5.4 光合作用原理的应用（第3课时）课件 2024—2025学年高一上学期生物人教版必修1

光合作用原理的应用 Applications of the principle of photosynthesis 目 录 01 02 探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用的影响因素及应用 2 2.在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下， 光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。 随着光照和黑暗的交替进行，光照和黑暗间隔处理处理组在光下产生的NADPH和ATP能够及时的利用和再生，从而促进了暗反应的进行。 1.光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量 的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间， 有机物还能继续合成。 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 3 探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 2 1.实验原理 叶片含有空气，上浮 叶片下沉 O2充满细胞间隙，叶片上浮 抽气 光合作用 产生O2 2.变量分析 光照强度 光源与烧杯的距离 光合作用强度 叶片浮起数量 叶片大小、溶液的量 ①打孔: 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片。打孔时避开大叶脉。 大叶脉不含有的叶绿体 ②排气: 将圆形小叶片置于吸入清水的注射器内，用手指堵住注射器前端小孔拉动活塞，使叶片内气体逸出。 3.实验步骤 将处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 防止光照干扰实验结果 ③沉水: 为光合作用提供原料CO2 ④分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。 （1%~2%的NaHCO3溶液） 3.实验步骤 强光 中等光 弱光 注：LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。 ⑤光照：分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。 吸收光的热量，避免温度的变化对实验结果造成干扰。 盛水玻璃柱： 3.实验步骤 项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮起数量 1 10片 20 mL 强 多 2 10片 20 mL 中 中 3 10片 20 mL 弱 少 在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 3.实验步骤 ⑥观察并记录结果 同一时间小圆形叶片浮起的数量。 （或上浮相同数量的小圆形叶片所用时间。） 细胞间隙积累O2，浮力增大 净光合速率 4.实验结论 本实验中的数值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的净积累值，即光合作用与细胞呼吸的差值。 9 5.注意事项 (1)叶片上浮的原因是： (2)打孔时要避开 ，因为其中没有叶绿体，而且会延长圆形 小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。 (3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入 溶液中。 光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，释放氧气，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 大的叶脉 NaHCO3 NaHCO3缓冲液的作用是： 维持装置中CO2浓度的稳定，为光合作用提供CO2。 如何探究CO2浓度对光合作用的影响 数量相同的叶圆片置于烧 杯底部等距离（10cm）置于40W 的光源下 1 蒸馏水 2 2% NaHCO3溶液 3 10% NaHCO3溶液 如何探究温度 对光合作用的影响 1 低温 蒸馏水 2 常温 蒸馏水 3 高温 蒸馏水 水浴控制温度数量相同的叶圆片置于烧杯底部等距离（10cm）置于40W 的光源下 利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？ 提示：CO2浓度（不同质量分数的NaHCO3溶液）、 温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡） 在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，用于探究CO2浓度对光合速率的影响。 NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水，不利于光合作用。 探究光照强度对光合作用的影响 2 12 Factors affecting photosynthesis and its applications 光合作用的影响因素及应用 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用强度 1 底物的消耗速率 或 产物的生成速率 CO2 + H2O （CH2O） O2 + 光能 叶绿体 1.光合作用强度(光合速率）: 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 思考：能否测量出光合作用强度？ 固定CO2的量 制造有机物（糖类）量 产生O2的量 单位时间内光合作用 产生O2 固定CO2 释放O2 较强光照时 吸收CO2 植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的释放量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？ O2 CO2 2.光合作用速率的测定 线粒体 叶绿体 （可以测得） （可以测得） 植物进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。 实际测量到的光合作用指标是: 净光合作用速率，称为表观光合速率。 光合作用产生的O2= 释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2 下面请同学们思考，实验所测是否为叶片实际光合作用强度呢？我们看一下叶肉细胞的结构模式图★ 在光照较强时，光合作用产生的氧气★★一部分去线粒体参加有氧呼吸，★剩下的扩散出细胞★★，我们测的应该是 光合作用产生的减去呼吸作用消耗的氧气量，不是真正的光合作用强度。CO2的消耗量也是如此。叶绿体实际参加光合作用的 CO2量★★等于呼吸产生的和从外界吸收的CO2量★★。我们把实际测到的叶片CO2吸收量称为净光合速率，而叶绿体参与光合的C02量为总光合速率， 细胞有氧呼吸释放的CO2为呼吸速率的话，那么净光合速率等于总光合速率-呼吸速率 那么，在这些内容的基础上，如何修改光强与光合作用强度的关系图呢？ 