熱點(diǎn)專題4　光合作用、呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

(本講對應(yīng)學(xué)生用書P77)熱點(diǎn)專題4光合作用、呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)熱點(diǎn)歸納］近年高考對細(xì)胞代謝的考查往往將光合作用和細(xì)胞呼吸綜合起來，常結(jié)合具體的實(shí)例、模型或坐標(biāo)曲線，或結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作物增產(chǎn)進(jìn)行考查。作物生長速度取決于凈光合速率，即實(shí)際光合速率與呼吸速率之差。影響光合作用的因素有光照、溫度、CO2濃度、水和無機(jī)鹽等，影響呼吸速率的因素有溫度、O2濃度、水等。無論采取什么措施，只要能提高光合速率或降低呼吸速率，就可以達(dá)到增產(chǎn)的目的，具體措施總結(jié)如下：（1）常規(guī)措施：①蔬菜大棚采用無色透明的薄膜；②補(bǔ)光；③夜晚適當(dāng)降低溫度；④中耕松土。（2）套作。在同一塊田地上，在前一季作物生長后期，將后一季作物播種或栽植在前季作物的株、行間或畦間的種植方式。套作這種耕作方式可以有效地解決季節(jié)矛盾，提高復(fù)種指數(shù)，延長光照時(shí)間，提高光能利用率，從而提高產(chǎn)量。（3）間作。兩種或多種作物，在同一塊田地上，隔株、隔行或隔畦同時(shí)栽培。如豆科植物與禾本科植物（玉米與大豆）間作，這是因?yàn)榇蠖鼓芡ㄟ^根部的根瘤菌固定空氣中的氮素，然后通過土壤環(huán)境供給玉米利用，使玉米生長旺盛，與此同時(shí)大豆的蛋白質(zhì)含量也比單獨(dú)種植時(shí)高。不同的農(nóng)作物對光照的要求不同，玉米對陽光的要求更強(qiáng)，大豆則相對較弱。間作有利于通風(fēng)透光，充分合理地利用土地和光能，從而提高產(chǎn)量。（4）輪作。在一定年限內(nèi)，同一塊田地按預(yù)定的順序，輪換種植不同的作物。合理的輪作，能夠改變原有的食物鏈，防治病蟲害；合理利用土壤中的礦質(zhì)元素，恢復(fù)和提高土壤肥力，有效防止土壤肥力的衰竭；還可以防止或減少雜草滋生等，最終達(dá)到提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的目的。【典例】農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一些栽培措施可以影響作物的生理活動(dòng)，促進(jìn)作物的生長發(fā)育，達(dá)到增加產(chǎn)量等目的?；卮鹣铝袉栴}：（1）中耕是指作物生長期中，在植株之間去除雜草并進(jìn)行松土的一項(xiàng)栽培措施，該栽培措施對作物的作用有

______________________________

（答出2點(diǎn)即可）。

作物ABCD株高/cm1706559165光飽和點(diǎn)/（μmol·m-2·s-1）12001180560623

減少雜草對水分、礦質(zhì)元素和光的競爭；增加土壤氧氣含量，促進(jìn)根系的呼吸作用（2）農(nóng)田施肥的同時(shí)，往往需要適當(dāng)澆水，此時(shí)澆水的原因是

（答出1點(diǎn)即可）。

（3）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常采用間作（同一生長期內(nèi)，在同一塊農(nóng)田上間隔種植兩種作物）的方法提高農(nóng)田的光能利用率?，F(xiàn)有4種作物，在正常條件下生長能達(dá)到的株高和光飽和點(diǎn)（光合速率達(dá)到最大時(shí)所需的光照強(qiáng)度）見下表。從提高光能利用率的角度考慮，最適合進(jìn)行間作的兩種作物是

