5.4光合作用原理的应用课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

第5章细胞的能量供应和利用 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—— 光合作用原理的应用 知识网络构建 一、光合作用与呼吸作用关系 二、影响光合作用的因素及作用 三、光合作用昼夜变化曲线分析 四、光合作用与呼吸作用相关实验探究 五、光合作用与化能合成作用 指光合作用的强弱，也称“光合强度”、“光合速率”， 可以通过测定一段时间内原料（CO2）消耗或产物（（CH2O）、O2）生成的数量来定量地表示。 光合作用强度 1.单位时间内光合作用制造有机物（糖）的数量 2.单位时间内光合作用固定CO2的量 3.单位时间内光合作用产生O2的量 CO2+H2O 叶绿体 光能 (CH2O)+O2 数量关系：6CO2+12H2O C6H12O6+ 6H2O+ 6O2 光能 叶绿体 一、光合作用与呼吸作用关系 是指植物在光下实际把二氧化碳转化成有机物的量，即在单位时间、叶面积从外界吸收和自身呼吸释放的二氧化碳的量。 总光合作用： 净光合作用： 不算呼吸作用放出的二氧化碳量，只算从外界吸收的二氧化碳量，即是在光下测定的二氧化碳的吸收量。 一、光合作用与呼吸作用关系 一、光合作用与呼吸作用关系 (总光合)真光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 光合作用所需CO2(固定CO2) = 从外界吸收的CO2 + 呼吸作用产生的CO2 光合作用产生O2 = 释放到外界的O2 + 呼吸作用消耗的O2 光合作用产生有机物 = 植物净积累量 + 呼吸作用消耗的有机物 知识网络构建 一、光合作用与呼吸作用关系 二、影响光合作用的因素及作用 三、光合作用昼夜变化曲线分析 四、光合作用与呼吸作用相关实验探究 五、光合作用与化能合成作用 温度 pH 光照强度 光照时间 光质 Mg2+等多种无机物 CO2浓度 湿度 二、影响光合作用的因素及作用 二、影响光合作用的因素及作用 ①同一植物的不同生长发育阶段 在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。 应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时、适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。 ②同一叶片的不同生长发育时期（叶龄） 随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏 。 应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶 1.内部因素 ③与植物自身的遗传性有关，如阴生植物、阳生植物 ④叶面积指数：（光合面积） OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足 应用：合理密植、间作和套种、适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免陡长，封行 二、影响光合作用的因素及作用 1.内部因素 （1）光质 ①叶绿体中色素只能吸收可见光，对红外光和紫外光不吸收。 原理： ②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光吸收量大。 ③单色光中蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。 大棚薄膜的选择，无色透明的大棚能透过日光中各种颜色的光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明大棚中植物的光合效率最高。 应用： 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？ 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 A点：光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放CO2的量表示植物的呼吸作用。 植物只消耗有机物，不制造有机物，植物长期处于黑暗环境中最终会死亡。 AB段：随光照强度增强，光合作用强度逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，因为呼吸作用释放的CO2一部分用于光合作用，此时呼吸作用强度大于光合作用强度 。 只呼吸 呼吸＞光合 （2）光照强度 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 纵坐标代表实际光合速率（强度）还是净光合速率（强度）？ B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于呼吸作用强度，光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长。B点所对应的光照强度称为光补偿点。 植物缺Mg，B点右移 当呼吸作用=光合作用时，植物既不积累有机物，也不额外消耗的储存有机物，植物在这种环境中，可以生存下来，但不能正常生长。 呼吸=光合 （2）光照强度 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 纵坐标代表实际光合速率（强度）还是净光合速率（强度）？ BC段：随着光照强度不断加强，光合作用强度不断增强 ，并且光合作用强度大于呼吸作用强度，光合作用所固定的CO2一部分来自呼吸作用，一部分通过叶片的气孔从大气中吸收。C点所对应的光照强度称为光饱和点 。 当呼吸作用<光合作用时，植物有机物积累量>0，植物通过光合作用不断积累有机物，由小长大，健康成长。 C点之前限制光合作用的因素主要是光照强度C点之后限制光合作用的因素主要是CO2浓度和温度、叶绿体中的酶、色素等。 呼吸＜光合 阴生植物的光补偿点、光饱和点＜阳生植物 （2）光照强度 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 纵坐标代表实际光合速率（强度）还是净光合速率（强度）？ 实验原理：在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累, 结果使原来下沉的叶片上浮。根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。 二、影响光合作用的因素及作用 （2）光照强度 2.外部因素 二、影响光合作用的因素及作用 （2）光照强度 2.外部因素 二、影响光合作用的因素及作用 （2）光照强度 2.外部因素 实验原理：在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累, 结果使原来下沉的叶片上浮。根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。 自变量：光照强度，通过调节台灯与实验装置之间的距离来调节光照强度的大小 因变量：光合作用强度，单位时间内小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短。 二、影响光合作用的因素及作用 （2）光照强度 2.外部因素 （3）CO2浓度 CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。 CO2浓度达到一定含量时才开始进行光合作用，在一定范围内，光合速率随CO2浓度增大而加快；当CO2达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加，这时的CO2浓度称为CO2饱和点(B、F点）；而植物光合速率和呼吸速率相等时的CO2浓度称为CO2补偿点（E点）；A、D点进行光合作用所需CO2的最低浓度 。 