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1、第第9 9讲光合作用讲光合作用第第2 2课时光合作用的影响因素课时光合作用的影响因素及与呼吸作用的综合应用及与呼吸作用的综合应用考纲导学山东省生物课程实施指导意见要求核心素养解读命题趋势备考指南(1)影响光合作用速率的环境因素探究影响光合作用强度的因素,利用光合作用和呼吸作用的原理,解决生产生活中的实际问题。题型内容:影响光合作用的环境因素考查形式:常结合曲线分析和生产生活应用进行考查(1)利用曲线坐标图理解环境因素对光合作用速率的影响(2)依托生产实践及实验辨析净光合速率、真正光合速率及呼吸速率考点一 影响光合作用的因素及应用考点二 光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用总总纲纲目目录录考点三
2、植物光合速率与呼吸速率测定的常用方法真题再现 模拟预测1.解读光照强度对光合作用强度影响的曲线解读光照强度对光合作用强度影响的曲线(1)原理:光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加,光反应速度加快,产生的H和ATP增多,使碳反应中还原过程加快,从而使光合作用产物增加。考点一影响光合作用的因素及应用考点一影响光合作用的因素及应用A点:光照强度为0,只进行细胞呼吸;AB段:光合作用强度小于细胞呼吸强度;B点:光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度；(2)曲线分析BD段:光合作用强度大于细胞呼吸强度;C点:光饱和点(光照强度达到C点后,光合作用强度不再随着光照强度的
3、增大而加强)。(3)应用:温室生产中,适当增强光照,以提高光合速率,使作物增产;阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种农作物,可合理利用光能。2.解读解读CO2浓度对光合作用强度影响的曲线浓度对光合作用强度影响的曲线(1)原理:CO2影响碳反应阶段,制约C3的形成。(2)曲线分析图1中A点表示CO2补偿点,即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度,图2中A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B点都表示CO2饱和点。(3)应用:在农业生产上可以通过“正其行,通其风”,增施农家肥等增大CO2浓度,提高光合速率。3.解读温度对光合作用强度影响的曲线解读温度对光合作用强度影响
4、的曲线(1)原理:通过影响酶的活性来影响光合作用。(2)曲线分析光合作用是在酶催化下进行的,温度直接影响酶的活性。一般植物在1035下正常进行光合作用,其中AB段(1035)随温度的升高而逐渐加强,B点(35)以上由于光合酶活性下降,光合作用开始下降,50左右光合作用停止。(3)应用:温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合速率;晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物有机物的积累。4.解读水影响光合作用的曲线解读水影响光合作用的曲线(1)原理:水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响C
5、O2进入植物体内。图1表明在农业生产中,可根据作物的需水规律,合理灌溉。图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低,是因为温度高,气孔关闭,影响了CO2的供应。(2)曲线分析5.矿质元素矿质元素(1)原理:矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分,缺乏会影响光合作用的进行。例如,N是酶的组成元素,N、P是ATP的组成元素,Mg是叶绿素的组成元素等。(2)曲线分析:在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用强度;但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高,植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。(3)应用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
6、微生物分解后,既可补充CO2又可提供各种矿质元素。6.植物自身的遗传特性植物自身的遗传特性(如植物品种不同如植物品种不同)7.植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶1.生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率未随之增加,主要限制因素是光反应()2.延长光照时间能提高光合作用强度()3.植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用()4.停止供水,植物光合速率下降,这是由于水是光合作用的原料,又是光合产物在植物体内运输的主要介质()5.夏季晴天,植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低()据图分析多因素对光合作用的影响:(1)三条曲线在P点之前
