影响光合作用速率的因素
丹阳市珥陵高中 徐邓华
丹阳市珥陵高中 徐邓华
| 因素 |
曲线图 |
对光合作用的影响 |
在生产上的应用 |
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光 照 光 照 |
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光
照
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照
光
照
光 照 时 间 |
植物在夏季一天内的变化 |
光照时间越长，产生的光合产物越多。C3植物在夏季的一天中：6—10时的光照不断增强，光合强度不断增强；12时左右气温高，蒸腾作用很强，部分气孔关闭，CO2供应减少，光合强度减弱；14—17时的光照减弱，所以光合强度不断减弱。 |
1夏季中午农作物避免低温水浇灌； 2光照过强的中午对农作物进行遮阴处理。 |
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光 照 强 度 光 照 强 度 |
光照强度与CO2吸收释放量的关系 |
光补偿点：指在一定光强范围内，光合过程中吸收的CO2呼吸过程中放出的CO2等量的光照强度。 光饱和点：指当达到某一光强时，光合速率就不再增加时的光强。无光照时植物只能进行呼吸作用，有光照时，随光照增强光合强度增强，但当达到光饱点后不再增强，此时限制光合强度的因素是温度或CO2浓度。 |
延长光合作用时间：通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间可提高粮食产量。 |
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光照强度与阳生、阴生植物对CO2吸收释放量的关系 |
一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。 光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。 所以在栽培农作物时，阳生植物必须种植在阳光充足的条件下才能提高光合作用效率，增加产量；而阴生植物应当种植在阴湿的条件下，才有利于生长发育，光照强度大，蒸腾作用旺盛，植物体内因失水而不利于其生长发育，如人参、三七、胡椒等的栽培，就必须栽培于阴湿的条件下，才能获得较高的产量。 |
阳生植物（如水稻、小麦）种植在阳光充足的地方，阴植物（如胡椒）种植在荫蔽的地方。 |
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光照强度与不同温度、不同CO2浓度对光合作用强度的影响 |
P点以前随光照强度的增加，光合强度增大，其限制因素是光强，但达到饱点Q以后不再增加，其限制因素是温度或CO2浓度。 注意：曲线开始一段都是相同的。 |
当光照强度达到饱和点后，提高农作物产量的方法：1适当提高温度；2提高CO2浓度：施放干冰；利用CO2发生器；施用农家肥，利用微生物发酵产生CO2等方法。 |
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光照强度与光质、CO2浓度、温度对光合作用强度的影响 |
图中三曲线开始时光合强度就有差异，最后也有差异，这说明跟CO2浓度、环境温度、光质都有关。植物在不同的CO2浓度、环境温度、光质下，随光照强度的增加，光合作用强度增加都可能不一样。 |
大棚作物一般采用无色透明塑料棚；白天升温，晚上降温；大棚内施放干冰或与养殖场相连。 |
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光照强度对光合作用强度的影响 |
在P点之前，不管是C3植物还是C4植物都随光照强度的增强光合作用强度不断增强，但达到各自的光饱和点后都不再增强，其限制因素主要是温度和CO2浓度。在Q点造成两曲线差异的原因主要是C4植物比C3植物光能利用率高，C3植物比C4植物更容易达到光饱和点。注意与CO2浓度对光合强度影响的区别：在同光照、较适宜、高浓度的CO2的情况下，C3植物的光合强度反而比C4植物高。 |
C4植物宜种植在热带地区、C3宜种植在温带地区。 |
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光 质 |
红光 光照强度与光质对光合强度的影响 |
开始时光合强度就不同，最后达到了相同，这说明与温度、CO2浓度没有关系，除了这两个因素和光强度外重复的因素只有光质，不同的光质影响光反应，因此最初光合强度就有差异，但随光强度的增强，最终都能达到光的饱和点。 |
农作物宜种植在全光照下，但阳生植物宜种植在阳光充裕的地方，阴生植物宜种植在阳光较弱的地方。 大棚作物宜用无色塑料薄膜。 |
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温 度 温 度 |
温度对光合作用强度的影响 |
它主要通过影响暗反应中酶的催化效率来影响光合作用的速率。在一定温度范围内，随着温度的升高，光合速率随着增加，超过一定的温度，光合速率不但不增大，反而降低。因温度太高，酶的活性降低。此外温度过高，蒸腾作用过强，导致气孔关闭，CO2供应减少，从而间接影响光合速率。 |
1适时播种。 2增加昼夜温差，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温度，以降低呼吸作用，保证植物有机物积累。 |
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温度与不同光强或不同CO2浓度对光合强度的影响 |
P点之前，限制光合速率的因素是温度，随温度的升高，其光合速率不断提高。Q点时是酶的最适温度，要提高光合速率，只有提高光强或CO2浓度。Q点后酶的活性随温度降低而降低，其光合速率也随之降低。 |