应用：温室可通过放干冰的方法来提高室内CO2的浓度、合理密植。“正其行，通其风”。增施有机肥，使土壤微生物分解有机物增多，放出CO2增多。 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 （4）温度 原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用 AB段：随温度升高酶活性逐渐增强，光合速率增大。 B点：酶的最适温度，光合速率最大。 BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50℃左右时光合速率几乎为0。 应用： 温室栽培中，提高昼夜温差，白天可适当提高温度，夜间适当降低温度从而提高作物产量（有机物积累量）。阴雨天白天适当降温维持昼夜温差。 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 （5）水分 原理：光合作用的原料、植物体内各种生化反应的介质、影响气孔的开闭。 应用：根据作物需水规律合理灌溉，预防干旱洪涝。 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 原理： N：酶及ATP的重要组分 P：磷脂、ATP的重要组分；维持叶绿体膜的正常结构和功能 Mg：叶绿素的重要组分 （6）矿质元素 在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。 应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料可提高农作物产量。 二、影响光合作用的因素及作用 2.外部因素 多因子变量对光合速率的影响 二、影响光合作用的因素及作用 曲线分析：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，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。 2.外部因素 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素，随着该因素的不断加强，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因素，影响因素主要为各曲线所表示的因素。 ①延长光照时间、增加光照强度、选择适当的光源； ②白天适当增加温度，夜间适当降低温度； ③适当提高CO2的浓度（施用农家肥）； ④合理灌溉，提供适当水分; ⑤合理施肥，提供必要的矿物质元素； ⑥农作物间距合理(合理密植）。 增加农作物产量的几点做法： 二、影响光合作用的因素及作用 知识网络构建 一、光合作用与呼吸作用关系 二、影响光合作用的因素及作用 三、光合作用昼夜变化曲线分析 四、光合作用与呼吸作用相关实验探究 五、光合作用与化能合成作用 4点之前：夜晚植物只进行呼吸作用 自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 2点：温度降低呼吸作用减弱 4点：开始进行光合作用 4点-5点半：清晨光弱，光合作用较弱 5点半：呼吸作用=光合作用 5点半-19点半：呼吸作用＜光合作用 12点：失水过多，气孔关闭，光合午休现象 19点半-21点：傍晚光较弱，呼吸作用＞光合作用 19点半：呼吸作用=光合作用 21点后：光照停止，只进行呼吸作用 5点半-19点半：有机物积累 4点-21：制造有机物 19点半：有机物积累最多 B点之前：夜晚植物只进行呼吸作用 密闭玻璃罩内CO2浓度变化 BC段：温度降低呼吸作用减弱 CD段：开始进行光合作用，但呼吸＞光合 D点：随着光增强，呼吸强度=光合强度 DH段：光强度较强，呼吸强度＜光合强度 G点：光合午休 H点：随着光照减弱，呼吸强度=光合强度 K点低于A点：密闭容器中一昼夜后浓度减少，植物体内有机物总量增加，植物生长。 HK：呼吸作用＞光合作用 GH：光照强度逐渐减弱，光合强度降低，呼吸强度＜光合强度 知识网络构建 一、光合作用与呼吸作用关系 二、影响光合作用的因素及作用 三、光合作用昼夜变化曲线分析 四、光合作用与呼吸作用相关实验探究 五、光合作用与化能合成作用 （1）测定呼吸速率 ①装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。 ②玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。 ③置于适宜温度的环境中。 ④红色液滴向左移动（单位时间内移动距离代表呼吸速率）。 ①烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液（NaHCO3），保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。 （2）测定净光合速率 ②必须给与较强的光照处理，且温度适宜。 ③红色液滴向右移动（单位时间内向右移动的距离代表净光合速率）。 为防止环境因素对实验结果造成干扰要设置空白对照，把装置中植物改为死亡的植物，烧杯中溶液不变即CO2缓冲液（NaHCO3）,液滴移动是因为环境因素变化（温度、气压等）。 校正装置 光反应能量有一部分也储存在[H]中 叶绿体中C3的量多于C5 很难测定植物体内O2或CO2变化量，只能测定密闭环境内O2或CO2变化量 2.黑白瓶法测定光合速率与呼吸速率 黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用，而白瓶既能进行呼吸作用又能进行光合作用，所以黑瓶（无光照一组）测得为呼吸作用强度值，用白瓶（有光照一组）测得的为表观（净）光合强度值，综合两者即可得出真正光合强度值。 （1）有初始值的情况下 黑瓶中氧气减少量（或二氧化碳增加量）为有氧呼吸量，白瓶中氧气增加量（或二氧化碳减少量）为净光合作用量，二者之和为总光合作用量。 （2）没有初始值的情况下 白瓶中测得的现有量 - 黑瓶测得的现有量 = 总光合作用量。 四、光合作用与呼吸作用相关实验探究 光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。 持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。 但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。 3.间隔光照法比较有机物合成量 四、光合作用与呼吸作用相关实验探究 知识网络构建 一、光合作用与呼吸作用关系 二、影响光合作用的因素及作用 三、光合作用昼夜变化曲线分析 四、光合作用与呼吸作用相关实验探究 五、光合作用与化能合成作用 五、光合作用与化能合成作用 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无机物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。 生物的新陈代谢 新 陈 代 谢 同化作用： 把从外界环境中获取的营养物质，转变成自身的组成物质，储存能量 自养 异养：动物和人类；营腐生、寄生生活的细菌和真菌 异化作用： 分解自身的一部分组成物质，把分解的最终产物排出体外，释放能量 光合作用： 绿色植物、光合细菌（蓝藻） 化能合成作用： 硝化细菌、硫细菌等 需氧型：动、植物、醋酸菌、毛霉 厌氧型：乳酸菌、破伤风杆菌 兼性厌氧型：酵母菌 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—— 光合作用原理的应用 $$