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1、第第4节 光合作用与能量光合作用与能量转化化第二第二课时第第5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用六、六、光合作用影响因素及应用光合作用影响因素及应用1 1 光合作用（速率）强度光合作用（速率）强度（1 1）概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。）概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。光能光能CO2+H2O叶绿体叶绿体（CH2O）+O2（2）表示方法：）表示方法：单位时间内光合作用单位时间内光合作用制造有机物制造有机物的量的量 单位时间内光合作用单位时间内光合作用固定固定CO2的量的量 单位时间内光合作用单位时间内光合作用产生产生O2的量的量线粒体：进行有氧呼
2、吸，吸收线粒体：进行有氧呼吸，吸收O2，释放，释放CO2叶绿体：进行光合作用，吸收叶绿体：进行光合作用，吸收CO2，释放，释放O2线粒体线粒体叶绿体叶绿体O2释放释放O2（可测）（可测）叶叶肉肉细细胞胞CO2吸收吸收CO2吸收吸收O2（可测）（可测）释放释放CO2（可测）（可测）（可测）（可测）2 2 总总光合速率、净光合速率和呼吸速率光合速率、净光合速率和呼吸速率（1）呼吸速率：黑暗下测定植物单位时间内）呼吸速率：黑暗下测定植物单位时间内CO2释放量或释放量或O2吸收量。吸收量。线粒体线粒体叶绿体叶绿体叶叶肉肉细细胞胞吸收吸收O2释放释放CO2（可测）（可测）（可测）（可测）表表观光合速率和
3、真正光合速率光合速率和真正光合速率 （2）净（表观）光合速率：）净（表观）光合速率：光照下测定植物单位时间内光照下测定植物单位时间内CO2吸收量或吸收量或O2释放量释放量。线粒体线粒体叶绿体叶绿体O2释放释放O2（可测）（可测）叶叶肉肉细细胞胞CO2吸收吸收CO2（可测）（可测）2 2 总总光合速率、净光合速率和呼吸速率光合速率、净光合速率和呼吸速率当当净光合速率净光合速率0时，植物才时，植物才能能生长生长；当当净光合速率净光合速率=0时，植物时，植物不不生长生长；当当净光合速率净光合速率0时，植物不时，植物不生长，长时间植物将会死亡。生长，长时间植物将会死亡。2 2 总总光合速率、净光合速率
4、和呼吸速率光合速率、净光合速率和呼吸速率（3）总（实际或真正）总（实际或真正）光合速率光合速率=净光合速率呼吸速率净光合速率呼吸速率线粒体线粒体叶绿体叶绿体O2释放释放O2（可测）（可测）叶叶肉肉细细胞胞CO2吸收吸收CO2吸收吸收O2（可测）（可测）释放释放CO2（可测）（可测）（可测）（可测）光合作用产生的光合作用产生的O2=释放到空气中的释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的呼吸作用消耗的O2光合作用消耗的光合作用消耗的CO2=吸收到空气中的吸收到空气中的CO2+呼吸作用产生的呼吸作用产生的CO2不能直接测得不能直接测得呼吸速率（黑暗）呼吸速率（黑暗）CO2释放释放量量O2吸收吸收量量有机物
5、消耗量有机物消耗量净光合速率净光合速率CO2吸收吸收量量O2释放释放量量有机物积累量有机物积累量真正光合速率真正光合速率CO2固定固定量量O2生成生成量量有机物制造量有机物制造量（4）表示方法）表示方法六、六、光合作用影响因素及应用光合作用影响因素及应用3 3 影响光合作用内部因素：色素含量、酶的含量和活性、叶龄等。影响光合作用内部因素：色素含量、酶的含量和活性、叶龄等。叶龄：在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不叶龄：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。断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加。叶
6、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。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。应用：农作物、果树管理后期应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。应用：适当应用：适当修苗修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过栽培植物时，可通过合理密植合理密植来增加光合作用面积来增加光合作用面积4 4 影响光合作用影响光合作用环境环境因素因素（1 1）光照）光照光照时