当温度达到酶的最适温度时，可提高光照强度或提高CO2浓度来提高光合速率。 |
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温度与光合作用和呼吸作用的关系 |
温度：植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。如左图所示。 所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。 |
措施：白天适当提高温度，晚上适当降低温度。 |
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CO2 浓 度 CO2 浓 度 |
外界CO2浓度对叶片光合强度的影响 （注意：此图是外界CO2浓度对叶片光合强度的影响） |
从图中看出：外界CO2浓度很低时，绿色植物叶不能利用外界的CO2制造有机物，只有当植物达到CO2补偿点后才利用外界的CO2合成有机物。随着CO2含量的继续提高，光合作用逐渐增强；当CO2提高到一定程度时，光合作用强度不再随CO2含量的提高而增强此时限制的主要因素是温度或光照强度。 |
施用有机肥料；温室栽培植物时，可以适当提高CO2浓度。大田生产要“正其行，通其风”从而提高产量。 |
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（注意：此图与外界CO2浓度对叶片光合强度影响的区别） |
a-b:CO2太低，农作物消耗光合产物； b-c:随CO2的浓度增加，光合作用强度增强； c-d:CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变； d-e:CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。 |
同上 |
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CO2浓度对C3、C4的光合强度的影响 |
由于C4植物叶肉细胞中含有PEP羧化酶，对CO2的亲和力很强，可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，故C4植物能利用较低的CO2进行光合作用，CO2的补偿点低，容易达到CO2饱和点。而C3植物的CO2的补偿点高，不易达到CO2饱和点。故在较低的CO2浓度下（通常大气中的CO2浓度很低，植株经常处于“饥饿状态”）C4比C3植物的光合作用强度强（即P点之前）。一般来说,C4植物由于“CO2泵”的存在,CO2补偿点和CO2饱和点均低于C3植物。 |
增施CO2更有利于C3植物的光合作用，有利提高产量。 |
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水 或 矿 质 元 素 |
A 吸水量或矿质元素吸收量对光合速率的影响 |
水是光合作用原料之一，同时也是代谢的必须介质，缺少时会使光合速率下降。矿质元素如：Mg是叶绿素的组成成分，N是光合作用有关酶的组成成分，P是ATP的组成成分，缺少也会影响光合速率。 |
合理灌溉、合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，增加光合作用速率。 |
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叶 龄 |
叶龄对光合速率的影响 |
1随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率不断增加； 2壮叶时，叶面积、叶绿体都处于稳定状态，光合速率基本稳定；3老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降。 |
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶。 |
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叶 面 指 数 |
叶面指数与物质量的关系 |
OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增大，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。OB段干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，所以干物质的量不断降低，如BD段。E点表示光合作用实际量与呼吸量相等,干物质量积累为零。植物的叶面积指数不能超过D点，超过植物将入不敷出，无法生活下去。 |
适当间苗、修剪，合理施肥，避免徒长，上部叶片太多，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点之下，白白浪费有机物。温室栽培植物时，可增加光合作用面积，合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。 |
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例1、（2006广东卷）材料1：1642年，比利时科学家海尔蒙特进行了一项著名的柳树实验。他在一个花盆里栽种了一棵2.3kg的柳树。栽种前，花盆里的泥土经过高温烘烤干燥后称重为90.8kg。以后的5年中，海尔蒙特除了只给柳树浇水外，没有在花盆里添加任何物质，每年秋天柳树的落叶也没有称重和计算。5年后，他将柳树和泥土分开称重，发现柳树的重量变成了76.7kg，泥土烘干后的重量为90.7kg，比原来只减少0.1kg。于是他得出结论：柳树获得的74.4kg物质只是来源于水。
材料2：科学家将一盆绿色植物放在不同波长的光下照射，然后测量该植物对不同光质的吸光率，结果列于下表：
(1)根据你所掌握的生物学知识，判断海尔蒙特的结论是否确切?为什么?
