資源簡介

高考生物一輪專題知識梳理
第9講　光合作用與能量轉化
第2課時　影響光合作用的環境因素及其應用
課標解讀 核心素養
1.闡明各種因素對光合作用強度的影響 2.光合作用與呼吸作用在生產實踐中的應用 科學思維 構建光照強度、二氧化碳濃度和溫度等對光合作用強度影響的曲線模型
科學探究 通過探究影響光合作用的環境因素,培養實驗設計、對實驗結果進行交流與討論的能力
社會責任 基于光合作用與細胞呼吸關系的學習,解決合理密植、合理施肥等生產生活實踐問題,指導農業生產
考點一　影響光合作用的因素及其應用
1.內部因素。
(1)植物自身的遺傳特性(如植物品種不同),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。
(3)葉面積指數。
2.外部因素。
(1)單因子變量對光合作用影響的曲線分析。
①光照強度。
②CO2濃度。
溫度。
水分或礦質元素。
(2)多因子對光合速率的影響。
正誤判斷
(1)生長于較弱光照條件下的植物,當提高CO2濃度時,其光合速率未隨之增加,主要限制因素是光反應。 (√)
(2)延長光照時間能提高光合作用強度。 (×)
(3)植物體從土壤中吸收的水分主要用于光合作用。 (×)
(4)白天與夜間適當提高溫度,有利于增加大棚蔬菜的產量。 (×)
(5)適時進行灌溉可以緩解作物的“光合午休”程度。 (√)
(6)作物合理間作套種,可充分利用光能。 (√)
長句突破
1.(生產實踐)土壤板結,光合速率下降的原因是土壤板結,導致土壤中缺氧,根細胞進行無氧呼吸,產生的ATP減少,供給根細胞用于礦質元素吸收的能量減少,光合色素的合成和酶數量減少,光合作用減弱。
2.(生產實踐)北方夏季中午時,光照強度很強,植物出現“午休”現象的原因是光照強度過強,溫度升高,導致氣孔關閉,細胞CO2供應不足,光合作用減弱。
3.(生產實踐)大棚種植使用有機肥有利于增產,請從影響光合作用的因素角度分析原因。
提示　有機肥在被微生物分解時會產生無機鹽并釋放CO2,促進光合作用。
角度一 結合光合作用與呼吸作用相關曲線,考查科學思維能力
1.(2021·北京卷)將某種植物置于高溫環境(HT)下生長一定時間后,測定HT植株和生長在正常溫度(CT)下的植株在不同溫度下的光合速率,結果如圖。由圖不能得出的結論是 (　　)
A.兩組植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率相等
C.50 ℃時HT植株能積累有機物而CT植株不能
D.HT植株表現出對高溫環境的適應性
解析　由圖可知,CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致,都接近于3 mmol·cm-2·s-1,A項正確;CO2吸收速率代表凈光合速率,而總光合速率=凈光合速率+呼吸速率,由圖可知35 ℃時兩組植株的凈光合速率相等,但呼吸速率未知,故35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率無法比較,B項錯誤;由圖可知,50 ℃時HT植株的凈光合速率大于零,說明能積累有機物,而CT植株的凈光合速率不大于零,說明不能積累有機物,C項正確;由圖可知,在較高的溫度下HT植株的凈光合速率仍大于零,能積累有機物進行生長發育,體現了HT植株對高溫環境的適應性,D項正確。
答案　B
2. 如圖表示植物光合速率隨光照強度改變的曲線,下列敘述不正確的是 (　　)
A.若適當提高溫度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,則補償點B應相應地向右移動
B.若增加二氧化碳濃度,B點左移,C點左移,D點向右上方移動
C.D點時,ATP從類囊體薄膜向葉綠體基質移動
D.若圖為陽生植物,則換為陰生植物,B點向左移動,D點向左下方移動
解析　B點為光補償點,此時光合作用與呼吸作用速率相等,若適當提高溫度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,則補償點B應相應地向右移動,A項正確;若增加二氧化碳濃度,則光合作用速率增加,B點左移,C點右移,D點向右上方移動,B項錯誤;D點時的光合作用速率最大,其光反應產生的ATP從類囊體薄膜移向葉綠體基質,參與暗反應過程中三碳化合物的還原,C項正確;若換為陰生植物,B點向左移動,D點向左下方移動,D項正確。
答案　B
光合作用曲線中的“關鍵點”移動
(1)A點:代表呼吸速率,細胞呼吸增強,A點下移;反之,A點上移。
(2)B點與C點的變化(注:只有橫坐標為自變量,其他條件不變)。
B點(補償點) C點(飽和點)
適當增大CO2 濃度(光照強度) 左移 右移
適當減小CO2 濃度(光照強度) 右移 左移
土壤缺Mg2+ 右移 左移
注:細胞呼吸速率增加,其他條件不變時,CO2(或光)補償點應右移,反之左移。
(3)D點:代表最大光合速率,當增大光照強度或增大CO2濃度使光合速率增大時,D點向右上方移動;反之,移動方向相反。
3.(2022·浙江1月選考)不同光質及其組合會影響植物代謝過程。以某高等綠色植物為實驗材料,研究不同光質對植物光合作用的影響,實驗結果如圖甲,其中氣孔導度大表示氣孔開放程度大。該高等植物葉片在持續紅光照射條件下,用不同單色光處理(30 s/次),實驗結果如圖乙,圖中“藍光+綠光”表示先藍光后綠光處理,“藍光+綠光+藍光”表示先藍光再綠光后藍光處理。
甲
乙
回答下列問題:
(1)高等綠色植物葉綠體中含有多種光合色素,常用　　　　方法分離。光合色素吸收的光能轉化為ATP和NADPH中的化學能、可用于碳反應中　　　　　的還原。
(2)據分析,相對于紅光,藍光照射下胞間CO2濃度低,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　。氣孔主要由保衛細胞構成，保衛細胞吸收水分,氣孔開放,反之關閉,由圖乙可知,綠光對藍光刺激引起的氣孔開放具有阻止作用,但這種作用可被　　　　光逆轉。由圖甲圖乙可知藍光可刺激氣孔開放,其機理是藍光可使保衛細胞光合產物增多,也可以促進K+、Cl-的吸收等,最終導致保衛細胞　　　　　,細胞吸水,氣孔開放。
(3)生產上選用　　　　LED燈或濾光性薄膜獲得不同光質環境,用于某些藥用植物的栽培。紅光和藍光以合理比例的　　　　或　　　　、合理的光照次序照射,利于次生代謝產物的合成。
