新教材適用2024版高考生物二輪總復習第1部分核心考點突破專題2細胞的物質(zhì)和能量代謝核心考點五光合作用與呼吸作用的影響因素及應用教師用書

核心考點五光合作用與呼吸作用的影響因素及應用1．光合速率影響因素的曲線分析(1)環(huán)境因素：光照強度、CO2濃度和溫度等(2)內(nèi)部因素：光合色素的含量、酶活性等①陽生植物與陰生植物對光能的利用能力不同，陽生植物的光補償點與光飽和點均大于陰生植物的。②植物葉面積指數(shù)、葉齡不同，對光能的利用能力不同。圖甲：合理密植有利于有機物的積累。圖乙：成熟葉片的光合作用最強。2．影響細胞呼吸的四類曲線3．密閉環(huán)境中一晝夜CO2和O2含量的變化曲線(1)光合速率等于呼吸速率的點是C、E。(2)圖甲中N點低于虛線，說明一晝夜CO2含量降低，凈光合速率大于0，植物有機物的積累量大于0，該植物一晝夜表現(xiàn)為生長。(3)圖乙中N點低于虛線，說明一晝夜O2含量降低，凈光合速率小于0，植物有機物的積累量小于0，該植物一晝夜沒有生長。4．自然環(huán)境中一晝夜植物光合作用曲線分析(1)積累有機物的時間段：ce段。(2)制造有機物的時間段：bf段。(3)消耗有機物的時間段：Og段。(4)一天中有機物積累最多的時間點：e點。(5)一晝夜有機物的積累量：SP－SM－SN。真題感悟?？碱}型光合作用和呼吸作用的影響因素典例1(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(jié)果如圖。下列有關(guān)敘述正確的是(B)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，0.5%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【解析】本實驗是探究適宜溫度下CO2對光合作用的影響，自變量為CO2濃度(NaHCO3溶液濃度)，溫度和光照為無關(guān)變量，A錯誤；當光合作用產(chǎn)生的氧氣大于細胞呼吸消耗的氧氣時，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，0.5%NaHCO3溶液中葉圓片上浮需要的時間最長，說明其光合速率最小，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。故選B。典例2(2022·北京卷)光合作用強度受環(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)系如下圖。據(jù)圖分析不能得出(D)A．低于最適溫度時，光合速率隨溫度升高而升高B．在一定的范圍內(nèi)，CO2濃度升高可使光合作用最適溫度升高C．CO2濃度為200μL·L－1時，溫度對光合速率影響小D．10℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續(xù)提高【解析】分析題圖可知，當CO2濃度一定時，光合速率會隨著溫度的升高而增大，達到最適溫度時，光合速率達到最高值，后隨著溫度的繼續(xù)升高而減小，A正確；分析題圖可知，當CO2濃度為200μL·L－1時，最適溫度為25℃左右；當CO2濃度為370μL·L－1時，最適溫度為30℃；當CO2濃度為1000μL·L－1時，最適溫度可能超過40℃，可以表明在一定范圍內(nèi)，CO2濃度的升高會使光合作用最適溫度升高，B正確；分析題圖可知，當CO2濃度為200μL·L－1時，光合速率隨溫度的升高而改變程度不大，而CO2濃度為其他數(shù)值時，光合速率隨著溫度的升高變化程度較大，所以表明CO2濃度為200μL·L－1時，溫度對光合速率影響小，C正確；分析題圖可知，10℃條件下，CO2濃度為200μL·L－1至370μL·L－1時，光合速率有顯著提高，而CO2濃度由370μL·L－1升高至1000μL·L－1時，光合速率幾乎不變，所以不能表明10℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續(xù)提高，D錯誤。故選D。典例3(2023·浙江6月卷)植物工廠是一種新興的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，可人工控制光照、溫度、CO2濃度等因素。不同光質(zhì)配比對生菜幼苗體內(nèi)的葉綠素含量和氮含量的影響如圖甲所示，不同光質(zhì)配比對生菜幼苗干重的影響如圖乙所示。