查缺补漏 | 2.3 影响光合作用和细胞呼吸的因素

提纲

核心点拨

1．关注光合作用3类影响因素曲线中的“关键点”

(1)光照强度

①图中A点代表的相对值为细胞呼吸强度，B点的代谢特点为植物的光合速率等于细胞呼吸速率，此时的光照强度为光补偿点，而图中C点是达到最大光合速率的最小光照强度，即为光饱和点。

②若上图是在光合作用的最适温度25 ℃条件下测得绘制的曲线，现若将温度提高至细胞呼吸最适温度30 ℃，再测得数据绘制曲线，则图中A点下移，B点右移，C点左移，D点左下移；若环境缺少镁，则A点不动，B点右移，C点左移，D点左下移。

③若上图是阳生植物的相关曲线，则阴生植物的曲线中B点左移，C点左移，D点左下移。

④图中D点之前的限制因素为光照强度，而D点之后的限制因素：外因有温度、CO₂的供应量；内因有色素含量、酶的数量和活性、C₅的含量等。

(2)CO₂浓度

①图乙中A点时代谢特点为光合速率与细胞呼吸速率相等，此时的二氧化碳浓度为二氧化碳补偿点，而图甲中D点时二氧化碳浓度是植物进行光合作用时最小二氧化碳浓度，从D点才开始启动光合作用。

②B点和P点的限制因素：外因有温度和光照强度；内因有酶的数量和活性、C₅的含量、色素含量等。

(3)多因子影响

曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。当达到Q点时，横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。

2．聚焦氧气浓度对细胞呼吸相关两类曲线中关键点

(1)图甲中O₂浓度为0时，并非细胞呼吸强度为0，而是只进行无氧呼吸，氧气浓度大于0小于10%时两种呼吸类型均有，大于等于10%时只进行有氧呼吸；图乙中从c点开始也是只进行有氧呼吸，并且c点以后随着氧分压在一定范围内的增大，有氧呼吸还会加强。另外，图乙中a、b、c的有氧呼吸强度逐步增强，而无氧呼吸强度逐步减弱，c时降为0。

(2)图甲中AB＝BC，但是氧浓度为C点时，无氧呼吸和有氧呼吸消耗葡萄糖的速率并不相同。

(3)图甲中R点时，细胞呼吸释放出的CO₂总量最小，由此可知，在储藏种子或蔬菜水果保鲜时应保持低温、低氧而非无氧。

3．聚焦自然环境及密闭容器中植物一昼夜气体变化曲线

(1)自然容器中一昼夜植物光合作用曲线

①a点：夜温降低，细胞呼吸减弱，CO₂释放减少。

②开始进行光合作用的点：b点，结束光合作用的点：m点。

③光合速率与呼吸速率相等的点：c、h点，有机物积累量最大的点：h点。

④de段下降的原因是气孔关闭，CO₂吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱。

(2)密闭容器中一昼夜CO₂和O₂含量的变化

①光合速率等于呼吸速率的点：C、E点。

②图1中若N点低于虚线，该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO₂浓度减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。

③图2中若N点低于虚线，该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O₂浓度减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。

题组特训

题组一　辨析光合速率随环境因素的变化

1．研究人员在相同且适宜温度条件下分别测定了两个作物品种S₁、S₂的光饱和点(光饱和点是达到最大光合速率所需的最小光照强度)。当增加环境中CO₂浓度后，测得S₁的光饱和点没有显著改变，S₂的光饱和点显著提高。下列叙述不正确的是()

A．S₁的光饱和点不变，可能是原条件下光反应产生的[H]和ATP不足

B．S₁的光饱和点不变，可能是原条件下CO₂浓度未达到饱和

C．S₂的光饱和点提高，可能是原条件下光反应产生的[H]和ATP未达到饱和

D．S₂的光饱和点提高，可能是原条件下CO₂浓度不足

答案　B

解析　光饱和点时限制光合作用的主要环境因素是温度或CO₂浓度，增加环境中CO₂浓度后，测得S₁的光饱和点没有显著改变，可能的原因是光反应产生的[H]和ATP不足，A正确；S₁的光饱和点不变，可能是原条件下CO₂浓度也已经达到饱和，B错误；增大CO₂浓度后，暗反应速率提高，需要消耗光反应产生的[H]和ATP，因此S₂的光饱和点提高，C正确；S₂的光饱和点提高，可能是原条件下CO₂浓度不足，还没有达到CO₂饱和点，D正确。

