金榜2014生物(人教版)必修1課件：5.4 二 第2課時 光合作用原理的應用和化能合成作用

第2課時光合作用原理的應用和化能合成作用一、光合作用原理的應用1.光合作用強度(1)概念:植物在單位時間內通過光合作用制造___________。(2)影響因素和衡量指標:糖類的數量水分CO2溫度長短與強弱成分原料產物2.探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響實驗流程:生長旺盛的綠葉小圓形葉片30片小圓形葉片內的氣體逸出充滿了水二氧化碳二、化能合成作用1.概念利用體外環(huán)境中的某些_______氧化時所釋放的能量來制造________,這種合成作用叫做化能合成作用。2.實例硝化細菌能利用氧化___________釋放的化學能將______________合成為糖類,供自身利用。強、中、弱小圓形葉片浮起的數量無機物有機物氨和亞硝酸水和二氧化碳3.自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物類型概念代表生物自養(yǎng)生物能將_______合成為_______的生物光能自養(yǎng)生物:_________化能自養(yǎng)生物:_________異養(yǎng)生物只能利用環(huán)境中______________來維持自身生命活動的生物人、動物、真菌、大多數細菌無機物有機物綠色植物硝化細菌現成的有機物【思考辨析】1.判斷正誤(1)光合作用強度的影響因素有CO2濃度、溫度、光照強度等外界因素。()(2)光照強度對光合作用強度的影響實驗中,可以通過調節(jié)臺燈與實驗裝置的距離來調節(jié)光照強度。()(3)探究實驗中,小圓形葉片浮起的原因是葉片進行呼吸作用產生的二氧化碳導致的。()【分析】在實驗的光照條件下,導致葉片浮起的原因是葉片進行光合作用產生了氧氣,通過浮力使葉片浮起?！獭獭?4)除了綠色植物,自然界中少數細菌,如硝化細菌也可以通過光合作用制造有機物。()【分析】硝化細菌是通過化能合成作用來制造有機物的。(5)化能合成作用與光合作用所利用的無機物原料都是二氧化碳和水。()×√2.問題思考(1)請預測小燒杯中的葉片浮起數量和光合作用強度之間有什么關系。提示：小燒杯中的葉片浮起數量越多,說明光合作用強度越大。(2)從所利用的能量來源考慮,化能合成作用和光合作用有什么不同?提示：兩者能量來源不同,光合作用利用的是光能,化能合成作用利用的是無機物氧化時釋放的化學能。一、探究光照強度對光合作用的影響的實驗分析1.實驗原理2.實驗中沉水葉片的制備(1)小圓形葉片的制備:用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出小圓形葉片。(2)沉水:用注射器抽出葉片內氣體,放入黑暗處盛有清水的燒杯中,小圓形葉片全部沉到水底。黑暗目的:防止光合作用的進行。3.實驗裝置分析(1)自變量的設置:光照強度是自變量,通過調整臺燈與燒杯之間的距離來調節(jié)光照強度的大小。(2)中間盛水的玻璃柱的作用:吸收燈光的熱量,避免光照對燒杯內水溫產生影響。(3)因變量是光合作用強度,可通過觀測單位時間內被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數量或者是浮起相同數量的葉片所用的時間長短來衡量光合作用的強弱。4.實驗結果分析(1)在黑暗情況下,植物葉片只進行細胞呼吸,吸收氧氣,產生的二氧化碳較易溶于水,所以葉片是沉在水底。細胞生理狀態(tài)如圖:(2)在弱光下,此時的光合作用小于或等于細胞呼吸,葉片中仍然沒有足夠的氧氣,葉片仍然沉在水底。細胞生理狀態(tài)如圖:(3)在中、強光下,光合作用大于細胞呼吸,葉片中會有足夠的氧氣產生,從而充滿了細胞間隙并釋放到外界一部分,使葉片浮起來。細胞生理狀態(tài)如圖:【警示鐘】(1)本實驗中所測的數值并不代表光合作用的真實值,而是光合作用的凈產值,即光合作用強度減去呼吸作用強度。(2)葉片浮起之前并不是不進行光合作用,而是光合作用速率小于呼吸速率或者是產生的氧氣量較少?！緦W而后思】(1)在使葉片沉水時,為什么要在黑暗條件下放入盛有清水的燒杯中?提示：防止在有光的情況下進行光合作用產生氧氣,會使葉片浮上來。(2)上述實驗裝置除了能驗證光照強度對光合作用的影響外,還可以用于驗證哪些因素對光合作用強度的影響?提示：二氧化碳的濃度?！镜淅柧?】圖甲是某同學探究影響植物光合速率的因素的實驗裝置圖,圖乙表示的是線粒體和葉綠體之間物質的交換。試回答:(1)圖甲裝置中隔在燈與試管之間盛水玻璃柱的作用是

