第三章 第五节 第2课时 光反应和碳反应环境因素对光合作用的影响.docx
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第三章第五节第2课时光反应和碳反应环境因素对光合作用的影响
第2课时 光反应和碳反应、环境因素对光合作用的影响
一、光反应和碳反应
1.光反应
(1)过程(物质变化)
①水的光解:
H2O
2H++2e-+
O2
②ATP的合成:
ADP+Pi+能量
ATP
③NADPH的合成:
NADP++H++2e-
NADPH
(2)能量变化:
光能→ATP与NADPH中的化学能。
(3)场所:
光合膜中。
(4)反应物:
H2O、ADP、Pi、NADP+等。
(5)生成物:
O2、NADPH、ATP等。
(6)条件:
色素、光、酶。
2.碳反应(卡尔文循环)
(1)过程(物质变化)
①CO2的固定:
CO2+五碳糖
2个三碳酸分子
②三碳酸的还原:
2个三碳酸分子
2个三碳糖
③五碳糖的再生:
三碳糖
五碳糖
(2)能量变化:
ATP、NADPH中的化学能―→三碳糖中的化学能。
(3)场所:
叶绿体基质。
(4)反应物:
CO2、ATP、NADPH等。
(5)产物:
三碳糖。
3.联系
光反应为碳反应提供NADPH、ATP,碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+,如图所示。
4.三碳糖的去向
(1)在叶绿体内,三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。
(2)大部分三碳糖运至叶绿体外,并且转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。
(1)蓝细菌水的光解发生在叶绿体的光合膜中( )
(2)光合作用的碳反应受光反应的制约,但光反应不受碳反应的制约( )
(3)叶肉细胞内蔗糖运输到叶脉所需的ATP来源于光反应( )
(4)卡尔文循环中碳的转移途径为CO2―→三碳酸分子―→五碳糖―→三碳糖( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)×
下图是光合作用的过程图解,请据图分析:
(1)叶绿体中ATP、ADP的运动方向是怎样的?
提示 ATP:
光合膜→叶绿体基质;ADP:
叶绿体基质→光合膜。
(2)如果给植物提供14CO2,光合作用中放射性依次出现在哪些物质中?
提示 依次出现在14CO2
三碳酸分子
三碳糖
(3)如果给植物提供H218O,光照下较长时间后,放射性会出现在哪些物质中?
提示 出现在氧气、水、三碳酸分子、二氧化碳、丙酮酸和三碳糖等中。
(4)分析短时间内光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响,完成表格(增加用“↑”表示,减少用“↓”表示)。
项目
光照变强、CO2不变
光照变弱、CO2不变
光照不变、CO2增多
光照不变、CO2减少
三碳酸分子
↓
↑
↑
↓
五碳糖
↑
↓
↓
↑
ATP
↑
↓
↓
↑
三碳糖
↑
↓
↑
↓
NADPH
↑
↓
↓
↑
二、探究环境因素对光合作用的影响
1.光合速率(光合强度)
(1)含义:
一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用,如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。
(2)表示方法:
产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。
2.影响光合速率的因素
(1)光强度:
在一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加;当光强度升高到一定数值后,光强度再增加,光合速率也不会增加,此时的光强度称为光饱和点。
(2)温度:
每种植物光合作用都有一个最适温度。
低于该温度,随着温度升高,光合速率加快;超过该温度,酶的活性减弱或丧失。
