第5章 第4节 第3课时 光合作用原理的应用(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物必修1（人教版2019 单选版）

第3课时　光合作用原理的应用 学习目标 1.通过探究环境因素对光合作用强度的影响，提出提高光合作用强度的具体措施。(科学探究、科学思维) 2．尝试利用光合作用的原理，解释生产生活中与光合作用相关的问题，用所学知识指导农业增产增收。(科学思维、社会责任) 一、光合作用强度 1．概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 2．影响因素和衡量指标 光合作用强度 二、探究光照强度对光合作用强度的影响的实验 三、在生产实践中的应用 实例 原理 间作套种 不同植物对光照的需求不同 冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低 白天提高温度，促进光合作用；夜间降温，抑制呼吸作用 “正其行、通其风” 增大CO2浓度，有利于光合作用的进行 合理灌溉 缺少水导致气孔关闭，CO2供应不足 大棚种植丰富了我们的餐桌。结合所学知识判断： (1)大棚种植时，白天应开窗通风以提高光合作用速率。(√) (2)阴雨天可采用补充光源进行补光。(√) (3)大棚所用的覆盖薄膜最好是红色或蓝色。(×) 探究点一　光照强度对光合作用强度影响的实验分析 如图是探究光照强度对光合作用强度影响的实验装置，请分析实验装置，回答下列问题： (1)该实验的自变量是什么？如何来控制自变量？ (2)该实验装置中间盛水玻璃柱的作用是什么？ (3)该实验的因变量是什么？如何来观测因变量的变化？ (4)该实验的实验结果是什么？请分析圆形小叶片上浮的原因。 提示：(1)自变量是光照强度，通过调整台灯与烧杯之间的距离(也可以不改变距离而使用不同度数的LED台灯)来调节光照强度的大小。 (2)吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。 (3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。 (4)在中、高光照强度下，单位时间内圆形小叶片上浮的数量多。在中、高光照强度下，光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶肉细胞中有氧气释放出来，从而充满了细胞间隙，使叶片浮起来。 实验结果分析 (1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图： (2)在较低的光照强度下，此时的光合作用强度小于或等于细胞呼吸强度，叶片的细胞间隙中没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图： (3)在中、高光照强度下，光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶肉细胞释放氧气，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图： 1．(2024·济宁高一模拟)如图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙)，以研究光合速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是(　　) A．在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐减小 B．在b～c段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间 C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，叶肉细胞失水而导致代谢水平下降 D．因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用 解析　在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的平均时间变短，表明光合速率逐渐增大，A错误；在b～c段，单独增加光照或温度可能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，但单独增加NaHCO3溶液浓度不能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，B错误；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，叶肉细胞失水而导致代谢水平下降，C正确；配制的NaHCO3溶液中不含氧气，随着光合作用的进行，释放氧气，所以实验过程中叶片可以进行呼吸作用，D错误。 答案　C 2．图甲是某同学探究影响植物光合速率因素的实验装置图，图乙表示的是线粒体和叶绿体之间物质的交换。回答下列问题： (1)图甲装置中隔在灯与试管之间的盛水玻璃柱的作用是____________________。 (2)若实验中每隔5 min改变一次试管与玻璃柱之间的距离，随着距离的增加，气泡产生速率下降，请分析影响这一结果的外界因素： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________。 (3)为了探究光照强度对光合速率的影响，利用图甲装置进行实验的设计思路是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)在什么情况下，会出现如图乙所示的情况？ ________________________________________________________________________。 (5)在产生气泡的情况下，请在图乙中用箭头标出此状态时O2的移动方向。 解析　(1)盛水玻璃柱位于灯和盛有水藻的试管之间，是为了吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温的影响。(2)由于试管内水中溶解的CO2量是有限的，一段时间后CO2的浓度会降低，同时距离增加会使光照强度降低。(3)自变量是光照强度，可以通过更换灯泡功率或改变灯和试管之间的距离来改变光照强度。(4)由于叶绿体产生的O2全部用于细胞呼吸，而线粒体产生的CO2全部用于光合作用，因此此时的光合速率和呼吸速率是相同的。(5)产生气泡时，光合作用速率大于细胞呼吸速率，产生的O2一部分用于细胞呼吸，一部分释放到大气中。 答案　(1)吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温的影响　(2)①光照强度减弱，光合作用产生的O2减少　②水中CO2含量逐渐下降，光合作用产生的O2减少　(3)只更换灯泡功率或只改变试管与灯之间的距离，进行对照实验　(4)光合作用强度等于呼吸作用强度 (5) 探究点二　光合作用强度的影响因素 1．光照强度对光合作用强度的影响 下图为光照强度与绿色植物光合作用强度的关系曲线，分析该图并回答下列问题： (1)图中CO2的吸收量和释放量分别表示什么意义？ 提示：CO2的吸收量表示绿色植物的光合作用从外界吸收CO2的量；CO2的释放量表示自身呼吸作用释放到外界的CO2的量。 (2)图中A、B、C点代表的意义分别是什么？ 提示：A：光照强度为0，植物不进行光合作用，此时CO2的释放量可表示细胞呼吸速率。 B：光补偿点，呼吸作用释放到外界的CO2量为0，光合作用从外界吸收的CO2量也为0，此时光合作用强度等于呼吸作用强度。 C：光饱和点。 (3)分析A→B、B→C′区间细胞呼吸和光合作用的强度大小。 提示：A→B：呼吸作用强度大于光合作用强度。 B→C′：光合作用强度大于呼吸作用强度。 (4)C′点前后限制光合作用的主要因素是什么？ 提示　C′点之前：光照强度。 C′点之后：主要是温度和CO2浓度等。 2．CO2浓度对光合作用强度的影响 如图为不同CO2浓度对光合速率的影响曲线。 (1)根据题图描述CO2浓度对光合作用强度的影响：________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)分析CO2浓度为A时，对应纵坐标的CO2表现为既不吸收也不释放的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)若在B点后适当增加光照强度，曲线会怎样变化？ 提示：(1)在一定范围内，植物光合作用强度随CO2浓度的增加而增强；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合作用强度也不再增强 (2)A点时，细胞进行光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量 (3)B点后CO2充足，适当增加光照强度，光合作用强度会增大，曲线会在原曲线上方。 3．温度对光合作用强度的影响 如图是温度对光合作用强度的影响曲线 AB段表示随着温度升高，光合作用增强；B点表示光合作用强度最大；BC段表示随着温度升高，光合作用减弱；温度过高，酶失活，光合作用完全停止。 1．影响光合作用强度的内部因素及应用 (1)植物自身的遗传特性，如植物品种不同，以阴生植物、阳生植物为例(如图所示)。 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。 (3)叶面指数(光合面积) ①曲线分析 a．OA段，随叶面积指数的增大，光合作用实际量不断增大。超过A点，随着叶面积指数的增大，光合作用实际量不再增加。 b．OB段，净光合量随光合作用增强而增加，B点以后随呼吸量的增加，净光合量逐渐减少，当净光合量小于0时，植物将无法正常生长。 ②实践应用 a．增加光合作用面积，如合理密植、间作套种。 b．适当间苗、修剪、避免徒长。 2．光照强度对光合作用强度的影响及应用 (1)原理：光照强度影响光反应阶段，影响ATP及NADPH的产生，进而影响暗反应。 (2)曲线分析 ①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。 ②AB段(不含A、B点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。 ③B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)。 ④BD段(不含B点)：光合作用强度大于细胞呼吸强度。 ⑤C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而增强)。 (3)生产应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物、林间带树种的配置和冬季温室栽培等都可合理利用光能。 3．CO2浓度对光合作用强度的影响及应用 (1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，影响C3的生成。 (2)曲线分析 图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B点和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。 (3)生产应用 ①栽种农作物时要“正其行，通其风”，多施有机肥。 ②温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，施用农家肥，与猪舍、鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。 4．温度对光合作用的影响及应用 (1)原理：温度通过影响光合作用相关酶的活性影响光合作用强度。 (2)曲线分析 光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但呼吸作用相关酶的最适温度较高。 (3)生产应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。 5．水对光合作用的影响及应用 (1)原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水将导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。 (2)曲线分析 图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线上E点处光合作用强度暂时降低，是因为温度较高，植物部分气孔关闭，影响了CO2的供应。 (3)生产应用：预防干旱，合理灌溉。 6．多因子变量对光合速率的影响及应用 7.密封容器和开放环境中光合作用强度模型分析 (1)密闭容器内CO2浓度与时间关系的模型： 趋势分析： ①AB段：玻璃罩内CO2浓度上升，细胞呼吸速率大于光合作用强度或者只进行细胞呼吸。 ②BC段：玻璃罩内CO2浓度下降，光合作用强度大于细胞呼吸速率。 ③CD段：玻璃罩内CO2浓度上升，细胞呼吸速率大于光合作用强度或者只进行细胞呼吸。 ④B、C点光合作用强度等于细胞呼吸速率。 (2)开放环境中CO2浓度与时间关系的模型： 关键点分析： 区段 光合作用与细胞呼吸关系 MN和PQ 只进行细胞呼吸 NA和EP 光合作用强度小于细胞呼吸速率 AE 光合作用强度大于细胞呼吸速率 C 气孔部分关闭，CO2吸收减少，光合作用强度降低 A、E 光合作用强度等于细胞呼吸速率 3．夏季某晴朗的一天对一密闭蔬菜大棚中的某种气体的含量进行24小时监测，结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．该实验中所监测的气体是CO2 B．b点时蔬菜细胞中ATP仅来自细胞质基质和线粒体 C．cd段的出现可能是气温过高使部分气孔关闭所致 D．该大棚蔬菜一天中有机物积累量最多的时刻是f点时 解析　结合分析可知，检测的气体与光照的有无密切相关，推测所测气体为氧气，A错误；b点时，气体相对浓度为0，此时仍然进行光合作用和呼吸作用，蔬菜细胞中ATP可来自细胞质基质、叶绿体和线粒体，B错误；cd段的出现可能是光照过强，使温度升高，气孔部分关闭，导致二氧化碳供应不足所致，C正确；分析题图，e点以后氧气减少，说明e点以后植物的光合作用小于呼吸作用，有机物开始消耗，一天当中，e点有机物积累最多，D错误。 答案　C 4．影响绿色植物光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度、温度等，内部因素有酶的活性、色素的数量、C5的含量等。请据图分析，回答下列问题： (1)如果横坐标代表光照强度，其影响光合速率主要是影响光合作用的________阶段，此时内部限制性因素最可能是________。若阴生植物的光合作用曲线为c，则阳生植物的光合作用曲线最可能是________。 (2)如果横坐标代表温度，温度主要通过影响________来影响光合速率。 (3)如果横坐标代表CO2的浓度，其影响光合作用主要是影响________的产生，此时内部限制性因素可能是________。 解析　(1)光照强度影响光合作用中光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体薄膜。当光合速率达到最大值且温度适宜时，此时内部限制因素最可能是色素的数量。阳生植物的光饱和点和光补偿点较阴生植物大，所以光合作用曲线最可能的是a。(3)CO2作为光合作用的原料，参与光合作用的暗反应阶段，与C5结合形成C3，如果横坐标代表CO2的浓度，CO2的浓度影响光合速率，主要是影响C3的产生，当光合速率达到最大值时，此时限制因素最可能是内部因素中的C5的含量。 