15 线粒体 叶绿体 O2 释放O2 （可以测得） 叶肉细胞 CO2 吸收CO2 （可以测得） 总光合作用 = 净光合作用 + 呼吸作用 有机物的制造量 CO2的固定量 O2的产生量 有机物积累量 CO2的吸收量 O2的释放量 有机物的消耗量 CO2的释放量 O2的吸收量 光合作用强度 1 16 光合作用强度 1 测定方法： ①先将植物置于黑暗中，测量呼吸速率 。 ②在有光条件下，测定净光合速率。 ③计算：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 O2 释放 量 0 O2 吸 收 量 光照强度 光补偿点 光饱和点 · · · A B C 呼吸速率 净光合速率 总光合速率 CO2浓度 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 气孔开闭情况 影响 因素 光合作用强度 1 1.植物自身的遗传特性 阴生植物：是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。 阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物 光照强度 CO2 吸 收 量 CO2 释 放 量 O 阴生植物 阳生植物 （一）内部因素： 应用： </m> 段：随叶面积指数的增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用的饱和点。超过A点，由于叶的遮挡，光合作用实际量不再增大。 <m></m> 段：在一定范围内，干物质量随叶面积指数增加而增加。B点以后随叶面积指数增大而减少。 E点：表示光合作用实际量与呼吸量相等，干物质积累量为零。 a.增加光合作用面积，如合理密植、间作和套种。 b.适当间苗、修剪、避免徒长。 2.叶面积指数 将阳生与阴生农作物间作套种时注意作物种类搭配。 应 用 1.大棚种植阴雨天应补充蓝紫光 2.大田生产“正其行，通其风” 3.多施有机肥或农家肥” 5.农田灌溉系统灌溉农作物 4.大棚内燃放煤炉 光照强度光的种类 CO2浓度 CO2浓度无机盐 温度 CO2浓度 水 （二）外部因素： 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，使暗反应速率加快，从而使光合作用产物增加。 光 加快 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 光照强度对光合速率的影响 1 光照强度对光合速率的影响 1 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量 表明此时的呼吸强度。 AB段：光合作用<呼吸作用 B点：光补偿点， 即光合作用强度 =细胞呼吸强度。 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 限制因素：CO2浓度、温度、酶含量等 D BC段：光合作用>呼吸作用 C点：光合作用强度最大。 C点之前限限制光合作用因素 是光照强度。 D点：光饱和点， 增加光照强度 光合作用强度 不再增加。 净光合 总光合 呼吸 25 阴雨天气适当补充光照，增加光合作用强度。 适当延长光照时间 合理密植，增加光合作用面积 应 用 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 光补偿点 光饱和点 D A点：只呼吸不光合 O2 CO2 AB段：呼吸＞光合 B点：呼吸＝光合 BC段：光合＞呼吸 提醒：注意区分，单个细胞和整个植株的区别 （1）光照强度 27 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 净光合 总光合 D 呼吸 思考1:植物体在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于） 大于 （叶肉细胞光合作用） （叶肉细胞呼吸+其他细胞呼吸） = 28 总结： 叶绿体固定CO2的速率是总光合速率，叶肉细胞和植物体吸收CO2的速率是净光合速率。 当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸。 ①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。 ②当净光合速率＝0时，植物不能生长。 ③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。 光合速率与植物生长： 阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强 阳生植物是指在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物。 阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C 阳生植物 呼吸速率 阴生植物 A1 B1 C1 D D1 光补偿点：B>B1 光饱和点：D>D1 阳生植物和阴生植物 30 红光>蓝紫光>白光 >绿光 虽然四种光合色素都能吸收蓝紫光， 但它是短波，没有红光容易吸收。 让相同强度的日光照射 ①大棚颜色 白色透明>红色>蓝紫色>绿色 ②用相同强度光源照射（灯泡） （2）光质 红光>蓝紫光>白光 >绿光 虽然四种光合色素都能吸收蓝紫光， 但它是短波，没有红光容易吸收。 让相同强度的日光照射 ①大棚颜色 白色透明>红色>蓝紫色>绿色 ②用相同强度光源照射（灯泡） （2）光质 N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分 P：NADP+和ATP的重要组分 K：促进光合产物向贮藏器官运输 Mg：叶绿素的重要组分 应用：合理施肥 ①在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可______光合作用速率， 但当超过一定浓度后，植物光合作用速率 。 提高 下降 ②土壤中矿质元素溶液浓度过高，植物光合作用速率下降的原因可能是: 。 溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水 （3）矿质元素 CO2浓度 A B 吸收速率 CO2 C 释放速率 CO2 CO2补偿点 CO2饱和点 D （4）CO2浓度 A点： 对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。 CO2补偿点 光合作用速率＝呼吸作用速率 对应的D点为CO2饱和点 B点： C点： C点之后光合速率的限制因素： 主要为光照强度和温度、酶的数量和活性等。 应 用 “ 正其行，通其风”大田中通风，提供较多的CO2，提高光合作用强度，使作物增产。 温室中增施有机肥，以增大CO2浓度。 温室栽培农作物可以投放干冰或与鸡舍相连； 分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐 图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 B点和B′点对应的浓度都表示CO2饱和点。 （5）温度 新疆哈密瓜以“甜”著称 新疆哈密瓜以“甜”著称 ①原理：光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响 。 ③应用：温室适当增加 ，栽培时白天适当 ，夜间适当 ，以保证有机物的积累。 ②AB 段:随温度的升高,光合作用强度逐渐 　　　 　。 BC 段:与光合作用有关的酶活性　　 　,光合作用强度　　 　。 酶的活性 增强 下降 减弱 昼夜温差 升温 降温 O 温度 A 光合速率 B C 最适温度下植物光合作用最大， 植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。 O 12 14 10 一天的时间 光合作用强度 1.适时播种 2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温 3.植物“午休”现象（气孔关闭） 4.连续阴雨天：白天和晚上均降温 应用： （5）温度 37 （6）水 应用：合理浇灌、预防干旱 ①水是光合作用的原料 ②水是体内各种化学反应的介质 图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了 的供应。 CO2 ③缺水→气孔关闭→限制CO2进入叶片→光合作用受影响 （7）光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？ 限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子。 横坐标不再影响光合速率，而是其他因子。 P点时或之前： Q点时或之后： 自变量1 自变量1 自变量1 自变量2 温度 自变量2 光照强度 自变量2 CO2浓度 （7）光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？ 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。 光合作用曲线中关键点的移动 代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点 ；反之，A点 。 1.A点 下移 上移 2.B点与C点的变化 自变量 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大光照强度(或CO2浓度) 适当减小光照强度(或CO2浓度) 土壤缺Mg2＋ 左移 左移 左移 右移 右移 右移 【提醒】细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 光合作用曲线中关键点的移动 3.D点 代表最大光合速率，若增大光照强度（或增大CO2浓度）使光合速率增大时，D点向 移动；反之，移动方向相反。 右上方 光合作用曲线中关键点的移动 “光午休”现象 光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。 光照不断增强，光合作用强度不断增强。 温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭， CO2供应减少，光合作用强度明显减弱。 下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。 （1）7～10时的光合作用强度不断增强原因： （2）10～12时左右的光合作用强度明显减弱原因： （3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因： “光午休”现象 光照强度、温度 下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。 （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。 可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、喷淋降温等。 自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 AC： B点： C点： CD段： 黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用 光合作用开始点 光合速率逐渐增大，但<呼吸速率 凌晨温度最低，细胞呼吸最弱 BC： 温度回升，呼吸作用增强 D点： 光合速率=呼吸速率 Ⅰ Ⅱ Ⅲ DE： 随着光强和温度的提高，光合速率逐渐增大,此时光合速率>呼吸速率 自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 Ⅰ Ⅱ Ⅲ F点： 光合午休：气温过高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭，导致CO2供应不足。 H点： I点： HI段： 光合速率=呼吸速率，有机物积累最多 光合速率<呼吸速率 光合作用消失点 GI： 随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱 一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。 自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 小结 D、H点：光合速率=呼吸速率 D、H点以下：光合速率<呼吸速率 D、H点以上：光合速率>呼吸速率 光合速率＝呼吸速率的点： 。 Oc段：只进行 。 cd段：光合速率 呼吸速率。 dh段：光合速率 呼吸速率。 hi段：光合速率 呼吸速率。 ij段：只进行 。 积累有机物最多的点： 。 f点光合速率下降原因：气温过高，导致部分 关闭， 导致 供应不足。 d、h 呼吸作用 ＜ ＜ 呼吸作用 ＞ h 气孔 CO2 一昼夜积累有机物 = P -( M + N ) 习题巩固 开始积累有机物的点：净光合速率大于0，即d-h（不含d、h点） 开始光合作用的点/有机物积累最少的点：c 49 光合速率＝呼吸速率的点： 。 OC段：只进行 。 CD段：光合速率 呼吸速率。 DH段：光合速率 呼吸速率。 HI段：光合速率 呼吸速率。 IJ段：只进行 。 积累有机物最多的点： 。 J点低于O点，植物体有机物总量 ； J点高于O点，植物体有机物总量 ； J点等于O点，植物体有机物总量 。 D、H 呼吸作用 ＜ ＜ ＞ 呼吸作用 H 增多 减少 不变 一昼夜积累有机物： 比较J点时CO2浓度是否比O点时低 习题巩固 CD段：CO2释放速率减小，曲线上升缓慢 D点：CO2释放量达到最大 H点：装置中CO2含量最小 光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用强度与呼吸作用强度间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。 50 密闭环境一昼夜CO2含量的变化 AB段：只进行 BC段：温度回升， 增强。 CD段：光合作用 细胞呼吸。 D点：光合作用 细胞呼吸。 DH段：光合作用 细胞呼吸。 其中EF段出现“光合午休”现象。 H点：光合作用 细胞呼吸。 HJ段：光合作用 细胞呼吸。 直至光合作用完全停止 呼吸 小于 等于 大于 等于 小于 呼吸作用 密闭环境一昼夜CO2含量的变化 J点： CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。说明有有机物的积累,植物能正常生长。 一昼夜积累有机物：比较J点时CO2浓度是否比A点时低 演示结束 谢谢观看 $$