第17課時(shí)光合作用的影響因素及其應(yīng)用

說(shuō)明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

課標(biāo)要求

糖與氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能。

1.探究環(huán)境因素對(duì)光

2022?海南-T3

合作用強(qiáng)度的影響

2023?北京-T32023?湖北-T112023?重慶-T19

2023?山東-T212023?廣東1182022?山東-T21

考情分析2.單、多因子變量對(duì)

2022?廣東?T182022?遼寧?T222022?江蘇-T20

光合作用強(qiáng)度影響的

2022?北京-T22021?福建?T172021?山東?T21

機(jī)理辨析

2021?河北-T192021?海南-T212021?北京-T3

2021?廣東-T152021?遼寧-T22021?湖南?T7

考點(diǎn)一探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響

■整合必備知識(shí)

1.光合作用強(qiáng)度

（D概念：植物在________________內(nèi)通過光合作用制造的數(shù)量。

（2）表示方法：用一定時(shí)間內(nèi)來(lái)定量表示。

2.影響光合作用強(qiáng)度的因素

■的活性、數(shù)量

-色素的種類和含量

，光質(zhì)留植物自身因素（遺傳特

C0光照強(qiáng)度

濃度2水書光照時(shí)間性、葉齡、葉面積

1指數(shù)等）

）〔光照面積

.光（強(qiáng)度、時(shí)間、光

七包+區(qū)回磷（黑。）+

01質(zhì)等）

外＜----------

酶、素〔因___________

/X\

溫度/、礦質(zhì)元素礦質(zhì)元素

.水分

3.控制影響光合作用實(shí)驗(yàn)自變量的方法

光照強(qiáng)度的大小可以用不同功率的LED臺(tái)燈

跖踵「(或相同功率的LED臺(tái)燈，但與植物的距離

不同)進(jìn)行控制

若確認(rèn)CO2是光合作用的原料，應(yīng)以CO?的

一有無(wú)(如一組添加NaHCO:t溶液,另一組添

加NaOH溶液)為自變量

_若確認(rèn)CO?濃度對(duì)光合速率的影響，則應(yīng)以

一不同濃度的CO2緩沖液為自變量

垂卜不同溫度可用不同恒溫裝置進(jìn)行控制

4.探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響

(1)實(shí)驗(yàn)原理：抽去圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中,光照下葉片進(jìn)行光合作用

產(chǎn)生________,充滿細(xì)胞間隙，葉片又會(huì)o光合作用越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)圓形小葉片

上浮的數(shù)量________o

(2)實(shí)驗(yàn)中變量分析

自變量不同________________

控制自變量調(diào)節(jié)__________________進(jìn)行控制

因變量

檢測(cè)因變量同一時(shí)間段內(nèi)__________________

對(duì)無(wú)關(guān)變量

進(jìn)行控制________________等保持一致

(3)實(shí)驗(yàn)流程：取材一排氣一沉水一分組一光照一觀察并記錄。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在一定范圍內(nèi)，臺(tái)燈與小燒杯的距離越近，單位時(shí)間內(nèi)浮起的圓形小葉片也

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也_______(單位時(shí)間內(nèi)

圓形小葉片中產(chǎn)生的。2越多，浮起的圓形小葉片也越多)。

■判斷正誤

(1)在探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中，NaHCCh濃度越高，葉片浮起來(lái)的速率就

越快()

(2)在探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中，若改用普通燈泡作為光源應(yīng)注意燈泡發(fā)熱

造成的溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，應(yīng)在燈泡和光源之間加一玻璃水柱進(jìn)行隔溫處理()

(3)因?yàn)榕渲频腘aHCCh溶液中不含。2,所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中葉圓片只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸()

