《光合作用與能量轉(zhuǎn)化》第三課時素養(yǎng)導學

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第三課時）一、探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響1.光合作用強度:(1)概念:植物在_________內(nèi)通過光合作用制造_____的數(shù)量。單位時間糖類(2)表示方法:(3)下列哪些是能夠?qū)夂献饔脧姸仍斐捎绊懙耐饨缫蛩豞__________。①空氣中二氧化碳的濃度②溫度的高低③土壤中水分的多少 ④光的成分⑤酶的活性 ⑥光照的強弱①②③④⑥2.實驗原理:(1)利用LED臺燈離實驗裝置的距離不同,產(chǎn)生不同的_________。(2)根據(jù)_______________________________,判斷不同光照強度下光合作用強度的大小。光照強度單位時間內(nèi)圓形小葉片上浮的數(shù)量3.實驗步驟: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_______。2.實例:硝化細菌能利用___氧化釋放的化學能將________合成糖類,供自身利用。無機物有機物NH3CO2和H2O三、光合作用影響因素1.光照強度:(1)原理:主要影響光反應階段___________的產(chǎn)生,進而影響暗反應階段。ATP和NADPH(2)曲線分析:A點光照強度為0,此時只進行_________,CO2釋放量表示_____________AB段開始進行光合作用,隨光照強度增加,光合作用速率逐漸增加,但光合作用速率_____細胞呼吸速率B點光合作用速率_____細胞呼吸速率,此時光照強度為光的補償點細胞呼吸細胞呼吸速率小于等于BC段光合作用速率_____細胞呼吸速率,隨光照強度增加,光合作用速率逐漸增加C點光照強度增加,光合作用速率_________,此時的光照強度(C′)為光的飽和點C點以后此階段限制光合作用速率的環(huán)境因素為溫度、CO2濃度等大于基本不變2.CO2濃度:(1)原理:CO2濃度通過影響_______階段,制約C3的生成進而影響光合作用強度。暗反應(2)曲線:關鍵點ACO2的補償點:光合速率_____呼吸速率時的CO2濃度A′進行光合作用所需的最低CO2濃度B和B′CO2飽和點走勢分析圖1和圖2一定范圍內(nèi),光合作用強度隨CO2濃度的增大而增強,但當CO2達到一定的濃度時,光合作用強度_________等于不再增強3.溫度:(1)原理:通過影響_______進而影響光合作用。(2)曲線:酶活性①AB段:隨著溫度升高,光合作用強度_____。②B點:光合作用_____溫度下的光合作用強度。③BC段:隨著溫度升高,光合作用強度_____。④溫度過高時,酶失活,光合作用完全停止。增強最適減弱4.水及礦質(zhì)元素對光合作用的影響:(1)原理:①N、Mg、Fe等是_______合成的必需元素,若這些元素缺乏,會影響葉綠素的合成從而影響光合作用。②水既是光合作用的原料,又是體內(nèi)各種化學反應的介質(zhì),水還會影響氣孔的開閉,從而影響___進入植物體。葉綠素CO2(2)曲線:5.影響因素在生產(chǎn)實踐中的應用(連線):【激疑】夏季晴朗的中午,植物的光合作用強度不是最大,而是相對降低,這一現(xiàn)象稱為植物的“午休”。試解釋出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因。提示:夏季晴朗的中午,溫度較高,植物蒸騰作用旺盛,植物失水較多,導致氣孔關閉,影響二氧化碳的吸收,從而使光合作用強度降低。知識點一探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響測定光合速率與呼吸速率的裝置:(1)測定裝置:(2)測定方法及解讀。①測定呼吸速率。a.在小燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃鐘罩遮光處理,以排除光合作用干擾。c.置于適宜溫度環(huán)境中。d.紅色液滴向左移動(單位時間內(nèi)移動距離代表呼吸速率)。②測定凈光合速率。a.在小燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液,用于保證容器內(nèi)CO2濃度恒定,滿足光合作用的需求。b.必須給予較強光照處理,且溫度適宜。c.紅色液滴向右移動(單位時間內(nèi)移動距離代表凈光合速率)?！舅伎肌び懻摗繄D示裝置中液滴的移動可能是由于環(huán)境因素所導致,排除這一無關變量,應在原實驗的基礎上如何設計?(科學探究)提示:可增加一組實驗,其他設計同原實驗,只是去掉綠色植物?！舅仞B(yǎng)案例】為探究光照強度對光合作用的影響,某興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置若干組,在25℃條件下進行了一系列實驗。下列說法正確的是(

