光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件-高一上學期生物人教版必修1

第3課時光合作用原理的應用學有目標——課標要求必明記在平時——核心語句必背1.設計并實施實驗，探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響2.關注光合作用原理的應用1.在一定范圍內(nèi)，隨著光照強度或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.提高光合作用強度的兩種主要措施：①控制光照強弱和溫度的高低；②適當增加環(huán)境中的CO2濃度【主干知識梳理】一、光合作用原理的應用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。(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度：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，如無機營養(yǎng)、病蟲害等。④酶——影響酶活性的因素，如_____等。單位時間糖類強弱CO2溫度2．探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響實驗流程：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：硝化細菌能利用土壤中的________氧化成亞硝酸(HNO2)，進而氧化成硝酸(HNO3)。這兩個化學反應中所釋放的化學能將__________合成為糖類，供自身利用。無機物有機物氨(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________和光合細菌硝化細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能無機物有機物【教材微點發(fā)掘】1．植物在進行光合作用的同時，還會進行呼吸作用(教材第105頁“旁欄思考”發(fā)掘)。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度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題(由教材第106頁“拓展應用”中第1題拓展)：(1)光合作用強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段光合作用強度不斷增強的主要環(huán)境因素是____________，該因素的增強促進了光合作用中__________反應階段，從而為暗反應階段提供更多的____________。(3)BC段光合作用強度下降的主要原因是__________________________，導致光合作用中的________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度的措施：________________________________________________。答案：(1)固定的CO2量制造的有機物量(2)光照強度光ATP、NADPH

(3)氣孔部分關閉，CO2吸收量減少CO2固定(4)減少(5)適當遮陰

新知探究(一)探究光照強度對光合作用強度的影響【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度的影響”實驗完成有關問題：(1)實驗原理：抽去圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中_____，光照下葉片進行光合作用產(chǎn)生氧氣，充滿細胞間隙，葉片又會_____。光合作用越強，單位時間內(nèi)圓形小葉片上浮的數(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，燒杯內(nèi)圓形小葉片浮起的數(shù)量_____，說明一定范圍內(nèi)，隨著光照強度的不斷增強，光合作用強度_________。越多不斷增強(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，細胞間隙充滿水，葉片下降；光照后，葉片進行光合作用，細胞間隙又充滿氣體，葉片上升。(5)圓形小葉片上浮實驗中的三個關注點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，而且會延長圓形小葉片上浮的時間，影響實驗結(jié)果的準確性。③為確保溶液中CO2含量充足，圓形小葉片可以放入NaHCO3溶液中?！緫谩んw驗】1．某同學想探究CO2濃度與光合速率的關系。取甲、乙、丙、丁四株都有5片葉的小白菜，分別用直徑0.6cm的打孔器打出圓形葉片10片，并設法抽去葉片內(nèi)的氣體使之在水中下沉，置于光下。取100mL三角瓶4個，編號1～4，按下表操作(光照、溫度相同且適宜)并記錄結(jié)果。下列評價或修正不合理的是

(

)編號實驗處理30min內(nèi)上浮葉圓片數(shù)/片圓形葉片來源圓形葉片數(shù)/片自來

水/mLNaHCO3/g1甲1040022乙1040163丙1040344丁104055A．自變量CO2濃度的控制不嚴格B．只要控制光照、溫度相同即可C．實驗材料本身存在的差異會影響實驗結(jié)果D．制備的圓形葉片在投入三角瓶之前應放于黑暗處解析：自來水中也有少量CO2，因此使用自來水時，會對CO2濃度造成影響；在進行探究實驗的過程中，葉圓片數(shù)、自來水的量等無關變量應保持相同且適宜；由于圓形葉片來自甲、乙、丙、丁四株小白菜，因此實驗材料本身存在的差異會影響實驗結(jié)果；制備的圓形葉片在投入三角瓶之前可進行黑暗處理，目的是消耗掉圓形葉片中的氧氣，能夠使葉圓片沉在燒杯中。故選B。答案：B