2．在适宜温度、水分和一定的光照强度下，甲、乙两种植物叶片的CO₂净吸收速率与CO₂浓度的关系如图所示，下列说法正确的是(多选)()

A．CO₂浓度大于a时，甲才能进行光合作用

B．CO₂浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等

C．适当增加光照强度，c点将右移

D．限制P点CO₂净吸收速率的因素可能是光照强度

答案　CD

解析　a时表明甲植物的净光合速率为0，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，A错误；CO₂浓度为b时，甲、乙两植物的净光合作用强度相等，由于不知道两植物的细胞呼吸强度，因此不能比较二者的总光合作用强度，B错误；c点时，CO₂浓度不再是限制光合作用的主要因素，因此此时适当增加光照强度可提高光合作用强度，c点将右移，C正确；图中曲线是在最适温度条件下测定的，所以限制P点CO₂净吸收速率的因素可能是光照强度，D正确。

3．科研人员分别在25 ℃和42 ℃培养条件下(其他条件适宜)，测得某植物的部分数据如图所示。已知该植物生长的适宜温度条件是25～35 ℃。请回答相关问题：

(1)图中甲组代表________℃下测得的结果，作出该判断的理由是____________________。

(2)某兴趣小组测定了25～42℃范围内该植物的净光合速率，发现30 ℃时净光合速率最大，则30 ℃__________(填“是”“不是”或“不一定是”)光合作用的最适温度，原因是________________________________________________________________________。

(3)若将培养温度由25 ℃快速提升至42 ℃时，据图分析，该植物叶肉细胞间隙CO₂浓度明显__________(填“上升”或“下降”)，这一变化的主要原因是______________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)25　此温度属于该植物适宜生长的温度，与42 ℃相比，净光合速率大　(2)不一定是　没有测定相应温度下的呼吸速率，无法确定实际光合作用速率　(3)上升　光合作用减弱，叶肉细胞对CO₂的利用速率降低

解析　(1)据题干可知，该植物生长的适宜温度是25～35 ℃。因此25 ℃下植物净光合速率大于42 ℃，因此图中甲组代表25 ℃下测得的结果。(2)由题干可知，由于没有测定相应温度下的呼吸速率，无法确定实际光合作用速率，所以即使30 ℃时净光合速率最大，30 ℃也不一定是光合作用的最适温度。(3)由图中数据可知，若将培养温度由25 ℃快速提升至42 ℃时，该植物叶肉细胞间隙CO₂浓度明显上升；这是由于温度升高，使酶活性下降，光合作用减弱，叶肉细胞对CO₂的利用速率降低所致。

思维延伸

(1)为探究某观赏植物的A、B两个品种在干旱条件下生理活动的变化，研究者在温度适宜的条件下釆用控水方法模拟干旱条件进行实验，结果如图，则：

①根据光合作用过程推测，干旱条件下A、B两品种的光饱和点比正常供水条件下________(填“高”或“低”)，推测理由是________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②据图分析，在干旱条件下________品种更适于在弱光环境下生存，做出判断的依据是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　①低　干旱条件下气孔开度降低(气孔关闭)，CO₂吸收减少，暗反应减弱，需要光反应提供的[H]和ATP少，因此较弱的光照即可满足暗反应的需求　②BB品种光补偿点低于A品种，说明该品种在干旱条件下利用弱光的能力更强(4～6 klx时B品种净光合速率较高)