，選擇這兩種作物的理由是_______________________________________________________________

。

肥料中的礦質(zhì)元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收

A和C作物A光飽和點(diǎn)高且長得高，可以利用上層光照進(jìn)行光合作用；作物C光飽和點(diǎn)低且長得矮，與作物A間作后，能利用下層的弱光進(jìn)行光合作用【解析】（1）中耕松土過程中去除了雜草，減少了雜草和農(nóng)作物之間的競爭；疏松土壤可以增加土壤的含氧量，有利于根細(xì)胞的有氧呼吸，促進(jìn)礦質(zhì)元素的吸收，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。（2）農(nóng)田施肥時(shí)，肥料中的礦質(zhì)元素只有溶解在水中，以離子形式存在，才能被作物根系吸收。（3）分析表中數(shù)據(jù)可知，作物A、D的株高較高，B、C的株高較低，作物A、B的光飽和點(diǎn)較高，適宜在較強(qiáng)光照下生長，C、D的光飽和點(diǎn)較低，適宜在弱光下生長，綜合上述特點(diǎn)，應(yīng)選取作物A和C進(jìn)行間作，作物A可利用上層光照進(jìn)行光合作用，作物C能利用下層的弱光進(jìn)行光合作用，從而提高光能利用率。解題指導(dǎo)（1）中耕松土是指對土壤進(jìn)行淺層翻倒、疏松表層土壤。中耕松土的作用有：疏松表土、增加土壤通氣性、提高地溫，促進(jìn)好氧微生物的活動(dòng)和養(yǎng)分有效化、去除雜草、促使根系伸展、調(diào)節(jié)土壤水分狀況。（2）礦質(zhì)元素只有溶解在水中，以離子形式存在，才能被植物的根系選擇吸收。［高考試練］1.（2024年黑龍江哈爾濱三模）棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，適宜在光照充足的條件下生長。某科研小組為了解棉花品種A、B的光合特性，在其開花期進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖所示。已知，在暗反應(yīng)過程中，RuBP羧化酶是催化CO2固定的關(guān)鍵酶?；卮鹣铝袉栴}：（1）由圖甲可知，棉花品種

更適合在強(qiáng)光下生長，結(jié)合圖乙、圖丙分析其原因是

。

A

品種A葉綠素含量和RuBP羧化酶活性均高于品種B，在強(qiáng)光下凈光合速率更高（2）葉綠素位于

，其吸收的光能可轉(zhuǎn)化并儲存在

中，這部分能量可用于暗反應(yīng)中

葉綠體基質(zhì)（填生理過程）。

（3）在暗反應(yīng)過程中，RuBP羧化酶發(fā)揮作用的場所是

。當(dāng)環(huán)境中O2濃度大于CO2濃度時(shí)，RuBP羧化酶又會(huì)催化C5和O2反應(yīng)生成C3和C2進(jìn)行光呼吸，而淀粉酶只能催化淀粉分解，說明RuBP羧化酶的專一性比淀粉酶

（填“強(qiáng)”“弱”或“相同”），CO2/O2的值

（填“越大”或“越小”），越有利于光呼吸的發(fā)生。（葉綠體）類囊體薄膜ATP、NADPHC3的還原葉綠體基質(zhì)弱越小（4）給棉花提供18O2，在有光照的條件下，18O可能出現(xiàn)在光合作用產(chǎn)物（CH2O）中，原因是

。

2.（2025年浙江開學(xué)考試）

智慧農(nóng)業(yè)通過智能技術(shù)可精準(zhǔn)調(diào)控植物工廠內(nèi)光照、溫度、濕度、CO2和營養(yǎng)液等因素，果蔬生長快、周期短、不受季節(jié)影響。但生菜過快生長易引發(fā)生理性病害如干燒心，影響葉菜的品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益?？蒲腥藛T對生菜干燒心的發(fā)生及其防控進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表所示。項(xiàng)目甲組乙組丙組丁組戊組LED紅光∶LED藍(lán)光1∶22∶13∶23∶23∶2濕度/%9090907050葉綠素含量/（g·m-2）0.1410.1550.1830.1750.180葉凈光合速/（μmol·m-2·s-1）15.8516.8119.4719.5219.45新葉鈣離子含量/%40.4138.6225.2050.6663.94干燒心發(fā)生率/%51.6558.3263.9146.5425.68請回答：（1）LED光源為生菜的光合作用提供