2．

取生長旺盛的天竺葵葉片，用打孔器打出圓形葉片若干并抽取葉片細胞內(nèi)空氣，均分后置于不同濃度的NaHCO3溶液中，給予相同的一定強度光照，記錄圓形葉片上浮至液面所需時間，其結(jié)果繪制的曲線如圖。相關敘述錯誤的是(

)A．YZ段平緩的限制因素可能是光照強度B．Y點比X點細胞內(nèi)的C5含量高C．Z點后曲線上行，應該是圓形葉片細胞失水，代謝受影響導致D．Y點時葉肉細胞產(chǎn)生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體解析：YZ段平緩，說明隨著CO2濃度的增加光合作用不再增強，則限制因素可能是光照強度，A正確；Y點與X點相比，CO2濃度高，CO2的固定加快，則Y點細胞內(nèi)的C5含量低，B錯誤；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，應該是圓形葉片細胞失水，代謝受影響導致，C正確；Y點既有光合作用又有呼吸作用，則葉肉細胞產(chǎn)生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體，D錯誤。答案：B

新知探究(二)影響光合作用的因素【拓展·深化】1．光照強度曲線模型模型分析曲線對應點細胞生理活動ATP產(chǎn)生場所植物組織外觀表現(xiàn)A點只進行細胞呼吸，不進行光合作用只在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體從外界吸收，向外界排出CO2續(xù)表AB段(不含A、B點)呼吸量>光合量細胞質(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)生氣體交換從外界吸收CO2，向外界釋放O2。此時植物可更新空氣B點之后光合量>呼吸量應用①溫室生產(chǎn)中，適當增強光照強度，以提高光合速率，使作物增產(chǎn)②陰生植物的光補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2．CO2濃度原理CO2影響暗反應階段，制約C3的形成曲線模型及分析圖1中A點表示CO2補償點，即光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度，圖2中A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B′點都表示CO2飽和點應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風”，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；晚上適當降低溫室內(nèi)溫度，以降低細胞呼吸速率，提高植物有機物的積累量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用在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應，可提高光合作用強度；但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高，植物發(fā)生滲透失水而導致植物光合作用強度下降在農(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【典題·例析】[典例1]如圖曲線Ⅰ表示黃豆光合速率與光照強度的關系(適宜溫度、CO2濃度為0.03%)。在y點時改變某條件，曲線變?yōu)棰颉Ｏ铝蟹治龊侠淼氖?/p>

(

)A．與y點相比，x點葉綠體中的C3含量較低B．在y點時，升高溫度導致曲線由Ⅰ變?yōu)棰駽．制約x點光合作用的因素主要是葉綠體中色素的含量D．制約z點光合作用的因素可能是CO2濃度[解析]

x點的光照強度比y點弱，所以x點的C3含量較y點高；本來處于適宜溫度下的y點，升高溫度會導致酶的活性降低，則所得曲線應在曲線Ⅰ的下方；x點光合作用的限制因素主要是光照強度；在大于光飽和點的光照強度處增加CO2濃度，會提高光合速率，因此制約z點光合作用的因素可能是CO2濃度。故選D。[答案]

D[典例2]科學家研究CO2濃度、光照強度和溫度對同一植物光合作用強度的影響，得到實驗結(jié)果如圖。請據(jù)圖判斷，下列敘述錯誤的是

(

)A．光照強度為a時，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強度差異的原因是CO2濃度不同B．光照強度為b時，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強度差異的原因是溫度的不同C．光照強度為a～b時，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強度隨光照強度升高而升高D．光照強度為a～c時，曲線Ⅰ、Ⅲ光合作用強度隨光照強度升高而升高[解析]光照強度為a時，影響曲線Ⅱ、Ⅲ光合作用強度的溫度、光照強度相同，而CO2濃度不同，A正確；光照強度為b時，影響曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強度的CO2濃度和光照強度相同，而溫度不同，B正確；在光照強度為a～b時，曲線Ⅰ、Ⅱ都未達到光飽和點，光合作用強度隨光照強度升高而升高，C正確；光照強度在a～c之間時，曲線Ⅲ已達到光飽和點，隨光照強度增加，光合作用強度不再增加，D錯誤。[答案]

