資源簡介

第3單元　細胞的能量供應和利用
第4課　光合作用的影響因素及與細胞呼吸的關系
[復習目標]　1.通過分析光合作用與細胞呼吸的關系，形成結構與功能相適應、物質與能量相互依存的生命觀念。(生命觀念)　2.分析影響光合作用因素的曲線模型，理解環境因素對光合作用的影響。(科學思維)　3.通過探究環境因素對光合速率影響實驗，培養學生實驗設計和分析能力。(科學探究)　4.應用影響光合作用的環境因素知識，指導農業生產。(社會責任)
考點一　(實驗)探究光照強度對光合作用強度的影響
1．實驗原理
葉片含有空氣，上浮葉片下沉充滿細胞間隙，葉片上浮。
2．實驗步驟
(1)取材：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)排氣：將圓形小葉片置于注射器內。注射器內吸入清水，待排出注射器內殘留的空氣后，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2～3次。
(3)沉水：將處理過的圓形小葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用，葉片因細胞間隙充滿了水，所以全都沉到水底。
(4)分組：取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水。
(5)光照：分別向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，然后分別對這3個實驗裝置進行強、中、弱三種光照。
(6)觀察并記錄：同一時間段內各實驗裝置中圓形小葉片浮起的數量。
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．實驗裝置分析
(1)自變量的設置：光照強度是自變量，通過調整臺燈與燒杯之間的距離來調節光照強度的大小。
(2)中間的盛水玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對燒杯內水溫產生影響。
(3)因變量是光合作用強度，可通過觀測單位時間內被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數量或者是浮起相同數量的葉片所用的時間長短來衡量光合作用的強弱。
2．小圓形葉片上浮實驗中的三個關注點
(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，而且會延長小圓形葉片上浮的時間，影響實驗結果的準確性。
(3)為確保溶液中CO2含量充足，小圓形葉片可以放入NaHCO3溶液中。
命題點1　教材基礎實驗
1.在如圖所示的玻璃容器中，注入一定濃度的NaHCO3溶液并投入少量的新鮮綠葉碎片，密閉后，設法減小液面上方的氣體壓強，會看到葉片沉入水中。然后再用光照射容器，又會發現葉片重新浮出液面。以下分析正確的是(　　)
A．改變溫度，不影響葉片開始上浮所需的時間
B．改變光照強度，不影響葉片開始上浮所需的時間
C．改變NaHCO3溶液的濃度，不影響葉片開始上浮所需的時間
D．若將裝置置于黑暗中，上浮的葉片又會下沉
解析：選D。改變溫度，會改變酶活性，影響光合作用強度，進而影響葉片開始上浮所需的時間，A錯誤；改變光照強度，會改變光合作用強度，進而影響葉片開始上浮所需的時間，B錯誤；改變NaHCO3溶液的濃度，即改變二氧化碳的濃度，這會影響光合作用強度，進而影響葉片開始上浮所需的時間，C錯誤；若將裝置置于黑暗中，葉片只能進行呼吸作用消耗葉肉細胞間隙中的氧氣，導致上浮的葉片又會下沉，D正確。
命題點2　高考拓展延伸
2．(2022·遼陽模擬)某實驗小組為驗證KHCO3對某植物幼苗光合作用的影響，進行了甲、乙兩組不同處理的實驗，甲組用差速離心法制備葉綠體懸液進行實驗，乙組將等量植物幼苗葉片切割成1 mm2的葉小片進行實驗，然后在適宜光照、20 ℃恒溫條件下用氧電極測量這兩組植物的O2釋放速率，結果如圖所示。下列相關敘述正確的是(　　)
A．本實驗的自變量是KHCO3的濃度，無關變量為適宜光照、20 ℃恒溫條件
B．KHCO3濃度為0.05 mol·L－1時，兩組實驗的O2釋放速率存在差異的原因是光合速率不同
C．由該實驗可推斷，隨著KHCO3濃度的增大，葉小片的O2釋放速率會一直增大
D．加入清水組的葉小片中無O2釋放，原因可能是光合作用產生的O2通過呼吸作用被消耗了
解析：選D。本實驗的自變量是KHCO3的濃度以及對葉片的處理方式，A錯誤；KHCO3濃度為0.05 mol·L－1時，兩組實驗的O2釋放速率存在差異的原因可能是差速離心組測得的O2釋放速率為總光合速率，而葉小片中測得的O2釋放速率為凈光合速率，二者的不同主要在于有無呼吸作用消耗O2，B錯誤；該實驗只是在一定的KHCO3濃度范圍內進行的測試，在此范圍內，隨著KHCO3濃度的增大，葉小片的O2釋放速率也逐漸增大，但無法推斷其他濃度下葉小片的O2釋放速率的變化，C錯誤；加入清水組的葉小片中無O2釋放，原因可能是光合作用產生的O2通過呼吸作用被消耗了，D正確。
考點二　影響光合作用的因素及應用
1．光合作用強度
(1)概念：是指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
(2)表示方法
①單位時間內光合作用制造的有機物的量。
②單位時間內光合作用利用CO2的量。
③單位時間內光合作用產生O2的量。
2．影響光合作用強度的因素的依據
依據 光合作用的反應式CO2＋H2O(CH2O)＋O2
原料 水 土壤含水量
CO2 CO2 濃度、葉片氣孔開閉情況等
主要場所 葉綠體 無機營養、病蟲害等通過影響葉綠體的形成和結構進而影響光合作用
條件 溫度 酶活性
光能 光質、光照強度、光照時間等
[教材深挖]
(必修1 P106拓展應用2)給密閉玻璃瓶中的植物幼苗提供適宜的水、無機鹽、光照強度、溫度等條件，幼苗的生存時間一般不會太長，原因可能是隨著植物生長，土壤的水分會減少，土壤中的無機鹽含量會下降，空氣中CO2含量減少等。
[易錯辨析]
1．光合作用的強度就是指植物在單位時間內通過光合作用積累糖類的數量。(×)
2．當溫度改變時，不管是光反應還是暗反應都會受影響，但主要是影響暗反應。(√)
3．鎂可以影響葉綠素的合成從而影響光反應。(√)
4．水分能影響氣孔的開閉，間接影響CO2進入植物體內，從而影響光合作用。(√)
1．內部因素
(1)植物自身的遺傳特性(如植物品種不同)，以陰生植物、陽生植物為例，如圖所示。
(2)植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶
(3)葉面積指數
2．外部因素
(1)單因子變量對光合作用影響的曲線分析
①光照強度
②CO2濃度
③溫度
④水
ⅰ.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，如植物缺水將導致萎蔫，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。
ⅱ.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點處光合作用強度暫時降低，是因為溫度較高，植物部分氣孔關閉，影響了CO2的供應。
ⅲ.應用：預防干旱，合理灌溉。
⑤礦質元素
ⅰ.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。