(2)某科研小组研究了不同环境条件下CO₂浓度对银杏净光合速率的影响，得到如图所示曲线。请回答：

①由图可知，与28 ℃相比，温度为15 ℃时，增加CO₂浓度对提高净光合速率的效果不显著，原因是____________________。当CO₂浓度为300 μmol·mol^－1时，28 ℃条件下银杏净光合速率明显低于20 ℃和15 ℃下的银杏净光合速率，原因主要是__________________

________________________________________________________________________。

②假如图中C和A曲线分别表示相同光照和温度下，CO₂浓度对某两种植物甲和乙的净光合速率的影响，那么将等大的甲和乙幼苗共同种植在一个透明密闭的装置中，一段时间后，__________植物先死亡，理由是_____________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　①温度低，导致酶活性低　28 ℃条件下，光合作用受CO₂浓度的限制，而银杏的细胞呼吸强度又比20 ℃和15 ℃时强　②乙　甲能利用低浓度CO₂进行光合作用，乙不能

题组二　辨析光合速率随时间的变化特点

4．某生物小组利用图1装置在光合作用最适温度(25℃)下培养某植株幼苗，通过测定不同时段密闭玻璃罩内幼苗的O₂释放速率来测量光合速率，结果如图2所示，以下说法错误的是()

A．若用缺镁的完全培养液培养一段时间，光合作用的光反应减弱，暗反应也减弱

B．曲线中t₁～t₄时段，玻璃罩内CO₂浓度最高点和最低点依次是t₁和t₄

C．t₄时补充CO₂，此时叶绿体内C₃的含量将增多

D．若t₄时玻璃罩内O₂的量比t₀时增加了128 mg，则此阶段植株积累葡萄糖的量为120 mg

答案　B

解析　镁是合成叶绿素的必需元素，所以用缺镁的完全培养液培养一段时间，叶肉细胞内叶绿素合成减少，光反应因色素分子吸收的光能减少而减弱，产生的[H]和ATP减少，暗反应也随之减弱，A正确；分析图2可知：纵坐标O₂释放速率表示净光合速率，而净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率，据此可判断，在t₁～t₂时段，O₂释放速率小于零，说明实际光合速率小于呼吸速率，玻璃罩内CO₂浓度不断升高，在t₂时刻达到最高点，在t₂～t₄时段，O₂释放速率大于零，说明实际光合速率大于呼吸速率，玻璃罩内CO₂浓度不断降低，在t₄时刻达到最低点，B错误；t₄时补充CO₂，导致暗反应阶段中的CO₂固定过程加快，此时叶绿体内C₃的含量增多，C正确；若t₄时玻璃罩内O₂的量比t₀时增加了128 mg，将其换算为葡萄糖的积累量，则有128×180÷(6×32)＝120 mg，D正确。

5．某小组在其他外界条件适宜的情况下，研究光照强度和CO₂浓度对伊乐藻光合速率的影响，结果如图所示。

(1)t₁～t₂时段内，光反应速率和暗反应速率的变化情况是________，两者的因果关系是________________________________________________________________________。

(2)在突然停止光照后约20 s内(t₆～t₇时段内)，CO₂的吸收速率并没有立即下降的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)均增大　光反应增强，导致暗反应增强

(2)持续光照后，突然停止光照，叶肉细胞内仍有少量ATP和[H]，使暗反应仍可持续一段时间

题组三　辨析气孔变化对光合速率的影响

6．植物叶片表皮上分布有大量的气孔，气孔结构如图所示，保卫细胞吸水导致气孔开放，保卫细胞失水则气孔关闭，回答下列问题：

(1)植物在高温、强光照条件下光合速率反而下降的现象，称作“光合午休”。某些植物可观察到表皮上大量气孔关闭，此类“光合午休”的原因是__________________________；另一些植物“光合午休”现象出现时，气孔并不关闭，此类“光合午休”可能的原因是________________________________________________________________________。

(2)已知某植物叶片细胞液的渗透压与0.10 mol·L^－1 KNO₃溶液的渗透压相当，现撕取该植物叶片表皮，置于不同浓度的KNO₃溶液中处理，一定时间后测量叶片气孔内径，得到如下的结果(内径越大，表明气孔开放程度越大)：