7、限制光合速率的因素分别是光照强度、光照强度、温度。(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子不是(是/不是)影响光合速率的主要因素,此时的限制因素分别是温度、CO2浓度、光照强度。(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥的益处包括增加土壤肥力、增加大棚内的温度和CO2浓度。1.(2018山东日照联考)下面为几种环境因素对植物光合作用影响的关系图,有关描述错误的是(B)A.图1中,若光照强度适当增强至最适状态,a点左移,b点右移B.图2中,若CO2浓度适当增大至最适状态,a点右移,b点左移C.图3中,a点与b点相比,a点时叶绿体中C3含量相对较多D.图3中,限制b点光合作用的主要因素是光照强度和CO2
8、浓度解析解析据题图分析:图1和图2中的a点代表光合作用和呼吸作用相等时光合作用的强度,在曲线达到最高点之前,光照强度和CO2浓度都是限制光合作用强度的因素,当其中一个因素增大,要达到相同的生理状态,另一个因素在其相对较弱时即可满足,故图1中光照强度适当增大至最适状态时,a点会左移,图2中CO2浓度适当增大至最适状态时,a点也会左移;图1和图2中的b点代表光合作用的饱和点,限制因素光照强度和CO2浓度适当增大时,光合作用强度也会增大,所需的CO2浓度和光照强度也会增大,b点右移;图3中,b点时,光照强度和CO2浓度均是光合作用的主要限制因素,a点和b点的光照强度相同,故a点时叶绿体中C3含量比b
9、点多。2.如图表示环境因素对绿色植物光合作用速率的影响,据图分析正确的是(A)A.在缺镁的环境中,两种CO2浓度条件下光合作用速率都会下降B.b点光强下将CO2浓度提高到1%,短时间内细胞中C3含量下降C.a点与b点光合作用速率不同的原因是光照强度和CO2浓度的不同D.a点叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体基质中均可产生ATP解析解析在缺镁的环境中,叶绿素含量下降,两种CO2浓度条件下光合作用速率都会下降,A正确;b点光强下将CO2浓度提高到1%,CO2固定加快,短时间内细胞中C3含量增加,B错误;a点与b点光强相同,CO2浓度不同是导致a、b点光合作用速率不同的主要原因,C错误;a点叶肉细
10、胞同时进行光合作用和有氧呼吸,叶绿体基质消耗ATP,D 项错误。3.电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2,蔬菜产量可提高70%左右,这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验,绘制如下曲线。据图回答下列问题:(1)第1组实验的作用是对照。在饱和光照强度下,该实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较,说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)根据实验曲线可知,在相同光照强度下,为了最大限度地增加作物产量,可以采取的措施是增补电场和增施CO2。归纳拓展归纳拓展多因子分
11、析考点二光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用考点二光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用1.光合作用与细胞呼吸的过程图解光合作用与细胞呼吸的过程图解2.物质转化关系物质转化关系(1)元素转移途径C:CO2C6H12O6C3H4O3CO2O:H2OO2H2OH:H2OHC6H12O6HH2O(2)H的来源和去路比较3.能量转化关系能量转化关系(1)能量形式的转变(2)ATP的来源与去路比较1.在叶肉细胞中,CO2的固定和产生场所分别是类囊体薄膜和线粒体内膜()2.CO2的固定过程发生在叶绿体中,C6H12O6分解成CO2的过程发生在线粒体中()3.光合作用过程中光能转变成化学能,细胞呼吸过程中C6H1
12、2O6中的化学能转变成ATP中的化学能()4.净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长()5.适宜光照下,植物吸收CO2的总量等于固定的CO2的总量()6.ATP和H在叶绿体中随水的分解而产生,在线粒体中随水的生成而产生()图1-3是光合作用、呼吸作用相关曲线图,据图分析下列问题:(1)图1中,交点D对应E,此时净光合量为0,植物生长最快的点是B。(2)图2中,ab间的差值(a-b)为净光合强度或有机物积累量,交点F的含义是光合强度=(等于)呼吸强度,相对于图1中的D点和E点。(3)图3中,曲线c表示净光合强度,与图2中曲线a表示含义不相同(相同/不相同)。交点G的含义是净光合强度=呼吸强度,此
