5.4 光合作用原理的应用-第5.6.7课时课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第四节 光合作用与能量转化 ——光合作用的原理和应用 同学们：大家好！我是来自人大附中的王润英老师，今天由我给大家讲解光合作用的原理和应用。光合作用在《必修一》是非常重要的内容，希望大家跟着我 一起把这一内容学好。 1 下图为光照和CO2浓度变化后，C5和C3在细胞内的变化曲线。 （1）曲线a表示_______，在无光照时其含量下降的原因是______________________________________________________________；曲线b表示_______，在CO2浓度降低时含量下降的原因是______________________________________________________________。 （2）由（1）得出光照强度和CO2浓度与光合作用的关系是：前者主要影响_____________；后者主要影响_____________。 （3）随光照强度和CO2浓度的改变[H]、ATP可用曲线________表示。 C3 C3还原缺乏[H]和ATP不能正常进行，而C5继续固定CO2, 导致C5减少 CO2的减少导致C3的形成减少，却继续被还原而消耗，导致C3减少 光反应阶段 暗反应阶段 a C5 1.植物自身因素（酶的种类与数量，色素的种类、叶龄等） 2.环境因素对光合作用的影响 1）光照强度与时间 6）温度 5）二氧化碳浓度 3）水分 4）矿质元素 2）光质 主要影响光反应 主要影响暗反应 主要影响酶活性 影响光合作用的因素 （Mg合成叶绿素） 光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 单位时间内光合作用固定CO2的量、产生O2的量、制造糖类的量来衡量 自变量 光照强弱 因变量 光合作用强度 无关变量 要求相同且适宜 检测方法 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 温度等 盛水吸收热量（比热容高） 探究环境因素对光合作用强度的影响 ①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放入黑暗处：避免圆形小叶片进行光合作用，影响实验结论。 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。 线粒体 叶绿体 产生O2 叶肉细胞 利用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。实际测量到的光合作用指标是净光合作用，称为表观光合作用。 释放O2 （可以测得） 光合作用速率 一定时间内，单位面积CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物生成量来表示。 真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸作用速率 有机物的制造/合成量 CO2固定/消耗量 O2的产生量 有机物积累量 CO2吸收量 O2的释放量 有机物的消耗量 黑暗下CO2的释放量 黑暗下O2的吸收量 = = = + + + CO2吸收量 CO2释放量 光照强度 O A C` 光饱和点 B 净光合速率 呼吸速率 总光合速率 A:光合作用为0，只进行呼吸作用 光补偿点 C 光合作用强度达到最大值，达到饱和 光饱和点：植物达到最大光合速率所需要的最小光照强度 光补偿点：植物达到光合速率等于呼吸速率时，所对应的光照强度。 （1）光照强度 项目 表示方法 净光合速率（表观光合速率） O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量 真正光合速率（实际光合速率） O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量 呼吸速率（黑暗中测量） 暗处CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量 　　真正光合速率=净光合速率+呼吸速率 （1）光照强度 光补偿点 光饱和点 D A：只进行呼吸作用 CO2释放量表明此时的呼吸强度 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 C点：C点前限制光合作用主要因素是光照强度，C点后主要限制因素是酶/色素/CO2 /温度… （1）光照强度 下面坐标图曲线是实测整株植物在不同光照强度条件下的CO2吸收和释放的情况。你认为下列四个选项中，能代表整株植物中发生的情况与曲线中AB段(不包含A、B两点)相符的是 ( ) A A B C D A点 B点 B点以后 思考：若选项A~D代表叶肉细胞，则C图能代表植株光补偿点B吗? （1）光照强度 如图表示20℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，假设呼吸速率不变，S1、S2、S3表示所在部位的面积，光照强度由0→D过程中，下列说法中不正确的是（　　） A．S1+S3可表示玉米细胞呼吸消耗的有机物量 B．S2+S3可表示玉米光合作用产生的有机物总量 C．若植株缺Mg，则B点右移，D点右移 D．S2-S1表示玉米光合作用有机物的净积累量 净光合作用积累的有机物量 真光合作用制造的有机物量 C 左下移 增大二氧化碳的浓度？ 若植物光合作用和呼吸作用最适温度分别为25℃和30℃，将温度从25℃提高到30℃？ 若图中是阳生植物，那改成阴生植物？ D 关于“光补偿点、光饱和点”的移动问题 A：不移动 B：向左移动 C：向右上方移动 A：下移 B：向右移动 C：向左下方移动 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。 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。 1.