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1、第第5 5章章 第第4 4节节 光合作用与能量转化光合作用与能量转化第第 4 课课 时时课堂引入光合作用的原理二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。环境因素：阳光、温度、水、CO2浓度、无机营养等探究环境因素对光合作用的影响自变量：光照（强度、光质）、温度、CO2浓度等因变量：光合速率无关变量：植物叶片、其他环境条件处理、实验操作二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用问题：如何测量光合速率？CO2的吸收：可以用红外线CO2传感器测量O2的释放：小叶片浮起数量法有机物合成：淀粉含量测量法实验目的：探究光照强度对光合作用
2、强度的影响实验材料：实验步骤：1.取叶片均分三组，进行编号。2.不同处理：给予低、中、高的光照 3.相同处理：圆形的生长旺盛的绿色小叶片用注射器排除叶片中的气体；放入适宜浓度的NaHCO3溶液中图片截自人民教育电子音像出版社二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用测量并记录实验结果：图片截自人民教育电子音像出版社二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用实验结论：统计并分析实验结果：光照强度光合作用强度 随光照强度的增强光合作用强度增加 a b c d e f光饱和点：光饱和点二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用随光照增强光合作用不再增强时的光照强度总光合速率=净光合
3、速率+呼吸速率问题：实验所测是否为叶片实际光合作用强度？O2CO2O2CO2较强光照时二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用问题：如何修改光强与光合作用强度的关系图？B点光补偿点：光合作用强度等于呼吸作用强度时的光照强度二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用A A A A点点点点ABABABAB段段段段BCBCBCBC段段段段B B B B点点点点汉汉水水丑丑生生侯侯伟伟作作品品汉汉水水丑丑生生侯侯伟伟作作品品2.CO2 在一定范围内随CO2浓度的增加光合作用增强，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用强度不再增强。图1中A点表示光合作用强度等于细胞呼吸强度，此浓度为CO
4、2补偿点。图2中的A点表示 。图1中的B与图2中B都表示CO2饱和点。应用：大田生产时“正其行，通其风”；增施有机肥；温室栽培农作物可以投放干冰或与鸡舍相连。进行光合作用所需CO2的最低浓度三、光合作用原理的应用三、光合作用原理的应用3.H2O水是光合作用的原料水是光合作用的原料缺水导致植物气孔关闭，缺水导致植物气孔关闭，COCO2 2吸收减少，从而影响暗反应吸收减少，从而影响暗反应4.温度 AB段：（1035）：随温度的升高而逐渐加强；B点（35）以上：光合酶活性下降，光合作用开始下降，50左右光合作用停止。应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最
5、适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。5.5.矿质元素矿质元素N N：P P：MgMg：是是ATPATP的组成元素的组成元素是是叶绿素叶绿素的组成元素的组成元素是是ATPATP的组成元素的组成元素是是磷脂磷脂的组成元素的组成元素是是叶绿素叶绿素的组成元素的组成元素光合作用中光合作用中各种酶各种酶的组成元素的组成元素三、光合作用原理的应用三、光合作用原理的应用合理补充光照利用光合作用原理提高农作物产量的措施二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用合理补充CO2利用光合作用原理提高农作物产量的措施二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用合理
6、灌溉合理施肥资料：我国北魏时期的农书齐民要术中，有关于栽种农作物要“正其行，通其风”的记载。通风透光，既有利于充分利用光能，又可以使空气不断流过叶面，提供较多的CO2，从而提高光合作用强度来光合产量。问题：分析采取这种措施的原因是什么？二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？用人工光源生产蔬菜，可以避免由
7、于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。问题 探讨影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。化能合成作用 能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量
8、讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。（能够进行光合作用或者化能合成作用的生物）三、练习与应用 一、概念检测1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。（）(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。（）(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。（）2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 （）D三、练习与应用3.根据光合作用的基本过程填充下图。三、练习与应用二、拓展应用1.下图是在夏季晴朗的
