第18課時影響光合作用的環境因素[目標導讀]1.結合教材展示的實例，分析影響光合作用的環境因素。2.結合實例概述光合作用原理的實踐應用。[重難點擊]影響光合作用的環境因素以及光合作用原理的實踐應用。一影響光合作用的環境因素光合作用受多種環境因素的影響，其中光照強度、CO2濃度和溫度等作用較為明顯。1．光照強度對光合速率的影響(1)光照強度：單位葉面積上所接收的可見光能量。(2)光合速率：單位時間單位葉面積上CO2的固定量。(3)光照是植物進行光合作用不可缺少的條件，下圖是布萊克曼用黑藻實驗得到的結果。請結合教材P76～77的相關內容，分析回答：①圖中顯示出光照強度與光合速率的關系是怎樣的？答案在光照強度較低時，植物光合速率也很低。隨著光照強度的逐漸增強，光合速率也相應地變大；當光照強度進一步提高時，光合速率的增加幅度逐漸減小；當光照強度超過某一定值時，光合速率就不再增加。②光照強度是通過影響光合作用哪一階段來達到影響光合速率的？并說明理由。答案光照強度是通過影響光反應階段來影響光合作用速率的。光照減弱，光反應速率減弱，產生的[H]和ATP的量減少，從而使三碳化合物的還原速率減小，進而使光合速率減??；光照增強，產生的[H]和ATP的量增多，從而使三碳化合物的還原加快，進而使光合速率增加。2．CO2是光合作用的原料之一。下圖是布萊克曼用黑藻實驗得到的結果。請結合教材P76～77的相關內容，分析回答：(1)圖中顯示出CO2濃度與光合速率的關系是怎樣的？答案在一定范圍內，植物光合速率隨著CO2濃度的上升而增加，在達到某一定值后，再增加CO2濃度，光合速率不再增加。(2)圖中曲線上B點的含義是什么？答案B點的含義是指達到最大光合速率時，所需的最小CO2濃度。(3)請思考CO2濃度是通過影響光合作用哪一階段來達到影響光合速率的？并說明理由。答案CO2濃度是通過影響光合作用暗反應階段來達到影響光合速率的。CO2濃度降低，暗反應中CO2固定速率減弱，從而導致光合速率減??；CO2濃度增加，暗反應中的CO2固定速率增加，從而導致光合速率提高。3．結合教材P76～77的內容，分析回答溫度對光合速率的影響問題(1)溫度通過影響酶活性來影響光合作用速率，教材P76表4－3說明，不同植物光合作用的最適溫度不同，一般在25～30℃左右。(2)下圖為溫度和光合速率的關系曲線，請分析：①低溫下植物光合速率變低的原因主要是酶活性降低。②高溫下光合速率變低的原因除了酶活性降低外，主要還是由于高溫使植物失水過多，影響氣孔的開閉，減少了CO2進入細胞的量。4．結合教材P77相關內容，分析水和營養元素對光合速率的影響問題(1)水是光合作用的原料，能直接影響光合速率。(2)營養元素一般間接地影響光合速率，如氮元素能促進葉片面積的增大和葉片數目的增多，從而增加光合面積。小貼士內部因素對光合作用也有著重要的影響，主要包括色素的種類和含量、酶的數量、五碳化合物的含量等。如葉齡對葉片光合能力的影響就是內部因素綜合作用的結果(如圖所示)。5．提高光能利用率(1)在農業生產中主要通過增加光照面積、延長光照時間等提高光能利用率。(2)將下列生產實例和利用的光合作用原理連接起來。方法技巧多因素對光合速率的影響(1)圖甲中，當光照強度低于P點時，三條曲線重合，說明此時限制光合速率的因素是光照強度；當光照強度高于Q點時，限制光合速率的因素主要是溫度。(2)綜合上述坐標曲線可知：P點之前時，限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因素，隨其不斷加強，光合速率不斷提高。當到Q點之后時，要想提高光合速率，可采取適當提高除橫坐標之外的其他因素。活學活用1．一般說來，光照增強，光合作用增強。但在夏天光照最強的中午，光合作用反而下降。其原因是()A．蒸騰作用太強，體內水分不足B．酶的活性降低C．氣孔關閉，氧釋放不出，抑制光反應D．