ⅱ.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；但當礦質元素超過一定含量后，土壤溶液的濃度過高，植物會因滲透失水而使光合作用強度下降。
ⅲ.應用：合理施肥、補充土壤中的礦質元素。
(2)多因子對光合速率的影響
命題點1　圍繞影響光合作用的因素考查生命觀念及科學思維
1．(2021·廣東卷)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1)，造成葉綠體相對受光面積的不同(圖2)，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(　　)
圖1
圖2
A．t2比t1具有更高的光飽和點(光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度)
B．t1比t2具有更低的光補償點(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度)
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
解析：選D。由圖1可知，t1較多的葉綠體分布在光照下，t2較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷，t2比t1具有更高的光飽和點(光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度)，t1比t2具有更低的光補償點(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度)，A、B正確；通過題干信息可知，三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致，由此推測，三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關，C正確；三者光合速率的差異，在一定光照強度下，隨光照強度的增加而變大，但是超過光的飽和點，再增大光照強度三者光合速率的差異不再變化，D錯誤。
2．(2021·浙江6月選考)滲透壓降低對菠菜葉綠體光合作用的影響如圖所示，圖甲是不同山梨醇濃度對葉綠體完整率和放氧率的影響，圖乙是兩種濃度的山梨醇對完整葉綠體ATP含量和放氧量的影響。CO2以HCO形式提供，山梨醇為滲透壓調節劑，0.33 mol·L－1時葉綠體處于等滲狀態。據圖分析，下列敘述錯誤的是(　　)
甲
乙
A．與等滲相比，低滲對完整葉綠體ATP合成影響不大，光合速率大小相似
B．滲透壓不同、葉綠體完整率相似的條件下，放氧率差異較大
C．低滲條件下，即使葉綠體不破裂，卡爾文循環效率也下降
D．破碎葉綠體占全部葉綠體比例越大，放氧率越低
解析：選A。根據圖示，由圖甲可知，在一定范圍內(0.15～0.33 mol·L－1山梨醇濃度)，滲透壓從低到高變化過程中，菠菜葉綠體的完整率和放氧率都逐漸變大，增幅不同；由圖乙可知，兩種濃度的山梨醇對完整葉綠體ATP含量影響比較相似，而對放氧量的影響差別較大。根據分析，由圖甲、乙可知，與等滲相比，低滲對完整葉綠體ATP合成影響不大，但放氧率較低，放氧率可以代表光合速率，故說明低滲條件下光合速率較低，A錯誤。根據分析，由圖乙可知，滲透壓不同、葉綠體完整率相似的條件下，放氧率差異較大，B正確。由圖甲可知，低滲條件下，即使葉綠體完整率沒有明顯降低的范圍內，葉綠體放氧率仍明顯降低，即光反應速率下降，影響了暗反應，即卡爾文循環效率下降，C正確。由圖甲可以看出，低滲條件下葉綠體完整率越低，放氧率也越低，D正確。
命題點2　圍繞影響光合作用的因素與應用考查科學探究及社會責任
3．(2022·廣東卷)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可知，與A組相比，C組葉片葉綠素含量較高，原因可能是遮陰條件一方面減弱了葉綠素的降解，另一方面增加了葉綠素的合成。(2)由圖b可知，B組的凈光合速率大于A組和C組的，推測B組的玉米植株可能會積累更多的糖類等光合產物，因而生長更快。(3)結合題意可知，該實驗的目的是探究B組條件可能會提高作物產量。因此，應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。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A組作為對照，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。然后比較各組玉米的平均單株產量。如果提高玉米產量的結論成立，下一步探究實驗的思路是探究能提高作物產量的最適遮陰比例。
答案：(1)較高　遮陰條件減弱了葉綠素的降解，同時增加了葉綠素的合成　(2)糖類等光合產物　(3)光照等培養條件　A組　遮陰比例　探究能提高作物產量的最適遮陰比例
考點三　光合作用與細胞呼吸綜合應用
題型1　光合作用與細胞呼吸的關系
(1)圖解兩大生理過程
(2)比較兩種來源和去向
光合作用 有氧呼吸
還原氫 來源 H2O光解產生 有氧呼吸第一、二階段
去向 還原C3 用于第三階段還原O2
ATP 來源 光反應階段產生 三個階段都產生
去向 用于C3還原供能 用于各項生命活動
注：①光合作用中產生的還原氫是還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，而細胞呼吸中產生的還原氫是還原型輔酶Ⅰ(NADH)，二者不是一種物質。
②還原氫的書寫形式一定不能寫成H、H＋、H2，只能寫成[H]或NADH或NADPH。
(3)分析三種元素的轉移
C：CO2有機物丙酮酸CO2
H：H2ONADPH(CH2O)
[H]H2O
O：H2OO2H2OCO2有機物
[對點突破]
1．(2022·葫蘆島期末)如圖所示為某綠色植物葉肉細胞中有氧呼吸和光合作用的兩個代謝過程，圖中C3代表含有三個碳原子的有機化合物，下列有關說法錯誤的是(　　)
A．過程①②有光無光均可進行
B．過程③消耗的ATP和NADPH，由過程①②提供
C．過程④消耗的CO2量不一定等于過程②產生的CO2量
D．過程①發生在細胞質基質中，過程②③④發生在細胞器中
解析：選B。①是有氧呼吸的第一階段，葡萄糖分解形成丙酮酸，發生在細胞質基質中，②是有氧呼吸的第二階段，發生在線粒體中，過程①②有光無光均可進行，過程③④的場所是線粒體，A、D正確；③表示C3的還原過程，需要消耗光反應產生的NADPH和ATP，B錯誤；過程④消耗的CO2量不一定等于過程②產生的CO2量，因為光合速率和呼吸速率不一定相等，C正確。
2．綠色植物光合作用和細胞呼吸之間的能量轉換如圖所示，圖中①～⑥代表物質，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．植物光反應把太陽能轉變為活躍的化學能貯存在①中
B．葉綠體中的NADPH和線粒體中的NADH都具有還原性
C．給植物提供HO，短時間內生成的O2和CO2均可含18O
D．物質④在葉綠體基質中合成，在線粒體基質中分解
解析：選D。植物光反應把太陽能轉變為活躍的化學能貯存在①ATP中，A正確；葉綠體中的NADPH參與C3的還原，線粒體中的NADH與氧結合生成H2O，二者都具有還原性，B正確；給植物提供HO，HO參與光反應生成18O2，HO參與有氧呼吸的第二階段生成C18O2，因此短時間內生成的O2和CO2均可含18O，C正確；物質④為葡萄糖，在葉綠體基質中合成，在細胞質基質中分解，D錯誤。
