高中生物 第4章 光合作用和细胞呼吸 第2节 光合作用（第3课时）影响光合作用的环境因素学案 苏教版必修1

第3课时影响光合作用的环境因素1理解影响光合作用的环境因素。(重、难点)2光合作用原理的实践应用。影响光合作用的环境因素1光照强度低时，植物光合速率低。光照强度增强，光合速率变大；光照强度进一步提高，光合速率增加幅度逐渐变小；光照强度超过一定值时，光合速率不再增加。2CO2是光合作用的原料之一。在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加，达到某一定值后，增加CO2浓度，光合速率不再增加。3温度影响酶活性，因而对光合速率也有明显的影响。(1)教材表43表明，不同植物光合作用的最适温度不同，一般在2530_左右。(2)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。(3)高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2进入细胞的量。4水和营养元素会直接或间接地影响植物光合速率。(1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率。(2)氮素可以促进叶片面积的增大和叶片数目的增多，从而增加光合面积，间接地影响植物光合速率。5在农业生产中主要通过增加光照面积、延长光照时间等途径提高光能利用率。探讨：叶绿素是叶绿体中重要的色素，若叶绿素的合成受阻，将严重影响光合作用的进行。那么影响叶绿素合成的主要因素有哪些呢？试分析解释之。提示：(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。探讨：光照强度对光合作用强度的影响，分析曲线讨论并回答：(1)A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于哪些生理过程？其释放量的含义是什么？提示：A点时，光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。(2)B点时，所对应的CO2吸收量和释放量为0，试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系及B点的含义。提示：B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率呼吸速率，此点为光补偿点。(3)C点时，CO2吸收量达到最高，请讨论C点的含义并分析CO2吸收量达到最高前、后的主要限制因素分别是什么？提示：C点时，光合作用不再随光照强度的升高而增加，对应的光照强度称之为光饱和点。CO2吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度，CO2吸收量达到最高后的主要限制因素是温度和CO2浓度。探讨：CO2浓度对光合作用强度的影响，根据图示分析：(1)分析E点的含义。提示：E点表示进行光合作用的最低CO2浓度，称为光合作用的补偿点。(2)描述曲线变化规律。提示： 在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增加而加快；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加。影响光合作用的环境因素分析(1)单因子因素原理图像应用光照强度影响光反应阶段，制约ATP及H的产生，进而制约暗反应欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点温室大棚适当增加光照强度可以提高光合速率二氧化碳浓度影响暗反应阶段，制约C3的生成大气中CO2浓度过低时(OA段)植物无法进行光合作用大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度温度通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应)大田中适时播种温室中，增加昼夜温差，保证植物有机物的积累必需矿质元素可通过所构成的与光合作用相关的化合物对光合作用产生直接或间接影响，如K可影响光合产物的运输和积累合理施肥促进叶面积增大，提高酶合成速率，加快光合作用速率施用有机肥，有机肥被微生物分解后既可补充CO2又可提供各种矿质元素(2)多因子图像含义P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因子应用温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率1如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。下列分析错误的是()甲图乙图 丙图A甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的量B甲图中与b点相比，a点叶肉细胞中C3的生成量多C图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度D丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变【解析】温度通过影响酶的活性影响光合作用，在丙图中，随着温度的进一步升高，曲线的走势将下降。【答案】D2某研究性学习小组的同学研究了在适宜的温度条件下，周围环境中某些因素与植物光合作用的关系，并绘出下面各图。请据图分析回答下面的问题。甲乙丙丁(1)如图甲所示，即使CO2浓度超过B点，光合作用强度也不再增强，此时若增大_，光合作用强度还可继续增强。(2)如图乙所示，B点为光饱和点，它代表的生物学含义是_。(3)分析比较图丙和图丁，可以得出的结论是_。