第5章 第4节 第3课时 光合作用原理的应用（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一生物必修1 分子与细胞学习笔记（人教版 鲁湘辽黑吉专版）

本讲义聚焦高中生物学“光合作用原理的应用”核心知识点，以光合作用强度概念为起点，通过探究光照强度影响的实验（圆形小叶片上浮法）搭建实践支架，系统梳理光照、CO₂、温度等环境因素及叶龄等内部因素对光合作用的影响机制，并对比光合作用与化能合成作用的异同，形成从原理到应用的完整知识脉络。 该资料突出科学思维与探究实践素养，通过实验变量分析（如光照强度的控制、浮起叶片数量的检测）培养学生实验设计能力，结合多因子变量曲线模型（如光照强度-光合速率曲线）引导学生辩证分析影响因素，同时融入合理密植、温室栽培等生产实例，强化社会责任意识。课中助力教师高效授课，课后通过判断正误、对点练习等模块帮助学生查漏补缺，巩固知识应用。

第3课时　光合作用原理的应用 [学习目标]　1.通过构建模型分析影响光合作用的因素，形成利用科学的思维方法解决问题的习惯。2.主动关注光合作用原理在生产实践中的应用，培养社会责任感。 1．光合作用的强度 (1)概念：简单地说，就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 (2)意义：直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。 2．探究光照强度对光合作用强度的影响的实验 (1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 (2)实验流程 (3)实验结果和结论 3．影响光合作用的因素 (1)光合作用的原料：水、CO2，光合作用的动力：光能，都是影响光合作用强度的因素。例如，影响CO2供应量的因素：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况。 (2)影响叶绿体的形成和结构的因素，也会影响光合作用的强度，例如，无机营养。 (3)光合作用需要酶的参与，因此影响酶活性的因素也是影响因子，例如，温度。 4．化能合成作用和光合作用的比较 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 光能 氧化无机物释放的能量 代表生物 绿色植物 硝化细菌 相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物 判断正误 (1)植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行(　　) (2)能进行光合作用的生物是自养生物(　　) (3)自养生物都是利用光能把无机物转变成有机物(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)× 提示　(1)植物细胞在黑暗条件下只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用。(3)自养生物可以是光能自养，也可以是化能自养，都能把无机物转变成有机物。 任务：探究光照强度对光合作用强度的影响 1．本实验的自变量是什么？如何控制？ 提示　本实验的自变量是光照强度。通过调节光源与实验装置的距离来控制。 2．本实验的因变量是什么？检测指标是什么？ 提示　本实验的因变量是光合作用强度。检测指标是相同时间内圆形小叶片浮起的数量。 3．分析光照强度对光合作用强度的影响曲线 (1)A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于什么生理过程？其释放量的含义是什么？ 提示　A点时CO2来源于细胞呼吸。其释放量代表细胞呼吸的强度。 (2)AB段光合速率小于呼吸速率；B点时，光合速率等于呼吸速率，BC段光合速率大于呼吸速率(填“大于”“等于”或“小于”)。 (3)C点时光合速率开始达到最大，此点所对应的光照强度称为光饱和点，请讨论C点前、后限制光合速率的主要环境因素分别是什么？ 提示　C点前的主要限制因素为光照强度，C点后的主要限制因素为温度或CO2浓度等。 (4)如图为在不同光照强度条件下细胞内外气体交换示意图，请从曲线图中找出与各示意图对应的点或区段。 (5)净光合速率是在光照条件下测量得出的，可以用CO2的吸收量、O2的释放量和有机物的积累量来表示。若曲线图中，A点对应的CO2释放量为－2，C点对应的CO2吸收量为5，则C点时，真正的(总)光合速率是__7__。 核心归纳　影响光合作用的因素及应用 (1)光照强度 光是绿色植物光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。 ①原理：光直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段。 ②曲线分析(如图所示) 在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，但当光照强度增加到一定值时，光合速率不再加快，甚至降低(细胞灼伤)。 ③生产应用 a．阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。 b．阴生植物的光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)和光饱和点(光合速率最大时所对应的最小光照强度)一般都比阳生植物低，注意间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置。 (2)CO2浓度 ①原理：影响暗反应阶段，制约C3化合物的生成。 ②曲线分析：图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点(光合速率最大时所对应的最小CO2浓度)。 ③应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合速率。 (3)温度 ①原理：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。 ②曲线分析 AB段：随着温度升高，光合作用强度逐渐增强。 B点：光合作用最适温度下的光合作用强度。 BC段：随着温度升高，光合作用强度逐渐减弱；温度过高时，酶变性失活，光合作用完全停止。 ③应用：冬季温室栽培，白天可适当提高温度，晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。 (4)光质 ①原理：光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 ②应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。 (5)水分和无机盐 ①原理：缺水时气孔导度下降，影响CO2进入叶肉细胞；叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出减慢。因此，植物体水分减少使光合速率下降。N是各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分；P是NADPH和ATP的重要组成成分；Mg是叶绿素的重要组成成分；K对光合产物的运输和转化起促进作用。 ②应用：预防干旱，合理灌溉；合理施肥，由于肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，施肥的同时，往往需要适当的浇水。 (6)叶龄和叶面积 ①叶龄 叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中的叶绿体逐渐增多，光合色素逐渐增加，光合作用速率不断增强。生长到一定程度，叶片面积和光合色素等达到稳定状态，光合作用速率也基本稳定。伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合作用速率下降。 ②叶面积 随着叶面积指数的增大，进行光合作用和细胞呼吸的叶面积增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡，进行光合作用的叶面积不再增大，而进行细胞呼吸的叶面积仍在增大，从而使细胞呼吸有机物的消耗量大于光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。 ③农业生产上的启示：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。 (7)多因子变量对光合速率的影响 ①曲线分析 P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。 Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。 ②应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。 1．(2024·巴彦淖尔高一期末)用打孔器获取大小、部位相同的若干圆叶片，探究光照强度对光合作用强度的影响。实验中最合理的单位时间内观察指标是(　　) A．吸收二氧化碳的量 B．浮起叶片的数量 C．产生淀粉的量 D．放出氧气的量 答案　B 解析　抽气的圆叶片下沉，在一定的光照强度下，光合作用强度大于细胞呼吸强度，光合作用产生的氧气充满细胞间隙，叶片上浮。所以，该实验是通过同一时间段内小叶片浮起的数量来衡量光合作用的强度的，B符合题意。 2．(不定项)研究人员在适宜温度、水分和一定CO2浓度条件下，分别测定了植株甲和植株乙CO2吸收速率与光照强度的关系。下列相关叙述错误的是(　　) A．图2生理状态对应图1的a点，植物能正常生长 B．图1光照强度为b时，甲、乙总光合作用强度相等 C．光照强度为c时，甲、乙光合作用强度的差异可能与N、Mg等无机盐含量有关 D．适当增加CO2浓度，P点将向右上移动 答案　AB 解析　图2中线粒体产生的CO2提供给叶绿体，叶绿体产生的O2提供给线粒体，说明细胞中细胞呼吸强度等于光合作用强度，对应图1的a点(光补偿点)，叶片净光合速率等于零，植物不能积累有机物，不能正常生长，A错误；光照强度为b时，甲、乙两种植物的净光合速率相等，但总光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和，所以在甲、乙的呼吸速率未知的情况下，两植株的总光合速率未必相等，B错误；c点为光饱和点，当光照强度为c时，光照强度已经不是限制条件，Mg和N均是叶绿素分子的组成元素，故甲、乙光合作用强度的差异可能与N、Mg等无机盐含量有关，C正确；P点为光饱和点对应的CO2吸收速率，此时，限制P点CO2吸收速率的因素可能是CO2浓度，适当增加CO2浓度，P点将向右上移动，D正确。 课时对点练 [分值：100分] 第1～12题，每题6分，共72分。 题组一　探究光照强度对光合作用强度的影响 1．下列关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验的叙述，错误的是(　　) A．实验过程中注射器的作用是排出小圆片内的气体 B．可以通过观察同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量 C．实验的自变量是光照强度，可在相同的距离下放置不同瓦数的灯泡 D．如果升高环境温度，小圆片上浮时间会缩短 答案　D 解析　如果升高环境温度，有可能会使酶的活性下降而导致光合速率下降，小圆片上浮时间会延长，D错误。 题点　探究环境因素对光合作用的影响 2．将金鱼藻放在盛有质量分数为0.2%的碳酸氢钠溶液的试管中，将试管放在离白炽灯不同距离处，观察试管中每分钟产生的气泡数并记录数据，如图所示。