第10講光合作用、細胞呼吸綜合高考生物一輪復習素養(yǎng)目標一、光合作用的強度1.光合作用強度(1)含義:植物在

通過光合作用制造糖類的數量。

(2)衡量指標①凈光合速率:單位時間、單位

吸收CO2的量或放出O2的量或有機物的凈增量。

②光合生產率(又稱凈同化率):植物在較長時間(一晝夜或一周)內,單位葉面積生產的干物質量。光合生產率比光合速率低,因為要去掉呼吸等消耗。單位時間內

葉面積

(3)影響因素①影響光合作用的內部因素:

的含量、

的含量和活性、葉齡等。

②影響光合作用強度的環(huán)境因素:

。a.只要影響到光合作用的原料(CO2、水)、能量的供應(光能),都可能是影響光合作用強度的因素。例如:環(huán)境中CO2濃度、葉片氣孔開閉情況。b.影響

(填光合作用場所)的形成和結構的因素,也會影響光合作用強度。例如:無機營養(yǎng)、

。

c.光合作用需要酶參與,因此影響酶活性的因素也會影響光合作用強度。例如:

、pH。

色素

酶

光照強度、CO2濃度、溫度、水分等

葉綠體

病蟲害

溫度

2.探究光照強度對光合作用強度的影響(1)實驗原理①在光照下,綠色植物通過

產生O2。

②若葉片中的氣體逸出,細胞間隙充滿了水,浮力減小,葉片就會沉到水底;若光合作用產生的

充斥在葉片的細胞間隙中,浮力增大,葉片會從水底浮起。

③光照強度不同,則光反應產生

的速率不同,葉片上浮的時間也不同。光合作用

O2O2(2)實驗裝置分析①設置自變量:自變量是光照強度,通過調整

來調節(jié)光照強度的大小。

②中間盛水玻璃柱的作用:吸收燈光的熱量,避免光照對燒杯內水溫產生影響。③CO2的供應:事先向小燒杯中的清水中吹氣或者是用質量分數為1%~2%的

溶液。

臺燈與燒杯的距離

NaHCO3(3)實驗步驟制備圓形小葉片→排氣→沉水備用→分組→控制自變量(光照強度)→觀察并記錄(4)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

旁欄邊角(必修1,第105頁,“探究·實踐”改編)閱讀實驗流程、分析實驗裝置,請回答下列問題。(1)臺燈燈泡會產生熱量,距離越近(功率越大)熱量越多,從而影響裝置溶液的溫度,請你提出改進措施。

。

(2)因變量是光合作用強度,實驗中是通過

來觀測因變量的。提示

在臺燈和盛有圓形小葉片的燒杯之間放一盛水的玻璃柱,該玻璃柱可以吸收燈光的熱量,避免光照對燒杯內水溫產生影響提示

單位時間內被抽去空氣的圓形小葉片浮起的數量或者浮起相同數量的葉片所用的時間易錯辨析基于對影響光合作用的因素的理解,判斷下列表述是否正確。(1)延長光照時間能夠提高光合作用強度。(

)(2)探究光照強度對光合作用強度影響的實驗中使用的圓形小葉片應先排出里面的氣體。(

)(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。(

)(4)實驗中測得的O2產生量是植物光合作用實際產生的總O2量。(

)×√√×二、光合作用與細胞呼吸的關系1.關系圖解(1)物質名稱。b:O2,c:

,d:ADP,e:NADPH,f:

,g:CO2,h:

。

ATPC5C3

(2)生理過程及場所

序號①②③④⑤生理過程

暗反應有氧呼吸第一階段有氧呼吸第二階段有氧呼吸第三階段場所葉綠體類囊體薄膜

線粒體基質

光反應

葉綠體基質

細胞質基質

線粒體內膜

2.聯(lián)系(1)物質聯(lián)系暗反應

一

二

光

暗

一、二

三

光

三

二

暗

(2)能量聯(lián)系

ATP和NADPH有機物

化學能

熱

旁欄邊角(必修1,第106頁,“拓展應用2”改編)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

。

提示

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基于光合作用與細胞呼吸的關系的理解,判斷下列表述是否正確。(1)光合作用過程中產生的NADPH可用于有氧呼吸的第三階段。(

