- 探究：环境因素对光合作用强度的影响
- 共1687题
近年来，随着含Cu污染物的排放增加，Cu对植物的毒害与日俱增．科研人员用水培法研究了Cu对脐橙幼苗的影响，得到下面甲、乙图示曲线，其中气孔导度大小与气孔的开放程度正相关．请回答：
（1）本实验除了通过测定氧气释放量，还可以通过测定______吸收量来计算净光合速率．
（2）实验过程中，培养液的Cu浓度会发生变化，因此需随时将各组的Cu浓度分别调到______，这是控制实验的______变量．
（3）甲图中A点时，如提高CO2浓度，叶绿体中ATP的含量将______．B点时，如降低光照强度，叶绿体中C3的含量将______．A→C净光合速率发生如图变化的主要原因是______．
（4）0.1 μmol•L-1的Cu处理使脐橙叶片净光合速率大于对照，根据乙图曲线分析，可能的原因是______．此外，研究表明低浓度Cu还能促进叶片光合色素的形成，有利于______．
正确答案
解：（1）本实验可以通过测定氧气释放量或测定二氧化碳的吸收量来计算净光合速率．
（2）该实验的自变量是Cu浓度．实验过程中，由于培养液的Cu浓度会发生变化，所以需随时将各组的Cu浓度分别调到原设定的浓度，即控制实验的自变量．
（3）甲图中A点时，如提高CO2浓度，会加快暗反应的进行，使ATP的消耗加快，所以叶绿体中ATP的含量将降低．B点时，如降低光照强度，则光反应产生的ATP和[H]减少，影响C3的还原，使叶绿体中C3的含量将升高．净光合速率=真光合速率-呼吸速率，A→C真光合速率不变，则净光合速率减小的主要原因是呼吸作用增强．
（4）由乙图可知，0.1 μmol•L-1的Cu能增加气孔导度（或促进气孔开放），有利于气体交换，所以用该浓度的Cu处理能使脐橙叶片净光合速率大于对照组．此外，研究表明低浓度Cu还能促进叶片光合色素的形成，而光合色素能吸收、传递和转化光能，因此低浓度Cu还有利于光能的吸收和转化．
故答案：
（1）二氧化碳（CO2）
（2）原设定的浓度 自
（3）降低 升高 呼吸作用增强
（4）增加气孔导度（或促进气孔开放），有利于气体交换 光能的吸收和转化
解析
解：（1）本实验可以通过测定氧气释放量或测定二氧化碳的吸收量来计算净光合速率．
（2）该实验的自变量是Cu浓度．实验过程中，由于培养液的Cu浓度会发生变化，所以需随时将各组的Cu浓度分别调到原设定的浓度，即控制实验的自变量．
（3）甲图中A点时，如提高CO2浓度，会加快暗反应的进行，使ATP的消耗加快，所以叶绿体中ATP的含量将降低．B点时，如降低光照强度，则光反应产生的ATP和[H]减少，影响C3的还原，使叶绿体中C3的含量将升高．净光合速率=真光合速率-呼吸速率，A→C真光合速率不变，则净光合速率减小的主要原因是呼吸作用增强．
（4）由乙图可知，0.1 μmol•L-1的Cu能增加气孔导度（或促进气孔开放），有利于气体交换，所以用该浓度的Cu处理能使脐橙叶片净光合速率大于对照组．此外，研究表明低浓度Cu还能促进叶片光合色素的形成，而光合色素能吸收、传递和转化光能，因此低浓度Cu还有利于光能的吸收和转化．
故答案：
（1）二氧化碳（CO2）
（2）原设定的浓度 自
（3）降低 升高 呼吸作用增强
（4）增加气孔导度（或促进气孔开放），有利于气体交换 光能的吸收和转化
凤眼莲原产南美州，作为入侵生物对我国生态环境构成威胁．科研人员对生长于江苏南京的凤眼莲进行光合作用特性的研究．当光增强到一定程度时，光合强度就不再增加，这时的光强度是光合作用光饱和点；当光减弱到一定限度时，光合强度就测不出来（光合强度和呼吸强度正好相等，比值为1），这时的光强度称为光合作用光补偿点．图一和图二分别是通过实验测得凤眼莲叶片光合作用强度与光照强度、温度的关系，实验时间为8月某晴天上午9时进行，此时自然光强度为500lx．图三和图四是研究人员研究凤眼莲叶片中物质或生理过程的变化所绘制的曲线．据图分析：
（1）当光照强度从饱和点2458（lx）到2800（lx）时，叶片光合速率仍没有明显下降，说明凤眼莲对强光环境______，与原产地相比较，该地区凤眼莲光合强度主要限制因素是______．据图二，凤眼莲最适光合温度范围为______．温度对光合速率影响主要表现在光合作用的______阶段．