下列分析错误的是(　　) A．光照强度为实验自变量，水温为无关变量 B．图中数据为每个条件下做重复实验，取得的平均值 C．在一定范围内，试管和灯泡的距离与每分钟产生的气泡数呈负相关 D．该实验装置测出的植物光合速率为总光合速率 答案　D 解析　该实验装置测出的植物光合速率为净光合速率，D错误。 题点　探究环境因素对光合作用强度的影响 3．用金鱼藻在如图所示的实验装置中进行与光合作用有关的实验。下列说法正确的是(　　) A．量筒中收集的气体量代表了金鱼藻光合作用产生的O2量 B．量筒中收集的气体量代表了金鱼藻细胞呼吸产生的CO2量 C．可用不同浓度的NaHCO3溶液来探究CO2浓度对光合作用强度的影响 D．可用不同颜色的LED灯来探究光照强度对光合作用强度的影响 答案　C 解析　由于金鱼藻光合作用产生O2，细胞呼吸消耗O2，所以量筒中收集的气体量代表了金鱼藻光合作用产生的O2量与细胞呼吸消耗的O2量的差值，即金鱼藻释放的O2量，A、B错误；碳酸氢钠溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2，因此可以用不同浓度的碳酸氢钠溶液来探究CO2浓度对光合作用强度的影响，C正确；可用不同颜色的LED灯来探究光质对光合作用强度的影响，D错误。 题点　探究环境因素对光合作用的影响 题组二　影响光合作用强度的因素 4．(2025·济宁高一阶段检测)将生长旺盛的叶片剪成同样大的小块，抽去叶内气体，分别等量放入四支试管内，再按如图条件进行实验，一段时间后，小块最先浮起的是(　　) 答案　C 解析　煮沸过的自来水，其含有的CO2等气体被除尽，叶片小块不能进行光合作用，不产生O2，叶片小块不能浮起，A不符合题意；不光照条件下，叶片小块不能进行光合作用，不产生O2，叶片小块不能浮起，B、D不符合题意。 题点　光合作用的影响因素 5.如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图叙述错误的是(　　) A．ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度 B．bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭，二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降 C．de段光合作用强度变化的主要原因是温度 D．从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度 答案　C 解析　de段随着时间的递增，光照强度逐渐减弱，导致光合作用强度逐渐降低，即de段光合作用强度变化的主要原因是光照强度减弱，C错误。 题点　光合作用的影响因素 6．(2025·烟台高一阶段考试)如图为光照强度对某绿色植物光合作用影响的示意图，下列说法正确的是(　　) A．a点时，植物的线粒体和叶绿体都能产生ATP B．植物从b点开始进行光合作用 C．植物一直处于b点状态不利于植物生长 D．c点以后限制光合作用的因素是光照强度 答案　C 解析　a点时光照强度为0，此时只有细胞呼吸，产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质，A错误；b点净光合速率等于0，此时光合速率等于细胞呼吸速率，a点之后就开始进行光合作用，B错误；植物一直处于b状态，即光合速率等于细胞呼吸速率，没有有机物的积累，不利于植物生长，C正确；c点之前限制光合作用的因素是光照强度，c点之后限制光合作用的因素可能是温度或二氧化碳浓度，D错误。 题点　光合作用的影响因素 7．以某农作物为实验材料，研究不同光质对植物光合作用的影响，实验结果如图所示，气孔导度大表示气孔开放程度大。下列说法错误的是(　　) A．蓝光组，光合作用消耗的CO2多，导致胞间CO2浓度低 B．红光组，主要由类胡萝卜素吸收光能用于光合作用 C．与红光相比，蓝光一定程度上能促进气孔开放 D．大棚种植时可以适当补充蓝光 答案　B 解析　红光组，主要由叶绿素吸收光能用于光合作用，因为叶绿素能吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误。 题点　光合作用的影响因素 8．(2024·鄂尔多斯高一阶段检测)下列关于光合作用原理的应用，叙述正确的是(　　) A．农作物能吸收有机肥中的有机物，有助于农作物生长 B．合理密植有利于改善田间CO2浓度和光能利用率 C．用绿色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高大棚蔬菜的产量 D．连续阴雨天适当提高温度有利于大棚绿叶蔬菜生长 答案　B 解析　有机肥需要被微生物分解成无机盐才能被植物吸收，A错误；合理密植有利于通风、提高二氧化碳浓度，提高光能利用率，增加光合作用效率，有利于提高产量，B正确；植物光合作用主要吸收蓝紫光和红光，用绿色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，只能透过绿光，而植物几乎不吸收绿光，不利于提高大棚蔬菜的光合作用速率，C错误；连续阴雨天植物无法进行光合作用，提高温度会增加细胞呼吸对有机物的消耗，不利于大棚绿叶蔬菜生长，D错误。 题点　光合作用在生产实践中的应用 9．光合作用和化能合成作用最主要的区别是(　　) A．是否氧化氨 B．能否利用光能 C．是否为自养生物 D．能否利用CO2 答案　B 解析　光合作用和化能合成作用最主要的区别是能量来源不同，光合作用利用的能量是光能，化能合成作用利用的能量是化学能，B符合题意。 题点　化能合成作用 10.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示该植物在25 ℃时光合作用强度与光照强度的关系。