解析　(1)利用各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同,從而分離色素。溶解度大,擴散速度快;溶解度小,擴散速度慢,所以常用紙層析法分離光合色素。光合色素吸收的光能通過光反應過程轉化為ATP和NADPH中的化學能,用于碳反應中3 磷酸甘油酸(三碳化合物)的還原,將能量轉移到有機物中。(2)據圖甲分析,相對于紅光,藍光照射下胞間CO2濃度低,其原因是藍光照射下盡管氣孔導度大,但光合速率大,消耗的二氧化碳多。分析圖乙可知,綠光對藍光刺激引起的氣孔開放具有阻止作用,但這種作用又可被藍光逆轉,并且先藍光再綠光后藍光處理的效果比只用藍光刺激更明顯。由圖甲、圖乙可知藍光可刺激氣孔開放,其機理是藍光可使保衛細胞光合產物增多,也可以促進K+、Cl-的吸收等,最終導致保衛細胞溶質濃度升高,細胞吸水膨脹,氣孔開放。(3)生產上選用不同顏色的LED燈或濾光性薄膜可獲得不同光質環境,用于某些藥用植物的栽培。紅光和藍光以合理比例的光強度或光照時間、合理的光照次序照射,利于提高光合速率,利于次生代謝產物的合成。
答案　(1)層析　3 磷酸甘油酸(或三碳化合物)
(2)光合速率大,消耗的二氧化碳多　藍　溶質濃度升高
(3)不同顏色的　光強度　光照時間
角度二 結合光合作用的影響因素,考查科學思維能力
4.(不定項)(2023·漢中模擬)如圖為某植株在不同溫度(最適溫度為25 ℃)、一定光照強度(低于最適光照強度)的環境中,光合作用強度隨CO2濃度的變化曲線圖。下列相關敘述正確的是 (　　)
A.M點對應條件下,該植株葉肉細胞吸收的CO2全部來自其自身線粒體
B.25 ℃時,若光照強度增強,則N點將向左側移動
C.P點對應條件下,兩種溫度下該植株光合作用固定的CO2的量相等
D.H點和L點對應條件下,限制光合作用強度的環境因素不同
解析　M點時植物光合作用強度與呼吸作用強度相等,但由于植物還存在一些細胞不能進行光合作用,所以葉肉細胞光合作用強度大于呼吸作用強度,因此葉肉細胞吸收的CO2來自其自身線粒體和細胞外,A項錯誤;25 ℃時,若光照強度增強,植物光合作用強度增加,光補償點降低,即N點左移,B項正確;P點對應條件下,兩種溫度下該植株光合作用吸收的CO2的量相等,但由于25 ℃的呼吸作用大于10 ℃,所以25 ℃固定的CO2大于10 ℃,C項錯誤;由題干信息“低于最適光照強度”可知,H點限制光合作用的因素是光照強度,但L點的限制因素是溫度和光照強度,D項正確。
答案　BD
5.(2018·全國卷Ⅰ)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強度的變化趨勢如圖所示。回答下列問題:
(1)當光照強度大于a時,甲、乙兩種植物中,對光能的利用率較高的植物是　　　　。
(2)甲、乙兩種植物單獨種植時,如果種植密度過大,那么凈光合速率下降幅度較大的植物是　　　　,判斷的依據是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)甲、乙兩種植物中,更適合在林下種植的是　　　　。
(4)某植物夏日晴天中午12:00時葉片的光合速率明顯下降,其原因是進入葉肉細胞的　　　　(填“O2”或“CO2”)不足。
解析　(1)由題圖可知,乙的光飽和點及光補償點都比甲低,因此甲、乙兩種植物在光照強度較低時乙更具有生長優勢。當光照強度大于a時,甲種植物光合作用強度高于乙種植物,因此甲種植物對光能的利用率較高。(2)根據曲線圖可知,甲種植物的光飽和點較高,對光照的需求大。當甲、乙兩種植物單獨種植時,如果種植密度過大,植株接受的光照強度減弱,甲種植物凈光合速率下降幅度較大。(3)乙種植物的光補償點較低,所以更適合在光照較弱的林下種植。(4)夏日晴天中午溫度過高,氣孔部分關閉,因此進入葉肉細胞的CO2不足,葉片的光合速率明顯下降。
答案　(1)甲　(2)甲　光照強度降低導致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大,種植密度過大,植株接受的光照強度減弱,導致甲植物凈光合速率下降幅度比乙大
(3)乙　(4)CO2
角度三 圍繞探究環境因素對光合作用影響的原理,考查科學探究能力
6.(2023·長沙模擬)某同學將新鮮金魚藻置于盛有NaHCO3溶液的燒杯中,改變燈泡與燒杯的距離,測定得到如圖所示結果。下列敘述正確的是 (　　)
A.本實驗的目的是探究CO2濃度對光合速率的影響
B.15~45 cm之間,氣泡產生速率代表凈光合速率
C.小于60 cm時,限制光合速率的主要因素是CO2濃度
D.60 cm時,光線太弱導致光合作用完全停止
解析　分析題目可知,本實驗改變燈泡與燒杯的距離,改變的是光照強度,所以本實驗的目的是探究光照強度對光合速率的影響,當距離小于60 cm時,限制光合速率的主要因素是光照強度,A、C兩項錯誤;在60 cm時,光線太弱,導致光合作用減弱,但光合作用沒有完全停止,D項錯誤。
答案　B
7.(2022·廣東卷)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養10天后(圖甲),測定相關指標(圖乙),探究遮陰比例對植物的影響。
甲
乙
回答下列問題:
(1)結果顯示,與A組相比,C組葉片葉綠素含量　　　　,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)比較圖乙中B1與A組指標的差異,并結合B2相關數據,推測B組的玉米植株可能會積累更多的　　　　　　　,因而生長更快。
(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結果,作出該條件可能會提高作物產量的推測,由此設計了初步實驗方案進行探究:
實驗材料:選擇前期　　　　一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。
實驗方法:按圖甲所示的條件,分A、B、C三組培養玉米幼苗,每組30株;其中以　　　　為對照,并保證除　　　　外其他環境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。
結果統計:比較各組玉米的平均單株產量。