答案　(1)光反应　色素的数量　a　(2)酶的活性 (3)C3　C5的含量(或酶的浓度) [课堂小结] [课堂巩固] 1．某植物在适宜的光照等条件下的氧气释放量表示(　　) A．植物体光合作用实际产生的氧气量 B．植物叶片光合作用实际产生的氧气量 C．植物体光合作用实际产生的氧气量减去细胞呼吸消耗的氧气量 D．植物叶片光合作用实际产生的氧气量减去细胞呼吸消耗的氧气量 解析　植物在适宜光照等条件下氧气释放量是指植物体光合作用实际产生的氧气量减去细胞呼吸消耗的氧气量。 答案　C 2．关于探究光照强度对光合速率的影响的实验叙述，错误的是(　　) A．实验过程中注射器的作用是排除小圆片内的气体 B．可以通过观察小圆片上浮所需要的时间来反映光合速率 C．实验的自变量是光照强度，可在相同的距离下放置不同瓦数的灯泡 D．如果升高环境温度，小圆片上浮时间会缩短 解析　如果升高环境温度，有可能会使酶的活性下降而导致光合速率下降，小圆片上浮时间会延长，D错误。 答案　D 3．下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是(　　) A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度 B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度 C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度 D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度 解析　据图分析，图示纵坐标的含义是净光合速率，是光合速率与呼吸速率的差值，在横坐标以下表示光合速率小于呼吸速率，在横坐标以上表示光合速率大于呼吸速率，与横坐标相交的点表示光合速率与呼吸速率相等。若横坐标是CO2浓度，较高温度下，呼吸速率高，较低温度下，呼吸速率低，则甲、乙曲线与纵坐标的交点不一样，A错误；若横坐标是温度，则随着温度的升高光合速率与呼吸速率都会表现为先升高后降低的趋势，B错误；色素主要吸收红光和蓝紫光，即净光合速率与光波长没有正相关的关系，并且不能确定两条曲线表示的温度大小，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的CO2有利于光合作用的进行，因此甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度，D正确。 答案　D 4．科学家研究小麦在适宜温度时光合作用强度与光照强度的关系，得到如图曲线，下列有关叙述，错误的是(　　) A．当环境温度升高时，cd段位置下移 B．a点时叶肉细胞中产生ATP的部位只有线粒体 C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向右移动 D．c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与光合色素的量有关 解析　实验在适宜温度时进行，当环境温度超过最适温度之后，光合速率降低，cd段位置会下移，A正确；a点时，叶肉细胞只能进行呼吸作用，因此产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，B错误；Mg是植物合成叶绿素的必需元素，当缺少Mg元素时，叶绿素的合成受阻，导致光合作用强度降低。b点表示光合速率等于呼吸速率，因此当植物缺Mg时，要让光合作用和呼吸作用强度相等，就必须要增加光照强度以提高光合作用强度，所以b点将向右移，C正确；c点对应的光照强度是光饱和点，该点之后光合作用强度不再随光照强度增大而增大，此时影响因素可能是叶绿体中色素含量、酶的浓度等，D正确。 答案　B 5．如图表示某植物在恒温30 ℃时光合速率与光照强度的关系。试回答下列问题： (1)图中b点时，该植物生理活动的特点是____________。当光照强度为X时，叶肉细胞中产生ATP的场所有________。 (2)已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25 ℃，图中a点将向________移动，b点将向________移动。 (3)若该图是在CO2浓度为0.1%的条件下测得的结果，在其他条件不变的情况下，当CO2浓度升到0.3%时，b点将向________移动。 解析　(1)在图中b点时，光合作用强度与呼吸作用强度相等。当光照强度为X时，植物既进行光合作用又进行呼吸作用，故细胞中产生ATP的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体。(2)将温度从30 ℃调到25 ℃时，光合作用增强，呼吸作用减弱，故图中a点将向下移动，b点将向左移动。(3)当CO2浓度增加时，光合作用加强，故只需要较弱的光照就可以使光合作用强度与呼吸作用强度相等，即b点将向左移动。 答案　(1)光合作用强度等于呼吸作用强度(或光合速率等于呼吸速率)　细胞质基质、线粒体和叶绿体　(2)下　左　(3)左 学科网（北京）股份有限公司 $$