13、点植物能(能/不能)生长。1.光合速率和细胞呼吸速率光合速率和细胞呼吸速率(1)光合速率与呼吸速率的常用表示方法总光合速率O2产生速率CO2固定(或消耗)速率 有机物产生(或制造、生成)速率净光合速率O2释放速率CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用,测得的数值为呼吸速率(如图中A点)。绿色组织在有光条件下,光合作用与呼吸作用同时进行,测得的数值为净光合速率。真正(总)光合速率=表观(净)光合速率+呼吸速率A点:只进行呼吸作用,不进行光合作用,净光合量小于0,如图甲所示。AB段:真正光合速率小于呼吸
14、速率,净光合量小于0,如图乙所示。B点:真正光合速率等于呼吸速率,净光合量等于0,如图丙所示。(2)光合速率和细胞呼吸速率综合曲线解读B点以后:真正光合速率大于呼吸速率,净光合量大于0,如图丁所示。(3)确认净光合速率与植物生长的关系当净光合速率0时,植物因积累有机物而生长。当净光合速率=0时,植物不能生长。当净光合速率0时,植物不能生长,长时间处于此状态,植物将死亡。2.光合作用和细胞呼吸作用曲线中关键点的移动规律光合作用和细胞呼吸作用曲线中关键点的移动规律(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动:细胞呼吸增强,A点下移;细胞呼吸减弱,A点上移。(2)补偿点(B点)的移动细胞呼吸速率增加,其他条件
15、不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。(3)饱和点(C点)和D点的移动:相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时,C点右移,D点上移的同时右移;反之,移动方向相反。3.植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析(1)自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线a点:凌晨,温度降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少。b点:有微弱光照,植物开始进行光合作用。bc段:光合作用强度小于细胞呼吸强度。c点:上午7时左右,光合作用强度等于细胞呼吸强
16、度。ce段:光合作用强度大于细胞呼吸强度。d点:温度过高,部分气孔关闭,出现“午休”现象。e点:下午6时左右,光合作用强度等于细胞呼吸强度。ef段:光合作用强度小于细胞呼吸强度。fg段:没有光照,光合作用停止,只进行细胞呼吸。bf段:制造有机物的时间段。ce段:积累有机物的时间段。一昼夜有机物的积累量=S1-(S2+S3)。(S1、S2、S3分别表示曲线和横轴围成的面积)。(注意:分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时,应分析曲线变化趋势的快慢,也就是斜率。)AB段:无光照,植物只进行细胞呼吸。(2)密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线BC段:温度降低,细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。CD段:4时后
17、有微弱光照,开始进行光合作用,但光合作用强度小于细胞呼吸强度。D点:随光照增强,光合作用强度等于细胞呼吸强度。DH段:光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象。H点:随光照减弱,光合作用强度下降,光合作用强度等于细胞呼吸强度。HI段:光照继续减弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度,直至光合作用完全停止。I点低于A点:一昼夜,密闭容器中CO2浓度减小,即光合作用大于细胞呼吸,植物能正常生长(若I点高于A点,植物不能正常生长)。考向一光合作用与细胞呼吸的过程1.下图为植物细胞代谢的部分过程简图,为相关生理过程。下列叙述错误的是(C)A.若植物缺Mg,则首先会受到显著影响的是B.的进
18、行与密切相关C.蓝藻细胞中发生在叶绿体基质中D.叶肉细胞中O2的产生量小于中O2的吸收量,则该细胞内有机物的总量将减少解析解析Mg是合成叶绿素的成分,光反应阶段需要叶绿素吸收光能,若植物缺Mg则叶绿素的合成受到影响,首先会受到显著影响的生理过程是光反应过程,A正确;植物细胞吸收无机盐离子是主动运输过程,需要消耗能量,故与有氧呼吸过程密切相关,B正确;蓝藻细胞是原核细胞,没有叶绿体,C错误;题图中光反应过程O2的产生量小于有氧呼吸过程O2的吸收量,则净光合作用量0,该植物体内有机物的量将减少,D正确。2.(2018湖南六校联考)如图表示光合作用和有氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量
19、转换过程,图中序号表示相关的生理过程。下列叙述错误的是(D)A.在元素转移途径中,与、与表示的生理过程相同B.在元素转移途径中,能在小麦根尖成熟区细胞中发生的生理过程有C.在有氧呼吸过程中,产生能量最多的过程是和D.ATP中的能量不仅可以来自光能,也可以来自有机物中的化学能;ATP中的化学能可以转变为化学能而不能转变为光能解析解析光合作用中,和表示光反应中水的光解,表示碳反应,表示碳反应中C3的还原;有氧呼吸中,表示第一阶段,表示第二阶段,表示第一、二阶段,和表示第三阶段。在小麦根尖成熟区细胞中不能进行光合作用但能进行有氧呼吸,能发生等生理过程。在有氧呼吸过程中,产生能量最多的是第三阶段,即和