(3)CO2浓度:
一定范围内,空气中CO2浓度的增加会使光合速率加快。
(4)矿质元素:
缺少N会影响酶的合成,缺少P会影响ATP的合成,缺少Mg会影响叶绿素的合成。
(5)土壤中水分的多少
3.探究光强度对光合作用的影响
(1)实验假设:
一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加。
(2)实验过程
①组装下图装置三套,分别编号为甲、乙、丙;
②分别向三支试管内加入等量的小球藻和5%的NaHCO3溶液;
③记录有色液滴的起始位置;
④取三只100W灯泡,分别置于距甲、乙、丙10cm、20cm、50cm处,一段时间后,记录液滴位置。
(3)变量分析
①自变量:
光强度,通过100W灯泡距实验装置的距离远近控制。
②因变量:
光合速率,通过单位时间内O2的释放量测定,以单位时间内有色液滴的移动距离作为检测指标。
③无关变量:
各组实验植物(如金鱼藻、小球藻)的数量相同,温度、CO2浓度相同。
(4)实验拓展
①设置温度作为自变量
用上述装置探究温度对光合速率的影响,可通过将试管分别置于装有不同温度水的烧杯中来控制温度。
②设置CO2浓度作为自变量
用上述装置探究CO2浓度对光合作用的影响,可通过往试管内分别加入不同浓度的NaHCO3溶液来控制CO2浓度。
(1)温度改变只影响卡尔文循环,不影响光反应( )
(2)阳生植物的光饱和点比阴生植物的高( )
(3)影响光合速率的内部因素只有色素的种类和含量、酶的活性、五碳糖的含量( )
答案
(1)×
(2)√ (3)×
归纳总结
影响光合作用的内因
①色素种类及含量。
②酶的数量和活性。
③五碳糖含量。
④遗传特性(如阴生、阳生植物)。
⑤叶面积指数,叶龄等。
1.请结合光合速率与其影响因素的关系,分析回答:
(1)请结合图1解释农业生产上合理密植的意义。
提示 合理密植可以提高光能利用率,有利于提高作物种植产量。
(2)请结合图2分析以下问题:
①A点的含义是什么?
提示 进行光合作用所需CO2的最低浓度。
②B点的含义是什么?
提示 CO2饱和点,即达到最大光合作用速率所对应的最低CO2浓度。
③请结合实际总结农业生产上提高CO2浓度的措施。
提示 合理通风、施加农家肥、使用CO2发生器等。
(3)在图3中,P点时,限制光合速率的因素是什么?
光强度大于Q时,曲线B和C所表示的光合速率不再增加,此时限制因素是什么?
提示 光强度(横轴对应的变量)。
CO2浓度或温度。
1.(2019·金华市云富高级中学高一上学期期末)在下列有关光合作用的叙述中,不正确的是( )
A.水的光解发生在叶绿体光合膜上
B.光反应和碳反应中都有酶、ATP、H2O参与
C.温度降到0°C,仍有植物能进行光合作用
D.NADPH在碳反应中起还原作用,并将能量转移到糖类分子中
答案 B
解析 光反应阶段发生水的光解,场所在叶绿体的光合膜上,A正确;光反应和碳反应中都有酶,光反应产生ATP,消耗H2O,碳反应消耗ATP,产生H2O,B错误;有些耐寒的植物温度为0℃时仍然可以进行光合作用,C正确;NADPH在碳反应中起还原作用,并将能量转移到糖类分子中,D正确。
2.根据对下图的观察,下列判断正确的是( )
A.①需要NADPH,②不需要ATP
B.①②都不需要NADPH
C.①不需要NADPH,②需要NADPH和ATP
D.①②都需要NADPH和ATP
答案 C
解析 由题图可知,该过程为光合作用的碳反应过程,①、②分别是指CO2的固定和三碳酸分子的还原,CO2的固定不需要NADPH和ATP,但是三碳酸分子的还原需要NADPH和ATP。
3.(2020·沈阳高一检测)光合作用的产物葡萄糖分子中的碳、氢、氧分别来自( )
A.二氧化碳、反应物水、产物水
B.二氧化碳、二氧化碳、反应物水
C.二氧化碳、反应物水、反应物水
D.二氧化碳、反应物水、二氧化碳
答案 D
解析 光合作用的原料为二氧化碳和水,则产物葡萄糖分子中的碳来源于二氧化碳、氢来源于水;水在光反应中生成H+、e-和氧气,即水中的氧全部生成氧气,故葡萄糖分子中的氧来源于二氧化碳。