■評(píng)價(jià)遷移應(yīng)用

考向一探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響

1.(2024?北京房山區(qū)高三聯(lián)考)某生物研究小組以菠菜葉為實(shí)驗(yàn)材料，探究CO2濃度對(duì)光合

作用強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）

小圓葉片上浮

NaHCO3到液面的時(shí)間

/溶液

■—————一0

二

經(jīng)抽氣處理過40w

的小圓葉片臺(tái)燈0abCNaHCO：；濃度

甲乙

A.該實(shí)驗(yàn)中小圓葉片上浮到液面的時(shí)間屬于無(wú)關(guān)變量

B.圖乙be段平緩，可適當(dāng)縮短臺(tái)燈與燒杯的距離使曲線進(jìn)一步下降

C.圖乙c點(diǎn)之后曲線上升，說(shuō)明隨NaHCCh濃度增加光合作用增強(qiáng)

D.將圖甲裝置中的NaHCCh溶液換成NaOH溶液，可用于測(cè)定小圓葉片的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度

2.（2022?海南，3）某小組為了探究適宜溫度下CCh對(duì)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NaHCCh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(shí)長(zhǎng)，結(jié)果如圖。下列有關(guān)敘述正確的是（）

(

S

)

邛

總

箕

詳

助

7

北

豆

#

NaHCO,*濃度(%)

A.本實(shí)驗(yàn)中，溫度、NaHCCh濃度和光照都屬于自變量

B.葉圓片上浮所需時(shí)長(zhǎng)主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率

C.四組實(shí)驗(yàn)中，0.5%NaHCC>3溶液中葉圓片光合速率最高

D.若在4℃條件下進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)，則各組葉圓片上浮所需時(shí)長(zhǎng)均會(huì)縮短

考點(diǎn)二辨析單、多因子變量對(duì)光合作用強(qiáng)度影響的機(jī)理

■整合必備知識(shí)

1.內(nèi)部因素

（1）與植物自身的遺傳特性有關(guān)，以陰生植物、陽(yáng)生植物為例，如圖所示。

咽

M陽(yáng)生植物

3.光補(bǔ)償點(diǎn)：B1B

O丁陰生植物

JO

々光照強(qiáng)看光飽和點(diǎn)：c-<c

姍

定A*

A呼吸強(qiáng)度：OAVOA

?

O.應(yīng)用：間作套種

D

(2)植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶

<

?［0A段，隨葉齡增大，葉面積增大,

如八色素含量增加，酶的含量和活性

*、增大，光合速率加快

O1葉除［應(yīng)用:適時(shí)摘除老葉

注：影響葉綠素合成的因素還有光照、溫度和礦質(zhì)元素等。

(3)葉面積指數(shù)

A點(diǎn)前：隨葉面積指數(shù)增大，光合

［物質(zhì)量速率增大

/號(hào)總光合量

呼吸量A點(diǎn)后：雖然總光合量上升，但因

上升更快，導(dǎo)致干物質(zhì)量一

立1干物質(zhì)量

應(yīng)用：適當(dāng)摘除林冠下層葉；合理

°A葉面積

指數(shù),增加光合面積

2.外部環(huán)境因素

(1)單因子變量對(duì)光合速率的影響

①光照強(qiáng)度

.原理：光照強(qiáng)度影響,

制約的

產(chǎn)生，進(jìn)而制約暗反應(yīng)

光補(bǔ)償點(diǎn)(光照

只進(jìn)行_____

大于此點(diǎn)時(shí)植上&_____,不進(jìn)

物方可生長(zhǎng))

行光合作用

/凈乎合速率

,即(不含A、B

煙矍點(diǎn))呼吸量〉

ZJ總光合

用/cVj1速率.，

光合量

(X*/'_光施

、光飽和點(diǎn)強(qiáng)度B點(diǎn)光合量呼

吸量

黑暗條件下細(xì)B點(diǎn)光合量呼

胞呼吸所釋放三后-吸量

的CO?量

I應(yīng)用：溫室生產(chǎn)中，適當(dāng)增強(qiáng)—

，以提高光

合速率，使作物增產(chǎn)

②C02濃度

原理：CC>2影響階段，制約C.3的

形成

A點(diǎn)表示點(diǎn),此點(diǎn)植物

黑代謝特點(diǎn)為一

館A'點(diǎn)表示____________________

叫oB點(diǎn)和B，點(diǎn)對(duì)應(yīng)的

CO?濃度都表示點(diǎn)

—大田中增加空氣流動(dòng)，以增加

一廠CO2濃度，如“正其行，通其風(fēng)”

應(yīng)

用一

_溫室中可增施,以

增大____________________

③溫度

r原理：溫度通過影響影響

光合作用

AB段在B點(diǎn)之前，隨著溫度升高,

光合速率_____

理酶的溫度，光合

分_速率最大

析

些段隨著溫度升高，

下降，光合速率減小

D點(diǎn)

應(yīng)j-------大田：適時(shí)播種

用1——溫室：適當(dāng)增加.

