度O3連續處理甲植物不同時間，與圖3相比，圖2中甲的實驗組與對照組的凈光合速率差異較小，表明高濃度O3處理甲的時間越短，對甲植物光合作用的影響越小。(3)據圖3可見，O3處理75天后，曲線3凈光合速率小于曲線1、曲線4凈光合速率小于曲線2，即甲、乙兩種植物的實驗組的凈光合速率均明顯小于對照組，表明長時間高濃度的O3對植物光合作用產生明顯抑制；曲線4凈光合速率比曲線3下降更大，即長時間高濃度O3對乙植物的影響大于甲植物，表明長時間高濃度O3對不同種類植物光合作用產生的抑制效果有差異。(4)實驗發現，處理75天后甲、乙植物中的基因A表達量都下降，為確定A基因功能與植物對O3耐受力的關系，自變量是A基因功能，因此可以使乙植物中A基因過量表達，并用高濃度O3處理75天，比較A基因過量表達與表達量下降時的凈光合速率，若兩種條件下乙植物的凈光合速率相同，則說明A基因的功能與乙植物對O3耐受力無關。
[答案]　(1)增大　(2)高濃度臭氧處理甲的時間越短，對甲植物光合作用的影響越小　(3)實驗組的凈光合速率均明顯小于對照組　長時間高濃度O3對不同種類植物光合作用產生的抑制效果有差異　(4)A基因過量表達與表達量下降時，乙植物的凈光合速率相同
(教師用書獨具)
1．(2021·福建選擇性考試)大氣中濃度持續升高的CO2會導致海水酸化，影響海洋藻類生長進而影響海洋生態。龍須菜是我國重要的一種海洋大型經濟藻類，生長速度快，一年可多次種植和收獲。科研人員設置不同大氣CO2濃度(大氣CO2濃度LC和高CO2濃度HC)和磷濃度(低磷濃度LP和高磷濃度HP)的實驗組合進行相關實驗，結果如下圖所示。
圖1
圖2
回答下列問題：
(1)本實驗的目的是探究在一定光照強度下，_______________________________
_____________________________________________________________________。
(2)ATP水解酶的主要功能是______________。ATP水解酶活性可通過測定
_______________________________________________________________表示。
(3)由圖1、2可知，在較強的光照強度下，HC＋HP處理比LC＋HP處理的龍須菜凈光合速率低，推測原因是在酸化環境中，龍須菜維持細胞酸堿度的穩態需要吸收更多的礦質元素，因而細胞________增強，導致有機物消耗增加。
(4)由圖2可知，大氣CO2條件下，高磷濃度能________龍須菜的凈光合速率。磷等礦質元素的大量排放導致了某海域海水富營養化，有人提出可以在該海域種植龍須菜。結合以上研究結果，從經濟效益和環境保護的角度分析種植龍須菜的理由是____________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)本實驗的目的是探究在一定光照強度下，不同CO2濃度和磷濃度對龍須菜ATP水解酶活性和凈光合速率的影響。(2)酶具有專一性，ATP水解酶的主要功能是催化ATP水解；酶活性可通過產物的生成量或底物的消耗量進行測定，由于ATP的水解產物是ADP和Pi，故ATP水解酶活性可通過測定單位時間磷酸的生成量或單位時間ADP的生成量或單位時間ATP的消耗量表示。(3)凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率，由圖1、2可知，在較強的光照強度下，HC＋HP處理比LC＋HP處理的龍須菜凈光合速率低，推測原因是在酸化環境中，龍須菜維持細胞酸堿度的穩態需要吸收更多的礦質元素，礦質元素的吸收需要能量，因而細胞呼吸增強，導致有機物消耗增加。(4)由圖2可知，大氣CO2條件(LC組)下，HP組(高磷濃度)的凈光合速率＞LP組(低磷濃度)，故推測高磷濃度能提高龍須菜的凈光合速率；結合以上研究結果，從經濟效益和環境保護的角度分析種植龍須菜的理由是龍須菜在高磷條件下能快速生長，收獲經濟效益的同時，能降低海水中的磷等礦質元素的濃度，保護海洋生態。
