5.4 光合作用与能量转化第3课时课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学课件聚焦光合作用影响因素，涵盖光合与呼吸速率辨析、光照/CO₂/温度等因素作用及曲线分析，通过回顾总反应式、设问衔接呼吸作用知识，构建总光合与净光合概念支架。 其亮点在于实验设计（如光照强度探究的叶片抽气上浮法）落实探究实践，曲线分析（自然/密闭环境曲线）培养科学思维，结合合理密植等生产应用体现态度责任，助力学生深化生命观念，教师教学更系统高效。

第4节 光合作用与能量转化 （第3课时）光合作用的影响因素 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.构建模型分析影响光合作用的因素。 3.关注光合作用原理在生产实践中的应用。 CO2 + H2O （CH2O） O2 + 光能 叶绿体 回顾光合作用总反应式： 思考：1.光合作用强度可以用什么来表示？ 2.影响光合作用的因素有哪些？ 产生O2 固定CO2 释放O2 较强光照时 吸收CO2 O2 CO2 线粒体 叶绿体 （可以测得） （可以测得） 植物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 真正（总）光合速率 =净（表观）光合速率+ 呼吸作用速率 问题1.光合作用强度可以用什么来表示？ 项目 含义 表示方法（单位面积的叶片在单位时间内的变化量） O2 CO2 有机物 真正光合速率 植物在光下实际合成有机物的速率 净光合速率 植物有机物的积累速率 呼吸速率 单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率 O2产生（生成）速率或叶绿体释放O2量 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量 有机物产生（制造、生成）速率 植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率 有机物积累速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 一、 光合速率与呼吸速率的常用表示方法及判定 CO2浓度 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 气孔开闭情况 光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 影响 因素 二、 光合作用的影响因素 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外界的光照强度 （限制因素：CO2浓度、温度等） 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 C点之前限制光合作用的因素是光照强度 ①光照强度对光合作用强度的影响 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 提醒：注意区分，单个细胞和整个植株的区别 1.思考:植物体在B点时，那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） 大于 （叶肉细胞光合作用） （叶肉细胞呼吸+其他细胞呼吸） = 总结： 叶绿体固定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。 9 A B 0 阳生植物 阴生植物 C CO2吸收速率 CO2释放速率 光照强度 阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。 阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。 应用：合理密植，间作套种，合理利用光 阳生植物和阴生植物的光合作用比较 原因是： a.两种植物的根系深浅搭配，合理的利用了不同层次土壤内水分和养分。 b.两种植物高矮结合，充分利用了不同层次的阳光。 CO2浓度 A B 吸收速率 CO2 C 释放速率 CO2 D 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： 1.多施有机肥或农家肥； 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。 应用： ②CO2 浓度对光合作用强度的影响 ③温度对光合作用强度的影响 ①原理1：温度通过影响 影响光合作用。 曲线分析: 与光合作用有关酶的的活性 AB段 在B点之前，随着温度升高，光合速率_____ B点 酶的 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 ，50 ℃左右光合速率几乎为零 增大 最适 减小 ②原理2：影响气孔开闭 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（气孔关闭）。 4.连续阴雨天：白天和晚上均降温 光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。 光照不断增强，光合作用强度不断增强。 温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭， CO2供应减少，光合作用强度明显减弱。 下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。(P106) （1）7～10时的光合作用强度不断增强原因： （2）10～12时左右的光合作用强度明显减弱原因： （3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因： （4）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。 可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、喷淋降温等。 “光午休”现象 13 ④水对光合作用强度的影响 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。 缺水 气孔关闭 限制CO2进入叶片 光合作用受影响 应用：合理浇灌 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 应用：应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料 ，可以提高作物的光合作用效率。 ⑤矿质元素对光合作用强度的影响 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 溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水 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: 。 问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？ 光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 6 限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子。 横坐标不再影响光合速率，而是其他因子。 P点时或之前： Q点时或之后： 自变量1 自变量1 自变量1 自变量2 温度 自变量2 光照强度 自变量2 CO2浓度 16 在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加。 应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。 ⑧叶龄对光合作用强度的影响 ⑨叶面积指数对光合作用强度的影响 物 质 量 叶面积指数 单位土地面积上，植物的总叶面积 在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。 总光合量 净光合量 A B C 呼吸量 应用：适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积 三、曲线分析 1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 AC： B点： C点： CD段： 黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用 光合作用开始点 光合速率逐渐增大，但<呼吸速率 凌晨温度最低，细胞呼吸最弱 BC： 温度回升，呼吸作用增强 D点： F点： 光合速率=呼吸速率 H点： I点： HI段： 光合速率=呼吸速率，有机物积累最多 光合速率<呼吸速率 光合作用消失点 GI： 随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱 一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。 随着光强和温度的提高，光合速率逐渐增大,此时光合速率>呼吸速率 DE： 光合午休：气温过高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭，导致CO2供应不足。 2.密闭环境一昼夜CO2含量的变化 AB段： BC段：温度降低， 减弱。 CD段：光合作用 细胞呼吸。 D点：光合作用 细胞呼吸。 DH段：光合作用 细胞呼吸。 其中EF段出现“光合午休”现象。 H点：光合作用 细胞呼吸。 HJ段：光合作用 细胞呼吸。 直至光合作用完全停止 呼吸 小于 等于 大于 等于 小于 呼吸作用 J点： CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。