	气孔内径(μm)
处理液浓度	0.05 mol·L－1	0.10 mol·L－1	0.20 mol·L－1
2小时	0.79	1.24	0.79
13小时	1.55	1.58	1.34

用0.20 mol·L^－1 KNO₃溶液处理时，较短时间内即可观察到气孔关闭，产生该现象的原因是保卫细胞______________________。2小时后，气孔开放程度增大，原因是_____________。本实验中，在载玻片上应滴加__________________溶液制作表皮临时装片，进行观察。

答案　(1)气孔关闭，CO₂供应减少，暗反应速率下降　温度上升，光合作用有关酶的活性降低，光合作用速率下降　(2)渗透失水　保卫细胞吸收K^＋和NO，细胞液渗透压升高，吸水膨胀　相应浓度的KNO₃

解析　(1)植物的光合速率受光照强度、CO₂浓度和温度等因素的影响，植物在高温、强光照条件下光合速率反而下降的现象，称作“光合午休”。某些植物可观察到表皮上大量气孔关闭，此类“光合午休”的原因是：气孔关闭，CO₂供应减少，暗反应速率下降。另一些植物“光合午休”现象出现时，气孔并不关闭，此类“光合午休”可能的原因是：温度上升，光合作用有关酶的活性降低，光合作用速率下降。

(2)已知某植物叶片细胞液的渗透压与0.10 mol·L^－1 KNO₃溶液的渗透压相当，现撕取该植物叶片表皮，用0.20 mol·L^－1 KNO₃溶液处理时，保卫细胞渗透失水，气孔关闭。随着保卫细胞吸收K^＋和NO，细胞液渗透压升高，吸水膨胀，2小时后，气孔开放程度增大，本实验的自变量是不同浓度的KNO₃溶液，故在载玻片上应滴加相应浓度的KNO₃溶液制作表皮临时装片，进行观察。

7．气孔是植物叶片新陈代谢过程中气体进出的通路。光照是影响气孔开闭的主要因素，一般情况下，气孔在光照下开放，在黑暗中关闭。适当提高温度也能增加气孔的开放度，但是如果叶片蒸腾作用强烈时，即使在适宜光照和温度条件下气孔也要关闭。某科研小组在夏季晴朗的白天，测定了6：00～18：00间黄瓜幼苗叶片的气孔阻力(气孔开度减小，气孔阻力增大)，结果如图所示。

(1)图中10：00～12：00之间，黄瓜幼苗叶片气孔阻力增大的主要原因是________________________________________________________________________。

(2)6：00～10：00之间，黄瓜幼苗光合作用速率的变化趋势是______________，引起这种变化的原因包括________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)叶片蒸腾作用强烈，气孔部分关闭　(2)(逐渐)增强　光照增强，光反应速率增强；气孔逐渐开放，胞间CO₂浓度上升，暗反应速率增强；温度升高，酶活性上升

题组四　辨析光合速率曲线中关键点的含义

8．将小麦植株置于密闭玻璃罩内，下图是在不同温度条件下测定小麦对氧气的吸收或释放速率随光照强度的变化，实验结果如图所示。请回答下列问题：

(1)b点的生物学含义是__________________________________________________，此时小麦根尖细胞中产生ATP的场所为__________。适当提高CO₂浓度后再测定，图中的b点将向________移动。

(2)若适当提高CO₂浓度，d点将向________________移动。此时叶绿体产生的O₂的去向是______________(填“线粒体”“细胞外”或“两者都有”)。

答案　(1)光合作用产生氧气的速率等于有氧呼吸消耗氧气的速率　细胞质基质和线粒体　左　(2)右下方　两者都有

解析　(1)分析题图发现，纵坐标表示O₂吸收速率即净光合速率，横坐标表示光照强度；b点氧气吸收速率为0，即净光合速率为0，其含义为：光合作用产生氧气的速率等于有氧呼吸消耗氧气的速率；此时小麦根尖(根尖中无叶绿体)只能进行细胞呼吸产生ATP，细胞呼吸产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。图中适当提高CO₂浓度后，光合速率增加，光补偿点减小，b点将向左移动。(2)提高二氧化碳浓度后，植物的最大光合速率增加，d点会向下移，最大光合速率增加，需要的光照强度会增加，所以d点会向右移，因此d点向右下方移。此时光合速率大于呼吸速率，叶绿体产生的氧气去向是线粒体和细胞外。