題型2　涉及真正光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關系判斷及計算
(1)判定方法
(2)相關計算
①光合作用實際產氧量(葉綠體產氧量)＝實測植物氧氣釋放量＋細胞呼吸耗氧量。
②光合作用實際CO2消耗量(葉綠體消耗CO2量)＝實測植物CO2吸收量＋細胞呼吸CO2釋放量。
③光合作用葡萄糖凈生產量(葡萄糖積累量)＝光合作用實際葡萄糖生產量(葉綠體產生或合成的葡萄糖量)－細胞呼吸葡萄糖消耗量。
(3)曲線解讀
[對點突破]
3．(2020·浙江7月選考)將某植物葉片分離得到的葉綠體，分別置于含不同蔗糖濃度的反應介質溶液中，測量其光合速率，結果如圖所示。圖中光合速率用單位時間內單位葉綠素含量消耗的二氧化碳量表示。下列敘述正確的是(　　)
A．測得的該植物葉片的光合速率小于該葉片分離得到的葉綠體的光合速率
B．若分離的葉綠體中存在一定比例的破碎葉綠體，測得的光合速率與無破碎葉綠體的相比，光合速率偏大
C．若該植物較長時間處于遮陰環境，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B～C段對應的關系相似
D．若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中A～B段對應的關系相似
解析：選A。植物葉片光合作用消耗的二氧化碳來自空氣中的二氧化碳和自身細胞呼吸產生的二氧化碳，測植物葉片的光合速率時，測的是密閉裝置內二氧化碳的減少量，不包括細胞呼吸提供的二氧化碳量，所以此數值比植物葉片光合速率的真實值?。蝗~綠體光合作用消耗的二氧化碳全部來自空氣中的二氧化碳，測葉綠體的光合速率時，測的也是密閉裝置內二氧化碳的減少量，此數值可代表葉綠體光合速率的真實值，A項正確。葉綠體是光合作用的主要場所，其結構被破壞，會使光合速率降低，故與無破碎葉綠體的光合速率相比，存在破碎葉綠體的光合速率偏小，B項錯誤。若該植物較長時間處于遮陰環境，光照不足，光反應減弱，光合速率一直處于較低水平，葉片內蔗糖合成較少，不會出現蔗糖高濃度積累現象，故葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B～C段對應的關系不相似，C項錯誤。當植物處于開花期時，葉片合成的蔗糖大量向花朵運輸，若此時人為摘除花朵，葉片合成的蔗糖會在葉片處積累，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B～C段對應的關系相似，D項錯誤。
4．(2022·廣東江門三模)科研人員研究了溫度對人工種植的蒲公英幼苗光合作用與呼吸作用的影響，其他條件相同且適宜，實驗結果如圖所示，據圖分析，下列說法錯誤的是(　　)
A．在光照條件下，蒲公英幼苗30 ℃與35 ℃總光合速率相同
B．晝夜時間相同且溫度不變，則適合蒲公英生長的最適溫度是25 ℃
C．P點時，葉肉細胞產生ATP的細胞器為葉綠體和線粒體
D．一直處于光照條件下，25 ℃最有利于蒲公英生長
解析：選B。總光合速率等于凈光合速率＋呼吸速率，30 ℃環境中蒲公英的總光合速率為3＋3.5＝6.5(mg/h)，35 ℃環境中蒲公英的總光合速率為3.5＋3＝6.5(mg/h)，A正確；每天光照與黑暗時間相等，在恒溫條件下，植物積累的有機物最多的溫度應該為凈光合作用與呼吸作用速率的差值最大，即20 ℃時植物積累的有機物最多，故適合蒲公英生長的最適溫度是20 ℃，B錯誤；P點時，凈光合速率大于0，蒲公英既進行光合作用，又進行呼吸作用，葉肉細胞產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體、葉綠體，葉綠體和線粒體是細胞器，C正確；在光照下，圖中數據表明溫度在25 ℃時，植物的凈光合速率最大，最有利于植物的生長，D正確。
題型3　光合作用與細胞呼吸的“關鍵點”的移動
　
(1)A點：代表呼吸速率，細胞呼吸增強，A點下移；反之，A點上移。
(2)B點與C點的變化(注：只有橫坐標為自變量，其他條件不變)
B點(補償點) C點(飽和點)
適當增大CO2濃度(光照強度) 左移 右移
適當減小CO2濃度(光照強度) 右移 左移
土壤缺Mg2＋ 右移 左移
注意：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。
(3)D點：代表最大光合速率，當增大光照強度或增大CO2濃度使光合速率增大時，D點向右上方移動；反之，移動方向相反。
[對點突破]
5.如圖為CO2吸收量與光照強度關系的坐標圖，當光合作用相關因素改變后，a、b、c點的移動描述不正確的是(　　)
A．若植物體缺Mg，則對應的b點將向左移
B．已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別是25 ℃和30 ℃，則溫度由25 ℃上升到30 ℃時，對應的a點將下移，b點將右移
C．若原曲線代表陽生植物，則陰生植物對應的a點、b點、c點將分別向上移、左移、左移
D．若實驗時將光照由白光改為藍光(光照強度不變)，則b點將向左移
解析：選A。b點表示光補償點，此時光合速率＝呼吸速率，若植物體缺Mg，葉綠素含量降低，光合速率下降，需要更強光照條件，才能使光合速率等于呼吸速率，故b點右移，A錯誤。某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別是25 ℃和30 ℃，溫度由25 ℃上升到30 ℃時，呼吸速率上升，故a點下移；呼吸速率上升，光合速率下降，要讓光合速率＝呼吸速率，需要更強光照，故b點右移，B正確。陽生植物的呼吸速率、光補償點和光飽和點都比陰生植物高，若原曲線代表陽生植物，則陰生植物對應的a點、b點、c點將分別向上移、左移、左移，C正確。植物光合作用最有效的光是紅光和藍紫光，若實驗時將光照由白光改為藍光(光照強度不變)，光合速率上升，要讓光合速率＝呼吸速率，需要較弱光照即可，故b點將向左移，D正確。
題型4　開放和密閉環境中CO2、O2含量晝夜變化分析
(1)自然環境中，綠色植物一晝夜內CO2的吸收與釋放速率的曲線分析
(2)相對密閉的環境中，綠色植物一晝夜內CO2含量的變化曲線分析
[對點突破]
6．(2022·天津市武清區模擬)圖甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線分別表示某一天24小時的溫度、某植物總光合速率、表觀光合速率變化，圖乙中曲線表示放有某植物的密閉玻璃罩內一天24小時的CO2濃度的變化，以下分析錯誤的是(　　)
甲
乙
A．圖乙曲線中EF段玻璃罩內CO2濃度下降加快是由于光照強度增加
B．植物一天中含有機物最多的時刻在圖甲中是e點，在圖乙中則是H點
C．植物在圖甲中的b、f兩點的生理狀態與圖乙中D、H兩點的生理狀態相同
D．圖甲曲線Ⅲ12點左右d點下降的原因是溫度過高，呼吸速率上升使表觀光合速率下降，但總光合速率未下降