【解析】图甲、乙说明二氧化碳浓度和光照强度影响光合作用强度，甲图中的B点是在一定条件(适宜温度、一定光照强度)下，植物可利用的最大二氧化碳浓度，此时若使植物光合作用强度继续增强，应增大光照强度；图乙中B点的生物学含义是在此光照强度条件下，光合速率开始达到最大值；图丙、丁说明矿质元素影响植物的光合作用强度，但两图反映出N、P对光合速率的影响存在差异。【答案】(1)光照强度 (2)在此光照强度条件下，光合速率开始达到最大值 (3)在一定范围内，随着N、P元素吸收量的增多，光合速率加快；在同一光合速率条件下，该植物进行光合作用需要N元素的量比P元素多。1(2014海南高考)关于小麦光合作用的叙述，错误的是()A类囊体膜上产生的ATP可用于暗反应B夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高C进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原D净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长【解析】类囊体上产生的ATP可用于暗反应，A正确；夏季晴天光照最强时，小麦叶片的气孔关闭出现午休现象，导致光合作用的原料减少，小麦光合速率反而下降，B错；进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原，C正确；净光合速率为零时，会导致幼苗停止生长，D正确。【答案】B2(2016威海模拟)右图曲线表示黄豆在适宜温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。在y点时改变某条件，结果发生了如曲线所示的变化。下列分析合理的是()A与y点相比较，x点时叶绿体中C3含量低B在y点时，适当升高温度可导致曲线由变为C制约x点时光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量D制约z点时光合作用的因素可能是CO2浓度【解析】x点时，光照强度较弱，光反应提供的H和ATP较少，C3化合物的浓度较y点时高；题目中已提到是在适宜温度下测定的相关的关系，如果再提高温度，会降低光合作用速率；制约x点时光合作用的因素主要是光照强度；在适宜温度和较强光照强度条件下，提高CO2浓度可提高光合作用速率。【答案】D3图1表示某地夏季一密闭大棚内一昼夜间CO2浓度的变化。图2中能正确表示e点时单位时间内棚内植株消耗的CO2总量与消耗的O2总量之比(体积比)的是() 【导学号：21210039】【解析】e点时CO2的量不再增加，超过e点后CO2的含量下降，说明此时光合作用速率等于细胞呼吸速率，即光合作用吸收的CO2量等于细胞呼吸消耗的O2的量。【答案】B4某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如下图所示。请回答：(1)停止供水后，光合速率下降。这是由于水是_的原料，又是光合产物在植物体内_的主要介质。(2)在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是_点，其主要原因是_。(3)停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是_。此时类囊体结构破坏，提供给碳反应的_减少。【解析】(1)植物体内缺少水分时光合速率下降，这是由于水是光合作用的原料，同时水也是生物体内物质运输的主要介质，光合产物的运输也离不开水。(2)A点和B点相比，A点水分供应充足，气孔开度高，二氧化碳的吸收多，光合速率大；而B点缺少水分，气孔开度低，二氧化碳的吸收少，光合速率小，所以B点的光饱和点比A点的低。(3)叶片发黄的主要原因是停止水分供应后，细胞代谢强度下降，叶绿素合成速度减慢甚至停止，或叶绿素被分解。光反应在类囊体薄膜上进行，为碳反应提供ATP和H。【答案】(1)光合作用运输(2)B气孔开度降低，CO2吸收减少(答出一项即可)(3)叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来(答出一项即可)H和ATP课堂小结：网络构建核心回扣1.影响光合作用的环境因素有光照、温度、CO2浓度等。2.光合作用的实质是把无机物转化为有机物，把光能转化为化学能储存在有机物中。3.光合作用强度的表示方法：一定时间内原料消耗量或产物生成量。学业分层测评(十五)影响光合作用的环境因素(建议用时：45分钟)学业达标1番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是()A光反应强度升高，暗反应强度降低B光反应强度降低，暗反应强度降低C光反应强度不变，暗反应强度降低D光反应强度降低，暗反应强度不变【解析】镁是叶绿素的组成成分，缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低，进而因H和ATP合成不足而使暗反应强度降低。【答案】B2温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量 ()A增加室内CO2浓度B增大室内昼夜温差C增加光照强度D采用绿色玻璃盖顶【解析】光合色素几乎不吸收绿光，绿光下光合强度低。【答案】D3严寒冬季，温室大棚种植蔬菜、花卉、水果，能调剂市场，又有高经济效益。下面列举了与此有关的生产措施，合理的是 ()温室的设计应尽量提高采光效率，尽量减少温度的散失若使用简易的塑料大棚，最好能在入冬前给土壤施足有机肥，因为有机肥不但可以源源不断地为植物提供矿质营养，还可以补充大棚内的二氧化碳温室蔬菜采用无土栽培技术，不但可以按植物需求配给营养，还可以免除土壤中有毒有害物质的污染A合理B只有合理C只有合理D全都不合理【解析】绿色植物的光合作用需要较强的光照强度和适宜的温度，故正确；有机肥经过微生物的分解作用可以源源不断地生成无机盐和二氧化碳，故正确；温室中的无土栽培可按植物的需求配给营养，还可以免除土壤中有毒有害物质的污染，有利于温室蔬菜的栽培，故正确。