2024-2025學(xué)年高一生物必修第一冊（人教版）課件 第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第4節(jié) 第3課時 光合作用原理的應(yīng)用

第3課時光合作用原理的應(yīng)用學(xué)有目標(biāo)——課標(biāo)要求必明記在平時——核心語句必背1.設(shè)計并實施實驗，探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響。2.關(guān)注光合作用原理的應(yīng)用。1.在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度或CO2濃度的增大，光合速率逐漸增大，但超過一定范圍后，光合速率不再增大。2.提高光合作用強(qiáng)度的兩種主要措施：①控制光照強(qiáng)弱和溫度的高低；②適當(dāng)增加環(huán)境中的CO2濃度?！局鞲芍R梳理】一、光合作用原理的應(yīng)用1．光合作用強(qiáng)度(1)概念：植物在__________內(nèi)通過光合作用制造______的數(shù)量。(2)影響因素：只要是影響到光合作用的原料、動力、場所、酶的活性等的因素都會影響光合作用強(qiáng)度：單位時間糖類①原料——水、CO2，如環(huán)境中______濃度、土壤中水分含量等。②動力——光能，如光照的______、長短以及光的成分等。③場所——葉綠體，如無機(jī)營養(yǎng)、病蟲害等。④酶——影響酶活性的因素，如_____等。CO2強(qiáng)弱溫度2．探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響實驗流程：二、化能合成作用1．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_______。(2)實例：硝化細(xì)菌能利用土壤中的________氧化成亞硝酸(HNO2)，進(jìn)而氧化成硝酸(HNO3)。這兩個化學(xué)反應(yīng)中所釋放的化學(xué)能將__________合成為糖類，供自身利用。無機(jī)物有機(jī)物氨(NH3)CO2和H2O2．光合作用與化能合成作用的比較項目光合作用化能合成作用生物類型_________和光合細(xì)菌硝化細(xì)菌等能量來源光能體外物質(zhì)氧化釋放的_______相同點能將______合成______，并儲存能量綠色植物化學(xué)能無機(jī)物有機(jī)物【教材微點發(fā)掘】1．植物在進(jìn)行光合作用的同時，還會進(jìn)行呼吸作用。光合作用產(chǎn)生O2，呼吸作用消耗O2。如果在暗處檢測到植物消耗O2的速率是5mg/(100cm2葉·h)，而在光下測得釋放O2的速率是8mg/(100cm2葉·h)，那么該植物通過光合作用的光反應(yīng)產(chǎn)生O2的速率是____________mg/(100cm2葉·h)。答案：132．下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強(qiáng)度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題：(1)光合作用強(qiáng)度可以通過測定植物在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的氧氣量來表示，也可以通過測定______________或______________來表示。(2)引起AB段光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)的主要環(huán)境因素是____________，該因素的增強(qiáng)促進(jìn)了光合作用中__________反應(yīng)階段，從而為暗反應(yīng)階段提供更多的____________。(3)BC段光合作用強(qiáng)度下降的主要原因是__________________________，導(dǎo)致光合作用中的________過程受阻，從而影響光合作用。(4)C點與B點相比，C3的含量相對________(填“增加”或“減少”)。(5)請從影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素的角度，提出一個夏季晴朗中午增加光合作用強(qiáng)度的措施：______________________________________。答案：(1)固定的CO2量制造的有機(jī)物量(2)光照強(qiáng)度光ATP、NADPH

(3)氣孔部分關(guān)閉，CO2吸收量減少CO2固定(4)減少(5)適當(dāng)遮陰新知探究(一)探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響【探究·深化】結(jié)合教材第105頁“探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響”實驗完成有關(guān)問題。(1)實驗原理：抽去小圓形葉片中的氣體后，葉片在水中_____，光照下葉片進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，充滿細(xì)胞間隙，葉片又會_______。光合作用越強(qiáng)，單位時間內(nèi)小圓形葉片上浮的數(shù)量______。下沉上浮越多(2)實驗流程：(3)實驗結(jié)果分析：光照越強(qiáng)，燒杯內(nèi)小圓形葉片浮起的數(shù)量_____，說明一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度__________。(4)在實驗中，葉片下降的原因是什么？光照后葉片為什么上升？提示：抽出氣體后，細(xì)胞間隙充滿水，葉片下降；光照后，葉片進(jìn)行光合作用，細(xì)胞間隙又充滿氣體，葉片上升。越多不斷增強(qiáng)(5)小圓形葉片上浮實驗中的三個關(guān)注點：①葉片上浮的原因是光合作用產(chǎn)生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面認(rèn)為只是光合作用產(chǎn)生了O2。②打孔時要避開大的葉脈，因為葉脈中沒有葉綠體，而且會延長小圓形葉片上浮的時間，影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。③為確保溶液中CO2含量充足，小圓形葉片可以放入NaHCO3溶液中?！緫?yīng)用·體驗】1.取某種植物生長狀態(tài)一致的新鮮葉片，用打孔器打出若干圓片，圓片平均分成甲、乙、丙三組，每組各置于一個密閉裝置內(nèi)，并分別給予a、b、c三種不同強(qiáng)度的光照，其他條件一致。照光相同時間后，測得各裝置內(nèi)氧氣的增加量如圖所示。下列敘述錯誤的是(