分析討論:如果提高玉米產量的結論成立,下一步探究實驗的思路是　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)分析題圖乙結果可知,培養10天后,A組葉綠素含量為4.2,C組葉綠素含量為4.7,原因可能是遮陰條件下植物合成較多的葉綠素,以盡可能地吸收光能。(2)比較圖乙中B1葉綠素含量為 5.3,B2組的葉綠素含量為3.9,A組葉綠素含量為4.2;B1凈光合速率為20.5,B2組的凈光合速率為7.0,A組凈光合速率為11.8,可推測B組的玉米植株總葉綠素含量為(5.3+3.9)÷2=4.6,凈光合速率為(20.5+7.0)/2=13.75,兩項數據B組均高于A組,推測B組可能會積累更多的糖類等有機物,因而生長更快。(3)分析題意可知,該實驗目的是探究B組條件下是否提高作物產量。該實驗自變量為玉米遮光程度,因變量為作物產量,可用籽粒重量表示。實驗設計應遵循對照原則、單一變量原則、等量原則等,無關變量應保持相同且適宜,故實驗設計如下:實驗材料:選擇前期光照條件一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。實驗方法:按圖甲所示條件,分為A、B、C三組培養玉米幼苗,每組30株;其中以A組為對照,并保證除遮光條件外其他環境條件一致,收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。結果統計:比較各組玉米的平均單株產量。分析討論:如果B組遮光條件下能提高作物產量,則下一步需要探究能提高作物產量的具體的最適遮光比例是多少。
答案　(1)高　遮陰條件下植物合成較多的葉綠素　(2)糖類等有機物　(3)光照條件　A組　遮光程度　探究能提高作物產量的具體的最適遮光比例是多少
考點二　光合作用與細胞呼吸的綜合運用
1.光合作用與呼吸作用的比較。
項目 光合作用 呼吸作用
發生范圍 含葉綠體的植物細胞、藍細菌等 所有活細胞
發生條件 在光下進行 時時刻刻都進行
實質 合成有機物、儲存能量 分解有機物,釋放能量
圖解聯系
能量聯系
2.光合作用與有氧呼吸中有關的NADPH、NADH、ATP的來源與去路。
1.辨析凈光合速率與總光合速率。
(1)微觀辨析。
以光合速率大于呼吸速率為例
(2)結合曲線辨析。
(3)從語言文字中辨析。
總(真正)光合速率 凈(表觀)光合速率 呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量 “從環境(容器)中吸收”或“環境(容器)中減少”的CO2的量 黑暗中釋放的CO2的量
“產生”或“制造”的O2的量 “釋放至容器(環境)中”或“容器(環境)中增加”的O2的量 黑暗中吸收的O2的量
“產生”“合成”或“制造”的有機物的量 “積累”“增加”或“凈產生”的有機物的量 黑暗中消耗的有機物的量
注:真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。
①光合作用消耗的CO2量=從環境中吸收的CO2量+呼吸釋放的CO2量。
②光合作用產生的O2量=釋放到環境中的O2量+呼吸作用消耗的O2量。
2.自然環境與密閉環境中一晝夜內光合速率曲線的比較。
長句突破
1.(科學思維)已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的。將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中,適宜條件下照光培養。培養后發現兩種植物的光合速率都降低,原因是植物在光下進行光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量,使密閉小室中CO2濃度降低,光合速率也隨之降低。
2.(科學思維)若將某種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中,照光培養一段時間后,發現植物的有氧呼吸增加,原因是該植物在光下進行光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加,而O2與有機物分解產生的NADH發生作用生成水是有氧呼吸的一個環節,所以當O2增多時,有氧呼吸會增加。
3.(科學思維)晴朗夏日中午植物會出現氣孔關閉,光合速率下降的現象,這種現象稱為“光合午休”。請回答下列問題:
胞間CO2濃度指的是葉片內部葉肉細胞間隙的CO2濃度。實驗人員對處于“光合午休”狀態植物的胞間CO2濃度進行測定:若結果為胞間CO2濃度下降,則葉肉細胞中C3的含量會下降,原因是胞間CO2濃度下降,CO2的固定速率減慢,而C3的還原速率不變,導致C3的含量減少(答案合理即可);若結果為胞間CO2濃度沒有發生變化,則該植物光合速率下降的原因可能是中午溫度過高,與光合作用有關的酶的活性降低。
角度一 圍繞細胞呼吸與光合作用的聯系,考查物質與能量觀
1.(2023·葫蘆島期末)如圖所示為某綠色植物葉肉細胞中有氧呼吸和光合作用的兩個代謝過程,圖中C3代表含有三個碳原子的有機化合物,下列有關說法錯誤的是 (　　)
A.過程①②有光無光均可進行
B.過程③消耗的ATP和NADPH,由過程①②提供
C.過程④消耗的CO2量不一定等于過程②產生的CO2量
D.過程①發生在細胞質基質中,過程②③④發生在細胞器中
解析　①是有氧呼吸的第一階段,葡萄糖分解形成丙酮酸,發生在細胞質基質中,②是有氧呼吸的第二階段,發生在線粒體中,過程①②有光無光均可進行,A項正確;③表示C3的還原過程,需要消耗光反應產生的NADPH和ATP,B項錯誤;過程④消耗的CO2量不一定等于過程②產生的CO2量,因為光合速率和呼吸速率不一定相等,C項正確;①是有氧呼吸的第一階段,葡萄糖分解形成丙酮酸,發生在細胞質基質中,②是有氧呼吸的第二階段,發生在線粒體中,過程③④的場所是葉綠體,D項正確。
答案　B
2.綠色植物光合作用和細胞呼吸之間的能量轉換如圖所示,圖中①~⑥代表物質,下列有關敘述錯誤的是 (　　)
A.植物光反應把太陽能轉變為活躍的化學能貯存在①中
B.葉綠體中的NADPH和線粒體中的NADH都具有還原性
C.給植物提供O,短時間內生成的O2和CO2均可含18O
D.物質④在葉綠體基質中合成,在線粒體基質中分解
解析　植物光反應把太陽能轉變為活躍的化學能貯存在①ATP中,A項正確;葉綠體中的NADPH參與C3的還原,線粒體中的NADH與氧結合生成水,二者都具有還原性,B項正確;給植物提供O,O參與光反應生成18O2,O參與有氧呼吸的第二階段生成C18O2,因此短時間內生成的O2和CO2均可含18O,C項正確;物質④為葡萄糖,在葉綠體基質中合成,在細胞質基質中分解,D項錯誤。
答案　D