。(2)若實驗中每隔5min改變一次試管與玻璃柱之間的距離,隨著距離的增加,氣泡產生速率下降,請分析影響這一結果的外界因素:①

;②

。(3)為了探究光照強度對光合速率的影響,利用圖甲裝置進行實驗的設計思路是:

。(4)在什么情況下,會出現如圖乙所示的情況?

。(5)當產生氣泡的情況下,請在圖乙中用箭頭標出此狀態(tài)時氧氣的移動方向?！窘忸}關鍵】解答本題的關鍵是明確:(1)圖甲實驗裝置中各儀器的作用:燈光提供光照強度,盛水玻璃柱吸收熱量,排除對實驗結果的干擾;(2)圖乙表示了葉綠體和線粒體之間的氣體交換,葉綠體為線粒體提供O2,線粒體為葉綠體提供CO2?！窘馕觥?1)盛水玻璃柱位于燈和盛有水藻的試管之間,由于燈不僅發(fā)光而且也能發(fā)熱,所以盛水玻璃柱可以吸收熱量。(2)由于試管水中溶解的二氧化碳量是有限的,一段時間后二氧化碳的濃度會降低,同時距離增加會使光照強度降低。(3)自變量是光照強度,可以通過更換燈泡大小或改變燈和試管之間的距離來改變光照強度。(4)由于葉綠體產生的氧氣全部用于細胞呼吸,而線粒體產生的二氧化碳全部用于光合作用,所以此時的光合速率和呼吸速率是相同的。(5)產生氣泡時,說明此時光合作用大于細胞呼吸,產生的氧氣一部分用于細胞呼吸,一部分釋放到大氣中。答案：(1)吸收燈光的熱量,避免光照對試管內水溫的影響(2)①光照強度減弱,光合作用產生的O2減少②水中CO2含量逐漸下降,光合作用產生的O2減少(3)用多組相同裝置,只更換燈泡大小或只改變試管與燈之間的距離,進行對照實驗(4)光合作用等于呼吸作用(5)

【互動探究】(1)從圖甲中可以看出,在改變燈與試管距離時,移動兩者中哪一個更為合適?提示：試管。(2)圖乙中兩個箭頭,在改變外界條件的情況下,哪一個是可以單獨存在的?提示：CO2的流動方向。【變式備選1】在適宜的溫度、水分和CO2條件下,分別測定強光和弱光時不同植物的光合作用如圖所示,請據此判斷,下列敘述不正確的是(

)A.該條件下,影響植物光合作用量的主要因素是光B.同等光照條件下,玉米比小麥的光合作用量高C.大多數農作物都是喜陽性植物D.限制陰生草本植物光合作用量的因素為光照強度【解析】選D。其他條件適宜的情況下,光合作用速率的限制因素是光照強度;在強光或弱光條件下玉米的光合作用速率都大于小麥的光合作用速率;高粱、小麥、玉米等大多數農作物都是喜陽性植物;限制陰生草本植物光合作用的因素有光照強度、二氧化碳濃度等多重因素。二、影響光合作用的環(huán)境因素1.光照強度(1)曲線分析:①點:A點光照強度為0,此時只進行細胞呼吸,釋放的CO2量表示呼吸速率。B點細胞呼吸釋放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等,此時的光照強度稱為光補償點。C點時已經達到了光飽和點,此時光照強度增加,光合作用強度不再增加。②線:AB段光合作用的強度小于細胞呼吸的強度;BC段光合作用的強度大于細胞呼吸的強度。(2)應用:陰生植物的光補償點和光飽和點都比陽生植物低。2.CO2濃度(1)曲線分析:①走勢分析:圖1和圖2都表示在一定范圍內,光合作用速率隨CO2濃度的增大而增大,但當CO2濃度增加到一定范圍后,光合作用速率不再增加。②關鍵點分析:圖1中A點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度,即CO2補償點;圖2中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1和圖2中的B和B′點都表示CO2飽和點。(2)應用:溫室中適當增加CO2濃度,如投入干冰等,大田中“正其行,通其風”,多施有機肥來提高CO2濃度。3.溫度(1)曲線分析:B點是最適溫度,此時光合作用最強,高于或低于此溫度光合作用強度都會下降,因為溫度會影響酶的活性。(2)應用:溫室栽培時白天適當提高溫度,夜間適當降低溫度?！揪剧姟?1)光合作用速率不僅只受上述光、CO2濃度、溫度三個因素的影響,同時受水、礦質元素等外因和自身內因如酶、色素的含量等影響。(2)當縱坐標為CO2吸收量或O2釋放量時代表的并不是真正的光合速率,分析時要充分考慮呼吸速率對實驗結果的影響?！緦W而后思】(1)上述圖2中,若適當提高溫度,圖中A′點和B′點如何移動?提示：A′點向左移動,B′點向右上方移動。(2)根據上述因素在溫室中栽培作物,如遇持續(xù)的陰雨天氣,為了保證作物的產量,對溫度如何控制?提示：適當降低溫室溫度,保持晝夜溫差?！镜淅柧?】(2013·成都高一檢測)為探究影響光合作用強度的因素,將同一品種玉米苗置于25℃條件下培養(yǎng),實驗結果如圖所示。以下說法正確的是(