9．阳光穿过森林会在地上投下“光斑”。如图显示了生长旺盛的某植物的一片叶子在“光斑”照耀前后的光合作用过程中吸收CO₂和释放O₂的情况。则图中A点时代谢特点是________________________________________________________________________；

A点以后叶绿体中______________________ (物质)含量会暂时增加，此时ATP的移动方向是____________________________________；B点以后植物是否继续进行光合作用？________。请说明理由：____________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　叶片光反应速率等于暗反应速率　三碳化合物　从类囊体膜移向叶绿体基质　是　B点后植物叶片依然在吸收CO₂和释放O₂，说明叶片仍在进行光合作用

题组五　辨析呼吸速率的变化曲线

10．干种子萌发过程中，CO₂释放量()和O₂吸收量()的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：

(1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是______________________________________________(至少答出两点)。

(2)种子萌发过程中的12～30h之间，细胞呼吸的产物是______________和CO₂。若种子萌发过程缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是____________________________

________________________________________________________________________。

(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括________________________________________________________________________。

答案　(1)自由水是细胞内的良好溶剂，许多生物化学反应需要水的参与，水参与物质运输　(2)酒精、水　缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需；无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用　(3)适宜的光照、CO₂和无机盐等

解析　(1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是自由水是细胞内的良好溶剂，许多生物化学反应需要水的参与，水参与物质运输。(2)第二阶段，释放的二氧化碳量大于消耗的氧气量，说明细胞既进行无氧呼吸，也进行有氧呼吸，所以细胞呼吸的产物是酒精、CO₂和水，由于缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用，故种子萌发过程缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡。(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件有光照强度、CO₂浓度、无机盐等。

11．某豆科植物种子萌发过程中CO₂释放和O₂吸收速率的变化趋势如图所示。请据图回答问题：

(1)在12～24h期间，呼吸速率逐渐增强，在此期间呼吸作用的主要方式是______________呼吸，该呼吸方式在细胞中发生的部位是____________________，其产物是______________________________。

(2)从第12 h到胚根长出期间，萌发种子的干物质总量会____________，主要原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)胚根长出后，萌发种子的______________呼吸速率明显升高。

答案　(1)无氧　细胞质基质　酒精和二氧化碳

(2)减少　种子不进行光合作用制造有机物，同时进行呼吸作用消耗有机物，使有机物的总量下降　(3)有氧

解析　(1)据图可知，在12～24h期间，氧气吸收量很少，而二氧化碳释放量很多，表明此时的呼吸作用主要是无氧呼吸；无氧呼吸的场所是细胞质基质，产物是酒精和二氧化碳。(2)第12 h到胚根长出期间，种子不进行光合作用制造有机物，同时进行呼吸作用消耗有机物，使有机物的总量下降。(3)胚根长出后，氧气的吸收量明显增多，说明有氧呼吸的速率明显提高。

真题重组　完成下列相关内容：

(1)(经典高考题改编)如图为不同培养阶段酵母菌种群数量、葡萄糖浓度和乙醇浓度的变化曲线，在T₁～T₂时段，单位时间内酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有_________。

答案　酵母菌进行无氧呼吸，产生的能量少和酵母菌种群数量增多

(2)科研人员探究了不同温度(25 ℃和0.5 ℃)条件下密闭容器内蓝莓果实的CO₂生成速率的变化，结果见图1和图2。

由图可知，与25 ℃相比，0.5 ℃条件下果实的CO₂生成速率较低，主要原因是__________；随着果实储存时间的增加，密闭容器内的____________浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸。该实验还可以通过检测__________的浓度变化来计算呼吸速率。

答案　低温降低了细胞呼吸相关酶的活性　CO₂O₂

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