)(2)葉綠體產生的O2可進入線粒體被直接利用,線粒體產生的H2O可進入葉綠體被直接利用。(

)(3)進入葉綠體的CO2不能被NADPH直接還原,植物體的凈光合速率長期為零時會導致幼苗停止生長。(

)×√√考點一影響光合作用強度的有關實驗新教材新高考教材新增:影響光合作用的因素(1)結合單因子和多因素對光合作用的影響,設計實驗探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響,分析相關實驗變量,突出對科學思維和科學探究的考查(2)依據曲線、實驗數據,創(chuàng)設情境考查光合作用與農業(yè)生產及生活的聯(lián)系,突出對科學思維和社會責任的考查角度一、影響光合作用強度的有關實驗考向探究考向1實驗過程分析1.圖1為某校生物興趣小組探究光照強度對茉莉花光合作用強度影響的實驗裝置示意圖,圖2為所測得的結果。請據圖回答下列問題。(1)圖1中NaHCO3溶液的作用是

。

(2)請寫出控制本實驗自變量的一種方法:

。

(3)為了防止無關變量對實驗結果的干擾,本實驗還應設置對照實驗,請問對照裝置如何設置?

。

(4)實驗測得,當用40W燈泡照射時,紅色液滴沒有發(fā)生移動,這是因為此時

。

答案

(1)維持廣口瓶內CO2的穩(wěn)定(2)用不同瓦數的燈泡或改變燈與廣口瓶的距離(3)將裝置中的茉莉花換成等量死茉莉花,其他設置與圖1中裝置一樣(4)光合作用強度等于細胞呼吸強度解析

(1)在該實驗裝置中,NaHCO3溶液的作用是保持實驗裝置中的CO2濃度穩(wěn)定。(2)該實驗的自變量是光照強度,控制光照強度可以通過改變燈泡的功率或者燈與廣口瓶的距離來實現(xiàn)。(3)影響該實驗結果的變量除了光照強度之外,還會有環(huán)境溫度等,所以對照組應該在裝置中放置死亡了的茉莉花,其他與實驗組相同。(4)燈泡功率為40

W時,紅色液滴沒有移動,說明裝置中的O2濃度保持不變,此時光合速率等于呼吸速率?？枷?實驗結果分析2.(2022山東濰坊模擬)圖1為研究光合作用的實驗裝置,用打孔器在某植物的葉片上打出多個圓片,再用氣泵抽出氣體直至葉片沉底,然后將等量的葉圓片轉至不同溫度的NaHCO3(等濃度)溶液中,給予一定的光照,測量每個培養(yǎng)皿葉片上浮至液面所用的平均時間(圖乙)。下列相關分析不正確的是(

)A.在AB段,隨著水溫的增加,凈光合速率逐漸增大B.上浮至液面的時間可反映凈光合速率的相對大小C.通過圖2分析可以找到真正光合作用的最適溫度D.抽氣后不含氧氣,但實驗過程中葉片仍能進行有氧呼吸答案

C

解析

AB段,隨著水溫的增加,葉圓片上浮至液面所需要的時間縮短,說明氧氣產生速率加快,凈光合速率逐漸增大,A項正確;根據題意可知,上浮至液面的時間可反映凈光合速率的相對大小,B項正確;通過圖2分析只能找到凈光合作用的最適溫度,C項錯誤;雖然抽氣后葉片不含氧氣,但實驗過程中的光照可以使葉片進行光合作用產生氧氣,故實驗過程中葉片能進行有氧呼吸,D項正確。3.(2020北京海淀期中)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,測定得到如右上圖所示結果。下列敘述正確的是(

)A.本實驗目的是探究CO2濃度對光合速率的影響B(tài).15~45cm,氣泡產生速率代表凈光合速率C.小于60cm時,限制光合速率的主要因素是CO2濃度D.60cm時,光線太弱導致光合作用完全停止答案

B

解析

分析題圖可知,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;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?？枷?實驗思路設計4.(2022山東聊城模擬)為研究臭氧脅迫對油菜光合特性的影響,研究人員將生理狀況相同的油菜幼苗均分為甲、乙兩組。甲組培養(yǎng)在經活性炭過濾的空氣中,乙組培養(yǎng)在含有一定濃度臭氧且經活性炭過濾的空氣中,其他培養(yǎng)條件相同且適宜。一段時間后測定,發(fā)現(xiàn)甲組的光合產物合成量、光合放氧速率和光合色素含量均高于乙組?；卮鹣铝袉栴}。(1)油菜葉肉細胞內,產生氧氣的具體部位是