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度等不变)，从理论上讲，图中相应点的移动应该是(　　) A．a点上移，b点左移，m值增加 B．a点不移，b点左移，m值不变 C．a点下移，b点右移，m值下降 D．a点下移，b点不移，m值增加 答案　C 解析　根据题意和图示分析可知，温度从25 ℃提高到30 ℃后，光合速率减慢，呼吸速率加快。图中a点代表呼吸速率，呼吸速率加快，故a点下移；b点代表光补偿点，即b点呼吸速率等于光合速率，由于呼吸速率加快，光合速率减慢，需要增加光照强度，才能够使呼吸速率等于光合速率，故b点右移；m代表最大净光合作用强度，温度升高，导致光合作用强度下降，故m值下降，故选C。 题点　光合作用与细胞呼吸曲线中“关键点”的移动 11．(不定项)(2024·聊城高一期中)如图为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响。下列有关说法正确的是(　　) A．光照强度为c时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同 B．光照强度小于a时，限制光合作用强度的主要因素是光照强度 C．将植物从曲线Ⅱ移到曲线Ⅲ环境条件下培养一段时间，则植物细胞五碳化合物含量增多，三碳化合物含量降低 D．温度通过改变酶的活性来影响光合作用强度 答案　ABD 解析　将植物从曲线Ⅱ移到曲线Ⅲ环境条件下培养一段时间，光合作用的光反应和暗反应都降低，植物细胞五碳化合物含量和三碳化合物含量保持相对稳定，C错误。 题点　光合作用的影响因素 12．(不定项)(2025·哈尔滨高一检测)为探究影响光合速率的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列有关叙述正确的是(　　) A．此实验共有两个自变量：光照强度和施肥情况 B．d点比b点CO2吸收量高，原因是光照强度大 C．在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显 D．制约c点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量 答案　BCD 解析　本实验有光照强度、施肥情况、土壤含水量三个自变量，A错误；c点土壤含水量较少，光合作用强度较低，增大土壤含水量可提高其CO2吸收量，因此c点条件下限制玉米光合作用强度的主要因素是土壤含水量，D正确。 题点　光合作用的影响因素 13．(14分)为探究干旱胁迫对小麦光合作用的影响，科研人员分别设置了正常浇水组和干旱胁迫组，并检测在不同处理下小麦植株光合作用的各项指标，结果如表。请回答下列问题： 处理 净光合速率(μmol·m－2· s－1) 气孔导度(mol·m－2· s－1) 胞间CO2浓度(μmol· mol－1) 叶绿素含量(mg·g－1) 黑暗条件下CO2释放量(μmol·m－2· s－1) 正常浇水 28.07 0.42 221.00 0.76 3.45 干旱胁迫 17.24 0.23 290.00 0.32 8.23 (1)正常浇水组为____________(填“实验组”或“对照组”)。为了测定小麦叶片中的叶绿素含量，应用____________提取叶绿素，并在研磨时加入______以免叶绿素被破坏。 (2)与正常浇水组相比，干旱胁迫组净光合速率明显降低，据表分析，气孔导度________(填“是”或“不是”)限制小麦光合速率的因素，原因是____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)据表推测，干旱胁迫导致小麦净光合速率下降的具体原因可能是①_________________ ________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)对照组　无水乙醇　CaCO3　(2)不是　干旱胁迫组的胞间CO2浓度大于正常浇水组 (3)①干旱胁迫使小麦叶绿素含量下降，抑制了光反应，则为暗反应提供的ATP和NADPH量减少 ②干旱胁迫使小麦的呼吸速率提高 题点　光合作用的影响因素 14．(14分)夏日晴天的中午，高温、低湿常引起植物光合速率下降，称为“光合午休”。科研人员以小麦为实验材料，研究了温度和湿度对小麦“光合午休”的影响，实验处理及结果如表所示。分析回答下列问题： 组别 实验条件 实验结果 温度(℃) 空气相对湿度(%) 光合速率(mgCO2·dm－2·h－1) 1 37 18 10.7 2 37 26 15.8 3 37 50 21.8 4 30 50 24.2 5 25 50 21.7 (1)小麦捕获光能的色素分布在________________________，具体地说，色素吸收的光能用于光反应中________________________，色素含量下降还会间接影响____________过程。 (2)根据实验结果可以判断，导致小麦“光合午休”现象出现的最主要因素是________(填“温度”“湿度”或“温度和湿度”)。 (3)比较________组的数据可以看出，温度过高会导致小麦光合速率降低。为进一步确定空气相对湿度为50%时该小麦光合作用的最适温度，设计的实验思路应是________________________________________________________________________。 (4)与大水漫灌相比，在生产实践中采用喷灌方式不仅节水，而且能有效消除作物的“光合午休”现象，原因是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)叶绿体类囊体薄膜　ATP 的合成和水的光解　C3的还原　(2)湿度　(3)3和4　在25～37 ℃范围内，设置更小的温度梯度进行实验　(4)喷灌可以明显地提高空气相对湿度，降低空气温度，从而提高光合速率 题点　光合作用的影响因素 学科网（北京）股份有限公司 $