5.4 光合作用与能量转化 -光合作用的影响因素课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

温故知新 1、反应物CO2参与 阶段的 。 2、反应物H2O参与 阶段的 。 3、生成物O2在 阶段产生。 4、生成物H2O在 阶段产生。 5、ATP在 阶段合成，光反应产生的ATP只能用于暗反应。 6、色素只参与 阶段；色素的功能： 7、影响光反应的主要环境因素 ；影响暗反应的主要环境因素 。 暗反应 CO2的固定 光反应 H2O的光解 光反应 暗反应 光反应 光反应 吸收、传递、转化光能 光、H2O、温度等 温度，CO2浓度等 条件 C3 C5 NADPH、ATP （CH2O） 光照由强到弱 CO2供应不变 光照由弱到强 CO2供应不变 光照不变 CO2由充足到不足 光照不变 CO2由不足到充足 规律 增加 减少 减少 减少 减少 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。 C6H12O6的合成量增或减，看条件的改变是增强、减弱 通过前面的学习，我们已经知道了影响呼吸作用的主要环境因素是 。 光合作用的强度，直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。 那么，影响光合作用强度的环境因素有哪些呢？ 温度、O2浓度、CO2浓度、水等 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节光合作用与能量转化 第3课时 光合作用的影响因素 一、光合作用的强度 1.什么是光合作用强度？ 光合作用强度通常用光合速率表示，即单位叶面积叶片在单位时间内反应物的消耗量或产物的生成量。 (1)单位时间内光合作用产生（制造）糖的数量。 (2)单位时间内光合作用消耗CO2的量。 (3)单位时间内光合作用产生O2的量。 2、什么是呼吸作用强度？ 呼吸作用强度通常用呼吸速率表示，即单位叶面积叶片在单位时间内反应物的消耗量或产物的生成量。 (1)单位时间内光合作用消耗糖的数量。 (2)单位时间内光合作用产生CO2的量。 (3)单位时间内光合作用消耗O2的量。 二、光合作用与有氧呼吸的关系 1．从物质变化分析，光合作用和有氧呼吸正好相反，列表比较二者的区别与联系： 光合作用 有氧呼吸 在哪些细胞中进行 反应场所 反应条件 物质变化 能量变化 联系 叶肉细胞、幼茎皮层细胞等含有叶绿体的细胞 植物体的所有活细胞 叶绿体 线粒体（主要） 光、色素、酶、CO2 酶、O2 把无机物(CO2、H2O)转变成有机物(葡萄糖等) 分解有机物(C6H12O6)产生CO2和H2O，同时形成ATP 把光能转变成化学能储存在有机物中 机物中的化学能释放出来，一部分转移到ATP中 都有物质变化与能量转换；从物质变化分析，光合作用和有氧呼吸正好相反 二、光合作用与有氧呼吸的关系 2.图示展示二者的关系： 二、光合作用与有氧呼吸的偶联分析（细胞层次） 1.当植物“只有呼吸作用”时： 植物从外界吸收的O2=植物释放到外界的CO2 CO2 O2 二、光合作用与有氧呼吸的偶联分析（细胞层次） 2.当植物的“光合作用强度<呼吸作用强度”时： 吸收O2 释放CO2 O2的 消耗量 O2的产生量 O2的 吸收量 CO2的产生量 CO2的吸收量 CO2的释放量 有机物 的消耗量 有机物产生量 有机物的消耗量量 呼吸作用强度 光合作用强度 细胞表现 O2 CO2 不够？ 有剩！ 二、光合作用与有氧呼吸的偶联分析（细胞层次） 3.当植物的“光合作用强度=呼吸作用强度”时： O2的 消耗量 O2的产生量 O2不吸收不释放 CO2的产生量 CO2的吸收量 CO2不吸收不释放 有机物 的消耗量 有机物产生量 有机物不积累不消耗 呼吸作用强度 光合作用强度 细胞表现 O2 CO2 刚好 刚好 二、光合作用与有氧呼吸的偶联分析（细胞层次） 4.当植物的“光合作用强度＞呼吸作用强度”时： 释放O2 吸收CO2 O2的 消耗量 O2的产生量 O2的 释放量 CO2的产生量 CO2的吸收量 CO2的吸收量 有机物 的消耗量 有机物产生量 有机物的积累量 呼吸作用强度 光合作用强度 细胞表现 O2 CO2 有剩！ 不够？ 净光合作用强度 二、光合作用与有氧呼吸的偶联分析（细胞层次） （4）当植物的“光合作用强度＞呼吸作用强度”时： （1）当植物“只有呼吸作用”时： （2）当植物的“光合作用强度<呼吸作用强度”时： （3）当植物的“光合作用强度=呼吸作用强度”时： 归纳： 总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 变式 净光合速率 = 总光合速率 — 呼吸速率 总光合作用速率 呼吸作用速率 净光合作用速率 O2 CO2 有机物 产生量、生成量 释放量、增加量 消耗量、利用量 固定、利用量、需要量 吸收量、减少量 产生量、生成量 制造、合成、生成量 消耗量、利用量 积累量、净生产量 净光合作用速率为负 净光合作用速率为负 净光合作用速率为0 净光合作用速率为正 不能正常生长 正常生长 对应训练 二、光合作用与有氧呼吸的偶联分析（细胞层次） 以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是( ) A.光照相同时间，35℃时光合作用制造的有 机物的量与30℃时相等 B.