植物的生活第12章植物維持生物圈的穩(wěn)定第2節(jié)植物維持生物圈中的碳氧平衡第5

單元1.闡明光合作用的概念。(重點(diǎn))2.歸納總結(jié)出光合作用的表達(dá)式。3.運(yùn)用實(shí)驗(yàn)法獨(dú)立設(shè)計(jì)并完成探究“二氧化碳是光合作用必需的

原料嗎?”活動(dòng)。(難點(diǎn))4.舉例說明光合作用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。5.描述呼吸作用的過程。(重點(diǎn))6.舉例說明呼吸作用在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。7.說明植物有助于維持生物圈中的碳氧平衡。(重難點(diǎn))1771年，英國科學(xué)家約瑟夫·普里斯特利（JosephPriestley，1733—1804）做了一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)(圖12-5)，得出的結(jié)論是：植物可以更新由于蠟燭燃燒或動(dòng)物呼吸而變污濁的空氣。1779年，荷蘭科學(xué)家簡·英恩豪斯（Jan

Ingenhousz，1730—1799）證明，只有植物的綠色部分在光下才能更新空氣。大多數(shù)生物在呼吸過程中需要吸入氧氣，呼出二氧化碳。地球表面各種有機(jī)物在腐爛、燃燒等過程中也需要氧氣，產(chǎn)生二氧化碳。那么生物圈中的氧氣和二氧化碳的含量是如何維持平衡的？光合作用吸收二氧化碳放出氧氣探究光合作用過程中的氣體變化在普里斯特利的實(shí)驗(yàn)中，沒有植物的密閉空間里的小鼠窒息死亡，蠟燭也熄滅了。加入植物后空氣得到改善。植物如何“凈化”污濁的空氣？下面我們通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。（一）探究光合作用吸收二氧化碳

1.在甲、乙、丙三支試管中加入等量的淡藍(lán)色的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溴麝香草酚藍(lán)（英文縮寫為BTB）溶液，并向試管中吹氣直至液體變?yōu)辄S色。2.如圖12-6所示，在甲、乙試管中放入等量的金魚藻，在丙試管中不放入金魚藻，將三支試管塞上試管塞，并在甲試管外包上黑紙片。然后，將三支試管置于陽光下，2h后觀察試管內(nèi)溴麝香草酚藍(lán)溶液顏色的變化。溴麝香草酚藍(lán)是一種酸堿指示劑，變色范圍是pH6.0~7.6，弱酸性時(shí)呈黃色，弱堿性時(shí)呈藍(lán)色。水呈中性，溴麝香草酚藍(lán)溶液滴入后基本呈淡藍(lán)色。當(dāng)水中溶有二氧化碳后，會(huì)形成碳酸，而碳酸是弱酸，溴麝香草酚藍(lán)溶液滴入后由淡藍(lán)變綠再變成黃色。圖12-6探究光合作用吸收二氧化碳示意圖

（二）探究光合作用產(chǎn)生氧氣

1.在清澈的水中，水生植物如金魚藻在陽光下會(huì)不斷地“吐出”氣泡。有同學(xué)說這些“氣泡”中有氧氣。與小組同學(xué)合作，制訂一個(gè)探究方案去探究“氣泡”中是否有較多的氧氣?？梢詤⒖紙D12-7所示的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。圖12-7探究光合作用產(chǎn)生氧氣示意圖提示：氧氣不易溶于水，可以用排水法收集；氧氣能夠助燃，

可以用帶余燼的衛(wèi)生香或木條復(fù)燃的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。2.依據(jù)制訂的方案開展實(shí)驗(yàn)。1.在探究光合作用吸收二氧化碳時(shí)，將甲、乙、丙三支試管置于陽光下2h后，試管內(nèi)溴麝香草酚藍(lán)溶液的顏色有什么不同？說一說原因。甲、丙兩試管中溴麝香草酚藍(lán)溶液變黃，且甲中顏色比丙中顏色偏黃，因?yàn)榧字薪痿~藻呼吸作用釋放了部分二氧化碳。乙試管中溴麝香草酚藍(lán)溶液變藍(lán)，因?yàn)樵嚬苤械亩趸急唤痿~藻光合作用吸收了。2.交流“探究光合作用產(chǎn)生氧氣”的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完善探究方案。

