- 探究：环境因素对光合作用强度的影响
- 共1687题
某研究小组在晴朗的白天，将长势相同的棉花幼苗分别放在林窗（阳光充足处）和林下荫蔽处，并测定其光合速率、气孔阻力等生理指标，以探究棉花的光合生理特征．（说明：气孔开度越大，气孔阻力越小；气孔开度越小，气孔阻力越大）
请分析回答：
（1）甲图中7：00时，林下棉花幼苗叶肉细胞中产生ATP的场所是______．
（2）甲图中7：00时，适当增加棉花幼苗周围的CO2浓度，a点的变化情况______，原因是______．
（3）甲图中10：00时，将棉花幼苗从荫蔽处移到阳光充足处，经测定发现光合速率并没有迅速上升为b，其原因是______．
（4）实验测得从10：00时到12：00时光照强度不断升高，但林窗处的棉花幼苗光合速率却下降，根据上面两图的曲线分析，主要原因是______．
（5）植物的生理变化与植物激素息息相关，请根据你所学的知识推断在10：00时到12：00时棉花叶片细胞中______（激素）含量将上升．为了延长棉花生长后期叶片的寿命，可向叶面喷洒的植物激素是______．
正确答案
解：（1）甲图中7：00时，林下棉花幼苗叶肉细胞既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此细胞中产生ATP的场所是叶绿体、细胞溶胶、线粒体．
（2）甲图中7：00时，乙图中看出马尾松的气孔阻力大，气孔开度小，因此增加棉花幼苗周围的CO2浓度，对马尾松吸收二氧化碳量影响不大，并且a点时限制光合速率的主要因素是光照强度．因此a点基本不变．
（3）甲图中10：00时，由于荫蔽处的棉花幼苗光合作用弱，暗反应中三碳化合物含量低，因此移到阳光充足处，虽然光反应产生的ATP和[H]增加，但是由于受到三碳化合物量的限制，因此光合速率并不能迅速上升为b．
（4）乙图中可以看出，从10：00时到12：00时之间，气孔阻力增大，部分气孔关闭，由气孔进入的二氧化碳量减少，导致光合速率下降．
（5）植物的脱落酸能使气孔关闭，降低叶片蒸腾速率，因此在10：00时到12：00时棉花叶片细胞中脱落酸含量将上升．细胞分裂素的主要生理功能是促进细胞分裂，延缓叶片衰老，因此为了延长棉花生长后期叶片的寿命，可向叶面喷洒的植物激素是细胞分裂素．
故答案为：
（1）叶绿体、细胞溶胶、线粒体
（2）基本不变，a点时限制光合速率的主要因素是光照强度
（3）叶绿体内的RuBP含量不足
（4）气孔阻力增大，部分气孔关闭，由气孔进入的二氧化碳量减少，导致光合速率下降
（5）脱落酸 细胞分裂素
解析
解：（1）甲图中7：00时，林下棉花幼苗叶肉细胞既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此细胞中产生ATP的场所是叶绿体、细胞溶胶、线粒体．
（2）甲图中7：00时，乙图中看出马尾松的气孔阻力大，气孔开度小，因此增加棉花幼苗周围的CO2浓度，对马尾松吸收二氧化碳量影响不大，并且a点时限制光合速率的主要因素是光照强度．因此a点基本不变．
（3）甲图中10：00时，由于荫蔽处的棉花幼苗光合作用弱，暗反应中三碳化合物含量低，因此移到阳光充足处，虽然光反应产生的ATP和[H]增加，但是由于受到三碳化合物量的限制，因此光合速率并不能迅速上升为b．
（4）乙图中可以看出，从10：00时到12：00时之间，气孔阻力增大，部分气孔关闭，由气孔进入的二氧化碳量减少，导致光合速率下降．
（5）植物的脱落酸能使气孔关闭，降低叶片蒸腾速率，因此在10：00时到12：00时棉花叶片细胞中脱落酸含量将上升．细胞分裂素的主要生理功能是促进细胞分裂，延缓叶片衰老，因此为了延长棉花生长后期叶片的寿命，可向叶面喷洒的植物激素是细胞分裂素．
故答案为：
（1）叶绿体、细胞溶胶、线粒体
（2）基本不变，a点时限制光合速率的主要因素是光照强度
（3）叶绿体内的RuBP含量不足
（4）气孔阻力增大，部分气孔关闭，由气孔进入的二氧化碳量减少，导致光合速率下降