7、间越长，产生的光合产物越多。光照时间越长，产生的光合产物越多。光质光质(光的颜色或光的波长光的颜色或光的波长)：由于光合色素吸收红光和蓝紫光由于光合色素吸收红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，所以光的波长不同光合作用强度不同。最多，吸收绿光最少，所以光的波长不同光合作用强度不同。光照强度光照强度 CO2吸收吸收量量CO2释放释放量量光照强度光照强度OAD光饱和点光饱和点B净光合净光合速率速率呼吸速率呼吸速率总光总光合速合速率率光补光补偿点偿点CEA点：点：只进行细胞呼吸只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。释放量表明此时的呼吸强度。B点：点：光补偿点光补偿点，即光合作用强度，即光合作用强
8、度=细胞呼吸强度所对应的光照强度细胞呼吸强度所对应的光照强度，CO2释放量释放量=0。AB段：段：随着光照强度增加，光合作用逐渐增强，但随着光照强度增加，光合作用逐渐增强，但光合光合呼吸呼吸D点：点：光饱和点光饱和点，植物达到最大光合速率所需要的最小光照强度。，植物达到最大光合速率所需要的最小光照强度。光照强度光照强度 CD段：段：净光合速率净光合速率DE段段：呼吸速率呼吸速率，不会随着光照强度增加而改变，不会随着光照强度增加而改变光照强度光照强度 CE段段：总光合速率总光合速率=净光合速率净光合速率（CD）+呼吸速率（呼吸速率（DE）A：只进行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用细胞呼吸释放的CO
9、2全部用于光合作用（与外界不发生气体交换）B点之后：光合作用呼吸作用从外界吸收CO2，向外界排出O2AB：光合作用呼吸作用从外界吸收O2，向外界排出CO2图像表示A B 光照强度光照强度O补充：补充：阳生植物和阴生植物阳生植物和阴生植物CABC阴生植物阴生植物阳生植物阳生植物COCO2 2吸收吸收量量COCO2 2释放释放量量阳生植物：阳生植物：在在强光强光环境中环境中生长发育健壮，在阴蔽或生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良弱光条件下生长发育不良的植物。的植物。阴生植物：阴生植物：在在较弱的光照较弱的光照条件下能够生长良好的植条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。物叫阴生植物。阳生植物
10、的光阳生植物的光补偿点和光点和光饱和点都比阴生植物大和点都比阴生植物大温室生产中，温室生产中，适当适当增强增强光照强度光照强度，以提高光合速率，使作物增产；以提高光合速率，使作物增产；农业生产上农业生产上间作或套作间作或套作，合理利用光能，提高光能利用率；，合理利用光能，提高光能利用率；通过通过轮作轮作(几种作物轮换种植几种作物轮换种植)延长光合作用时间；延长光合作用时间；通过通过合理密植合理密植，增加光合作用面积。，增加光合作用面积。应用间作间作(几种作物同时期播种几种作物同时期播种)，套种，套种(几种作物不同时期播种几种作物不同时期播种)间作（果树林下种油菜）间作（果树林下种油菜）套套种种
11、“麦麦套套棉棉”A点点：光合作用速率：光合作用速率=细胞呼吸速率时的细胞呼吸速率时的CO2浓度，即浓度，即CO2补偿点。补偿点。A点点：进行光合作用所需：进行光合作用所需CO2的最低浓度。的最低浓度。B点点、B点点：光合速率不再增加时：光合速率不再增加时CO2浓度，即浓度，即CO2饱和点饱和点。（2）CO2浓度浓度应用：应用：多施有机肥或农家肥、施放干冰。多施有机肥或农家肥、施放干冰。温室栽培植物时还可使用温室栽培植物时还可使用CO2发生器等发生器等；大田生产大田生产“正其行，通其风正其行，通其风”。将猪舍、鸡舍与大棚连通将猪舍、鸡舍与大棚连通（3）温度）温度温度通过影响温度通过影响酶的活性酶
12、的活性和和植物植物气孔关闭气孔关闭来影响光合作用强度。来影响光合作用强度。应用：应用：适时播种；适时播种；温室栽培时白天适当提高温度，温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。夜间适当降低温度。CO2H H2 2OOOO2 2N：酶及：酶及ATP的重要组分的重要组分P：细胞膜细胞膜、ATP重要组分重要组分Mg：叶绿素的重要组分：叶绿素的重要组分（4 4）矿质元素）矿质元素应用：合理施肥；应用：合理施肥；预防干旱；合理灌溉预防干旱；合理灌溉 （5 5）水）水 水是光合作用的水是光合作用的原料原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制气孔