保證_____________

④水分或礦質(zhì)元素

水既是光合作用的，又

是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的—O

一水分還能影響______的開閉,

原理-間接影響進(jìn)入植物體內(nèi)

_礦質(zhì)元素影響葉綠素等有關(guān)

化合物的合成

應(yīng)用：合理灌溉和施肥

(2)多因子變量對(duì)光合速率的影響

限制光合速率的因素

:工應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的

s件世因子，依次為

30t和

$曲

20t：

lOt：線

分光照強(qiáng)度

。A

B光照強(qiáng)度析

.橫坐標(biāo)所表示的因子

M甲D

?M臺(tái)不再是限制光合速率

m強(qiáng)光照

中光照的主要因素

米低光照

o

A溫室栽培時(shí)，在一定光照

BCO2濃度

乙強(qiáng)度下，白天適當(dāng)

爵

—,增加光合酶的活性,

,高CC)2濃度

ff如l

?中C02濃度提高光合速率，也可同

米?低C02濃度常一時(shí)適當(dāng)增加.

o

B光照強(qiáng)度進(jìn)一步提高光合速率；當(dāng)

丙溫度適宜時(shí)，可適當(dāng)增加

以提高光合速率

■判斷正誤

(1)溫室條件下，通過增施農(nóng)家肥增產(chǎn)的原因是其可以提高作物對(duì)有機(jī)物的吸收()

(2)適時(shí)進(jìn)行灌溉可以緩解作物的“光合午休”程度()

(3)玉米幼苗從土壤中吸收的水分主要用于光合作用()

(4)生長(zhǎng)于較弱光照條件下的植物，當(dāng)提高CO2濃度時(shí)，其光合速率就隨之增加()

(5)整株植物處于光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，葉肉細(xì)胞的光合作用強(qiáng)度和細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等()

■提升關(guān)鍵能力

光合作用是一系列的光化學(xué)步驟和物質(zhì)轉(zhuǎn)變過程，影響其變化的因素也是多方面的，請(qǐng)同學(xué)

們結(jié)合如下問題深度認(rèn)知各種因素影響光合作用變化的內(nèi)在機(jī)理。

(1)若圖1為某作物光合速率隨光照強(qiáng)度的變化曲線。請(qǐng)繪出B點(diǎn)時(shí)，該植物的葉肉細(xì)胞中的

氣體交換圖解。

*

3

010

-

o-

D

遇光照強(qiáng)度

微

O

D

圖］

（2）上述曲線圖是在光合作用的最適溫度25℃條件下測(cè)得數(shù)據(jù)繪制的曲線，現(xiàn)若將溫度提高

至細(xì)胞呼吸的最適溫度30℃,再測(cè)得數(shù)據(jù)繪制曲線，則圖中A、B、C、D點(diǎn)分別如何移動(dòng)?

若該植物缺少鎂離子，則圖中A、B、C、D點(diǎn)分別如何移動(dòng)？若上述曲線圖是陽(yáng)生植物的相

關(guān)曲線，則陰生植物的曲線中B、C、D點(diǎn)分別如何移動(dòng)？

⑶如果將光照強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致后期植物光合作用下降，其原因可能有兩種:

（4）為了選擇適宜栽種的該作物品種，研究人員在相同的條件下分別測(cè)定了3個(gè)品種Si、S2、

S3的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)，結(jié)果如圖2和圖3。最適宜在果樹林下套種的品種是,