解析：選C。圖乙曲線中EF段玻璃罩內CO2濃度下降加快，是因為光照強度增加，光合速率逐漸增大，且光合速率大于呼吸速率，玻璃罩內CO2消耗加快，A正確。圖甲中Ⅲ曲線c點之前表觀光合速率為負，有機物處于不斷消耗狀態，ce段表觀光合速率為正，有機物不斷積累，e點時光合速率＝呼吸速率，e點后光合速率＜呼吸速率，因此植物含有機物最多的時刻在e點；圖乙中H點玻璃罩內CO2濃度下降到最低，此時光合速率＝呼吸速率，有機物積累量達到最大，B正確。圖甲中Ⅱ曲線表示植物總光合速率，b、f兩點總光合速率為0，植物只進行呼吸作用；圖乙中D、H兩點表示光合速率＝呼吸速率，C錯誤。圖甲曲線Ⅲ12點左右d點下降的原因是溫度升高使呼吸速率加快，而由Ⅱ曲線可知總光合速率未下降，因此表觀光合速率下降，D正確。
7．科研人員檢測晴朗天氣下露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日變化情況，并將檢測結果繪制成圖。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．光照強度增大是導致ab段、lm段Pn增加的主要原因
B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是氣孔關閉
C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐漸減弱
D．適時澆水、增施農家肥是提高大田作物產量的重要措施
解析：選B。早晨太陽出來后光照強度不斷增大，使得露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，A正確；大棚栽培條件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是太陽出來后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚內密閉環境中CO2濃度迅速下降，導致光合速率(Pn)下降，而露天栽培的油桃在mn段Pn下降，是因為環境溫度過高導致氣孔關閉，不能吸收CO2，B錯誤；15時以后，兩種栽培條件下的光合速率持續下降，是光照強度逐漸減弱所致，C正確；適時澆水從而避免植物因缺水導致氣孔關閉，增施農家肥從而增加CO2濃度是提高大田作物產量的重要措施，D正確。
題型5　光合速率的測定方法
(1)液滴移動法
甲　　　　　　　　　乙　
①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算呼吸速率。
②將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算凈光合速率。
③根據呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。
(2)葉圓片稱量法
測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。
凈光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(3)黑白瓶法
“黑白瓶”問題是一類通過凈光合作用強度和有氧呼吸強度推算總光合作用強度的試題，其中“黑瓶”不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒有初始值兩種情況，規律如下：
規律1：有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。
規律2：沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現有量與黑瓶中測得的現有量之差即總光合作用量。
(4)半葉法
將植物對稱葉片的一部分(A)遮光或取下置于暗處，另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不作處理)，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。一定時間后，在這兩部分葉片的對應部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，記為MA、MB，開始時二者相應的有機物含量應視為相等，照光后的葉片重量大于暗處的葉片重量，超過部分即為光合作用產物的量，再通過計算可得出光合速率。
(5)紅外線CO2傳感器
由于CO2對紅外線有較強的吸收能力，CO2的多少與紅外線的降低量之間有一定的線性關系，因此CO2含量的變化即可靈敏地反映在檢測儀上，常用紅外線CO2傳感器來測量CO2濃度的變化。
(6)梯度法探究影響光合作用的因素
用一系列不同光照強度、溫度或CO2濃度的裝置，可探究光照強度、溫度或CO2濃度對光合作用強度的影響。
(7)葉圓片上浮法
首先通過對葉片打孔、抽氣、沉底的材料處理，然后根據不同的實驗目的給予不同的單一變量操作，最后觀察并記錄葉片上浮所用的平均時間。
(8)指示劑測定法
利用指示劑在參與細胞代謝的過程中顏色的變化，來判斷或測量代謝的過程和方式。
[對點突破]
8．(2022·天津市南開區模擬)如圖是探究某綠色植物光合速率的實驗裝置圖，裝置中的NaHCO3溶液可維持瓶內的CO2濃度相對穩定，將該裝置放在20 ℃、一定光照條件下。實驗開始時，針筒的讀數是0.2 mL。毛細管內的有色液滴在A處。30 min后，針筒的讀數需要調至0.6 mL，才能使有色液滴維持在A處。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．該實驗過程中光合速率大于呼吸速率
B．若測定植物的實際光合速率，還需要在暗處測定呼吸速率
C．若將小燒杯中的NaHCO3溶液換成清水，則一段時間后光合作用會停止
D．若用該裝置探究該植物生長的最適溫度，NaHCO3溶液濃度和光照強度等都是無關變量
解析：選C。分析題干“針筒的讀數需要調至0.6 mL，才能使有色液滴維持在A處”，說明玻璃瓶內產生了多余的氧氣，實驗過程中光合速率大于呼吸速率，A正確；實際光合速率等于凈光合速率＋呼吸速率，實驗中所測的是凈光合速率，因此還要在暗處測定呼吸速率，B正確；將小燒杯中的NaHCO3溶液換成清水，則裝置中的CO2濃度下降，光合速率也下降，但當光合速率等于呼吸速率時，植物既不從外界吸收CO2也不向外界釋放CO2，此時植物仍進行光合作用，C錯誤；若用該裝置探究該植物生長的最適溫度，則溫度屬于自變量，其余的如NaHCO3溶液濃度和光照強度等都是無關變量，D正確。
9．某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合速率，做如圖所示實驗：在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1 cm2的葉圓片烘干后稱其重量，M處的實驗條件是16時后將整個實驗裝置遮光3小時，則測得葉片葉綠體的光合速率是(單位：g·cm－2·h－1，不考慮取葉圓片后對葉片生理活動的影響和溫度微小變化對葉片生理活動的影響)(　　)
A．(3y－2z－x)/6　　　 B．(3y－2z－x)/3
C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3
解析：選A。分析題意可知，10時到16時之間的6個小時，植物既進行光合作用，也進行呼吸作用，因此其重量變化表示的是凈光合作用量，則凈光合速率＝凈光合作用量/6＝(y－x)/6；而M處的實驗條件是16時后將整個實驗裝置遮光3小時，此時葉片只進行呼吸作用，因此可以計算出呼吸速率＝(y－z)/3；因此總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6。
