【天成教育】2022年高中生物必修一教師用書-5.4.3光合作用的原理和應(yīng)用(二)

一、光合作用原理的應(yīng)用1．光合作用強(qiáng)度(1)概念：植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。(2)表示方法：用肯定時間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物生成的數(shù)量來定量表示。2．影響因素(1)空氣中CO2濃度。(2)土壤中水分含量。(3)光照的時間、強(qiáng)度以及光的成分。(4)溫度的凹凸。3．應(yīng)用把握光照的強(qiáng)弱和溫度的凹凸，適當(dāng)增加作物環(huán)境中CO2的濃度來提高光合作用強(qiáng)度。4．光照強(qiáng)度影響光合作用強(qiáng)度的試驗(yàn)(1)試驗(yàn)流程：打出小圓形葉片(30片)：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出(直徑＝1cm)抽出葉片內(nèi)氣體：用注射器(內(nèi)有清水、小圓葉片)抽出葉片內(nèi)氣體(O2等)小圓葉片沉入水底：將抽出內(nèi)部氣體的小圓形葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯內(nèi)，小圓形葉片全部沉到水底試驗(yàn)處理及結(jié)果：項(xiàng)目燒杯小圓形葉片加富含CO2的清水光照強(qiáng)度葉片浮起的數(shù)量甲10片20mL強(qiáng)最多乙10片20mL中較多丙10片20mL弱較少(2)試驗(yàn)結(jié)論：在肯定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增加，光合作用強(qiáng)度不斷增加(同一時間內(nèi)產(chǎn)生O2越多，浮起的葉片越多)。二、化能合成作用1．化能合成作用(1)概念：利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物。(2)實(shí)例：硝化細(xì)菌能利用氧化NH3釋放的化學(xué)能將CO2和H2O合成為糖類，供自身利用。2．自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物(1)自養(yǎng)生物：①特點(diǎn)：能將無機(jī)環(huán)境中的CO2和H2O轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的生物。②代表生物：進(jìn)行光合作用的生物(如綠色植物)；進(jìn)行化能合成作用的生物(如硝化細(xì)菌)。(2)異養(yǎng)生物：①特點(diǎn)：只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來維持自身的生命活動。②代表生物：人、動物、真菌以及大多數(shù)細(xì)菌。一、影響光合作用的因素1．光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響(1)閱讀教材P104～P105[探究]內(nèi)容，思考并爭辯下列問題：①探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響試驗(yàn)所依據(jù)的原理是什么？提示：葉片含有空氣上浮eq\o(→,\s\up7(抽氣))葉片下沉eq\o(→,\s\up7(光合作用產(chǎn)生氧氣))布滿細(xì)胞間隙，葉片上浮。②該探究試驗(yàn)的自變量及其設(shè)置方法分別是什么？提示：自變量是光照的強(qiáng)弱；設(shè)置方法是調(diào)整臺燈與試驗(yàn)材料之間的距離。(2)如圖表示光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響曲線，分析曲線爭辯并回答：①A點(diǎn)時，光照強(qiáng)度為0，對應(yīng)的CO2來源于哪些生理過程？其釋放量的含義是什么？提示：A點(diǎn)時，光照強(qiáng)度為0，此時只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，其單位時間內(nèi)釋放的CO2量，可表示此時的細(xì)胞呼吸速率。②B點(diǎn)時，所對應(yīng)的CO2吸取量和釋放量為0，試分析此時間合速率與細(xì)胞呼吸速率的關(guān)系及B點(diǎn)的含義。提示：B點(diǎn)時，細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此點(diǎn)為光補(bǔ)償點(diǎn)。③C點(diǎn)時，CO2吸取量達(dá)到最高，請爭辯C點(diǎn)的含義并分析CO2吸取量達(dá)到最高前、后的主要限制因素分別是什么？提示：當(dāng)達(dá)到C點(diǎn)后，光合作用不再隨光照強(qiáng)度的上升而增加，稱之為光飽和點(diǎn)。CO2吸取量達(dá)到最高前的主要限制因素是光照強(qiáng)度，CO2吸取量達(dá)到最高后的主要限制因素為溫度和CO2濃度。2．CO2濃度對光合作用強(qiáng)度的影響依據(jù)圖示分析：(1)分析E點(diǎn)的含義。提示：E表示進(jìn)行光合作用的最低CO2濃度。(2)描述曲線變化規(guī)律。提示：在肯定范圍內(nèi)，植物光合速率隨CO2濃度的增加而加快；但達(dá)到肯定濃度時，再增加CO2濃度，光合速率也不再增加。3．溫度對光合作用強(qiáng)度的影響如圖表示溫度對光合作用強(qiáng)度的影響曲線，分析曲線，爭辯下列問題：(1)溫度對光合作用強(qiáng)度的影響是怎樣起作用的？