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第3课时 影响光合作用的环境因素
1.光照强度和CO2浓度是影响光合速率的两个重要
外界因素。
2．光照强度直接影响光合作用的光反应产生[H]和
ATP，间接影响暗反应。
3．CO2浓度直接影响光合作用的暗反应，间接影
响光反应。
4．温度影响酶的活性，低温时酶的活性降低，导
致光合速率降低；高温导致气孔关闭，使得CO2
的供应减少，光合速率降低。
5．水和营养元素会直接或间接地影响光合速率。
一、影响光合作用的环境因素
1．光照强度对光合作用的影响
(1)光照强度比较弱时，光合速率很低。
(2)光照增强，光合速率相应地变大。
(3)当光照强度超过某一定值时，再增大光照强度，光合速率不再增加。
2．CO2浓度对光合作用的影响
(1)CO2是光合作用的原料之一。
(2)在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加。
(3)当CO2浓度达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率不再增加。
3．温度对光合作用的影响
(1)温度影响酶的活性。
(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．水和营养元素对光合作用的影响
(1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率。
(2)营养元素能间接影响植物光合速率。
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二、光合作用原理的应用
采用套种方法，可增加光照面积；采用轮作的方法，可以延长光照时间。
1．判断下列说法的正误
(1)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低(√)
(2)温度较高时光合速率变低的原因主要是酶变性失活(×)
(3)提供适宜浓度的营养元素，能防治植物缺乏症的发生，进而增强光合速率(√)
(4)在我国农业生产实践中，常采用套种方法来提高农作物光合速率(×)
2．下列因素能够直接影响光反应过程的是( )
A．光照强度 B．CO2浓度 C．温度
解析：选A 光照强度直接影响光反应，CO2直接影响暗反应，温度通过改变酶的活性来影响光合作用。
3．下列名词中与呼吸作用有关的是( )
A．光反应 B．CO2的饱和点 C．净光合速率
解析：选C 净光合速率等于光合速率与呼吸速率的差。
4．夏天中午光照强，光合作用反而下降，原因是( )
A．气孔关闭 B．温度过高 C． 叶绿素被破坏
解析：选A 夏季中午，由于气孔关闭，影响CO2进入细胞的量，光合作用强度下降。
5．在适宜条件下，适当增加CO2浓度后，一定增加的是( )
A．[H] B．C3 C．(CH2O)
解析：选C 适当增加CO2浓度后，一定增加的是(CH2O)。
6．下列物质对光合作用过程影响与其他两项不同的是( )
A．H2O B．CO2 C．Mg
解析：选C H2O是光反应的原料，CO2是暗反应的原料，Mg是构成叶绿素的必需元素。
7．在农业生产中，增加光照面积的措施主要是( )
A．套种 B．轮作 C．合理施肥
解析：选A 套种能增加光照面积，轮作能延长光照时间，合理施肥可提高光合速率。
8．提高农作物产量的措施中，与光合作用原理有关的是( )
A．适时施用化肥 B．及时中耕松土 C．合理密植
解析：选C 合理密植可以提高光能利用率，提高农作物的产量。适时施肥是满足植物的营养需要；及时中耕松土有利于植物根系的呼吸作用。
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核心要点环境因素对光合作用过程的影响分析
1.光照强度对光合作用的影响
(1)数学模型及其分析
①A点对应的光照强度是光合作用的临界值，低于此值，光合作用不能进行。
②AB段表明，随光照强度增大，光合速率也增加。
③B点对应的光照强度，是光合速率最大时的最小光照强度，也称为光饱和点。
④B点以后，光合速率不再随光照强度增大而增加，其主要的限制因素是CO2浓度。
(2)在农业生产中的应用
①温室大棚适当提高光照强度可以提高光合速率。
②延长光合作用时间。
③增加光合作用面积(合理密植)。
④温室大棚采用无色透明玻璃。
2．CO2浓度对光合作用的影响
(1)数学模型及其分析
①A点对应的CO2浓度是光合作用的临界值，低于此值，光合作用不能进行。
②AB段表明，光合速率随CO2浓度的增大而增加。
③B点对应的CO2浓度，是光合速率最大时的最小CO2浓度，也称为CO2饱和点。
④B点以后，光合速率不再随CO2浓度增大而增加，其主要限制因素是光照强度。
(2)在农业生产中的应用
①植物光合作用的最适CO2浓度为0.1%，而空气中CO2仅为0.03%。因此适当增加空气中CO2浓度，可提高光合速率。
②温室栽培植物时适当提高室内CO2
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的浓度，如放一定量的干冰或多施有机肥，提供更多的CO2。
③大田中常用“正其行，通其风”来增加CO2的供应。
3．温度对光合作用的影响
(1)数学模型及其分析
①温度直接影响光合作用中有关酶的活性，对光合作用的影响很大。低温时，植物酶促反应速率下降，限制了光合作用的进行；高温时，叶绿体和细胞质的结构会遭到破坏、叶绿体的酶发生钝化、变性甚至遭到破坏。
②低温会影响光合酶的活性，植物净光合速率较低；较高温度使呼吸作用加强，净光合速率下降。
(2)在农业生产中的应用
①适时播种。
②温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降低温度。
4．矿质元素对光合作用的影响
(1)矿质元素对光合作用影响的数学模型及其分析：
①N是各种酶以及ATP等的重要组成成分。
②P是ATP的重要组成成分。
③Mg是叶绿素的重要组成成分。
④K对光合产物的运输和转化起促进作用。
(2)矿质元素对光合作用的影响规律：在一定范围内，矿质元素增多，光合速率加快；超过一定浓度，光合速率不再增强，甚至由于渗透失水反而使光合速率下降。
