1、第2课时 光合作用原理的应用 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_内通过光合作用制造_ 的数量。单位时间 糖类(2)表示方法:(3)下列哪些是能够对光合作用强度造成影响的外界因 素_。空气中二氧化碳的浓度 温度的高低 土壤中水分的多少 光的成分 酶的活性 光照的强弱 2.实验原理:(1)利用LED台灯离实验装置的距离不同,产生不同的 _。(2)根据_,判断不同 光照强度下光合作用强度的大小。光照强度 单位时间内圆形小叶片上浮的数量 3.实验步骤:二、化能合成作用 1.概念:利用体外环境中的某些_氧化时所释放 的能量来制造_。2.实例:硝化细菌能利用_氧化
2、释放的化学能将_ _合成糖类,供自身利用。无机物 有机物 NH3 CO2和 H2O 三、光合作用影响因素 1.光照强度:(1)原理:主要影响光反应阶段_的产生,进而 影响暗反应阶段。ATP和NADPH(2)曲线分析:A点光照强度为0,此时只进行_,CO2释放 量表示_AB段开始进行光合作用,随光照强度增加,光合作 用速率逐渐增加,但光合作用速率_细胞 呼吸速率B点光合作用速率_细胞呼吸速率,此时光照 强度为光的补偿点细胞呼吸 细胞呼吸速率 小于 等于 BC段光合作用速率_细胞呼吸速率,随光照强 度增加,光合作用速率逐渐增加C点光照强度增加,光合作用速率_,此时 的光照强度(C)为光的饱和点C点
3、 以后此阶段限制光合作用速率的环境因素为温度、CO2浓度等大于 基本不变 2.CO2浓度:(1)原理:CO2浓度通过影响_阶段,制约C3的生成 进而影响光合作用强度。暗反应(2)曲线:关键 点 A CO2的补偿点:光合速率_呼吸速 率时的CO2浓度 A 进行光合作用所需的最低CO2浓度 B和B CO2饱和点 走势 分析 图1 和图2 一定范围内,光合作用强度随CO2浓 度的增大而增强,但当CO2达到一定 的浓度时,光合作用强度_ 等于 不再增强 3.温度:(1)原理:通过影响_进而影响光合作用。(2)曲线:酶活性 AB段:随着温度升高,光合作用强度_。B点:光合作用_温度下的光合作用强度。BC
4、段:随着温度升高,光合作用强度_。温度过高时,酶失活,光合作用完全停止。增强 最适 减弱 4.水及矿质元素对光合作用的影响:(1)原理:N、Mg、Fe等是_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,水还会影响气孔的开闭,从而影响_进入植物体。叶绿素 CO2(2)曲线:5.影响因素在生产实践中的应用(连线):【激疑】夏季晴朗的中午,植物的光合作用强度不是最大,而是相对降低,这一现象称为植物的“午休”。试解释出现这一现象的原因。提示:夏季晴朗的中午,温度较高,植物蒸腾作用旺盛,植物失水较多,导致气孔关闭,影响二氧化碳的
5、吸收,从而使光合作用强度降低。知识点一 探究环境因素对光合作用强度的影响 测定光合速率与呼吸速率的装置:(1)测定装置:(2)测定方法及解读。测定呼吸速率。a.在小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。c.置于适宜温度环境中。d.红色液滴向左移动(单位时间内移动距离代表呼吸速率)。测定净光合速率。a.在小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用的需求。b.必须给予较强光照处理,且温度适宜。c.红色液滴向右移动(单位时间内移动距离代表净光合速率)。【思考讨论】图示装置中液滴的移动可能是由于环境因素所导致,排除这
6、一无关变量,应在原实验的基础上如何设计?(科学探究)提示:可增加一组实验,其他设计同原实验,只是去掉绿色植物。【素养案例】为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25 条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是()A.在无光条件下,液滴向左移动 B.在有光条件下,液滴向右移动 C.在有光条件下,液滴向右移动的距离代表光合速率 D.随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大【解题导引】(1)找出关键点:CO2缓冲液可以维持密闭装置内一定的二氧化碳浓度,即密闭装置内气体体积的变化不是由二氧化碳的产生或消耗引起的。(2)分清两个关系:光合作用与细胞呼吸的大小。【解
7、析】选A。由于CO2缓冲液维持装置中的CO2含量不 变,所以引起装置中气压变化的原因是O2的变化。无光 条件下绿色植物只进行细胞呼吸,消耗O2,液滴左移,A 项正确。有光条件下,绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2,又进行光合作用产生O2,若光合作用细胞呼吸,液滴右 移;若光合作用=细胞呼吸,液滴不移动;若光合作用细 胞呼吸,液滴左移,B项错误。在有光条件下,液滴向右移动的距离代表净光合速率,C项错误。在达到光饱和点之前随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大,D项错误。【方法规律】光合作用、细胞呼吸实验常用的研究方法(1)“黑白瓶法”:用黑瓶(无光照的一组)测得的结果为呼吸作用强度值,用白瓶(