13、关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。进入叶片，从而间接影响光合作用。水和矿质元素水和矿质元素（6）多因素）多因素对光合速率影响P点之前：点之前：限制光合速率的因素限制光合速率的因素为横坐横坐标所表示的因素。所表示的因素。Q点之后：点之后：影响因素影响因素为各曲各曲线所表示的因素。所表示的因素。拓展：拓展：光（光（CO2）补偿点与光（）补偿点与光（CO2）饱和点及其移动问题）饱和点及其移动问题（1）光（）光（CO2）补偿点的移动）补偿点的移动呼吸速率增加，其他条件不变时，光（呼吸速率增加，其他条件不变时，光（CO2）补偿点应右移，反之左移。）补偿点应右移，反之左移。呼吸速率基本不变，
14、相关条件的改变使光合速率下降时，光（呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光（CO2）补）补偿点应右移，反之左移。偿点应右移，反之左移。（2）光（）光（CO2）饱和点的移动：相关条件的改变，使光合速率增大时，）饱和点的移动：相关条件的改变，使光合速率增大时，光（光（CO2）饱和点）饱和点C应右移（应右移（C点右上移），反之左移（点右上移），反之左移（C点左下移）。点左下移）。拓展：拓展：光（光（CO2）补偿点与光（）补偿点与光（CO2）饱和点及其移动问题）饱和点及其移动问题口诀：远小近大口诀：远小近大1 实验原理原理根据单位根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与时间
15、小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合光合作用强度的关系。作用强度的关系。叶片含有空气，叶片含有空气，上浮上浮抽气抽气叶片叶片下沉下沉叶片叶片上浮上浮光合作用光合作用产生产生O2O2充满细胞间隙充满细胞间隙七、探究光照强度对光合作用强度的影响七、探究光照强度对光合作用强度的影响（P105P105）自自变变量量不同光照不同光照强强度度控制自控制自变变量量调节调节光源与光源与烧烧杯的距离杯的距离进进行控制行控制因因变变量量光合作用光合作用强强度度检测检测因因变变量量同一同一时间时间段内叶片浮起数量段内叶片浮起数量对对无关无关变变量量进进行控制行控制叶片大小、溶液的量等保持一致叶片大小、溶液
16、的量等保持一致2 实验中中变量分析量分析3 实验过程程打出小打出小圆形叶片形叶片(30片片)：用打孔器在生：用打孔器在生长旺盛的旺盛的绿叶上叶上 打出打出(直径直径1cm)叶叶圆片片抽出叶片内气体：用注射器抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小内有清水、小圆形叶片形叶片)抽抽 出叶片内气体出叶片内气体(O2等等)将小将小圆形叶片放入形叶片放入黑暗黑暗处盛有清水的盛有清水的烧杯中杯中，不同光不同光强照射照射 对照照实验及及结果：果：小小圆形叶片浮上来形叶片浮上来 （观察并察并记录一段一段时间内叶内叶 圆片浮起数量片浮起数量）4 实验步步骤0.6cm的打孔器打孔的打孔器打孔打出圆形小叶片打出圆形小
17、叶片30片片黑暗保存叶片黑暗保存叶片叶片置于注射器内叶片置于注射器内抽出叶片的气体抽出叶片的气体叶片均分为叶片均分为3 3组组取取3只小烧杯，分别倒入富含只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（的清水（1%2%的的NaHCO3溶液）溶液）向向3只小烧杯中只小烧杯中各放入各放入10片片小圆形小圆形叶片叶片4 实验步步骤分别分别对这对这3个实验装置进行个实验装置进行强、中、弱三种强、中、弱三种光照光照【LEDLED灯作为光源（灯作为光源（冷光源，排除温度干扰冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。】）去照射叶片。】4 实验
18、步步骤强光强光中等光中等光弱光弱光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4 实验步步骤盛水玻璃柱吸收盛水玻璃柱吸收热量排除干量排除干扰 项目项目 烧杯烧杯 小圆形叶片小圆形叶片加富含加富含CO2的清水的清水光照强度光照强度叶片浮起数量叶片浮起数量110片片20 mL强强多多210片片20 mL中中中中310片片20 mL弱弱少少5 实验结果果在一定范围内，在一定范围内，光合作用强度光合作用强度随着光照强度的增加而增强。随着光照强度的增加而增强。6 实验结论八、一昼夜植物代谢强度变化曲线八、一昼夜植物代谢强度变化曲线1 1 夏