（5）脱落酸 细胞分裂素
如图一所示，白光透过三棱镜后会按波长不同分散成为七色条带．现有多个图二所示的装置，A是活塞，B是玻璃罩，C是某植物，D是清水，E是红色水滴，F是带刻度尺的水平玻璃管，各个装置中植物的大小生理状态都相同．张华将6套上述装置分别放在图一的1、2、3、4、5、6处，除光照外其他条件都完全相同且处于严格的最适状态，24小时后读取读数．每个装置红色液滴对应的初始刻度为0，实验结束后的读数记为X，零刻度右侧记为正值，零刻度左侧记为负值．
（1）你认为张华的实验目的是______对光合作用速率的影响
（2）请在如图3所示的坐标上表现出张华对该实验结果的预期．若张华的装置实际测量得到的X值小于0，其原因最可能是______．
A．有无氧呼吸存在
B．呼吸底物中有脂肪
C．有氧呼吸速率小于光合速率
D．植物呼吸使容器内温度升高
（3）张华的同桌李丽也指出，在实际操作中，张华的装置实际上无法准确得到他想要的数据．李丽想要在此基础上进行改进，使其能用于探究“在不同波长的光下，该植物的净光合速率和真光合速率的变化情况”．李丽要添加或改动的地方有：
①将6个装置中D里的清水改为______．
②添加一个相同装置用于测量呼吸量，置于______中，且该装置中D里的溶液为______．
③添加一个相同装置用于作为对照平衡无关变量的影响，但该装置中的C应该为______．
（4）李丽将实验报告拿给当科学家的父亲看，父亲很高兴的表扬了她，但同时也指出该实验有一个缺陷：虽然每个装置所处的环境中光的波长确实不同，但是阳光中不同波长的光的______却一般不会相同．
正确答案
解：（1）张华的实验装置是放在经过三棱镜后按波长不同分散成七色条带的1、2、3、4、5、6处，因此她的实验目的是探究光的波长对光合速率的影响．
（2）要想实现预期，则横坐标应是波长或组别，纵坐标应是光合作用强度．而且植物在红光和蓝紫光区域的光合作用最强，因此曲线有两个波峰．若X值小于0，说明光合作用小于呼吸作用，且呼吸作用的底物中有脂肪．
（3）要探究“在不同波长的光下，该植物的净光合速率和真光合速率的变化情况”则需要分别测得净光合速率和呼吸速率．测净光合速率需要把①将6个装置中D里的清水改为二氧化碳缓冲液或碳酸氢钠缓冲液，测呼吸速率需要把添加一个相同装置用于测量呼吸量，置于黑暗中，且该装置中D里的溶液为氢氧化钠．为排除无关变量对实验的干扰，需要把该装置中的C应该为已经死亡的同样大小的植物．
（4）虽然每个装置所处的环境中光的波长不同，但不同波长的光的光照强度一般不会相同．
故答案为：（1）探究光的波长
（2）
（3）①二氧化碳缓冲液或碳酸氢钠缓冲液 ②黑暗 氢氧化钠 ③已经死亡的同样大小的植物
（4）光照强度
解析
解：（1）张华的实验装置是放在经过三棱镜后按波长不同分散成七色条带的1、2、3、4、5、6处，因此她的实验目的是探究光的波长对光合速率的影响．
（2）要想实现预期，则横坐标应是波长或组别，纵坐标应是光合作用强度．而且植物在红光和蓝紫光区域的光合作用最强，因此曲线有两个波峰．若X值小于0，说明光合作用小于呼吸作用，且呼吸作用的底物中有脂肪．
（3）要探究“在不同波长的光下，该植物的净光合速率和真光合速率的变化情况”则需要分别测得净光合速率和呼吸速率．测净光合速率需要把①将6个装置中D里的清水改为二氧化碳缓冲液或碳酸氢钠缓冲液，测呼吸速率需要把添加一个相同装置用于测量呼吸量，置于黑暗中，且该装置中D里的溶液为氢氧化钠．为排除无关变量对实验的干扰，需要把该装置中的C应该为已经死亡的同样大小的植物．
（4）虽然每个装置所处的环境中光的波长不同，但不同波长的光的光照强度一般不会相同．
故答案为：（1）探究光的波长
（2）
（3）①二氧化碳缓冲液或碳酸氢钠缓冲液 ②黑暗 氢氧化钠 ③已经死亡的同样大小的植物
（4）光照强度
