第三章 第三节 有机物的合成与运输-光合作用意义及影响因素、有机物运输分配和光能利用（课件）-《生物基础》（高教版）同步精品课堂

第三章 生物的新陈代谢 第三节 光合作用意义及影响因素、有机物运输分配和光能利用（2课时） 高等教育出版社第1版 《生物基础》 教学目标 一 了解光合作用在物质转变、能量转变、维持大气平衡方面的意义 掌握植物体内有机物的运输通道（筛管）及运输分配的三大规律 理解光照、二氧化碳、温度、水分对光合作用的影响机制 教学重难点 二 温度通过酶活性影响光合作用的原理。 光照、二氧化碳、温度、水分对光合作用的影响机制。 重点 难点 导入新课 三 1. 播放环割实验视频、光合作用意义数据图表、影响因素思维导图；准备环割实验模拟材料（枝条、刀片、标签）。 2. 学生：预习教材内容，梳理“光合作用原料/产物”等前置知识。 新知讲授 四 地球上广泛分布着绿色植物，它们进行光合作用的规模非常大，从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。 光合作用对于整个生物界以至整个自然界都具有极其重要的意义，是地球上一切生物生存、繁荣和发展的基础。其意义主要表现在： 一、光合作用的意义 新知讲授 四 光合作用把无机物转变成有机物，不仅构成植物体的本身，同时也为异养生物以及人类制造了食物和其他生活原料。据科学家估计，整个地球上的绿色植物，1年通过光合作用所制造的有机物，折算成葡萄糖可达4.5×1015kg左右。 1.绿色植物的光合作用完成了自然界规模巨大的物质转变。 新知讲授 四 光合作用过程中，绿色植物把太阳投射到地球表面的一部分光能，转变为贮存在有机物中的化学能。大多数生物不能直接利用光能，而只能利用贮藏在有机化合物中的化学能，因而这个能量几乎是所有生物生命活动所需要能量的最初来源。据估计，地球上绿色植物一年进行光合作用所提供的能量，若折算成电能，可达1700万亿度。 2.绿色植物的光合作用同时又完成了自然界规模巨大的能量转变。 新知讲授 四 据科学家估计，全世界生物的呼吸和燃烧所消耗的氧气，每秒可达107kg 左右。照这样的速度，大气中的氧气在3000年左右就会被用完。绿色植物好比是一台天然的“空气净化器”,不断地通过光合作用吸收二氧化碳和释放出氧气。据估计，1hm²阔叶林在生长季节，其光合作用每天能吸收二氧化碳1000kg,释放氧气730kg, 地球上绿色植物1年进行光合作用所释放出的氧气，可以达到4.8×1015kg左右。正是植物的光合作用，才使得大气中的氧气和二氧化碳的含量相对稳定，维持了生物圈内的生态平衡，为人类和其他生物的生存、发展创造了适宜的条件。 3.绿色植物的光合作用使大气中的氧气和二氧化碳的含量相对稳定。 新知讲授 四 叶通过光合作用制造的有机物，要运送到植物体的其他器官中。那么,植物体内运送有机物的通道是什么? 我们可以用木本植物茎的环割实验来证明。选取手指般粗 细、生长健壮的枝条，环割剥去一圈树皮，露出木质部。过 一段时间以后，可以看到环割上切口处的树皮逐渐膨大， 时间久了就形成瘤状突起，称节瘤(如图3-11)。 二、有机物的运输和分配 新知讲授 四 1. 环割后切口上方形成节瘤，下方常萎缩 2. 切口上方绿叶仍能正常生长、进行光合作用 原因：导管位于木质部，未被环割破坏，水和无机盐可正常向上运输 实验现象与直接原因 1. 节瘤是细胞分裂和生长加快的结果 2. 形成前提：切口上方积聚大量有机物，为细胞分裂生长提供物质基础 节瘤形成的核心条件 新知讲授 四 1. 有机物运输通道：树皮内韧皮部的筛管 2. 推理依据 - 上切口积聚有机物→筛管可将叶片制造的有机物向下运输，环割切断筛管导致有机物堆积 - 下切口萎缩→缺少有机物输导途径，证明筛管是有机物运输的关键结构 核心结论 新知讲授 四 植物体内有机物的运输，并不是平均地分配到其他器官中，而是有所侧重的，有一定的规律： 生长中心是指正在生长的主要器官或部位，其特点是代谢旺盛，生长快， 对营养的吸收能力强。就整个植物体来说，不同的生长发育时期具有不同的生长中心，以水稻、 小麦为例，有机物在分蘖时期主要分配到新生出的分蘖、根和茎中；在孕穗期和抽穗期主要分配到茎和穗中；在灌浆期则集中分配到穗中。 (1)优先运向生长中心 新知讲授 四 叶片所形成的光合作用产物主要是运至邻近的生长部位。一般来说，植物茎上部叶片光合作用产物主要供应茎顶端及其上部嫩叶的生长，而下部叶则主要供应根和分蘖的生长。处于中间的叶片，它的光合作用产物则上下部都供应。当形成果实时，所需的养分主要靠和它最邻近的叶片供应。例如，大豆的叶腋出现豆荚后，这个叶片的光合作用产物，主要供应这个豆荚，当这个叶片受到损伤或光合作用受阻时，这个豆荚因得不到养料就会发生脱落。果树上果实里的有机物，大多来自该果实附近营养枝的叶片，所以营养枝在树冠中均匀配置很重要。 (2)就近供应 新知讲授 四 由于茎叶中维管束分布的关系，叶片制造的有机物，一般只分配到同侧的花序或根系，很少横向分配到对侧的花序或根系。 (3)纵向同侧运输 新知讲授 四 植物的光合作用和其他生命活动一样，也经常因外部因素和内部因素的影响而不断地发生 变化。 在影响光合作用的外部因素中，主要有光照强度、二氧化碳的浓度、温度、水分等。 三、影响光合作用的因素 新知讲授 四 光是光合作用的能量来源，又是叶绿素形成的条件，光照强度还影响气孔的开闭，从而影响二氧化碳的进入。在气温低、自然光线弱的季节里，利用人工光照栽培(最好用日光灯，因为日光灯的光谱与日光近似),增加温室或塑料大棚内的光照强度，以提高农作物的光合作用速度，现已广泛应用于蔬菜或瓜果生产。 1. 光照强度 植物 新知讲授 四 光的波长影响植物光合作用的速度。在红光照射下，植物光合作用的速度最快，蓝、紫光次之，绿光最差。 科学研究证明，在蓝紫光照射下，光合作用产物中蛋白质和脂肪的含量较多； 在红光照射下，光合作用产物中糖类的含量较多。这个发现在塑料大棚和人工光照的温室中极具价值。例如，在培育水稻秧苗时，蓝色的塑料薄膜具有壮秧的效果。现在，利用蓝色的塑料薄膜栽培农作物这一科研成果，已在不少地方推广使用。 新知讲授 四 二氧化碳是光合作用的主要原料。在自然条件下，陆生植物主要从空气中吸收二氧化碳，水生植物或暂时浸泡在水中的植物体，吸收溶于水中的二氧化碳。陆生绿色植物对二氧化碳的吸收，主要是通过叶片上的气孔进行的。植物在光合作用时吸收二氧化碳的数量很大，一般农作物每天每平方米叶面积吸收20～30g二氧化碳，相当于4～5万L空气中的二氧化碳量。 2. 二氧化碳的浓度 新知讲授 四 类别 空气中CO₂含量 光照与CO₂的关系 基础增产条件 增产核心措施 不同场景增施CO₂的方法 增施CO₂的增产效果 具体内容 约占空气体积的0.033%（330 ppm），该浓度对植物光合作用而言偏低 较强光照下，低浓度CO₂会限制光合作用速度；仅靠浓度差的扩散作用，无法满足植物对CO₂的需求 保证农田通风良好，加快空气流动，为植物提供充足CO₂ 增加空气中CO₂浓度 1. 大田：增施有机肥料，促进微生物分解有机物释放CO₂ 2. 温室/大棚：使用干冰升华，或燃烧液化气等燃料 3. 果树行间：铺设稻、麦茎秆，经微生物分解释放CO₂ 温室中CO₂浓度提升至空气体积的90%～180%时，黄瓜增产36%～69%，菜豆增产17%～82%；果树行间铺茎秆也可提高产量 新知讲授 四 光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，而温度直接影响酶的活性，因此，温度对光合作用的影响也很大。一般植物可在10～35℃下正常地进行光合作用，其中以25～30℃最适宜，在35℃以上时光合作用效率就开始下降，40～50℃时即完全停止。在低温中，酶所催化的化学反应速度下降，故限制了光合作用的进行。低温对不同类型植物光合作用的影响有所不同， 热带植物在低于5～7℃的温度下，即不能进行光合作用；而温带和寒带植物在0℃以下，都能进行光合作用。光合作用在高温时降低的原因是多方面的，高温破坏叶绿体和细胞质的结构，并使叶绿体的酶钝化。 3. 温度 新知讲授 四 水分对光合作用的影响有直接的也有间接的原因。直接的原因是水分是光合作用的原料， 但光合作用所利用的水比起植物所吸收的水来，只占极小的比例，水分作为光合作用的原料是不会缺乏的。因此，缺水影响光合作用主要是间接的原因。水是植物体内各种化学反应的介质，水分还能影响气孔的开 闭，影响二氧化碳进入植物体，因此，当土壤干旱和 大气湿度较低时，都会减弱光合作用的效率。