（2）科研人员对生长该地的凤眼莲、玉米的光合作用特性进行测量，获得如下数据：（净光合速率是以单位面积的植物叶片在单位时间内进行光合作用释放的O2的量来表示）
与玉米相比较，能充分说明凤眼莲生长较快的原因有：
①最大净光合速率高，强光条件下能大量积累有机物；②______
（3）假设植物光合作用制造和积累的有机物都是葡萄糖，根据凤眼莲和玉米的测量结果，两者有机物的最大净光合量的差值为______ μg/（m2•s）．
（4）处于图三状态的植物叶片可能正处于______过程中，图四显示叶片光合速率下降的主要原因之一是______．
正确答案
解：（1）当光照强度从饱和点2458（lx）到2800（lx）时，叶片光合速率仍没有明显下降，说明凤眼莲对强光环境适应能力强，则与原产地相比较，该地区凤眼莲光合强度主要限制因素是光照强度．据图二，凤眼莲最适光合温度范围为30-35℃（或30-40℃），因为这段温度范围内净光合速率相对较大．温度通过影响酶的活性影响光合速率，而暗反应阶段需要多种酶参与，所以温度对光合速率影响主要表现在光合作用的暗反应阶段．
（2）由图表中可知，凤眼莲最大净光合速率高，强光下能积累大量有机物，另外其光补偿点低，弱光条件下也能积累较多的有机物．
（3）根据表中数据可知，凤眼莲和玉米的最大净光合速率差值为34.5-30.36=4.14μmol/（m2•s）．根据光合作用的总反应式，每消耗6分子氧气就合成一分子葡萄糖，所以两者有机物的最大净光合量的差值为4.14÷6×180=124.2 μg/（m2•s）．
（4）处于图三状态的植物叶片，乙烯含量急剧升高，该叶片可能正处于衰老过程中；图四显示叶绿素含量下降是叶片光合速率下降的主要原因之一．
故答案：（1）适应能力强 光照强度 30-35℃（或30-40℃） 暗反应
（2）②光补偿点低，弱光条件下也能积累有机物
（3）124.2 （2分）
（4）衰老 叶绿素含量下降
解析
解：（1）当光照强度从饱和点2458（lx）到2800（lx）时，叶片光合速率仍没有明显下降，说明凤眼莲对强光环境适应能力强，则与原产地相比较，该地区凤眼莲光合强度主要限制因素是光照强度．据图二，凤眼莲最适光合温度范围为30-35℃（或30-40℃），因为这段温度范围内净光合速率相对较大．温度通过影响酶的活性影响光合速率，而暗反应阶段需要多种酶参与，所以温度对光合速率影响主要表现在光合作用的暗反应阶段．
（2）由图表中可知，凤眼莲最大净光合速率高，强光下能积累大量有机物，另外其光补偿点低，弱光条件下也能积累较多的有机物．
（3）根据表中数据可知，凤眼莲和玉米的最大净光合速率差值为34.5-30.36=4.14μmol/（m2•s）．根据光合作用的总反应式，每消耗6分子氧气就合成一分子葡萄糖，所以两者有机物的最大净光合量的差值为4.14÷6×180=124.2 μg/（m2•s）．
（4）处于图三状态的植物叶片，乙烯含量急剧升高，该叶片可能正处于衰老过程中；图四显示叶绿素含量下降是叶片光合速率下降的主要原因之一．
故答案：（1）适应能力强 光照强度 30-35℃（或30-40℃） 暗反应
（2）②光补偿点低，弱光条件下也能积累有机物
（3）124.2 （2分）
（4）衰老 叶绿素含量下降
（1）据图分析，绿藻细胞只进行呼吸作用的时间段为______．发生该反应的场所是______；4-9分钟时间内，绿藻细胞的合成的葡萄糖为______微摩．
（2）在乙处给予光照时，瞬间ATP的数量变化为______．此时细胞内产生ATP的具体部位是______；在乙处光照开始后，溶解氧浓度稍有增加，原因是______，但稍后不再变化，原因是______．说明此时限值光合作用速率的主要因素是______，添加CO2后，光合作用的______阶段增强．
（3）若在丁处给予光补偿点（此时光合速率等于呼吸速率）的光强照射，则争取表示溶解氧变化的曲线是a～g中的______；若在丁处加入光反应抑制剂，则可以表示溶解氧变化的曲线是a～g中的______．若维持实验条件不变，则可以表示溶解氧变化的曲线是a～g中的______．
