1、第3课时光合作用原理的应用学习目标核心素养1.尝试探究影响光合作用强度的环境因素。2说出光合作用原理的实践应用。3简述化能合成作用。1.科学思维：结合曲线图分析光照、CO2、温度对光合作用强度的影响。2科学探究：设计实验探究环境因素对光合作用强度的影响，分析相关实验变量。3社会责任：根据光合作用原理指导生产实践。知识点一探究环境因素对光合作用强度的影响 1光合作用强度(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。2探究光照强度对光合作用强度的影响(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
2、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。下图为实验装置图，分析图中盛水玻璃柱的作用。(2)提出问题：光照强度对光合作用强度有何影响？(3)作出假设：在一定范围内，随着光照强度增强，光合作用强度增强，超过一定范围，随着光照强度增强，光合作用强度不再变化。(4)设计实验实验中变量分析材料：打孔器、注射器、5 W LED台灯、烧杯、绿叶(如菠菜叶片)。预期结果：台灯与实验装置的距离越远，相同时间内叶片浮起数量越少。(5)实验流程(6)实验结果：在一定范围内，台灯与实验装置的距离越近，浮起的圆形小叶片也越多。(7)实验结论：在一定范围内，随着光照强度
3、不断增强，光合作用也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。提示：台灯发光同时也会使温度发生改变，在台灯与烧杯之间加盛水玻璃柱排除温度对实验现象的影响。本实验每组圆形小叶片由30片改为3片可以吗？提示：不可以。叶片太少，不能排除偶然性。题型一探究光照强度对光合作用的影响例1(2019天津武清高一期中)下图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原因是()A叶片吸水膨胀，密度减小B溶液内产生的CO2大量附着在
4、叶面上C叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上DNaHCO3溶液因放出CO2而密度增大解题分析叶片浮出水面的原因是叶片进行光合作用，产生的气体使叶片密度减小而浮在水面上，A错误；溶液内不会产生过多的CO2，NaHCO3溶液的作用是保持容器内CO2的浓度稳定，D错误；叶片浮出水面的原因是叶片进行光合作用，产生的O2积累附着在叶片上使叶面上浮，B错误，C正确。答案C知识拓展(1)打孔时避开大叶脉是因为大叶脉部分含有的叶绿体少。(2)用注射器排出圆形小叶片内的气体是为了防止细胞内原本存在的气体影响实验结果。(3)该实验中所取的叶片大小和生理状态应该是相同的，打孔时要取叶片的相同部位。(4)本实验中
5、的数值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的净积累值，即光合作用与细胞呼吸的差值。知识点二影响光合作用的因素及应用1影响光合作用的内部因素：色素的含量、酶的含量和活性、叶龄等。2影响光合作用强度的环境因素：光照强度、二氧化碳浓度、温度、水分等。(1)只要影响到原料CO2、水，能量的供应(动力光能)，都可以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(光合作用场所)的形成和结构的因素，也会影响光合作用强度。例如：无机营养、病虫害。(3)光合作用需要酶参与，因此影响酶活性的因素也是影响因子，例如温度、pH。3影响光合作用的环境因素分析
6、(1)光照对光合作用的影响光照时间越长，产生的光合产物越多。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。光照强度A图像B曲线分析a横纵坐标轴：横轴表示自变量光照强度，纵轴表示因变量光合作用强度b有关点的解读O：起点，光照强度为零，不进行光合作用，光合作用强度为零C：光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度(光饱合点)北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用将如何变化，原因是什么？提示：光合作用强度将减弱。光照强度过强，温度升高，导致气孔关闭，细胞CO2供应不足，光合作用强度减弱。c线段分析OA：随着光照强度增强，光合作用强度增强AB：光照强度增加到
7、一定值后，光合作用强度不再增加(光照强度不再是限制因素)应用：适当提高光照强度；延长光合作用时间；增加光合作用面积合理密植；温室大棚用无色透明的塑料或玻璃。(2)CO2浓度图像曲线分析a横纵轴分别代表自变量、因变量b有关点的解读A：进行光合作用所需的最低CO2浓度B：达到最大光合作用强度所需最低CO2浓度，CO2饱和点c线段分析AB：光合作用强度随CO2浓度增大而增大B以后：当CO2浓度增加到一定值后，光合作用强度不再增加(CO2浓度不再是限制因素)应用：温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使植物吸收CO2增多；大田中，要注意通风透气，合理密植。(3)温度
8、温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度。应用：适时播种；温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。(4)水及矿质元素N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质；水还会影响气孔关闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光能利用率。4真正光合速率、净光合速率和呼吸速率(1)真正光合速率、净光合速率和呼吸速率关系真正光合速率净光合速率呼吸速率上图中光照强度大于C时，OA段表示植物呼吸速率，OF段表示植物净光合
