第五章細胞的能量供應(yīng)和利用第四節(jié)

光合作用與能量轉(zhuǎn)化（3）——影響光合作用的因素及原理應(yīng)用——教學(xué)目標(biāo)1.設(shè)計并實施實驗，探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響。[科學(xué)探究]2.分析影響光合作用的因素及其應(yīng)用。[生命觀念、科學(xué)思維]重點難點教學(xué)重點：

1.探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響。教學(xué)難點：1.探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響。重點關(guān)注：

影響光合作用的環(huán)境因素│限制光合作用的內(nèi)部因素│光合作用應(yīng)用溫故知新二、光合作用光合作用的光反應(yīng)需要色素的參與，因而發(fā)生在[1]

__，其中葉綠素主要吸收可見光部分的[2]

，類胡蘿卜素主要吸收[3]

。從物質(zhì)轉(zhuǎn)化來看，光反應(yīng)又包含[4]

和[5]

兩步反應(yīng)。從能量轉(zhuǎn)化角度來看，光反應(yīng)是把光能轉(zhuǎn)化成[6]

___

_________。光合作用的暗反應(yīng)有光無光均可進行，發(fā)生在[7]

中，主要包含的物質(zhì)轉(zhuǎn)化是[8]

和[9]

的還原。從能量轉(zhuǎn)化角度來看，主要是將ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為[10]

。三、化能合成作用是指利用體外環(huán)境中的[11]

氧化時所釋放的能量來制造有機物。例如，硝化細菌能利用[12]

氧化時釋放的化學(xué)能將[13]

合成為糖類，供自身利用。葉綠體類囊體的薄膜上紅光和藍紫光藍紫光水的光解ATP的合成ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能葉綠體基質(zhì)二氧化碳的固定C3有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能某些無機物氨二氧化碳和水溫故知新光反應(yīng)暗反應(yīng)光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能一、光合作用強度指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的量。任務(wù)1：探究影響光合作用的因素光合作用的影響因素及應(yīng)用1.概念：2.表示方法：單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生有機物的量單位時間內(nèi)光合作用吸收CO2的量單位時間內(nèi)光合作用放出O2的量一、光合作用強度任務(wù)1：探究影響光合作用的因素光合作用的影響因素及應(yīng)用3.影響因素：影響因素二、影響光合作用的環(huán)境因素任務(wù)1：探究影響光合作用的因素光合作用的影響因素及應(yīng)用1.探究思路2.探究光照強度對光合作用強度的影響光合作用的影響因素及應(yīng)用任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素（1）變量的分析和控制自變量如何控制自變量因變量因變量檢測指標(biāo)無關(guān)變量不同光照強度光合作用強度（光合速率）葉圓片的大小、數(shù)量；溫度；CO2濃度等①不同瓦數(shù)的燈（臺燈與燒杯之間的距離相同）；②相同瓦數(shù)臺燈離實驗裝置（燒杯）的距離。①相同時間葉圓片上浮的數(shù)量；②葉圓片全部上浮所需的時間。（2）實驗步驟：①取材光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素（2）實驗步驟：②預(yù)處理光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素排氣：將圓形小葉片置于吸入清水的注射器內(nèi)，用手指堵住注射器前端小孔拉動活塞，使葉片內(nèi)氣體逸出。保存：將處理過的圓形小葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。（2）實驗步驟：③分組光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素

取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%～2%的NaHCO3溶液）NaHCO3緩沖液的作用維持裝置中CO2濃度的穩(wěn)定，為光合作用提供CO2。（2）實驗步驟：④變量處理光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，分別置于強、中、弱光下（2）實驗步驟：光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素⑤觀察記錄實驗現(xiàn)象（時間10min)強（10cm）中（20cm）弱（30cm）5分鐘10片0片0片10分鐘10片4片0片15分鐘10片5片1片20分鐘10片6片2片不同光照強度下浮起的葉片數(shù)記錄表光合作用強度A光照強度

