第12講光合作用的影響因素及應用必修1

分子與細胞第二單元細胞代謝課標要求實驗：探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響?？键c1

(探究·實踐)探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響一、實驗原理1．利用抽氣法排出葉片細胞間隙中的______，使其沉入水中。2．通過_________________________________調(diào)節(jié)光照強度。3．光合作用的過程中產(chǎn)生______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______。因此可依據(jù)一定時間內(nèi)______________________________，來比較光合作用強度。氣體LED臺燈與燒杯之間的距離O2上浮圓形小葉片上浮的數(shù)量二、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0.6cm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(nèi)殘留的空氣；b.用手指堵住注射器前端的小孔并_____________________，使圓形小葉片內(nèi)的氣體逸出。重復幾次，直到圓形小葉片__________________緩慢地拉動活塞全部沉到水底實驗步驟操作要點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．取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10cm、20cm、30cm(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(nèi)3個燒杯中葉片上浮的數(shù)量，或者是_______________________________________浮起相同數(shù)量的葉片所用時間長短三、實驗結論在__________________范圍內(nèi)，光合作用強度隨光照強度的增強而______。一定光照強度增強1．實驗結果的生理狀態(tài)分析(1)在黑暗情況下，植物葉片只進行細胞呼吸，吸收O2，產(chǎn)生的CO2較易溶于水，所以葉片沉在水底。細胞生理狀態(tài)如圖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(tài)如圖2和圖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(chǎn)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(tài)如圖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(chǎn)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(chǎn)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。(2022·海南卷)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(chǎn)生的氧氣大于細胞呼吸吸收的氧氣時，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。]考點2光合作用的影響因素及應用一、內(nèi)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。(1)光補償點：陽生植物>陰生植物。(2)光飽和點：陽生植物>陰生植物。2．植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶二、外部因素1．單因子變量對光合速率的影響(1)光照強度(2)CO2濃度(3)溫度(4)水分和礦質(zhì)元素2．多因子變量對光合速率的影響自然環(huán)境下與密閉容器中光合作用和細胞呼吸的日變化曲線分析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(chǎn)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?！獭痢?．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(chǎn)物在植物體內(nèi)運輸?shù)闹饕橘|(zhì)。(

)5．夏季晴天，植物出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象的主要原因是環(huán)境中CO2濃度過低。(

)提示：出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)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(huán)境中CO2濃度過低?！獭?．下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。(1)7～10時的光合作用強度不斷增強的原因是_________________。(2)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________________。光照強度逐漸增大此時溫度很高，導致氣孔大量關閉，CO2進入葉片組織的量減少，致使光合作用暗反應受到限制光照強度不斷減弱2．生長環(huán)境中的CO2濃度由1%降低到0.03%時，植物的光飽和點的變化是______，原因是___________________________________________________________________；光補償點的變化是______，原因是_____________________________________________________________________。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3．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，而是由脫落酸(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：取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經(jīng)干旱處理后，再測定氣孔開度，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。預期結果：ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。1．將某植物置于密閉的容器中，測量其單位時間內(nèi)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(

)1環(huán)境因素影響光合作用強度的坐標曲線分析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(jù)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點時光合速率等于呼吸速率，此時要增大光照強度才能彌補缺鎂引起的光合速率下降，因此B點向右移，E是光飽和點，E點向左下方移，B錯誤；實際光合速率等于凈光合速率＋呼吸速率，植物在C、D兩點凈光合速率相同，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(jù)圖可知，E點已經(jīng)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．研究人員將與CO2的固定有關的玉米PEPC酶基因?qū)胨?，獲得轉(zhuǎn)基因水稻，并開展了研究活動。圖1是在某溫度下測得光照強度對轉(zhuǎn)基因水稻和原種水稻光合速率的影響曲線，圖2是在光照強度為1000lx下測得的溫度對兩種水稻光合速率的影響曲線。(1)分析可知，玉米的PEPC酶基因?qū)胨竞?，其表達產(chǎn)物最可能分布在葉綠體的__________________中，催化____________的生成。(2)圖1中，在光照強度為4×102～10×102lx下，限制原種水稻光合作用的主要因素是____________。若適當提高實驗溫度，重復圖1實驗，則b點將向__________________(填“右上”“左上”或“正上”)方向移動。(3)結合圖2信息____________(填“能”或“不能”)判斷25℃時兩種水稻真正光合速率的大小，理由是___________________________________________________________________________________。解析：(1)PEPC酶基因與CO2的固定有關。CO2的固定在葉綠體基質(zhì)中進行，產(chǎn)物是三碳化合物(C3)，所以玉米的PEPC酶基因?qū)胨竞?，其表達產(chǎn)物最可能分布在葉綠體的基質(zhì)中，催化三碳化合物(C3)的生成。(2)圖1中，原種水稻的光飽和點為10×102Lux，在光照強度為4×102Lux～10×102Lux下，限制原種水稻光合作用的主要因素是光照強度。若適當提高實驗溫度，可增加與光合作用有關酶的活性，光合作用速率增加，則b點將向右上方向移動。(3)真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，圖2中能得知25℃時兩種水稻凈光合速率的大小，但并不知道呼吸速率，所以不能判斷25℃時兩種水稻真正光合速率的大小。答案：(1)基質(zhì)三碳化合物(或C3)

(2)光照強度右上(3)不能真正光合速率為凈光合速率與呼吸速率之和，但呼吸速率未知

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。3．(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(

)2環(huán)境因素影響光合作用強度的實驗分析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√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)，A正確；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，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)，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。]4．(2023·廣東卷)光合作用機理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎。大田常規(guī)栽培時，水稻野生型(WT)的產(chǎn)量和黃綠葉突變體(ygl)的產(chǎn)量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產(chǎn)量更高，其相關生理特征見下表和圖。(光飽和點：光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度；光補償點：光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度)3光合作用影響因素的生產(chǎn)應用水稻材料葉綠素/(mg·g－1)類胡蘿卜素/(mg·g－1)類胡蘿卜素/葉綠素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27分析圖表，回答下列問題：(1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和________________，葉片主要吸收可見光中的______________光。(2)光照強度逐漸增加達到2000μmol·m－2·s－1時，ygl的凈光合速率較WT更高，但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加，比較兩者的光飽和點，可得ygl________(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有較高的光補償點，可能的原因是葉綠素含量較低和________________。(3)與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體________________，是其高產(chǎn)的原因之一。(4)試分析在0～50μmol·m－2·s－1范圍的低光照強度下，WT和ygl凈光合速率的變化，在給出的坐標系中繪制凈光合速率趨勢曲線。在此基礎上，分析圖a和你繪制的曲線，比較高光照強度和低光照強度條件下WT和ygl的凈光合速率，提出一個科學問題。____________________________________________________________________________________________________________________________?解析：(1)根據(jù)表格信息可知，ygl植株葉綠素含量較低且類胡蘿卜素/葉綠素比值比較高，故葉片呈現(xiàn)出黃綠色。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，由ygl葉色呈黃綠色可推測，主要吸收紅光和藍紫光。(2)光照強度逐漸增加達到2000μmol·m－2·s－1時，ygl的凈光合速率較WT更高，光飽合點是光合速率不再隨光照強度增加時的最小光照強度，據(jù)圖a可知ygl的光飽和點高于WT。光補償點是光合速率等于呼吸速率的光照強度，據(jù)圖b和圖c可知，ygl有較高的光