光照相同时间，在20℃条件下植物积累的 有机物的量最多 C.温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等 A 三、探究环境因素对光合作用强度的影响 自变量 光照（强度、光质）、温度、CO2浓度等 因变量 光合速率（光合作用强度） 无关变量 植物叶片、其他环境条件处理等 检测 （因变量） 用单位时间叶圆片上浮的数量或所有叶圆片上浮所需要的时间 实验材料 圆形的生长旺盛的绿色小叶片 三、探究环境因素对光合作用强度的影响 实验思路： 1. 用不同瓦数的LED灯来探究光照强度对光合强度的影响； 2. 将叶圆片放在不同浓度的NaHCO3溶液中来探究CO2浓度对光合强度的影响； 3. 用相同瓦数而不同颜色LED来探究光质对光合强度的影响； 4. 将叶圆片放在不同温度的烧杯中探究温度对光合强度的影响； 三、探究环境因素对光合作用强度的影响 以“探究光照强度对光合作用强度的影响”为例 实验原理： 叶片含有空气，叶片上浮。抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片会下降；光照后，叶片进行光合作用，释放O2，使细胞间隙又充满气体，叶片会上浮。 实验步骤： ①打出叶圆片（避开大叶脉） ②排出叶圆片中的空气，置暗处清水中 ③准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液） ④向小烧杯内加入叶圆片，控制光强 ⑤记录叶圆片浮起所 注意：浓度过高，会导致叶肉细胞失水过多，影响细胞代谢，光合速率下降。 三、探究环境因素对光合作用强度的影响 以“探究光照强度对光合作用强度的影响”为例 实验步骤： ①打出叶圆片（避开大叶脉） ②排出叶圆片中的空气，置暗处清水中 三、探究环境因素对光合作用强度的影响 以“探究光照强度对光合作用强度的影响”为例 实验步骤： ③准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液） ④向小烧杯内加入叶圆片，控制光强 三、探究环境因素对光合作用强度的影响 以“探究光照强度对光合作用强度的影响”为例 实验结果： ⑤记录叶圆片浮起所 实验 结论： 在一定范围内，随着光照强度的不断增加，光合作用强度不断增加。超过一定范围，光合作用强度不再随光照强度增加而增加。 四、影响光合作用强度的因素 外因 （环境因素） 内因 （遗传因素） 光（强度、光质、时间） CO2浓度 温度 矿质元素 水分 不同植物光合作用不同； 不同部位（叶）光合作用不同； 不同叶龄的叶光合作用不同。 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 1、光 光照强度 光质 光照时间 (1)原理：光照强度通过影响植物的 反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率_____，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 光 加快 0 光照强度 思考：纵坐标表示什么？用什么量来表示呢？ 纵坐标表示总光合作用强度（速率），可以用O2的产生量或CO2的消耗量或者有机物的制造量来表示。 O2的产生量或CO2的消耗量或者有机物的制造量 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 1、光照强度 思考：纵坐标表示什么？用什么量来表示呢？ 纵坐标表示净光合作用强度（速率），可以用O2的释放量或CO2的吸收量或者有机物的积累量来表示。 O2的释放量或CO2的吸收量或者有机物的积累量 0 光照强度 A B C D E A点含义： 表示没有光照，细胞只进行呼吸作用，大小代表呼吸作用强度。 B点含义： 光照补偿点，细胞光合作用强度等于呼吸作用强度，净光合强度为0。 D点含义： 光照饱和点，细胞光合作用强度达最大所需要最低的光照强度。 （2）曲线解读 净光合 总光合 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 1、光照强度 0 光照强度 O2的释放量或CO2的吸收量或者有机物的积累量 A B C D E 项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 AB段 B点 B点以后 吸收O2、释放CO2 吸收O2、释放CO2 不与外界进行气体交换 吸收CO2、释放O2 只进行呼吸作用 呼吸作用大于光合作用 呼吸作用等于光合作用 呼吸作用小于光合作用 （2）曲线解读 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 1、光照强度 0 光照强度 O2的释放量或CO2的吸收量或者有机物的积累量 A B C D E 光照强度与光合作用的关系： 在一定范围内，光合作用随光照强度的增加而增强，超过一定范围，则不再随光照强度的增加而改变。 在C点之前限制光合作用强度的主要因素是光照强度，C点之后限制光照作用强度的主要因素不再是光照强度，而是温度，CO2浓度，矿物质元素等。 （2）曲线解读 (3)应用：温室大棚中，适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产。 