氣孔關閉，CO2供應不足問題導析(1)分析題干中信息，“夏季光照最強的中午”說明光照強度已不再是限制因素，此時間段內溫度也最高，蒸騰作用過強導致植物失水過多，從而引起氣孔關閉。(2)氣孔關閉導致CO2吸收困難，從而使光合作用缺乏原料CO2，光合速率下降。答案D解析光照增強，蒸騰作用隨之增強，從而避免葉片灼傷，但炎熱中午光照過強時，為了防止植物體內水分過度散失，造成萎蔫、干枯，通常植物進行適應性調節，氣孔關閉(此時水分主要通過葉表面表皮細胞直接蒸發散失，降低葉表溫度)。雖然光反應產生了足夠的[H]和ATP，但因氣孔關閉，CO2進入葉肉細胞葉綠體中的分子數減少，影響了暗反應中葡萄糖的產生。2．科學家研究CO2濃度、光照強度和溫度對同一種植物光合速率的影響，得到的實驗結果如圖。請據圖判斷下列敘述不正確的是()A．光照強度為a時，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合速率差異的原因是CO2濃度不同B．光照強度為b時，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合速率差異的原因是溫度不同C．光照強度為a～b時，曲線Ⅰ、Ⅱ光合速率隨光照強度升高而升高D．光照強度為a～c時，曲線Ⅰ、Ⅲ光合速率隨光照強度升高而升高問題導析(1)比較曲線Ⅱ、Ⅲ，在光照強度為a時，在影響光合作用的因素中唯一不同的是CO2濃度。(2)比較曲線Ⅰ、Ⅱ，在光照強度為b時，在影響光合作用的因素中唯一不同的是溫度。(3)在光照強度為a～b時，比較曲線Ⅰ、Ⅱ的光合速率的變化，二者在a～b范圍內，都隨光照強度升高而升高。(4)在光照強度為a～c時，曲線Ⅰ、Ⅲ的光合速率的變化不同：曲線Ⅰ的光合速率隨光照強度升高而升高，而曲線Ⅲ在a～c段不受光照強度的影響。答案D解析由題目中坐標曲線圖信息可知，光照強度為a～c時，曲線Ⅰ光合速率隨光照強度升高而升高，而曲線Ⅲ在光照強度為b之前，光合速率已達最大值，因此D錯誤。光照強度為a時，曲線Ⅱ和曲線Ⅲ的變量是CO2濃度，因此其差異是由CO2濃度造成的。同理可知，造成曲線Ⅰ和曲線Ⅱ差異的原因是溫度，光照強度為a～b時，限制曲線Ⅰ和曲線Ⅱ光合速率的主要因素是光照強度，因此會隨光照強度的上升光合速率升高。二光照和二氧化碳驟變對光合作用影響的分析光反應要在光下進行，暗反應需要二氧化碳，請結合光反應和暗反應的關系圖解，分析光照和二氧化碳的變化對葉綠體中各種物質的含量的影響。1．光反應為暗反應提供[H]和ATP；暗反應產生的ADP和Pi、NADP＋為光反應提供原料；二者是光合作用全過程的兩個階段，是相輔相成的。2．當光照驟然減弱，CO2供應不變時：光反應生成的[H]和ATP減少；暗反應中三碳化合物被還原減少，含量上升；生成的糖類減少，含量下降；再生的五碳化合物也減少，含量也下降。3．當光照不變，減少CO2供應時：暗反應中五碳化合物消耗減少，含量上升，三碳化合物的生成減少，含量下降；三碳化合物被還原減少，消耗的[H]和ATP減少，光反應短時間內不變，所以[H]和ATP的含量上升；而暗反應的產物糖類含量也會下降。4．結合上述分析，完成下表：改變條件三碳化合物五碳化合物[H]和ATP產生O2速率(CH2O)合成量光照強→弱，CO2供應不變增加減少減少減慢減少光照弱→強，CO2供應不變減少增加增加加快增加光照不變，減少CO2供應減少增加增加減慢減少光照不變，CO2供應增加增加減少減少加快增加知識拓展1．光反應停止時，暗反應沒有立即停止，還可以維持很短的時間，較長時間沒有光反應，暗反應也無法進行，所以晚上植物只進行呼吸作用，不進行光合作用；沒有暗反應，有機物無法合成，生命活動也就不能持續進行。2．若同一植物處于兩種不同情況下進行光合作用，甲：一直光照10分鐘；乙：光照5秒，黑暗5秒，持續20分鐘，則光合作用制造的有機物：甲＜乙(暗反應時間長)。