提示：溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)的酶的活性而影響光合作用強(qiáng)度的。(2)嘗試描述曲線的意義。提示：DG段隨溫度的上升光合速率漸漸加強(qiáng)；至G點(diǎn)時達(dá)到最大；GH段表示隨溫度的上升，光合速率快速下降，直至光合作用完全停止。二、化能合成作用閱讀教材P105最終兩自然段，回答下列問題：1．歸納推斷自養(yǎng)生物與異養(yǎng)生物的依據(jù)，并分析它們的本質(zhì)區(qū)分。提示：①推斷依據(jù)：看能否把無機(jī)物合成為有機(jī)物。②本質(zhì)區(qū)分：能把無機(jī)物合成為有機(jī)物的生物是自養(yǎng)生物，以現(xiàn)成的有機(jī)物為食的生物是異養(yǎng)生物。2．試從物質(zhì)變化和能量變化角度，分析化能合成作用與光合作用具有哪些異同點(diǎn)？提示：①相同點(diǎn)：均能把無機(jī)物合成為有機(jī)物，儲存能量。②不同點(diǎn)：合成有機(jī)物時利用的能量不同。光合作用利用的是光能；化能合成作用利用的是無機(jī)物氧化時所釋放的化學(xué)能。一、影響光合作用速率的因素1．外界因素除光照強(qiáng)度、CO2濃度外，還有溫度、土壤中水分、礦質(zhì)離子(如Mg2＋)等。2．植物內(nèi)部因素有葉綠體數(shù)量、光合色素含量、酶的數(shù)量及活性、離子載體數(shù)量等，由植物體內(nèi)的遺傳因素打算。二、細(xì)胞呼吸和光合作用的曲線分析植物葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用吸取CO2的同時，還進(jìn)行呼吸作用釋放CO2，所以測定的CO2的吸取量并不是真正光合速率，而是表觀光合速率。圖1表示CO2的吸取與光照強(qiáng)度變化的關(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(diǎn)光照強(qiáng)度為0，表示只進(jìn)行呼吸作用，與圖2中B圖對應(yīng)。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取，另一部分釋放出去，與圖2中A圖對應(yīng)。3．圖1中b點(diǎn)表示光合速率與呼吸速率相等，CO2表現(xiàn)為既不吸取也不釋放，與圖2中C圖對應(yīng)。4．b點(diǎn)以后，由于光照強(qiáng)度變得較大，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)為從外界吸取CO2，與圖2中D圖對應(yīng)。三、光合作用與細(xì)胞呼吸的相關(guān)計(jì)算上面圖1中，Oa段表示植物呼吸速率，Od段表示植物表觀光合速率(即凈光合速率)，Oa＋Od段表示真正光合速率(即實(shí)際光合速率或總光合速率)，它們的關(guān)系為：真正光合速率＝表觀光合速率＋呼吸速率。具體表述為：1．光合作用消耗的CO2總量＝從外界吸取的CO2量＋呼吸作用產(chǎn)生的CO2量。2．光合作用產(chǎn)生的O2量＝釋放到外界的O2量＋呼吸作用消耗的O2量。3．一晝夜有機(jī)物的積累量(用CO2量表示)＝白天從外界吸取的CO2量－晚上呼吸作用釋放的CO2總量。[例1]某同學(xué)想探究二氧化碳濃度與光合速率的關(guān)系。取甲、乙、丙、丁四株都有5片葉的小白菜，分別用直徑1cm的打孔器打出葉圓片10片，并設(shè)法抽去葉片內(nèi)氣體使之下沉，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。編號試驗(yàn)處理30min內(nèi)上浮葉圓片數(shù)(片)葉圓片來源葉圓片數(shù)(片)自來水(mL)NaHCO3(克)1甲1040022乙1040163丙1040344丁104055下列評價或修正不合理的是()A．自變量二氧化碳濃度的限制不嚴(yán)格B．只要把握光照、溫度相同即可C．試驗(yàn)材料本身存在的差異會影響試驗(yàn)結(jié)果D．制備的葉圓片在投入三角瓶之前應(yīng)放于黑暗處[解析]本試驗(yàn)中存在多個自變量，材料的來源不同，CO2的濃度不同，所以在一個試驗(yàn)中存在著多個自變量，得出的試驗(yàn)結(jié)果是不行靠的，一個試驗(yàn)中只能存在一個自變量，除了這個自變量外其他變量應(yīng)保持相同。由于抽取氣體后在光下還有可能產(chǎn)生氣體，所以抽取氣體后應(yīng)進(jìn)行黑暗處理。[答案]B[例2](重慶高考)如圖是水生植物黑藻在光照等環(huán)境因素影響下光合速率變化的示意圖，下列有關(guān)敘述正確的是()A．t1→t2，葉綠體類囊體膜上的色素吸取光能增加，基質(zhì)中水光解加快、O2釋放增多B．t2→t3，暗反應(yīng)限制光合作用。若在t2時刻增加光照，光合速率將再提高C．t3→t4，光照強(qiáng)度不變，光合速率的提高是由于光反應(yīng)速率不變、暗反應(yīng)速率增加D．t4后短臨時間內(nèi)，葉綠體中ADP和Pi含量上升，C3還原后的直接產(chǎn)物含量降低[解析]光合作用中水的光解發(fā)生在葉綠體類囊體膜上而不是葉綠體基質(zhì)中，A項(xiàng)錯誤；圖示t2→t3，限制光合作用的主要因素是CO2濃度而不是光照強(qiáng)度，在t2時刻增加光照，光合速率不再提高，B項(xiàng)錯誤；充分光照條件下，在t3時刻補(bǔ)充CO2，光照強(qiáng)度不變，暗反應(yīng)增加消耗光反應(yīng)產(chǎn)物[H]和ATP增加，肯定程度增加了光反應(yīng)速率，C項(xiàng)錯誤；將充分光照下的植物置于暗處，短時間內(nèi)葉綠體中ADP和Pi含量上升，C3還原后的直接產(chǎn)物含量降低，D項(xiàng)正確。[答