8、有光照的一组)测得的结果为净光合作用强度值,综合两者即可得到真正光合作用强度值。(2)梯度法:用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置,可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。【素养迁移】用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙,同时从某池塘水深0.5 m 处的同一位置取满水样,立即测定甲瓶中的氧气含量,并将乙、丙瓶密封后沉回原处。一昼夜后取出玻璃瓶,分别测定两瓶中的氧气含量,结果如表(不考虑化能合成作用)。有关分析合理的是()透光玻璃瓶甲 透光玻璃瓶乙 不透光玻璃瓶丙 4.9 mg 5.6 mg 3.8 mg A.丙瓶中浮游植物的细胞产生H的场所是线粒体内膜 B.在一昼夜内,丙瓶生物
9、细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1 mg C.在一昼夜后,乙瓶水样的pH比丙瓶的低 D.在一昼夜内,乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为1.1 mg【解析】选B。本实验中氧气含量甲瓶-丙瓶=1.1 mg,可表示一昼夜内丙瓶中生物细胞呼吸消耗的氧气量,乙 瓶-甲瓶=0.7 mg,可表示一昼夜乙瓶中生物净产生的氧 气量,因此乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量=1.1 mg+0.7 mg=1.8 mg,B正确、D错误。丙瓶中浮游 植物的细胞产生H的场所有细胞质基质、线粒体基 质,A错误。一昼夜后,乙瓶水样中的CO2含量下降,因此其pH上升,而丙瓶中只进行细胞呼吸,CO2含量上升,pH下降,乙瓶水样
10、的pH比丙瓶的高,C错误。【补偿训练】取某种植物生长状态一致的新鲜叶片,用打孔器将叶片 打出若干圆片,圆片平均分成甲、乙、丙三组。甲组立 即烘干处理并测得圆片干重为a,乙组保持湿润且置于 一个黑暗密闭装置内,丙组保持湿润且置于一个密闭装 置内并给予适宜强度的光照。乙组和丙组其他条件一 致,一小时后,测得乙装置内圆片干重为b,丙装置内圆片干重为c。下列叙述正确的是()A.c-a为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率 B.c-b为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率 C.a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率 D.实验过程中,乙组圆片叶肉细胞呼吸速率保持恒定 【解析】选C。c-a为圆片叶肉细胞一小时内的
11、净光合速率;c-b为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率;a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率;乙装置随着O2浓度下降,叶肉细胞呼吸速率也下降。知识点二 光合作用影响因素综合分析 1.开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析:(1)曲线分析:MN和PQ 夜晚植物只进行细胞呼吸;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少 NP 光合作用与细胞呼吸同时进行 NA和EP 清晨和傍晚光照较弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少 A点和E点 光合作用强度等于细胞呼吸强度,CO2的吸收和释放达到动态平衡;植物体内有机物的总量不变,环境中CO2量不
12、变,O2量不变 AE 光合作用强度大于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量增加;环境中CO2量减少,O2量增加 C点 叶片表皮气孔部分关闭,光合作用强度下降 E点 光合作用产物的积累量最大(2)一昼夜有机物的积累量的计算方法(用CO2表示):一昼夜有机物的积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸作用释放的CO2量,即S3-(S1+S4)。2.密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线:(1)曲线分析:AB段无光照,植物只进行细胞呼吸BC段温度降低,细胞呼吸减弱CD段4时后,微弱光照,开始进行光合作用,但光合作用强度细胞呼吸强度H点光合作用强度=细胞呼吸强度HI段光照继续减弱,光合作用强度细胞呼吸强
