5.4 光合作用与能量转化 （第三课时）课件-2025-2026学年高一上学期必修一生物人教版

该高中生物学课件聚焦“探究环境因素对光合作用强度的影响”，课前通过两分钟背诵复习光反应和暗反应的场所、物质变化等前序知识，搭建学习支架，自然导入新课探究。 其亮点在于以实验探究为核心，通过设计光照强度影响实验（如圆形小叶片浮起数量观察）培养探究实践能力，结合曲线分析（光照、CO₂浓度等影响曲线及关键点移动）发展科学思维，联系生产实践（合理密植、适时播种）渗透生命观念。学生能提升科学探究和分析能力，教师可获得系统的实验指导和教学资源。

1.光合作用光反应和暗反应阶段的场所； 2.光反应和暗反应过程中物质的变化以及能量转化； 3.光反应和暗反应的联系； 4.光合作用总反应式； 课前两分钟背诵 第4节 光合作用与能量转换（第3课时） 高中生物学人教版2019 第五章 细胞的能量供应和利用 学 习 目 标 01 设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响，提升科学探究能力 02 关注光合作用原理在生产实践中的应用，认同科学技术的重要价值 3 底物的消耗速率 或 产物的生成速率 CO2 + H2O （CH2O） O2 + 光能 叶绿体 1.光合作用强度(光合速率）: （1）植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 固定CO2的量 制造有机物（糖类）量 产生O2的量 单位时间内光合作用 （2）表示方法： （一） 光合作用强度的表示方法 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 4 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 气孔开闭情况、环境中CO2浓度 水分 光 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） 光照强度（光反应） CO2浓度 矿质元素（N、Mg） 水分 内因 外因 影响 因素 温度（酶） （二） 影响光合作用速率的因素 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 实验：探究光照强度对光合作用强度的影响 （1）实验原理 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根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。 材料用具（P105） 打孔器，注射器，5 W LED 台灯，米尺，烧杯，绿叶（如菠菜、吊兰等）。 有条件的学校可以使用化学传感器来测量O2的浓度。 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用强度的影响 （4）实验步骤（P105） 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。 将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出。这一步骤可能需要重复2~3 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，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用强度的影响 （4）实验步骤（P105） 取 3 只 小 烧 杯， 分 别 倒 入 富 含CO2的清水（可以事先通过吹气的方法补充 CO2，也可以用质量分数为 1% ~ 2% 的NaHCO3溶液来提供CO2）。 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。实验中，可用5 W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。 观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用强度的影响 （5）实验结果 项目　 　 烧杯　 　 圆形小叶片 数量 加入富含 CO2的清水 光照强度 单位时间内圆形小叶片浮起的数量 1 10片 20 mL 强 多 2 10片 20 mL 中 中 3 10片 20 mL 弱 少 （6）实验结论 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，单位时间内圆形小叶片中产生的氧气多，浮起的圆形小叶片多。 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？ 提示：CO2浓度（不同质量分数的NaHCO3溶液）、 温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡） 在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，用于探究CO2浓度对光合速率的影响。 NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水，不利于光合作用。 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用强度的影响 10 产生O2 固定CO2 释放O2 较强光照时 吸收CO2 植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的释放量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？ 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。 光合作用产生的O2= 释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2 问题：实验所测是否为叶片实际光合作用强度？ 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 下面请同学们思考，实验所测是否为叶片实际光合作用强度呢？我们看一下叶肉细胞的结构模式图★ 在光照较强时，光合作用产生的氧气★★一部分去线粒体参加有氧呼吸，★剩下的扩散出细胞★★，我们测的应该是 光合作用产生的减去呼吸作用消耗的氧气量，不是真正的光合作用强度。CO2的消耗量也是如此。叶绿体实际参加光合作用的 CO2量★★等于呼吸产生的和从外界吸收的CO2量★★。我们把实际测到的叶片CO2吸收量称为净光合速率，而叶绿体参与光合的C02量为总光合速率， 细胞有氧呼吸释放的CO2为呼吸速率的话，那么净光合速率等于总光合速率-呼吸速率 那么，在这些内容的基础上，如何修改光强与光合作用强度的关系图呢？ 11 项目 表示方法 净光合速率 总光合速率 呼吸(黑暗测量) O2释放量、CO2吸收量、有机物积累量 O2产生量、CO2固定量、有机物制造量 O2吸收量、CO2释放量、有机物消耗量 光合作用强度的表示方法 实际光合速率：是指植物在光下实际把CO2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CO2的量。又叫总光合速率。 净光合速率：不算呼吸作用放出的CO2量，只算从外界吸收的CO2量， 即是在光下测定的CO2的吸收量。 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： 。 D： 。 （限制因素：CO2浓度、温度等） D AB： 。 BC： 。 呼吸 A： 。 C点之前限制光合作用的因素是:光照强度 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 光照强度对光合速率的影响 1 只进行呼吸作用 光合作用<呼吸作用 光合作用=呼吸作用 (光补偿点) 光合作用>呼吸作用 光合速率开始达到最大时外界的光照强度(光饱和点) 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 光补偿点 光饱和点 D A点：只呼吸不光合 O2 CO2 AB段：呼吸＞光合 B点：呼吸＝光合 BC段：光合＞呼吸 提醒：注意区分，单个细胞和整个植株的区别 曲线与细胞图示相结合 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 14 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） 当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸。 大于 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 光照强度对光合速率的影响 1 （叶肉细胞光合作用） （叶肉细胞呼吸+其他细胞呼吸） = 总结： ①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。 ②当净光合速率＝0时，植物不能生长。 ③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。 2.光合速率与植物生长： 15 1.阴雨天气适当补充光照，增加光合作用强度。 