间作(几种作物同时期播种) 2.套种(几种作物不同时期播种) 3.合理密植,增加光合作用面积 4.温室大棚,使用无色透明玻璃 应用： 光补偿点 光饱和点 D （1）光照强度 【计算问题】 请回答下列有关光合作用的问题： ①当在________千勒克司光照强度条件下，A、B两种植物的光合速度相同。 ②A植物在光照强度为9千勒克司时，2小时单位叶面积可积累葡萄糖________mg。(计算结果保留一位小数。相对原子质量C—12，H—1，O—16) ③A植物在1天内(12h白天，12h黑夜)，要使有机物积累量为正值，白天平均光照强度必须大于________千勒克司。 6 10.9 6 （2）CO2浓度 应用： 1.多施有机肥/农家肥. 2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等. 3.大田注意通风透气. A点：CO2补偿点（表示光合作用速率=呼吸速率时的CO2浓度）； A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度； B和B′点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。 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 [H] 的含量在CO2浓度为 b 时比在 a 时高 B （2） CO2浓度 关于“补偿点、饱和点”的移动问题 例4：将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图。下列相关叙述，正确的是 (   ) CO2浓度 CO2吸收速率 a b A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移 B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移  C．如果光照强度适当增强，a点右移，b点右移  D．如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移 D a’ b’ （3）温度 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，因植物种类而异。 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。 应用：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 CO2 H2O O2 （4）水和矿质元素 a. 缺乏：缺N：影响_____合成；缺Mg：影响__________合成；缺N、P：影响_________和________的合成 b.过多(B点以后)：可导致土壤溶液浓度______而导致植物________________； c.应用：合理施肥 ①水分既是光合作用的________，又是化学反应的媒介； ②缺水→__________→CO2进入受阻→间接影响光合作用 应用：合理灌溉 酶 叶绿素 NADP+ ATP 过高 根细胞失水 原料 气孔关闭 多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系 曲线分析：Q点之前限制因素主要为横坐标所表示的因子，当到Q点时，限制因素主要是不同曲线所表示的因子。 图1：下图是夏天的一个晴天，某植物细胞一天中光合速率的变化曲线。 1.光合速率等于呼吸速率的点是____；启动光合速率的点是____； 2.一天内有机物积累量最多的时间点是___； 3.若S1、S2、S3表示面积，一天中有机物的积累量是__________； 4.CD时间段上升原因：_________________________________________； 5.DE时间段下降的原因_________________________________________ ____________________________________； 6.EF时间段上升的原因_________________________________________；7.FG时间段下降的原因是_______________________________________. C B 温度很高蒸腾作用很强，气孔关闭，二氧化碳 光照不断增强，光合作用强度不断增强。 供应减少，光合作用强度明显减弱 G S2-S1-S3 光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。 气孔打开，CO2供应增加，光合作用强度加强 图2：下图是密闭玻璃罩内的植物一天中光合速率的变化曲线图。 1.AD段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是____________________； 2.DH段下降的原因是________________________________________； 3.HI段上升的原因____________________________________________； 4.光合速率等于呼吸速率的点是_________； 5.经过一昼夜的时间，该植物是否生长？____。判断的依据是 ____________________________________________________________。 呼吸作用释放出CO2 光合作用大于呼吸作用，吸收容器中CO2 D、H 日落使光合作用停止，而呼吸作用继续，释放CO2 是 I与A比，CO2浓度减少，减少的CO2转化为有机物积累在植物体内 1、“装置图法”测定光合速率与呼吸速率 CO2缓冲液，维持玻璃钟罩内CO2浓度稳定：2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 反应式气体变化 O2↓=CO2↑ 反应式气体变化 CO2↓=O2↑ 测定的是呼吸速率 测定的是净光合速率 《学法》P97方法五 【例1】如图是探究绿色植物光合作用速率的实验装置示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度。