(3)在农业生产中的应用：适时适量施肥，注意施肥不要过量，否则会造成土壤溶液浓度大于细胞液浓度导致细胞失水。
5．水对光合作用的影响
缺水时气孔关闭，影响CO2
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进入叶肉细胞；缺水，叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出缓慢。因此，植物体水分减少会使光合速率下降。合理浇灌是提高光合速率的有效措施。
6．多因子对光合速率的影响
(1)P点理解：此点之前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。
(2)Q点理解：此点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，影响因素为坐标图中三条曲线所表示出的因素。
[名师点拨] (净)光合速率的测定方法
(1)实验装置：如图。
(2)条件：整个装置必须在光下，光是植物进行光合作用的条件。
(3)NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。
(4)植物光合速率指标：植物光合作用释放O2，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。单位时间内水滴右移的体积即是净光合速率。
[题组冲关]
1.利用右图所示的实验装置进行与光合作用有关的实验，正确的是( )
A．试管中收集的气体量代表了光合作用产生的O2量
B．在光下，如果有气泡产生，可说明光合作用产生O2
C．为了探究CO2浓度对光合作用的影响，可以用不同浓度的NaHCO3溶液进行实验
D．为了探究光照强度对光合作用的影响，用一套装置慢慢向光源靠近，观察气泡产生速率的变化
解析：选 C 收集到的O2量可表示净光合作用量，即光合作用产生的O2被细胞呼吸利用后的剩余部分。如果在光补偿点以下，可放出CO2。装置内的CO2浓度随光合作用的进行会发生变化，即无关变量没能严格控制。
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2．下列①～④曲线图均表示光合作用与某些影响因素的关系。下列各选项叙述错误的是( )
A．①图中的X因素可表示CO2浓度
B．②图中Y因素可能代表N、P、K等必需元素
C．③图中，其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向左移动
D．④图中，当光照强度小于c值时，限制光合速率增加的主要因素是光照强度
解析：选C Mg是合成叶绿素不可缺少的元素，植物缺Mg时，叶绿素合成减少，光反应减弱，植物细胞欲达到光补偿点，需增加光照强度，故b点将向右移动。
环境因素骤变对光合作用中物质含量动态变化的判断
1．分析方法
(1)需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。(常见图示见下图)
光合作用过程的常见图示
(2)需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
如CO2供应正常、光照停止时C3的含量变化：
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2．结合光合作用过程常见图示对相关物质含量变化过程与结果的分析
条件
过程变化
C3
C5
[H]和ATP
模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变
①过程减弱②③过程减弱，④过程正常进行
增加
减少
减少
光照由弱到强，CO2供应不变
①过程增强
②③过程增强
④过程正常进行
减少
增加
增加
光照不变，CO2由充足到不足
④过程减弱，①②③过程正常进行，随C3减少②③减弱，①过程正常
减少
增加
增加
光照不变，CO2由不足到充足
④过程增强①②③正常进行，随C3增加②③增强，①过程正常
增加
减少
减少
[名师点拨] C3、C5含量变化的两点注意
(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
(2)以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP的含量变化是一致的。
[题组冲关]
1．在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是( )
A．C3和C5都迅速减少
B．C3和C5都迅速增加
C．C3迅速增加，C5迅速减少
D．C3迅速减少，C5迅速增加
解析：选C 植物正常进行光合作用时突然停止光照，则光反应减弱，叶绿体内ATP和[H]含量减少，暗反应C3的还原减弱，C3含量增加，CO2的固定过程仍在消耗C5，C5含量减少。
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2．下面为光合作用的过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中的含量变化将会是( )
A．a上升、b下降 B．a、b都上升
C．a、b都下降 D．a下降、b上升
解析：选B c为CO2，a、b为[H]、ATP，降低CO2的浓度，C3含量降低，消耗[H]、ATP减少，所以[H]、ATP的含量升高。
3．进行正常光合作用的叶片，如果叶绿体中[H]的含量相对稳定，在a点时突然停止供给CO2，能表示叶绿体中[H]含量变化的曲线是( )
解析：选B 突然停止CO2供应，叶绿体内C3减少，C3的还原所需要的ATP和[H]因利用的少，在叶绿体内含量上升，但一段时间后会达到稳定。
一、选择题
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：选B 镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁导致番茄幼苗不能合成叶绿素。叶绿素含量降低导致光反应为暗反应提供[H]和ATP减少。