角度二 結合光合作用與細胞呼吸相關曲線,考查科學思維能力
3.(不定項)某研究小組利用特定的實驗裝置來研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響(其他實驗條件均相同且適宜),根據結果繪制成如圖所示曲線。下列有關敘述正確的是 (　　)
A.大于35 ℃時,該植物不能正常生長的原因是不能進行光合作用
B.25 ℃和30 ℃時該植物的CO2消耗量基本相等
C.該植物的細胞呼吸最適溫度為大于35 ℃左右
D.5~25 ℃,該植物積累的有機物逐漸減少
解析　由圖分析可知,大于35 ℃時,光合作用消耗CO2的量小于細胞呼吸產生CO2的量,說明光合速率小于呼吸速率,植物體不能生長,A項錯誤;由圖可知,25 ℃和30 ℃時該植物的CO2消耗量基本相等,B項正確;大于35 ℃時,細胞呼吸產生CO2的量還在增加,說明呼吸速率的最適溫度大于35 ℃,C項錯誤;5~25 ℃,光合作用CO2消耗量一直大于細胞呼吸產生CO2的量,說明凈光合速率大于0,該植物積累的有機物逐漸增多,D項錯誤。
答案　B
4.(2023·重慶南開中學調研)圖甲為某種植物在夏季晴朗無云的一晝夜植物CO2吸收量的變化,圖乙是同種植物在春季的某一晴天的變化情況。請回答下列問題:
　
甲 乙
(1)植物葉肉細胞中光合作用光反應的場所是　　　　　　　,在該部位分布著吸收光能的色素,其中　　　　　　　　主要吸收藍紫光和紅光。
(2)圖甲中該植物一天中有機物積累最多的時刻是　　　　(填圖中字母),在12點左右出現光合作用強度“低谷”,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)圖甲中E點和D點相比較,細胞內C3和NADPH的含量變化分別是　　　　、　　　　(填“增加”或“減少”)。圖乙中E點和D點相比較,細胞內C5和ATP的含量變化分別是　　　、　　　(填“增加”或“減少”)。
解析　(1)植物葉肉細胞中光合作用光反應的場所是葉綠體的類囊體薄膜,在該部位分布著吸收光能的色素,其中葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光。(2)據圖甲可知,由C~G,凈光合速率大于零,有機物一直在積累,因此到G點時,有機物積累量最大。在夏季炎熱的中午,氣溫過高,為了防止植物蒸騰作用散失太多的水分,植物葉片的部分氣孔會關閉,從而導致CO2吸收量下降,影響光合作用的暗反應。(3)圖甲中E點和D點相比較,胞間CO2降低,直接影響暗反應,C3含量會減少,短期內光反應正常進行,NADPH生成量不變,但消耗量減少,最終NADPH增加。圖乙中E點和D點相比較,光照強度降低,直接影響光反應,因此ATP的量會減少,C3還原受抑制,因此C5會減少。
答案　(1)葉綠體的類囊體薄膜　葉綠素a和葉綠素b　(2)G　溫度過高,氣孔大量關閉,CO2吸收不足　(3)減少　增加　減少　減少
角度三 結合農業生產和生活實踐,考查學以致用解決實際問題的能力
5.(2023·臨沂模擬)已知新生的植物組織呼吸速率較高,可以提供能量并把糖類物質轉化為構建新生組織所必需的材料,而成熟的組織呼吸速率較低,有利于降低有機物的消耗。為滿足人類的生產需求,可以改變環境條件影響植物組織的呼吸強度,下列調節呼吸強度的措施中不恰當的是 (　　)
A.地窖儲存的水果,最好置于低氧的環境
B.在種子有機物的快速積累期,應創設低溫條件
C.種植蔬菜的溫室大棚,夜間應適當升高CO2濃度
D.當淺層土壤缺乏無機鹽時,應松土提高根部O2濃度
解析　蔬菜和水果貯藏保鮮時的條件:零上低溫(抑制酶的活性)、低氧(抑制無氧呼吸)、適宜的濕度(保證水果、蔬菜中水分的充足),所以地窖儲存的水果,最好置于低氧的環境,A項正確;在種子有機物的快速積累期,不應創設低溫條件,B項錯誤;種植蔬菜的溫室大棚,白天應適當升高溫度和CO2濃度,夜間適當降低溫度和升高CO2濃度可抑制呼吸作用,減少有機物的消耗,C項正確;當淺層土壤缺乏無機鹽時,應松土提高根部O2濃度,促進植物的根系進行有氧呼吸,從而促進其更多地吸收土壤中的無機鹽,D項正確。
答案　B
6.(2020·全國卷Ⅰ)農業生產中的一些栽培措施可以影響作物的生理活動,促進作物的生長發育,達到增加產量等目的。回答下列問題:
(1)中耕是指作物生長期中,在植株之間去除雜草并進行松土的一項栽培措施,該栽培措施對作物的作用有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2點即可)。
(2)農田施肥的同時,往往需要適當澆水,此時澆水的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1點即可)。
(3)農業生產常采用間作(同一生長期內,在同一塊農田上間隔種植兩種作物)的方法提高農田的光能利用率。現有4種作物,在正常條件下生長能達到的株高和光飽和點(光合速率達到最大時所需的光照強度)見下表。從提高光能利用率的角度考慮,最適合進行間作的兩種作物是　　　　,選擇這兩種作物的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
作物 A B C D
株高(cm) 170 65 59 165
光飽和點 (μmol·m-2·s-1) 1 200 1 180 560 623
解析　(1)除去雜草可以減少雜草和農作物之間對水分、礦質元素和光的競爭,使能量更多地流向農作物;松土可以使土壤中O2含量增多,有利于根細胞進行有氧呼吸,進而增強根對礦質元素的吸收等活動。(2)肥料中的礦質元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收,因而農田施肥的同時常適當澆水,以使肥料中的礦質元素溶解在水中;另外,澆水還可以降低土壤溶液的滲透壓,防止作物因過度失水而死亡。(3)為了更充分地利用光照資源,間作過程中要確保高低作物的合理搭配。株高較高的作物獲取的光照充足,應選擇光飽和點較高的作物(作物A);株高較低的作物獲取的光照較少,應選擇光飽和點較低的作物(作物C)。
答案　(1)減少雜草對水分、礦質元素和光的競爭;增加土壤氧氣含量,促進根系的呼吸作用　(2)肥料中的礦質元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收　(3)A和C　作物A光飽和點高且長得高,可利用上層光照進行光合作用;作物C光飽和點低且長得矮,與作物A間作后,能利用下層的弱光進行光合作用