)A.在無光條件下,液滴向左移動B.在有光條件下,液滴向右移動C.在有光條件下,液滴向右移動的距離代表光合速率D.隨光照強度的增強,液滴向右移動的距離逐漸增大【解題導引】(1)找出關鍵點:CO2緩沖液可以維持密閉裝置內(nèi)一定的二氧化碳濃度,即密閉裝置內(nèi)氣體體積的變化不是由二氧化碳的產(chǎn)生或消耗引起的。(2)分清兩個關系:光合作用與細胞呼吸的大小?！窘馕觥窟xA。由于CO2緩沖液維持裝置中的CO2含量不變,所以引起裝置中氣壓變化的原因是O2的變化。無光條件下綠色植物只進行細胞呼吸,消耗O2,液滴左移,A項正確。有光條件下,綠色植物既進行細胞呼吸消耗O2,又進行光合作用產(chǎn)生O2,若光合作用>細胞呼吸,液滴右移;若光合作用=細胞呼吸,液滴不移動;若光合作用<細胞呼吸,液滴左移,B項錯誤。在有光條件下,液滴向右移動的距離代表凈光合速率,C項錯誤。在達到光飽和點之前隨光照強度的增強,液滴向右移動的距離逐漸增大,D項錯誤?！痉椒ㄒ?guī)律】光合作用、細胞呼吸實驗常用的研究方法(1)“黑白瓶法”:用黑瓶(無光照的一組)測得的結果為呼吸作用強度值,用白瓶(有光照的一組)測得的結果為凈光合作用強度值,綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。(2)梯度法:用一系列不同光照強度、溫度或CO2濃度的裝置,可探究光照強度、溫度或CO2濃度對光合作用強度的影響?！舅仞B(yǎng)·遷移】用等體積的三個玻璃瓶甲、乙、丙,同時從某池塘水深0.5m處的同一位置取滿水樣,立即測定甲瓶中的氧氣含量,并將乙、丙瓶密封后沉回原處。一晝夜后取出玻璃瓶,分別測定兩瓶中的氧氣含量,結果如表(不考慮化能合成作用)。有關分析合理的是(

)透光玻璃瓶甲透光玻璃瓶乙不透光玻璃瓶丙4.9mg5.6mg3.8mgA.丙瓶中浮游植物的細胞產(chǎn)生[H]的場所是線粒體內(nèi)膜B.在一晝夜內(nèi),丙瓶生物細胞呼吸消耗的氧氣量約為1.1mgC.在一晝夜后,乙瓶水樣的pH比丙瓶的低D.在一晝夜內(nèi),乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用釋放的氧氣量約為1.1mg【解析】選B。本實驗中氧氣含量甲瓶-丙瓶=1.1mg,可表示一晝夜內(nèi)丙瓶中生物細胞呼吸消耗的氧氣量,乙瓶-甲瓶=0.7mg,可表示一晝夜乙瓶中生物凈產(chǎn)生的氧氣量,因此乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用釋放的氧氣量=1.1mg+0.7mg=1.8mg,B正確、D錯誤。丙瓶中浮游植物的細胞產(chǎn)生[H]的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì),A錯誤。一晝夜后,乙瓶水樣中的CO2含量下降,因此其pH上升,而丙瓶中只進行細胞呼吸,CO2含量上升,pH下降,乙瓶水樣的pH比丙瓶的高,C錯誤?！狙a償訓練】取某種植物生長狀態(tài)一致的新鮮葉片,用打孔器將葉片打出若干圓片,圓片平均分成甲、乙、丙三組。甲組立即烘干處理并測得圓片干重為a,乙組保持濕潤且置于一個黑暗密閉裝置內(nèi),丙組保持濕潤且置于一個密閉裝置內(nèi)并給予適宜強度的光照。乙組和丙組其他條件一致,一小時后,測乙裝置內(nèi)圓片干重為b,丙裝置內(nèi)圓片干重為c。下列敘述正確的是(