20、。ATP中的能量可以来自光能(光合作用)或有机物中的化学能(细胞呼吸),也可转变为光能(生物的发光)或化学能(物质合成代谢)。考向二光合速率和呼吸速率的关系3.为了研究缺失叶黄素的植株(甲)和正常的植株(乙)光合作用速率的差异,某实验小组设计实验并测得相关数据如下表(温度和CO2浓度等条件均适宜)。下列有关说法正确的是(D)光合速率与呼吸速率相等时的光照强度(klx)光合速率达到最大值时的最小光照强度(klx)光合速率最大值时CO2吸收量mg/(100cm2h)黑暗条件下CO2释放量mg/(100cm2h)植株甲13126植株乙393014A.植株甲因缺少叶黄素而使得叶片呈现黄色,且呼吸速率降
21、低B.光照强度为3klx时,植株甲光合作用所需CO2只来源于呼吸作用C.光照强度为lklx时,植株乙的光合速率大于其呼吸速率D.光照强度为3klx时,甲、乙两植株固定CO2速率的差为4mg/(100cm2h)解析解析据题表格数据分析,甲的呼吸速率比乙低,但叶黄素是黄色,缺少叶黄素会使叶片呈现其他色素的颜色,一般为绿色,A错误;光照强度为3klx时植株甲光合速率达到最大值,光合作用所需CO2来自呼吸作用和外界环境吸收,B错误;植株乙的光合速率=呼吸速率时的光照强度为3klx,所以在光照强度为lklx时,植株乙的呼吸速率大于其光合速率,C错误;光照强度为3klx时,植株甲光合速率达到最大值,固定C
22、O2量=呼吸作用释放CO2量+光合作用净吸收CO2量=6+12=18mg/(100cm2h);光照强度为3klx时植株乙光合速率=呼吸速率=14mg/(100cm2h),即此光照强度下甲、乙两植株固定CO2速率的差为4mg/(100cm2h),D正确。4.图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为A、B、C、D时,单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝藻光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是(B)A.图甲中,光照强度为B时,光合速率等于呼吸速率B.图甲中,光照强度为D时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2C.图乙中,当光照强度为X时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线
23、粒体和叶绿体D.图乙中,限制E、F、G点光合作用速率的因素主要是光照强度解析解析据题图分析:分析图甲可知,光照强度为B时,CO2释放量和O2产生总量相等,都为3个单位,细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用,剩余部分释放到外界,说明此时细胞呼吸大于光合作用,A项错误;光照强度为D时,水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率,光照强度为A时,CO2释放量即为呼吸速率,则光照强度为D时,O2产生总量为8个单位,需要消耗的CO2也为8个单位,所以单位时间内需从外界吸收CO2为2个单位,B项正确;图乙中所示生物为蓝藻,蓝藻不含线粒体和叶绿体,C项错误;图乙中,限制G点光合作用速率的因素不是光照
24、强度,可能是二氧化碳浓度或温度等,D项错误。类题通法类题通法植物“三率”的判定(1)根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率,当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。检测指标呼吸速率表观(净)光合速率真正(总)光合速率CO2(单位时间内)释放量(黑暗)吸收量利用量、固定量、消耗量O2(单位时间内)吸收量(黑暗)释放量产生量有机物(单位时间内)消耗量(黑暗)积累量制造量、产生量(2)根据关键词判定5.(2018辽宁盘锦期末)下图曲线表示某植物在恒温30、CO2浓度一定时光合速率与光照强度的关系,下列叙述错误的是(
25、D)考向三环境条件改变与补偿点、饱和点移动的关系A.与b点相比较,c点时叶肉细胞中三碳化合物的含量降低B.若将CO2浓度降低,则叶绿体中H合成速率将会变小,c点向左下方向移动C.当光照强度为X点时,叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体D.已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25和30,在其他条件不变的情况下,将温度调节到25,图中a点将向上移动,b点将向右移动解析解析与b点相比c点时光照强度增强,光反应产生的H、ATP增多,此时CO2固定速率不变、C3还原速率增强,所以c点时C3含量较低,A正确;若CO2浓度降低,合成的C3减少,随之消耗的H、ATP减少,所以H合成速
