5.4 光合作用与能量转化 第3课时 光合作用原理的应用（教学课件）生物人教版2019必修1

探究二氧化碳浓度对光合作用速率的影响。实验原理，植物光合作用通过叶绿体，利用光能将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，主要为淀粉，并释放出。氧气。把植物放在密闭空间内，利用氢氧化钠去除二氧化碳或不同浓度碳酸氢钠溶液分解产生二氧化碳，从而制造密闭环境二氧化碳浓度差异。淀粉遇碘变蓝色，通过比色法检测不同二氧化碳浓度下光合作用产生的淀粉量，比较光合速率。的差异。实验目的。通过比较不同二氧化碳浓度下光合速率差异，探究二氧化碳对光合作用。的影响。材料用具，本实验的材料是长势良好的绿萝。用具，烧杯200毫升一个一生四个小试管、试管架、酒精灯、三脚架、石棉网。药品有凡士林、研钵、离心管双面夹1.5毫升离心管、塑料滴管、镊子、钥匙、剪子、玻璃板。四个。封口膜、塑料杯、天平世纪有蒸馏水两摩尔浓度。氢氧化钠溶液质量分数为0.1%，碳酸氢钠溶液质量分数为1%碳酸氢钠溶液、无水乙醇。淀粉。溶液、碘液、二氧化硅等。操作步骤，实验前准备黑暗处理，取一株长势良好的绿萝置于不透光的纸箱中，饥饿处理24小时。实验条件，除了一直放在黑暗环境中的第五组以外，我们设置四个不同二氧化碳浓度条件的实验装置，编号1到4组。剪取含有4到6片绿叶的绿萝枝条。置于放有清水的塑料杯中。另外取两个塑料杯，加入适量蒸馏水。把三个塑料杯放到玻璃板上。然后取一个一升大烧杯，在瓶口处涂抹凡士林。将大烧杯倒扣在玻璃板上，把三个塑料杯罩住。用封口膜密封该装置。第一组装置就制作完成了，重复上述步骤，分别设置装置2到4组，其中编号234号塑料杯中分别加入两摩尔浓度氢氧化钠溶液、0.1%碳酸氢钠溶液、1%碳酸氢钠溶液各100毫升。进行光合作用。将装置1到4组. 置于阳光充足条件下进行光合作用处理6小时实验结果检测脱色处理，分别取1到4组及黑暗处理组绿萝叶片各两克。至于200毫升无水乙醇中。隔水。加热处理。十分钟，进行脱色。处理。提取淀粉，分别将上述五组叶片样品剪碎。加二氧化硅研磨。并加入4毫升热蒸馏水，继续研磨，溶解淀粉。将研磨液置于小试管中。静置。半小时。将一号试管取0.5毫升上清于另一个干净的离心管中。向一号离心管中加入0.5毫升碘液。混匀后观察。2到5号试管同样操作，比较各组颜色变化，并取0.5毫升淀粉溶液，滴加0.5毫升碘液作为颜色对照表。实验结果分析与讨论比较六支离心管的颜色可见。二组比一组显色浅，但与五组颜色接近。3. 四组与一组相比，一组浅于三组。浅于四组说明随着二氧化碳浓度的增加，光合作用生成的淀粉也增加，即二氧化碳是影响光合作用的因素之一。 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转换 第2课时 光合作用原理的应用 人教版2019必修1·分子与细胞 新知探究 知识回顾 C5 2C3 （CH2O） →葡萄糖 淀粉 ↑ CO2 固定 叶绿体 基质 卡尔文循环 还 原 →蔗糖 （CH2O） 细胞质基质 绿叶体中的色素 可见光 吸收 H2O O2 光解 NADP+ NADPH 酶 ADP＋Pi ATP 酶 H+ 类囊体薄膜 知识目录 01 光合作用的原理 02 影响光合作用强度的因素及应用 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 CO2 + H2O 光能 叶绿体 糖类(CH2O) +O2 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 CO2浓度 气孔开闭情况 酶 色素 温度 矿质元素 1.光合作用的强度 光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量（或固定CO2的量、产生O2的量）。 影响光合作用强度的因素有哪些？ ❓️ 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 2.影响光合作用的强度的因素 （1）内因 酶的种类、数量 色素的种类和含量 植物自身因素（遗传特性、叶龄、叶面积指数等） （2）外因 光（光照强度、光质、光照时长等） CO2浓度 温度 矿质元素 水分 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 【探究·实践】探究光照强度对光合作用强度的影响 影响光合作用的因素很多，阅读教材105页，探究光照强度对光合作用强度的影响，设计实验方案。 分析变量，思考问题： ①自变量和因变量是什么？ ②如何控制光照强度？ ③因变量如何检测？ ④该实验有哪些无关变量？无关变量如何控制？ 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 自 变 量： 不同的光照强度 因 变 量： 光合作用强度 相同时间小圆形叶片浮起的数量 用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强。 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 叶片类型、叶圆片数量、温度、CO2浓度等 保持相同且一致 无关变量： 1.实验原理 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 2.实验步骤 取材 排气 沉水 分组 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 取3只小烧杯，分别导入富含CO2的清水 用注射器（内有清水、圆形小叶片）抽出叶片内气体，重复2~3次 将抽出内部气体的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，圆形小叶片全部沉到水底 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 2.实验步骤 光照 排气 向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下 同一时间段内各装置中圆形小叶片浮起的数量 思考： 1.