综上所述，A正确。【答案】A4如图表示三株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植物放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验目的的叙述，最准确的是 ()A证明光合作用的必需条件是CO2B证明光合作用的速率随CO2浓度增高而增大C证明过多的CO2会阻碍光合作用D证明NaOH能促进光合作用【解析】NaHCO3浓度越高，则钟罩内CO2的浓度越高，NaOH的作用是吸收钟罩内的CO2，所以三组实验的变量是钟罩内CO2浓度，从大到小依次为、，最终结果应是CO2浓度的高低对光合作用强度的影响不同。【答案】B5(2016苏州高一检测)图甲表示在一定条件下某绿色植物细胞内部分物质转化过程，图乙表示在适宜温度条件下该植物净光合速率与环境因素之间的关系。下列叙述正确的是 () 【导学号：21210040】甲乙A图甲中过程分别表示光合作用的光反应和暗反应B图甲中四个过程不可能在同一个细胞中进行C图乙中光照强度为B时，细胞内X物质的产生速率比Y物质产生速率要快 D图乙中光照强度小于A时，两曲线重合的原因主要是二氧化碳浓度的限制【解析】图甲中是CO2的固定，表示C3的还原，A错误；图甲中表示光合作用的暗反应，表示细胞呼吸，四个过程可能在同一个细胞中进行，B错误；图乙中光照强度为B时，光合速率大于呼吸速率，细胞内X物质的产生速率比Y物质产生速率要快，C正确；图乙中光照强度小于A时，两曲线重合的原因主要是光反应的限制，D错误。 【答案】C6(2016台州高一检测)下图表示20 时玉米光合作用强度与光照强度的关系，对于曲线的下列说法最恰当的是()Ab点位置不会随环境温度的升高而移动Ba点叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体C当植物缺Mg时，b点右移Dc点时光合作用强度等于细胞呼吸强度【解析】a点只进行细胞呼吸；b点为光补偿点，即光合速率呼吸速率。因而b点受温度影响；a点产生ATP的细胞器只有线粒体。【答案】C7(2015福建高考)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2C5(即RuBP)2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是()A菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质BRuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行C测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法D单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高【解析】CO2C5(RuBP)2C3为CO2的固定，属于光合作用中的暗反应过程。A项，RuBP羧化酶催化CO2的固定过程，发生的场所为叶绿体基质。B项，CO2的固定在有光和无光条件下都能进行，所以RuBP羧化酶催化该过程在有光和无光条件下都可进行。C项，对CO2中的C用同位素14C标记，可以追踪C元素的转移途径，这种方法就叫同位素标记法。D项，单位时间内14C3生成量越多，说明反应速率越快，即RuBP羧化酶的活性越高。【答案】B8某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如图所示。下列有关分析不正确的有()甲乙A叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势B叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降C实验24天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的D实验24天，光合速率下降可能是由叶片内CO2浓度下降引起的【解析】从图乙看出，实验24天，叶片叶绿素含量并没有下降。【答案】C9如图为在不同条件下，光合作用速率随光照强度的变化而变化的曲线(Y表示除光照强度外的其他因素)。有关分析不正确的是()A在OA段，限制光合作用速率的主要因素是光照强度，而不是YB在AB段，限制光合作用速率的主要因素有光照强度和Y C在BC段，限制光合作用速率的主要因素是Y，而不是光照强度 DY可表示不同的温度或二氧化碳的浓度，其中Y1Y2Y3【解析】OA段，光合作用速率主要取决于光照强度，而不是Y，AB段，光照强度和Y的改变都会影响光合作用速率；BC段，光照强度的改变不再影响光合作用速率；光合作用速率随温度的升高而升高，超过一定温度后，光合作用速率随温度的升高而下降，Y2不一定比Y1低。【答案】D10(2016徐州高一检测)图甲表示某植物的某种生理活动，图乙表示该植物在不同的光照条件下，吸收O2和释放O2的状况，请据图回答下面的问题：甲乙(1)图甲反应进行的场所是_，其中a表示_，b表示_。(2)当突然停止光照，图甲中c的含量将_(填“增加”“减少”或“不变”)。(3)图乙中A点时，该植物生理活动的特点是_。(4)若图乙是CO2浓度为0.001%条件下测得的，在其他条件不变的情况下，当CO2浓度升到0.3%时，A点向哪个方向移动？_。【解析】(1)图甲表示光合作用，场所是叶绿体，光反应产物是H、ATP和氧气，暗反应中，CO2与C5反应生成C3。(2)突然停止光照，H、ATP减少，C3C5过程减弱，使C3增多。(3)A点植物既不吸收O2也不释放O2，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。(4)CO2浓度较低时，适当升高CO2浓度，光合作用增强，A点左移。