图甲表示在最适温度及其它条件保持不变的条件下番茄叶片CO2释放量随光照强度变化的曲线，图中B、C、D是横坐标上的点；图乙是研究人员测定的不同土壤含水量条件下番茄叶片的气孔导度（气孔开放程度）和胞间CO2浓度的结果．请据图回答下列问题．
（1）图甲中E点后曲线保持水平不变，此时限制番茄光合作用速率的主要环境因素是______，C点骤变为______点（用图中横坐标字母回答）条件时，短时间内C3含量将上升．
（2）图甲中在C点对应的光照强度下，番茄叶肉细胞中的磷酸分子在叶绿体中的移动方向是______；B点时，番茄叶肉细胞内能为细胞主动运输吸收K+提供ATP的场所有______．
（3）图乙表示随着土壤含水量降低，番茄的气孔导度降低，但细胞间CO2并未因光合作用消耗而降低，反而逐渐升高，对此有两种不同观点：观点一认为光合产物的输出变慢，导致细胞内光合产物积累，最后阻碍了CO2吸收利用；观点二认为细胞内水分亏缺导致叶绿体片层结构破坏，从而直接影响光反应，而且不能恢复．为验证上述观点，将培养在______条件下的番茄幼苗分为两组，实验组番茄幼苗进行______处理，对照组保持原有状态．若实验组番茄幼苗光合速率______，则观点一不成立．
正确答案
解：（1）影响光合作用速率的因素主要有温度，光照强度、CO2浓度．图甲中是在最适温度下，E点后曲线保持水平不变，故此时限制番茄光合作用速率的主要环境因素是CO2浓度．C点骤变为B点时，光照减弱，光反应产生的[H]和ATP减少，被还原的C3减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故短时间内C3含量将上升．
（2）图甲中在C点对应的光照强度下，光反应阶段消耗磷酸分子，暗反应阶段产生磷酸分子，故番茄叶肉细胞中的磷酸分子在叶绿体中的移动方向是叶绿体基质到类囊体薄膜．B点时，番茄叶肉细胞内能为细胞主动运输吸收K+提供ATP的是呼吸作用，故场所有细胞质基质、线粒体．
（3）为验证上述观点，将培养在低土壤含水量条件下的番茄幼苗分为两组，实验组番茄幼苗进行正常供水（浇水、补水）处理，对照组保持原有状态．若实验组番茄幼苗光合速率不能恢复，则观点二成立，观点一不成立．因为观点二中的叶绿体片层结构破坏是不能恢复的．
故答案为：
（1）CO2浓度 B
（2）叶绿体基质到类囊体薄膜 细胞质基质、线粒体
（3）低土壤含水量 正常供水（或浇水、补水） 不能恢复（或与对照组基本相同）
解析
解：（1）影响光合作用速率的因素主要有温度，光照强度、CO2浓度．图甲中是在最适温度下，E点后曲线保持水平不变，故此时限制番茄光合作用速率的主要环境因素是CO2浓度．C点骤变为B点时，光照减弱，光反应产生的[H]和ATP减少，被还原的C3减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故短时间内C3含量将上升．
（2）图甲中在C点对应的光照强度下，光反应阶段消耗磷酸分子，暗反应阶段产生磷酸分子，故番茄叶肉细胞中的磷酸分子在叶绿体中的移动方向是叶绿体基质到类囊体薄膜．B点时，番茄叶肉细胞内能为细胞主动运输吸收K+提供ATP的是呼吸作用，故场所有细胞质基质、线粒体．
（3）为验证上述观点，将培养在低土壤含水量条件下的番茄幼苗分为两组，实验组番茄幼苗进行正常供水（浇水、补水）处理，对照组保持原有状态．若实验组番茄幼苗光合速率不能恢复，则观点二成立，观点一不成立．因为观点二中的叶绿体片层结构破坏是不能恢复的．
故答案为：
（1）CO2浓度 B
（2）叶绿体基质到类囊体薄膜 细胞质基质、线粒体
（3）低土壤含水量 正常供水（或浇水、补水） 不能恢复（或与对照组基本相同）
下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、植物叶片从幼到老光合作用强度是先增加后减弱，这主要和叶片中的色素含量有关，A错误；
B、森林或农田中植株上部叶片接受的光照更多，而下部叶片接受到的光照少，因此光合作用强度有差异，B正确；
C、光合作用强度既受植物基因决定的，同时也受周围环境因素的影响，C错误；