[答案]　(1)不同CO2濃度和磷濃度對龍須菜ATP水解酶活性和凈光合速率的影響　(2)催化ATP水解　單位時間磷酸的生成量(或單位時間ADP的生成量或單位時間ATP的消耗量)　(3)呼吸作用　(4)提高　龍須菜在高磷條件下能快速生長，收獲經濟效益的同時，能降低海水中的磷等礦質元素的濃度，保護海洋生態
2．(2021·河北選擇性考試)為探究水和氮對光合作用的影響，研究者將一批長勢相同的玉米植株隨機均分成三組，在限制水肥的條件下做如下處理：(1)對照組；(2)施氮組，補充尿素(12 g·m-2)；(3)水＋氮組，補充尿素(12 g·m-2)同時補水。檢測相關生理指標，結果見下表。
生理指標 對照組 施氮組 水＋氮組
自由水/結合水 6.2 6.8 7.8
氣孔導度 (mmol·m-2·s-1) 85 65 196
葉綠素含量 (mg·g-1) 9.8 11.8 12.6
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：氣孔導度反映氣孔開放的程度。
回答下列問題：
(1)植物細胞中自由水的生理作用包括___________________(寫出兩點即可)等。補充水分可以促進玉米根系對氮的________，提高植株氮供應水平。
(2)參與光合作用的很多分子都含有氮。氮與________離子參與組成的環式結構使葉綠素能夠吸收光能，用于驅動______________兩種物質的合成以及________的分解；RuBP羧化酶將CO2轉變為羧基加到________分子上，反應形成的產物被還原為糖類。
(3)施氮同時補充水分增加了光合速率，這需要足量的CO2供應。據實驗結果分析，葉肉細胞CO2供應量增加的原因是__________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)自由水是細胞內的良好溶劑，許多種物質溶解在自由水中；細胞內的許多生化反應也都需要水的參與，如光合作用、細胞呼吸等；植物的大多數細胞必須浸潤在以水為基礎的液體環境中；自由水在植物體內的流動還可以運送營養物質和代謝廢物。氮肥可溶解在水中，補充水分可以促進玉米根系對氮的吸收和運輸，從而提高植株氮供應水平。(2)鎂是組成葉綠素的重要元素，在葉綠體類囊體薄膜上，利用色素捕獲的光能可進行水的光解，產生NADPH和ATP。暗反應進行時，CO2在RuBP羧化酶的作用下與C5結合形成C3，C3最終被還原成糖類。(3)葉綠體吸收光能的能力加強，水的光解速率加快，使得光反應速率加快，還原CO2的速率加快；施氮同時補充水分使氣孔導度增大，有利于外界CO2進入葉肉細胞，為暗反應提供原料。
[答案]　(1)是細胞內的良好溶劑；參與細胞內的某些生化反應；為細胞提供液體環境；運送營養物質和代謝廢物(寫出兩點即可)　吸收和運輸　(2)鎂　NADPH和ATP　水　C5　(3)葉綠體吸收光能的能力加強，水的光解速率加快，使得光反應速率加快，還原CO2的速率加快；施氮同時補充水分使氣孔導度增大，有利于外界CO2進入葉肉細胞，為暗反應提供原料
課時分層作業(十)　光合作用與能量轉化(Ⅱ)
1．(2021·湖南選擇性考試)綠色植物的光合作用是在葉綠體內進行的一系列能量和物質轉化過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用
B．在暗反應階段，CO2不能直接被還原
C．在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，葉片的光合速率會暫時下降
D．合理密植和增施有機肥能提高農作物的光合作用強度
A　[弱光條件下，植物沒有O2的釋放是因為此時呼吸作用強度大于光合作用強度，并不是未進行光合作用，A錯誤；在光合作用暗反應階段，CO2一般要與C5結合生成C3后才被還原，B正確；在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，短時間內使得光合作用產物輸出受阻，對光合作用過程起抑制作用，葉片的光合速率會暫時下降，C正確；合理密植(增加受光面積、增加CO2濃度)和增施有機肥(提供無機鹽和CO2)均可在一定程度上提高農作物的光合作用強度，D正確。]