在一定范圍內(nèi),光合作用強度隨光照強度的增大而加快，超過一定值后光合作用強度趨于穩(wěn)定。（3）實驗結(jié)論：光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素P問題：實驗所測是否為葉片實際光合作用強度？光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素總光合速率=凈光合速率+呼吸速率O2CO2O2CO2較強光照時（可以測得）（可以測得）凈光合速率光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素光照強度CO2吸收量CO2釋放量ABC光補償點光飽和點Oc呼吸速率總光合速率①原理分析：光照強度直接影響光反應(yīng)階段，制約ATP和NADPH的生成，進而制約暗反應(yīng)階段。D凈光合速率光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素光照強度CO2吸收量CO2釋放量ABC光補償點光飽和點Oc呼吸速率總光合速率（2）曲線分析：A點時，光照強度為0，只進行細胞呼吸。植物表現(xiàn)為吸收O2釋放CO2。A點O2CO2DB點時，光合作用強度等于細胞呼吸強度。此時植物表現(xiàn)為既不吸收CO2和O2，也不釋放CO2和O2，光合作用同化的有機物量與細胞呼吸消耗的有機物量相等。這一光照強度稱為光補償點。B點凈光合速率光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素光照強度CO2吸收量CO2釋放量ABC光補償點光飽和點Oc呼吸速率總光合速率（2）曲線分析：A點O2CO2AB段B點DAB段（不包括A、B兩點），隨著光照強度的增強，光合作用強度也逐漸增強，但是仍然小于細胞呼吸強度。植物整體表現(xiàn)為吸收O2

釋放CO2。凈光合速率光合作用的影響因素及應(yīng)用2.探究光照強度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素光照強度CO2吸收量CO2釋放量ABC光補償點光飽和點Oc呼吸速率總光合速率（2）曲線分析：A點O2CO2AB段B點BC段，隨著光照強度的增強，光合作用強度不斷增強。光合作用強度大于細胞呼吸強度，植物表現(xiàn)為吸收CO2釋放O2，有有機物積累。BC段c：光飽和點：植物達到最大光合速率所需要的最小光照強度AC段的限制因素為光照強度，CD段限制因素主要是溫度或CO2。D欲使植株正常生長，則必須使光照強度大于B點對應(yīng)的光照強度（大于光補償點）；適當(dāng)提高光照強度可增加大棚作物產(chǎn)量。光合作用的影響因素及應(yīng)用應(yīng)用：合理密植；間作套種；適當(dāng)剪枝陽生植物呼吸速率光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC光補償點光飽和點D陰生植物2.探究光照強度對光合作用強度的影響二、影響光合作用的環(huán)境因素（3）應(yīng)用：CO2補償點光合作用的影響因素及應(yīng)用3.CO2濃度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素CO2的吸收速率CO2的釋放速率CO2濃度光合速率（1）原理分析：通過影響暗反應(yīng)階段，制約C3的生成。（2）曲線分析：af段不進行光合作用，f點對應(yīng)的CO2濃度是光合作用的最低濃度，與圖2的b′點的含義相同。甲進行光合作用所需的最低CO2濃度圖1圖2b點：光合作用速率＝呼吸作用速率。b點對應(yīng)的CO2濃度叫做CO2補償點。d點：光合作用速率最大。d點對應(yīng)的CO2濃度叫做CO2飽和點。CO2飽和點大氣中的CO2

濃度較低時，植物無法進行光合作用。光合作用的影響因素及應(yīng)用措施：多施有機肥或農(nóng)家肥；溫室栽培植物時還可使用CO2發(fā)生器、釋放一定量的干冰等；“正其行（合理安排植株的間距），通其風(fēng)（補充新鮮的CO2）”，即提高CO2濃度、增加產(chǎn)量。3.CO2濃度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素（3）應(yīng)用：O溫度A光合速率BC光合作用的影響因素及應(yīng)用4.溫度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素（1）原理分析：溫度通過影響與光合作用有關(guān)的酶的活性，進而影響光合作用。（2）曲線分析：AB段在B點之前，隨著溫度升高，光合速率_____B點酶的