3．色素只存在于光反應部位——葉綠體的類囊體膜上，但光反應和暗反應都需要酶參與，所以光合作用有關酶存在于兩個部位——葉綠體的類囊體膜上和基質中?；顚W活用3．離體的葉綠體在光照下進行穩定光合作用時，如果突然中斷CO2氣體的供應，短暫時間內葉綠體中三碳化合物與五碳化合物相對含量的變化是()A．三碳化合物增多、五碳化合物減少B．三碳化合物增多、五碳化合物增多C．三碳化合物減少、五碳化合物增多D．三碳化合物減少、五碳化合物減少問題導析(1)突然中斷CO2供應，CO2固定速率下降，生成三碳化合物減少，五碳化合物被利用減少，五碳化合物相對增多。(2)短時間內，三碳化合物的還原仍正常進行，使得三碳化合物更少，五碳化合物相對更多。答案C解析葉綠體在光照條件下進行的光反應為暗反應提供ATP和[H]。三碳化合物在[H]的還原作用下形成有機物或五碳化合物。此時中斷CO2供應，五碳化合物不能與CO2結合成三碳化合物，必然使三碳化合物減少，五碳化合物增多。當堂檢測1．番茄幼苗在缺鎂的培養液中培養一段時間后，與對照組相比，其葉片光合作用強度下降，原因是()A．光反應強度升高，暗反應強度降低B．光反應強度降低，暗反應強度降低C．光反應強度不變，暗反應強度降低D．光反應強度降低，暗反應強度不變答案B解析鎂是葉綠素的組成成分，缺鎂會導致葉綠素缺少而使光反應強度降低，進而因[H]和ATP合成不足而使暗反應強度降低。2．冬季修一些溫室大棚可為居民提供新鮮蔬菜，下列說法正確的是()A．為提高產量，在陰雨天可適當提高大棚內的溫度B．增施農家肥可提高大棚內二氧化碳濃度，促進晚上暗反應進行，有利于有機物的積累C．一般情況下，大棚內蔬菜進行光合作用利用的光是自然光D．蔬菜中的葉綠素對光的吸收率與光波長呈正相關答案C解析為提高產量，在陰雨天可適當降低大棚內的溫度，減少有機物的消耗，A錯誤；增施農家肥可提高大棚內二氧化碳濃度，促進暗反應進行，有利于有機物的積累，但是暗反應需要光反應提供[H]和ATP，B錯誤；一般情況下，大棚內蔬菜進行光合作用利用的光是自然的白光，C正確；蔬菜中的葉綠素對光的吸收主要是紅光和藍光，D錯誤。3．植物的光合作用受溫度(T)和光照強度(L)的影響。如圖表明植物在3種不同的光照強度下消耗CO2的情況。分析在－5～0℃和20～30℃溫度范圍內，光合作用的限制因素分別是()A．L、T B．T和L都不是C．T、L D．T、T答案C解析此類曲線的特點是在一個坐標系中自變量不只是橫坐標一個，分析時一定要注意先把兩個自變量割裂開來，分別看它與因變量的關系，然后再綜合兩種因素對因變量的共同影響。在－5～0℃范圍內，CO2的消耗量和幾倍光強無關，只是隨溫度的升高而增加，所以其限制因素是溫度。在20～30℃的范圍內CO2的消耗量達到最大值，不再變化。溫度已不再是限制因素，而隨著光照增強，CO2的消耗量在增多，所以此時光照強度是其限制因素。4．“茶宜高山之陰，而喜日陽之早”，安徽盛產茶葉，科技人員為提高茶葉品質和產量，對茶進行了如圖所示的有關研究。請據圖回答下列問題：(1)植物的光合速率受光照強度、CO2濃度和溫度等因素的影響，其中光照強度直接影響光合作用的__________過程，CO2濃度直接影響光合作用的________________過程。(2)如圖所示，從8：00開始到10：00左右，凈光合速率不斷升高并出現第一個高峰。影響的主要環境因素是光照強度逐漸增加、____________、__________________等。(3)中午時分，光合速率下降，出現光合“午休”現象。從圖中的曲線分析，主要原因是氣溫升高，植物為減少水分散失，氣孔部分關閉，導致____________________________。(4)至下午15：00左右，凈光合速率回升出現第二個高峰，但峰值較低，限制的主要因素可能是氣溫過高，呼吸作用增強，光照減弱以及_________________________________等。