10．某同學研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具體操作如下：取三個相同的透明玻璃瓶a、b、c，將a先包以黑膠布，再包以鉛箔。用a、b、c三瓶從待測水體深度取水，測定c瓶中水內氧容量。將a瓶、b瓶密封再沉入待測水體深度，經24小時取出，測兩瓶氧含量，結果如圖所示。則24小時待測深度水體中生物光合作用和有氧呼吸的情況是(　　)
A．24小時待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是v mol/瓶
B．24小時待測深度水體中生物光合作用產生的氧氣量是k mol/瓶
C．24小時待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是(k－v)mol/瓶
D．24小時待測深度水體中生物光合作用產生的氧氣量是(k－v)mol/瓶
解析：選D。根據題意可知，a瓶生物在黑暗條件下僅能進行有氧呼吸，24小時生物進行呼吸消耗的氧氣量為(w－v)mol/瓶，A不符合題意；b瓶生物在光照條件下，氧氣的增加量為(k－w)mol/瓶，即為瓶內生物24小時進行光合作用和有氧呼吸凈積累的氧氣量(凈光合量)，故24小時待測深度水體中生物光合作用產生的氧氣量＝呼吸消耗的氧氣量＋凈光合量＝(w－v)＋(k－w)＝(k－v)mol/瓶，B、C不符合題意，D符合題意。
11．某研究小組采用“半葉法”對番茄葉的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不作處理，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2·h)。請分析回答下列問題：
(1)MA表示6小時后葉片初始質量－呼吸作用有機物的消耗量；MB表示6小時后(________________)＋(________________)－呼吸作用有機物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，則M表示__________________________。
(3)總光合速率的計算方法是_______________________________________。
(4)本方法也可用于測定葉片的呼吸速率，寫出實驗設計思路___________ _____________________________________________________。
解析：葉片A部分遮光，雖不能進行光合作用，但仍可照常進行呼吸作用。葉片B部分不作處理，既能進行光合作用，又可以進行呼吸作用。分析題意可知，MB表示6小時后葉片初始質量＋光合作用有機物的總產量－呼吸作用有機物的消耗量，MA表示6小時后葉片初始質量－呼吸作用有機物的消耗量，則MB－MA就是光合作用6小時干物質的生成量(B葉片被截取部分在6小時內光合作用合成的有機物總量)。由此可計算總光合速率，即M值除以時間再除以面積。將從測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分開，一部分立即烘干稱重，另一部分在暗中保存幾小時后再烘干稱重，根據二者干重差即可計算出葉片的呼吸速率。
答案：(1)葉片初始質量　光合作用有機物的總產量　(2)B葉片被截取部分在6小時內光合作用合成的有機物總量　(3)M值除以時間再除以面積，即M/(截取面積×時間)　(4)將從測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分開，一部分立即烘干稱重，另一部分在暗中保存幾小時后再烘干稱重，根據二者干重差即可計算出葉片的呼吸速率
[真題演練]
1．(多選)(2022·湖南卷)在夏季晴朗無云的白天，10時左右某植物光合作用強度達到峰值，12時左右光合作用強度明顯減弱。光合作用強度減弱的原因可能是(　　)
A．葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關閉，進入體內的CO2量減少
B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影響，呼吸釋放的CO2量大于光合固定的CO2量
C．葉綠體內膜上的部分光合色素被光破壞，吸收和傳遞光能的效率降低
D．光反應產物積累，產生反饋抑制，葉片轉化光能的能力下降
解析：選AD。夏季中午葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關閉，進入體內的CO2量減少，暗反應減慢，光合作用強度明顯減弱，A符合題意；夏季中午氣溫過高，導致光合酶活性降低，呼吸酶不受影響(呼吸酶最適溫度高于光合酶)，光合作用強度減弱，但此時光合作用強度仍然大于呼吸作用強度，即呼吸釋放的CO2量小于光合固定的CO2量，B不符合題意；光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上而非葉綠體內膜上，C不符合題意；夏季中午葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關閉，進入體內的CO2量減少，暗反應減慢，導致光反應產物積累，產生反饋抑制，使葉片轉化光能的能力下降，光合作用強度明顯減弱，D符合題意。
2．(2022·全國乙卷)某同學將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養，發現容器內CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對穩定。關于這一實驗現象，下列解釋合理的是(　　)
A．初期光合速率逐漸升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持穩定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
解析：選D。在適宜且恒定的溫度和光照條件下，密閉容器中的小麥會同時進行光合作用和呼吸作用，初期光合速率大于呼吸速率，導致容器內CO2含量逐漸降低；由于密閉容器內的CO2含量有限，隨著光合作用持續進行，CO2逐漸被消耗，其含量降低，進而光合作用速率降低；當CO2含量降低到一定水平時，小麥的光合速率和呼吸速率相等，此時凈光合速率為0，容器內的CO2含量保持相對穩定。
3．(2021·北京卷)將某種植物置于高溫環境(HT)下生長一定時間后，測定HT植株和生長在正常溫度(CT)下的植株在不同溫度下的光合速率，結果如圖。由圖不能得出的結論是(　　)
A．兩組植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率相等
C．50 ℃時HT植株能積累有機物而CT植株不能
D．HT植株表現出對高溫環境的適應性
解析：選B。由圖可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm－2·s－1，A不符合題意；CO2吸收速率代表凈光合速率，而總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，由圖可知35 ℃時兩組植株的凈光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率無法比較，B符合題意；由圖可知，50 ℃時HT植株的凈光合速率大于零，說明能積累有機物，而CT植株的凈光合速率不大于零，說明不能積累有機物，C不符合題意；由圖可知，在較高的溫度下HT植株的凈光合速率仍大于零，能積累有機物進行生長發育，體現了HT植株對高溫環境較適應，D不符合題意。