9、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。(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 _。(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。【答案】(1)光照强度逐渐增大(2)此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制(3)光照强度不断减弱(4)光照强度、温度(5)根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿
10、色植物光合作用强度。三、练习与应用2.在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤，播下一粒种子，将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能照到阳光的地方，室内温度保持在30C左右。不久，这粒种子萌发长成幼苗。你能预测这株植物幼苗能够生存多长时间吗？如果能，请说明理由。如果不能，请说明你还需要哪些关于植物及其环境因素的信息。【提示】植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)，从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的，因此，只要没有病虫害等不利因素，这株植物(幼苗)就能够生存一段时间但究竟能够生存多长时间，涉及的问题很多。潮湿的土壤含有水分，植物根系吸收水分后，大部分可通过蒸腾作用散失到空气中
11、，由于瓶是密闭的，散失到空气中的水分能够凝结，回归土壤供植物体循环利用。但是，随着植株的生长，越来越多的水分通过光合作用成为有机物的组成部分，尽管有机物能够通过呼吸作用释放出二氧化碳和水(这些水既可以散失到空气中回归土壤，也可以在叶片细胞中直接用于光合作用)，毕竟有机物是不断积累的，这意味着回归到土壤的水分会越来越少，有可能成为影响植物生存的限制因素，因此，要预测植物生存的时间，需要知道土壤含水量和植物体内有机物积累速率等信息。土壤中的无机盐被植物根系吸收以后，绝大部分成为植物体的组成成分(少量可能随落叶归还土壤)，因此难以循环利用，但植物对无机盐的需要量是很少的，土壤中无机盐到底能满足植物体
12、生长多长时间的需要与土壤的多少土壤中各种无机盐的含量，植株的大小等有关，这些信息是任务提示中没有给出的，因此不能从这方面做出准确预测，从给出信息可知,在阳光和温度方面不存在制约瓶中植物生存的问题。二氧化碳是植物进行光合作用必需的原料之一瓶中的二氧化碳通过植物的光合作用被植物体利用,转化为有机物。有机物通过植物的呼吸作用分解成二氧化碳和水，可见二氧化碳在植物体和瓶中空气之间是可以循环的。但是随着植株的生长，有机物会不断积累，这意味着中空气所含的二氧化碳会逐渐减少要预测瓶中二氧化碳能维持植物体生存多长时间，还需要知道瓶中二氧化碳总量、植物体光合速率呼吸速率或有机物积累速率等信息。上述推理大多是建立
13、在植物体不断生长基础上的，这是因为玻璃瓶容积小，植物幼苗正在处于生长期。此外，瓶中植物生存时间的长短,还与植物的种类有关。如果是寿命很短的某种草本植物，即使瓶中各种条件长久适宜，植物生存的时间也不会长。三、复习与提高一、选择题1.下列关于水稻细胞内ATP的叙述，错误的是（）A.能与ADP相互转化B.只能由细胞呼吸产生C.可为物质跨膜运输提供能量D.释放的磷酸基团能与某些蛋白质结合2.在不损伤植物细胞内部结构的情况下，下列可用于去除细胞壁的物质是（）A.蛋白酶 B.纤维素酶 C.盐酸 D.淀粉酶3.下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（）A.当温度为t2时，该反应的活化能最高B.当反应物
14、浓度提高时，t2对应的数值可能会增加C.温度在t2时比在t1时更适合酶的保存D.酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重BBB三、复习与提高4.叶绿体不同于线粒体的特点有（）A.具有双层选择透过性膜B.利用水进行化学反应C.能分解水产生氧气和H+D.合成ATP为生命活动供能5.叶肉细胞中不能合成ATP的部位是（）A.线粒体内膜 B.叶绿体的类囊体膜C.细胞质基质 D.叶绿体基质6.在我国西北地区，夏季日照时间长，昼夜 温差大，那里出产的瓜果往往特别甜。这是因为（）A.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用微弱B.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用强烈C.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用强烈D.白天光合作用旺盛
15、，晚上呼吸作用微弱CDD三、复习与提高二非选择题1.请设计并填写一个表格，简明而清晰地体现出你对光合作用与细胞呼吸之间主要区别和内在联系的理解。三、复习与提高2.CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花作为实验材料，分别进行三种不同实验处理，甲组提供大气CO2浓度（375mol mol-1），乙组提供CO2浓度倍增环境（750mol mol-1），丙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60d，测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应，选择晴天上午测定各组的光合作用速率。结果如下图所示。回答下列问题。(1)CO2浓度增加，作物光合作用速