4.(2019·河北衡水中学月考)光合作用的正常进行要受多种因素的影响。
一个生物兴趣小组研究了矿质元素含量、光强度和温度对光合作用的影响,下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线,你认为不正确的是( )
答案 A
解析 氮元素是构成酶、叶绿素、ATP、NADPH、核酸等的原料,是植物光合作用的必需元素,但光合作用强度不会随叶片中含N量的增加而持续增大。
5.图甲是某植物叶肉细胞的叶绿体中进行光合作用的过程,图乙是“探究环境因素对光合作用的影响”的实验装置。
请回答:
(1)图甲中的物质①、②分别是________、________。
(2)若突然停止光照,则短时间内叶绿体中五碳糖的含量将________(填“增加”“减少”或“基本不变”)。
(3)某兴趣小组用图乙所示的装置进行实验,探究环境因素对光合作用的影响。
①本实验可通过观察______________________来判断光合速率的大小。
②若要探究光强度对光合作用的影响,则需调节自动控温器使装置的温度处于____________的条件下。
若实验用的光源只有一个且功率恒定,则可以通过调节______________来控制光强度的变化。
答案
(1)ATP NADPH
(2)减少(3)①单位时间内收集的氧气量 ②适宜且恒定 装置与光源的距离
解析
(1)根据分析可知,图甲中的物质①、②分别是ATP、NADPH。
(2)若光照突然停止,光反应停止,光反应的产物ATP、NADPH减少,三碳糖还原生成五碳糖的速率减慢,而短时间内CO2的固定速率不变,即五碳糖的消耗不变,故五碳糖的含量减少。
(3)①光合作用的光反应阶段发生水的光解,产生氧气,可以通过单位时间收集的氧气量来判断光合速率的大小。
②若要探究光强度对光合作用的影响,则温度为无关变量,应保持最适且恒定,故需调节自动控温器使装置的温度处于适宜且恒定的条件下。
若实验用的光源只有一个且功率恒定,则可以通过调节装置与光源的距离来控制光强度的变化。
A组 基础对点练
题组一 光反应与碳反应
1.下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。
下列有关叙述正确的是( )
A.此生物膜为叶绿体内膜
B.产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
C.发生的能量转换是:
光能→化学能,此化学能可储存于ATP与NADPH中
D.在图示结构中可完成光反应与碳反应
答案 C
解析 色素存在于叶绿体光合膜上,而非叶绿体内膜,A错误;光反应产生的ATP只用于碳反应,B错误;光反应可将光能转化为化学能储存于ATP和NADPH中,C正确;在光合膜上只能进行光合作用的光反应,碳反应需在叶绿体基质中进行,D错误。
2.下列光合作用过程中,物质转变途径错误的是( )
A.碳原子:
CO2→三碳酸→三碳糖
B.氧原子:
H2O→O2
C.氢原子:
H2O→ATP→三碳糖
D.氧原子:
CO2→三碳酸→三碳糖
答案 C
解析 氢原子首先转移到NADPH中进而转移到三碳糖中,C错误。
3.一植物在不同条件下进行光合作用时,有关中间产物的量的变化情况如图所示。
下列判断中正确的是( )
A.曲线a可表示五碳糖量的变化
B.曲线a可表示NADPH量的变化
C.曲线b可表示ATP量的变化
D.曲线b可表示三碳酸分子量的变化
答案 C
解析 在光合作用过程中,在一定强度光照条件下三碳酸分子量和五碳糖量维持相对稳定状态,当由光照条件转变为黑暗条件时,碳反应中三碳酸分子的还原过程受阻,但不影响三碳酸分子生成,所以转为黑暗条件时三碳酸分子的物质的量将上升,该过程中五碳糖合成受阻,又因消耗而下降,由于光反应不能进行,ATP和NADPH的物质的量都将减少。
4.下列关于光合作用的叙述,错误的是( )
A.光反应阶段不需要酶的参与
B.碳反应阶段既有五碳糖的生成又有五碳糖的消耗
C.光合作用过程中既有NADPH的产生又有NADPH的消耗
D.光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能