)A.施肥與CO2吸收量無關B.與B點相比,A點條件下限制CO2吸收量的主要因素是光照強度C.與D點相比,限制C點玉米吸收CO2的主要因素是土壤含水量D.與C點相比,A點施肥過少,限制了CO2吸收量【解題關鍵】解答本題的關鍵是比較曲線:(1)找到引起曲線變化的相同點:如D點與B點的相同點為施肥程度相同,含水量相同;(2)找出不同點:如D點與B點的不同點為二氧化碳的吸收量、光照強度?！窘馕觥窟xC。由圖中的虛線和實線的比較可以看出,在施肥和不施肥的情況下二氧化碳的吸收量是不同的;與B點相比,A點條件下限制CO2吸收的因素是土壤中的含水量,因為兩者的光照強度是相同的;與D點相比,C點限制光合作用的因素是土壤中的含水量;與C點相比,A點的光合作用速率不同的主要原因是光照強度不同?！咀兪絺溥x2】(2013·南昌高一檢測)如圖所示為光照強度對植物光合作用的影響關系。下列有關曲線的相關敘述中錯誤的是(

)A.b代表光下植物凈光合量B.m的大小與植物呼吸作用強度有關C.n點之后植物吸收CO2量不再增加與葉綠體中色素的數量有關D.若植物長期處于光照強度為m的自然環(huán)境中,植物仍能生長【解析】選D。b代表的是光合速率減去呼吸速率之后的凈光合量;m是指光合速率等于呼吸速率時的光照強度,若呼吸速率上升或下降則所需相應的光照強度就會增加或減少;n點之后光照強度增加而光合速率不再增加的內因是葉綠體中色素的數量是有限的;若植物長期處于m點,不會出現有機物的積累和增加,植物不會表現出生長的跡象。光合作用的影響因素類題目【案例】如圖表示溫室內光照強度(E)與作物光合速率(v)的關系。在溫度、水分和無機鹽均適宜的條件下,當E<B時,增大光合速率的主要措施是____________________________________

;當B<E<C時,限制作物增產的主要環(huán)境因素是

;當E>C時,可采取__________________________________________措施,保證作物的最大光合速率,如遇連陰天,溫室需補光,選用

光最有效?！緦忣}——抓準信息·快速推斷】關鍵信息推斷結論信息1曲線圖中,光照強度在達到B以前,隨光照強度增大,光合速率增大說明在光照強度達到B以前,限制光合速率的主要因素是光照強度信息2溫度、水分和無機鹽均適宜限制作物光合作用的環(huán)境因素就不應該考慮溫度、水分和無機鹽這些因素關鍵信息推斷結論信息3光照強度在BC之間時,隨光照強度增大,光合速率保持不變說明光照強度在BC之間時,光合速率達到最大值,此時限制光合速率增大的主要因素不是光照強度而是CO2濃度信息4光照強度大于C時,隨光照強度增大,光合速率出現下降趨勢說明強光會對葉綠體中的色素造成破壞,使光合速率下降,若保證作物的最大光合速率,需適當遮光【答題——規(guī)范答案·警示失誤】增大光照強度CO2濃度遮光紅(藍紫)錯答：第二個空錯答為溫度。錯因：忽視題干中提供的信息:“溫度、水分和無機鹽均適宜”。錯答：第四個空錯答為白光。錯因：只考慮到白光中有光合色素能吸收的各種波長的光,未考慮到的是“溫室補光”。1.(基礎理論辨析題)下列相關敘述與綠色植物相關的有(