分組如下：CK組(白光)、A組(紅光∶藍光＝1∶2)、B組(紅光∶藍光＝3∶2)、C組(紅光∶藍光＝2∶1)，每組輸出的功率相同?；卮鹣铝袉栴}：(1)光為生菜的光合作用提供_能量__，又能調(diào)控生菜的形態(tài)建成。生菜吸收營養(yǎng)液中含氮的離子滿足其對氮元素需求，若營養(yǎng)液中的離子濃度過高，根細胞會因_滲透__作用失水造成生菜萎蔫。(2)由圖乙可知，A、B、C組的干重都比CK組高，原因是_與CK組相比，A、B、C組使用的是紅光和藍紫光，光合色素主要吸收紅光和藍紫光，A、B、C組吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高__。由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍光配比為_紅光∶藍光＝3∶2__，最有利于生菜產(chǎn)量的提高，原因是當光質(zhì)配比為B組(紅光∶藍光＝3∶2)時，植物葉綠素和氮含量都比A組(紅光∶藍光＝1∶2)、C組(紅光∶藍光＝2∶1)高，有利于植物的光合作用，凈光合速率更大，積累的有機物更多。(3)進一步探究在不同溫度條件下，增施CO2對生菜光合速率的影響，結(jié)果如圖丙所示。由圖可知，在25℃時，提高CO2濃度對提高生菜光合速率的效果最佳，判斷依據(jù)是_在25_℃時提高CO2濃度光合速率增加幅度最高__。植物工廠利用秸稈發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以_升高溫度__，使光合速率進一步提高，從農(nóng)業(yè)生態(tài)工程角度分析，優(yōu)點還有減少環(huán)境污染，實現(xiàn)能量多級利用和物質(zhì)循環(huán)再生?！窘馕觥?1)植物進行光合作用需要在光照下進行，光為生菜的光合作用提供能量，又能作為信號調(diào)控生菜的形態(tài)建成。生菜吸收營養(yǎng)液中含氮的離子滿足其對氮元素需求，若營養(yǎng)液中的離子濃度過高，造成外界溶液濃度高于細胞液濃度，根細胞會因滲透作用失水使植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離，造成生菜萎蔫。(2)分析圖乙可知，與CK組相比，A、B、C組的干重都較高。結(jié)合題意可知，CK組使用的是白光照射，而A、B、C組使用的是紅光和藍紫光，光合色素主要吸收紅光和藍紫光，故A、B、C組吸收的光更充分，光合作用速率更高，積累的有機物量更多，植物干重更高。由圖乙可知，當光質(zhì)配比為B組(紅光∶藍光＝3∶2)時，植物的干重最高；結(jié)合圖甲可知，B組植物葉綠素和氮含量都比A組(紅光∶藍光＝1∶2)、C組(紅光∶藍光＝2∶1)高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B組植物的光合作用速率大于A組(紅光∶藍光＝1∶2)、C組(紅光∶藍光＝2∶1)兩組，有機物積累量最高，植物干重最大，最有利于生菜產(chǎn)量的增加。(3)由圖可知，在25℃時，提高CO2濃度時光合速率增幅最高，因此，在25℃時，提高CO2濃度對提高生菜光合速率的效果最佳。植物工廠利用秸稈發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以升高溫度，使光合作用有關(guān)的酶活性更高，使光合速率進一步提高。從農(nóng)業(yè)生態(tài)工程角度分析，優(yōu)點還有減少環(huán)境污染，實現(xiàn)能量多級利用和物質(zhì)循環(huán)再生等。典例4(2021·浙江1月卷)現(xiàn)以某種多細胞綠藻為材料，研究環(huán)境因素對其葉綠素a含量和光合速率的影響。實驗結(jié)果如下圖，圖中的綠藻質(zhì)量為鮮重。回答下列問題：(1)實驗中可用95%乙醇溶液提取光合色素，經(jīng)處理后，用光電比色法測定色素提取液的光密度值，計算葉綠素a的含量。由甲圖可知，與高光強組相比，低光強組葉綠素a的含量較_高__，以適應低光強環(huán)境。由乙圖分析可知，在_高光強__條件下溫度對光合速率的影響更顯著。(2)葉綠素a的含量直接影響光反應的速率。從能量角度分析，光反應是一種_吸能__反應。光反應的產(chǎn)物有_ATP、NADPH__和O2。(3)圖乙的綠藻放氧速率比光反應產(chǎn)生O2的速率_小__，理由是_綠藻放氧速率等于光反應產(chǎn)生氧氣的速率減去細胞呼吸消耗氧氣的速率__。