,光合色素的功能是

。本實驗設置甲組作為對照組的目的是

。

(2)根據實驗結果,從光合作用過程的角度分析臭氧使油菜光合產物合成量減少的原因是

。

(3)進一步研究發(fā)現(xiàn),乙組油菜幼苗光合放氧速率下降是可恢復的。請以題述實驗結束后的甲、乙兩組油菜幼苗為實驗材料設計實驗驗證這一結論。要求:簡要寫出實驗思路和預期結果。實驗思路:

。預期結果:

。

答案

(1)類囊體薄膜吸收、傳遞、轉化光能排除臭氧以外的因素對實驗結果的干擾,以保證本實驗的結果是由臭氧引起的(2)臭氧脅迫使光合色素含量降低,葉綠體吸收光能減少,使得ATP和NADPH生成減少,進而影響暗反應中C3的還原,使光合產物合成量減少(3)將題述實驗結束后的甲、乙兩組油菜幼苗分別培養(yǎng)在經活性炭過濾的空氣中,在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間,然后測定甲、乙組油菜幼苗的光合放氧速率甲、乙兩組油菜幼苗的光合放氧速率相等解析

分析題干可知,本實驗的自變量為是否有臭氧的脅迫,因變量為光合產物合成量、光合放氧速率和光合色素含量。實驗中甲組為對照組,設置對照組的目的是排除自變量以外的因素對實驗結果的干擾,確保實驗結果是由自變量引起的;乙組為實驗組。(1)在葉綠體類囊體薄膜上水光解為H+和氧氣。光合色素的功能是吸收、傳遞、轉化光能。本實驗設置甲組作為對照組的目的是排除臭氧以外的因素對實驗結果的干擾,以保證本實驗的結果是由臭氧引起的。(2)由題干可知,乙組光合色素含量低于甲組,可推知臭氧脅迫使光合色素含量降低,葉綠體吸收光能減少,使得光反應產生的ATP和NADPH的量減少,進而使暗反應中C3的還原減弱,使光合產物合成量減少。(3)將題干所述實驗結束后的甲、乙兩組油菜幼苗,分別培養(yǎng)在經活性炭過濾的空氣中,在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間,然后測定甲、乙兩組油菜幼苗的光合放氧速率,如果甲、乙兩組油菜幼苗的光合放氧速率相等,則說明乙組油菜幼苗光合放氧速率下降是可恢復的。方法突破1.探究影響光合作用強度的實驗分析(1)影響光合作用的實驗步驟模型舉例(2)影響光合作用強度實驗設計的注意事項

2.探究影響光合作用強度的實驗設計

變量類型實驗變量(自變量)無關變量反應變量(因變量)處理的思路施加實驗變量消除無關變量的影響檢測反應變量方法或原則控制單一實驗變量設置對照盡可能量化角度二、分析影響光合作用強度的因子考向探究考向1單因子對光合作用的影響5.(2022山東淄博模擬)水稻黃化(失綠)是高等植物基因突變導致葉綠素含量下降的現(xiàn)象?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)某突變型水稻葉片的葉綠素含量約為野生型的一半,但固定CO2的酶活性顯著高于野生型。右圖所示兩條曲線分別為兩種類型水稻在不同光照強度下的CO2吸收速率。下列敘述不正確的是(

)A.曲線a和b與縱軸的交點相同代表呼吸速率相同B.曲線b表示突變型水稻,其光飽和點對應的光照強度較低C.在P點處突變型和野生型水稻的真正光合速率一定相同D.低于P點時,限制突變型水稻光合速率的主要環(huán)境因素是光照強度答案

B

解析

O點時沒有光照,植物只進行細胞呼吸,曲線a和b與縱軸的交點相同代表呼吸速率相同,A項正確;突變型水稻固定CO2的酶活性顯著高于野生型,光飽和點較高,曲線a表示突變型水稻,B項錯誤;在P點處突變型和野生型水稻凈光合速率相同,呼吸速率也相同,二者真正光合速率也一定相同,C項正確;低于P點時,突變型水稻凈光合速率隨光照強度增加而增加,即限制突變型水稻光合速率的主要環(huán)境因素是光照強度,D項正確。考向2多因子對光合作用的影響6.(2022山東濟南模擬)右圖是以390μmol/mol的大氣CO2濃度和自然降水條件為對照組(即C390+W0組),分別研究CO2濃度升高至550μmol/mol(即C550+W0組)和降水增加15%(即C390+W15組)對大豆凈光合速率的影響得到的結果,其中P為C390+W0組曲線上的點,此時的光照強度為600lx。相關敘述正確的是(