例如， 小麦在土壤湿度为1.0%时，下午就会萎蔫，在这种 状态下，整株小麦的光合作用效率比水分充足时要 低35%～40%。 4. 水 新知讲授 四 在农业生产中，如棉花、花生蹲苗时，要注意控制蹲苗程度，不能过头。水分过多也会影响光合作用。土壤水分太多、通气不良，会妨碍根系活 动；雨水淋在叶片上，遮挡气孔影响气体交换，从而间接影响光合作用。 新知讲授 四 光能是绿色植物进行光合作用的动力。所以，在植物的栽培中，只有合理地利用光能，才能使绿色植物更充分地进行光合作用。 我国是一个农业大国，在耕地日趋减少的情况下，我们应该怎样合理地利用光能呢?合理利用光能主要包括延长光合作用的时间和增加光合作用的面积两 个方面。 四、植物栽培与光能的合理利用 新知讲授 四 1. 延长光合作用的时间 延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间，是合理利用光能的一项重要措 施。例如，同一块土地由1年之内只种植和收获1次小麦，改为1年之内收获1次小麦后，又种植并收获1次玉米，可以提高单位面积的产量。 2. 增加光合作用的面积 合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施，只有足够的种植密度，才能充分吸收和更好地利用落在地面上的阳光。合理密植是指在单位面积的土地上根据土壤肥沃程度等情况种植适当数量的植物。如果种植得太稀，光能就得不到充分的利用；如果种植得太密，植株互相遮挡，植 物也不会茁壮生长。因此，种植密度应合理。 师生互动 五 1.影响光合作用的因素、知识应用 提问“光合作用的能量来源是什么？原料有哪些？”引出“这些条件的变化会如何影响光合作用？” 2.提出问题“如何提高大棚番茄的产量？请结合本节课知识列出具体措施。” 问 题 课堂小结 六 1.绘制“影响光合作用因素”思维导图，梳理核心知识点。 2.运用光合作用原理分析农业增产问题。 3.分析植物体内有机物的运输途径及运输规律。 布置作业 七 作业 1. 完成教材课后习题； 2. 调查自家菜地/大棚的增产措施，分析其依据的光合作用原理。 巩固练习 八 作业 地球上生物生命活动的能量最初来源主要是（ ） A. 有机物中的化学能 B. 电能 C. 热能 D. 太阳能 【答案】D 【解析】绿色植物通过光合作用将太阳能转变为有机物中的化学能，这是大多数生物能量的最初来源，A是直接利用的能量形式，非最初来源。 巩固练习 八 作业 木本植物茎环割后，切口上方形成节瘤的原因是（ ） A. 有机物积聚 B. 无机盐积累 C. 水分运输受阻 D. 导管破裂 【【答案】A 【解析】环割后筛管被切断，有机物无法向下运输，在切口上方积聚，促进细胞分裂生长形成节瘤；水分和无机盐可通过导管正常运输。 巩固练习 八 作业 自然条件下，限制陆生植物光合作用速度的主要因素之一是（ ） A. 氧气浓度 B. 二氧化碳浓度 C. 氮气浓度 D. 氢气浓度 【答案】B 【解析】空气中CO₂浓度仅0.033%，在强光下成为光合作用的限制因素，氧气、氮气等对光合作用无直接限制作用。 巩固练习 八 作业 缺水对光合作用的影响主要是（ ） A. 直接减少原料供应 B. 影响气孔开闭，阻碍CO₂进入 C. 破坏叶绿素结构 D. 抑制光反应进行 【答案】B 【解析】光合作用利用的水分占植物吸收量比例极小，缺水主要通过影响气孔开闭，减少CO₂进入，间接减弱光合作用。 巩固练习 八 作业 果树树冠中营养枝均匀配置的意义是（ ） A. 便于通风 B. 便于采光 C. 为果实就近供应有机物 D. 增强抗倒伏能力 【答案】C 【解析】果实的有机物大多来自邻近营养枝的叶片，均匀配置营养枝可保证果实获得充足养料。 巩固练习 八 作业 简述光合作用对自然界和生物界的三大重要意义。 【答案】① 物质转变：将无机物（CO₂、H₂O）合成有机物，构成植物体本身，为异养生物和人类提供食物及生活原料； ② 能量转变：将太阳能转变为有机物中的化学能，成为几乎所有生物生命活动的能量最初来源； ③ 生态平衡：维持大气中O₂和CO₂含量相对稳定，为生物生存发展创造适宜条件。 感谢观看 $