2.适当延长光照时间 3.合理密植，增加光合作用面积 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 光照强度对光合速率的影响 1 应用： A B 0 阳生植物 阴生植物 C CO2吸收速率 CO2释放速率 讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？生产上有哪些应用？ 光照强度 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 光照强度对光合速率的影响 1 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 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 B点： C点： 应用： 1.多施有机肥或农家肥； 2.“正其行，通其风”大田中还要注意通风透气。 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 CO2浓度对光合速率的影响 2 注意：分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐才能被植物吸收。 C点之后光合速率的限制因素：主要为光照强度和温度。 CO2浓度 A B 吸收速率 CO2 C 释放速率 CO2 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 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) 左移 左移 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 光合作用曲线中关键点的移动 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 1：温度通过影响 影响光合作用。 曲线分析: 酶的活性 2:影响 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 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 温度对光合速率的影响 3 最适温度下植物光合作用最大。 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低。 气孔 应用：合理浇灌、预防干旱 ①水是光合作用的原料 ②水是体内各种化学反应的介质 图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了 的供应。 CO2 ③缺水→气孔关闭→限制CO2进入叶片 →光合作用受影响 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 水对光合速率的影响 4 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。 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 “光午休”现象 22 N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分 P： 类囊体膜、NADP+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：合理施肥可促进叶片面积增大，促进叶绿素合成，促进光合产物的运输和转化等，提高光合作用强度。 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 矿质元素对光合速率的影响 5 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 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: 。 溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水 问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？ 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 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： 24 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。 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 内因1：叶龄对光合速率的影响 7 25 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 二、光合作用强度的影响因素曲线分析 内因2：叶面积指数对光合速率的影响 8 26 密闭的环境中 自然环境中 (1)图甲中b点变化的原因: 凌晨温度降低，细胞呼吸强度减弱，CO2释放减少 （2）图甲中c点： 开始进行光合作用 （3）图甲中d、h点： 光合作用强度等于细胞呼吸强度 （4）f点的原因： 温度过高，部分气孔关闭，CO2供应不足,出现“午休”现象。 （5）ef段下降的原因: （6）gh段都下降的原因: 部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率减慢。 光照强度逐渐减弱，光反应速率减慢。 （7）I点CO2浓度比A点时低说明： 一昼夜后有机物积累量增加 拓展1： 自然环境（夏季）中一昼夜植物光合作用曲线 密闭的环境中 二、拓展应用 1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。 练习与应用 （1）7—10 时的光合作用强度不断增强的原因是 。 （2）10 —12 时左右的光合作用强度明显减弱的原因是 。 光照强度逐渐增大 此时温度很高,蒸腾作用很强,为减少水分蒸发,气孔大量关闭,二氧化碳无法进入叶片组织,导致光合作用暗反应受到限制。 二、拓展应用 练习与应用 （3）14—17 时的光合作用强度不断下降的原因是 。 （4）从图中可以看出，限制光合作用的因素有 。 （5）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。 光照强度不断减弱 光照强度、温度 可利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，比如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用。 下图为CO2吸收量与光照强度关系的坐标图，当光合作用相关因素改变后，a、b、c点的移动描述不正确的是 A.若植物体缺Mg2＋，则对应的b点将向左移 B.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度 分别是25 ℃和30 ℃，则温度由25 ℃上升到 30 ℃时，对应的a点将下移，b点将右移 C.若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a 点、b点、c点将分别向上移、左移、左移 D.若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，则b点将向左移 A 课堂练习 内因： 外因： 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） 课堂小结 1.测定光合速率与呼吸速率 (1)测定装置 光照下： 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 液滴移动法 1 三、测定光合速率和呼吸速率的方法 （2）测定方法： a.将甲装置置于光照下一定时间，记录红色液滴向右移动的相对距离（m）计作净光合速率。 b.将乙装置置于黑暗中一定时间，记录红色液滴向左移动的相对距离（n）计作呼吸速率。 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， 液滴移动法 1 c.真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 = m + n 三、测定光合速率和呼吸速率的方法 3.没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。 1.“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。 2.有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量，白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量，二者之和为总光合作用量。 黑白瓶法 2 三、测定光合速率和呼吸速率的方法 半叶法 3 实际光合速率=（WB-WA）/st WA=原叶重-呼吸消耗量 WB=原叶重+净光合量 WB-WA= 三、测定光合速率和呼吸速率的方法 净光合量+呼吸消耗量 $