9、速率，则真正光合速率OAOF。分析多因素对光合作用的影响。(1)图中的自变量是什么？提示：图中的自变量有光照强度和温度。(2)只有10 这一条曲线时，自变量是什么？P点之前和之后的限制因素是什么？提示：只看10 这一条曲线时，自变量为光照强度，且P点前光合作用强度随光照强度增加而增强，所以P点之前的限制因素为光照强度，P点之后，光合作用强度不再随着光照强度增大而增强，所以光照强度不再是限制因素，限制因素可能是CO2浓度等。(3)Q点时，导致三条曲线不同的自变量是什么？提示：在Q点，作垂线与三条曲线相交，此时，导致三条曲线不同的自变量是温度。(2)曲线分析AD段限制因素：光照强度DE段限制因素：
10、CO2浓度等5化能合成作用(1)自养生物和异养生物自养生物：绿色植物等能将CO2、H2O等无机物合成糖类等有机物的生物称为自养生物。异养生物：人、动物、真菌和大多数的细菌，只能利用现成的有机物来维持自身的生命活动，属于异养生物。(2)化能合成作用自然界中少数种类的细菌，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，这种合成作用叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。实例：硝化细菌硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸过程中释放出的化学能，将二氧化碳和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。题型二影响光合作用的因素例2如图
11、曲线表示黄豆光合速率与光照强度的关系(适宜温度、CO2浓度为0.03%)。在Y点时改变某条件，曲线变为。下列分析合理的是()A与Y点相比，X点叶绿体中的C3含量较低B在Y点时，升高温度导致曲线由变为C制约X点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量D制约Z点光合作用的因素可能是CO2浓度解题分析X点的光照强度比Y点弱，所以X点的C3含量较Y点高，A错误；本来处于适宜温度下的Y点，升高温度会导致酶的活性降低，则所得到的曲线应在曲线的下方，B错误；X点光合作用的限制因素主要是光照强度，C错误；在大于光饱和点的光照强度处增加CO2浓度，可能会提高光合作用强度，D正确。答案D例3在下列曲线图中，有M、N
12、、O、P、Q五个点，对它们含义的叙述中正确的是()M点时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼吸作用强度N点时，植物体只进行呼吸作用；O点时，植物体的光合作用强度等于呼吸作用强度Q点时，光照强度不再是限制光合速率的因子，CO2浓度是限制光合速率的主要因素P点前，限制光合速率的主要因素是光照强度A B C D解题分析M点时，光照强度为0，植物叶肉细胞只进行呼吸作用，错误；N点净光合速率为0，说明光合作用强度和呼吸作用强度相等，O点在M点与N点之间，所以植物体的光合作用强度小于呼吸作用强度，错误；Q点光照强度时，随着光照强度的增加，光合速率不再改变，光照强度不再是影响光合速率的
13、主要因素，而相同光照强度下，随CO2浓度的提高，光合速率也提高，所以此时CO2浓度是限制光合速率的主要因素，正确；P点前，随光照强度增大光合速率增大，影响光合速率的主要因素是光照强度，正确。答案C题后归纳(1)在拐点之前，限制光合作用强度的因素应为横坐标所表示的因子，随其不断加强，光合作用强度不断提高。(2)在拐点之后，横坐标所表示的因素不再是影响光合作用强度的因子，要想提高光合作用强度，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。题型三光合作用与细胞呼吸关系例4如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断下列说法错误的是()AX、Y、
14、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATPB过程中能产生ATP的有C过程分别表示C3的还原和CO2的固定D光合速率小于呼吸速率时，过程产生的CO2会释放到细胞外解题分析分析图示，过程表示光反应阶段，过程表示C3的还原，过程表示CO2的固定，过程表示有氧呼吸的第一阶段和第二阶段。Z物质是光反应阶段产生的ATP，Y物质是呼吸作用第一阶段产生的丙酮酸，X物质是暗反应的中间产物C3，A、C正确；过程中能产生ATP的有，过程不产生ATP，B错误；光合速率小于呼吸速率时，呼吸作用产生的CO2会有一部分释放到细胞外，D正确。答案B题型四光合作用与呼吸作用的相关计算例5(2019福建福州一中期末考试)如图是叶肉细胞内
15、两种细胞器间的气体关系图解，据图判断下列说法错误的是()AA、C表示叶绿体释放氧气的量，AC可以表示总光合速率BB、C表示线粒体吸收氧气的量，BC可以表示呼吸速率C黑暗中，A、C的量为零D叶肉细胞的净光合速率可以用C或D来表示解题分析叶绿体吸收二氧化碳，放出氧气，A、C表示叶绿体释放氧气的量，AC可以表示总光合速率，A正确；线粒体吸收氧气，放出二氧化碳，B、C表示线粒体吸收氧气的量，BC可以表示呼吸速率，B正确；黑暗中植物不进行光合作用，故C正确；净光合速率可以用A或E表示，D错误。答案D例6将生长状况相同的某种植物的叶片均分成4等份，在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)
