光合速率的影響因素專題解讀一、影響光合速率的因素（如圖）1．內部因素(1)與植物自身的遺傳特性有關，以陰生植物、陽生植物為例，如圖所示。(2)植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶注：影響葉綠素合成的因素還有光照、溫度和礦質元素等。(3)葉面積指數：又叫葉面積系數，是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數。即:葉面積指數=葉片總面積/土地面積。2.外界環境因素(1)單因子變量對光合速率的影響①光照強度②CO2濃度③溫度④水分或礦質元素(2)多因子變量對光合速率的影響【典例1】（2024·河北卷)高原地區藍光和紫外光較強，常采用覆膜措施輔助林木育苗。為探究不同顏色覆膜對藏川楊幼苗生長的影響，研究者檢測了白膜、藍膜和綠膜對不同光的透過率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，結果如圖、表所示。覆膜處理葉綠素含量（mg/g）類胡蘿卜素含量（mg/g）白膜1.670.71藍膜2.200.90綠膜1.740.65回答下列問題：（1）如圖所示，三種顏色的膜對紫外光、藍光和綠光的透過率有明顯差異，其中________光可被位于葉綠體________上的光合色素高效吸收后用于光反應，進而使暗反應階段的還原轉化為________和________。與白膜覆蓋相比，藍膜和綠膜透過的________較少，可更好地減弱幼苗受到的輻射。（2）光合色素溶液的濃度與其光吸收值成正比，選擇適當波長的光可對色素含量進行測定。提取光合色素時，可利用________作為溶劑。測定葉綠素含量時，應選擇紅光而不能選擇藍紫光，原因是_______________________。（3）研究表明，覆蓋藍膜更有利于藏川楊幼苗在高原環境的生長。根據上述檢測結果，其原因為_________________________________（答出兩點即可）。答案：（1）藍類囊體薄膜C5糖類紫外光（2）無水乙醇葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光，選擇紅光可排除類胡蘿卜素的干擾（3）覆蓋藍膜紫外光透過率低，藍光透過率高，降低紫外光對幼苗的輻射的同時不影響其光合作用；與覆蓋白膜和綠膜比，覆蓋藍膜葉綠素和類胡蘿卜素含量都更高，有利幼苗進行光合作用解析：（1）葉綠體由雙層膜包被，內部有許多基粒。每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結構堆疊而成，這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的4種色素就分布在類囊體的薄膜上。其中葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。這4種色素吸收的光波長有差別，但是都可以用于光合作用。光合色素吸收的光能用于暗反應階段，在這一階段，一些接受能量并被還原的C3，在酶的作用下經過一系列的反應轉化為糖類；另一些接受能量并被還原的C3，經過一系列變化，又形成C5。據圖可知，與白膜覆蓋相比，藍膜和綠膜透過的紫外光較少，可更好地減弱幼苗受到的輻射。（2）綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光，為了排除類胡蘿卜素的干擾，測定葉綠素含量時，應選擇紅光而不能選擇藍紫光。（3）據圖可知，與覆蓋其它色的膜相比，覆蓋藍膜的紫外光透過率低，藍光透過率高，在降低紫外光對幼苗的輻射的同時不影響其光合作用；據表中數據分析，與覆蓋白膜和綠膜比，覆蓋藍膜葉綠素和類胡蘿卜素含量都更高，有利幼苗進行光合作用。【典例2】（2024·全國甲卷)在自然條件下，某植物葉片光合速率和呼吸速率隨溫度變化的趨勢如圖所示。回答下列問題。（1）該植物葉片在溫度a和c時的光合速率相等，葉片有機物積累速率________（填“相等”或“不相等”），原因是________________________________。（2）在溫度d時，該植物體的干重會減少，原因是________________________________。（3）溫度超過b時，該植物由于暗反應速率降低導致光合速率降低。暗反應速率降低的原因可能是________________________________。（答出一點即可）（4）通常情況下，為了最大程度地獲得光合產物，農作物在溫室栽培過程中，白天溫室的溫度應控制在________最大時的溫度。答案：（1）不相等溫度a和c時的呼吸速率不相等（2）溫度d時，葉片的光合速率與呼吸速率相等，但植物的根部等細胞不進行光合作用，仍呼吸消耗有機物，導致植物體的干重減少（3）溫度過高，導致部分氣孔關閉，CO2供應不足，暗反應速率降低；溫度過高，導致酶的活性降低，使暗反應速率降低（4）光合速率和呼吸速率差值解析：（1）該植物葉片在溫度a和c時的光合速率相等，但由于呼吸速率不同，因此葉片有機物積累速率不相等。（2）在溫度d時，葉片的光合速率與呼吸速率相等，但由于植物有些細胞不進行光合作用如根部細胞，因此該植物體的干重會減少。