(5)某興趣小組的同學查資料得知茶樹喜陰濕環境，他們設想，如在茶園空隙處間行種植一些高稈作物如玉米等，不僅可以增加經濟收入，還可能有效緩解茶樹的光合“午休”現象。他們欲利用學校的一塊正方形茶園進行探究，請完善以下實驗：①將該茶園均分為東、西兩塊，分別標為A組、B組，其中B組為實驗組，A組為對照組。②________________________________________________________________________，對兩組進行相同的栽培管理。③在玉米生長的不同時期，分別測量A、B兩組茶樹的________________和胞間CO2濃度。④如果________________________________________________________________________，則說明他們的設想是正確的，原因可能是間作玉米能提高____________________，降低光照強度和局部溫度，提高茶葉的胞間CO2濃度等。答案(1)光反應暗反應(2)氣溫回升CO2濃度適宜(3)胞間CO2濃度降低(4)胞間CO2濃度較低(5)②A組不處理，B組間行種植適量的玉米③凈光合速率④B組的凈光合速率和胞間CO2濃度高于A組環境的空氣濕度解析(1)光合作用中，光照強度直接影響光合作用的光反應過程，CO2濃度直接影響光合作用的暗反應過程。(2)影響光合作用的外界因素有光照強度、CO2濃度和溫度等。(3)炎熱夏季中午，氣溫升高，植物為減少水分散失，氣孔部分關閉，導致胞間CO2濃度降低，光合速率下降，這就是植物的光合“午休”現象。(4)炎熱夏季午后，光合“午休”結束，植物凈光合速率回升出現第二個高峰，但由于氣溫過高，呼吸作用增強，光照減弱及胞間CO2濃度較低，凈光合速率峰值較低。(5)該實驗的自變量是茶樹林是否間種玉米，因變量是茶樹的凈光合速率和胞間CO2濃度。實驗組茶樹間種適量的玉米，對照組不做任何處理。如果實驗組茶樹凈光合速率和胞間CO2濃度高于對照組，則說明同學們的設想是正確的，原因可能是間作玉米能提高環境空氣濕度，降低光照強度和局部溫度，提高茶葉的胞間CO2濃度等。40分鐘課時作業基礎過關知識點一影響光合作用的環境因素1．生長旺盛的葉片，剪成5毫米見方的小塊，抽去葉內氣體，做下列處理(見圖及圖注)。這四個處理中，沉入底部的葉片小塊最先浮起的是()答案C解析光合作用的正常進行需要光、二氧化碳和水的參與。無光條件下植物的光合作用不能進行，也就不能產生氧氣，因而葉片不能上浮，故將選項B和D排除掉；在選項A和C中，A中是煮沸過的自來水，其中二氧化碳的含量少，相比之下C中二氧化碳含量多，光合作用相對旺盛，故產生的O2比A多，所以C中葉片最先上浮。2．在封閉的溫室內栽種農作物，下列不能提高作物產量的措施是()A．增加室內CO2濃度B．增大室內晝夜溫差C．增加光照強度D．采用綠色玻璃蓋頂答案D解析增加二氧化碳濃度，可提高光合速率；增大溫室內晝夜溫差有利于有機物的積累；增加光照強度，可提高光合速率，增加有機物積累；光合作用中植物對綠光幾乎不吸收，所以采用綠色玻璃蓋頂，光合速率很弱，不利于光合作用的進行。3．現測得某地大田小麥植株上部葉片光合作用在上午11時左右速率最高，而下部葉片在中午12時左右速率最高(該地區天氣晴朗的中午12時光照最強烈)。以下對限制小麥光合作用的主要外部因素的分析，不正確的是()A．11時之前，光照是所有葉片光合速率的限制因素B．12時，限制上部葉片光合速率的因素是CO2濃度C．12時之后，光照將成為下部葉片光合速率的限制因素D．