)A．裝置內(nèi)增加的氧氣來自水B．光照強(qiáng)度為a時，光合作用停止C．丙組裝置內(nèi)的CO2含量照光后比照光前低D．該圖反映了光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系答案：B

解析：光反應(yīng)階段，水的光解產(chǎn)生氧氣，A正確。光照強(qiáng)度為a時，有氧氣釋放，所以光合作用沒有停止，B錯誤。由于光合作用消耗CO2產(chǎn)生氧氣，則丙組裝置內(nèi)的CO2含量在照光后比照光前低，C正確。該圖反映了光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系，D正確。2．取生長旺盛的天竺葵葉片，用打孔器打出小圓片若干并抽取葉片細(xì)胞內(nèi)空氣，均分后置于不同濃度的NaHCO3溶液中，給予相同的一定強(qiáng)度光照，記錄圓葉片上浮至液面所需時間，其結(jié)果繪制的曲線如圖。相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．YZ段平緩的限制因素可能是光照強(qiáng)度B．Y點比X點細(xì)胞內(nèi)的C5含量高C．Z點后曲線上行，應(yīng)該是葉片細(xì)胞失水，代謝受影響導(dǎo)致D．Y點時葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器有葉綠體和線粒體答案：B

解析：YZ段平緩，說明隨著CO2濃度的增加光合作用不再增強(qiáng)，則限制因素可能是光照強(qiáng)度；Y點與X點相比，CO2濃度高，CO2的固定加快，則Y點細(xì)胞內(nèi)的C5含量低；Z點后光照不變，CO2濃度升高，而曲線上行，說明光合作用減弱，應(yīng)該是葉片細(xì)胞失水，代謝受影響導(dǎo)致；Y點既有光合作用又有呼吸作用，則葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器有葉綠體和線粒體。新知探究(二)影響光合作用的因素【拓展·深化】1．光照強(qiáng)度曲線模型模型分析曲線對應(yīng)點細(xì)胞生理活動ATP產(chǎn)生場所植物組織外觀表現(xiàn)A點只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，不進(jìn)行光合作用只在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體從外界吸收O2，向外界排出CO2AB段(不含A、B點)呼吸量>光合量細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體從外界吸收O2，向外界排出CO2B點光合量＝呼吸量與外界不發(fā)生氣體交換B點之后光合量>呼吸量從外界吸收CO2，向外界釋放O2。此時植物可更新空氣應(yīng)用①溫室生產(chǎn)中，適當(dāng)增強(qiáng)光照強(qiáng)度，以提高光合速率，使作物增產(chǎn)②陰生植物的光補(bǔ)償點和光飽和點都較陽生植物低，如圖中虛線所示，間作套種農(nóng)作物，可合理利用光能續(xù)表2.CO2濃度原理CO2影響暗反應(yīng)階段，制約C3的形成曲線模型及分析圖1中A點表示CO2補(bǔ)償點，即光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度，圖2中A′點表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B′對應(yīng)的點都表示CO2飽和點應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光合速率3.溫度原理溫度通過影響酶的活性影響光合作用曲線模型及分析AB段：在B點之前，隨著溫度升高，光合速率增大B點：酶的最適溫度，光合速率最大BC段：隨著溫度升高，酶的活性下降，光合速率減小，50℃左右光合速率幾乎為零應(yīng)用溫室栽培植物時，白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合速率；晚上適當(dāng)降低溫室內(nèi)溫度，以降低細(xì)胞呼吸速率，提高植物有機(jī)物的積累量4.礦質(zhì)元素曲線模型原理礦質(zhì)元素是參與光合作用的許多重要化合物的組成成分，缺乏會影響光合作用的進(jìn)行。例如，N是的組成元素，N、P是ATP的組成元素，Mg是葉綠素的組成元素等曲線分析應(yīng)用在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)，可提高光合作用強(qiáng)度；但當(dāng)超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高，植物發(fā)生滲透失水而導(dǎo)致植物光合作用強(qiáng)度下降在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可以提高光能利用率續(xù)表【典題·例析】[典例1]在CO2濃度相同、光照不同的條件下，對油菜光合速率日變化研究的實驗結(jié)果如圖所示。以下分析錯誤的是(