)A.c-a為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的真正光合速率B.c-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的凈光合速率C.a-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的呼吸速率D.實驗過程中,乙組圓片葉肉細胞呼吸速率保持恒定【解析】選C。c-a為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的凈光合速率;c-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的真正光合速率;a-b為圓片葉肉細胞一小時內(nèi)的呼吸速率;乙裝置隨著O2濃度下降,葉肉細胞呼吸速率也下降。知識點二光合作用影響因素綜合分析1.開放環(huán)境中光合作用晝夜變化曲線分析:(1)曲線分析:MN和PQ夜晚植物只進行細胞呼吸;植物體內(nèi)有機物的總量減少,環(huán)境中CO2量增加,O2量減少N～P光合作用與細胞呼吸同時進行NA和EP清晨和傍晚光照較弱,光合作用強度小于細胞呼吸強度;植物體內(nèi)有機物的總量減少,環(huán)境中CO2量增加,O2量減少A點和E點光合作用強度等于細胞呼吸強度,CO2的吸收和釋放達到動態(tài)平衡;植物體內(nèi)有機物的總量不變,環(huán)境中CO2量不變,O2量不變A～E光合作用強度大于細胞呼吸強度;植物體內(nèi)有機物的總量增加;環(huán)境中CO2量減少,O2量增加C點葉片表皮氣孔部分關閉,光合作用強度下降E點光合作用產(chǎn)物的積累量最大(2)一晝夜有機物的積累量的計算方法(用CO2表示):一晝夜有機物的積累量=白天從外界吸收的CO2量-晚上呼吸作用釋放的CO2量,即S3-(S1+S4)。2.密閉玻璃罩內(nèi)CO2濃度與時間的關系曲線:(1)曲線分析:AB段無光照,植物只進行細胞呼吸BC段溫度降低,細胞呼吸減弱CD段4時后,微弱光照,開始進行光合作用,但光合作用強度<細胞呼吸強度D點光合作用強度=細胞呼吸強度DH段光合作用強度>細胞呼吸強度H點光合作用強度=細胞呼吸強度HI段光照繼續(xù)減弱,光合作用強度<細胞呼吸強度,直至光合作用完全停止(2)植物生長與否的判斷方法:I點低于A點說明一晝夜,密閉容器中CO2濃度減小,即光合作用強度>細胞呼吸強度,植物生長若I點高于A點說明光合作用強度<細胞呼吸強度,植物體內(nèi)有機物總量減少,植物不能生長若I點等于A點說明光合作用強度=細胞呼吸強度,植物體內(nèi)有機物總量不變,植物不生長【思考·討論】1.各種環(huán)境因素同時對植物的光合作用產(chǎn)生影響,試分析冬季早晨和夏季早晨限制光合作用的因素分別是什么。(科學思維)提示:冬季早晨溫度較低,溫度是限制光合作用的主要因素;夏季早晨溫度較高,光照較弱,光照是限制光合作用的主要因素。2.大棚生產(chǎn)中,為什么多施加有機肥能夠提高作物的產(chǎn)量?(科學思維)提示:有機肥中的有機物被微生物分解產(chǎn)生二氧化碳和無機鹽,二氧化碳能夠增加大棚中的二氧化碳濃度,無機鹽為作物提供礦質(zhì)營養(yǎng)?！舅仞B(yǎng)案例】(2018·全國卷Ⅱ)為了研究某種樹木樹冠上下層葉片光合作用的特性,某同學選取來自樹冠不同層的A、B兩種葉片,分別測定其凈光合速率,結果如圖所示。據(jù)圖回答問題:(1)從圖可知,A葉片是樹冠__________________(填“上層”或“下層”)的葉片,判斷依據(jù)是________________________________________________________________________________。

(2)光照強度達到一定數(shù)值時,A葉片的凈光合速率開始下降,但測得放氧速率不變,則凈光合速率降低的主要原因是光合作用的______________________反應受到抑制。

(3)若要比較A、B兩種新鮮葉片中葉綠素的含量,在提取葉綠素的過程中,常用的有機溶劑是___________________________。

【解題導引】解答本題需明確以下兩點:(1)明確題干兩圖的區(qū)別,比較光飽和點、光補償點的大小。(2)明確光合作用過程及影響光合作用的外界因素?！窘馕觥?1)題干兩圖橫坐標都是光照強度,縱坐標都是凈光合速率。A葉片的細胞呼吸弱,光補償點低,光飽和點低,適應弱光環(huán)境,判斷為下層葉片。(2)放氧速率不變,說明光反應速率不變,凈光合速率下降的主要原因是暗反應受到抑制。(3)綠葉中的色素易溶于有機溶劑,常用無水乙醇提取。答案:(1)下層A葉片的凈光合速率達到最大時所需光照強度低于B葉片(2)暗(3)無水乙醇【方法規(guī)律】植物“三率”的判定(1)根據(jù)坐標曲線判定:①當光照強度為0時,若CO2吸收值為負值,該值絕對值代表呼吸速率,該曲線代表凈光合速率。②當光照強度為0時,若CO2吸收值為0,該曲線代表真正光合速率。(2)根據(jù)關鍵詞判定:檢測指標呼吸速率凈光合速率真正(總)光合速率CO2釋放量(黑暗)吸收量利用量、固定量、消耗量O2吸收量(黑暗)釋放量產(chǎn)生量有機物消耗量(黑暗)積累量制造量、產(chǎn)生量【素養(yǎng)·探究】——情境遷移為了探究生長條件對植物光合作用的影響,某研究小組將某品種植物的盆栽苗分成甲、乙兩組,置于人工氣候室中,甲組模擬自然光照,乙組提供低光照,其他培養(yǎng)條件相同。結果如圖:(1)據(jù)圖判斷,光照強度低于a時,限制甲、乙兩組植物光合作用的因素是什么?(科學思維)提示:光照強度。(2)b光照強度下,要使甲組的光合作用強度升高,可以考慮的措施是什么?(科學思維)提示:適當提高CO2濃度、溫度、水、礦質(zhì)元素等條件?！舅仞B(yǎng)·遷移】圖甲表示水稻的葉肉細胞在光照強度分別為a、b、c、d時,單位時間內(nèi)CO2的釋放量和O2產(chǎn)生總量的變化。圖乙表示藍細菌光合速率與光照強度的關系,下列說法正確的是(

)A.圖甲中,光照強度為b時,光合速率等于呼吸速率B.圖甲中,光照強度為d時,單位時間內(nèi)細胞從周圍吸收2個單位的CO2C.圖乙中,當光照強度為x時,細胞中產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體D.圖乙中,限制e、f、g點光合作用速率的因素主要是光照強度【解析】選B。分析圖甲可知,光照強度為b時,CO2釋放量和O