正确答案
0-4分钟
细胞质基质和线粒体
12
增加
类囊体（薄膜）、细胞质基质、（线粒体基质、线粒体内膜）线粒体
由于暗处理使环境中积累了较多的CO2，在光照开始时，光合速率大于呼吸速率，氧浓度稍有增加
随光合作用进行容器中CO2减少，光合作用速率下降，最后光合速率与呼吸速率相等，氧浓度不再变化．
CO2浓度
暗反应
d
e
a
解析
解：（1）在光照开始之前，细胞只进行呼吸作用，呼吸作用第一阶段的场所为细胞质基质，第二、三两阶段发生在线粒体中．在4～9分细胞吸收的氧气的值=260-200=60微摩，因此该绿藻细胞的呼吸速率=60÷5=12微摩/分．
（2）在乙处给予光照时，此时光合作用的光反应产生ATP增加，此时细胞内光合作用和呼吸作用可以产生ATP，所以具体部位是类囊体（薄膜）、细胞质基质、（线粒体基质、线粒体内膜）线粒体．由于容器是密闭的，在乙处时，由于环境中积累了较多的CO2，在光照开始时，光合作用速率大于呼吸作用速率，氧气释放，氧浓度稍有增加；但是一段时间后，容器中CO2减少，光合作用速率下降，最后光合作用速率与呼吸作用速率相等，氧气不再释放，氧浓度不再增加，在丙处添加CO2时，会促进暗反应的二氧化碳的固定，从而导致C5的数量减少，而C3的数量增多．
（3）光补偿点时细胞的光合速率等于呼吸速率，此时产生氧气等于消耗的氧气，因此容器中溶氧量不变．若在丁处加入光反应抑制剂，此时绿藻细胞不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，又恢复到0～4分时的状态，并且呼吸速率不变，因此e可以表示溶解氧变化的曲线．若维持实验条件不变，则溶液中氧的浓度会一直增多，可以表示溶解氧变化的曲线是a～g中的a．
故答案为：
（1）0-4分钟 细胞质基质和线粒体 12
（2）增加 类囊体（薄膜）、细胞质基质、（线粒体基质、线粒体内膜）线粒体 由于暗处理使环境中积累了较多的CO2，在光照开始时，光合速率大于呼吸速率，氧浓度稍有增加 随光合作用进行容器中CO2减少，光合作用速率下降，最后光合速率与呼吸速率相等，氧浓度不再变化． CO2浓度 暗反应
（3）d e a
图甲表示某植物在一定光照条件和CO2浓度时，温度对单位时间内CO2吸收量与O2利用量的影响；图乙中a、b、c、d、e、f代表进出两种细胞器的气体．请回答下列问题：
（1）甲图中温度为______（填字母）时，植物的光合作用强度最大；温度由c→d时CO2吸收量逐渐下降的原因是______．
（2）甲图中b点时，光合作用强度是呼吸作用强度的______倍．温度为c时，在上述条件下植物能否生长？并说明理由：______．
（3）乙图中X代表的物质是______，结构①中完成光能到活跃化学能转变的场所是______I结构②的膜上完成的物质变化是______．
（4）甲图中a点时，乙图a～f过程中会发生的是______．
正确答案
解：（1）温度为d时，总光合作用为4+8=12，此时的光合作用强度最大，温度由c到d时，随温度升高，呼吸酶活性增强大于光合酶活性增强，细胞呼吸增强速率大于光合作用的增强速率，因此植物从外界吸收的二氧化碳越来越少．
（2）甲图中温度为b时，光合作用强度为6，呼吸作用强度为2，光合作用强度是呼吸作用强度的3倍．温度为c时，光合作用大于呼吸作用，即净光合作用为正值，积累有机物，植物能生长．
（3）乙图表示的是光合作用与呼吸作用之间的关系，X代表的物质是丙酮酸和[H]，结构①表示的是叶绿体，在其中进行的是植物的光合作用，光能到活跃化学能转变的场所是叶绿体的类囊体薄膜，结构②表示的是线粒体，线粒体膜上完成的是有氧呼吸的第三阶段，[H]和氧气结合生成水．
（4）甲图中a点时可以进行光合作用也可以进行呼吸作用，乙图a～f过程中会发生的是abcd．
故答案为：
（1）d 该阶段随温度升高，呼吸酶活性增强大于光合酶活性增强，细胞呼吸增强速率大于光合作用的增强速率，因此植物从外界吸收的二氧化碳越来越少
（2）3 能，此时光合作用大于呼吸作用，即净光合作用为正值，积累有机物，植物能生长
（3）丙酮酸和[H]叶绿体的类囊体薄膜[H]和氧气结合生成水