(2)花盆内的泥土减少了0.1kg，其原因是
(3)请用上表数据在指定方格纸内绘出植物叶片光吸收变化曲线，并分析得出结论
(4)CO2浓度对植物光合作用强度影响的规律如下图。当外界CO2浓度处于A时，植物叶
片光合作用所固定的CO2量与
（2）土壤中的矿质离子被柳树吸收。（3）横坐标应标出波长（nm），每一格表示50nm，
从原点400—900，纵坐标标出吸率%），每一格表示10，从10—100。然后按照表格数据描出曲线。结论：光合作用时主要吸收红光和蓝紫光。（4）呼吸释放CO2的量
例2、（2005年上海卷）回答有关光合作用的问题。
下图表示当影响光合作用的因素X、Y和Z变化时，光合作用合成量和光强度的关系。
（1）图中X1、X2、X3的差异是由于某种原因______________影响了光合作用的___________所导致。要提高大棚作物的光合作用合成量，由X3增加为X1，最常采取的简便而有效的措施是__________________________________。
（2）图中Y1、Y2、Y3的差异是由于_____________影响了光合作用的________所致。
（3）图中Z1、Z2、Z3的差异表现在光合作用中________反应的不同，如果Z因素代表植物生长发育期，则代表幼苗期、营养生长和现蕾开花期的曲线依次是______________。
解析：光合作用的过程分光反应和暗反应两阶段，影响光合作用的因素有内因和外因。内因是：光合作用的强度随着绿色植株生长发育的进程而逐渐增加，一般于现蕾开花阶段达到最高值，过后随着植物的衰老而趋减弱。外界环境因素如光照强度、温度、CO2 浓度、水和其他因素，也都会对光合作用产生影响。其中，光照强度主要影响光反应的进行，而温度和CO2 浓度主要影响暗反应的进行。
（1）据图判断：X1、X2、X3 的差异与光照强度无关，是由于温度和CO2浓度影响了光合作用的暗反应所导致。要提高大棚作物的光合作用产量最常用的简便而有效的措施是增加CO2的浓度和适当提高温度。
（2）从图2可知：光合作用产量与光强度有关，Y1、Y2、Y3的差异的由于不同光谱影响了光反应的进行。因为，叶绿素对不同光谱的吸收具有选择性，主要吸收红光和蓝紫光。
（3）从图文中所提供的信息可知：出现Z1、Z2、Z3的差异是植物内部因素决定的，在不同的生长发育阶段其光合作用的能力有差异，在幼苗期最弱，现蕾开花期最强。所以，Z1代表现蕾开花期，Z2代表营养生长期，Z3代表幼苗期。
答案：（1）CO2浓度和温度
例3． （06年四川）将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以CO2的吸收速率表示），测定结果如下图。下列相关叙述，正确的是：
[解析]本题考查的CO2浓度和光照强度对光合作用的影响，二者的变动都会影响光合作用的补偿点和最大光合作用强度。本题涉及光合作用的CO2浓度和光照强度两个基本条件。假定光照强度降低，要达到补偿点a，则需要更高的CO2浓度，a点应右移，A、B选项不正确；假定光照强度升高，CO2利用率升高，要达到光补偿点a，在CO2浓度低一些的时候即可达到，a点应左移，C选项不正确，故D项正确。另外，光照强度升高，则需要更高浓度的CO2才能达到最大光合作用强度，b点应右移。
例4．（06年黄冈质检）下图表示植物放在不同浓度的CO2环境条件下，其光合作用速率受光照强度影响的变化曲线。与a点相比较，b点时叶肉细胞内C3的含量；与c点相比较，b点时叶肉细胞内C3的含量，其变化情况是（
A、高、基本一致
答案：D
例5、（06年上海）请回答下列有关光合作用的问题。在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定某双子叶植物叶片在不同光照条件下的光合作用速度，结果如下表。表中负值表示二氧化碳释放量，正值表示二氧化碳吸收量。
| 光照强度（千勒克司） |
光合作用速度（CO2mg/100cm2叶 •
小时） |
| 1.0 |
-2.0 |
| 3.0 |
+2.0 |
| 5.0 |
+6.0 |
| 7.0 |
+10.0 |
| 8.0 |
+12.0 |
| 10.0 |
+12.0 |
(1)在下面坐标系上绘出光照强度与该植物叶片光合作用速度的关系图。
(2)该植物叶片的呼吸速度是________(CO2mg/l00cm2叶·小时)。
(3)在光照强度为________千勒克司时，该植物叶片光合成量和呼吸消耗量相等。
(4)在一天中，将该植物叶片置于10千勒克司光照下10小时，其余时间置于黑暗中，则每100cm2叶片产生的葡萄糖中有________mg将转化为淀粉。(取小数点后一位)
(5)据图分析，在0～8千勒克司范围内，光合作用速度受________因素影响；超过8千勒克司时，光合作用速度受________因素影响。
[解析]本题考查的是植物的光合作用、呼吸作用及相关计算。在高考能力测试中，主要考查呼吸作用的实验分析与实验设计，可通过光合作用、呼吸作用反应式，结合一次函数进行定量的分析和计算，同时多注意光合作用和呼吸作用的影响因素在实践中的应用。
（1）
（2）
（3）
（4）
=43.6mg
（5）
答案：（2）4