5.4.2 光合作用与能量转化(第2课时) 课件 2024—2025学年高一上学期生物人教版必修1

沈允钢（1927.12.2-），浙江杭州人，植物生理学家。1951年毕业于浙江大学农业化学系，1953年加入九三学社，1980年当选为中国科学院院士（学部委员）。 沈允钢主要从事光合作用机理和生理研究，包括光合电子传递、光合磷酸化及激发能在两种光系统间的分配与类囊体动态变化的关系；光合产物的合成、转化、输出和贮存；光合作用和作物产量形成及植物生物量累积与环境及植物生命活动的关系、光合机构运转与调控等。 一轮复习✸必修1：分子与细胞 沈允钢 第4节 光合作用和能量转化 第2课时 光合作用的原理和应用 第5章 必修1：分子与细胞 细胞的能量供应与利用 学习目标 核心素养要求 1.建构光合作用的光反应和暗反应的过程及影响因素模型。 2.通过对光合作用过程的认识，建立生物学的物质观和能量观。 3.说明不同环境因素对光合作用的影响 4.举例说明光合作用在生产实践中的应用。 1. 生命观念、科学探究：通过对探索光合作用原理相关实验的资料分析，能够阐明光合作用的过程，认识到光合作用过程中的物质与能量变化。 。 2. 科学探究：通过“探究不同环境因素对光合作用的影响”实验，培养学生的实验探究能力。 3.社会责任、科学思维：通过对光反应与暗反应过程的比较归纳，及对光合作用过程的总结，领悟科学探究方法，体会人类对光合作用的认识是逐步的、不断发展的。 捕获光能的色素 必修1：分子与细胞 内容1 内容2 内容聚焦 本节目录 光合作用的原理 光合作用的影响因素及应用 色素　 酶 外膜 内膜 由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含色素和酶 含多种光合作用所必需的酶 透明，有利于光线的透过 基粒： 基质： 双层膜 1、分布： 2、结构： 主要在绿色植物的叶肉细胞中 【复习】叶绿体的结构适于进行光合作用 叶绿体的结构 复习回顾 课前预习 1.光合作用的过程（示意图）及场所 2.光反应的物质变化和能量变化；暗反应的物质变化和能量变化； 3.光照环境下，CO2下降，C5、C3的变化；CO2不变，光照 强度增加，C5、C3的变化；说明光反应与暗反应的联系； 4.举例说明影响光合作用的内部因素有哪些？在农业 生产及生活有哪些应用？ 5.举例说明影响光合作用的环境因素有哪些？在农业 生产及生活有哪些应用？ 问题聚焦 1 2 3 植物体只有在光下才能更新污浊的空气。 一.探索光合作用原理的部分实验 光合作用的原理 内容1 1.早期探索 【结论】 1928年，科学家发现甲醛对植物有 作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 一.探索光合作用原理的部分实验 2.恩格尔曼的实验结论： 叶绿体见光部位有氧气产生。叶绿体是植物进行光合作用的场所。 3.19世纪末，科学家普遍认为: 毒害 光合作用的原理 内容1 CO2 O2 C + H2O 甲醛 多个缩合 糖类 结果：叶绿体有O2释放 推测：叶绿体中水的光解产生了氧气。 离体的叶绿体悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 （或其他氧化剂） O2 （1）希尔的实验是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能，没有排除叶绿体中其他物质干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 （2）希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 结合水分解产生的电子 光合作用的原理 内容1 4.1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。 水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段 思考：O2全部来自于H2O吗？ 相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的相对分子质量不同。（同位素标记方法）（对比实验的方法） 鲁宾和卡门的实验说明： 光合作用释放的氧来自于水。 5.1941年，美国科学家鲁宾和卡门 光合作用的原理 内容1 小球藻 10 6.1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验： 在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 H2O O2 + 2H+ + 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP ATP的合成与希尔反应的关系 【结论】 光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。 光合作用的原理 内容1 11 7.1964年以后，美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为 。 光合产物中有机物的碳来自CO2 上述几个实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。 卡尔文循环 【结论】 光合作用的原理 内容1 12 根据 ，这些化学反应可以概括地分为 和 （现在也称为碳反应)两个阶段。 是否需要光能 光反应 暗反应 光合作用过程的示意图 暗反应 光反应 二.光合作用过程 光合作用的原理 内容1 学生活动：观看视频，说出光合作用的概念，写出其化学反应式。 光合作用的原理 内容1 植物通过 ，利用光能，把 和 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 数量关系：6CO2+12H2O C6H12O6+ 6H2O+ 6O2 叶绿体 光能 （1）原料与产物分别是什么？（2）场所是哪里？反应需要什么条件？ （3）该反应中物质和能量的变化是怎样的？ CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 1.