（4）abcd
解析
解：（1）温度为d时，总光合作用为4+8=12，此时的光合作用强度最大，温度由c到d时，随温度升高，呼吸酶活性增强大于光合酶活性增强，细胞呼吸增强速率大于光合作用的增强速率，因此植物从外界吸收的二氧化碳越来越少．
（2）甲图中温度为b时，光合作用强度为6，呼吸作用强度为2，光合作用强度是呼吸作用强度的3倍．温度为c时，光合作用大于呼吸作用，即净光合作用为正值，积累有机物，植物能生长．
（3）乙图表示的是光合作用与呼吸作用之间的关系，X代表的物质是丙酮酸和[H]，结构①表示的是叶绿体，在其中进行的是植物的光合作用，光能到活跃化学能转变的场所是叶绿体的类囊体薄膜，结构②表示的是线粒体，线粒体膜上完成的是有氧呼吸的第三阶段，[H]和氧气结合生成水．
（4）甲图中a点时可以进行光合作用也可以进行呼吸作用，乙图a～f过程中会发生的是abcd．
故答案为：
（1）d 该阶段随温度升高，呼吸酶活性增强大于光合酶活性增强，细胞呼吸增强速率大于光合作用的增强速率，因此植物从外界吸收的二氧化碳越来越少
（2）3 能，此时光合作用大于呼吸作用，即净光合作用为正值，积累有机物，植物能生长
（3）丙酮酸和[H]叶绿体的类囊体薄膜[H]和氧气结合生成水
（4）abcd
（1）与B植物相比，A植物是在______光照条件下生长的植物，判断的依据是______．
（2）当光照强度为9千勒克司时，B植物的总光合速率是______（mg CO2/100cm2叶•小时）．当光照强度为3千勒克司时，A植物与B植物固定的CO2量的差值为______（mg CO2/100cm2叶•小时）
（3）光合速率也受光合产物从叶中输出速率的影响．某植物正处于结果期，如图①．若只留一张叶片，其他叶片全部摘除，如图②，则留下叶片的光合速率______（增大、减小、不变），原因是______．
正确答案
解：（1）由于A植物在光饱和时的光照强度低于B植物，所以A植物是在弱光照条件下生长的植物．
（2）9千勒克司时B植物的净光合速率为30（mg CO2/100 cm2叶•小时），呼吸速率为15（mg CO2/100 cm2叶•小时），所以总光合速率为45（mg CO2/100 cm2叶•小时）．3千勒克司时，B植物固定的CO2量为15（mg CO2/100 cm2叶•小时），A植物固定的CO2量为16.5（mg CO2/100 cm2叶•小时），二者差值为1.5（mg CO2/100 cm2叶•小时）．
（3）由于②仅剩一张叶片，总光合产物减少，但结果期对营养物质的需要量大，因此叶片中光合作用产物会迅速流出，使光合速率增加．
故答案为：
（1）弱光 因为A植物在光饱和时的光照强度低于B植物（A植物在光合速率与呼吸速率相等时的光照强度低于B植物）
（2）45 1.5
（3）增加 枝条上仅剩一张叶片，总光合产物减少，但结果期的植物对营养的需要量大，因此叶中光合作用产物会迅速输出，故光合速率增加．
解析
解：（1）由于A植物在光饱和时的光照强度低于B植物，所以A植物是在弱光照条件下生长的植物．
（2）9千勒克司时B植物的净光合速率为30（mg CO2/100 cm2叶•小时），呼吸速率为15（mg CO2/100 cm2叶•小时），所以总光合速率为45（mg CO2/100 cm2叶•小时）．3千勒克司时，B植物固定的CO2量为15（mg CO2/100 cm2叶•小时），A植物固定的CO2量为16.5（mg CO2/100 cm2叶•小时），二者差值为1.5（mg CO2/100 cm2叶•小时）．
（3）由于②仅剩一张叶片，总光合产物减少，但结果期对营养物质的需要量大，因此叶片中光合作用产物会迅速流出，使光合速率增加．
故答案为：
（1）弱光 因为A植物在光饱和时的光照强度低于B植物（A植物在光合速率与呼吸速率相等时的光照强度低于B植物）
（2）45 1.5
（3）增加 枝条上仅剩一张叶片，总光合产物减少，但结果期的植物对营养的需要量大，因此叶中光合作用产物会迅速输出，故光合速率增加．
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