26、率减慢,c点向左下方移动,B正确;光照强度为X时,叶肉细胞既可以进行光合作用也可以进行有氧呼吸,所以此时细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,C正确;温度由30调节到25时,光合作用速率增强、呼吸作用速率降低,所以a点向上移动、b点向左移动,D错误。6.(2018安徽宿州摸底)如图表示光照强度对阳生植物和阴生植物CO2吸收量的影响。下列说法错误的是(B)A.图中甲、乙植物分别代表阳生植物、阴生植物B.图中e点时,甲植物净光合强度比乙植物净光合强度大C.图中d点,限制乙增产的外界因素是CO2浓度、温度D.在缺Mg培养液中培养甲植物,则其b1点将向右移动解析解析题图中甲植物净光合作用C
27、O2吸收量高,细胞呼吸释放CO2量高,故甲为阳生植物,乙为阴生植物,A正确;题图中e点时,甲和乙两种植物曲线交于一点,两种净光合速率相等,B错误;题图中d点时,光照强度不再影响乙植物光合作用强度,此时限制乙植物光合作用强度的外界因素包括CO2浓度、温度等,C正确;用缺Mg培养液中培养甲植物,则甲的光合作用强度降低,若保证光合作用强度等于细胞呼吸强度,需要增加光照强度,即b1点右移,D正确。考向四自然环境及密闭容器中植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线及分析7.(2018福建漳州二模)如图表示的是一昼夜北方某作物植株CO2吸收量的变化。甲图为盛夏的某一晴天,乙图为春天的某一晴天,对两图的相关原因分
28、析不正确的是(C)A.适当提高温度可以增加OA的绝对值B.甲图中有机物积累最多的是G点,两图中B点植物干重均低于A点时的干重C.两图中DE时间段叶绿体中C3含量均大大减少D.甲图中E点和G点相比,E点叶绿体中的ATP含量较多解析解析据题图分析,有机物总积累可用横轴上、下曲线围成的有关面积表示。适当提高温度可提高呼吸强度,A正确;G点光合强度=呼吸强度,以后呼吸强度大于光合强度,故有机物积累最多的是G点,两图中AB段只进行呼吸作用,故B点植物干重均低于A点时的干重,B正确;甲图DE时因为光照强,气温高,导致蒸腾作用强,水分散失多,气孔关闭,CO2供应不足,光合作用速率略有下降,三碳化合物来源减少
29、,去路未变,含量减少,乙图是因为光照强度减弱,光反应减弱,导致光合速率减弱,三碳化合物来源不变,去路降低,含量会升高,C错误;甲图中E点与G点相比,叶绿体中的ATP含量较多,D正确。8.(2018河北定州调研)将一植物放在密闭的玻璃罩内,置于室外进行培养,假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况,绘制成如下图的曲线。下列有关叙述正确的是(C)A.在A点时叶肉细胞中产生ATP的部位只有线粒体B.D点较B点CO2浓度高,是因为D点温度高,植物呼吸作用强C.D点时植物的光合作用强度和呼吸作用强度相等D.H点CO2浓度最低,说明此时植物对CO2
30、的吸收最多,光合作用最强解析解析在A点时植物只进行呼吸作用,叶肉细胞产生ATP的场所包括细胞质基质和线粒体,A错误;B点到D点前,先是只有呼吸作用,后又有了光合作用,但光合作用强度小于呼吸作用强度,所以从B点到D点的过程中一直有CO2的释放,D点CO2浓度才较B点高,B错误;D点和H点时,光合作用强度与细胞呼吸强度相等,H点时一天中积累有机物最多,C正确,D错误。题后悟道题后悟道(1)密闭容器中所检测出的光合作用强度为净光合作用强度,而实际光合作用强度需要结合呼吸作用强度进行推算。(2)除受外界因素影响外,光合速率还与植物自身的遗传特性(如植物品种不同)有关,如阴生植物光合速率的光补偿点、饱和
31、点均低于阳生植物,此外即使是同种植物,其植物叶片的叶龄、叶面积指数、色素含量、酶活性等内部因素也会制约光合速率。考点三植物光合速率与呼吸速率测定的常用方法考点三植物光合速率与呼吸速率测定的常用方法1.气体体积变化法气体体积变化法测光合作用测光合作用O2产生、产生、CO2消耗的体积消耗的体积(1)装置中溶液的作用:在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2;在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2,保证了容器内CO2浓度的恒定。(2)测定原理在黑暗条件下甲装置中的植物只进行细胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率,可
32、代表呼吸速率。在光照条件下乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaH-CO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。(3)测定方法将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真光合速率。(4)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。2.
33、“黑白瓶黑白瓶”测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量(1)“黑瓶”不透光,不能进行光合作用,因此黑瓶中氧气的减少是由于细胞呼吸消耗,单位时间氧气变化代表细胞呼吸强度。(2)白瓶透光,能进行光合作用,溶液中氧气的变化是光合作用和细胞呼吸的综合结果,单位时间内氧气的变化可以代表净光合作用强度;实际光合作用强度=净光合作用强度+细胞呼吸强度。3.叶圆片称重法叶圆片称重法测定有机物的变化量测定有机物的变化量本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率=(z-y)/2S;呼吸速率=(x-y)/2S;总光