光合作用的定义 绿色 叶绿体 二氧化碳 水 有机物 光合作用的原理 内容1 氧气 那么这里的能量属于什么能呢？能否直接被其他化学反应应用？所以这里面的是稳定的化学能。那么根据这个概念，你可以写出光合作用的化学反应式吗？请一位同学帮我写在黑板上。结合这个反应式，我们来想想，光合作用的驱动力是什么？学生：光能。但实际上光合作用并不是所有过程都需要光的。我们根据反应是否需要光吧光合作用分为两个阶段，分别是必须有光才能进行的光反应阶段和有光无光都能进行的暗反应阶段。那我们来想想，光反应的场所应该在哪里呢？ 15 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+、e- 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 酶 2.光合作用的原理 光合作用的原理 内容1 色素吸收光能不需要酶的催化 16 H+、e- 类囊体薄膜上 的色素分子 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ ➊条件： 光、色素、酶等 ➋场所： 类囊体薄膜上 ➌主要产物： O2、ATP、NADPH （1）光反应阶段 光合作用的原理 内容1 可见光 光合作用第一阶段的化学反应， 才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。 必须有光 17 ➍物质转化 水的光解： ATP的合成： 2H2O O2+ H++ 4e- 光 色素 NADPH的合成： 光能 ➎能量转变 ATP、NADPH中活跃的化学能 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADP+ + H+ + 2e- NADPH 酶 光合作用的原理 内容1 NADP+：氧化型辅酶Ⅱ NADPH：还原型辅酶Ⅱ 只能用于C3的还原等叶绿体内的生命活动。 ①在C3的还原中作还原剂； ②为C3的还原提供能量 （1）光反应阶段 18 光合作用第二阶段的化学反应， 光，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在 中进行的。在这一阶段，CO2被利用，经过一系列反应后生成糖类。 【思考】：CO2是如何转变为糖类的呢？ 不直接依赖 叶绿体基质 美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 （2）暗反应（碳反应）阶段 光合作用的原理 内容1 卡尔文 19 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH NADPH (CH2O) ADP + Pi ATP 多种酶 参加催化 酶 CO2 还原 固定 供能 叶绿体基质 CO2的固定： C3的还原： CO2 + C5 2C3 酶 NADP+ ➊场所： ➋条件： ➌物质变化： ➍能量变化： ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 ATP→ ADP+Pi NADPH→NADP+ 酶、NADPH、ATP 卡尔文循环 供氢 酶 C5 核酮糖-1,5-二磷酸 RuBP 2C3 3-磷酸-甘油酸 （2）暗反应（碳反应）阶段 光合作用的原理 内容1 供能 20 能量变化： 光能→ATP和NADPH中活跃化学能→有机物中稳定的化学能 物质联系：①光反应阶段为暗反应阶段提供 ，从类囊体薄膜到 。②暗反应阶段为光反应阶段提供 原料。从叶绿体基质到 。 ATP 和 NADPH ADP、Pi和NADP+ 【思考】暗反应能在无光的环境中长期进行吗？ 不能，因光反应无法进行，缺乏光反应提供的ATP 和 NADPH。 光合作用的原理 内容1 【思维拓展1】 叶绿体基质 类囊体薄膜 21 项目 光反应反应 暗反应暗反应 区别 场所 条件 和原料 物质 变化 能量 转化 联系 ①光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供 。 ②没有光反应，则暗反应 ，没有暗反应，光反应 。 ①水的光解： ①CO2的固定： ②C3的还原： 类囊体薄膜上 叶绿体基质 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 活跃的化学能→（CH2O）中稳定的化学能 NADPH和ATP NADP+、ADP+Pi 无法进行 也不能进行 光、色素、酶 有光无光都可，多种酶 酶 光合作用的原理 内容1 【思维拓展2】光反应与暗反应的比较: 磷酸转运器的活性受抑制：磷酸丙糖不能被运出， ①叶绿体基质内磷酸丙糖浓度增加，抑制暗反应； ②淀粉积累，光合作用减弱； ③从叶绿体外转运进的磷酸减少，抑制光反应； 3.光合作用产物运输 光合作用的产物有一部分是 ，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 再通过韧皮部运输到植株各处。 淀粉 筛管 光合作用的原理 内容1 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 4、光合作用中元素的转移 NADPH （1）3H的转移： （2）14C的转移： （3）18O的转移： 3H2O (C3H2O ) 光反应 暗反应 （14CH2O） 14CO2 CO2的固定 14C3 C3的还原 （CH218O） 18O2 H218O 光反应 C18O2 C3 CO2的固定 C3的还原 光合作用的原理 内容1 24 【思维拓展3】条件骤变时物质含量的变化 CO2浓度不变 光反应 NADPH ATP C3 C5 (CH2O) 光照减弱 光照增强 H2O CO2 NADPH O2 酶 多种酶 ADP+ Pi ATP C5 2C3 （CH2O） H2O 水的光解 形成ATP CO2的固定 C3的还原 积累、增加 消耗、减少 ①“来源去路” 光合作用的原理 内容1 光照不变 暗反应 C3 C5 NADPH ATP (CH2O) CO2浓度减少 CO2浓度增加 H2O CO2 NADPH O2 酶 多种酶 ADP+ Pi ATP C5 2C3 （CH2O） H2O 水的光解 形成ATP 固定 还原 积累、增加 消耗、减少 【思维拓展3】条件骤变时物质含量的变化 ①“来源去路” 光合作用的原理 内容1 ②模型法 ①图1中曲线甲 ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 光合作用的原理 内容1 【思维拓展3】条件骤变时物质含量的变化 27 ①把无机物合成有机物，不仅是自身的 物质， 而且是人和动物的 来源。 ②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的 来源。 ③维持了大气成分的基本 。 5.光合作用的意义 总结 营养 食物 能量 稳定 光合作用的原理 内容1 1.将单细胞绿藻置于适宜的温度、光照以及充足的CO2条件下培养，经一段时间后，突然停止光照，则下列叙述中不会发生的是(　 ) A．光反应停止，不能形成NADPH和ATP B．短时间内暗反应仍进行，CO2与C5继续结合形成C3 C．短时间内绿藻体内C3的含量会上升 D．由于没有NADPH和ATP供应，C3不能形成糖类等物质，积累了许多C5 D 习题检测 29 2.（2023·全国·统考高考真题）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（      ） A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢 D 习题检测 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 3. 如图为绿色植物光合作用过程示意图（图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示）。有关叙述不正确的是（　　） B 习题检测 A. ②、③将光能转变成了活跃的化学能 B. 其他条件不变，g的量瞬时减少，短时内d、f增加 C. 将H2O物质用18O标记，一段时间后在CO2中可检测到18O D. ④、⑤、⑥过程都发生在叶绿体基质中 4. 对3株大小，长势相同的植株分别进行如下处理：甲连续光照5h，再在黑暗中5h；乙先光照1h，再在黑暗中1h，连续交替共10h；丙先光照5s，再在黑暗中5s，连续交替共10h。在其他条件相同的情况下，它们体内有机物含量是（　　　） A. 丙=乙>甲　　 B. 甲=乙=丙　　 C. 丙>乙>甲　　 D. 甲>乙>丙 C 光反应停止后，暗反应还会继续进行一段时间，设光反应停止后，暗反应继续进行3s。暗反应时间越长，（CH2O）含量越多。 习题检测 32 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 。 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 ，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。 【补充】连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 多 及时的利用和再生 光合作用的原理 内容1 33 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌 三.化能合成作用 自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些 氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用。 无机物 光合作用的原理 内容1 硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌 34 【思维拓展1】△注意区分硝化细菌和固氮型微生物 （1）硝化细菌： NH3→HNO2→HNO3，并利用该过程释放的能量合成有机物，属于生产者 （2）固氮菌：将N2转化为植物可利用的氮肥，提高土壤肥力 光合作用的原理 内容1 项目 光合作用 化能合成作用 条件 光、色素、酶 酶 原料 CO2和H2O等无机物 产物 等有机物 能量来源 _____ 某些无机物氧化时释放的能量 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 、硫细菌、铁细菌等 糖类 光能 硝化细菌 【思维拓展2】比较光合作用与化能合成作用 光合作用的原理 内容1 生物 自养生物 异养生物 光能自养生物 化能自养生物 如：绿色植物 如：人、动物、真菌及大多数的细菌。 只能利用环境中现成的有机物 如：少数的细菌，如硝化细菌。 能量来源不同 （光能、化学能） (营养物质的性质) 【补充】 光合作用的原理 内容1 代谢类型 同化作用 异化作用 自养型 异养型 需氧型 厌氧型 光合自养型 化能自养型 捕食型 寄生型 腐生型 【小结】 光合作用的原理 内容1 1.易错辨析 （1）植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应(　　) （2）光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(　　) （3）光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量 (　　) （4）14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)(　　) × × × × 习题检测 2.【2021·广东，12】在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是（ ） A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件 C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合 D 习题检测 3.如果改变光合作用的反应条件会引起相应的变化，下列说法正确的是( )。 A.突然中断 <m></m> 供应会暂时引起叶绿体基质中 <m></m> 的值增大 B.