【答案】(1)叶绿体ATPC5(2)增加(3)光合作用强度等于细胞呼吸强度(4)向左能力提升11如图所示为光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述中不正确的是()A曲线中a点转向b点时，叶绿体中C3含量升高B曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5含量升高C在一定范围内增加光照强度和CO2含量，有利于提高光合作用强度D曲线中c点时的限制因素可能是叶绿体中酶的数量【解析】当曲线中a点转向b点时，光照强度增加，在其他条件不变时产生的H和ATP的量增加，C3的还原加快，CO2的固定不变，所以C3的含量应该下降。 当曲线中b点转向d点时，光照强度不变，CO2浓度下降，CO2的固定减弱，消耗的C5减少，同时C5还在不断地产生，所以C5的含量升高。从题图中可以看出，在一定范围内，随着光照强度和CO2浓度的增加，光合作用强度增加。c点时，CO2浓度较高，增加光照强度后，光合作用强度不变，说明其限制因素可能是叶绿体中酶的数量。【答案】A12为了探究光照强度与光合作用的关系，某兴趣小组将西红柿植株置于密闭装置中进行了相关实验。结果如下表所示：组别温度()光照强度：普通阳光(%)开始时的CO2浓度(%)12 h后的CO2浓度(%)12500.350.368225200.350.306325400.350.289425600.350.282 5 2580 0.350.2806251000.350.279根据上表分析下列叙述正确的是 ()A实验的自变量是CO2浓度的变化，因变量是光照强度的变化B该实验的对照组是第1组实验C若将第6组植株突然移至第4组条件下，短时间内细胞中的五碳化合物将增加D通过上述实验，可以确定西红柿生长的最佳光照强度【解析】该实验的自变量是光照强度的变化，因变量是CO2浓度的变化，A错误；该实验的第1组没有光照，属于对照组，B正确；若将第6组植株突然移至第4组条件下，光照强度减弱，直接影响光反应，使光反应产生的ATP和H减少，进而影响暗反应中三碳化合物的还原，使五碳化合物的生成量减少，而短时间内CO2的固定不受影响，所以细胞中五碳化合物含量将降低，C错误；上述实验中，随着光照强度的增强，光合强度逐渐增强，所以通过上述实验，还不能确定西红柿生长的最佳光照强度，D错误。【答案】B13(2015安徽高考)右图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是()ACO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能BCO2可直接被H还原，再经过一系列的变化形成糖类C被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5D光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高【解析】ATP为C3的还原提供能量，并将能量转移到(CH2O)等有机物中，CO2的固定不需要能量，A项错误。暗反应中，必须经过CO2的固定和C3的还原才能形成有机物，B项错误。在暗反应中，一部分C3经过一系列变化形成C5，一部分C3还原成(CH2O)等有机物，C项正确。在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的H减少，ATP形成减少，故H和ATP的含量下降，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量上升，C5含量下降，D项错误。【答案】C14(2016淮安高一检测)为探究环境因素对光合作用强度的影响，设计进行下列实验。实验材料和用具：100 mL量筒，50 W、100 W、200 W和400 W的台灯，冷开水，NaHCO3，黑藻等。实验步骤：准备4套如图所示装置，编号为14。在瓶中各加入约500 mL质量浓度为0.01 g/mL的NaHCO3溶液后用冷开水充满。取4等份长势相同的黑藻分别放入14号装置。将4套装置放入暗室中，然后分别用50 W、100 W、200 W和400 W的台灯等距离照射14号装置，观察气泡的产生情况。30 min后停止光照，测量光合作用释放的O2体积(mL)。以上实验重复三次，实验结果见下表。分析并回答有关问题。组别次数123450 W100 W200 W400 W第一次5.012.021.019.2第二次5.311.520.018.5第三次5.012.020.019.0(1)该实验中的自变量是_。列出实验中的两个控制变量(无关变量)：_。(2)根据装置图，上表中的实验数据是如何读出的？_。(3)上表中测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量，其原因是_。(4)对表中数据进行分析并得出结论：_。(5)若想确定黑藻生长的最适光照强度，请在本实验的基础上写出进一步探究的实验思路：_。【解析】本实验探究的是光照强度对光合作用的影响，因此，光照强度是自变量，无关变量是除光照强度外影响光合作用的其他因素。黑藻吸收NaHCO3溶液中的CO2进行光合作用，产生了O2，O2使瓶中的压强增大，导致瓶中的液体排出，因此排出的液体的体积代表光合作用释放的O2量。黑藻进行光合作用的同时还要进行呼吸作用，因此测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量。从实验结果看出，光照过强光合作用的速率减慢，要确定黑藻生长的最适光照强度，需在100400 W范围内设置更多组进行实验。【答案】(1)光照强度CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温度、pH、光照时间、黑藻量等(2)读量筒中收集到的水的体积(3)黑藻自身的呼吸作用会消耗氧气(4)在一定范围内随着光照强度的升高，光合作用的强度也随之升高，超过一定范围后，光合作用的强度随之减弱(5)缩小光强梯度，在100400 W范围内设置更多组进行实验