2．圖甲中試管A與試管B敞口培養相同數量的小球藻，研究光照強度對小球藻O2凈釋放量的影響，試管A的結果如圖乙所示。據圖分析，下列敘述正確的是(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．Q點的O2凈釋放量為零，是因為此點光合作用強度為零
B．P點為負值的原因是細胞呼吸消耗氧氣，適當降低溫度，P點將下移
C．在圖乙上繪制試管B的結果曲線，Q點應右移
D．降低CO2濃度時，在圖乙上繪制試管A的結果曲線，R點應右移
C　[Q點的O2凈釋放量為零，因為此點光合速率與呼吸速率相等，A項錯誤；適當降低溫度，P點將上移，B項錯誤；試管B中是缺鎂培養液，小球藻合成的葉綠素較少，吸收光能較少，需要的光補償點增大，故Q點右移，C項正確；降低CO2濃度時，凈光合速率降低，R點左下移，D項錯誤。]
3．(2022·湖北武漢檢測)自然條件下植物所處的光環境非常復雜，其中強光和弱光都是植物經常遭遇的環境光照強度。將黃瓜盆栽苗分為3個組處理：T1組為持續5 h強光，然后持續5 h弱光；T2組是強光和弱光每3 min更替1次，總時間為10 h；T3為完全弱光處理10 h。處理結束后測量了幼苗干重、葉綠素含量及葉綠素a/b的值等指標，結果如圖。下列分析正確的是(　　)
A．T2組較T1組幼苗干重偏低是由光照強度減弱所致
B．T2組處理后導致葉綠素a含量降低較葉綠素b更加明顯
C．T3組葉綠素含量增加但幼苗干重下降與CO2供應不足有關
D．光照能量相同時，穩定光照比更替頻繁光照更有利于幼苗的生長
D　[T2組和T1組的自變量是強光和弱光替換的頻率，而不是光照強度，A錯誤；T2組葉綠素a/b的值最大，所以葉綠素b含量降低較葉綠素a更加明顯，B錯誤；T3組是一直在弱光條件下處理，所以其幼苗干重下降主要與光照強度降低有關，C錯誤；比較T1和T2組可知，穩定的光照有利于幼苗的生長，D正確。]
4．(2022·山東菏澤一模)在適宜溫度和大氣CO2濃度條件下，測得某森林中四種主要喬木幼苗葉片的生理指標(如表)。下列分析正確的是(　　)
物種指標 構樹 刺槐 香樟 胡頹子
光補償點(千勒克斯) 6 4 1.8 1.1
光飽和點(千勒克斯) 13 9 3.5 2.6
A．光照強度為1.1千勒克斯時，胡頹子幼苗的凈光合速率小于零
B．光照強度為10千勒克斯時，影響構樹和刺槐幼苗光合速率的環境因素都有光照強度和CO2濃度
C．若將光照強度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗葉綠體中的CO2會增加
D．光照強度大于13千勒克斯時，構樹幼苗光合作用固定的CO2全部來自外界
A　[光照強度為1.1千勒克斯時，胡頹子幼苗葉片達到光補償點，此時葉片的光合速率等于呼吸速率，但由于幼苗中有部分細胞不能進行光合作用，而且還要進行呼吸作用，因此整個幼苗的凈光合速率小于零，A正確；光照強度為10千勒克斯時，構樹還沒有達到光飽和點，此時影響構樹的環境因素主要是光照強度，而光照強度為10千勒克斯時，刺槐已經達到光飽和點，此時影響刺槐的環境因素主要是CO2濃度，B錯誤；若將光照強度突然由2千勒克斯增加到3千勒克斯，香樟幼苗的光合速率增加，吸收更多的CO2，因此其葉綠體中的CO2會減少，C錯誤；光照強度大于13千勒克斯時，構樹幼苗光合作用固定的CO2部分來自自身呼吸，部分來自外界，D錯誤。]
5．(2021·河北石家莊模擬)為了探究CO2對葉綠體代謝和光合作用的影響，研究人員將番茄植株置于CO2濃度分別為400 μL·L-1和1 000 μL·L-1的培養室中，生長一段時間后，測定葉綠體中光合色素含量、淀粉合成量和植株高度等指標，結果如表所示，下列敘述正確的是(　　)
CO2濃度 (μL·L-1) 葉綠素a (μg·m-2) 葉綠素b (μg·m-2) 淀粉合成量 (μg·m-2) 植株高 度(cm)