理由是___________________________________________________________________________

最適應(yīng)較高光照強(qiáng)度的品種是。若增加環(huán)境中CO2濃度后，測(cè)得s2的光飽和點(diǎn)顯

著提高，但S3的光飽和點(diǎn)卻沒有顯著改變，原因可能是在超過原光飽和點(diǎn)的光照強(qiáng)度下，S2

的光反應(yīng)產(chǎn)生了過剩的,而S3在光飽和點(diǎn)時(shí)可能（填序

號(hào)，多選）。

①光反應(yīng)已基本飽和②暗反應(yīng)已基本飽和

③光、暗反應(yīng)都已基本飽和

■評(píng)價(jià)遷移應(yīng)用

考向二辨析單、多因子變量對(duì)光合作用強(qiáng)度影響的機(jī)理

3.（2022?北京，2）光合作用強(qiáng)度受環(huán)境因素的影響。車前草的光合速率與葉片溫度、CO2濃

度的關(guān)系如圖。據(jù)圖分析不能得出（）

401

L1000p.L-L-C02

c?

30

o

l

u

i

620

。-

/)

?10

眼0

如

宏10203040葉片溫度（七）

A.低于最適溫度時(shí)，光合速率隨溫度升高而升高

B.在一定的范圍內(nèi)，C02濃度升高可使光合作用最適溫度升高

C.CO2濃度為200匹工一1時(shí)，溫度對(duì)光合速率影響小

D.10℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會(huì)持續(xù)提高

4.（2021?廣東，15）與野生型擬南芥WT相比，突變體fl和2在正常光照條件下，葉綠體在

葉肉細(xì)胞中的分布及位置不同（圖1所示），造成葉綠體相對(duì)受光面積的不同（圖2所示），進(jìn)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(yùn)動(dòng)的前提下，下

列敘述錯(cuò)誤的是（）

A.a比n具有更高的光飽和點(diǎn)（光合速率不再隨光強(qiáng)增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度）

B.Z1比A具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)（光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度）

C.三者光合速率的高低與葉綠素的含量無(wú)關(guān)

D.三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大

考向三光呼吸和光抑制

5.（2022?江蘇，20）圖I所示為光合作用過程中部分物質(zhì)的代謝關(guān)系（①?⑦表示代謝途徑）。

Rubisco是光合作用的關(guān)鍵酶之一，CO2和。2競(jìng)爭(zhēng)與其結(jié)合，分別催化C5的竣化與氧化。C5

竣化固定C02合成糖；C5氧化則產(chǎn)生乙醇酸（C2）,C2在過氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，完成

光呼吸碳氧化循環(huán)。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：

!C5(RUBP)

07

過②③

氧+

H2OHADP\

化e一Riibiscon

物ATP

酶④運(yùn)贏----、

：0_（吧0|NADPH

傣

⑤口黑畛

ADP

ADP⑦

：三麗（GAP）：

葉綠體j

圖I

h'2時(shí)間（分）

,光

黑暗光照

圖n

⑴圖I中，類囊體薄膜直接參與的代謝途徑有（從①?⑦中選填），在紅光照射

條件下，參與這些途徑的主要色素是o

（2）在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進(jìn)入過氧化物酶體被繼續(xù)氧化，同時(shí)生成的__________在過氧

化氫酶催化下迅速分解為02和H2OO

（3）將葉片置于一個(gè)密閉小室內(nèi)，分別在CO2濃度為0和0.03%的條件下測(cè)定小室內(nèi)CO2濃度

的變化，獲得曲線a、b（圖H）。

①曲線a,0?人時(shí)段（沒有光照，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸）段釋放的CO?源于細(xì)胞呼吸；力?叁時(shí)段，

co2的釋放速度有所增加,此階段的CO2源于o

②曲線b,當(dāng)時(shí)間到達(dá)玄點(diǎn)后，室內(nèi)CO2濃度不再改變，其原因是=

（4）光呼吸可使光合效率下降20%?50%,科學(xué)家在煙草葉綠體中組裝表達(dá)了衣藻的乙醇酸脫

氫酶和南瓜的蘋果酸合酶，形成了圖III代謝途徑，從而降低了光呼吸，提高了植株生物量。

上述工作體現(xiàn)了遺傳多樣性的價(jià)值。

【拓展延伸】光呼吸

(1)發(fā)生條件

①干旱、炎熱條件下，氣孔關(guān)閉，阻止C02進(jìn)入葉片和。2逸出葉片。

②Rubisco具有兩面性(或雙功能)。

(2)過程

CO2

(CH2O)