4．(2022·湖北卷)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，表明高濃度臭氧處理甲的時間越短，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，表明長時間高濃度臭氧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　長時間高濃度臭氧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
[長句特訓]
　(2022·湖南模擬)氣孔有利于CO2進入植物葉片進行光合作用，但同時也是蒸騰作用失去水分的門戶。如何在不損失光合作用效率的前提下減少蒸騰作用水分的流失，即促進高光強下的碳同化，而在碳需求低時保持植物有效利用水的狀態，科研人員為此在擬南芥氣孔周圍的保衛細胞中表達了一種藍光響應K＋通道蛋白(BLINK1)，見圖1，該通道蛋白能調控氣孔快速開啟與關閉，可以有效提高光合作用和水的利用效率。野生擬南芥無BLINK1，氣孔開閉較慢。圖2表示擬南芥在一天中連續光照和間隔光照(強光和弱光交替光照)下的實驗結果。
圖1
圖2
圖3
注：“每升水產植株莖干重”代表每蒸發1升水的過程中產生的植物莖干物質量。
設問形式1　判斷依據類命題
(1)據圖1分析，轉基因擬南芥保衛細胞吸收K＋的方式為____________，K＋進入保衛細胞后，提高了細胞內的______________，導致氣孔快速開啟。
設問形式2　信息推斷類命題
(2)結合題干信息及圖2可知，______________條件下，轉基因植株每升水產植株莖干重大于野生植株，其原因可能是________________________________。
設問形式3　思維辨析類命題
(3)據圖3分析，若測出某株擬南芥一晝夜O2凈釋放量為300 mg，假定呼吸速率恒定不變，則該株擬南芥一天的O2產生量為______________。某環境條件下，若測得該株擬南芥單位時間內CO2的吸收量等于O2的消耗量，則此條件下該植物的干重將________________。
解析：(1)據圖分析，圖1中的氣孔由兩個保衛細胞組成，保衛細胞上有K＋通道蛋白(BLINK1)，K＋通過該通道蛋白進入保衛細胞內，是從高濃度向低濃度的運輸，且沒有消耗能量，因此K＋的跨膜運輸方式為協助擴散。根據以上分析可知，圖1中K＋的跨膜運輸方式為協助擴散；K＋通過K＋通道蛋白(BLINK1)進入氣孔細胞內，提高了細胞內滲透壓，保衛細胞吸水膨脹，導致氣孔快速開啟。(2)根據圖2分析可知，在間隔光照下，含BLINK1植株(轉基因植株)每升水產植株莖干重大于野生植株，其原因是由于間隔光照下，強光時含BLINK1植株氣孔能快速打開，加快了CO2的攝入；而弱光時，氣孔能快速關閉，減少水分蒸發量，所以每升水產植株莖干重較野生型植株大。(3)根據圖3分析，呼吸速率為12 mg/h，則一天24小時呼吸作用消耗的O2量＝12×24＝288 mg，又因為該植株一晝夜凈釋放量為300 mg，則其一天產生的O2量＝288＋300＝588 mg。單位時間內O2的消耗量代表呼吸速率，單位時間內CO2的吸收量代表凈光合速率，因此某環境條件下，若測得該株擬南芥單位時間內CO2的吸收量等于O2的消耗量，說明凈光合速率與呼吸速率相等，說明此時光合速率大于呼吸速率，因此該條件下該植物的干重會增加。
答案：(1)協助擴散　滲透壓　(2)間隔光照　相對于野生型，在間隔光照下，強光時含BLINK1的植株氣孔能快速打開，快速吸收CO2；弱光時氣孔能快速關閉，減少水分蒸發　(3)588 mg　增加
第4課　光合作用的影響因素及與細胞呼吸的關系
[基礎練透]
1．(2022·長沙模擬)某同學將新鮮金魚藻置于盛有NaHCO3溶液的燒杯中，改變燈泡與燒杯的距離，測定得到如圖所示結果。下列敘述正確的是(　　)
A．本實驗的目的是探究CO2濃度對光合速率的影響
B．15～45 cm之間，氣泡產生速率代表凈光合速率
C．小于60 cm時，限制光合速率的主要因素是CO2濃度
D．60 cm時，光線太弱導致光合作用完全停止
解析：選B。分析題目可知，本實驗改變燈泡與燒杯的距離，改變的是光照強度，所以本實驗的目的是探究光照強度對光合速率的影響，當距離小于60 cm時，限制光合速率的主要因素是光照強度，A、C錯誤；金魚藻在進行光合作用時還進行了呼吸作用，在細胞中呼吸作用和光合作用是同時進行的，故在15～ 45 cm之間，氣泡產生的速率代表凈光合速率，B正確；在60 cm時，光線太弱，導致光合作用減弱，但光合作用沒有完全停止，D錯誤。
2．(2022·北京房山區二模)研究者測定了野生型和氣孔發育不良突變體擬南芥在不同光照強度下的CO2吸收速率，結果如圖所示。下列敘述不正確的是(　　)
A．無光照時突變體呼吸速率與野生型基本相同
B．野生型和突變體均在光照強度為P時開始進行光合作用
C．光照強度大于250 μmol·m－2·s－1時，單位時間內突變體有機物的積累量小于野生型
D．光照強度為Q時，二者光合速率的差異可能主要是由于CO2濃度引起的
解析：選B。由曲線圖可以看出無光照時，兩曲線在縱坐標上對應同一個點，表明無光照時突變體呼吸速率與野生型基本相同，A正確；P點是野生型和突變體光合作用強度和呼吸作用強度相等的點，野生型和突變體在光照強度為P點前就已開始進行光合作用，B錯誤；從圖中可以看出，光照強度大于 250 μmol·m－2·s－1時，突變體凈光合作用小于野生型，所以單位時間內有機物的積累量突變體小于野生型，C正確；由于突變體的氣孔發育不良，影響了植物對CO2的吸收，結合圖像所給信息可知，光照強度為Q時，野生型的光合作用強度比突變體的大，可能是由于突變體的氣孔發育不良，造成突變體對外界CO2的吸收量不足引起的，D正確。
3．(2022·海南?？?化學除草是當前玉米生產中最常用的防止草害的措施，但除草劑使用不當會對玉米的生長產生危害?？蒲腥藛T在其他條件均適宜的情況下，利用不同濃度的某種除草劑處理玉米幼苗，24 h后測定其氧氣生成速率和氧氣消耗速率，結果如圖所示。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．圖中顯示該種除草劑主要影響玉米幼苗的光合作用
B．當除草劑濃度為50 mg·L－1時，玉米幼苗不能生長
C．實驗中，光合作用所需的二氧化碳都是通過氣孔進入細胞的
D．測定氧氣消耗速率時需在黑暗環境中進行
解析：選C。分析題圖可知，除草劑處理對玉米幼苗的氧氣生成速率影響較大，即主要影響玉米幼苗的光合作用，A正確；當除草劑濃度為50 mg·L－1時，玉米幼苗的光合速率小于呼吸速率，玉米幼苗不能正常生長，B正確；光合作用固定的二氧化碳有兩個來源，即從外界吸收和自身細胞呼吸產生，C錯誤；氧氣消耗速率代表的是呼吸速率，測定玉米幼苗的呼吸速率時應在黑暗環境中進行，以避免光合作用的干擾，D正確。
4．如圖是葉肉細胞在不同光照強度下葉綠體與線粒體的代謝簡圖，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．細胞①處于黑暗環境中，該細胞單位時間釋放的CO2量即呼吸速率