400 43.5 11.9 40.7 26.8
1 000 35.2 9.4 50.5 41.4
A．高濃度CO2增強了葉綠體的光吸收能力
B．據此推測，日光溫室中補充適量CO2能夠有效提高農作物有機物合成量
C．高濃度CO2降低了色素的含量及葉綠素a/b的值
D．高濃度CO2對于葉綠體基質中進行的卡爾文循環具有抑制作用
B　[依照題意，高濃度的CO2導致葉綠素a和葉綠素b的含量降低，從而降低了葉綠體的光吸收能力，A錯誤；依照表格中的數據，增加CO2的濃度，會使淀粉(有機物)合成量增加，據此推測，在日光溫室中補充適量CO2可以有效提高農作物的有機物合成量，B正確；高濃度CO2雖然降低了光合色素的含量，但升高了葉綠素a/b的值，C錯誤；CO2是暗反應(卡爾文循環)的底物，高濃度的CO2會促進卡爾文循環，D錯誤。]
6．(2022·廣東深圳外國語檢測)與野生型擬南芥WT相比，突變體t1和t2在正常光照條件下，葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同(圖a，示意圖)，造成葉綠體相對受光面積的不同(圖b)，進而引起光合速率差異，但葉綠素含量及其他性狀基本一致。在不考慮葉綠體運動的前提下，下列敘述錯誤的是(　　)
a
b
A．t2比t1具有更高的光飽和點
B．t1比t2具有更低的光補償點
C．三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關
D．三者光合速率的差異隨光照強度的增加而變大
D　[在正常光照下，t2中葉綠體的相對受光面積低于t1，則二者光合作用速率相同時，t2所需的光照強度高于t1。因此當二者光合速率分別達到最大時，t2所需光照強度高于t1，即t2具有比t1更高的光飽和點，A正確；在正常光照下，t2中葉綠體的相對受光面積低于t1，當呼吸作用釋放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率時，t1所需光照強度低于t2，即t1比t2具有更低的光補償點，B正確；由題干信息可知，三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致，因此三者光合速率的高低與葉綠素含量無關，C正確；正常光照條件下，三者的葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同，造成葉綠體相對受光面積的不同，從而影響光合速率。在一定的光照強度下，三者都達到光飽和，故三者光合速率的差異不會隨著光照強度的增加而變大，D錯誤。]
7．(2023·廣東汕頭檢測)連續48 h測定溫室內CO2濃度和玉米植株CO2吸收(或釋放)速率，得到如圖所示曲線(整個過程中呼吸作用強度不變)。下列有關敘述正確的是(　　)
A．實驗的前3 h葉肉細胞產生ATP的場所是線粒體內膜和線粒體基質
B．若改用相同強度綠光進行實驗，c點的位置將下移
C．由圖可知，在葉肉細胞中，呼吸速率與光合速率相等的時刻為第6、18、30、42 h
D．實驗中該植物前24 h有機物積累量小于后24 h有機物積累量
D　[由題圖可知，粗線表示溫室內CO2濃度變化，細線表示CO2吸收(或釋放)速率，實驗的前3 h CO2釋放速率不變，說明葉肉細胞只進行呼吸作用，因此葉肉細胞產生ATP的場所是細胞質基質、線粒體內膜和線粒體基質，A錯誤；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，吸收綠光最少，若改用相同強度綠光進行實驗，光合作用減弱，吸收的CO2減少，c點的位置將上移，B錯誤；細線表示CO2吸收(或釋放)速率，其與橫坐標的交點表示植物凈光合速率等于零，整個玉米植株呼吸速率與光合速率相等的時刻為第6、18、30、42 h，但根據圖示的數據無法確定葉肉細胞中呼吸速率和光合速率相等的時刻，C錯誤；在前24 h室內CO2濃度幾乎沒變，經過后24 h室內CO2濃度低于前24 h，因此該植物前24 h有機物積累量小于后24 h有機物積累量，D正確。]