该实验中叶片上浮的原因是什么？ 2.在该实验中，若用普通钨丝灯泡（会发热）作为光源，应注意什么？如何改进实验？ 光合作用产生O2的速率大于有氧呼吸消耗的速率，使叶肉细胞间充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 若采用普通钨丝灯泡作为光源，应注意灯泡发热造成的温度变化对实验的影响。可在灯泡和烧杯间加一玻璃水柱进行隔热处理。 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 2.实验步骤 观看视频 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 3.实验结果 烧杯编号 小圆形叶片 含CO2的清水 光照强度 叶片浮起数量 1 10片 20mL 强 多 2 10片 20mL 中 中 3 10片 20mL 若 少 3.实验结果 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。 O2 CO2 O2 CO2 较强光照时 （可以检测） （可以检测） 据图分析，实验所测是否为叶片实际光合作用强度？ 3.光照强度对光合作用的强度的影响 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 实际光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 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 B：光合作用=呼吸作用 D：光合速率开始达到最大时的最小光照强度 D AB：光合作用<呼吸作用 BC：光合作用>呼吸作用 呼吸 A：只进行呼吸作用 3.光照强度对光合作用的强度的影响 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 C点之前限制光合作用的因素是光照强度 C点后限制因素为CO2浓度、温度等 在一定的光强范围内,光合作用速率随光照强度的增强而加快，超过一定光照强度光合作用速率趋于稳定。 模型分析： 模型分析： 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 B点后：光合作用>呼吸作用 AB：光合作用<呼吸作用 3.光照强度对光合作用的强度的影响 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 3.光照强度对光合作用的强度的影响 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。 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。 模型分析： 3.光照强度对光合作用的强度的影响 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 ①大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上； ②根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照强弱。如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。 应用： 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 【探究·实践】探究二氧化碳浓度对光合作用强度的影响 影响光合作用的因素很多，阅读教材105页，探究光照强度对光合作用强度的影响，设计实验方案。 自 变 量： 不同的二氧化碳浓度 （不同浓度的NaHCO3溶液） 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 1.实验原理 2.实验步骤 （参照探究光照强度对光合作用强度的影响，保持光照强度一致） 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 2.实验步骤 观看视频 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 3.实验结果 烧杯编号 小圆形叶片 CO2浓度 光照强度 叶片浮起数量 1 10片 低浓度 适宜 多 2 10片 适宜浓度 适宜 中 3 10片 高浓度 适宜 少 3.实验结果 在一定范围内，随着二氧化碳浓度不断升高，光合作用强度也不断增强。 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CO2浓度（D点）为CO2饱和点，C点之后光合速率的限制因素主要为光照强度和温度。 B点： C点： 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 4.二氧化碳浓度对光合作用的强度的影响 模型分析： A B C 吸收速率 CO2 CO2浓度 释放速率 CO2 D CO2补偿点 CO2光饱和点 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 4.二氧化碳浓度对光合作用的强度的影响 模型分析： A点表示CO2补偿点 A’点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度 B、B’点表示CO2饱和点 B、B’点表示CO2饱和点 ①施有机肥或农家肥； ②温室栽培植物时还可使用CO2发生器等； ③大田中还要注意通风透气（“正其行，通其风”）。 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 4.二氧化碳浓度对光合作用的强度的影响 应用： 土壤微生物通过呼吸作用分解有机肥中的有机物，产生CO2可供植物利用。 原理1：温度通过影响 影响光合作用。 