5.4光合作用与能量转化第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 学习目标 1.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。 2.关注光合作用原理的应用。 2 1.光合作用的强度 (1)概念：简单地说，就是指植物在_________内通过光合作用_________ _______。 (2)意义：直接关系______________，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。 单位时间 制造糖类 的数量 农作物的产量 2.影响光合作用强度的环境因素 (1)确定依据：根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——_________，动力——_____，都是影响光合作用强度的因素，因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。 (2)举例分析：环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响_______ _______而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的___________的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响_______的因素(如温度)，也是影响因子。 水、CO2 光能 CO2的 供应量 形成和结构 酶活性 3.探究光照强度对光合作用强度的影响的实验 下沉 氧气 上浮 多 强、中、弱 数量 不断增强 多 4.化能合成作用 (1)概念：利用体外环境中的某些_________氧化时所释放的能量来制造_______的合成作用。 (2)实例 硝化细菌 能量来源：将_____________释放的能量 反应物：_____________ 产物：_____ 无机物 有机物 氨氧化成硝酸 水和二氧化碳 糖类 (1)植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行(　　) (2)能进行光合作用的生物是自养生物(　　) (3)自养生物都是利用光能把无机物转变成有机物(　　) × 判断正误 √ × 探究光照强度对光合作用强度的影响 1.本实验的自变量是什么？如何控制？ 提示　光照强弱。通过调节光源与实验装置的距离来控制。 2.本实验的因变量是什么？检测指标是什么？ 提示　光合作用强度。相同时间内圆形小叶片浮起的数量。 3.水中圆形小叶片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉到水底的状况，原因及叶肉细胞的气体交换图分析如下： (1)在黑暗情况下，植物叶片_______________，吸收_____，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉到水底。叶肉细胞气体交换图如下图： 只进行细胞呼吸 氧气 (2)在弱光下，此时的光合作用强度____________细胞呼吸强度，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉到水底。叶肉细胞气体交换图如下： 小于或等于 (3)在中、强光下，叶片上浮，试分析其原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。 提示　光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多。 4.光合速率与呼吸速率的含义及相互关系。 (1)绿色植物组织在_____条件下测得的数值表示呼吸速率。 (2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。 (3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下： ①光合作用产生的O2量＝实际测得的O2_______＋细胞呼吸消耗的O2量。 ②光合作用固定的CO2量＝实际测得的CO2______＋细胞呼吸释放的CO2量。 ③光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的_______(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。 黑暗 释放量 吸收量 积累量 影响光合作用的因素及应用 (1)光照强度 光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。 ①原理：光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段。 15 ②曲线分析(如图) 在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，但光照强度增加到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤)。 ③线段及关键点明析 　　项目 曲线 点、段 进行的生理过程 气体转 移情况 对应的生理 状态模型 A点 只进行细胞呼吸 吸收O2、释放CO2   AB段 细胞呼吸、光合作用同时进行，且细胞呼吸强度>光合作用强度 吸收O2、释放CO2   17 B点 细胞呼吸、光合作用同时进行，且细胞呼吸强度＝光合作用强度 不与外界进行气体交换   B点 以后 细胞呼吸、光合作用同时进行且细胞呼吸强度<光合作用强度 吸收CO2、释放O2   18 ④生产应用 a.阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。 b.阴生植物的光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)和光饱和点(光合速率最大时所对应的最小光照强度)一般都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置。 19 (2)CO2浓度 ①原理：影响暗反应阶段，制约 C3化合物的生成。 ②曲线分析：图1中A点表示CO2 补偿点，即光合速率等于呼吸速 率时的CO2浓度，图2中A′点表 示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点(光合速率最大时所对应的最小CO2浓度)。 ③应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合速率。 20 (3)温度 ①原理：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。 ②应用：冬季温室栽培，白天可适当提高温度，晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。 21 (4)光质 ①原理：光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 ②应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。 22 (5)水分和无机盐 ①原理：缺水时气孔导度下降，影响CO2进入叶肉细胞；叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出减慢。因此，植物体水分减少使光合速率下降。N是各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分；P是NADPH和ATP的重要组成成分；Mg是叶绿素的重要组成成分；K对光合产物的运输和转化起促进作用。 ②应用：预防干旱，合理灌溉；合理施肥，由于肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，施肥的同时，往往需要适当的浇水。 