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2.右图为某植物处于25 ℃环境中光合作用强度随光照强度变化的坐标图。下列叙述正确的是( )
A．a点时叶肉细胞的生理活动只受温度的影响
B．c点为该植物的光饱和点
C．b点时该植物的O2产生量为N1
D．d点的呼吸速率大于b点
解析：选C 据图分析，a点时叶肉细胞只进行呼吸作用，不进行光合作用，细胞呼吸受多种因素的影响；c点以后的变化不知道，该植物的光饱和点不一定是c点；b点时植物光合作用产生的O2量等于呼吸作用吸收的O2量，b点代表光补偿点，O2产生量为N1；呼吸速率主要受温度的影响，温度不变，呼吸速率不变。
3.右图表示20 ℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，对于曲线的下列叙述最恰当的是( )
A．b点位置不会随环境温度的升高而移动
B．a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
D．c点时光合作用强度等于细胞呼吸强度
解析：选C 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。温度影响酶的活性，因而b点受温度影响；a点产生ATP的细胞器只有线粒体。
4.一种在叶绿体内与光合作用有关的酶，其活性受到pH及镁离子浓度的影响如右图所示。据图分析，试推测与夜晚相比，叶绿体内的pH及镁离子浓度在白天最可能发生下列哪一种变化( )
A．pH不变，镁离子浓度不变
B．pH下降，镁离子浓度下降
C．pH下降，镁离子浓度上升
D．pH上升，镁离子浓度上升
解析：选D 植物在白天光合作用旺盛，说明相关酶的催化活性较高，故pH上升，镁离子浓度上升。
5.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，右图表示25 ℃时光合速率与光照强度的关系，若温度升高到30
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℃(原光照强度和CO2浓度不变)，图中a、b、d三点的移动情况分别为( )
A．上移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．下移、右移、下移
解析：选D 根据题意可知，光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，题图表示25 ℃时光合速率与光照强度的关系，若温度升高到30 ℃，则植物呼吸作用增强，图中a将下移，光合作用减弱，所以图中b点将右移，图中d点将下移。
6.某生物兴趣小组将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以白炽灯作为光源，移动白炽灯调节其与大试管的距离，分别在10 ℃、20 ℃和30 ℃下进行实验，观察并记录单位时间内不同距离下枝条产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述不正确的是( )
A．该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响
B．A点和B点的限制因素分别为温度和光照强度
C．B点条件下伊乐藻能进行光合作用
D．若在缺镁的培养液中进行此实验，则B点向右移动
解析：选D 若培养液缺镁，叶绿素合成受阻，光合作用减弱，而呼吸作用强度不变，需要提高光照强度，B点应向左移动。
7.右图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合速率的影响。下列有关叙述错误的是( )
A．曲线中由a点转向b点时，叶绿体中C3的浓度降低
B．曲线中由d点转向b点时，叶绿体中C5的浓度升高
C．ab段影响光合速率的主要因素是光照强度
D．bc段影响光合速率的限制因素可能是温度
解析：选B 由d点转向b点时，光照强度不变，CO2浓度增大，CO2与C5的反应加快，C5的浓度降低。
二、非选择题
8．下面为光合作用过程示意图，A、B、C、W、X、Y、Z代表各种物质或能量，请据图回答下列问题：
(1)图中B所代表的是____________。
(2)在光照强度不变的情况下，适当增加[ ]________的浓度可提高Y的产量。
(3)③过程进行的场所是______________。
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(4)如果在各种条件都很适宜的情况下，突然除去X，可以测出C5的含量变化是____________。
(5)温度影响光合作用的原因是__________________。
解析：水裂解产生O2和[H]。光照强度不变，增加CO2的浓度可增加光合作用的强度，得到更多的光合作用产物。③过程表示的是暗反应阶段，其发生场所是叶绿体基质。暗反应中CO2和C5反应形成C3，当除去CO2后，C5就会增加。温度可通过影响酶活性影响光合作用。
答案：(1)O2 (2)XCO2 (3)叶绿体基质 (4)增加 (5)温度影响光合作用的酶活性
9．下面甲、乙两图分别表示光照强度和空气中的CO2含量对某绿色植物光合作用的影响，丙图表示一天内某时间段蔬菜大棚内CO2浓度随时间的变化曲线。请据图回答下列的问题：
(1)甲图中的B点时细胞进行的生理活动的特点是_________________________，分别与乙、丙图中的________点叶肉细胞所处的生理状态相同，此时细胞中能产生ATP的细胞器有___________________，如果在缺镁的条件下，E点将向__________(填“左”或“右”)方移动。
(2)C点时叶肉细胞内叶绿体所需要的CO2来自__________________。
解析：(1)甲图中的B点时细胞进行的生理活动的特点是CO2吸收速率等于释放速率，也就是光合速率＝呼吸速率，分别与乙、丙图中的D、G点，此时细胞中能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体，当植物缺镁时，叶绿素合成受阻，光合速率下降，E点将向左移。(2)C点时光合速率大于呼吸速率，叶绿体所需要的CO2既有从外界吸收的，也有线粒体释放的。