答案 A
5.下图是碳反应及光合产物在植物细胞中的利用示意图。
据图分析,下列叙述中正确的是( )
A.Ⅰ是叶绿体光合膜,Ⅱ是叶绿体基质
B.增加CO2浓度,c的含量将增加
C.突然降低光强度,a的生成速率加快
D.过程①②③都直接与光反应相关
答案 B
解析 Ⅰ中能够发生CO2合成有机物的反应,是叶绿体基质;Ⅱ中发生细胞呼吸和其他代谢,为细胞溶胶,A错误;增加CO2浓度,过程①②将加快,c三碳糖的含量将增加,B正确;突然降低光强度,光反应产生的NADPH和ATP减少,生成a五碳糖的速率减慢,五碳糖的消耗速率不变,C错误;过程①②③是碳反应,并不都与光反应直接相关,只有三碳酸的还原即过程②与光反应直接相关,D错误。
题组二 环境因素对光合作用的影响
6.下列有关叶绿体及光合作用的叙述,正确的是( )
A.破坏叶绿体外膜后,O2不能产生
B.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
C.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短
D.离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成碳反应
答案 D
解析 植物光合作用的光反应在叶绿体光合膜上进行,因此破坏叶绿体外膜,不影响O2的产生,A错误;在植物生长过程中,叶绿体中色素的比例会随植物生长期、光照、温度等的变化而变化,B错误;与夏季相比,植物在冬季光合速率降低的主要原因是温度降低和光照减弱,C错误;离体的叶绿体基质中含有与碳反应有关的酶,获得ATP、NADPH和CO2后,可完成碳反应,D正确。
7.植物的光合作用受光强度、CO2浓度等环境因素的影响(如图所示)。
下列叙述错误的是( )
A.a点条件下NADPH的合成速率大于b点
B.X一般大于大气中CO2浓度
C.b点条件下五碳糖的再生速率小于c点
D.a点对应的光强度一般大于全天最强光照
答案 D
解析 a点光强度大于b点,光反应较强,NADPH的合成速率也较大,A正确;CO2浓度为X时植物光合速率较大,因此X一般大于大气中CO2浓度,B正确;b点CO2浓度小于c点,碳反应较弱,五碳糖的再生速率较小,C正确;a点对应的光强度一般小于全天最强光照,D错误。
8.下图曲线Ⅰ表示最适温度、CO2浓度为0.03%条件下黄豆光合速率与光强度的关系。
在y点时改变某环境条件,曲线变为Ⅱ。
下列叙述正确的是( )
A.制约x点光合速率的因素主要是叶绿体中色素的含量
B.制约z点光合速率的因素主要是CO2浓度
C.x点和y点的碳反应速率相同
D.在y点时,升高温度导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
答案 B
解析 在曲线xy段,随光强度增加,植物光合速率增大,因此制约x点光合速率的因素主要是光强度,A项错误;x点时光合速率小于y点,因此x点的碳反应速率小于y点,C项错误;曲线Ⅰ是在最适温度条件下得到的实验结果,因此曲线Ⅱ不可能是通过升高温度所致,D项错误。
9.(2020·河北石家庄高一检测)下列条件中,与提高农作物的产量关系不大的是( )
A.增加空气中氧气含量B.适当提高环境温度
C.增施农家肥D.适当增加光强度
答案 A
解析 适当提高环境温度可以提高酶活性,加快光合作用速率;增施农家肥既能增加矿质元素又能提高农作物周围二氧化碳的浓度,加快光合作用速率;适当增加光强度,可以加快光反应速率。
以上三者都可以提高农作物的产量,而增加氧气浓度对光合作用没有影响,反而会加快细胞呼吸,不利于提高农作物的产量。
10.如图为光合作用的过程示意图,①②表示光合作用的场所,a、b和c表示物质。
请回答下列问题:
(1)①的名称是________,其膜上含镁的色素主要吸收________光。
(2)水在光下裂解,除图中所示的产物外,还有________,这些物质会被________接受,其在卡尔文循环中将CO2还原为________,此过程中还伴随着________的储存。