8．(2022·湖南雅禮中學模擬)某實驗小組為探究不同遮陰條件及施肥處理對油丹幼苗光飽和點(光合速率達到最大時的光照強度)和光補償點(凈光合速率為零時的光照強度)的影響，選用生長狀況等相同的油丹幼苗設置了1層遮陽網遮陰組(W1)、2層遮陽網遮陰組(W2)、1層遮陽網遮陰＋施肥組(W3)和全光照未施肥對照組(CK)，一段時間后測得各組油丹幼苗的光合特性如表所示。回答下列問題：
處理 光飽和點/(μmol·m-2·s-1) 光補償點/(μmol·m-2·s-1)
W1 783.75 11.91
W2 947.51 8.96
W3 1 622.67 11.92
CK 1 689.25 14.23
(1)能反映油丹幼苗利用弱光能力的指標是____________(填“光飽和點”或“光補償點”)。
(2)光照強度處于光飽和點時，葉肉細胞葉綠體消耗的CO2的來源是________。
(3)某光照強度下，油丹幼苗在2層遮陽網遮陰條件下，凈光合速率為零。若在此條件下減少1層遮陽網遮陰，則油丹幼苗有機物的干重會________。結合以上信息，判斷理由是____________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)分析表格數據可知，施肥會提高油丹幼苗對光能的利用率。該實驗小組進一步研究發現，遮陰條件下施肥能促進幼苗中葉綠素的合成，從而影響油丹幼苗對光能的利用。從以上各組幼苗中選擇合適的素材，設計實驗思路驗證該結論。實驗思路：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(1)光補償點　(2)細胞呼吸(或線粒體)產生、從外界吸收　(3)下降　油丹幼苗在2層遮陽網遮陰條件下，光照強度為光補償點，分析表中數據可知，W2組的光補償點低于W1組，在此光照強度下，W1組的凈光合速率小于零，不能積累有機物　(4)取等量W1組和W3組油丹幼苗相同部位的葉片，進行色素的提取與分離實驗，再比較兩組濾紙條上黃綠色和藍綠色兩條色素帶的寬度
9．(2022·重慶育才中學一模)紅松(陽生)和人參(陰生)均為我國北方地區的植物。如圖為兩種植物在溫度、水分均適宜的條件下，光合作用速率與呼吸速率的比值(P/R)隨光照強度變化的曲線圖，下列敘述正確的是(　　)
A．光照強度為a時，每天光照12小時，一晝夜后人參和紅松干重均減少
B．光照強度在b點之后，限制紅松和人參P/R值增大的主要外界因素都是CO2濃度
C．光照強度為c時，紅松和人參的凈光合速率相等
D．若適當增加土壤中Mg2+的含量，一段時間后人參的a點右移
A　[光照強度為a時，人參的P/R值為1，光照12小時沒有積累有機物，晚上進行呼吸作用消耗有機物，一晝夜干重減少；紅松的P/R值小于1，光照下沒有有機物的積累，晚上消耗有機物，因此，一晝夜干重也減少，A正確。光照強度在b點之后，限制紅松P/R值增大的主要外界因素是光照強度，限制人參P/R值增大的主要外界因素是光照強度以外的其他因素，如二氧化碳濃度，B錯誤。陰生植物的呼吸速率比陽生植物的呼吸速率更低，光照強度為c時，二者的P/R值相同，但呼吸速率不同，故凈光合速率不同，C錯誤。由于Mg2+是構成葉綠素的重要組成成分，若適當增加土壤中Mg2+的含量，合成葉綠素增多，光合作用增強，達到光補償點需要的光照強度變小，故一段時間后a點左移，D錯誤。]
10．(2023·廣東茂名檢測)對植物產生傷害的環境稱為脅迫。研究者設計了如圖所示的實驗來研究脅迫對玉米苗凈光合速率的影響。下列敘述錯誤的是(　　)
甲
乙
A．25天最適條件培養的目的是使各組玉米在被脅迫前的長勢相同
B．雙重脅迫比單一脅迫對脅迫期凈光合速率的影響大
C．干旱有助于緩解冷害脅迫對玉米造成的傷害
D．為提高作物產量一定要避免脅迫