11時至12時之間，限制下部葉片光合速率的因素是CO2答案D解析該地區天氣晴朗的中午12時光照最強烈，12時之前，對所有葉片，光照還沒有達到最強，而且所有葉片光合速率還沒達到最高，A正確；中午12時光照最強烈，對于上部葉片蒸騰作用過強，大部分氣孔關閉，影響二氧化碳供應，B正確；光強在12時最強，而下部葉片在12時最高，故過了12時，下部葉片光合速率隨著光強下降而下降，C正確；11時至12時之間，對于細胞葉片，光強還沒達到最強，光合速率還沒達到最高，故限制因素為光強，D錯誤。4．如圖是測得兩種植物上層葉子的光合作用同化CO2量與光照強度的關系圖。若農田栽培植物過密，則這些葉子因何種因素嚴重影響產量()A．CO2供應不足B．O2供應不足C．光照不足D．溫度過低答案C解析由于葉片過密，相互遮蓋，得不到充分光照。5．某學校生物興趣小組用伊樂藻進行光合作用的實驗，將一枝伊樂藻浸在加有適宜培養液的大試管中，以白熾燈作為光源，移動白熾燈調節其與大試管的距離，分別在10℃、20℃和30℃下進行實驗，觀察并記錄不同距離下單位時間產生的氣泡數目，結果如圖所示。下列相關敘述不正確的是()A．該實驗研究的是光照強度和溫度對光合速率的影響B．a點和c點的限制因素分別為溫度和光照強度C．b點條件下伊樂藻能進行光合作用D．若在缺鎂的培養液中進行此實驗則b點向右移動答案D解析白熾燈與大試管間距離的遠近影響光照強度，設置10℃、20℃和30℃，表示不同溫度對光合速率的影響；a點時，光照強度相同，影響氣泡產生的因素是溫度；c點時，不同的溫度下氣泡產生量相同，影響因素是光照強度；b點時，光合作用強度等于呼吸作用強度；在缺鎂的培養液中進行此實驗，葉綠素的合成減少，吸收的光能減少，b點向左移動。6．如圖表示的是在CO2濃度為1%和%兩種情況下，某農作物的光合速率與光照強度之間的關系曲線圖，據圖分析，限制圖中Q點的光合速率的因素是()①CO2濃度②光照強度A．① B．②C．①② D．與①和②無關答案C解析對照兩條曲線，相同光照強度下Q點光合作用速率的限制因素為CO2濃度，僅從CO2濃度為%時的曲線分析，在Q點基礎上增加光照強度，光合速率仍能增強，因此，限制Q點光合速率的因素還有光照強度。知識點二光照和二氧化碳驟變對光合作用影響的分析7．CO2供應不足最終可影響到綠色植物釋放O2減少，以下敘述中最直接的原因是()A．CO2不足使固定形成的三碳化合物減少B．三碳化合物還原所消耗的ATP和[H]減少C．ATP和[H]減少使光反應分解水減少D．ADP、Pi、NADP＋減少使光反應分解水減少答案D解析根據教材中的光合作用圖解可知，CO2供應不足，三碳化合物減少，光反應積累的[H]和ATP的量相對增多，細胞中ADP、Pi、NADP＋相應地減少，光反應能力下降，分解水減少，釋放O2減少。8．光合作用過程中，將植物突然從光下移到黑暗中，下圖中能表示植物葉綠體中五碳化合物含量變化曲線的是()答案D解析沒有光會影響到光反應的進行，而光反應為暗反應提供ATP和[H]，它是暗反應還原三碳化合物所必不可少的成分，如果缺少ATP和[H]，必然引起三碳化合物還原減弱，但CO2固定仍正常進行，因此三碳化合物含量上升，五碳化合物含量下降。在五碳化合物沒有降低到不能反應之前，CO2的固定一直進行，也就是五碳化合物一直可以形成三碳化合物，但五碳化合物的含量不會降到零。能力提升9．如圖表示三株脫淀粉(經充分“饑餓”處理)的長勢相同的同種植物放在透光的不同鐘罩內，以下關于本實驗目的的敘述，最準確的是()A．證明光合作用的必需條件是CO2B．證明光合作用的速率隨CO2濃度增高而增大C．證明過多的CO2會阻礙光合作用D．證明NaOH能促進光合作用答案B解析NaHCO3濃度越高，則鐘罩內CO2的濃度越高，NaOH的作用是吸收鐘罩內的CO2，所以三組實驗的變量是鐘罩內CO2濃度，從大到小依次為Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ，最終結果應是CO2濃度的高低對光合作用強度的影響不同。10．