将该装置放在20℃环境中。实验开始时，针筒的读数是0.2mL，毛细管内的水滴在位置X。30分钟后，针筒的容量需要调至0.6mL的读数处，才能使水滴仍维持在位置X。据此回答下列问题： (1)若以释放出的氧气量代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是____mL/h。 (2)与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合作用速率数值________(填“偏高”、“偏低”或“相同”)，原因是_______________ ________________________________。 0.8 偏低 呼吸作用，消耗了部分氧气 植物同时进行 (3)若在叶片上涂一层凡士林，光合作用速率会大幅度下降，这主要限制了光合作用的_______反应阶段。 (4)如果在原实验中只增加光照强度，则针筒容量仍维持在0.6mL处。在另一相同装置中，若只将温度提升至30℃，针筒容量需调至0.8mL处，才能使水滴维持在位置X。比较两个实验可得出什么结论？ 暗 在这两个实验中，光照不是限制光合作用速率的主要因素，而温度才是限制光合作用速率的主要因素（或答：在光照充足的条件下，提高温度可提高光合作用速率） 2.“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率 【例2】某小组从当地湖泊某一深度取得水样，分装于6对黑白瓶中，从剩余的水样中测得原初溶解氧的含量为10mg/L。将它们分别置于6种不同的光照条件下，分别在起始和1h后测定各组培养瓶中O2的含量，记录数据如表： 光照强度(klx) 黑暗 a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3 (1)黑瓶中溶解氧的含量降低为3 mg/L的原因是 。 该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为 mg/L·h。 (2)当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的O2量为 mg/L·h。 (3)光照强度至少为 ，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。 黑瓶植物不能光合作用产生O2，但会通过呼吸消耗O2 7 21 a 3.“半叶法”测光合作用有机物的生产量 【例3】采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。其原理是：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法（可先在叶柄基部用热水、或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理）阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重（mg），获得相应数据，分别记为MA、MB。若M=MB-MA，则M表示的生物学含义是： ___________________________________________________ B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量 4、“叶片上浮法”操作方法 说明 材料 处理 打孔 取生长旺盛的菠菜叶片，用直径为l cm的打孔器打出小圆形叶片30片 注意避开大的叶脉 材料 处理 抽气 将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出 这一步骤可重复多次 沉底 将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 叶片细胞间隙充满水，小叶片全都沉入水底 分组 取3只小烧杯，标记为A、B、C，分别倒入20 mL富含CO2的清水。分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片 之前可用口通过玻璃管向清水内吹气 对照 用3盏台灯分别向A、B、C3个实验装置提供强、中、弱3种光照 光照强弱（自变量）可通过调节① 来决定 观察 观察并记录叶片浮起的数量（因变量） 实验预期：② 烧杯中的小叶片浮起的数目最多 烧杯距台灯距离 强光照 化能合成作用 能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2 能量 光能自养 6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 光能 叶绿体 （光合作用） 化能自养 自养型 异养型 不能制造有机物，利用现成的有机物来维持生命活动。 (人、动物、真菌、大部分细菌)-寄生/腐生/捕食 利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。 （化能合成作用） 以光为能源，以无机物为原料合成有机物（糖类），并储存能量。如绿色植物。 33 光合作用与能量转化 光合作用 光合作用应用 概念 反应式 探究历程 影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素 硝化细菌 光合作用原理 过程 光反应：类囊体薄膜 暗反应：叶绿体基质 化能合成作用 CO2 + H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 课堂小结： 课堂小结： 延长光合作用时间 增加光合作用面积 提高光能利用率 控制光照强弱 控制光质 控制CO2供应 控制必需矿质元素供应　 提高复种指数 温室中人工光照 合理密植 间作套种 通风透光 在温室中施农家肥，使用CO2发生器 阴生植物 阳生植物 提高光合 速率 适时适量施肥 $$