B．細胞②沒有與外界發生O2和CO2的交換，可斷定此時光合速率等于呼吸速率
C．細胞③處在較強光照條件下，細胞光合作用所利用的CO2量為N1與N2的和
D．分析細胞④可得出，此時的光照強度較弱且N1小于M2
解析：選D。結合圖示可知，細胞①中僅線粒體中有氣體的消耗和生成，故細胞①處于黑暗環境中，此時該細胞單位時間內釋放的CO2量可表示呼吸速率，A正確；細胞②沒有與外界進行氣體交換，可斷定此時光合速率與呼吸速率相等，B正確；細胞③需要從外界環境吸收CO2，并向細胞外釋放O2，說明此時細胞所處較強光照條件下，細胞所利用的CO2包括細胞呼吸產生的N2和從環境中吸收的N1，C正確；細胞④中，線粒體利用的O2除來自葉綠體外，還要從細胞外吸收，說明此時細胞呼吸強度大于光合作用強度，細胞進行有氧呼吸和光合作用的過程中，O2的凈消耗量(吸收量)M2與CO2的凈生成量N1相等，D錯誤。
5．(2022·北京延慶區一模)某研究小組利用特定的實驗裝置來研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響(其他實驗條件均相同且適宜)，根據結果繪制成如圖所示曲線。下列有關敘述正確的是(　　)
A．大于35 ℃時，該植物不能正常生長的原因是不能進行光合作用
B．25 ℃和30 ℃時該植物的CO2消耗量基本相等
C．該植物的細胞呼吸最適溫度為35 ℃左右
D．5～25 ℃，該植物積累的有機物逐漸減少
解析：選B。由圖分析可知，大于35 ℃時，光合作用消耗CO2的量小于細胞呼吸產生CO2的量，說明光合速率小于呼吸速率，植物體不能生長，A錯誤；由圖可知，25 ℃和30 ℃時該植物的CO2消耗量基本相等，B正確；大于35 ℃時，細胞呼吸產生CO2的量還在增加，說明呼吸速率的最適溫度大于35 ℃，C錯誤；5～25 ℃，光合作用CO2消耗量一直大于細胞呼吸產生CO2的量，說明凈光合速率大于0，該植物積累的有機物逐漸增多，D錯誤。
6．(2022·湖北恩施州一質檢)已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃。如圖表示該植物在30 ℃時光合作用強度與光照強度的關系。若改變環境條件，曲線中有關點的移動情況正確的是(　　)
A．若溫度突然從30 ℃下降到25 ℃，則a點上移、b點左移、m值增加
B．若b點時突然增大環境CO2濃度，則b點右移、m值增加
C．若c點時突然增大環境CO2濃度，則短時間內植株葉肉細胞葉綠體內的C3含量會減少、C5含量會增加
D．若b點時突然減弱光照強度，則短時間內植株葉肉細胞葉綠體內的C3含量會減少，C5含量會增加
解析：選A。若溫度突然從30 ℃下降到25 ℃，呼吸作用強度下降，a點上移，同時光合作用強度增大，b點左移，m值增加，A正確；b點光合作用強度＝呼吸作用強度，若b點時突然增大環境CO2濃度，暗反應增強，較低的光照強度便能使光合作用的強度＝呼吸作用的強度，b點左移，增大CO2濃度有利于光合作用，m值增加，B錯誤；若c點時突然增大環境CO2濃度，C3的合成速率加快，由于C3的還原速率不變，短時間內C3的含量增加，C5含量減少，C錯誤；若b點時突然減弱光照強度，合成的ATP和NADPH減少，C3的還原速率減慢，由于C3的合成速率不變，短時間內C3含量會增加，C5含量會減少，D錯誤。
7．(多選)為探究影響光合作用強度的因素，將同一品種玉米苗置于25 ℃條件下培養，實驗結果如圖。下列說法正確的是(　　)
A．除測定CO2吸收量外，還可通過測定O2釋放量表示光合作用強度
B．A點條件下限制光合速率的主要環境因素是光照強度、是否施肥和土壤含水量
C．根據實驗數據，農業上可在土壤含水量40%～60%條件下施肥以提高玉米產量
D．從光合作用面積的角度考慮，還可采取合理密植以提高玉米的光能利用率
解析：選ACD。反應速率可用反應物的消耗速率或生成物的生成速率表示，故除測定CO2吸收量外，還可通過測定O2釋放量表示光合作用強度，A正確；通過A、C點對比可知，限制光合作用的因素是光照強度，通過A、B點對比可知，限制光合作用的因素是土壤含水量，在土壤含水量為20%時，施肥與未施肥沒有差別，因此，A點條件下限制光合速率的主要環境因素是光照強度、土壤含水量，B錯誤；結合實驗數據，在土壤含水量40%～60%條件下，施肥可提高CO2吸收量，可提高玉米產量，C正確；合理密植可提高光合作用面積，從而提高玉米的光能利用率，D正確。
8．(2022·莆田市一質檢)光敏色素是紅光和遠紅光的光受體，光刺激可使光敏色素由Pfr型轉化為Pr型，從而激活光反應基因，紅光/遠紅光(R/FR)的值可影響光反應強度。研究人員以黃瓜為實驗材料，研究不同紅光/遠紅光的值(R/FR＝7和0.7)對鹽脅迫(80 mmol·L－1NaCl)下的黃瓜幼苗凈光合速率(Pn)和氣孔導度(Gs)的影響。實驗中對各組的具體處理為①L7組(對照)：0 mmol·L－1NaCl，R/FR＝7；②L0.7組：0 mmol·L－1NaCl，R/FR＝0.7；③H7組：80 mmol·L－1NaCl，R/FR＝7等，結果如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：
(1)光合作用是植物吸收光能并將其最終轉化為__________________的過程，對植物的生長發育起關鍵作用。光質是影響植物生長發育的重要光環境因素，其中類胡蘿卜素主要吸收__________光。
(2)實驗中對H0.7組的處理為__________________，H7組和H0.7組的凈光合速率分別低于L7組和L0.7組的，說明_________________________。
(3)由實驗結果可知，實驗中的______________組能說明紅光/遠紅光的值能夠降低鹽脅迫對黃瓜幼苗凈光合速率的抑制作用，據圖推測可能的原因是
①_______________________________________________________；
②________________________________________________________。
解析：(1)光合作用是植物吸收光能并將其最終轉化為有機物中穩定的化學能的過程，光合作用可將無機物合成有機物，對植物的生長發育起關鍵作用。光質是影響植物生長發育的重要光環境因素，其中類胡蘿卜素(包括胡蘿卜素和葉黃素)主要吸收藍紫光。(2)該實驗的自變量為紅光/遠紅光的值(R/FR＝7和0.7)和鹽脅迫(80 mmol·L－1NaCl)的有無，根據實驗的單一變量原則和對照原則，可知實驗中對H0.7組的處理為80 mmol·L－1NaCl，R/FR＝0.7；比較H7組和L7組、H0.7組和L0.7組，可知進行了鹽脅迫的H7組和H0.7組的凈光合速率分別低于L7組和L0.7組，說明鹽脅迫對植物的凈光合速率產生了抑制作用。(3)由實驗結果可知，鹽脅迫條件下，H0.7(或低R/FR)組比H7組的凈光合速率大，H0.7組可說明降低紅光/遠紅光的值能夠降低鹽脅迫對黃瓜幼苗凈光合速率的抑制作用，據圖推測可能的原因是：H0.7組的氣孔導度明顯大于H7組的，吸收的CO2多，凈光合速率較大；光敏色素在感受到H0.7組的刺激后，由Pfr型轉化為Pr型，激活光反應基因的強度增大，更能促進光反應的進行，提高凈光合速率。
答案：(1)制造的有機物中穩定的化學能　藍紫