曲线分析： 酶的活性 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 5.温度对光合作用的强度的影响 AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率逐渐增大。 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，光合速率逐渐减小，50 ℃左右光合速率几乎为零。 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 5.温度对光合作用的强度的影响 原理2：温度影响气孔的开闭 实例：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。 AB段（7~10时）：光合作用强度随光照强度逐渐增大而不断增强。 DE段（14~17时）：光照强度不断减弱，光合作用强度不断下降。 BC段（10~12时）：气温升高，导致气孔大量关闭，进入叶片组织的CO2减少，光合作用暗反应收到限制。 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 5.温度对光合作用的强度的影响 应用： 农作物增产措施 ①适时播种 ②温室栽培 晴天： 连续阴雨天： 增加昼夜温差 白天和晚上均降温 白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 6.矿质元素对光合作用的强度的影响 N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分 P：NADPH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 合理施肥 PQ段：矿质元素过多、土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水萎蔫。 模型分析： 应用： 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 7.水分对光合作用的强度的影响 原理分析： ①水是光合作用的原料，缺水直接影响光合作用。 ②缺水又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。 合理灌溉 应用： 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 7.多因子变量对光合作用的强度的影响 模型解读： P点：限制光合速率的因素应为横坐标表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高； Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线表示的其他因子。 应用：温室栽培时，当光照强度适宜时，适当提高温度，同时增加CO2浓度或当温度适宜时，适当增加光照强度和CO2浓度都可以提高光合速率。 应用： ①合理密植（增加光合作用面积）； ②适当间苗（“套种间作”）； ③修剪以增加有效光合作用面积； ④适当摘除老叶。 新知探究 二、影响光合作用强度的因素 8.植物自身因素对光合作用的强度的影响 新知探究 课堂小结 新知探究 随堂练习 1．某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为 25℃和 30℃。如图为该植物在恒温 30℃时，光合速率与光照强度的关系，下列对此描述不准确的是（    ） A．a点时，叶肉细胞中产生 ATP 的场所为线粒体 B．b点时，植物光合作用固定 CO2的量等于 a 点时CO2的释放量 C．限制d点光合作用速率的因素主要是温度和 CO2浓度 D．若将温度调节到 25℃，则 a 点应向上移动,b 点应向左移动 【解析】A、a点时，光照强度为0，此时植物只有呼吸作用，叶肉细胞中产生ATP的场所为细胞质基质、线粒体，A错误。 A 新知探究 随堂练习 2．图甲所示为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某㨁物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，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）。有关分析正确的是（    ） A．叶圆片上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小 B．在bc段，增加光照强度或提高温度均可缩短叶圆片上浮至液面的时间 C．d点以后，叶肉细胞可能因为失水而使细胞体积明显减小 D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸 A 新知探究 随堂练习 【解析】A、随着NaHCO3浓度的增加， 光合作用速率增强，释放的氧气量增多， 叶圆片上浮至液面的平均时间减少，单 位时间内释放的氧气量可反映净光合速 率，A正确； B、不知该实验是否在最适光照强度和最适温度下进行，在bc段，增加光照强度或提高温度不一定缩短叶圆片上浮所需时间，B错误； C、d点以后，叶肉细胞可能失水，但细胞壁伸缩性小，细胞体积不会明显变化， C错误； D、光合作用可产生氧气用于呼吸作用，故实验过程中叶片可进行有氧呼吸，D错误。 新知探究 随堂练习 3．将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如下图所示。下列说法错误是（    ） A．图甲中的C点之前植物已经开始进行了光合作用 B．图甲中的F点对应图乙中的g点 C．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高 D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加   【解析】图甲中的F点是玻璃罩内二氧化碳浓度下降和升高的临界点，此时光合速率与细胞呼吸速率相等，此时二氧化碳吸收速率为0，对应乙图中的h点，B错误 B 新知探究 随堂练习 4．