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___，溫度過高甚至導(dǎo)致酶失活，光合速率幾乎為零增大最適減小據(jù)圖可知，呼吸作用有關(guān)的酶的最適溫度大于光合作用有關(guān)酶的最適溫度。光合作用的影響因素及應(yīng)用4.溫度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素拓展：光合作用強度O光照強度121410光合作用強度“午休”現(xiàn)象：夏季晴天的中午氣溫高，植物為防止蒸騰失水而關(guān)閉氣孔，CO2吸收減少，進而降低光合速率。溫室栽培中，白天適當(dāng)升高溫度，以提高光合速率；晚上適當(dāng)降低溫室內(nèi)的溫度，以降低細胞呼吸速率，保持適當(dāng)?shù)臅円箿夭?，有利于植物有機物的積累。連續(xù)陰雨天：白天和晚上均適當(dāng)降溫。光合作用的影響因素及應(yīng)用措施：適時播種4.溫度對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素（3）應(yīng)用：光合作用的影響因素及應(yīng)用5.水對光合作用強度的影響任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素（1）原理：A.水既是光合作用的

，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的

，直接影響光合作用速率；B.水分還能影響氣孔的

，間接影響

進入葉片，從而影響光合作用速率。原料介質(zhì)開閉CO2保衛(wèi)細胞吸水氣孔張開缺水氣孔關(guān)閉限制CO2進入葉片光合作用受影響N：酶、NADPH、ATP、葉綠素等的必需元素P：NADPH、ATP等的重要組分Mg：葉綠素的重要組分K：促進光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸光合作用的影響因素及應(yīng)用任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素6.礦質(zhì)元素（1）原理分析：①在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)，可______光合作用速率，但當(dāng)超過一定濃度后，植物光合作用速率

。（2）曲線分析：提高下降

②P～Q的形成原因:

____________________。礦質(zhì)元素過多、土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水萎蔫。光合作用的影響因素及應(yīng)用任務(wù)1：探究影響光合作用的因素二、影響光合作用的環(huán)境因素7.多個環(huán)境因素同時對光合作用的影響曲線分析：P點及P點之前，限制光合速率的因素應(yīng)為________所表示的因素，隨橫坐標(biāo)所示因素的不斷加強，光合速率不斷提高。P~Q點之間的限制因素是____________________________，Q點以后的限制因素是__________。橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)表示的自變量和自變量2自變量2光合作用的影響因素及應(yīng)用【誤區(qū)警示】影響光合作用因素中的兩個易忽略點（1）易忽略溫度改變對光合作用的影響。溫度改變時，不管是光反應(yīng)還是暗反應(yīng)，均會受到影響，但主要影響暗反應(yīng)，因為參與暗反應(yīng)的酶的種類和數(shù)量比參與光反應(yīng)的多。（2）易忽略CO2濃度對光合作用的影響。CO2濃度很低時，光合作用不能進行；當(dāng)CO2濃度大于某值時，光合作用才能進行。對于植物來說，存在CO2的補償點和飽和點，CO2濃度過高時，會抑制植物的細胞呼吸，進而影響光合作用?！咎嵝选恐参镒陨硪蛩貙夂献饔玫挠绊懖煌闹参铩⑼N植物的不同器官和不同的發(fā)育時期，葉綠體的數(shù)量、葉綠體中色素的含量、酶的種類和數(shù)量均有差異，光合作用強度亦受影響?！镜淅?】右圖表示大棚栽培的植物在環(huán)境因素發(fā)生改變時，葉綠體內(nèi)暗反應(yīng)中C3

和C5

含量的變化情況。下列選項中最可能導(dǎo)致這種變化的環(huán)境因素是（）A.給植物增施氮肥和鎂肥B.大棚栽培的植物通過增施農(nóng)家肥料補充CO2