D　[實驗過程中無關變量要保持一致，25天生長期培養是為了保證玉米的長勢這個無關變量一致，A正確；據圖乙可知，脅迫期中凈光合速率由大到小依次為：CT、D、C、D&C，說明雙重脅迫比單一脅迫對脅迫期凈光合速率的影響大，B正確；在干旱脅迫、冷害脅迫以及雙重脅迫下，與對照組相比，凈光合速率均有明顯下降，但在恢復期，單一冷害組的凈光合速率明顯低于對照組，而雙重脅迫組的凈光合速率明顯高于單一冷害組，說明干旱能夠緩解冷害脅迫對玉米造成的傷害，單一干旱脅迫在一定程度上可提高凈光合速率，為了提高產量，可以進行單一干旱脅迫，C正確，D錯誤。]
11．(2022·廣東韶關檢測)研究人員發現一蓮藕突變體植株，其葉綠素含量僅為普通蓮藕植株的56%。下圖表示在25 ℃時不同光照強度下該突變體蓮藕植株和普通蓮藕植株的凈光合速率。表中數據是某光照強度下測得的突變體蓮藕植株與普通蓮藕植株相關生理指標，請分析并回答相關問題：
品種 單位時間進入葉片單位面積的CO2量(mmol·m-2·s-1) 胞間CO2濃度(ppm) 還原糖(mg·g-1鮮重)
普通蓮藕植株 0.10 250 2.72
突變體蓮藕植株 0.18 250 3.86
(1)蓮藕植株葉片中的葉綠素主要吸收________________。光照強度為a時，葉片中合成ATP的細胞器有______________。
(2)當光照強度低于a時，突變體蓮藕植株的凈光合速率低于普通蓮藕植株，推測引起這種差異主要是由于突變體蓮藕植株_____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)分析圖表中信息可知，光照強度大于a時，環境中的CO2濃度________(填“是”或“不是”)影響普通蓮藕植株凈光合速率的主要原因，突變體蓮藕植株合成還原糖較多的原因主要是①__________________________________________
____________________________________________________________________；
②________________________________________________________。
(4)為進一步探究突變體蓮藕最適宜光照強度，實驗測定各組數據時往往要采取隨機取樣、__________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(答出兩點)等措施，以保證實驗數據的可信度。
[解析]　(1)葉綠體中的色素包括葉綠素和類胡蘿卜素，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光；合成ATP的場所是細胞質基質、線粒體和葉綠體，據圖可知，光照強度為a時，凈光合速率大于0，說明光合作用和呼吸作用都能進行，細胞質基質不是細胞器，因此葉片中合成ATP的細胞器有線粒體和葉綠體。(2)圖中光照強度低于a時，突變體蓮藕的凈光合速率低于普通蓮藕，推測引起這種差異的主要原因是突變體蓮藕的葉綠素含量較低，利用弱光的能力較差，光反應形成的ATP和NADPH少，光合速率低。(3)據圖可知，光照強度大于a時，隨著光照強度的增加，凈光合速率仍在增加，因此影響普通蓮藕植株凈光合速率的主要原因是光照強度，不是環境中的CO2濃度；此時根據圖表和題意分析可知，突變體植株葉綠素含量僅為普通蓮藕植株的56%，但光照強度大于a時，突變體蓮藕植株合成還原糖較多，其原因是兩個方面：一方面充足的光照彌補了色素缺乏；另一方面突變體蓮藕暗反應效率高，利用CO2的能力強，固定較多CO2，所以與普通蓮藕相比，突變體蓮藕合成還原糖較多。(4)科學實驗中的數據，往往存在誤差，為進一步探究突變體蓮藕最適宜光照強度，實驗測定各組數據時往往要采取隨機取樣、重復取樣測定、取平均值等措施，以保證實驗數據的可信度。
[答案]　(1)紅光和藍紫光　葉綠體和線粒體　(2)葉綠素含量較低，光反應產生的ATP和NADPH少，光合速率低　(3)不是　葉片吸收CO2的速率較快，暗反應效率更高，固定了較多的CO2　充足光照彌補葉綠素的不足　(4)重復取樣測定、取平均值
(教師用書獨具)