16、率发生的变化是_；出现这种变化的原因是_。【答案】(1)随着CO2浓度的增加，作物的光合作用速率随之提高。因为CO2参与光合作用暗反应，在光照充足的情况下，CO2增加，其单位时间内与五碳化合物结合形成的三碳化合物也会增加，形成的葡萄糖也增加，故光合作用速率增加。三、复习与提高(2)在CO2浓度倍增时，光合作用速率并未倍增，此时限制光合作用速率增加的因素可能是_。【答案】(2)NADPH和ATP的供应限制；固定CO2的酶活性不够高、C5的再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等，都是制约因素。所以单纯增加CO2，不能使反应速率倍增。(3)丙组的光合作用速率比甲组低。有人推测可能是因为作物长期处于
17、高浓度CO2环境而降低了固定CO2的酶的活性。这一推测成立吗？为什么？可能成立，若植物长期处于CO2倍增下，降低了固定CO2的酶含量或者活性，当恢复到大气CO2浓度后，已经降低的固定CO2的酶的含量或活性未能恢复，又失去了高浓度CO2的优势，因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率。学生可大胆做出合理推测，而不局限于说出上述答案。三、复习与提高(4)有人认为：化石燃料开采和使用能升高大气CO2浓度，这有利于提高作物光合作用速率，对农业生产是有好处的。因此，没有必要限制化石燃料使用，世界主要国家之间也没有必要签署碳减排协议。请查找资料，对此观点作简要评述。提示：回答本题的关键是摒弃简单的线性
18、思维方式，要从生命活动的复杂性角度去回答。首先，不能只从光合作用效率可能提高的角度来看待温室效应，而必须全面分析温室效应可能产生的环境问题。其次，仅从大气中CO2比例增加是否提高光合作用速率的角度看，也不能以线性思维来看待。植物光合作用受到温度、水分等外部因素的影响，也受到内部的酶的活性等因素的影响，长期高CO2浓度可能使某些酶活性降低，高温也可能引起植物其他的变化，如色素降低；同时温室效应导致气温升高，引起蒸发率升高而影响水分供应，高温环境增强呼吸作用消耗的有机物也增多。因此温室效应不一定会提高作物产量。四、课堂小结A点：（点：（黑暗时黑暗时）只进行呼吸作用只进行呼吸作用B点：点：光补偿点光
19、补偿点，光合速率光合速率=呼吸速率呼吸速率C点时达到了光饱和点，受限于受限于COCO2 2浓度等其他因素浓度等其他因素 曲线上升段受限于光照强度BC段段：光合速率光合速率光合速率光合速率呼吸速率呼吸速率呼吸速率呼吸速率ABAB段段：光合速率光合速率 呼吸速率呼吸速率1对光合作用速率的影响光合作用产氧量细胞呼吸耗氧量氧气释放量。光合作用葡萄糖产生量细胞呼吸消耗葡萄糖量葡萄糖积累量。明确几种关系：2.2.坐标图中关键点移动规律坐标图中关键点移动规律右图为光照强度对某一植物光合作用强度的影响，若适当提高CO2浓度：A点(光补偿点)：呼吸作用不变，光合作用增强，A点光合作用强度等于 呼吸作用强度，需要
20、降低光照强度，故A点左移；B点(光饱和点)：B点是光合作用强度达到最大值所需的最低的光照强度，需要增加光照强度，故B点右移；C点(光合强度最高点)：光合作用最强的点，需要增加光照强度，故C点右上移。真正光合速率=呼吸速率+净光合速率（2 2）若图示为阳生植物光合速率图，换为阴生植物后，）若图示为阳生植物光合速率图，换为阴生植物后，B B点左移点左移，若缺若缺Mg,Mg,则则B B点右移点右移（3 3）应用）应用适适 当当 增增 加加 光光 照照 强强 度度 不不 同同 植植 物物 采采 取取 不不 同同 光光 照照套套 种种 间间 作作 ，合，合 理理 密密 植植 轮轮 作作 温室大棚使用无色
21、透明玻璃温室大棚使用无色透明玻璃3.典型曲线分析-a点凌晨24时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少b点有微弱光照，植物开始进行光合作用bc段光合作用小于呼吸作用c点上午7时左右，光合作用等于呼吸作用ce段光合作用大于呼吸作用d点温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象e点下午6时左右，光合作用等于呼吸作用ef段光合作用小于呼吸作用fg段没有光照，光合作用停止，只进行呼吸作用二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型4密闭环境中一昼夜CO2与时间的关系变化曲线AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。BC段：温度降低，呼吸作用减弱。CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度呼吸作
22、用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。4密闭环境中一昼夜CO2与时间的关系变化曲线二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型H点：光合作用强度呼吸作用强度。HI段：光照减弱，光合作用强度呼吸作用强度，直至光合作用完全停止。4密闭环境中一昼夜CO2与时间的关系变化曲线二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型该植物一昼夜，有机物是否有积累？答案：有，因为终点(I点)比起点(A点)低，表明有CO2吸收。4密闭环境中一昼夜CO2与时间的关系变化曲线密闭环境中有机物含量变化曲线(1)(1)绿色植物绿色植物24 h24 h内有机物的内有机物的典型图示：典型图示：曲线解读：积累有机物时间段：制造有机物时
23、间段：消耗有机物时间段：一天中有机物积累最多积累最多的时间点：一昼夜有机物的积累量：ce段bf段Og段e点(SP、SM、SN分别表示P、M、N的面积)光照下光照下CO2的吸收量的吸收量黑暗中黑暗中CO2的释放量的释放量曲线曲线c：净光合速率：净光合速率曲线曲线d：呼吸速率：呼吸速率E点：点：净光合速率等于呼吸速率净光合速率等于呼吸速率总光合速率是净光合速率的总光合速率是净光合速率的2倍倍曲线曲线a、b的差值：的差值：净光合作用强度净光合作用强度光合作用强度光合作用强度=呼吸作用强度呼吸作用强度D点：点：净光合作用强度为净光合作用强度为05.典型曲线分析6 6.多种因子对光合作用的综合影响多种因