1.經典重組　判斷正誤
(1)光合作用過程中光能轉變為化學能,細胞呼吸過程中化學能轉變成熱能和ATP。(全國卷Ⅲ,2C) (×)
(2)夏季連續陰天,大棚中白天適當增加光照,夜晚適當降低溫度,可提高作物產量。(2018·全國卷Ⅱ,2B) (√)
(3)將一株生長正常的綠色植物置于密閉的玻璃容器內,在適宜條件下光照培養,隨培養時間的延長,玻璃容器內CO2濃度可出現的變化趨勢是降低至一定水平時保持相對穩定。(2019·海南卷,3D) (√)
(4)離體的葉綠體基質中添加ATP、[H]和CO2后,可完成暗反應。(全國卷Ⅱ) (√)
2.(不定項)(2022·湖南卷)在夏季晴朗無云的白天,10時左右某植物光合作用強度達到峰值,12時左右光合作用強度明顯減弱。光合作用強度減弱的原因可能是 (　　)
A.葉片蒸騰作用強,失水過多使氣孔部分關閉,進入體內的CO2量減少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影響,呼吸釋放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.葉綠體內膜上的部分光合色素被光破壞,吸收和傳遞光能的效率降低
D.光反應產物積累,產生反饋抑制,葉片轉化光能的能力下降
解析　夏季中午葉片蒸騰作用強,失水過多使氣孔部分關閉,進入體內的CO2量減少,暗反應減慢,光合作用強度明顯減弱,A項正確;夏季中午氣溫過高,導致光合酶活性降低,呼吸酶不受影響(呼吸酶最適溫度高于光合酶),光合作用強度減弱,但此時光合作用強度仍然大于呼吸作用強度,即呼吸釋放的CO2量小于光合固定的CO2量,B項錯誤;光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜而非葉綠體內膜上,C項錯誤;夏季中午葉片蒸騰作用強,失水過多使氣孔部分關閉,進入體內的CO2量減少,暗反應減慢,導致光反應產物積累,產生反饋抑制,使葉片轉化光能的能力下降,光合作用強度明顯減弱,D項正確。
答案　AD
3.(2021·廣東卷)與野生型擬南芥WT相比,突變體t1和t2在正常光照條件下,葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同(圖甲),造成葉綠體相對受光面積的不同(圖乙),進而引起光合速率差異,但葉綠素含量及其他性狀基本一致。在不考慮葉綠體運動的前提下,下列敘述錯誤的是 (　　)
　
甲 乙
A.t2比t1具有更高的光飽和點(光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度)
B.t1比t2具有更低的光補償點(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度)
C.三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關
D.三者光合速率的差異隨光照強度的增加而變大
解析　由題圖可知,突變體t1的葉綠體相對受光面積大于突變體t2的葉綠體相對受光面積,故突變體t1在較小的光照強度下就能達到光補償點和光飽和點,A、B兩項正確;野生型、突變體t1和突變體t2的葉綠素含量基本一致,故造成野生型、突變體t1和突變體t2光合速率的高低與葉綠素含量無關,C項正確;由題圖可知,三者的光合速率差異是由葉綠體在細胞中分布位置不同引起的,與光照強度無關,D項錯誤。
答案　D
4.(2022·湖南卷)將純凈水洗凈的河沙倒入潔凈的玻璃缸中制成沙床,作為種子萌發和植株生長的基質。某水稻品種在光照強度為8~10 μmol/(s·m2)時,固定的CO2量等于呼吸作用釋放的CO2量;日照時長短于12小時才能開花。將新采收并解除休眠的該水稻種子表面消毒,浸種1天后,播種于沙床上。將沙床置于人工氣候室中,保濕透氣,晝/夜溫為35 ℃/25 ℃,光照強度為2 μmol/(s·m2),每天光照時長為14小時。回答下列問題:
(1)在此條件下,該水稻種子　　　　(填“能”或“不能”)萌發并成苗(以株高≥2厘米,至少1片綠葉視為成苗),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若將該水稻適齡秧苗栽植于上述沙床上,光照強度為10 μmol/(s·m2),其他條件與上述實驗相同,該水稻　　　　(填“能”或“不能”)繁育出新的種子,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　(答出兩點即可)。
(3)若該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農田),為防鳥害、鼠害并減少雜草生長,須灌水覆蓋,該種子應具有
　　　　　　　　　　　　　特性。
解析　(1)種子萌發形成幼苗的過程中,消耗的能量主要來自種子胚乳中儲存的有機物,并且種子萌發所需的外界條件適宜,光照有利于葉片葉綠素的形成,種子仍能萌發并成苗。(2)將該水稻適齡秧苗栽植于題述沙床上,光照強度為10 μmol/(s·m2),等于光補償點,此時光照時沒有有機物的積累,黑暗中細胞呼吸仍需消耗有機物,且每天光照時長14小時大于12小時,植株不能開花,因此該水稻不能繁育出新的種子。(3)該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農田),為防鳥害、鼠害減少雜草生長,須灌水覆蓋,因此種子應有防澇特性,而且此時種子獲得氧氣較少,可通過無氧呼吸分解有機物供能,無氧呼吸產生的酒精對種子有一定的毒害作用,推測該種子應具有耐受酒精毒害的特性。
答案　(1)能　種子萌發所需外界條件適宜且種子萌發形成幼苗的過程中,消耗的能量主要來自種子胚乳中儲存的有機物,且光照有利于葉片葉綠素的形成　(2)不能　光照強度為10 μmol/(s·m2),等于光補償點,此時光照時沒有有機物的積累,黑暗中細胞呼吸仍需消耗有機物,故全天沒有有機物積累,且每天光照時長為14小時大于12小時,植株不能開花
(3)耐受酒精毒害(抗澇)
5.(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,可能的原因有　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　(答出2種原因即可);氧氣的產生速率繼續增加的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)據圖分析,與甲組相比,乙組加入BR后光抑制　　　　(填“增強”或“減弱”);乙組與丙組相比,說明BR可能通過　　　　　　　　　　　　發揮作用。