1．(2023·廣東佛山檢測)光抑制指的是光能超過光合系統所能利用的數量時，光合功能下降的現象。為了探究強光和其他環境脅迫因素對植物光合速率的影響，某同學設計了如下實驗：
分組 溫度 光照 圓形小葉片上浮數量
A 10 ℃ 50 W 3
B 10 ℃ 150 W 2
C 10 ℃ 250 W 1
D 30 ℃ 50 W 8
E 30 ℃ 150 W 5
F 30 ℃ 250 W 4
G 50 ℃ 50 W 0
H 50 ℃ 150 W 0
I 50 ℃ 250 W 0
下列說法錯誤的是(　　)
A．若圓形小葉片取自大葉脈處，則所測得的光合作用強度會低于植物的實際光合作用強度
B．實驗中可以通過改變圓形小葉片與光源的距離達到改變光照強度的目的
C．強光下低溫增加了光抑制可以通過對比C組和D組得出
D．表中數據顯示，當溫度為50 ℃時圓形小葉片上浮數量為零，原因可能為酶變性失活
C　[大葉脈上沒有葉綠體，所以若圓形小葉片取自大葉脈處，則所測得的光合作用強度會低于植物的實際光合作用強度，A正確；若光源一致，可通過改變圓形小葉片與光源的距離獲得不同的光照強度，B正確；由表可知，對比C組和F組，可得出強光下低溫增加了光抑制的結論，C錯誤；表中數據顯示，當溫度為50 ℃時，圓形小葉片上浮數量為零，意味著光合作用停止，原因可能為溫度太高，酶變性失活，D正確。]
2．(2022·廣東惠州調研)為探究大氣CO2濃度上升及紫外線(UV)輻射強度增加對農業生產的影響，研究人員人工模擬一定量的UV輻射和加倍的CO2 濃度處理番茄幼苗，直至果實成熟，測定了番茄株高及光合作用相關生理指標，結果見下表。請分析回答：
分組及實驗處理 株高(cm) 葉綠素含量(mg·g-1) 光合速率(μmol·m-2·s－ 1)
15天 30天 45天 15天 30天 45天
A 對照(自然條件) 21.5 35.2 54.5 1.65 2.0 2.0 8.86
B UV照射 21.1 31.6 48.3 1.5 1.8 1.8 6.52
C CO2濃度倍增 21.9 38.3 61.2 1.75 2.4 2.45 14.28
D UV照射和CO2濃度倍增 21.5 35.9 55.7 1.55 1.95 2.25 9.02
(1)光合作用中，CO2在葉綠體________中與C5結合，形成C3，這一過程叫________。部分C3在光反應提供的________的作用下最終轉化為糖類，這樣光能就轉化為糖類中的化學能。
(2)據表分析，C組光合速率明顯高于對照組，其原因一方面是由于____________，加快了暗反應的速率；另一方面是由于________________增加，使光反應速率也加快。D組光合速率與對照組相比無顯著差異，說明CO2濃度倍增對光合作用的影響可以________UV輻射增強對光合作用的影響。
(3)由表可知，CO2濃度倍增可以促進番茄植株生長。有研究者認為，這可能與CO2參與了植物生長素的合成啟動有關。要檢驗此假設，還需要測定A、C組植株中生長素的含量。若檢測結果是C組生長素含量________(填“大于”“小于”或“等于”)A組，則支持假設。
[解析]　(1)光合作用暗反應中，CO2在葉綠體基質中與C5結合，這一過程叫CO2的固定。形成的C3被NADPH還原，該過程還需光反應提供ATP，這樣光能就轉化為糖類中的化學能。(2)分析表格中數據可以看出，C組光合速率較大，一方面由于CO2濃度倍增，加快了暗反應速率；另一方面，葉綠素的含量增加，吸收光能增加。D組光合速率與對照組相比無明顯差異，和對照組相比，增加的條件是CO2濃度倍增和UV照射，說明CO2濃度倍增可以抵消UV輻射對光合作用的影響。(3)由于假設內容為：CO2濃度倍增可以促進番茄植株生長可能與CO2參與了生長素的合成的基因表達有關，因此需要測定植株中生長素的含量，如果C組的生長素含量大于A組，可以證明假設內容。
[答案]　(1)基質　CO2的固定　ATP和NADPH　(2)CO2濃度倍增　葉綠素的含量　抵消 (3)大于
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