);與硝化細菌相關的有(

)A.能利用光能,將光能固定在有機物中B.能利用氧化過程釋放的能量,形成有機物C.能固定CO2形成有機物D.含有光合色素,利用光能E.不含有色素,沒有葉綠體等細胞器【解析】選A、C、D;B、C、E。綠色植物中含有葉綠體和光合色素,利用光能將無機物轉化成有機物;硝化細菌是原核生物,不含有除核糖體之外的細胞器,不含有光合色素,能利用化學物質氧化過程中釋放的能量,將無機物轉化成有機物。2.這四個處理中,沉入底部的葉片小塊最先浮起的是(

)【解析】選C。沉入水底的葉片是由于細胞間隙的空氣被抽取掉,所以哪一個葉片最先產生大量的氧氣,充入到細胞間隙中,哪一個葉片就最先浮上來。由于自來水中含有CO2,25℃的溫度較為適宜,光照是光合作用的必需的條件,所以C選項所示的葉片最先浮起來。3.光合作用強度可以用多種指標表示,以下不適合的是(

)A.植物體鮮重增加量B.植物體干重增加量C.O2釋放量D.CO2吸收量【解析】選A。光合作用反應式是CO2+H2O(CH2O)+O2,由此看出表示光合作用強度可利用CO2吸收量、(CH2O)生成量、O2釋放量表示。植物體鮮重增加量包括有機物積累量,還包括植物從外界吸收的水的量;植物對水分的吸收受多種因素(如蒸騰作用、土壤含水量等)的影響,所以不能用植物體鮮重增加量來表示。光能葉綠體4.光合作用的正常進行受多種因素的影響,一個生物興趣小組研究了CO2濃度、光照強度和溫度對光合作用的影響,下面是一位同學根據實驗結果繪制的一組曲線,你認為不正確的是(

)【解析】選D。溫度會通過影響光合作用中酶的活性來影響光合作用,高溫使酶失活而導致光合作用強度下降,所以D選項應該是一條先升高后下降的曲線。5.光照強度、溫度是影響光合作用強度的重要因素。下圖是探究光照強弱對光合作用強度的影響實驗中的三個初始裝置,請據圖指出探究中控制無關變量的三點疏忽,并提出改進建議。(1)疏忽:

;改進建議:

。(2)疏忽:

;改進建議:

。(3)疏忽:

;改進建議:

?！窘馕觥刻骄抗庹諒姸葘夂纤俾实挠绊憰r,除去自變量光照強度不同外,其他的無關變量都應該是相同的,如葉片的數量、開始時的狀態(tài)以及水的種類,因為不同水中含有二氧化碳的量是不同的。答案：(1)燒杯中的小圓形葉片沒有都沉于杯底將未沉入的葉片重新裝入注射器,抽去葉片中的空氣(2)三個燒杯中放入不相同數量的葉片把三個燒杯中的葉片調整為相同數量(3)三個燒杯中用了三種不同的水三個燒杯中換用同一種水,使CO2的量相同答案速填：A:蛋白質

B:RNA

C:高效性D:A-P～P～P

E:ADP+Pi+能量ATPF:有氧呼吸

G:光反應

H:光照強度一、光合作用與細胞呼吸(有氧呼吸)的比較1.兩者的聯系(1)物質方面:光合作用與細胞呼吸的聯系主要體現在物質方面,即光合作用為細胞呼吸提供物質a(O2),細胞呼吸為光合作用提供物質b(CO2)。以下是三種元素的轉移途徑。(2)能量方面:2.兩者的不同點(真核細胞)比較項目光合作用有氧呼吸代謝性質合成代謝分解代謝發(fā)生部位含葉綠體的細胞需氧活細胞反應場所葉綠體主要在線粒體內(第一階段在細胞質基質中)

條件光、H2O、CO2、適宜的溫度、酶、色素有光無光均可、適宜的溫度、O2、酶【強化訓練】1.(2013·白銀高一檢測)葉綠體與線粒體是植物細胞內兩個重要的細胞器,在光照條件下,它們各自產生的部分物質是可以循環(huán)利用的。下面能正確表示兩者關系的是(

)①葉綠體產生的葡萄糖可進入線粒體內被利用②線粒體產生的二氧化碳可進入葉綠體內被利用③葉綠體產生的氧氣可進入線粒體內被利用④線粒體產生的水可進入葉綠體內被利用⑤線粒體產生的ATP可進入葉綠體內被利用A.①②③