(4)綠藻在20℃、高光強條件下細胞呼吸的耗氧速率為30μmol·g－1·h－1，則在該條件下每克綠藻每小時光合作用消耗CO2生成_360__μmol的3-磷酸甘油酸。【解析】(1)由甲圖可知，與高光強組相比，低光強組葉綠素a的含量較高，以增強吸光的能力，以適應低光強環(huán)境；由乙圖可知，低光強條件下，不同溫度下的綠藻放氧速率相差不大，高光強條件下，不同溫度下的綠藻放氧速率相差很大，因此在高光強條件下，溫度對光合速率的影響更顯著。(2)葉綠素a可以吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能，葉綠素a的含量直接影響光反應的速率。從能量角度分析，光反應需要消耗太陽能，光反應是一種吸能反應；光反應過程包括水的光解(產(chǎn)生NADPH和氧氣)和ATP的合成，因此光反應的產(chǎn)物有ATP、NADPH和O2。(3)圖乙的綠藻放氧速率表示凈光合速率，綠藻放氧速率等于光反應產(chǎn)生氧氣的速率減去細胞呼吸消耗氧氣的速率，因此圖乙的綠藻放氧速率比光反應產(chǎn)生氧氣的速率小。(4)綠藻在20℃、高光強條件下細胞呼吸的耗氧速率為30μmol·g－1·h－1，由乙圖可知，綠藻放氧速率為150μmol·g－1·h－1，光合作用產(chǎn)生的氧氣速率為180μmol·g－1·h－1，因此每克綠藻每小時光合作用消耗CO2為180μmol，因為1分子的二氧化碳與1個RuBP結(jié)合形成2分子3-磷酸甘油酸。故每克綠藻每小時光合作用消耗CO2生成180×2＝360μmol的3-磷酸甘油酸。典例5(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(nèi)，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(xù)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(jié)果如圖1、圖2和圖3所示。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?；卮鹣铝袉栴}：(1)圖1中，在高濃度O3處理期間，若適當增加環(huán)境中的CO2濃度，甲、乙植物的光飽和點會_增大__(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_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)從圖3分析可得到兩個結(jié)論：①O3處理75天后，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(chǎn)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_長時間高濃度臭氧對不同種類植物光合作用產(chǎn)生的抑制效果有差異__。(4)實驗發(fā)現(xiàn)，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(guān)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(xiàn)象為_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__，則說明A基因的功能與乙植物對O3耐受力無關(guān)。【解析】(1)限制光飽和點的環(huán)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(xiàn)了光飽和現(xiàn)象，若適當增加環(huán)境中的CO2濃度，甲、乙植物的光飽和點會增大。(2)據(jù)圖可見，用某一高濃度O3連續(xù)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)生的抑制效果有差異。(4)實驗發(fā)現(xiàn)，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(guān)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(guān)。歸納提升：解讀光合作用“廠”字圖像及其變式1．典型“廠”字圖像解讀2．“廠”字圖像的3種變式(1)陰生、陽生植物不同植物的光補償點一般不同，這主要取決于植物的呼吸強度；不同植物的光飽和點一般也不同，這主要取決于植物的內(nèi)因，如植物內(nèi)部與光合作用有關(guān)的酶的