13、度,植物生长若I点高于A点说明光合作用强度细胞呼吸强度,植物体内有机物总量减少,植物不能生长若I点等于A点说明光合作用强度=细胞呼吸强度,植物体内有机物总量不变,植物不生长【思考讨论】1.各种环境因素同时对植物的光合作用产生影响,试分析冬季早晨和夏季早晨限制光合作用的因素分别是什么。(科学思维)提示:冬季早晨温度较低,温度是限制光合作用的主要因素;夏季早晨温度较高,光照较弱,光照是限制光合作用的主要因素。2.大棚生产中,为什么多施加有机肥能够提高作物的产量?(科学思维)提示:有机肥中的有机物被微生物分解产生二氧化碳和无机盐,二氧化碳能够增加大棚中的二氧化碳浓度,无机盐为作物提供矿质营养。【素养
14、案例】(2018全国卷)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如图所示。据图回答问题:(1)从图可知,A叶片是树冠_(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是_ _。(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的_反应受到抑制。(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是_ _。【解题导引】解答本题需明确以下两点:(1)明确题干两图的区别,比较光饱和点、光补偿点的大小。(2)明确光合作用过程及影响光合作用的外
15、界因素。【解析】(1)题干两图横坐标都是光照强度,纵坐标都是净光合速率。A叶片的细胞呼吸弱,光补偿点低,光饱和点低,适应弱光环境,判断为下层叶片。(2)放氧速率不变,说明光反应速率不变,净光合速率下降的主要原因是暗反应受到抑制。(3)绿叶中的色素易溶于有机溶剂,常用无水乙醇提取。答案:(1)下层 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片(2)暗(3)无水乙醇【方法规律】植物“三率”的判定(1)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。(2)根据关键词判定:检测指
16、标 呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率 CO2 释放量(黑暗)吸收量 利用量、固定量、消耗量 O2 吸收量(黑暗)释放量 产生量 有机物 消耗量(黑暗)积累量 制造量、产生量【素养探究】情境迁移 为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同。结果如图:(1)据图判断,光照强度低于a时,限制甲、乙两组植物光合作用的因素是什么?(科学思维)提示:光照强度。(2)b光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是什么?(科学思维)提示:适当提高CO2浓度、温度、水、矿质元素等条件
17、。【素养迁移】图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时,单位时间内CO2的释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是()A.图甲中,光照强度为b时,光合速率等于呼吸速率 B.图甲中,光照强度为d时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2 C.图乙中,当光照强度为x时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D.图乙中,限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度【解析】选B。分析图甲可知,光照强度为b时,CO2释放 量和O2产生总量相等,都为3单位,细胞呼吸释放的CO2 首先供应叶绿体进行光合作用,剩余部分释放到外界,说
18、明此时细胞呼吸大于光合作用,A项错误;光照强度为 d时,水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率,光 照强度为a时,CO2释放量即为呼吸速率,则光照强度为d 时,O2产生总量为8单位,需要消耗的CO2也为8单位,所以单位时间内需要从外界吸收的CO2为2单位,B项正确;图乙中所示生物为蓝细菌,蓝细菌不含线粒体和叶绿体,C项错误;图乙中,限制g点光合作用速率的因素不是光照强度,可能是二氧化碳浓度及温度等,D项错误。【补偿训练】夏季晴朗的一天,甲、乙两株不同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是 ()A.甲植株在a点开始进行光合作用 B.乙植株在e点有机物积累量最多 C.曲线bc段和de段下降的原因相同 D.两曲线bd段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭【解析】选D。图中甲植株光合作用开始的点在a点之前,即CO2吸收速率开始变化的点,故A错误;图中乙植株618时有机物一直在积累,18时植物体内有机物积累量最大,故B错误;曲线bc段下降的原因是光照过强,气孔关闭,叶片吸收的CO2少,de段下降的原因是光照强度减弱,故C错误;甲植株没有出现光合午休现象,可能原因是气孔无法关闭,故D正确。【课堂回眸】