光照强度 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） （2）、光质（波长） 蓝紫光下： 产物中蛋白质和脂肪较多； 红光下： 产物中糖类较多； 白光的光合效率比单色光高。 运用：在大棚中安装红光蓝光LED灯管。用无色透明的薄膜。 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） （3）、光照时间 运用：夜晩补充人工光源；有些蔬菜大棚悬挂发红色或蓝紫色光的灯管；增加光照面积； 光照时间越长，产生的光合产物越多。 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 2、CO2浓度 (1)原理：CO2影响 反应阶段， 制约 的形成。 (2)曲线解读 ①图1中A点表示 点，即 光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。 ②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 ③B点和B′点对应的CO2浓度都表示 点。 (3)应用：在农业生产上可以通过通风，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。 暗 C3 CO2补偿 CO2饱和 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 3、温度 (1)原理：温度通过影响 影响光合作用，主要制约暗反应。 (2)曲线解读： 在最适温度之前，光合速率随温度升高而增加；超过最适温度，光合速率随温度升高而降低；最适温度时，光合速率最大。 (3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当 室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 酶的活性 降低 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 4、水 (1)原理： ①水既是光合作用的 ，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率 。 (3)应用：农业生产中需要合理灌溉。 ②水分是植物蒸腾的对象。缺水→ →CO2进入 →间接影响光合作用 原料 下降 气孔关闭 受阻 (2)曲线解读：在一定范围内，光合速率随水分增加而增大。 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 5、矿物质元素 (1)原理：矿质元素通过影响与光合作用有关 的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。例如： 是叶绿体膜结构的组成成分、叶绿素的组成成分DNA和RNA的组成成分、NADP＋和ATP的组成成分光合作用有关的酶的组成成分。 化合物 N、P等 钾：与糖类合成、运输有关 镁： 的重要组成成分 叶绿素 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 5、矿物质元素 (3)应用：在农业生产上适时适量施肥，施肥的同时，往往适当浇水，农作物的光合速率会更大，此时浇水的原因是： (2)曲线解读：在一定范围内，光合速率随水分增加而增大。过量的无机盐使植物失水，光合速率下降，甚至死亡（烧苗现象）。 ①肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。②同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 6、多因子影响 植物生活的环境是复杂多样的，环境中的各种因素对光合作用的影响是综合的。下面的曲线是科学家研究多种因素对光合作用影响得到的结果。请分析回答： 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 6、多因子影响 (1)这三种研究的自变量分别是什么？ (2)图3的研究中，对温度条件的设定有何要求？为什么？ (3)图1中P点光照强度下，要想提高光合速率，可以采取什么措施？图2中P点温度条件下，要想提高光合速率，可以采取什么措施？ 光照强度、温度；光照强度、温度；光照强度、CO2浓度。 需要保持在最适温度，这样可能使实验结果更加明显。 提高CO2浓度；提高CO2浓度。 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 6、多因子影响 (4)根据图1分析，在30 ℃条件下，光照强度达到Q点之后，光合作用速率不再增加， 限制因素可能有哪些？ (5)图1结果不足以说明30 ℃是光合作用最适宜温度，为什么？如何改进实验才能获得正确的结果？ 光合色素的含量、空气中CO2浓度。 实验提供的温度条件太少，需要在20～40 ℃之间增加温度梯度进行实验。 (6)Q点之后，曲线会明显下降的是哪一个图？原因是什么？ 图2；温度升高，酶的活性会下降，甚至失活。 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 6、多因子影响 关键点的含义 P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。 