答案：(1)CO2吸收速率等于释放速率 D、G
线粒体和叶绿体 左 (2)从外界吸收和线粒体释放
一、选择题
1．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合速率的影响，得到实验结果如下图所示。请据图判断下列叙述不正确的是( )
A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合速率差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合速率差异的原因是温度不同
C．光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合速率随光照强度升高而升高
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D．光照强度为a～c，曲线Ⅰ、Ⅲ光合速率随光照强度升高而升高
解析：选D 从曲线图中可以看出，在光照强度相同时，曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 光合速率有差异，原因是温度不同；在光照强度相同时，Ⅱ 和 Ⅲ光合速率有差异，原因是CO2浓度不同；在光照强度为a～c时，曲线Ⅲ在a点已达到光饱和点。
2．正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量突然上升，则改变的条件是( )
A．停止光照 B．停止光照并降低CO2浓度
C．升高CO2浓度 D．降低CO2浓度
解析：选D 降低CO2浓度，CO2的固定变慢，叶肉细胞内五碳化合物含量会突然上升。
3.取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭装置内，并分别给予a、b、c三种不同强度的光照，其他条件一致。照光相同时间后，测得各装置内O2的增加量如图所示。下列叙述错误的是( )
A．装置内增加的O2来自于水
B．光照强度为a时，光合作用停止
C．丙组装置内的CO2含量照光后比照光前低
D．该图反映了光合作用强度与光照强度的关系
解析：选B 光反应阶段，水的裂解产生O2。光照强度为a时，光合作用较弱，并不是没有进行光合作用。光合作用消耗CO2产生O2。该图反映了光合作用强度与光照强度的关系。
4．如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是( )
A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原后的直接产物含量降低
解析：选D 水裂解和O2释放发生在类囊体膜上，不是在基质中。t2→t3的限制因素是CO2浓度，增加CO2浓度，光合速率将提高。t3→t4，暗反应增强，光反应速率也增强。t4后短暂时间内，由于没有光照，ATP减少，ADP和Pi含量升高；ATP减少，C3还原后的直接产物含量降低。
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二、非选择题
5．下图甲表示植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。图乙表示植物在不同外界环境条件下，光合速率受CO2浓度影响的变化曲线。分析回答下列问题：
(1)图甲中，当光照强度为k点时，叶绿体中ADP的移动方向是从________________移向________________。
(2)图乙中，a点对应条件下，叶肉细胞中C3含量______于b点；c点对应条件下，叶肉细胞中C5含量______于b点；结合图甲信息，d点对应条件下，叶肉细胞中C5含量________于c点。
(3)根据图甲信息，图乙中的n线与k线应重合，而实际情况不是这样的。写出一个引起图乙中阴影显示的差距的主要外界因素________。
(4)综合上述分析，影响植物光合速率的因素包括______________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)当光照强度为k点时，光反应消耗ADP，暗反应产生的ADP由叶绿体基质运往叶绿体类囊体膜。(2)由反应式“CO2＋C5―→2C3”和“2C3C5＋(CH2O)”可知：一定范围内CO2浓度增加可以使细胞中C3增加；一定范围内光照强度增强会导致细胞内C5增加。(3)图甲信息显示：只考虑光照的影响，光照强度由n增加到k时，光合速率几乎不变，故图乙的变化应是光照之外的其他因素引起的，比如温度等。(4)综合分析，影响光合作用的因素包括光照强度、CO2浓度、温度等。
答案：(1)叶绿体基质 叶绿体类囊体膜 (2)低 高 约等 (3)温度 (4)光照强度、CO2浓度、温度
6．某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是______________。
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(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。
解析：(1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。(2)由图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，光合作用受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率均小于0，即该植物呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量时，还要考虑光强这一因素的影响。
答案：(1)0 A、B和C (2)光强 (3)大于 (4)光强
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