)A.可以用大豆的CO2固定量、O2釋放量等來表示圖中大豆的凈光合速率B.光照強度為1400lx時,C390+W15組大豆的光合作用和細胞呼吸的強度均強于C390+W0組C.分析C390+W15組和C550+W0組數據表明適當增加降水可提高氣孔的開放度,增加大豆CO2的攝入量,可促進大豆光合作用D.P點時,僅增加15%的降水量對大豆凈光合速率的提升作用比僅升高CO2濃度到550μmol/mol的作用明顯答案

D

解析

可以用大豆的CO2吸收量、O2釋放量等來表示圖中大豆的凈光合速率,A項錯誤;據圖分析,3條曲線與縱軸的交點相同,說明3組大豆的細胞呼吸強度相等,光照強度為1

400

lx時,C390+W15組大豆的凈光合作用大于C390+W0組,說明C390+W15組光合作用強度強于C390+W0組,B項錯誤;分析C390+W15組和C390+W0組數據,表明適當增加降水可促進大豆光合作用,C項錯誤;P點時,僅增加15%的降水量對大豆凈光合速率的提升作用比僅升高CO2濃度到550

μmol/mol的作用明顯,D項正確。7.(2022山東青島模擬)興趣小組研究溫度及氮肥(硝酸鹽)使用量對植物總光合速率的影響。他們將生理狀態(tài)相同的實驗植物隨機分成9組,分別設置不同的溫度和施氮量,給予適宜的光照,一段時間后分別測量實驗容器內CO2的減少量。結果如下圖所示,請回答下列問題。(1)被植物根細胞吸收的方式是

。氮元素吸收后被運送到葉肉細胞內可用于合成多種化合物,其中NADPH的作用是

。

(2)與其他組比較,3、6、9組結果出現(xiàn)的最可能原因是

。

(3)上述實驗數據不足以得出實驗結論,原因是

,完善的方法是

。

答案

(1)主動運輸為光合作用暗反應階段提供還原劑(和部分能量)

(2)所施氮肥濃度過高,根細胞滲透失水,影響植株的生命活動(3)僅測量獲得實驗條件下的凈光合速率在黑暗條件下重復上述實驗,測量獲得各組實驗條件下的呼吸速率,進而計算獲得總光合速率解析

(1)植物細胞吸收無機鹽離子的方式是主動運輸。光合作用光反應產生NADPH用于C3的還原,同時NADPH屬于高能化合物,因此NADPH的作用是為光合作用暗反應階段提供還原劑和部分能量。(2)圖中的3、6、9組是不同溫度下的高施氮量處理,據圖發(fā)現(xiàn),3、6、9組的凈光合速率還要低于對照組,可能原因是所施氮肥濃度過高,根細胞滲透失水,影響植株的生命活動。(3)本實驗研究的是溫度及氮肥(硝酸鹽)使用量對植物總光合速率的影響,圖中僅僅測量了實驗條件下的凈光合速率,還缺少呼吸速率的相關數據,因此還需要在黑暗條件下重復上述實驗,測量獲得各組實驗條件下的呼吸速率,進而計算獲得總光合速率。方法突破1.影響光合作用強度的內部因素及應用(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,如下圖所示。(2)植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶

(3)葉面積指數(光合面積)2.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,影響ATP及NADPH的產生,進而影響暗反應。(2)曲線分析(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、林間帶樹種的配置和冬季溫室栽培等都可合理利用光能。3.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,影響C3的生成。(2)曲線分析圖1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2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

4.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,但光合作用相關酶的最適溫度較低。(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。5.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。(2)曲線分析圖1表明在農業(yè)生產中,可根據作物的需水規(guī)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。(3)應用:預防干旱,合理灌溉。6.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。(3)應用:合理施肥、補充土壤中的礦質元素。7.多因子變量對光合速率的影響