（3）溫度超過b時，為了降低蒸騰作用，部分氣孔關閉，使CO2供應不足，暗反應速率降低；同時使酶的活性降低，導致CO2固定速率減慢，C3還原速率減慢，進而使暗反應速率降低。（4）為了最大程度地獲得光合產物，農作物在溫室栽培過程中，白天溫室的溫度應控制在光合速率與呼吸速率差值最大時的溫度，有利于有機物的積累。二、光合作用的三種途徑（即CO2的固定途徑不同）1．C3途徑：也稱卡爾文循環，整個循環由CO2的固定開始到C5的再生結束，在葉綠體基質中進行，可合成蔗糖、淀粉等多種有機物。常見C3植物有大麥、小麥、大豆、菜豆、水稻、馬鈴薯等。2．C4途徑：C4植物的維管束鞘細胞和葉肉細胞緊密排列(如圖1)。葉肉細胞中的葉綠體有類囊體能進行光反應，CO2被PEP羧化酶固定成C4，隨后C4進入維管束鞘細胞。維管束鞘細胞中的葉綠體無類囊體，C4釋放出的CO2參與卡爾文循環，進而生成有機物(如圖2)。PEP羧化酶被形象地稱為“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有較強光合作用(特別是在高溫、光照強烈、干旱條件下)能力，并且無光合午休現象。常見C4植物有玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。3．CAM途徑：CAM植物夜間吸進CO2，淀粉經糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2與PEP結合，生成草酰乙酸，進一步還原為蘋果酸儲存在液泡中。白天氣孔關閉，蘋果酸轉移到細胞質中脫羧，放出CO2，進入C3途徑合成淀粉（如圖3）。常見CAM植物有菠蘿、蘆薈、蘭花、百合、仙人掌等。【典例】自然界的植物豐富多樣，對環境的適應各有差異，自卡爾文發現光合作用中碳元素的行蹤后，又有科學家發現碳元素行蹤的其他路徑。回答下列問題：(1)圖1是C3植物碳元素代謝途徑的示意圖。①②③④代表的是物質，A、B、C、D代表的是生理過程，則①④依次是________、__________；D過程是__________________，ATP的合成除發生在A過程外，還發生在________(填字母)過程。(2)圖2是C4植物和CAM植物利用CO2途徑的示意圖。據圖分析，這兩類植物固定CO2的酶比C3植物多一種________酶，該酶比Rubisco對CO2的親和力大且不與O2親和，具有該酶的植物更能適應________________的環境。(3)典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2能否立即用于C3途徑？________(填“能”或“不能”)，可能的原因是________________________________。答案：(1)氧氣C5有氧呼吸第二、三階段C、D(2)PEP羧化低CO2濃度(3)不能沒有光照，光反應不能正常進行，無法為暗反應提供足夠ATP和NADPH【歸納總結】C3植物、C4植物和CAM植物的比較特征C3植物C4植物CAM植物與CO2結合的物質RuBP(C5)PEPPEPCO2固定的最初產物C3C4草酰乙酸CO2固定的時間白天白天夜晚和白天光反應的場所葉肉細胞類囊體薄膜葉肉細胞類囊體薄膜葉肉細胞類囊體薄膜卡爾文循環的場所葉肉細胞的葉綠體基質維管束鞘細胞的葉綠體基質葉肉細胞的葉綠體基質有無光合午休有無無【提醒】C3途徑是碳同化的基本途徑，C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用，最終還是通過C3途徑合成有機物。三、光合作用中的特殊生理現象（光呼吸和光抑制）1．光呼吸(1)光呼吸的起因：CO2和O2競爭性與Rubisco（固定CO2的酶）結合。①當CO2濃度高時，Rubisco催化RuBP（C5）與CO2形成兩分子3－磷酸甘油酸(PGA，即C3)，進行卡爾文循環；當O2濃度高時，Rubisco催化RuBP（C5）與O2形成1分子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA(C3)進入卡爾文循環，而磷酸乙醇酸(C2)脫去磷酸基團形成乙醇酸，乙醇酸就離開葉綠體，進入光呼吸過程，原理見下圖。(2)光呼吸的過程（如圖）(3)光呼吸的危害如果在較強光下，光呼吸加強，使得C5氧化分解加強，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產物的形成和積累。其次，光呼吸過程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的損耗。(4)光呼吸的生理意義①回收碳元素。就是2分子的C2形成1分子的C3和CO2，那1分子C3通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環中，不至于全部流失掉。即通過光呼吸回收了3/4的碳元素。②防止強光對葉綠體的破壞。強光時，由于光反應速率大于暗反應速率，因此，葉肉細胞中會積累ATP和NADPH，這些物質積累會產生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應過程中積累的ATP和NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害。