23 (6)叶龄和叶面积 ①叶龄 叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉 细胞中的叶绿体逐渐增多，光合色素逐渐增加， 光合作用效率不断增强。生长到一定程度，叶片 面积和光合色素等达到稳定状态，光合作用效率 也基本稳定。伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合作用效率下降。 24 ②叶面积 随着叶面积指数的增大，进行光合作用和细胞 呼吸的叶面积增加，但叶面积指数增大到一定 值后，由于叶片的相互遮挡，进行光合作用的 叶面积不再增大，而进行细胞呼吸的叶面积仍 在增大，从而使细胞呼吸有机物的消耗量大于 光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。 ③农业生产上的启示：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。 25 (7)多因子变量对光合速率的影响 ①曲线分析 P点：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，光合速率不断提高。 Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。 26 ②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。 27 1.用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验，下列叙述不正确的是 A.离体的叶绿体中能合成糖类 B.碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳 C.烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该 实验无糖类产生 D.灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度 √ 灯与锥形瓶之间的距离，表示不同的光照强度，光照强度影响光合作用的强度，D错误。 2.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____。 光反应 色素的数量 a 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。 (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最可能是_________。 酶的活性 C3 C5的含量 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。 (4)若将某植物叶片在25 ℃条件下暗处理1小时，该叶片质量(主要是葡萄糖)减少了2 mg，之后立即光照1小时，经称重，光照后比暗处理前质量增加了5 mg。该叶片光照1小时产生的总光合作用量为____mg。 9 将某植物叶片在25 ℃条件下暗处理1 h，该叶片质量(主要是葡萄糖)减少了2 mg，即呼吸速率为2 mg/h，之后立即光照1 h，经称重，光照后比暗处理前质量增加了5 mg，该叶片光照1 h产生的总光合作用量为5＋2＋2＝9(mg)。 总结 34 1.检查植物的光合作用速率是否增加的最有效的方法是检查 A.光合作用产生的水量 B.CO2的消耗量 C.植物体的叶绿素含量 D.植物体葡萄糖的氧化量 √ 光合作用中既有水的消耗，又有水的产生，且植物体内水的消耗速率不易测量，A错误； 通过测定CO2的消耗速率可以检测植物光合作用速率的变化情况，B正确； 植物体内叶绿体中的叶绿素含量变化不易测定，C错误； 葡萄糖的氧化量代表细胞呼吸的大小，不是光合作用的大小，D错误。 2.(2022·扬州高一期末)图甲所示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，再用注射器抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，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)，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。 3.下列有关分析正确的是 A.在ab段，随着NaHCO3溶液浓度 的增加，光合作用速率逐渐减小 B.在bc段，单独增加光照、提高温 度或提高CO2浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间 C.因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶片不能进行 细胞呼吸 D.在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢 水平下降 √ 据图分析，在ab段，随着NaHCO3 溶液浓度的增加，光合作用速率逐 渐增强，释放的氧气量增多，叶圆 片上浮至液面所用的平均时间减少， A错误； 在bc段，已经达到二氧化碳饱和点，此时限制光合作用的因素不再是二氧化碳浓度，单独增加CO2浓度，不能缩短叶圆片上浮的时间，因不知在实验过程中是否提供最适光照强度和温度，所以在bc段，单独增加光照或提高温度，不一定可以缩短叶圆片上浮的时间，B错误； 配制的NaHCO3溶液中不含氧气， 随着光合作用的进行叶圆片会释 放氧气，所以整个实验过程中叶 圆片能进行细胞呼吸，C错误； 在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降，产生氧气量减少，叶圆片上浮至液面所用的平均时间增加，D正确。 4.湖北咸宁是中国桂花之乡，“桂乡”美名享誉全国，桂花以其独特的香气深受人们喜爱。如图为某科研小组测定其在不同光照条件下的净光合速率，下列有关说法错误的是 A.桂花的叶绿体中有大量由类囊体堆叠而成的基粒， 极大地扩展了受光面积 B.若适当提高温度，光合作用的增加值小于细胞呼 吸的增加值，则光补偿点右移 C.曲线与横坐标的交点处，净光合速率为0，说明光照强度太低，桂花不进行光合作用 D.为了促进桂花幼苗的快速生长，苗木培育工作者可在夜间适当补充红色或者蓝紫 色光源 √ 光合色素分布在类囊体薄膜上，叶绿体 内有大量由类囊体堆叠而成的基粒，极 大地扩展了受光面积，A正确； 光补偿点时光合作用与细胞呼吸强度相 等，若适当提高温度，光合作用的增加 值小于细胞呼吸的增加值，则应给予更强的光照才能使光合作用与细胞呼吸强度相等，故光补偿点应向右移动，B正确； 曲线与横坐标的交点处，净光合速率为0，此时光合作用和细胞呼吸强度相等，C错误； 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，在夜间适当补充红色或者蓝紫色 光源，可以促进桂花幼苗的快速生长，D正确。 5.如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图描述错误的是 A.ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度 B.bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭， 二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降 C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度 D.从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度 √ de段随着时间的递增，光照强度逐渐减弱，导致光合作用强度逐渐降低，即de段光合作用强度变化的主要原因是光照强度减弱，C错误。 $$