解析　(1)蘋果幼苗葉肉細胞中的色素有葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿卜素,其中胡蘿卜素在層析液中溶解度最大,故色素分離時,隨層析液在濾紙上擴散速度最快的色素是胡蘿卜素,主要吸收藍紫光。(2)影響光合作用的外界因素有光照強度、CO2的含量、溫度等;其內部因素有酶的活性、色素的數量、五碳化合物的含量等。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,可能的原因有五碳化合物供應不足、CO2供應不足;氧氣的產生速率繼續增加的原因是強光照射后短時間內,光反應速率增強,水光解產生的氧氣速率增加。(3)據圖分析,與甲組相比,乙組加入BR后光合作用強度較高,說明加入BR后光抑制減弱;乙組用BR處理,丙組用BR和試劑L處理,與乙組相比,丙組光合作用強度較低,由于試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成,說明BR可能通過促進光反應關鍵蛋白的合成發揮作用。
答案　(1)藍紫色　(2)五碳化合物供應不足　CO2供應不足　強光照射后短時間內,光反應速率增強,水光解產生的氧氣速率增加　(3)減弱　促進光反應關鍵蛋白的合成
(六)　植物“三率”判定的6種實驗模型
1.氣體體積變化法——測定光合作用O2增加的體積或CO2消耗的體積。
(1)測定裝置。
　
甲 乙
(2)測定方法及解讀。
①測定呼吸速率(裝置甲)。
a.裝置甲燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b.玻璃鐘罩遮光處理,以排除光合作用干擾。
c.置于適宜溫度環境中。
d.單位時間內紅色液滴向左移動距離代表呼吸速率。
②測定凈光合速率(裝置乙)。
a.裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液,用于保證容器內CO2濃度恒定,滿足光合作用需求。
b.給予較強光照處理,且溫度適宜。
c.單位時間內紅色液滴向右移動距離代表凈光合速率。
③根據“總(真正)光合速率=呼吸速率+凈光合速率”可計算得到總(真正)光合速率。
(3)物理誤差的校正:為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差,應設置對照實驗,即用死亡的相同綠色植物分別進行上述實驗,根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。
2.黑白瓶法——測水中溶氧量的變化。
注:瓶中氧氣充足,不考慮無氧呼吸。
3.半葉法——測定光合作用有機物的產生量。
將植物對稱葉片的一部分(A)遮光或取下置于暗處,另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不做處理),并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。一定時間后,在這兩部分葉片的對應部位截取同等面積的葉片,分別烘干稱重,記為MA、MB,開始時二者相應的有機物含量應視為相等,照光后的葉片重量大于暗處的葉片重量,超過部分即為光合作用產物的量,再通過計算可得出光合速率。
4.葉圓片稱重法。
測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量,如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。
凈光合速率=(z-y)/2S;
呼吸速率=(x-y)/2S;
總光合速率=凈光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
5.葉圓片上浮法——定性檢測O2釋放速率。
(1)實驗原理。
(2)實驗裝置分析。
a.自變量的設置:光照強度是自變量,通過調整臺燈與燒杯之間的距離來調節光照強度的大小。
b.中間盛水的玻璃柱的作用:吸收燈光的熱量,避免光照對燒杯內的水溫產生影響。
c.因變量是光合作用強度,可通過觀測單位時間內被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數量(或浮起相同數量的葉片所用的時間長短)來衡量光合作用的強弱。
6.間隔光照法——比較有機物的合成量。
光反應和暗反應在不同酶的催化作用下相對獨立進行,由于催化暗反應的酶的催化效率和數量都是有限的,因此在一般情況下,光反應的速率比暗反應快,光反應的產物ATP和NADPH不能被暗反應及時消耗掉。持續光照,光反應產生的NADPH和ATP不能及時被暗反應消耗,暗反應限制了光合作用的速率,降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替進行,則黑暗間隔有利于充分利用光照時積累的光反應的產物,持續進行一段時間的暗反應,因此在光照強度和光照時間不變的情況下,制造的有機物相對多。
1.如圖甲為光合作用最適溫度條件下,植物光合速率測定裝置圖,圖乙中a、b為測定過程中某些生理指標相對量的變化。下列說法不正確的是 (　　)
　
甲 乙
A.圖甲裝置在較強光照下有色液滴向右移動,再放到黑暗環境中有色液滴向左移動
B.若將圖甲中的CO2緩沖液換成質量分數為1%的NaOH溶液,其他條件不變,則植物幼苗葉綠體產生NADPH的速率將不變
C.一定光照條件下,如果再適當升高溫度,真光合速率會發生圖乙中從b到a的變化,同時呼吸速率會發生從a到b的變化
D.若圖乙表示圖甲植物光合速率由a到b的變化,則可能是適當提高了CO2緩沖液的濃度
解析　圖甲裝置在較強光照下,植物光合作用強度大于細胞呼吸強度,植物所需CO2由CO2緩沖液提供,而產生的O2會使裝置中氣體體積增大,因此有色液滴向右移動,如果再放到黑暗環境中,植物呼吸消耗O2,而產生的CO2又被CO2緩沖液吸收,因此有色液滴向左移動,A項正確;若將圖甲中的CO2緩沖液換成質量分數為1%的NaOH溶液,雖然光照條件不變,但由于無CO2提供,暗反應不能為光反應提供ADP與NADP+等物質,從而影響光反應的進行,產生NADPH的速率將下降,B項錯誤;在光合作用最適溫度時再升高溫度,與光合作用有關的酶活性會下降,真光合速率下降,而一般情況下與細胞呼吸有關的酶的最適溫度較高,此時酶活性會隨溫度升高而升高,因此呼吸速率會升高,C項正確;光合速率由a到b變化,說明光合速率升高了,影響光合速率的因素有光照強度、CO2濃度、溫度等,適當提高CO2濃度會增大光合速率,D項正確。