(3)在供给C18O2极短时间后,除了糖类物质含有18O以外,从另一种光合产物________中也能够检测到18O。
答案
(1)光合膜 红光和蓝紫
(2)H+和电子 NADP+ 三碳糖 能量 (3)水
解析
(1)①中进行的是光反应,场所是光合膜,其上含镁的色素是叶绿素,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
(2)水的光解产物有O2、H+和电子,H+和电子将NADP+还原为NADPH,其在三碳酸分子还原过程中作为还原剂,将三碳酸分子还原为三碳糖,此过程中还伴随着能量的储存。
(3)在供给C18O2极短时间后18O的走向为:
C18O2
三碳酸分子
三碳糖和H218O(碳反应阶段有水产生)。
B组 综合强化练
1.(2019·温州市新力量联盟)下列关于光合作用中改变反应条件而引起的变化的叙述,正确的是( )
A.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值减小
B.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小
C.突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大
D.突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值增大
答案 C
解析 突然中断CO2供应,三碳酸分子减少,五碳糖消耗减少,因此五碳糖含量增加,五碳糖/三碳酸比值增大,A错误;突然中断CO2供应,光反应产生的ATP的量不变,但消耗减少,因此ATP在叶绿体中含量增加,ADP含量减少,ATP/ADP比值增大,B错误;突然将绿光改为红光,光反应速率增强,产生的ATP增加,ADP含量减少,ATP/ADP比值增大,C正确;突然将红光改为绿光,光反应速率减弱,产生的ATP减少,三碳酸增加,五碳糖减少,五碳糖/三碳酸比值减小,D错误。
2.如图表示研究NaHCO3溶液浓度影响光合速率的实验装置,下列说法错误的是( )
A.将整个装置放在光下,毛细刻度管内的红色液滴会向左移动
B.将整个装置置于暗室,一段时间后检查红色液滴是否移动,可以证明光是光合作用的必要条件
C.当NaHCO3溶液浓度不变时,在试管乙内加入少量蠕虫(厌氧呼吸),对红色液滴移动不产生明显影响
D.为使对照更具有说服力,试管甲中的蒸馏水应不含NaHCO3并放入等量的伊乐藻
答案 B
解析 将整个装置放在光下,伊乐藻在光下进行光合作用产生O2,试管乙内气压增大,毛细刻度管内的红色液滴会向左移动,A正确;没有以光为变量的对照实验,无法证明光是光合作用的必要条件,B错误;当NaHCO3溶液浓度不变时,在试管乙内加入少量蠕虫,蠕虫进行的是厌氧呼吸(产生乳酸),不会引起装置中气体量的变化,对红色液滴移动不产生明显影响,C正确;探究实验遵循单一变量原则,而无关变量要求相同且适宜,因此为使对照更具说服力,试管甲中的蒸馏水应不含NaHCO3并放入等量的伊乐藻,D正确。
3.下图为探究CO2是否为植物光合作用原料的实验装置示意图,其中a为实验装置,b为对照装置。
有关用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是( )
A.确保植株与外界空气进一步隔绝
B.排除土壤中微生物代谢活动的干扰
C.防止NaOH溶液对植物根系的影响
D.避免土壤中自养微生物光合作用形成淀粉
答案 B
解析 本实验探究的对象是CO2是否为光合作用的原料,因此需要严格控制CO2的来源,而花盆的土壤中含有大量微生物,能通过呼吸作用产生CO2影响实验,因此用塑料袋扎紧花盆可以排除土壤中微生物代谢活动产生CO2的干扰。
4.下图甲、乙、丙分别表示几个环境因素对小麦光合作用速率的影响,除各图中所示因素外,其他因素均控制在适中范围。
下列分析错误的是( )
A.由图甲可知,不同温度条件下,小麦光合作用的光饱和点不同
B.由图乙可知,P点时限制小麦光合速率的因素为光强度
C.图甲可解释小麦在冬季和春季光合作用速率不同的原因