如圖為在不同條件下，光合速率隨光照強度的變化而變化的曲線(Y表示除光照強度外的其他因素)。下列有關分析不正確的是()A．在OA段，限制光合速率的主要因素是光照強度，而不是YB．在AB段，限制光合速率的主要因素有光照強度和YC．在BC段，限制光合速率的主要因素是Y，而不是光照強度D．Y可表示不同的溫度或二氧化碳的濃度，其中Y1>Y2>Y3答案D解析OA段，光合速率主要取決于光照強度，而不是Y；AB段，光照強度和Y的改變都會影響光合速率；BC段，光照強度的改變不再影響光合速率；光合速率隨溫度的升高而升高，超過一定溫度后，光合速率隨溫度的升高而下降，Y2不一定比Y1低。11．炎熱夏季中午，因失水過多會導致植物氣孔關閉，此時葉肉細胞()A．三碳化合物含量上升B．光反應產物不能滿足暗反應的需求C．有機物積累速率明顯下降D．葉綠體基質中ADP含量增加答案C解析炎熱夏季中午，因失水過多會導致植物氣孔關閉，此時葉肉細胞中二氧化碳的濃度減小，二氧化碳的固定減弱，三碳化合物含量下降；這時光反應正常進行，ATP和[H]的產生量沒有變，光反應產物相對過剩，ATP的利用減少，葉綠體基質中ADP含量減少。12．圖1表示光合作用部分過程的圖解，圖2表示改變光照后，與光合作用有關的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在細胞內的變化曲線。據圖回答：(1)圖1中A表示的物質是____________，它由____________產生，其作用主要是________________________________________________________________________。(2)圖1中ATP形成所需的能量最終來自于____________________，若用放射性同位素標記14CO2，則14C最終進入的物質是______________。(3)圖2中曲線a表示的化合物是__________，在無光照時，其含量上升的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)曲線b表示的化合物是________，在無光照時，其含量下降的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)[H]水在光下分解用于三碳化合物的還原(2)太陽光能糖類(3)三碳化合物CO2與五碳化合物結合形成三碳化合物繼續進行，而三碳化合物還原受阻(4)五碳化合物五碳化合物與CO2結合形成三碳化合物繼續進行，而三碳化合物不能被還原為五碳化合物解析(1)光反應為暗反應提供的物質是[H]和ATP，由此可確定A是[H]，[H]是由水光解后經一系列過程產生的，其作用主要是用于三碳化合物的還原。(2)光反應中，光能轉換為活躍的化學能儲存于ATP等化合物中，14CO2的同化途徑為14CO2→三碳化合物→糖類。(3)、(4)題干中已說明曲線a、b表示三碳化合物和五碳化合物的含量變化，光照停止后，光反應停止，[H]和ATP下降，三碳化合物的還原減弱直至停止，而CO2的固定仍將進行，因此三碳化合物含量相對升高，五碳化合物含量相對下降，即a表示三碳化合物，b表示五碳化合物。13．下圖中甲、乙、丙三圖分別表示幾種環境因素對小麥光合速率的影響，除各圖中所示因素外，其他因素均控制在適宜范圍。請據圖回答以下問題：(1)甲圖P點，限制小麥光合速率的因素為________________；乙圖Q點，高CO2濃度條件下，若要進一步提高小麥光合速率，可嘗試采取的措施是______________；預計丙圖Q點之后三條曲線的走勢為______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)干旱初期，小麥光合速率下降的主要原因可以用__________圖來說明，其具體解