下图是科研小组在探究环境因素对某植物完整幼苗光合作用影响时所得的实验结果。下列说法正确的是（    ） A．环境中CO2浓度为a点时，叶肉细胞中产生ATP的细胞器只有线粒体 B．环境中的CO2浓度为n点时，叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率 C．限制bc段光合作用的主要环境因素是光照强度和CO2浓度 D．在相同的CO2浓度下，d点有机物的积累速率大于c点 D 新知探究 随堂练习 【解析】A、环境中CO2浓度为a点时，二氧化碳为0，但光照强度不为0，光合作用光反应仍能进行，光反应可以产生ATP，所以叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，产生ATP的细胞器为线粒体和叶绿体，A错误； B、环境中的CO2浓度为n点时，植物对于外界环境二氧化碳的吸收量为0，说明此时植物的呼吸作用强度等于光合作用强度，但所有植物细胞都进行呼吸作用产生二氧化碳，而只有植物的叶肉细胞能够固定二氧化碳进行光合作用，因此，对于叶肉细胞，此时光合速率大于呼吸速率，B错误； C、由图可知，bc段此时随二氧化碳浓度增加，但植物二氧化碳吸收量并没有增加，即光合速率没有提高，故限制bc段光合作用的主要 环境因素是光照强度，而不是CO2浓度，C错误； D、据图分析，在相同的CO2浓度下，d点的光照 强度大于c点，此时d点的光合速率大于c点，而两 者呼吸速率相同，所以d点有机物的积累量大于c 点，D正确。 新知探究 随堂练习 5．将桑树和大豆分别单独种植（单作）或两种隔行种植（间作），测得两种植物的光合速率 如下图所示（注：光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度）。据图分析，下列叙述正确的是（    ） A．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响 B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大 C．某些光照强度下间作提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率 D．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作小于间作 C 新知探究 随堂练习 【解析】A、由图示曲线可知，桑树的呼吸强度在间作时大于单作时，大豆的呼吸强度在间作时小于单作，说明间作或单作会影响两种植物的呼吸强度，A错误； B、由图示可知，桑树间作时的光饱和点明显大于单作时，而大豆在间作时的光饱和点小于单作时，B错误； C、由图可知，间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率，C正确； D、当光照强度大于光补偿点时植株开始积累有机物，由图示可知，大豆在单作时的光补偿点大于间作时，说明大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作，D错误。 新知探究 随堂练习 5．农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。下列措施与对应原理或目的错误的是（    ） A．农田施肥的同时，往往需要适当补水，此时补水的原因之一是让肥料中的可矿质元素充分溶解，利于作物根系吸收 B．稻田定期排水，可抑制水稻根部细胞无氧呼吸产生乳酸，防止植株烂根死亡 C．在作物生长期进行中耕松土，可促进根系的有氧呼吸，利于矿质营养的吸收 D．农业生产常采用间作套种，可满足不同作物对不同光强的需求，提高了光能利用 B 【解析】稻田不排水，水稻根部细胞无氧呼吸产生大量酒精，而导致烂根死亡，B错误。 THANKS 谢谢观看 人教版2019必修1·分子与细胞 Lavf55.19.104 $探究光照强度对光合作用的影响。实验原理，通过抽动活塞的方式降低注射器内气压，使常压下隐匿于叶圆片下的气泡变大，最后逃逸出来，而留下的空隙就会被水所占据，从而达到排除叶肉细胞间隙中空气的目的。在水环境中，由于叶片光合作用产生的氧气可附着在叶肉细胞的间隙或叶片的表面，使叶片的密度降低，造成叶片上浮。因此可以通过比较不同光照条件下同一时间段内小圆形叶片浮起的数量，以此来判断叶片进行光合作用的强度。实验目的，探究光照强度对光合作用强度的影响。材料，菠菜。绿叶。用具，直径为0.6厘米的打孔器、镊子、20毫升塑料注射器、温度计、米尺、5瓦LED. 台灯。1%的碳酸氢钠溶液。100毫升小烧杯。操作步骤。取生长旺盛的绿色嫩叶。用直径为0.6厘米的打孔器打出圆形小叶片30片。注意打孔时要避开大的叶脉。将圆形小叶片置于注射器内。并让注射器吸入清水十毫升，推动注射器排出残留的空气。用手堵住注射器前端的小孔，并向后拉动，推闩至20毫升刻度处，保持约5秒，使圆形小叶片中的气体溢出。这一步骤要重复2到3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。将处理过的圆形小叶片放入盛有清水的烧杯。置于黑暗处中。待用。取三只100毫升烧杯，分别倒入70毫升富含二氧化碳的清水。可以事先通过玻璃管或塑料管向清水吹气的方法补充二氧化碳，也可以用质量分数为1%到2%的碳酸氢钠溶液来提供二氧化碳。将三只100毫升烧杯中各放入十片圆形小叶片。然后分别向三个实验装置照射，光照强度可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定。用刻度尺分别量取三个梨台灯距离不一的位置，10厘米、20厘米、30厘米，把三个烧杯分别放在这三个位置，对应编号。为123. 观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量，或观察记录在不同光照强度条件下浮起相同数量小圆形叶片所需的时间。实验结果分析。不同光照强度。下浮起的叶片数记录表在一定范围内，光照强度增强，光合作用强度增强。