2020版高考一轮复习：1.3.4-影响光合作用的环境因素及相关实验探究

[考纲要求]影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。考点突破素养达成考点一影响光合作用的因素及在生产上的应用(国考5年5考)(全国卷：2016年新课标全国卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；2015年新课标全国卷Ⅰ；2014年新课标全国卷；地方卷：2017年北京卷；2017年天津卷；2017年江苏卷；2016年四川卷；2015年北京卷、山东卷、安徽卷；2014年广东卷、浙江卷、山东卷、安徽卷、四川卷；2013年重庆卷、北京卷、四川卷、天津卷、海南卷)一、光合作用强度1．含义：植物在单位时间内通过光合作用制造的糖类的数量。2．两种表示方法(1)一定时间内原料的消耗量。(2)一定时间内产物的生成量。二、影响光合作用的因素1．内部因素(1)与植物自身的遗传特性(如植物品种不同)有关，以阴生植物、阳生植物为例：如下图所示。(2)植物叶片的叶龄、叶面积指数、叶绿素含量及酶等也会影响光合作用，如下图所示。2．外部因素(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析因素原理图像应用光照强度影响光反应阶段，制约ATP及NADPH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提高光照强度可以提高光合作用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①大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”②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)①大田中适时播种②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)①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②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)多因子对光合速率的影响①曲线分析：P点：限制光合速率的因素应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。Q点：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。②应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，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浓度以提高光合速率。考向一光照强度、CO2浓度等因素对光合作用强度的影响1．(2016·新课标全国卷Ⅰ，30)为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如下图所示。回答下列问题：(1)据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是________。(2)b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高________(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。(3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是____________________________________________________________________________________________________。光照强度CO2浓度乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的解析：(1)甲组在a点条件下，增加光照强度，光合作用强度继续增加，故光合作用的限制因子是光照强度。(2)甲组在b点条件下，增加光照强度、光合作用强度不再继续增加，说明光照强度不再是光合作用的限制因子，要增加光合作用强度，需增加光合作用原料，而O2是光合作用产物，CO2才是光合作用的原料，故应该增加CO2浓度。(3)个体的表现型受遗传因素与环境因素的共同影响。若乙组的光合作用强度变化受遗传因素影响，则在甲组的光照条件下，乙组的子代光合作用强度随光照强度变化情况应与甲组不同，此与题干矛盾，故可排除遗传因素影响，因此乙组光合作用强度的变化应由环境因素(即低光照)引起，并非遗传物质改变所致。2．(2015·新课标全国卷Ⅰ，29)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、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________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是___________________________________________________________________________________；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________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。(2)A、B、C三组处理相比，随着______________________的增加，使光下产生的________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。高于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%光照基质光照和黑暗交替频率ATP和[H]解析：(1)光合作用过程可分为光反应和暗反应。一般情况下，光反应的速率比暗反应快，持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率，若光照和黑暗间隔3.75ms交替进行，有利于充分利用光反应的产物，从而提高了对光能的利用率，同时C组叶片只进行了D组一半光照时间，光合作用产物相对含量就已经达到94%。故在单位时间内，C组有机物合成量高于D组。通过C组和D组比较，光合作用中存在不需要光可进行的反应，其场所为叶绿体基质。(2)本实验的自变量为光照和黑暗交替频率，随着交替频率增加，光反应产生的ATP和[H]能及时被暗反应消耗并及时再生，提高了光合作用效率。考向二其他因素对光合速率的影响3．(2016·新课标全国卷Ⅲ，29)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同，与中午测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如下表所示：对照组实验组一实验组二实验组三实验组四温度/(℃)3636363125实验处理相对湿度/(%)1727525252实验结果光合速率/(mgCO2·dm－2·h－1)11.115.122.123.720.7回答下列问题：(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是________，依据是________________________________________________；并可推测，________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是_____________________________________________。(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。相对湿度相同温度条件下，相对湿度改变时，光合速率变化较大增加四该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度不需要不需要解析：(1)根据本实验结果可知，相同温度条件下，小麦光合速率随相对湿度的增加而明显加快，但相对湿度相同时，小麦光合速率随温度的变化不明显，由此可推知中午时对小麦光合作用速率影响较大的环境因素是相对湿度；并可推测，增加麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)比较实验组二、三、四可知小麦光合速率在31°C时高于另两组，由此推知，小麦光合作用的最适温度在31℃左右，而第四组的25℃还远低于最适温度，所以在实验组中，若适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2是以自由扩散方式进入叶肉细胞的，所以该过程不需要载体蛋白，也不需要消耗ATP。题后反思各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合起作用。但各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。在分析多因子对光合作用的影响时，首先要识别坐标中有几个因子，它们是如何影响代谢过程的，更重要的是，能对多条曲线进行对比，通过对比说明问题。对比时，要注意单一变量原则，即要对比的两条曲线之间只参照一个不同因子。模拟题组——预趋势预测一影响光合作用因素的模型分析1．(2018·齐鲁名校联考)科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，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光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同C．光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高D．光照强度为b～c，曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高解析：曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同，因此光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同，A正确；曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同，因此光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同，B正确；由曲线图可知，光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高，C正确；光照强度为b～c，曲线Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而缓慢升高，但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化，D错误。答案：D2．(2018·河南洛阳统考)在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中林冠层四种主要乔木的幼苗叶肉细胞的生理指标如表所示。下列分析正确的是()物种指标马尾松苦槠石栎青冈光补偿点(千勒克斯)731.51光饱和点(千勒克斯)1163.32.5(光补偿点：光合速率等于呼吸速率时的光强。光饱和点：达到最大光合速率所需的最小光强)A．光强大于7千勒克斯，马尾松幼苗叶肉细胞中产生的O2全部进入线粒体B．光强小于6千勒克斯，影响苦槠幼苗光合速率的环境因素主要是CO2浓度C．森林中生产者积累有机物的能量总和，即为输入该生态系统的总能量D．在群落演替过程中，随着林冠密集程度增大，青冈的种群密度将会增加解析：马尾松的光补偿点为7千勒克斯，当光强大于7千勒克斯时，光合作用强度大于呼吸作用强度，因此叶肉细胞叶绿体产生的氧气会有一部分释放到细胞外，A错误；光强小于6千勒克斯时，苦槠光合速率未达到最大，此时影响苦槠光合速率的主要因素是光照强度，B错误；生产者固定的太阳能是流经生态系统的总能量，C错误；从表格数据可知，青冈需较弱的光照强度，当树冠密集程度增大时，有利于青冈的生长，种群密度会增加，D正确。答案：D3．(高考改编题)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作)，测得两种植物的光合速率如下图所示(注：光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。据图分析，下列叙述正确的是()A．与单作相比，间作时两种植物