D、在相同光照条件下，不同植物的光合作用强度还受温度、二氧化碳浓度以及色素含量等因素的影响，D错误．
故选：B．
某研究小组用番茄进行光合作用和呼吸作用的实验，结合所给材料，回答相关问题．
实验-：
（1）探究单株番茄光合作用强度与种植密度的关系，结果如甲图所示．与M点相比，N点限制单株光合作用强度的外界因素是______、______．实验还发现，不仅单株番茄光合作用强度与种植密度成负相关，番茄植株的生长也与种植密度成负相关．番茄生长的调节方式是______，与番茄果实发育关系最密切的是______，环境温度降低时，该物质运输速度会______．
实验二：
（2）测量种植番茄的密闭大棚内一昼夜空气中的CO2含量变化，结果如乙图所示．B→C时间段，叶绿体内ADP的移动方向是______，叶绿体内C3含量将______．图中表示番茄光合作用和呼吸作用强度相等的点是______．
实验三：
（3）采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定，其原理是：将对称叶片如图甲的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移．在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取相等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/（dm2•h）．
实验步骤如下：
①请设计一张表格用于记录实验数据．（假设实验选定叶片数目为3）
②若M=MB-MA，则M表示______．
实验四：
（4）在一定浓度的CO2和适当温度条件下，测定番茄叶片在不同光照条件下的光合作用速度与光照强度的关系（如图一），细胞呼吸与环境中O2浓度关系（如图二）．
①图一中，影响a点上下移动的主要外界因素是______；b点所示条件下，该植物叶肉细胞内能够产生ATP的部位是______．
②图二中细胞呼吸的有关曲线需在什么条件下测得？______；当O2浓度为5%时，细胞呼吸的方式为______；若图一中a点是在氧气充足条件下测得的，则氧气浓度应大于______%．
正确答案
解：（1）甲图中，合理密植有利于植物合理的利用光照，同时能保证植物周围环境中有充足的二氧化碳，N点与M点相比较，N点的种植密度过大，植株间的相互影响会导致光照减弱，同时也会导致植物周围环境中的二氧化碳浓度降低，进而导致单株植物光合作用强度降低．因此与M点相比，N点限制单株光合作用强度的外界因素是光照强度、CO2浓度．实验还发现，不仅单株番茄光合作用强度与种植密度成负相关，番茄植株的生长也与种植密度成负相关．番茄生长的调节方式是激素调节，与番茄果实发育关系最密切的是生长素，环境温度降低时，该物质运输速度会减慢．
（2）乙图中，B→C时间段，细胞进行光合作用，光反应消耗ADP，暗反应产生ADP，故叶绿体内ADP的移动方向是由叶绿体基质向类囊体片层．B→C时间段，CO2浓度降低，CO2被C5固定形成C3的量减少，而C3的还原过程不变，故叶绿体内C3含量将减少．B、D两点时，曲线的斜率为0，即二氧化碳浓度不变，此时光合作用和呼吸作用强度相等．
（3）②（图丙）采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定，其原理是：将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移，相同时间段内遮光部分只进行了细胞呼吸，而曝光部分细胞呼吸和光合作用同时进行，故B叶片进行的生理活动状况相当于乙图中曲线的BD段，实验开始时两者的起始质量相同（可设为a），则两者的重量差M=MB-MA=（a+6小时内光合作用合成量-6小时内细胞呼吸消耗量）-（a-6小时内细胞呼吸消耗量）=6小时内光合作用合成量．若M=MB-MA，则M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量．