34、合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。4.“半叶法半叶法”测光合作用有机物的产生量测光合作用有机物的产生量半叶法的原理是:植物进行光合作用形成有机物,而有机物的积累可使叶片单位面积的干重增加,但是,叶片在光下积累光合产物的同时,还会通过输导组织将同化物运出,从而使测得的干重积累值偏低。为了消除这一偏差,必须将待测叶片的一半遮黑,测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少值,作为同化物输出量(或呼吸消耗量)的估测值。将叶片一半遮光,一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值,曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值,综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要
35、注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。“改良半叶法”采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞,以防止光合产物从叶中输出(这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐向叶片的输送),仅用一组叶片,且无须将一半叶片遮黑,既简化了实验过程,又提高了测定的准确性。考向一气体体积变化法测光合作用O2产生、CO2消耗的体积1.(2018安徽太和预测题)某兴趣小组设计了如下图所示的实验装置若干组,室温25下进行了一系列的实验,对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是(C)A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照,液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测真正光合作用强度
36、,需另加设一装置遮光处理,X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照,光合作用大于细胞呼吸时,液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理,消耗的底物为脂肪时,液滴左移解析解析当装置给予光照时,装置内植物既进行光合作用也进行呼吸作用,CO2缓冲液可保持装置内CO2浓度不变,那么液滴移动距离即表示净光合作用释放O2的多少,A正确;真光合速率=净光合速率+呼吸速率,测呼吸速率需另加设一装置遮光处理(不能进行光合作用),为去除有氧呼吸产生CO2的干扰,将X溶液更换为NaOH溶液,那么测得液滴移动距离即为有氧呼吸消耗O2的量,B正确;若X溶液为清水并给予光照,装置内植物光合作用吸收的CO2量=释放O2量
37、,液滴不移动,C错误;若X溶液为清水并遮光处理,植物只进行有氧呼吸,但由于消耗的底物为脂肪,其消耗O2的量大于产生CO2的量,液滴向左移动,D正确。2.(2018河南南阳期末)为了提高大棚草莓的经济效益,科研人员对温室栽种的草莓植株进行了相关研究,选取草莓植株放在密闭透明的玻璃罩内并置于户外充足光照下,如图是相关实验装置。回答下列问题:(1)该装置里草莓植株的叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、叶绿体和线粒体。将玻璃罩置于水浴中的目的是避免温度变化对实验结果的影响。(2)若用该装置检测草莓植株的呼吸方式,需撤销图中的光照条件,设置两组实验,并分别在烧杯内放入NaOH和清水。(3)若用该装
38、置检测草莓植株在一定CO2浓度下的光合速率,烧杯内应放入NaHCO3溶液(CO2缓冲液),打开活塞开关,使U形管两侧液面相平,再关闭活塞,一段时间后将观察到U形管A侧液面升高(填“升高”、“下降”或“不变”)。(4)为了进一步探究不同条件对草莓植株光合作用速率和呼吸作用速率的影响,做了如下实验:用8株大小和长势相似的草莓植株,分别放在玻璃罩中,连接传感器定时测定容器中二氧化碳含量的变化。实验结果统计如下表,请分析回答下列问题:编号12345678温度()1010202030304040光照强度(lx)10000100001000010000开始时CO2量(g)5555555512h后CO2量(
39、g)4.55.13.55.41.85.725.8由表格可知,本实验的自变量是温度、有无光照。在光照强度为1000lx,温度为30时,日光照12小时,一昼夜每株天竺葵可积累葡萄糖1.7g。(计算结果保留一位小数)解析解析(1)该装置里草莓植株在充足的光照条件下,能同时进行光合作用和有氧呼吸,所以该植株的叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、叶绿体和线粒体;将玻璃罩置于水浴中的目的是避免温度变化对实验结果的影响。(2)若用该装置检测草莓植株的呼吸方式,为避免光合作用的影响,需撤销图中的光照条件,设置两组实验,并分别在烧杯内放入NaOH(用于吸收呼吸作用产生的CO2)和清水。(3)若用该装置检测