B.②③④

C.①④⑤

D.②③⑤【解析】選B。葉綠體產生的葡萄糖在細胞質基質中被分解成丙酮酸后才能被線粒體利用;線粒體產生的二氧化碳可以被葉綠體的暗反應直接利用,同時葉綠體產生的氧氣可以被線粒體直接利用;線粒體產生的水可進入葉綠體被直接利用;光照條件下,光反應產生的ATP可用于暗反應,而線粒體產生的ATP主要用于其他的需能反應。2.(2013·龍巖高一檢測)如圖表示某植物細胞內的代謝過程,下列有關敘述正確的是(

)A.①④③過程產生ATP,②過程消耗ATPB.②、④過程都有[H]參與反應C.①②③④四個過程既不消耗氧氣也不產生氧氣D.①過程發(fā)生在線粒體基質中,②過程發(fā)生在葉綠體基質中【解析】選C。圖中①②③④分別表示的是有氧呼吸的第一階段、暗反應中三碳化合物的還原、二氧化碳的固定和有氧呼吸的第二階段;產生ATP的階段是①④;有[H]參與反應的階段是②;圖中四個過程都沒有氧氣的參與也沒有氧氣的產生;①過程發(fā)生在細胞質基質中,②過程發(fā)生在葉綠體基質中。二、細胞呼吸和光合作用的相關計算1.各種速率的表示方法(1)呼吸速率的表示方法:將植物置于黑暗環(huán)境中,測定實驗容器內CO2的增加量、O2的減少量或有機物的減少量。(2)凈光合速率的表示方法:常用一定時間內O2的釋放量、CO2的吸收量或有機物的積累量表示。(3)真正光合速率的表示方法:常用一定時間內O2的產生量、CO2的固定量或有機物的產生量表示。2.曲線分析植物葉肉細胞進行光合作用吸收CO2的同時,還進行細胞呼吸釋放CO2,所以測定的CO2的吸收量并不是真正光合速率,而是凈光合速率。圖1表示CO2的吸收與光照強度變化的關系,圖2表示線粒體與葉綠體的關系。(1)結合圖2與圖1中的曲線分析如下:①圖1中a點光照強度為0,表示只進行細胞呼吸,與圖2中B圖對應。②圖1中ab段由于光照強度較弱,光合作用速率小于細胞呼吸速率,所以細胞呼吸釋放的CO2一部分被葉綠體吸收,另一部分釋放到外界環(huán)境中,與圖2中A圖對應。③圖1中b點表示光合作用速率與細胞呼吸速率相等,CO2在外觀上表現為既不吸收也不釋放,與圖2中C圖對應。④b點以后,由于光照強度逐漸增強,光合作用速率大于細胞呼吸速率,細胞呼吸釋放的CO2不能夠滿足光合作用的需求,表現為從外界環(huán)境中吸收CO2,與圖2中D圖對應。(2)光合作用與細胞呼吸的相關計算規(guī)律圖1中,Oa段表示植物呼吸速率,Od段表示植物凈光合速率,Oa+Od段表示真正光合速率(即實際光合速率或總光合速率),它們的關系為:真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。具體表達為:①光合作用消耗的CO2總量=從外界吸收的CO2量+細胞呼吸產生的CO2量。②光合作用產生的O2量=釋放到外界的O2量+細胞呼吸消耗的O2量。③一晝夜有機物的積累量(用CO2量表示)=白天從外界吸收的CO2量-晚上細胞呼吸釋放的CO2總量?！緩娀柧殹?.某實驗小組將玉米幼苗置于一密閉容器內,測定溫度對光合作用和細胞呼吸的影響(用容器內CO2的變化量表示)。實驗結果如下(“+”表示增加,“-”表示減少),下列有關說法正確的是(

)溫度(℃)1015202530354045適宜光照-12-17-23-26-35-26-24-15黑暗+6+11+18+25+35+40+32+20A.由表中數據可知,光合作用酶和細胞呼吸酶的最適溫度相同B.在適宜光照下,35℃時光合速率小于呼吸速率C.由表可知,在適宜光照下,最有利于植物生長的溫度是30℃D.在黑暗情況下,葉肉細胞內無ATP的形成【解析】選C。黑暗情況下表示的是呼吸的速率,適宜光照下表示的是凈光合速率,兩者的和表示的是真正的光合速率;通過上述數據可知在30℃時真正的光合速率最大為70,