D.图丙从高光强变为低光强时,短时间内小麦细胞中的三碳酸分子含量下降
答案 D
解析 光饱和点是指达到最大光合速率时所需要的最小光强度,由图甲可知,不同温度条件下,小麦光合作用的光饱和点不同,A正确;图乙中P点在不同CO2浓度下光合速率相同,且P点之后,随着光强度增加,光合速率增强,故P点时限制小麦光合速率的因素为光强度,B正确;图甲中探究了光强度和温度对光合作用的影响,春季和冬季的温度、光强度均不同,对光合速率的影响不同,故图甲可解释小麦在冬季和春季光合作用速率不同的原因,C正确;图丙从高光强变为低光强时,光反应产生的NADPH和ATP减少,三碳酸分子的还原速率减慢,短时间内二氧化碳固定形成三碳酸分子的速率不变,故小麦细胞中的三碳酸分子含量升高,D错误。
5.(2019·湖州市菱湖中学月考)据图回答下列有关实验问题:
(1)根据图甲所示,科学家利用同位素标记法证明光合作用释放的[①]______来自H2O。
图中A阶段为B阶段提供[②]NADPH和[③]______,前者为三碳酸还原反应中的________。
(2)在适宜条件下正常生长的绿色植物,若突然减少[④]______的供应,则短时间内NADPH的含量将________(填“增加”“减少”或“不变”)。
(3)图乙是探究单株番茄光合作用强度与种植密度的结果图。
与M点相比,N点限制单株光合作用强度的外界环境因素是CO2浓度和__________。
(4)某兴趣小组同学想探究菠菜不同的叶在叶绿体色素含量上的区别,分别选择了菠菜“深绿叶”“嫩绿叶”“嫩黄叶”做“光合色素的提取与分离”实验。
提取色素所用的试剂是__________,色素层析结果如图丙A、B、C三组所示,根据实验结果可知,____组滤纸条是深绿叶的。
答案
(1)O2 ATP 还原剂
(2)CO2 增加 (3)光强度 (4)95%的酒精 A
解析
(1)根据图甲所示,①是水光解的产物,并且释放到环境中,故①O2来自H2O。
图中A阶段为B阶段提供②NADPH和③ATP,前者为三碳酸还原反应中的还原剂。
(2)在适宜条件下正常生长的绿色植物,若突然减少④CO2的供应,则CO2的固定减弱,消耗的NADPH减少,而NADPH的来源基本不变,则短时间内NADPH的含量将增加。
(3)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CO2,N点与M点相比,N点的种植密度过大,植株间的相互影响会导致光强度减弱,同时也会导致植物周围环境中的CO2浓度降低,进而导致单株植物光合作用强度降低。
故N点与M点相比,N点限制单株光合作用强度的外界环境因素是CO2浓度和光强度。
(4)提取色素所用的试剂是95%的酒精,由于深绿叶的叶片含有的叶绿素多,且叶绿素a的含量多于叶绿素b,即滤纸条上第三条和第四条色素带比较宽,第三条宽于第四条,故A组滤纸条是深绿叶层析的结果。
6.“环境因素对光合速率的影响”活动中,同学们得到了如图1所示的实验结果。
图2表示光合作用碳反应的过程。
请分析回答:
(1)图2过程在叶绿体______中进行,物质①为________,它在光合作用的________阶段产生;物质④可运至叶绿体外,并且转变成________,供植物体所有细胞利用。
(2)图1中,限制A点光合速率的主要环境因素是________。
与A点相比,B点条件下三碳酸的生成速率________(填“增大”“减小”或“基本不变”,下同);与B点相比,C点条件下物质③的生成速率__________。
(3)据图分析,适当提高________、____________和________可提高大棚蔬菜的产量。
答案
(1)基质 NADPH 光反应 蔗糖
(2)光强度 增大 基本不变 (3)光强度 CO2浓度 温度
解析
(1)图2表示光合作用的碳反应过程,碳反应发生在叶绿体基质中,光反应产生的ATP和NADPH用于碳反应中三碳酸的还原,然后分解为ADP和NADP+;碳反应产生的三碳糖可以运至叶绿体外转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。
(2)图1中,限制A点光合速率的主要环境因