)A．據(jù)圖可知，油菜最大光合速率上午均比下午高，這與環(huán)境因素的變化有關(guān)B．與Ⅰ相比，Ⅱ出現(xiàn)“午休現(xiàn)象”是由于中午光照強(qiáng)、溫度高，導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉影響光合作用的暗反應(yīng)階段，從而使光合速率下降C．與Ⅱ相比，Ⅲ也出現(xiàn)了“午休現(xiàn)象”，可推測油菜的光合速率除受外界環(huán)境因素影響外，還受遺傳因素的控制D．據(jù)圖可知，提高CO2濃度，

Ⅰ的光合速率可達(dá)到

Ⅲ[答案]

D[解析]

通過曲線可以看出，油菜的最大光合速率上午均比下午高，因為上午的光照強(qiáng)度和溫度等環(huán)境因素對于植物的光合作用來說比下午更適宜，A正確。出現(xiàn)“午休現(xiàn)象”是因為中午溫度高、光照強(qiáng)，植物蒸騰作用失水劇烈導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，致使進(jìn)入細(xì)胞的CO2減少，光合作用的暗反應(yīng)減弱，使光合速率下降，B正確。Ⅲ是恒定光照強(qiáng)度下，與Ⅱ相比同樣時間也出現(xiàn)了“午休現(xiàn)象”，很可能是內(nèi)部因素影響即遺傳因素控制，C正確。Ⅰ的光合速率較低是因為陰天光照強(qiáng)度較弱引起的光反應(yīng)較弱，產(chǎn)生的NADPH和ATP較少，即使增大CO2濃度也不能提高光合速率，D錯誤。[典例2]科學(xué)家研究CO2濃度、光照強(qiáng)度和溫度對同一植物光合作用強(qiáng)度的影響，得到實驗結(jié)果如圖。請據(jù)圖判斷，下列敘述錯誤的是(

)A．光照強(qiáng)度為a時，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強(qiáng)度差異的原因是CO2濃度不同B．光照強(qiáng)度為b時，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強(qiáng)度差異的原因是溫度的不同C．光照強(qiáng)度為a～b時，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高D．光照強(qiáng)度為a～c時，曲線Ⅰ、Ⅲ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高[答案]

D[解析]

光照強(qiáng)度為a時，影響曲線Ⅱ、Ⅲ光合作用強(qiáng)度的溫度、光照強(qiáng)度相同，而CO2濃度不同；光照強(qiáng)度為b時，影響曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強(qiáng)度的CO2濃度和光照強(qiáng)度相同，而溫度不同；在光照強(qiáng)度為a～b時，曲線Ⅰ、Ⅱ都未達(dá)到光飽和點，光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高；光照強(qiáng)度在a～c之間時，曲線Ⅲ已達(dá)到光飽和點，隨光照強(qiáng)度增加，光合作用強(qiáng)度不再增加。方法規(guī)律多因素對光合作用影響的曲線分析方法解答受多因素影響的光合作用曲線題時，找出曲線的限制因素是關(guān)鍵。具體方法是對縱坐標(biāo)或橫坐標(biāo)畫垂線或者只看某一條曲線的變化，將多因素轉(zhuǎn)變?yōu)閱我灰蛩兀瑥亩_定限制因素。當(dāng)曲線上標(biāo)有條件時，說明因變量受橫坐標(biāo)和曲線上條件的共同影響。若題干中描述了曲線的獲得前提，如最適溫度下測得，則應(yīng)該考慮溫度以外的影響因素?！緫?yīng)用·體驗】1．圖甲表示水稻的葉肉細(xì)胞在光照強(qiáng)度分別為a、b、c、d時，單位時間內(nèi)CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量的變化；圖乙表示藍(lán)細(xì)菌光合速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系。下列有關(guān)說法正確的是(