生产上的应用 光照强度、温度、CO2浓度等综合考虑提高光合作用强度 O Ⅳ ①在一定范围内，光合作用随光照的增强、CO2的增加和温度的升高而增强 曲线解读： ②超过一定范围，则不再随光照强度的变化而变化 ③超过最适温度，则随温度的升高而减弱。 光照强度 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 光合作用强度 CO2(O.2%),40℃ CO2(O.4%),20℃ CO2(O.2%),20℃ CO2(O.4%),30℃ 四、影响光合作用强度的因素 （一）、影响光合作用的外因（环境因素） 6、多因子影响 四、影响光合作用强度的环境因素 （二）、影响光合作用的内部因素 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。 0 光照强度 净光合速率 阴生植物 阳生植物 解读 曲线分析 阳生植物的呼吸作用强度，光照补偿点，饱和点均大于阴生植物。 运用 农业生产上采取间作套种。 四、影响光合作用强度的环境因素 （二）、影响光合作用的内部因素 2、植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。 解读 曲线分析 0A段，随着叶龄增大，叶面积增大，色素含量增多，酶的含量和活性增大，光合速率加快。 运用 适时摘除老叶。 0 叶龄 光合速率 B A C AB段，光合速率不再随着叶龄增大而增加。 0A段，随着叶龄增大，色素、酶的含量减少，酶活性降低，光合速率减慢。 四、影响光合作用强度的环境因素 （二）、影响光合作用的内部因素 3、植物叶面积指数。 解读 曲线分析 在一定范围内，随叶面积不断增大，总光合速率不断加快；超过一定范围后，总光合速率不再增大。 运用 适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可以合理密植来增加光合作用面积。 四、影响光合作用强度的环境因素 （二）、影响光合作用的外因（环境因素） 必修1 P106“拓展应用” 右图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题： ①7～10时的光合作用强度不断增强的原因是 。 ②10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是 光照强度逐渐增大 此时温度很高，导致气孔开度减小，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制（午休现象）。 四、影响光合作用强度的环境因素 （二）、影响光合作用的外因（环境因素） 必修1 P106“拓展应用” ③14～17时的光合作用强度不断下降的原因是 。 ④从图中可以看出，限制光合作用的因素有 。 ⑤依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施： 光照强度不断减弱 光照强度、温度 可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 五、课堂小结 六、课堂检测 一、易错辨析 1.光照强度只影响光反应，不影响暗反应(　　) 2.只要有光照，植物就能正常生长(　　) 3.镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应(　　) 4.水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用(　　) 5.整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和呼吸作用强度相等(　　) × × × √ √ 六、课堂检测 √ 1.下图甲表示某种植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度的关系，图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断，下列说法正确的是(注：不考虑无氧呼吸) 二、选择题 A.图甲中的纵坐标数值即为图乙中的m4 B.图甲中c点时，图乙中有m1＝n1＝m4＝n4 C.图甲中e点以后，图乙中n4不再增加，其主要原因是m1值太低 D.图甲中a、b、c、d、e任意一点，图乙中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0 六、课堂检测 √ 二、选择题 2.下图是各种环境因素影响黑藻光合速率 变化的示意图。下列相关叙述正确的是 A.若在t1前充CO2，则暗反应速率将显 　著提高 B.t1→t2，光反应速率显著提高而暗反 　应速率不变 C.t3→t4，叶绿体基质中NADPH的消耗 　速率提高 D.t4后短暂时间内，叶绿体中C3/C5比值下降 六、课堂检测 √ 二、选择题 3.将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是 A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近 B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等 C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D.HT植株表现出对高温环境的适应性 $$