考點二光合作用與細胞呼吸的關系新教材新高考—(1)結合光合作用與呼吸作用相關曲線,突出對科學思維和生命觀念的考查(2)圍繞光合作用和細胞呼吸的相關實驗,考查綜合分析問題的能力考向探究考向1環(huán)境因素對光合作用與細胞呼吸的影響1.(2022山東煙臺模擬)圖1為黑藻在適宜溫度下O2釋放速率隨光照強度的變化。圖2是將黑藻放在適宜溫度的密閉環(huán)境中,(不同時間內光照強度不同)測得的密閉環(huán)境中CO2濃度隨時間的變化情況。下列敘述錯誤的是(

)A.圖1中,當光照強度相對值為2時,黑藻的氧氣產生速率相對值為0B.圖1中,當光照強度相對值為7時,若要提高黑藻光合速率,可適當增加CO2濃度C.圖2中黑藻的光合速率等于呼吸速率的時間段是4~6h、8~10hD.由圖2分析,黑藻在該密閉環(huán)境中經過12h后有機物的含量上升答案

A

解析

由圖1可知,光照強度相對值為2時,黑藻的O2釋放速率為0,其細胞呼吸消耗氧氣的速率為2,所以其產生氧氣的速率為2,A項錯誤;圖1中,當光照強度相對值為7時,繼續(xù)增加光照強度黑藻光合速率不能提高,已知黑藻處于適宜溫度下,故可通過增加環(huán)境中CO2濃度來提高光合速率,B項正確;圖2中,在4~6

h、8~10

h內,黑藻光合作用固定CO2的量與細胞呼吸釋放CO2的量相等(即光合速率等于呼吸速率),導致密閉環(huán)境中CO2濃度沒有發(fā)生變化,C項正確;據圖2可知,黑藻在該密閉環(huán)境中經過12

h后,密閉環(huán)境中的CO2濃度比起始時的濃度低,所以黑藻光合速率大于呼吸速率,有機物含量上升,D項正確?？碱}點睛

2.(2022山東濰坊模擬)仙人掌生長在高溫、干旱的環(huán)境中,形成了一定的適應性特征。如圖表示仙人掌在24h內,光合作用和氣孔導度(氣孔導度表示氣孔張開程度)的變化。據下圖分析,下列描述正確的是(

)A.白天進行光合作用,夜間進行細胞呼吸B.白天蒸騰作用強,散失的水分多于夜間C.白天可以進行光反應,但幾乎不能從外界吸收CO2D.夜間同化CO2,所以暗反應只在夜間進行答案

C

解析

白天和夜晚都可以進行細胞呼吸,A項錯誤;據圖分析可知,白天氣孔導度小,說明其蒸騰作用不強,B項錯誤;白天光照強,可以進行光反應,但是氣孔導度小,幾乎不能從外界吸收CO2,C項正確;暗反應包括CO2的固定和三碳化合物的還原,其中三碳化合物的還原需要光反應提供的ATP和NADPH,因此暗反應也在白天進行,D項錯誤?？枷?光合作用中補償點、飽和點的移動問題3.(2022廣東)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,示意圖),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(

)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答案

D

解析

由題圖可知,t1的葉綠體相對受光面積大于t2,因此,t1在較小的光照強度下就能達到光補償點和光飽和點,A、B兩項正確;由題干“葉綠素含量及其他性狀基本一致”可知,葉綠素的含量與三者光合速率的高低無關,C項正確;由題圖可知,三者光合速率的差異是由葉綠體在細胞中的分布及位置不同引起的,與光照強度無關,D項錯誤。考向3密閉和開放環(huán)境中一晝夜CO2、O2等含量變化的分析4.(2022浙江卷6月選考)不同光強度下,無機磷濃度對大豆葉片凈光合速率的影響如圖甲;16h光照,8h黑暗條件下,無機磷濃度對大豆葉片淀粉和蔗糖積累的影響如圖乙?；卮鹣铝袉栴}。(1)葉片細胞中,無機磷主要貯存于