。光反應(yīng)發(fā)生的場所在

，水光解的產(chǎn)物是

，卡爾文循環(huán)為光反應(yīng)提供的物質(zhì)有

。若將甲組生菜轉(zhuǎn)移到乙組環(huán)境中，持續(xù)一段時(shí)間，達(dá)到新的平衡，此時(shí)C5和C3的含量與變化之前相比分別為

、

。

（2）據(jù)表分析，與新葉Ca2+含量呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)是

。為提高新葉Ca2+含量，采用提高營養(yǎng)液中Ca2+含量的措施是否可行？

，理由是

。

能量類囊體薄膜O2、H+、e-

ADP（Pi）、NADP+升高升高干燒心發(fā)生率不行

營養(yǎng)液滲透壓過高易引發(fā)生菜滲透失水（或植物工廠能精準(zhǔn)調(diào)控營養(yǎng)液中鈣離子濃度；新葉缺鈣不是由營養(yǎng)液缺鈣造成的）（3）降低環(huán)境濕度不僅能有效防控生菜干燒心的發(fā)生，還能提高生菜的品質(zhì)，如圖所示。綜合分析，干燒心發(fā)生率隨濕度降低而下降的主要原因是___________________

。

選用

的條件，最有利于提高生菜產(chǎn)量和品質(zhì)。

濕度降低）氣孔導(dǎo)度增大，蒸騰速率提高，引起新葉Ca2+含量升高（干燒心發(fā)生率降低）戊組【解析】（1）生菜進(jìn)行光合作用需要光照，其中LED光源為生菜的光合作用提供能量；光反應(yīng)發(fā)生的場所在葉綠體的類囊體薄膜；水光解的產(chǎn)物是O2、H+、e-，卡爾文循環(huán)為光反應(yīng)提供的物質(zhì)有ADP（Pi）、NADP+；若將甲組生菜轉(zhuǎn)移到乙組環(huán)境中，由表可知，乙組的凈光合速率升高，達(dá)到新的平衡，此時(shí)C5和C3的相互轉(zhuǎn)化加快，含量與變化之前相比均為升高。（2）分析表格數(shù)據(jù)可知，與新葉

Ca2+含量呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)是干燒心發(fā)生率（%）；由于營養(yǎng)液滲透壓過高易引發(fā)生菜滲透失水，且植物工廠能精準(zhǔn)調(diào)控營養(yǎng)液中鈣離子濃度等，故采用提高營養(yǎng)液中Ca2+含量的措施不可行。（3）降低環(huán)境濕度不僅能有效防控生菜干燒心的發(fā)生，還能提高生菜的品質(zhì)，綜合分析，干燒心發(fā)生率隨濕度降低而下降的主要原因是（濕度降低）氣孔導(dǎo)度增大，蒸騰速率提高，引起新葉Ca2+含量升高（干燒心發(fā)生率降低）；據(jù)圖可知，選用戊組的條件，氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度均最高，且維生素C含量最多，最有利于提高生菜產(chǎn)量和品質(zhì)。3.（2025年河北石家莊階段練習(xí)）小麥?zhǔn)俏覈狈街匾募Z食作物，隨著全球氣候的變化，干旱脅迫導(dǎo)致小麥植株生理傷害，嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量。ROS為活性氧，其含量增加會(huì)損害細(xì)胞膜和葉綠體等結(jié)構(gòu)。5-氨基乙酰丙酸（ALA）是植物葉綠素中卟啉類化合物合成的前體。為了研究小麥品種A、B的抗旱能力以及ALA的調(diào)節(jié)作用，研究人員進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。注：CK：噴灑蒸餾水D：干旱處理D+A：干旱前噴灑ALA

Pn：凈光合速率Gn：氣孔導(dǎo)度回答下列問題：（1）ALA的分子式為C5H9NO3，參與合成葉綠素時(shí)還需要

元素的參與，葉綠素和類胡蘿卜素均能捕獲

光用于光反應(yīng)，產(chǎn)生的

為暗反應(yīng)C3的還原提供能量。

（2）據(jù)圖分析，干旱脅迫使氣孔導(dǎo)度

，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，小麥品種

的抗旱能力