ATP

、VNADPH

口光呼吸&X2

\3^02

C3C2X2ATP

RuBP(CJ藪化加氧酶

(3)發(fā)生場(chǎng)所：葉綠體、過氧化物酶體、線粒體。

(4)危害

①在較強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，使得C5氧化分解加強(qiáng)，一部分碳(1/4)以CO2的形式散失，從而

減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。

②光呼吸過程中消耗了ATP和NADPH,即造成了能量的損耗。

(5)意義

①防止強(qiáng)光對(duì)葉綠體的破壞：強(qiáng)光時(shí)，光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率，葉肉細(xì)胞中會(huì)積累ATP

和NADPH,這些物質(zhì)積累會(huì)產(chǎn)生自由基，自由基會(huì)損傷葉綠體；強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，會(huì)

消耗光反應(yīng)過程中積累的ATP和NADPH,從而減輕對(duì)葉綠體的傷害。

②回收了3/4的碳元素，避免了過多的碳損失。

③消除乙醇酸(C。避免了乙醇酸(C2)積累，使細(xì)胞免受傷害。

④在干旱和高輻射脅迫下，葉片氣孔關(guān)閉或外界CO2濃度降低、CO2進(jìn)入受阻時(shí)，光呼吸釋

放的CO2能被卡爾文循環(huán)再利用，以維持糖類等有機(jī)物的合成。

6.(2022?山東，21)強(qiáng)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(dǎo)

致植物光合作用強(qiáng)度下降，出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。為探索油菜素內(nèi)酯(BR)對(duì)光抑制的影響機(jī)制，

將長(zhǎng)勢(shì)相同的蘋果幼苗進(jìn)行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應(yīng)關(guān)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(qiáng)光照射，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

褪

弱(

分組處理§

史

甲清水世

要

乙BR如

宋)

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(xì)胞中的色素時(shí)，隨層析液在濾

紙上擴(kuò)散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是o

(2)強(qiáng)光照射后短時(shí)間內(nèi)，蘋果幼苗光合作用暗反應(yīng)達(dá)到一定速率后不再增加，但氧氣的產(chǎn)生

速率繼續(xù)增加。蘋果幼苗光合作用暗反應(yīng)速率不再增加，可能的原因有、

(答出2種原因即可)；氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加的原因是

(3)據(jù)圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光抑制(填“增強(qiáng)”或“減弱”)；乙組

與丙組相比，說(shuō)明BR可能通過發(fā)揮作用。

【拓展延伸】光抑制

植物的光合系統(tǒng)所接受的光能超過光合作用所能利用的量時(shí)，光合功能便降低，這就是光合

作用的光抑制。

⑴光抑制機(jī)理：光合系統(tǒng)的破壞，PSII是光破壞的主要場(chǎng)所。發(fā)生光破壞后的結(jié)果：電子

傳遞受阻，光合效率下降。

⑵光抑制的主要防御機(jī)制

①減少光吸收，植物體也可以通過葉運(yùn)動(dòng)(減少葉片與主莖的夾角)或葉綠體運(yùn)動(dòng)這種對(duì)強(qiáng)光

的快速響應(yīng)以減少對(duì)光的吸收，從而避免光抑制。

②增加熱耗散：a.當(dāng)依賴能量的葉綠素?zé)晒忖缭黾訒r(shí)，通過增加激發(fā)能的熱耗散可以部分

避免光抑制。降低光飽和條件下的PSII的光化學(xué)效率，可以避免光抑制破壞的發(fā)生。b.在強(qiáng)

光下非光輻射能量耗散增加的同時(shí)，玉米黃素含量增加，玉米黃素與激發(fā)態(tài)的葉綠素作用，

從而耗散其激發(fā)能，保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受過量光能破壞。

③進(jìn)行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止強(qiáng)光和C0