C.給植物補充適宜強度的人工光照D.夜間適當(dāng)降低植物的環(huán)境溫度【解析】A.氮、鎂是構(gòu)成植物體內(nèi)葉綠素的重要元素，增施氮肥和鎂肥有利于葉綠素的合成，使光反應(yīng)產(chǎn)生的［H］和ATP增加，促進C3的還原，導(dǎo)致C3的含量減少，C5的含量增加。B.CO2和C5結(jié)合生成C3，CO2增多會導(dǎo)致C3的含量增加，C5含量減少。B正確。C.補充適宜強度的光照，使光反應(yīng)產(chǎn)生的［H］和ATP增加，加速C3的還原，導(dǎo)致C3含量減少，C5含量增多。C錯誤。D.夜間適當(dāng)降低植物的環(huán)境溫度對光合作用沒有影響，C3和C5的含量基本不變。C錯誤?！敬鸢浮緽B【變式1】圖1是某高等植物成熟綠葉組織在某光照強度和適宜溫度下，光合作用強度增長率隨CO2濃度變化的情況。圖2為從生長狀況相同的植物葉片上剪出大小、部位相同的若干圓葉片，抽取葉片細胞內(nèi)的氣體，平均分成若干份，然后置于不同濃度的NaHCO3溶液中，給予相同的一定強度光照，測量圓葉片上浮至液面所需時間，其記錄結(jié)果繪成的曲線圖。下列分析錯誤的是（）A.圖1中在d點時光合速率達到最大，此時限制光合速率的主要環(huán)境因素可能是光照強度B.圖1中c點與b點相比，葉綠體中NADPH的合成速率不變C.從圖2分析，bc段曲線平緩的限制因素可能是光照強度，而c點以后曲線上行，其原因最可能是NaHCO3濃度過大，導(dǎo)致細胞失水，從而影響細胞代謝D.適當(dāng)增加光照強度重復(fù)圖2實驗，b點將向下移動【解析】A、圖1表示光合作用強度增長率的變化，只要光合作用強度增長率為正值，植物光合作用速率都在不斷增加，所以在增長率達到0時（即d點）光合作用速率達到最大，此時CO2濃度仍在繼續(xù)上升，故限制光合作用速率的主要環(huán)境因素不是CO2而是光照強度，A正確；【變式1】圖1是某高等植物成熟綠葉組織在某光照強度和適宜溫度下，光合作用強度增長率隨CO2濃度變化的情況。圖2為從生長狀況相同的植物葉片上剪出大小、部位相同的若干圓葉片，抽取葉片細胞內(nèi)的氣體，平均分成若干份，然后置于不同濃度的NaHCO3溶液中，給予相同的一定強度光照，測量圓葉片上浮至液面所需時間，其記錄結(jié)果繪成的曲線圖。下列分析錯誤的是（）A.圖1中在d點時光合速率達到最大，此時限制光合速率的主要環(huán)境因素可能是光照強度B.圖1中c點與b點相比，葉綠體中NADPH的合成速率不變C.從圖2分析，bc段曲線平緩的限制因素可能是光照強度，而c點以后曲線上行，其原因最可能是NaHCO3濃度過大，導(dǎo)致細胞失水，從而影響細胞代謝D.適當(dāng)增加光照強度重復(fù)圖2實驗，b點將向下移動B【解析】