,還存在于(細胞質基質)、線粒體和葉綠體等結構,光合作用過程中,磷酸基團是光反應產物

的組分。

(2)圖1的O~A段表明無機磷不是光合作用中

過程的主要限制因素。由圖2可知,光照下,與高磷相比,低磷條件的蔗糖和淀粉含量分別是

;不論高磷、低磷,24h內淀粉含量的變化是

。

(3)實驗可用光電比色法測定淀粉含量,其依據是

。為確定葉片光合產物的去向,可采用

法。

答案

(1)液泡ATP和NADPH

(2)光反應較低、較高光照下淀粉含量增加,黑暗下淀粉含量減少(3)淀粉遇碘顯藍色,其顏色深淺與淀粉含量在一定范圍內成正比14CO2的同位素示蹤解析

(1)成熟植物細胞具有中央大液泡,是植物細胞貯存無機鹽類、糖類、氨基酸、色素等的“大倉庫”,所以無機磷主要貯存于大液泡中。光合作用過程中,光反應產物有O2、ATP和NADPH,而磷酸基團是ATP和NADPH的組分。(2)圖1中O~A段,隨光照強度增大,凈光合速率增大,表明這時限制因素為光照強度,即光反應限制了光合作用;且高磷和低磷條件下大豆葉片凈光合速率的曲線完全重合,說明無機磷不是光合作用中光反應過程的主要限制因素。由圖2可知,光照下,與高磷相比,低磷條件的蔗糖含量低,而淀粉含量高;不論高磷、低磷,24

h內淀粉含量的變化趨勢均為光照下淀粉含量增加,黑暗下淀粉含量減少。(3)光電比色法是借助光電比色計來測量一系列標準溶液的吸光度,繪制標準曲線,然后根據被測試液的吸光度,從標準曲線上求出被測物質的含量的方法。淀粉遇碘顯藍色,其顏色深淺與淀粉含量在一定范圍內成正比,可用于糖的定量,故用光電比色法測定淀粉含量;為確定葉片光合產物的去向,可采用(放射性)同位素示蹤法標記14CO2,通過觀察放射性出現(xiàn)的位置進而推測葉片光合產物的去向。方法突破1.構建光合作用與細胞呼吸關系的數學模型建構模型:(1)3種速率的表示方法

真正光合速率凈光合速率呼吸速率“同化”“固定”或“消耗”(葉綠體吸收)的CO2量“從環(huán)境(容器)中吸收”或“環(huán)境(容器)中減少”的CO2量黑暗中釋放的CO2量“產生”或“制造”的O2量“釋放至容器(環(huán)境)中”或“容器(環(huán)境)中增加”的O2的量黑暗中吸收的O2量“產生”“合成”或“制造”的有機物的量“積累”“增加”或“凈產生”的有機物的量黑暗中消耗的有機物的量(2)圖中曲線解讀

數學模型代謝過程物理模型A點只有細胞呼吸,無光合作用c、d、g、hAB段真正光合速率<呼吸速率a、c、d、e、g、hB點光補償點:真正光合速率=呼吸速率的光照強度a、d、e、gB點以后真正光合速率>呼吸速率a、b、d、e、f、gC'點光飽和點:真正光合速率達到最大時的最小光照強度a、b、d、e、f、g(3)數學公式真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率2.分析一晝夜中植物代謝強度變化的兩個曲線(1)自然環(huán)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(huán)境中,一晝夜CO2含量的變化曲線分析

光合作用與氣孔知識必備光合作用的氣孔限制和非氣孔限制氣孔是植物體與外界環(huán)境進行H2O和CO2等氣體交換的重要門戶,也是氣體交換的調節(jié)機構:既能讓光合作用需要的CO2通過,又能防止過多的水分損失。高效的擴散速率解決了CO2吸收的問題,卻引起另一個問題,就是水分的散失也太快:植物通常有90%以上的水分是通過氣孔散失的。如何解決水分與CO2矛盾,成為氣孔調節(jié)的核心問題。植物解決水分與CO2矛盾的方法之一是根據不同的氣候環(huán)境調節(jié)氣孔的密度、位置、大小以及結構。此外,植物對氣孔開閉行為的調節(jié)也起著重要作用。氣孔開閉主要的調節(jié)因子有晝夜節(jié)律、紅藍光、脫落酸(ABA)、CO2濃度、大氣濕度、溫度等。這些因素又直接或間接地與水分和CO2有關。若光合作用的減弱是氣孔開度變小影響了CO2向固定部位的擴散造成的,則這種限制稱為光合作用的氣孔限制,如光照、水分、溫度。若外界環(huán)境影響到葉肉細胞的同化能力,則即使細胞間隙中CO2濃度很高,光合作用仍然很弱,這種限制稱為光合作用的非氣孔限制,如氧氣、CO2濃度、酶。專項突破典例.(2022河北)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3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(12g/m2);(3)水+氮組,補充尿素(12g/m2)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6.26.87.8氣孔導度/(mmol·m-2·s-1)8565196葉綠素含量/(mg·g-1)9.811.812.6RuBP羧化酶活性/(μmol·h-1·g-1)316640716光合速率/(μmol·m-2·s-1)6.58.511.4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