说明有有机物的积累,植物能正常生长。 思考：植物能否正常生长？ 四、光合作用曲线中关键点的移动 代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点 ；反之，A点 。 1.A点 下移 上移 【提醒】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。 2.B点与C点的变化 自变量 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大光照强度(或CO2浓度) 适当减小光照强度(或CO2浓度) 土壤缺Mg2＋ 左移 左移 左移 右移 右移 右移 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 移动；反之，移动方向相反。 右上方 内因： 外因： 基因决定酶种类数量不同 水分—应用：合理灌溉 矿质元素—应用：合理施肥 温度—影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休” CO2浓度—升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、加干冰… 不同植物光合作用不同； 不同部位（叶）光合作用不同； 不同叶龄的叶光合作用不同。 （应用：大棚种植用红光或蓝紫光的灯管； 无色透明的薄膜） 光照 光质（光的颜色） 光照时间： 光合面积（叶面指数） （应用：延长光照时间：一年两/三熟） 应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高光强度，间作套种（提高光能的利用率） 小结 探究光照强度对光合作用强度的影响 实验材料： 实验目的： 五、探究环境因素对光合作用强度的影响 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 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度 控制方法： 检测方法： 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 实验原理： ①实验叶片： 同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量… ②NaHCO3溶液： 无关变量： 等量，相同浓度 实验步骤： ①取材 ②排气 ④分组 ⑤光 照 台灯灯泡的功率（W） 40 40 40 台灯与烧杯的距离（cm） 10 20 30 叶片漂起的数量 5min 10min 15min 20min 25min 实验结果： 不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25 ℃） 在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。 实验结论： 台灯灯泡的功率（W） 40 40 40 台灯与烧杯的距离（cm） 10 20 30 叶片漂起的数量 5min 0 0 0 10min 9 8 7 15min 10 9 9 20min 13 10 10 25min 13 10 9 六、测定光合速率和呼吸速率的方法 光照，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的释放量代表净光合速率。 黑暗下，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的吸收量代表细胞呼吸速率。 NaOH溶液： 吸收CO2 或CO2缓冲液，维持容器中CO2的浓度 1、气体体积变化法（液滴移动法） 对照实验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。 2、黑白瓶法——测溶氧量的变化 瓶身 是否放入长势良好的植物 放入适宜水深 测定时间测定项目 取值表示量 A 黑瓶 不放 相同 放入时测定水中溶氧量 水中溶氧量为：初始量 B 黑瓶 放入 相同 一段时间后测定水中溶氧量 与初始值的差值为：有氧呼吸量 C 白瓶 放入 相同 与B瓶相同时间后测定水中溶氧量 与初始值的差值为：净光合量 黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。 设初始值为x，白瓶现有量为M白，黑瓶现有量为M黑，则：总光合量=？ 【解析】净光合量 = M白 – x，呼吸量 = x - M黑 总光合量 = 净光合量 + 呼吸量 =（M白 - x） + （x - M黑）= M白 - M黑 ①若有初始值，可推出 呼吸量和净光合量； ②无论是否有初始值， 均可用白瓶现有量- 黑瓶现有量算出总光 合量。 3、半叶法 将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需切断左右叶片间的联系，以防止有机物的运输。计算可参考黑白瓶法： 总光合量 = MB - MA MA=原叶重-呼吸消耗量 MB=原叶重+净光合量 MB-MA= 净光合量+呼吸消耗量 4、叶圆片称重法——测定有机物的变化量 1.操作图示：本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。 2.结果分析 净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S； 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。 七、光合作用与呼吸作用 1．图解光合作用和细胞呼吸过程中的物质转化关系 比较项目 光合作用 呼吸作用 发生范围 含叶绿体的植物细胞；光合细菌（如蓝细菌）等 所有活细胞 发生场所 叶绿体（真核生物）细胞质（原核生物） 真核细胞：有氧呼吸为细胞质基质、线粒体；无氧呼吸为细胞质基质 原核细胞：细胞质基质和细胞膜 发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 物质变化 无机物合成(――→)有机物 有机物分解(――→)无机物 能量变化 光能→化学能 化学能→ATP中活跃的化学能、热能 实质 无机物合成(――→)有机物；储存能量 有机物分解(――→)无机物（或简单有机物）；释放能量 能量转化的联系   元素转移的联系 C：CO2暗反应(――→)（CH2O）有氧呼吸第一阶段(――→)丙酮酸有氧呼吸第二阶段(――→)CO2 O：H2O光反应(――→)O2有氧呼吸第三阶段(――→)H2O H：H2O光反应(――→)H＋―→NADPH暗反应(――→)（CH2O）有氧呼吸[H]有氧呼吸H2O 过程联系 36 拓展：光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 ①C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体，能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2的固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 ②用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为CO2→C4→CO2→C3→（CH2O）。 ③C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能，故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。　　　 （1）C4植物 ①CAM植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中（从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降）。 ②白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以再还原成三碳糖，最后合成淀粉（从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升）。 ③从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 ④如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 ⑤分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 （3）光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下，光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示： ①发生条件 1）干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。 2）Rubisco具有两面性(或双功能)。 ②发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 ③不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 ④有利影响1）光呼吸是进行光合作用的细胞为适应高光照及高O2低CO2的条件下，提高抗逆性而形成的一条代谢途径； 2）在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 ⑤二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。 小结 aliyun-svideo Lavf58.12.100 aliyun-svideo Lavf58.12.100 aliyun-svideo Lavf58.12.100 aliyun-svideo Lavf58.12.100 $