B、圖1中c點和b點相比，光合作用強度增長率雖不變，但光合作用速率在不斷增加，所以葉綠體中[H]（NADPH）的合成速率增大，因此c點時葉綠體中[H]（NADPH）的合成速率大于b點，B錯誤；【變式1】圖1是某高等植物成熟綠葉組織在某光照強度和適宜溫度下，光合作用強度增長率隨CO2濃度變化的情況。圖2為從生長狀況相同的植物葉片上剪出大小、部位相同的若干圓葉片，抽取葉片細胞內(nèi)的氣體，平均分成若干份，然后置于不同濃度的NaHCO3溶液中，給予相同的一定強度光照，測量圓葉片上浮至液面所需時間，其記錄結(jié)果繪成的曲線圖。下列分析錯誤的是（）A.圖1中在d點時光合速率達到最大，此時限制光合速率的主要環(huán)境因素可能是光照強度B.圖1中c點與b點相比，葉綠體中NADPH的合成速率不變C.從圖2分析，bc段曲線平緩的限制因素可能是光照強度，而c點以后曲線上行，其原因最可能是NaHCO3濃度過大，導(dǎo)致細胞失水，從而影響細胞代謝D.適當(dāng)增加光照強度重復(fù)圖2實驗，b點將向下移動B【解析】C、圖2中，bc段NaHCO3溶液濃度繼續(xù)上升，圓葉片上浮至液面所需時間不變，說明光合速率不變，此時曲線平緩的限制因素可能為光照強度。cd段曲線上升表明光合作用減弱（產(chǎn)生的氧氣減少），原因是c點之后NaHCO3溶液濃度增加，導(dǎo)致葉片細胞外的濃度過高，葉片細胞失水從而影響了細胞代謝，導(dǎo)致光合作用降低，C正確；【變式1】圖1是某高等植物成熟綠葉組織在某光照強度和適宜溫度下，光合作用強度增長率隨CO2濃度變化的情況。圖2為從生長狀況相同的植物葉片上剪出大小、部位相同的若干圓葉片，抽取葉片細胞內(nèi)的氣體，平均分成若干份，然后置于不同濃度的NaHCO3溶液中，給予相同的一定強度光照，測量圓葉片上浮至液面所需時間，其記錄結(jié)果繪成的曲線圖。下列分析錯誤的是（）A.圖1中在d點時光合速率達到最大，此時限制光合速率的主要環(huán)境因素可能是光照強度B.圖1中c點與b點相比，葉綠體中NADPH的合成速率不變C.從圖2分析，bc段曲線平緩的限制因素可能是光照強度，而c點以后曲線上行，其原因最可能是NaHCO3濃度過大，導(dǎo)致細胞失水，從而影響細胞代謝D.適當(dāng)增加光照強度重復(fù)圖2實驗，b點將向下移動B【解析】

D、圖2中b點的限制因素為光照強度，如果適當(dāng)?shù)卦黾庸庹諒姸?，光合作用會增強（產(chǎn)生的氧氣增多），圓葉片上浮至液面所需時間變短，b點將向下移動，D正確?！镜淅?】研究人員在適宜溫度、水分和一定CO2濃度條件下，分別測定了植株甲和植株乙CO2吸收速率與光照強度的關(guān)系。下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A.圖2生理狀態(tài)對應(yīng)圖1的a點，植物不能正常生長B.圖1光照強度為b時，甲、乙總光合作用強度相等C.光照強度為c時，甲、乙光合作用強度的差異可能與N、Mg無機鹽含量有關(guān)D.適當(dāng)增加CO2濃度，P點將向右上移B【變式2】如圖表示不同CO2濃度下,某植物CO2吸收速率隨光照強度變化的曲線,下列敘述錯誤的是(

)A.與c點比,b點時葉肉細胞的光合速率更大B.“a→b”條件改變后,短時間內(nèi)葉肉細胞中C5含量升高C.“b→c”條件改變后,短時間內(nèi)葉肉細胞中C3/C5的值增大D.該植物在a點對應(yīng)的光照強度下不能正常生長【解析】A.與c點比,b點時葉肉細胞的CO2吸收速率更大,光合速率更大,A正確;B.“a→b”條件改變后,即光照強度增強后,光反應(yīng)增強,NADPH和ATP的生成增多,C3的還原加快,C5來源增加,但消耗不變,短時間內(nèi)葉綠體中C5含量升高,B正確;C.“b→c”條件改變后,即CO2濃度降低,導(dǎo)致暗反應(yīng)中的CO2固定過程減弱而短時間內(nèi)C3的還原過程速度不變,所以導(dǎo)致短時間內(nèi)C3含量減少而C5含量增加,C3/C5的值減小,C錯誤;D.該植物在a點對應(yīng)的光照強度下CO2吸收速率為0,即凈光合速率為0,不能積累有機物,所以不能正常生長,D正確。C【典例3】為提高溫室栽培的番茄和黃瓜的產(chǎn)量,可采取的措施中不包括(

)A.增施氮肥和磷肥,促進莖