當然植物體還有很多避免強光下損傷葉綠體的機制。光呼吸算是其中之一。此外，還能消除乙醇酸對細胞的毒害。【歸納總結】光呼吸與暗呼吸的比較比較項目光呼吸暗呼吸(有氧呼吸)底物乙醇酸糖、脂肪、蛋白質發生部位葉綠體、過氧化物酶體、線粒體細胞質基質、線粒體反應條件光照光或暗都可以能量消耗能量(消耗ATP和NADPH)產生能量共同點消耗氧氣，放出二氧化碳2.光抑制植物的光合系統所接受的光能超過光合作用所能利用的量時，光合功能便降低，這就是光合作用的光抑制。(1)光抑制機理：光合系統的破壞，PSⅡ是光破壞的主要場所。發生光破壞后的結果：電子傳遞受阻，光合效率下降。(2)光抑制的主要防御機制①減少光吸收，植物體也可以通過葉運動(減少葉片與主莖的夾角)或葉綠體運動這種對強光的快速響應以減少對光的吸收，從而避免光抑制。②增加熱耗散：a.當依賴能量的葉綠素熒光猝滅增加時，通過增加激發能的熱耗散可以部分避免光抑制。降低光飽和條件下的PSⅡ的光化學效率，可以避免光抑制破壞的發生。b.在強光下非光輻射能量耗散增加的同時，玉米黃素含量增加，玉米黃素與激發態的葉綠素作用，從而耗散其激發能，保護光合機構免受過量光能破壞。③進行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止強光和CO2虧缺條件下發生光抑制。【典例1】（2024·吉林卷)在光下葉綠體中的C5能與CO2反應形成C3；當CO2/O2比值低時，C5也能與O2反應形成C2等化合物。C2在葉綠體、過氧化物酶體和線粒體中經過一系列化學反應完成光呼吸過程。上述過程在葉綠體與線粒體中主要物質變化如圖1。光呼吸將已經同化的碳釋放，且整體上是消耗能量的過程。回答下列問題。（1）反應①是______過程。（2）與光呼吸不同，以葡萄糖為反應物的有氧呼吸產生NADH的場所是______和______。（3）我國科學家將改變光呼吸的相關基因轉入某種農作物野生型植株（WT），得到轉基因株系1和2，測定凈光合速率，結果如圖2、圖3。圖2中植物光合作用CO2的來源除了有外界環境外，還可來自______和______（填生理過程）。7—10時株系1和2與WT凈光合速率逐漸產生差異，原因是______。據圖3中的數據______（填“能”或“不能”）計算出株系1的總光合速率，理由是______。（4）結合上述結果分析，選擇轉基因株系1進行種植，產量可能更具優勢，判斷的依據是______。答案：（1）CO2的固定（2）細胞質基質線粒體基質（3）光呼吸呼吸作用7—10時，隨著光照強度的增加，株系1和2由于轉入了改變光呼吸的相關基因，導致光呼吸速率降低，光呼吸將已經同化的碳釋放，且整體上是消耗能量的過程不能總光合速率=凈光合速率+呼吸速率，呼吸速率為光照強度為0時二氧化碳的釋放速率，圖3的橫坐標為二氧化碳的濃度，無法得出呼吸速率，（4）與株系2與WT相比，轉基因株系1的凈光合速率最大解析：（1）在光合作用的暗反應過程中，CO2在特定酶的作用下，與C5結合形成兩個C3，這個過程稱作CO2的固定，故反應①是CO2的固定過程。（2）有氧呼吸的第一、二、三階段的場所依次是細胞質基質、線粒體基質和線粒體內膜。有氧呼吸第一階段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二階段是丙酮酸和水反應生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以葡萄糖為反應物的有氧呼吸產生NADH的場所是細胞質基質、線粒體基質。（3）由圖1可知，在線粒體中進行光呼吸的過程中，也會產生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的來源除了有外界環境外，還可來自光呼吸、呼吸作用。7—10時，隨著光照強度的增加，株系1和2由于轉入了改變光呼吸的相關基因，導致光呼吸速率降低，光呼吸將已經同化的碳釋放，且整體上是消耗能量的過程，因此與WT相比，株系1和2的凈光合速率較高。總光合速率=凈光合速率+呼吸速率，呼吸速率為光照強度為0時二氧化碳的釋放速率，圖3的橫坐標為二氧化碳的濃度，因此無法得出呼吸速率，故據圖3中的數據不能計算出株系1的總光合速率。（4）由圖2、圖3可知，與株系2與WT相比，轉基因株系1的凈光合速率最大，因此選擇轉基因株系1進行種植，產量可能更具優勢。【典例2】（2022·山東卷)強光條件下，植物吸收的光能若超過光合作用的利用量，過剩的光能可導致植物光合作用強度下降，出現光抑制現象。為探索油菜素內酯（BR）對光抑制的影響機制，將長勢相同的蘋果幼苗進行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強光照射，實驗結果如圖所示。分組處理甲清水乙BR丙BR+L（1）光可以被蘋果幼苗葉片中的色素吸收，分離蘋果幼苗葉肉細胞中的色素時，隨層析，液在濾紙上擴散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是______。（2）強光照射后短時間內，蘋果幼苗光合作用暗反應達到一定速率后不再增加，但氧氣的產生速率繼續增加。蘋果幼苗光合作用暗反應速率不再增加，可能