（4）①a点时，光照强度为0，只进行细胞呼吸，故影响其大小的主要外界因素为温度，b点时，光合作用强度等于呼吸作用强度，植物叶肉细胞内能够产生ATP的部位有叶绿体、线粒体和细胞质基质．
②由于光合作用也能吸收和释放气体，因此图二中细胞呼吸的有关曲线需在黑暗条件下测得；由图二可知，当O2浓度为5%时，总的呼吸强度大于有氧呼吸强度，因此细胞呼吸的方式为无氧呼吸和有氧呼吸；由图二可知，氧气浓度达到15%时细胞呼吸速率达到最大值，若图一中a点是在氧气充足条件下测得的，则氧气浓度应大于15%．
故答案为：
（1）光照强度 CO2浓度 激素调节 生长素 减慢
（2）由叶绿体基质向类囊体片层 减少 B、D
（3）①
②B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量
（4）①温度 细胞质基质、线粒体、叶绿体
②黑暗（或无光、遮光） 无氧呼吸和有氧呼吸 15
解析
解：（1）甲图中，合理密植有利于植物合理的利用光照，同时能保证植物周围环境中有充足的二氧化碳，N点与M点相比较，N点的种植密度过大，植株间的相互影响会导致光照减弱，同时也会导致植物周围环境中的二氧化碳浓度降低，进而导致单株植物光合作用强度降低．因此与M点相比，N点限制单株光合作用强度的外界因素是光照强度、CO2浓度．实验还发现，不仅单株番茄光合作用强度与种植密度成负相关，番茄植株的生长也与种植密度成负相关．番茄生长的调节方式是激素调节，与番茄果实发育关系最密切的是生长素，环境温度降低时，该物质运输速度会减慢．
（2）乙图中，B→C时间段，细胞进行光合作用，光反应消耗ADP，暗反应产生ADP，故叶绿体内ADP的移动方向是由叶绿体基质向类囊体片层．B→C时间段，CO2浓度降低，CO2被C5固定形成C3的量减少，而C3的还原过程不变，故叶绿体内C3含量将减少．B、D两点时，曲线的斜率为0，即二氧化碳浓度不变，此时光合作用和呼吸作用强度相等．
（3）②（图丙）采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定，其原理是：将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移，相同时间段内遮光部分只进行了细胞呼吸，而曝光部分细胞呼吸和光合作用同时进行，故B叶片进行的生理活动状况相当于乙图中曲线的BD段，实验开始时两者的起始质量相同（可设为a），则两者的重量差M=MB-MA=（a+6小时内光合作用合成量-6小时内细胞呼吸消耗量）-（a-6小时内细胞呼吸消耗量）=6小时内光合作用合成量．若M=MB-MA，则M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量．
（4）①a点时，光照强度为0，只进行细胞呼吸，故影响其大小的主要外界因素为温度，b点时，光合作用强度等于呼吸作用强度，植物叶肉细胞内能够产生ATP的部位有叶绿体、线粒体和细胞质基质．
②由于光合作用也能吸收和释放气体，因此图二中细胞呼吸的有关曲线需在黑暗条件下测得；由图二可知，当O2浓度为5%时，总的呼吸强度大于有氧呼吸强度，因此细胞呼吸的方式为无氧呼吸和有氧呼吸；由图二可知，氧气浓度达到15%时细胞呼吸速率达到最大值，若图一中a点是在氧气充足条件下测得的，则氧气浓度应大于15%．
故答案为：
（1）光照强度 CO2浓度 激素调节 生长素 减慢
（2）由叶绿体基质向类囊体片层 减少 B、D
（3）①
②B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量
（4）①温度 细胞质基质、线粒体、叶绿体
②黑暗（或无光、遮光） 无氧呼吸和有氧呼吸 15
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