突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中 <m></m> 的值增大 C.突然中断 <m></m> 供应会暂时引起叶绿体基质中 <m></m> 的值减小 D.突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中 <m></m> 的值减小 A 习题检测 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 41 4.(2022·石家庄二模)将正常生长的绿萝盆栽，由夏季中午炎热环境转移到温度适宜 但光照强度相同的环境中培养，短时间内叶绿体会发生的变化是( ) A. <m></m> 在光下分解速率减慢 B.卡尔文循环减弱 C. <m></m> 的值下降 D. <m></m> 的值上升 D 习题检测 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 42 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 学生活动：尝试与光合作用联系，说说以下举措能提高粮食产量的原因。 光合作用的影响因素及应用 内容2 1.概念: 是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在 通过光合作用 的量（即光合作用速率，是化学中的一种反应速率）来衡量。 一.光合作用强度 【思考】何为光合作用强度？表示方法？ 单位时间内单位面积 制造糖类 (1)光合作用制造的糖类 呼吸作用消耗的糖类 植物/细胞积累的糖类 (2)可用单位时间内 的消耗量，或单位时间内 的产生量来表示。 CO2 O2 光合作用的影响因素及应用 内容2 CO2+H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 44 2.光合作用速率的测定 线粒体 叶绿体 产生O2 释放O2 （可以测得） 叶肉细胞 CO2 吸收CO2 （可以测得） 植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。 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？ 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 光合作用的影响因素及应用 内容2 45 真正（总）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率 合成（制造）有机物的量 固定或消耗CO2量 产生O2的量 有机物积累量 CO2吸收量 O2的释放量 消耗有机物的量 黑暗下CO2的释放量 黑暗下O2的吸收量 = = = + + + 3.光合作用速率的数量关系 光合作用的影响因素及应用 内容2 ①对象：叶绿体：直接为总光合速率。 ②对象：植株、叶片、细胞：为净光合速率 46 CO2浓度 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 （N、P、Mg） 影响 因素 水分 光 光合作用的影响因素及应用 内容2 二、影响光合作用的因素 【思考】影响光合作用强度的因素有哪些？ 1.实验原理 （1）叶片含有空气， 浮。利用抽气法排除叶片细胞间隙中 的空气，叶片 。 （2）通过改变 ，来控制光照强度 上 下沉 LED台灯与烧杯的距离 （3）光合作用产生的O2的多少，光照强度密切相关，O2在细胞间隙积 累，从而使下沉的叶片 。根据 浮 起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。 上浮 单位时间小圆形叶片 【探究·实践】 探究光照强度对光合作用的影响 光合作用的影响因素及应用 内容2 48 2.材料用具 打孔器、注射器、5W LED台灯 、米尺、烧杯、绿叶。 光合作用的影响因素及应用 内容2 自变量： 光照强弱 因变量： 光合作用强度 相同时间小圆形叶片浮起的数量 控制方法 不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离 ①实验叶片 同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同 ②NaHCO3溶液 无关变量： 等量，相同浓度 ③温度 相同且适宜 49 （1）打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片 （2）将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出。处理后的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。 3.方法步骤 光合作用的影响因素及应用 内容2 50 （3）将处理过圆形小叶片放入清水中， 保存，小圆形叶片全部沉到水底 （4）取3只小烧杯，分别倒入富含 的清水（1%-2%的NaHCO3溶液） 黑暗 CO2 3.方法步骤 光合作用的影响因素及应用 内容2 51 （5）分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的小烧 杯中并调整5W台灯距离（10、20、30cm）。 吸收光的热量，避免光照时实验装置中温度的变化对实验结果造成干扰。 盛水玻璃柱： 光合作用的影响因素及应用 内容2 52 甲 乙 丙 叶片浮起数量多 叶片浮起数量中 叶片浮起数量少 强 中 弱 SZ-LWH SZ-LWH （6）观察并记录结果 光合作用的影响因素及应用 内容2 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 （6）观察并记录结果 4.实验结论 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。 光合作用强度 0 光照强度 光合作用的影响因素及应用 内容2 【思考】本实验中叶圆片光合作用 产生的O2会全部释放出来吗？ 