24、子对光合作用的综合影响P点时：限制光合速率的因素应为限制光合速率的因素应为横坐标横坐标所表示的因子，随该因子的不断所表示的因子，随该因子的不断 加强，光合速率不断提高。加强，光合速率不断提高。Q点时：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速 率，率，可适当提高除横坐标所表示的因子之外的其他因子。可适当提高除横坐标所表示的因子之外的其他因子。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浓度下列为有关环境因素对植物光合作用影响的关系图，有关描述错误的是下列为有关环境因素对植物光合作用影响的关系图，有关描述错误的
25、是A A图图1 1中，若光照强度适当增强，中，若光照强度适当增强，A A点左移，点左移，B B点右移点右移B B图图2 2中，若中，若COCO2 2浓度适当增大，浓度适当增大，A A点左移，点左移，B B点右移点右移C C图图3 3中，中，A A点与点与B B点相比，点相比，A A点时叶绿体中点时叶绿体中C C3 3含量相对较多含量相对较多D D图图4 4中，当温度高于中，当温度高于25 25 时，光合作用制造的有机物的量开始减少时，光合作用制造的有机物的量开始减少D对位训练（三）光合作用与细胞呼吸（三）光合作用与细胞呼吸速率的实验测定速率的实验测定3、光合速率与呼吸速率的应用拓展(1)图1中
26、关系？(2)图2中关系？(3)图2虚线在20 的最大值表示什么？干物质的量光合作用实际量呼吸量。净光合速率真正光合速率呼吸速率。净光合速率在20 时最大。(1)测定装置测定装置测测定呼吸速率定呼吸速率(装置甲装置甲)a装置甲烧杯中放入适宜浓度装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收溶液用于吸收CO2。b玻璃玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。c置于适宜温度环境中。置于适宜温度环境中。d红色液滴向左移动红色液滴向左移动1.“装置图法”测定光合速率与呼吸速率(2)测定方法及解读测定方法及解读(用装置甲单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。a装置乙烧杯中
27、放入适宜浓度的装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内缓冲液，用于保证容器内CO2 浓度恒定，满足光合作用需求。浓度恒定，满足光合作用需求。b必须给予较强光照处理，且温度适宜。必须给予较强光照处理，且温度适宜。c红色液滴向右移动红色液滴向右移动(用装置乙单位时间内向右移动的距离代表净光合用装置乙单位时间内向右移动的距离代表净光合速率速率)。测定净光合速率测定净光合速率(装置乙装置乙)为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动即用死亡的绿色植物分别进行上述实验
28、，根据红色液滴的移动 距离对原实验结果进行校正。距离对原实验结果进行校正。物理误差的校正：三、测定光合速率和呼吸速率的方法2叶圆片称重法测定单位时间、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)。净光合速率(zy)/2S；呼吸速率(xy)/2S；总光合速率净光合速率呼吸速率(xz2y)/2S。当堂检测例6 某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的
29、光合速率是(单位：gcm2h1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)()A(3y2zx)/6 B(3y2zx)/3C(2yxz)/6 D(2yxz)/3A三、测定光合速率和呼吸速率的方法3黑白瓶法从某一水层取样，装入若干个等体积黑瓶和白瓶当中，并分别测得初始溶氧量把黑、白瓶悬挂于原水深处一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值黑瓶不透光，只进行呼吸作用，白瓶透光,可以进行光合作用和呼吸作用。所以：u净光合作用量=白瓶溶氧量-初始溶氧量u呼吸作用量=初始溶氧量-黑瓶溶氧量u总光合作用量=净光合作用量+呼吸作用量=白瓶溶氧量-黑瓶溶氧量当堂检测例7(20
30、20北京临川学校高一期末)某同学研究甲湖泊中某深度生物的光合作用和有氧呼吸强度。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c三个瓶分别从待测深度的水体取水样，测定瓶中水体的氧含量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测深度的水体，经24小时后取出，测两瓶中氧含量，结果如图所示。则24小时内待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是()A24小时内待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶B24小时内待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(wv)mol/瓶C24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶D24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(kw)mol/瓶B三、测定光合速率和呼吸速率的方法4半叶法如图所示，将植物对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。同一片叶，给予遮光和光照处理且阻止两部分的物质和和能量转移截取对称位置面积均为 S的叶片烘干称重，记为WA和WBuW=WB-WA表示截取部分叶片在t小时内光合作用合成的有机物）u真光合速率=W的平均值/（St)，即单位时间单位面积的叶片制造的有机物的量