等(寫出兩點即可)。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(huán)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?yōu)轸然拥?/p>

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

。

答案

(1)參與化學反應、細胞內的良好溶劑、運輸養(yǎng)料和廢物等吸收和運輸(2)鎂ATP和NADPH

H2O

C5

(3)氣孔開放程度升高,CO2吸收量增加解析

(1)細胞中自由水的生理作用包括參與化學反應、是細胞內的良好溶劑、運輸養(yǎng)料和廢物等。補充水分可以促進玉米根系對氮的吸收和運輸。(2)氮與Mg2+參與組成的環(huán)式結構使葉綠素能吸收光能,用于ATP、NADPH的合成及水的光解。暗反應中CO2首先與五碳化合物(C5)結合生成C3。(3)從實驗結果可以看出,施氮同時補充水分時氣孔導度增大,說明氣孔開放程度升高,吸收CO2增多。解題指引

信息指引條件表格數據分析:水+氮組比對照組和施氮組的生理指標都增強,自由水比例增加,蒸騰作用加強,氮的運輸加強,氣孔導度增加,吸收CO2增加,RuBP羧化酶活性增大,葉綠素含量增加,光合作用速率加強素養(yǎng)指引生命觀念細胞內的水以自由水與結合水的形式存在,結合水是細胞結構的重要組成成分,自由水是細胞內良好的溶劑,能夠參與生化反應,能為細胞提供液體環(huán)境,還能運送營養(yǎng)物質和代謝廢物科學思維運用光合作用原理以及影響因素對實驗結果進行分析和解釋突破指引誤區(qū):不要忘記ATP和NADPH含有氮元素和磷元素切記:CO2固定過程是指將CO2轉變?yōu)轸然拥紺5(RuBP)分子上專項訓練1.(2022山東臨沂一模)科研人員以野生型擬南芥植株為材料進行了相關實驗,其葉肉細胞滲透壓、葉片ABA(脫落酸)含量和氣孔阻力(與氣孔開閉程度有關,氣孔全開時氣孔阻力最小)之間的變化關系如圖1所示,ABA調節(jié)氣孔關閉與保衛(wèi)細胞內K+濃度有關,其作用機制如圖2所示。(1)擬南芥葉肉細胞中光合色素分布在

,作用是

。

(2)據圖分析可知,恢復澆水能提高擬南芥光合作用強度,理由是

。(3)由圖2可知,當ABA與受體結合后,通過關閉氣孔和抑制氣孔打開兩條途徑協(xié)同作用,即

,調節(jié)保衛(wèi)細胞內K+濃度,使氣孔維持關閉狀態(tài)。為進一步研究ABA受體與氣孔關閉的關系,研究者以野生型擬南芥植株和超表達ABA受體基因的擬南芥植株為材料設置對照實驗,進行培養(yǎng)并定期測量葉片的

。若

,則說明ABA受體增多能夠加速氣孔關閉。(4)研究發(fā)現(xiàn),在干旱條件下,ABA濃度與光合色素降解程度呈正相關。請以擬南芥ABA缺失突變體為材料,設計實驗驗證該結論。寫出實驗思路和預期結果(光合色素含量的測定方法不作要求)。答案

(1)葉綠體類囊體薄膜上吸收、傳遞和轉化光能(2)ABA含量降低,氣孔阻力減小,CO2供應增加,光合作用增強(3)促使保衛(wèi)細胞內Ca2+增加,促進K+外流,同時抑制K+內流氣孔阻力(或氣孔直徑)實驗組葉片的氣孔阻力大于(或氣孔直徑小于)對照組(4)實驗思路:取經過干旱處理的擬南芥ABA缺失突變體若干并分組編號,用不同濃度的ABA溶液處理,再置于相同且適宜條件下培養(yǎng)。一段時間后測定各組葉片的光合色素含量。預期結果:隨著ABA濃度的增大,擬南芥ABA缺失突變體中光合色素含量逐漸下降。解析

(1)葉綠體中的光合色素分布在類囊體膜上,這些色素能夠吸收、傳遞和轉化光能。(2)據圖可知,干旱處理后能增大葉片細胞的滲透壓,進而促進ABA的合成和分泌,導致氣孔關閉,CO2供應