19、季一昼夜植物代谢强度变化曲线夏季一昼夜植物代谢强度变化曲线a点：凌晨点：凌晨24时，温度降低，呼吸作用减弱，时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放量减少。释放量减少。b点：上午点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。时左右，太阳出来，开始进行光合作用。bc段：光合作用强度段：光合作用强度呼吸作用强度。呼吸作用强度。d点：温度过高，点：温度过高，大量大量气孔关闭，气孔关闭，CO2供应不足，出现供应不足，出现“光合午休光合午休”现象。现象。e点：下午点：下午6时左右，光合作用强度时左右，光合作用强度=呼吸作用强度。呼吸作用强度。ef段：光合作用强度段：光合作用强度呼吸作用强度；呼吸作用强度；
20、MC、EN：CO2含量上升（含量上升（O2含量下降），光合作用强度含量下降），光合作用强度呼吸作用强度；呼吸作用强度；光合作用开始于光合作用开始于C点之前，结束于点之前，结束于E点之后点之后2 2 密闭环境中密闭环境中一昼夜植物代谢强度变化曲线一昼夜植物代谢强度变化曲线比较项目比较项目一昼夜一昼夜CO2含量的变化曲线图含量的变化曲线图(小室中小室中CO2变化状况变化状况)一昼夜一昼夜O2含量的变化曲线图含量的变化曲线图(小室中小室中O2变化状况变化状况)含量最高点含量最高点 CO2含量最高点为含量最高点为C点点O2含量最高点为含量最高点为E点点含量最低点含量最低点 CO2含量最低点为含量最低点
21、为E点点O2含量最低点为含量最低点为C点点N点点 M点点经过一昼夜，植物体内的有机经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少物总量减少经过一昼夜，植物体内的有经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加机物总量增加N点点=M点点经过一昼夜，植物体内的有机经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变物总量不变经过一昼夜，植物体内的有经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变机物总量不变九、光合速率的测定方法九、光合速率的测定方法1 1 液滴移动法液滴移动法（1）装置中溶液的作用）装置中溶液的作用NaOH溶液可吸收容器中的溶液可吸收容器中的CO2；NaHCO3溶液可提供溶液可提供CO2，能保证容器，能保证容器内内CO2浓度的
22、恒定。浓度的恒定。1 1 液滴移动法液滴移动法（2）测定方法）测定方法植物置于植物置于甲装置甲装置黑暗一定时间，记录红色液滴左移距离，计算呼吸速率。黑暗一定时间，记录红色液滴左移距离，计算呼吸速率。植物置于植物置于乙装置乙装置光下一定时间，记录红色液滴右移距离，计算净光合速率。光下一定时间，记录红色液滴右移距离，计算净光合速率。根据呼吸速率净光合速率总光合速率可计算得到总光合速率。根据呼吸速率净光合速率总光合速率可计算得到总光合速率。（3）物理误差的校正）物理误差的校正为排除气压、温度等物理因素的影响，应设置为排除气压、温度等物理因素的影响，应设置对照实验对照实验，即用，即用死亡的绿色死亡的绿
23、色植物植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。2 2 半叶法半叶法将叶片将叶片一半遮光一半遮光，一半曝光一半曝光，遮光遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度作用强度，曝光的一半测得的数据曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度变化值代表净光合作用强度，最后最后计算总光合作用强度值。计算总光合作用强度值。注意：注意：该方法需对叶片进行特殊处该方法需对叶片进行特殊处理，以防止叶片两侧有机物的运输。理，以防止叶片两侧有机物的运输。MB=叶片初始质量净光合作用叶片初始质量净光合
24、作用MA=叶片初始质量呼吸作用叶片初始质量呼吸作用总光合作用强度总光合作用强度=MBMA3 3 黑白瓶法黑白瓶法黑瓶不透光，只进行呼吸作用黑瓶不透光，只进行呼吸作用白瓶透光，可以进行光合作用和呼吸作用。白瓶透光，可以进行光合作用和呼吸作用。呼吸作用呼吸作用 =初始溶氧量初始溶氧量 黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量净光合作用净光合作用 =白瓶溶氧量白瓶溶氧量 初始溶氧量初始溶氧量总光合作用总光合作用 =净光合作用量净光合作用量+呼吸作用量呼吸作用量=白瓶溶氧量白瓶溶氧量-黑瓶溶氧量黑瓶溶氧量从某一水层取样，装入从某一水层取样，装入若干个若干个等体积黑瓶和白瓶等体积黑瓶和白瓶中，并分别测得初始溶氧量；把黑白瓶悬挂于中，并分别测得初始溶氧量；把黑白瓶悬挂于原原水深处水深处。一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧。一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值。量并算出平均值。课堂小结 本节结束