16、，测其有机物变化，得到如图数据。下列说法正确的是()A该植物在27 时生长最快，在29 和30 时不表现生长现象B该植物呼吸作用和光合作用的最适温度在所给的4个温度中都是29 C在27 、28 和29 时光合作用制造的有机物的量相等D30 时光合作用制造的有机物等于呼吸作用消耗的有机物都是1 mg/h解题分析暗处理后有机物减少量代表呼吸速率，4个温度下分别为1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h、1 mg/h，光照后与暗处理前的有机物增加量代表1 h光合作用制造有机物量和2 h呼吸作用消耗有机物量的差值，所以4个温度下总光合速率(有机物制造量)分别为5 mg/h、7 mg/h、9 mg/h、
17、3 mg/h。该植物在29 时生长最快，4个温度下都表现生长现象，A错误；该植物在29 条件下制造的有机物量最多，C错误；该植物在30 条件下光合作用制造的有机物为3 mg/h，呼吸作用消耗的有机物为1 mg/h，D错误。答案B技法提升(1)植物“三率”的判定根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。根据关键词判定真正光合速率净光合速率呼吸速率。(2)光合速率与植物生长当净光合速率0时，植物因积累有机物而生长。当净光合速率0时，植物不能生长。当净光合速率0时，植物不能生长
18、，长时间处于此种状态，植物将死亡。1(2019苏州高一检测)把经过相同时间饥饿处理的长势相近的同种植物放在透明玻璃钟罩内(密封)，玻璃钟罩内的烧杯中放有不同物质，如图所示。探究光合作用是否需要CO2以及探究CO2浓度对光合作用速率的影响的实验装置分别是()A； B；C； D；答案A解析解答此题的关键是找准变量并控制好单一变量。分析四组装置，组正常条件；组用NaOH溶液吸收CO2，创造无CO2的环境；组NaHCO3溶液浓度不同，使装置内的CO2浓度不同。探究光合作用是否需要CO2的实验时，自变量是有无CO2，实验组和对照组一组有CO2、一组无CO2，其他条件应相同，因此应选装置。探究CO2浓度对
19、光合作用速率的影响的实验时，应选装置。2影响光合作用强度的环境因素包括()光照温度水CO2A BC D答案D解析水可以作为光合作用的原料，也可以参与光合作用过程中反应物和生成物的运输，进而影响光合作用，水还会影响气孔的开闭，从而影响CO2进入植物体，进而影响光合作用；CO2也是光合作用的原料；光照强度会影响光合作用的能量供应；温度会影响酶的活性。3如图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，下列有关此图的叙述正确的是()A在黑暗中A将停止生理作用BA结构能产生ATP，B结构不能产生ATPC植物正常生长时，B结构产生的O2全部被A结构利用D夜晚适当降温，能降低A结构的生理功能，白天适当
20、升温，B结构的生理功能提高比A结构更显著，故白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量答案D解析分析题图可知，A结构为线粒体，B结构为叶绿体。适当控制昼夜温差，可使光合作用强度增强，细胞呼吸强度减弱，有利于有机物的积累，D正确；黑暗中也能进行呼吸作用，A不会停止生理作用，A错误；植物细胞进行光合作用和呼吸作用都能产生ATP，即A、B结构都能产生ATP，B错误；植物正常生长时，一般光合作用大于呼吸作用，B叶绿体产生的O2除了被线粒体利用外，还会释放到环境中，C错误。4某同学绘出了4幅在不同光照下一个叶肉细胞中CO2与O2的产生、利用以及进出细胞情况的示意图，细胞呼吸利用的和光合作用制造的有机物
21、均为葡萄糖，正确的一幅图是()答案B解析叶肉细胞不可能同时释放氧气和二氧化碳进入外界环境，A错误；图示线粒体需要从外界吸收氧气，说明呼吸作用强度大于光合作用强度，则叶绿体产生的氧气全部被线粒体利用，线粒体产生的二氧化碳，除供叶绿体利用，还有多余二氧化碳释放到外界，B正确；图示叶绿体从外界环境吸收二氧化碳，光合作用强度大于呼吸作用强度，则一定要释放氧气进入外界环境，C错误；叶肉细胞不可能同时吸收氧气和二氧化碳进入细胞参与光合作用和呼吸作用，D错误。5(2017全国卷)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。据图回答下列问题：(1)图中、代表的物质依次是_、_、_、_，H代表的物质主要
22、是_。(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在_(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是_。答案(1)O2NADPADPPiC5NADH(或还原型辅酶)(2)C和D(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸解析(1)分析图示，A过程为光合作用的光反应阶段，B过程是光合作用的暗反应阶段。图中为水光解产生的O2；由和H2O产生与NADPH(还原型辅酶)可知，是NADP；由转化成ATP可知，是ADPPi；由与CO2结合生成C3可知，为C5。呼吸作用过程中的H代表的物质主要是NADH(还原型辅酶)。(2)光合作用的光反应阶段(A)可产生ATP，而暗反应阶段(B)不产生ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，其中细胞质基质中进行有氧呼吸的第一阶段(C)，线粒体中进行有氧呼吸的第二和第三阶段(D)。(3)在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸，将丙酮酸转化成酒精。