(2)80 mmol·L－1NaCl，R/FR＝0.7　鹽脅迫對植物的凈光合速率產生了抑制作用　(3)H0.7　H0.7組的氣孔導度明顯大于H7組，吸收的CO2多，凈光合速率較大　光敏色素在感受到對H0.7組的刺激后，由Pfr型轉化為Pr型，激活光反應基因的強度增大，更能促進光反應的進行，提高凈光合速率
[能力提升]
9．取某種植物生長狀態一致的新鮮葉片，用打孔器打出若干圓片，平均分成四組，各置于相同的密閉裝置內，在其他條件相同且適宜的情況下，分別置于四種不同溫度下(t1＜t2＜t3＜t4)。測得光照相同時間后各裝置內O2的增加值及黑暗條件下各裝置內O2的消耗值，結果如表。經分析可知，下列敘述錯誤的是(　　)
溫度　氣體變化值　[相對值(mg·h－1)]　　　　 t1 t2 t3 t4
光照下O2的增加值 2.7 6.0 12.5 12.0
黑暗下O2的消耗值 2.0 4.0 8.0 12.0
A.在實驗的四個溫度值中，植物在t3時經光合作用制造有機物的量最多
B．光照相同時間后，t4溫度下裝置內O2的生產量大于細胞呼吸消耗的O2量
C．在實驗的溫度范圍內，呼吸作用強度隨著溫度的升高而升高
D．在實驗的四種溫度下，若均給予24 h光照，植物有機物的積累量均大于0
解析：選A。據表格數據可知，t1溫度時真正光合速率＝2.7＋2.0＝ 4.7 mg·h－1，t2溫度條件下真正光合速率＝6.0＋4.0＝10.0 mg·h－1，t3溫度條件下真正光合速率＝12.5＋8.0＝20.5 mg·h－1，t4溫度條件下真正光合速率＝12.0＋12.0＝24.0 mg·h－1，所以植物在t4時經光合作用制造有機物的量最多，A錯誤；據表格數據可知，在該光照條件下，t4溫度下裝置內葉片光合作用強度大于呼吸作用強度，即O2的生產量大于細胞呼吸消耗的O2量，其差值為12.0 mg·h－1，B正確；黑暗下O2的消耗值可表示呼吸速率，據表可知，在實驗的溫度范圍內，呼吸作用強度隨著溫度的升高而升高，C正確；據表格數據可知，在實驗的4種溫度下，植物的凈光合速率都大于0，若均給予24 h光照，植物有機物的積累量均大于0，D正確。
10．如圖表示一株生長迅速的植物在夏季24 h內CO2的吸收量和釋放量，光合速率和呼吸速率用單位時間內CO2的吸收量和CO2的釋放量表示(圖中a、b、c表示相應圖形的面積)。下列表述不合理的是(　　)
A．在18：00時和6：00時，該植物光合作用強度與呼吸作用強度相等
B．假設該植物在24 h內呼吸速率不變，最大光合速率為85 mg/h
C．該植物在一晝夜中有機物積累量的代數式可表示為a＋c－b
D．中午12：00時左右，葉片上部分氣孔關閉，光合速率下降，與植物光合速率最大時相比，此時該植物葉綠體內C5的含量下降
解析：選D。題圖中可以看出，在18：00時和6：00時，CO2的吸收量均為0，即呼吸作用產生的CO2剛好被光合作用吸收，此時植物光合作用強度與呼吸作用強度相等，A合理；題圖中夜間只進行呼吸作用，其CO2的釋放量為10 mg/h，該值表示呼吸速率，假設該植物在24 h內呼吸速率不變，在圖中c區段CO2吸收的最高值為75 mg/h，此值為凈光合速率，因此此時的真正光合作用速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝75＋10＝85 mg/h，B合理；白天光合速率大于呼吸速率，因此a和c區段表示的是白天積累的有機物，而夜間只進行呼吸作用，因此b區段表示夜間消耗的有機物，因此該植物在一晝夜中有機物積累量的代數式可表示為a＋c－b，C合理；中午12：00時左右，葉片上部分氣孔關閉，CO2濃度降低，導致CO2的固定減少，即C5消耗速率減慢，而C3的還原仍在發生，即C5生成速率幾乎不變，與植物光合速率最大時相比，此時該植物葉綠體內C5的含量增加，D不合理。
11．(多選)P基因可以影響楊樹葉片氣孔的開閉，在楊樹適應干旱環境上有重要作用。如圖表示P基因抑制表達組和野生型組在相同且適宜的條件下測得的凈光合速率。下列相關分析錯誤的是(　　)
A．P基因表達能促進楊樹葉片在干旱環境下打開氣孔
B．較低光照強度下，P基因對凈光合速率影響不大
C．抑制表達組的凈光合速率全天高于野生型組的凈光合速率
D．楊樹能適應干旱環境是經過長期協同進化形成的
解析：選AC。分析題圖可知，在中午11：00～13：00間，P基因抑制表達組凈光合速率降低幅度小，說明P基因表達能促進楊樹葉片在干旱環境下關閉氣孔，而不是打開氣孔，A錯誤；分析題圖可知，P基因抑制表達組的凈光合速率，在大于200 μmol·m－2·s－1光照強度后高于野生型組，小于200 μmol·m－2·s－1時兩曲線幾乎重疊，說明較低光照強度下，P基因對凈光合速率影響不大，B正確；抑制表達組的凈光合速率在15：00～17：00間低于野生型組的凈光合速率，C錯誤；楊樹能適應干旱環境，是楊樹與環境協同進化的結果，D正確。
12．(2022·保定市七校聯合)小麥是北方重要的糧食作物，其產量和各種物質的運輸有密切聯系。小麥最后長出的一片葉子稱為旗葉，旗葉光合作用制造的有機物會被運輸到小麥籽?！，F有實驗如圖甲所示，透明袋中始終保持25 ℃、充足的CO2及適宜的光照，套環的溫度可調節。前30分鐘，套環溫度20 ℃，后30分鐘改為5 ℃，測定透明袋內旗葉的相關結果如圖乙所示?；卮鹣铝袉栴}：
甲
乙
丙
(1)該實驗的目的是_________________________________。
據圖乙分析，套環溫度為5 ℃時比20 ℃時CO2吸收量降低的原因：不是胞間的____________引起；而是由于____________________導致。
(2)旗葉光合作用合成的有機物以蔗糖的形式運輸到小麥籽粒中。合成和運輸有機物的過程如圖丙所示，如果葉綠體的丙糖磷酸運輸受阻，則葉肉細胞中的淀粉含量和小麥的籽粒產量變化分別是__________和__________。
(3)研究人員將酵母菌蔗糖酶基因導入小麥，并使蔗糖酶特異性定位在葉肉細胞的細胞壁上，則轉基因小麥的產量__________(填“升高”“降低”或“不變”)，原因是_________________________________。
解析：(1)據題意“透明袋中始終保持25 ℃充足的CO2及適宜的光照，套環的溫度可調節”可知，實驗過程中的自變量是套環溫度，據圖乙可知，測定指標是小麥旗葉水分散失量、CO2吸收量和旗葉向籽粒運輸的葡萄糖量，故該實驗的目的是探究套環溫度對小麥旗葉水分散失量、CO2吸收量(光合速率)和旗葉向籽粒運輸葡萄糖量的影響；據圖乙可知，在前后30分鐘內的水分散失量不變，說明氣孔開閉狀況不變，影響CO2的吸收速率下降的不是胞間CO2濃度降低引起，而是旗葉向籽粒運輸葡萄糖量減少，葡萄糖在旗葉中積累(圖示前30分鐘含量＞后30分鐘)所致。(2)據圖丙可知，如果葉綠體的丙糖磷酸運輸受阻，則細胞質中的丙糖磷酸轉化形成葡萄糖的量增加，葡萄糖進入葉綠體形成淀粉并在葉綠體基質中積累，含量上升；由于無法以蔗糖的形式運輸到小麥籽粒中，則小麥的籽粒產量降低。(3)蔗糖酶定位在葉肉細胞的細胞壁上，蔗糖酶使蔗糖水解成葡萄糖和果糖，蔗糖被分解而不能運輸到籽粒，故轉基因小麥的產量降低。
答案：(1)探究套環溫度對小麥旗葉水分散失量、CO2吸收量(光合速率)和旗葉向籽粒運輸葡萄糖量的影響　CO2濃度降低　旗葉向籽粒運輸葡萄糖量減少(葡萄糖在旗葉中積累)　(2)升高　降低　(3)降低　蔗糖被分解而不能運輸到籽粒

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