)A．圖甲中，光照強(qiáng)度為b時，光合速率等于呼吸速率B．圖甲中，光照強(qiáng)度為d時，單位時間內(nèi)細(xì)胞從周圍吸收2個單位的CO2C．圖乙中，當(dāng)光照強(qiáng)度為x時，細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體D．圖乙中，限制e、f、g點光合速率的因素主要是光照強(qiáng)度答案：B

解析：分析圖甲可知，光照強(qiáng)度為b時，CO2的釋放量和O2產(chǎn)生總量相等，細(xì)胞呼吸釋放的CO2首先供應(yīng)葉綠體進(jìn)行光合作用，剩余部分釋放到外界，說明此時細(xì)胞呼吸大于光合作用，A錯誤；光照強(qiáng)度為d時，水稻葉肉細(xì)胞的光合速率大于呼吸速率，光照強(qiáng)度為a時，CO2的釋放量即為呼吸速率，則光照強(qiáng)度為d時，O2產(chǎn)生總量為8單位，需要消耗的CO2也為8單位，所以單位時間內(nèi)需從外界吸收CO2為2單位，B正確；圖乙中所示生物為藍(lán)細(xì)菌，藍(lán)細(xì)菌不含線粒體和葉綠體，C錯誤；圖乙中，限制g點光合速率的因素不是光照強(qiáng)度，可能是CO2濃度及溫度等，D錯誤。2．影響綠色植物光合作用的因素是多方面的，既有內(nèi)部因素(如酶的活性等)，又有外界因素(如光照強(qiáng)度等)。(1)若x代表光照強(qiáng)度，反映光照強(qiáng)度影響光合速率的曲線是______，它主要影響______階段。(2)在外部因素適宜時，反映影響光合速率的內(nèi)部因素的曲線是________。(3)在不同季節(jié)或一天的不同時間，植物光合速率一般不同，圖B是為驗證溫度對光合速率影響的實驗裝置，請回答下列問題。①本實驗的原理是：a._______________________________________；b._________________________________________________________。②在實驗過程中可通過觀察_____________________________________來判斷光合作用的強(qiáng)度。解析：(1)若x代表光照強(qiáng)度，則反映與光合速率關(guān)系的曲線為a曲線，光照主要影響光反應(yīng)階段。(2)限制光合作用的內(nèi)部因素有酶的活性、色素的數(shù)量、C5的含量等。由于題中提出外界條件是適宜的，因此隨著內(nèi)因的變化，光合速率將不斷增加，對應(yīng)圖中曲線b。(3)本實驗中的自變量是溫度，而溫度是通過影響酶的活性來影響光合作用的，光合速率可用O2產(chǎn)生的快慢來表示。答案：(1)a光反應(yīng)(2)b