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。 54 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。 （4）本实验中的数值 速率。 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：维持装置中CO2浓度的稳定，为光合作用提供CO2。 光合作用的影响因素及应用 内容2 不代表真正的光合速率，而是净光合 55 【思考·讨论】 提示： 1.CO2浓度（吹气时间或不同质 量分数的NaHCO3溶液）、 2.温度（水浴保温）、 3.光质（不同颜色的彩色灯泡） 利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？这些因素分别如何控制呢？ 光合作用的影响因素及应用 内容2 56 1.如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置，氧气传感器可监测O2量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是（ ） A.NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2 B.单色光照射，相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多 C.氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻 光合作用产生的O2量 D.拆去滤光片，改变光照强度， 并将所得数据绘制成曲线可 推知其光饱和点 C 习题检测 57 思考：影响光合作用的因素有哪些？ CO2的浓度 CO2＋H2O （CH2O）＋O 2 光能 叶绿体 H2O 光：光照强度、光质、光照时间 矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料） 外因： 内因： 酶的种类、数量 色素的含量 叶龄不同 植物种类 叶面指数（疏密） 温度 光合作用的影响因素及应用 内容2 58 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 CO2 释放 速率 光照强度 0 CO2吸收速率 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 净光合速率 总光合 速率 B：光合作用=呼吸作用 D： D AB：光合作用<呼吸作用 BC：光合作用>呼吸作用 呼吸 速率 A：只进行呼吸作用 讨论1：C点之前和之后限制光合作用因素分别是？ C点前：光照强度 C点后：CO2浓度、温度等 讨论2：能否在图中找出总光合速率？ D:光饱和点，光合作用的色素、酶的活性及数量有限 （一）外部因素影响光合作用强度 · 光合速率开始达到最大时对应的光照强度 光合作用的影响因素及应用 内容2 59 3.总光合速率： 1.呼吸速率： 2.净光合速率： 绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与呼吸作用同时进行，测得的数值表示净光合速率。 绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。 细胞呼吸消耗的O2量、细胞呼吸释放的CO2量、细胞呼吸消耗的葡萄糖量 实际测得的O2释放量、实际测得的CO2吸收量、葡萄糖积累量（增重部分） 呼吸速率+净光合速率。 光合作用产生的O2量、光合作用固定的CO2量、光合作用产生的葡萄糖量 【关键点解读】光合速率的有关概念 光合作用的影响因素及应用 内容2 A:只进行呼吸作用 B：光合作用=呼吸作用细胞呼吸释放的CO2 全部用于光合作用 BC：光合作用>呼吸作用 AB：光合作用<呼吸作用 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 光合作用的影响因素及应用 内容2 O2 CO2 61 【思考3】 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） 总结：叶绿体吸收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。 大于 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 光照强度 0 CO2吸收速率 CO2 释放 速率 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 净光合速率 总光合 速率 D 呼吸 速率 · > 光合作用的影响因素及应用 内容2 62 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C D E S2 S1 S3 【思考4】 在图甲中,呼吸作用消耗有机物的量可表示为　 　,净光合作用量可表示为 ，光合作用产生有机物的量可表示为　 　 　。 (用S1、S2、S3和数学符号表示)  S1+S2 S3+S2 S3-S1 （1）光照强度【单位：勒克斯（lx）】 光合作用的影响因素及应用 内容2 【注意】光合速率与植物生长： 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，植物不生长。 ③当净光合速率＜0时，植物不生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。 63 ①温室生产中，适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产； 温室大棚一般选无色透明塑料薄膜 ②遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予红光或蓝紫光。优先选择红光。 光照强度 【光照强度的应用】 光合作用的影响因素及应用 内容2 红光>蓝紫光>白光 >绿光 64 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 ③阴生植物的光补偿点和光饱和点都较 ， 合理密植，间作套种，合理利用光。 