D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鍵。具體方法是對縱坐標或橫坐標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。當曲線上標有條件時，說明因變量受橫坐標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，則應該考慮溫度以外的影響因素?！緫谩んw驗】1．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。下列有關說法正確的是

(

)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點光合速率的因素主要是光照強度解析：分析圖甲可知，光照強度為b時，CO2的釋放量和O2產(chǎn)生總量相等，細胞呼吸釋放的CO2首先供應葉綠體進行光合作用，剩余部分釋放到外界，說明此時細胞呼吸大于光合作用，A錯誤；光照強度為d時，水稻葉肉細胞的光合速率大于呼吸速率，光照強度為a時，CO2的釋放量即為呼吸速率，則光照強度為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細菌，藍細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度，可能是CO2濃度及溫度等，D錯誤。答案：B

2．在適宜溫度、水分和一定的光照強度下，甲、乙兩種植物葉片的CO2凈吸收速率與CO2濃度的關系如圖所示，下列說法正確的是

(

)A．CO2濃度大于a時，甲才能進行光合作用B．CO2濃度為b時，甲、乙總光合作用強度相等C．適當增加光照強度，c點將右移D．限制P點CO2凈吸收速率的因素是溫度和光照強度解析：CO2濃度為a時表明甲植物的凈光合速率為0，此時光合作用強度等于呼吸作用強度，A錯誤；CO2濃度為b時，甲、乙兩植物的凈光合作用強度相等，由于不知道兩植物的呼吸作用強度，因此不能比較總光合作用強度，B錯誤；c點時，CO2濃度不再是限制光合作用的主要因素，因此此時適當增加光照強度可提高光合作用強度，c點將右移，C正確；圖中曲線是在最適溫度條件下測定的，所以限制P點CO2凈吸收速率的因素是光照強度，而不是溫度，D錯誤。答案：C

科學探究——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固定量或有機物產(chǎn)生量(或制造量)表示。2．光合速率與呼吸速率的關系下圖1表示光照強度與CO2的吸收速率的關系，圖2表示線粒體與葉綠體的關系。結(jié)合圖2與圖1中的曲線分析如下：(1)圖1中A點光照強度為0，只進行呼吸作用，與圖2中乙對應。OA代表呼吸速率。(2)圖1中AB段由于光照強度較弱，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。(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。B點對應的光照強度為光的補償點。(4)B點以后，由于光照強度繼續(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；C點以后，光照強度再增加，光合速率不再增大，C點對應的光照強度稱為光的飽和點；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、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結(jié)果進行校正。【素養(yǎng)評價】1．植物的光合作用受CO2濃度、溫度與光照強度的影響。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。下列有關說法錯誤的是

(

)

A．在a點所示條件下，該植物的葉肉細胞內(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(原光照強度和CO2濃度不變)，則圖中b點將向右移，c點將

向左下移動解析：在a點所示條件下，細胞只進行呼吸作用，產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，A錯誤；a點的縱坐標表示呼吸速率，呼吸速率是5mg/(100cm2葉·h)，B正確；c點光照強度下，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，C正確；將溫度提高到30℃，真正光合速率降低，細胞呼吸速率增大，凈光合速率降低，c點將向左下移，光補償點(b點)將向右移，D正確。答案：A

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)青蛙只進行細胞呼吸不進行光合作用，故乙裝置內(nèi)水滴只會左移。故選B。答案：B3．育種工作者為研究自然條件下大豆光合作用速率的日變化情況，設計了圖1所示的裝置。實驗中將裝置置于自然環(huán)境中，測定北方夏季晴天一晝夜中小室內(nèi)O2的增加量或減少量，得到如圖2所示曲線。請據(jù)圖回答下列問題：(1)圖2中的c點表示的生物學含義是_______________________________。(2)圖2曲線中，6～8h時，小室內(nèi)O2減少量逐漸減小，其可能的主要原因是_________________________________________