(3)①a.溫度主要通過影響光合作用有關(guān)的酶的活性影響光合作用的強(qiáng)度b．在一定時間內(nèi)，光合作用產(chǎn)生的O2量可反映光合作用的強(qiáng)度②一定時間內(nèi)，光合作用產(chǎn)生O2的氣泡數(shù)科學(xué)探究——呼吸速率、凈光合速率和總光合速率的測定1．呼吸速率、凈光合速率和總光合速率的表示方法(1)呼吸速率的表示方法：將植物置于黑暗環(huán)境中，測定單位時間實驗容器內(nèi)CO2增加量、O2減少量或有機(jī)物減少量。(2)凈光合速率和真正光合速率①凈光合速率：常用一定時間內(nèi)O2釋放量、CO2吸收量或有機(jī)物積累量表示。②真正光合速率：常用一定時間內(nèi)O2產(chǎn)生量、CO2固定量或有機(jī)物產(chǎn)生量(或制造量)表示。2．光合速率與呼吸速率的關(guān)系下圖1表示光照強(qiáng)度與CO2的吸收速率的關(guān)系，圖2表示線粒體與葉綠體的關(guān)系。結(jié)合圖2與圖1中的曲線分析如下：(1)圖1中A點光照強(qiáng)度為0，只進(jìn)行呼吸作用，與圖2中乙對應(yīng)。OA代表呼吸速率。(2)圖1中AB段由于光照強(qiáng)度較弱，光合速率小于呼吸速率，所以呼吸作用釋放的CO2一部分被葉綠體吸收，另一部分釋放出去，與圖2中甲對應(yīng)。(3)圖1中B點表示光合速率與呼吸速率相等，表現(xiàn)為既不吸收CO2也不釋放CO2，與圖2中丙對應(yīng)。B點對應(yīng)的光照強(qiáng)度為光的補(bǔ)償點。(4)B點以后，由于光照強(qiáng)度繼續(xù)增大，光合速率大于呼吸速率，呼吸作用釋放的CO2不能夠滿足光合作用的需求，表現(xiàn)為從外界吸收CO2，與圖2中丁對應(yīng)；C點以后，光照強(qiáng)度再增加，光合速率不再增大，C點對應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光的飽和點；OD為凈光合速率。由以上分析可知：真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。3．利用裝置圖法測定植物光合速率與呼吸速率(1)裝置中溶液的作用：在測細(xì)胞呼吸速率時，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在測凈光合速率時，NaHCO3溶液可提供CO2，保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定。(2)測定方法：①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算呼吸速率。②將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。(3)物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素引起誤差，應(yīng)設(shè)置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結(jié)果進(jìn)行校正?！舅仞B(yǎng)評價】1.植物的光合作用受CO2濃度、溫度與光照強(qiáng)度的影響。如圖為在一定CO2濃度和適宜溫度條件下，測定的某植物葉片在不同光照條件下的光合速率。下列有關(guān)說法錯誤的是(

)A．在a點所示條件下，該植物的葉肉細(xì)胞內(nèi)能夠產(chǎn)生ATP的部位只是線粒體B．該植物葉片的呼吸速率是5mg/(100cm2葉·h)C．在一晝夜中，將該植物葉片置于c點光照強(qiáng)度條件下11h，其余時間置于黑暗中，則每100cm2葉片一晝夜中CO2的凈吸收量為45mgD．已知該植物光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別為25℃和30℃。若將溫度提高到30℃的條件下(原光照強(qiáng)度和CO2濃度不變)，則圖中b點將向右移，c點將向左下移動答案：A

解析：在a點所示條件下，細(xì)胞只進(jìn)行呼吸作用，產(chǎn)生ATP的場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體；a點的縱坐標(biāo)表示呼吸速率；c點光照強(qiáng)度下，11h光照每100cm2葉片CO2凈吸收量為11×10＝110(mg)，晚上每100cm2葉片細(xì)胞呼吸釋放CO2的量為13×5＝65(mg)，一晝夜每100cm2葉片CO2凈吸收量為45mg；將溫度提高到30℃，真正光合速率降低，細(xì)胞呼吸速率增大，凈光合速率降低，c點將向左下移，光補(bǔ)償點(b點)將向右移。2．下圖是某生物興趣小組探究不同條件下光合作用和呼吸作用過程中氣體產(chǎn)生情況的實驗示意圖，裝置中的NaHCO3溶液可維持瓶內(nèi)的CO2濃度在恒定水平。下列幾種實驗結(jié)果(給予相同的環(huán)境條件)，不可能出現(xiàn)的是(

)A．甲、乙裝置水滴都左移B．甲、乙裝置水滴都右移C．甲裝置水滴不動，乙裝置水滴左移D．甲裝置水滴右移，乙裝置水滴左移答案：B

解析：根據(jù)題意可知，裝置中的NaHCO3溶液可維持瓶內(nèi)的CO2濃度在恒定水平，故甲裝置內(nèi)的氣壓變化是由O2含量變化引起的。較強(qiáng)光照條件下(光合速率大于呼吸速率)甲裝置內(nèi)水滴右移；黑暗或較弱光照條件下(光合速率小于呼吸速率)甲裝置內(nèi)水滴左移；適宜光照條件下(光合速率等于呼吸速率)甲裝置內(nèi)水滴不動；乙裝置內(nèi)青蛙只進(jìn)行細(xì)胞呼吸不進(jìn)行光合作用，故乙裝置內(nèi)水滴只會左移。3．蕨麻也叫“人參果”，具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值。科研工作者為了研究高原寒冷地區(qū)蕨麻的光合作用效率和外界影響因素，選擇若爾蓋草原(位于青藏高原東部邊緣，年平均氣溫

1.7℃)中高寒草地和高寒濕地兩個典