【光照强度的应用】 低 玉米——大豆 光合作用的影响因素及应用 内容2 A B 阳生植物 阴生植物 C 0 CO2吸收速率 CO2释放速率 光照强度 阳生植物的光补偿点和光饱和点都大于阴生植物。 65 1.下图为CO2吸收量与光照强度关系的坐标图，当光合作用相关因素改变后，a、b、c点的移动描述不正确的是（ ） A.若植物体缺Mg2＋，则对应的b点将向左移 B.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别 　是25 ℃和30 ℃，则温度由25 ℃上升到30 ℃时， 　对应的a点将下移，b点将右移 C.若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a点、b点、c点将分别向上 移、左移、左移 D.若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，则b点将向左移 A 光合作用的影响因素及应用 内容2 1.多施 或 肥； 2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；无土栽培时加NaHCO3或碳酸氢铵，以增大CO2浓度； 3.大田中还要注意通风透气。 【应用】 CO2补偿点 光合作用速率=细胞呼吸速率 D点： E点后限制因素： B点： A B： CO2浓度 A B 吸收速率 CO2 C 释放速率 CO2 D E （2）CO2浓度 CO2饱和点， 为光照强度和温度、酶的数量和活性等 只进行细胞呼吸。 进行光合作用所需 CO2的最低浓度。 C点： 为什么？ 有机肥 农家 光合作用的影响因素及应用 内容2 分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐 67 CO2浓度 释放速率 CO2 A B 吸收速率 CO2 C D E 图2中A′点表示进行光合作用 。B点和B′点对 应的浓度都表示CO2 。 （2）CO2浓度 所需CO2的最低浓度 饱和点 光合作用的影响因素及应用 内容2 68 （3）温度 O 温度 A 光合速率 B C 原理： 温度通过影响 影响。 植物体内的酶最适温度在40~50℃之间，温度过高时植物 ，光合速率会减弱。 1.温室中,白天适当提高温度，晚上适当降温，从而提高作物 产量（有机物积累量）。 2.解释植物“午休”现象。 【应用】： 酶的活性 气孔关闭 光合作用的影响因素及应用 内容2 69 夏季某晴天中小麦的光合速率变化 0 光合速率 10 12 14 时间 A B C D E ◎分析各段曲线出现的原因？ C处：光合午休 正午温度升高，为减少蒸腾作用，气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，光合作用减弱。 光合作用的影响因素及应用 内容2 N： 的重要组分 P： 的重要组分 K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉 的运输 Mg：叶绿素的重要组分 【应用】 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 （4）矿质元素 光合酶及NADP+和ATP NADP+和ATP 合理施肥 光合作用的影响因素及应用 内容2 71 【应用】 （5）水 【原理】 ① 水既是光合作用的 ， 又是体内各种化学反应的 ， 直接影响光合作用速率； ② 水分还能影响气孔的 ，间接影响 进入叶片，从而影响光合作用速率。 原料 介质 开闭 CO2 合理浇灌、预防干旱 光合作用的影响因素及应用 内容2 72 ①大棚颜色：相同强度的日光照射（大棚） （能让 透过） 【说明】 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。 （6）光质 同色光 白色透明>红色>蓝紫色>绿色 红光>蓝紫光>白光 >绿光 光合作用的影响因素及应用 内容2 ②用相同强度光源照射（灯泡） 73 光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 P点及P点之前：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子 的不断加强，光合速率不断 。 Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要 为各曲线所表示的因子。 提高 (7)多因子对光合速率的影响及应用（外部因素） 光照强度 光 合 速 率 30℃ 20℃ 10℃ P Q 温度 光 合 速 率 高光强 中光强 低光强 P Q 光照强度 光 合 速 率 高CO2浓度 中CO2浓度 低CO2浓度 P Q 光合作用的影响因素及应用 内容2 74 光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 【应用】 温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加 ，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加 和CO2浓度以提高光合速率。 CO2浓度 光照强度 光照强度 光 合 速 率 30℃ 20℃ 10℃ P Q 温度 光 合 速 率 高光强 中光强 低光强 P Q 光照强度 光 合 速 率 高CO2浓度 中CO2浓度 低CO2浓度 P Q (7)多因子对光合速率的影响及应用（外部因素） 光合作用的影响因素及应用 内容2 75 (1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同)。 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。 (3)叶面积指数 (4)其他内部因素 光合作用的影响因素及应用 内容2 （二）内部因素影响光合作用强度 阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强 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 【应用】 （1）植物自身的遗传特性 间作、套种 光合作用的影响因素及应用 内容2 77 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量、酶的活性和数量、有机物的输出情况 、气孔导度等 叶龄 光合作用的影响因素及应用 内容2 78 不再增加 合理密植 （3）植物叶面积指数 是指单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数。 光合作用的影响因素及应用 内容2 79 生产实践中，可适时喷施植物激素中的 ，起到调节气孔开度的作用 叶片的有机物输出越多，其光合速率越快。若将一株植物的果实去除，则去除的果实越多，其光合速率就_________，两片相邻的叶片，若一片遮光，则另一片叶子的光合速率会________。 越慢 增强 ① 有机物的输出情况 、气孔导度等 （4）其他内部因素 脱落酸 拓展：过高的ABA能促使保卫细胞中的K+外渗，使保卫细胞渗透压下降而失水引起气孔关闭。 光合作用的影响因素及应用 内容2 开花期摘除... text has been truncated due to evaluation version limitation. 80 ② 光合作用产物积累对光合作用强度的影响 光合作用的影响因素及应用 内容2 81 光合产物（蔗糖）从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。 光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因有∶ ①反馈抑制。例如蔗糖的积累会反馈抑制合成蔗糖的磷酸蔗糖合成酶的活性，使细胞质以及叶绿体中磷酸丙糖含量增加，从而影响CO2的固定; ②淀粉粒的影响。叶肉细胞中蔗糖的积累会促进叶绿体基质中淀粉的合成与淀粉粒的形成，过多的淀粉粒一方面会压迫与损伤类囊体，另一方面，由于淀粉粒对光有遮挡，从而直接阻碍光合膜对光的吸收。 ② 光合作用产物积累对光合作用强度的影响 光合作用的影响因素及应用 内容2 82 光合作用曲线中的“关键点”移动 (1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。 (2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)注意：　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。 【思维拓展】 光合作用的影响因素及应用 内容2   B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大CO2浓度(光照强度) 适当减小CO2浓度(光照强度) 土壤缺Mg2＋ (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点向右上方移动；反之，移动方向相反。 【思维拓展】 左移 右移 右移 左移 右移 左移 光合作用的影响因素及应用 内容2 1.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(　　) √ × × √ × 习题检测 2. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（　　　） A. 红光，ATP下降 B. 红光，未被还原的C3上升 C. 绿光，NADPH下降 D. 绿光，C5上升 C 习题检测 86 3. 图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是（　　　） 　　A. CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用 　　B. 适当增加光照强度，a点将左移 　　C. CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等 　　D. 甲植物体内NADPH的含量在CO2浓度为b时比在a时高 B 习题检测 87 4.(2021·北京，3)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 B 习题检测 88 ◎本讲小结 一、概念检测 1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。 (1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( ) (2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( ) (3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( ) × √ × 练习与应用 2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（ ） A.CO2→叶绿素→ADP B.CO2→叶绿体→ATP C.CO2→乙醇→糖类 D.CO2→三碳化合物→糖类 D 练习与应用 3.根据光合作用的基本过程填充下图。 O2 2C3 C5 NADPH ATP ADP+Pi NADP+ 练习与应用 (1)7—10时的光合作用强度不断增强的原因是__________________。 (2)10—12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是_____________________。 (3)14-17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。 二、拓展应用 1.下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。 练习与应用 二、拓展应用 1.下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。 练习与应用 本讲结束，记得点个赞哦！ $$