40、草莓植株在一定CO2浓度下的光合速率,烧杯内应放入NaHCO3溶液(CO2缓冲液),打开活塞开关,使U形管两侧液面相平,再关闭活塞。烧杯中的CO2缓冲液可以为光合作用提供稳定的二氧化碳来源,使装置中的气压变化只来自于氧气。在充足的光照条件下,植物的光合作用速率大于呼吸作用速率,释放的氧气增多,装置内气压增大,所以一段时间后将观察到U形管A侧液面升高。(4)由题中表格可知,本实验的自变量是温度、有无光照。在光照强度为1000lx,温度为30时,日光照12小时,每株天竺葵净消耗的CO2量是5-1.8=3.2g,在光照强度为0lx,温度为30时,每株天竺葵呼吸作用12小时产生的CO2量是5.7-5=
41、0.7g,则一昼夜每株天竺葵净消耗的CO2量是3.2-0.7=2.5g。根据光合作用的反应式可知一昼夜每株天竺葵可积累葡萄糖的量是2.5/441/6180=1.7g。归纳拓展归纳拓展光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制(1)增加水中O2泵入空气或吹气或放入绿色水生植物。(2)减少水中O2容器密封或油膜覆盖或用凉开水。(3)除去容器中CO2氢氧化钠溶液。(4)除去叶中原有淀粉置于黑暗环境中。(5)除去叶中叶绿素酒精隔水加热。(6)除去光合作用对呼吸作用的干扰给植株遮光。(7)如何得到单色光棱镜色散或薄膜滤光。(8)线粒体提取细胞匀浆离心。考向二“黑白瓶”测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量
42、3.(2018河北景县调研)下表是采用黑白瓶(不透光瓶可透光瓶)测定夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(C)水深(m)1234白瓶中O2浓度(g/m3)+3+1.50-1黑瓶中O2浓度(g/m3)-1.5-1.5-1.5-1.5A.水深1m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气为3g/m3B.水深2m处黑瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原C.水深3m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体D.水深4m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用解析解析白瓶透光,瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用,黑瓶不透光,瓶
43、内水生植物只能进行呼吸作用。在水深1m处,白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为3+1.5=4.5(g/m3),A错误;水深2m处黑瓶中水生植物不能进行光合作用,也就不能进行水的光解和C3的还原,B错误;水深3m处白瓶中水生植物光合作用产生的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量相等,即植物进行光合作用和呼吸作用,因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体,C正确;在水深4m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为-1-(-1.5)=0.5(g/m3),能进行光合作用,D错误。4.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在不同时间分别在同
44、一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片,烘干后称其重量,测得叶片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6g/(cm2h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是(A)考向三叶圆片称重法测定有机物的变化量A.下午4时后将整个实验装置遮光3小时B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时C.下午4时后在阳光下照射1小时D.晚上8时后在无光下放置3小时解析解析起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重x克,从上午10时到下午4时,叶片在这6小时内既进行光合作用,又进行呼吸作用,所以下午4时移走的叶圆片干重(y克)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x克)的差值,就