答案　B
2.(不定項)(2023·湖南衡陽質檢)研究者將對稱葉片一半遮光,另一半照光處理。經過一段時間后,在對稱部位截取同等面積(實驗處理前干重相同)的葉片,烘干稱重,用于相關速率的計算。不考慮光照條件對葉片呼吸速率的影響,下列說法正確的是 (　　)
A.遮光處理后葉綠體基質中C3的含量比照光處理后高
B.照光處理時類囊體薄膜上可發生NADP+與電子和H+結合
C.照光處理與遮光處理后葉片的干重差是由呼吸作用引起的
D.要計算光合作用速率還需測定同等面積葉片的初始干重
解析　遮光后,光反應停止,短時間內C3被還原成C5的過程減弱乃至停止,而C5固定CO2的過程仍能繼續,故遮光后C3含量會比照光時的C3含量高,A項正確;照光處理時類囊體薄膜上可產生NADPH,故可發生NADP+與電子和H+結合,B項正確;照光處理后與遮光處理后葉片的干重差(單位時間內)是真光合作用速率,因此不需要測定同等面積葉片的初始干重,C、D兩項錯誤。
答案　AB
3.某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率,做了下圖所示實驗。在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出),在不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1 cm2的葉圓片,烘干后稱其重量,測得葉片的光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h)(不考慮取葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實驗條件是 (　　)
A.下午4時后將整個實驗裝置遮光3 h
B.下午4時后將整個實驗裝置遮光6 h
C.下午4時后在陽光下照射1 h
D.晚上8時后在無光下放置3 h
解析　起始干重為上午10時移走時的葉圓片干重x g, 從上午10時到下午4時,葉片在這6 h內既進行光合作用,又進行呼吸作用,所以下午4時移走的葉圓片干重(y g)減去上午10時移走時的葉圓片干重(x g)的差值,就等于該葉圓片凈光合作用產生干物質的量:(y-x) g。若要求出呼吸作用消耗干物質量,應將葉片進行遮光處理,先假設葉片遮光處理為a小時后干重為z g,下午4時移走的葉圓片干重y g減去葉片遮光處理a小時后的干重z g的差值,就是呼吸作用消耗干物質量:(y-z) g。已知測得葉片的葉綠體光合作用速率=[(3y-2z-x)/6] g/(cm2·h),據真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率,得出(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/a,計算出a=3,A項正確。
答案　A
4.(不定項)在如圖所示的玻璃容器中,注入一定濃度的NaHCO3溶液并投入少量的新鮮綠葉碎片,密閉后,設法減小液面上方的氣體壓強,會看到葉片沉入水中。然后再用光照射容器,又會發現葉片重新浮出液面。以下分析正確的是 (　　)
A.改變溫度,會影響葉片開始上浮所需的時間
B.改變光照強度,不影響葉片開始上浮所需的時間
C.改變NaHCO3溶液的濃度,不影響葉片開始上浮所需的時間
D.若將裝置置于黑暗中,上浮的葉片又會下沉
解析　改變溫度,會改變光合作用強度,進而影響葉片開始上浮所需的時間,A項正確;改變光照強度,會改變光合作用強度,進而影響葉片開始上浮所需的時間,B項錯誤;改變NaHCO3溶液的濃度,即改變二氧化碳的濃度,這會影響光合作用強度,進而影響葉片開始上浮所需的時間,C項錯誤;若將裝置置于黑暗中,葉片只能進行呼吸作用消耗葉肉細胞間隙中的氧氣,導致上浮的葉片又會下沉,D項正確。
答案　AD
5.通常,對于一個水生生態系統來說,可根據水體中含氧量的變化計算出生態系統中浮游植物的總初級生產量(生產者所制造的有機物總量)。若要測定某一水生生態系統中浮游植物的總初級生產量,可在該水生生態系統中的某一水深處取水樣,將水樣分成三等份,一份直接測定O2含量(A);另兩份分別裝入不透光(甲)和透光(乙)的兩個玻璃瓶中,密閉后放回取樣處,若干小時后測定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。據此回答下列問題:
在甲、乙瓶中生產者呼吸作用相同且瓶中只有生產者的條件下,本實驗中C與A的差值表示這段時間內　　　　　　　　　　　;C與B的差值表示這段時間內　　　　　　　　　　　　　　　;A與B的差值表示這段時間內　　　　　　　　　　　　　　。
解析　單位時間生產者制造有機物的量等于生產者積累有機物的量與呼吸量的總和。題述測量的三份水樣中A為對照,B為生產者進行呼吸作用后剩余的氧氣量,C為生產者進行光合作用和呼吸作用后玻璃瓶中的氧氣量。C與A的差值(C-A)表示該段時間內生產者凈光合作用的放氧量(或積累有機物的量),A與B的差值(A-B)表示該段時間內生產者進行呼吸作用消耗氧氣的量(或消耗有機物的量)。所以該段時間內生產者光合作用的總放氧量(或制造有機物的量)為(C-A)+(A-B)=C-B。
答案　生產者凈光合作用的放氧量　生產者光合作用的總放氧量　生產者呼吸作用的耗氧量
科學探究
(四) 實驗設計的思路和步驟
【典例】　(2019·全國卷Ⅰ節選)將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理,該植物根細胞中溶質濃度增大,葉片中的脫落酸(ABA)含量增高,葉片氣孔開度減小。
有研究表明:干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料,設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。
解析　本實驗需先設計干旱處理與非干旱處理的對照,證明干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的;再設計在干旱條件下ABA處理組與非ABA處理組的對照,證明干旱條件下氣孔開度減小是由ABA引起的。