45、等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量:(y-x)克。若要求出呼吸作用干物质量,应将叶片遮光处理,先假设叶片遮光处理为a小时后干重为z克,呼吸作用消耗干物质量:(y-z)克。已知:测得叶片的叶绿体光合作用速率为(3y-2z-x)/6gcm-2h-1,据真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,得出:(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/a,计算出a=3小时,A项正确。考向四“半叶法”测光合作用有机物的产生量5.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6h后,在A
46、、B的对应部位截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为MA、MB,获得相应数据,则可计算出该叶片的光合速率,其单位是mg/(dm2h)。请分析回答下列问题。(1)MA表示6h后叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量;MB表示6h后叶片初始质量+光合作用有机物的总产量-细胞呼吸有机物的消耗量。(2)若M=MB-MA,则M表示B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量。(3)总光合速率的计算方法是 M除以截取面积,再除以时间,即M/(截取面积时间)。(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率,写出实验设计思路。将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开,一部分立即烘干称重,另一部分在黑暗中保存几小
47、时后再烘干称重,根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。解析解析叶片A部分遮光,不能进行光合作用,但可照常进行细胞呼吸。叶片B部分不做处理,既能进行光合作用,又可以进行细胞呼吸。分析题意可知,MB表示6h后叶片初始质量+光合作用有机物的总产量-细胞呼吸有机物的消耗量,MA表示6h后叶片初始质量-细胞呼吸有机物的消耗量,则MB-MA就是光合作用6h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算净光合速率,即M除以截取面积,再除以时间。考向五间隔光照法比较有机物的合成量6.为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响,科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C
48、、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下:A组:先光照后黑暗,时间各为67.5s;光合作用产物的相对含量为50%。B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5s;光合作用产物的相对含量为70%。C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75ms(毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。D组(对照组):光照时间为135s;光合作用产物的相对含量为100%。回答下列问题:(1)单位光照时间内,C组植物合成有机物的量高于(填
49、“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量,依据是C组只用了D组一半的光照时间,其光合作用产物的相对含量却是D组的94%;C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要光照,这些反应发生的部位是叶绿体的基质。(2)A、B、C三组处理相比,随着光照和黑暗交替频率的增加,使光下产生的ATP和H能够及时利用与及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量。1.(2018课标,30,9分)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。真题再现真题再现 模拟预测模拟预测(1)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是甲。(2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度
50、过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是甲,判断的依据是光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大。(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是乙。(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的CO2(填“O2”或“CO2”)不足。解析解析据题图分析:相同光强下,甲植物净光合速率较乙植物高,即此条件下甲植物对光能利用率较高。在光强减弱过程中,甲植物净光合速率下降幅度较乙大。林下为弱光环境,曲线显示,在弱光条件下,乙植物净光合速率较甲植物高,故乙植物更适合在林下种植。气孔是叶片水分