答案　實驗思路:取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度,經干旱處理后,再測定氣孔開度。預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變。將上述經干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組,在干旱條件下,一組進行ABA處理,另一組作為對照組,一段時間后,分別測定兩組的氣孔開度。預期結果是ABA處理組氣孔開度減小,對照組氣孔開度不變。
1.對比實驗思路與實驗步驟的主要特點和書寫技巧。
2.注意事項。
要求寫出實驗思路和實驗步驟的試題,都要注意“無關變量”的描述,尤其是寫出實驗步驟類試題。因為無關變量是決定實驗成功的關鍵因素,寫實驗步驟時,必須要對無關變量的操作作出說明。在一個實驗中,人為設置的變量,除了自變量,都是無關變量,若已經學習過無關變量的具體內容(如某種酶發揮作用的最適溫度為37 ℃),則需明確寫出;若沒有學習過無關變量的具體數值(如保溫時間),則可用“適宜且相等”“理想條件下”等文字表述。
1.(2023·山東模擬)光質對植物的生長發育、光合特性、產量、品質等方面均有較大影響。例如,紅光處理的番茄幼苗的葉綠素含量增加,氣孔導度蒸騰速率有所提高,光合速率顯著高于其他處理;藍光處理的葉綠素含量略低,但光合速率仍顯著高于對照。最近的研究顯示,在自然光(即白光,W)中添加遠紅光(FR,波長為700~800 nm)能顯著提高溫室番茄的產量,這對大棚蔬菜瓜果的生產具有重要意義。
(1)葉綠體內吸收紅光的色素是　　　　　。
(2)藍光處理的葉綠素含量略低,但光合速率仍顯著高于對照,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在白光中額外添加遠紅光,盡管凈光合速率下降,但番茄產量卻上升了。據圖所示結果分析,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)設W為一定的白光強度(強度表示為W1~W5),R為一定的遠紅光強度(強度表示為R1~R5)。現欲探究促進番茄產量的最佳條件配比,試闡述實驗設計思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)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,故葉綠體內吸收紅光的色素是葉綠素a和葉綠素b。(2)藍光處理的葉綠素含量略低,但光合速率仍顯著高于對照,原因可能是藍光可促進氣孔開放,增加了葉片的胞間CO2濃度(或藍光使類胡蘿卜素含量增加)。(3)由圖分析:加遠紅光后,番茄光合作用制造的有機物在各器官中的配比發生了變化,分配在果實中的有機物比例上升,分配在葉中的有機物比例下降,所以雖然凈光合速率下降,但是番茄產量卻升高了。(4)結合題意可知,本實驗的目的是“探究促進番茄產量的最佳條件配比”,則實驗的自變量為W和R的關系,因變量為番茄產量,實驗設計應遵循對照原則與單一變量原則,整個實驗過程中,除光照以外,其他條件適宜且相同。實驗設計思路為:設定白光強度為W1,測定該白光強度和各遠紅光強度配比時的番茄產量;而后改變白光強度為W2,測定其和各遠紅光強度配比時的番茄產量;同理,依次求得各白光強度和各遠紅光強度的配比時的番茄產量,在以上實驗組中,找到番茄產量最高的組別即為最佳白光強度和遠紅光強度的配比。
答案　(1)葉綠素a和葉綠素b　(2)藍光可促進氣孔開放,增加了葉片的胞間CO2濃度(或藍光使類胡蘿卜素含量增加)　(3)添加遠紅光后,番茄光合作用制造的有機物在各器官中的分配占比發生了變化,分配到番茄果實中的有機物占比上升,所以盡管凈光合速率下降,但番茄產量卻增加了　(4)設定白光強度為W1,測定該白光強度和各遠紅光強度配比時的番茄產量;而后改變白光強度為W2,測定其和各遠紅光強度配比時的番茄產量;同理,依次求得各白光強度和各遠紅光強度的配比時的番茄產量,在以上實驗組中,找到番茄產量最高的組別即為最佳白光強度和遠紅光強度的配比
2.腎上腺素是臨床上搶救過敏性休克的首選藥物,人們常用腎上腺素作為研究課題進行生理實驗研究。請回答以下問題:
(1)某些神經元也能分泌腎上腺素,進入突觸間隙的腎上腺素,可以與突觸后膜上的相應受體結合,引發突觸后膜　　　　變化;也可以與突觸前膜上的相應受體結合,抑制腎上腺素繼續分泌,實現　　　　調節。多數最終又被突觸前膜攝取,并貯存在突觸小泡中,實現　　　　利用。
(2)已知腎上腺素能使魚類體表黑色素細胞的色素顆粒聚集,使體表顏色變淺;而乙酰膽堿能使魚類體表黑色素細胞的色素顆粒擴散,使體表顏色加深,為驗證腎上腺素和乙酰膽堿對魚類體色的影響,科研人員進行了相關實驗,請完善下列實驗內容:
實驗對象:體長約10 cm且體色相近的同種鯽魚若干條。
藥品及用具:魚用生理鹽水,適宜濃度的腎上腺素、乙酰膽堿,注射器等。
實驗步驟:
第一步:將鯽魚平均分成三組,編號為甲、乙、丙,分別放入三個玻璃缸中置于背光處飼養一段時間。
第二步:給甲組鯽魚腹腔中注入2 mL一定濃度的乙酰膽堿,乙組鯽魚腹腔中注入　　　　　　　　　　,而丙組鯽魚腹腔中注入　　　　　　　　　作為對照。
第三步:將裝有上述處理后鯽魚的玻璃缸置于　　　　　　處,約2 h后,觀察比較三組鯽魚體表顏色的變化。
預期實驗結果:甲、乙、丙三組鯽魚的體色由淺到深依次是　　　　。
解析　(1)腎上腺素可由突觸前膜釋放,引起突觸后膜的電位變化。腎上腺素與突觸前膜相應的受體結合,抑制腎上腺素繼續分泌,屬于負反饋調節。作用過后的腎上腺素大多被突觸前膜攝取,實現了重復利用。(2)實驗設計要遵循單一變量原則和對照原則,所以第二步中乙、丙兩組應分別注入等量的腎上腺素和等量的魚用生理鹽水;因為魚類的眼和松果體能感知光照變化而影響體內腎上腺素和乙酰膽堿的含量,所以第三步需將裝置放于背光處,否則實驗結果將受到影響;由題干信息可知,腎上腺素使魚體表顏色變淺,乙酰膽堿使魚體表顏色變深,由此可推出甲、乙、丙三組魚的體色由淺到深依次是乙、丙、甲。
答案　(1)電位　(負)反饋　重復(多次)　(2) 一定濃度的等量的腎上腺素　等量的魚用生理鹽水　背光　乙、丙、甲

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