3.結(jié)合上一節(jié)的知識(shí)，嘗試描述光合作用的過程。說一說：眾多科學(xué)家探究光合作用的歷程對你有什么啟發(fā)？植物利用光能，吸收二氧化碳和水，能合成有機(jī)物(主要是淀粉)，同時(shí)釋放氧氣。我們要學(xué)習(xí)科學(xué)家們追求真理、實(shí)事求是、不斷探索的精神。由實(shí)驗(yàn)可知，綠葉在光下釋放的氣體是氧氣，吸收的氣體是二氧化碳。在自然條件下，植物可以通過葉綠體，利用太陽能（光能），將二氧化碳和水合成有機(jī)物，同時(shí)把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存在所合成的有機(jī)物里，并且釋放氧氣（圖12-8）。這個(gè)過程稱為光合作用（photosynthesis）。

光合作用可用下面的式子表示：圖12-8光合作用示意圖光合作用的原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用經(jīng)過長期的研究和實(shí)踐，人們總結(jié)出增強(qiáng)光合作用效率、提高農(nóng)作物產(chǎn)量的許多方法。如我國戰(zhàn)國末期的《呂氏春秋》中已有“慎其種，勿使數(shù)，亦無使疏”的記載，主要指的是在種植莊稼時(shí)，為了提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，在一定面積的土地上，種植的農(nóng)作物植株不能過稀，也不能過密，應(yīng)該合理密植（圖12-9）。這樣可以充分利用土地，同時(shí)盡量避免農(nóng)作物互相遮擋，讓陽光充分照射到農(nóng)作物上。在同一塊土地上，按一定的比例種植不同種類的農(nóng)作物，也是提高單位面積產(chǎn)量的有效措施之一。圖12-9農(nóng)作物不同的栽培密度示意圖呼吸作用分解有機(jī)物放出二氧化碳光合作用制造的有機(jī)物中儲(chǔ)存的能量，是植物自身以及動(dòng)物和人的生活所必需的能量來源。有機(jī)物只有被分解，儲(chǔ)存其中的能量才能被利用。有機(jī)物的分解要通過呼吸作用完成，讓我們通過實(shí)驗(yàn)來探究植物的呼吸作用。探究植物呼吸過程中熱量釋放與氣體變化

（一）探究種子呼吸釋放熱量

1.如圖12-10所示，取兩個(gè)大小相同的保溫杯，分別裝入等量的萌發(fā)的種子和煮熟后冷卻至室溫的種子，在兩個(gè)保溫杯中各插入一支溫度計(jì)，記錄最初的溫度。圖12-10探究種子呼吸釋放熱量的實(shí)驗(yàn)裝置2.密封24h后，觀察杯內(nèi)溫度的變化，填寫表12-2。表12-2實(shí)驗(yàn)記錄表（二）探究植物呼吸過程中的氣體變化

1.如圖12-11所示，取A、B兩只塑料袋，在A袋內(nèi)裝入新鮮菠菜（或其他新鮮蔬菜），B袋內(nèi)不放任何材料。分別將A、B兩袋的袋口密封，并用夾子夾緊橡皮管。將兩只袋子放到黑暗處，24h后取出。去除夾子，把A、B袋內(nèi)的氣體分別通入裝有澄清石灰水的兩個(gè)錐形瓶中，觀察和記錄石灰水的變化，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖12-11探究植物呼吸過程中的氣體變化（實(shí)驗(yàn)一）示意圖2.取等量的用沸水處理過的菠菜和新鮮的菠菜，分別裝入甲、乙兩只相同的廣口瓶中，同時(shí)放在溫暖處，并封閉、遮光處理。24h后分別將點(diǎn)燃的蠟燭迅速伸入甲、乙兩瓶中，觀察蠟燭的燃燒情況（圖12-12），分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖12-12探究植物呼吸過程中的氣體變化（實(shí)驗(yàn)二）提示：可以參考上面的實(shí)驗(yàn)方法，選擇不同的實(shí)驗(yàn)材料，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。還可以嘗試?yán)脺囟葌鞲衅?、氧氣傳感器和二氧化碳傳感器等儀器來探究植物的呼吸作用，采用列表、繪制曲線圖等方法，說明植物呼吸過程中的氣體變化。1.在探究植物呼吸過程中的氣體變化時(shí)，分別選擇了什么材料進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)？為什么實(shí)驗(yàn)要封閉和遮光處理？

2.上述實(shí)驗(yàn)說明了植物呼吸時(shí)氣體發(fā)生了什么變化？在第一組實(shí)驗(yàn)中選用新鮮蔬菜葉和空白作對照；在第二組實(shí)驗(yàn)中選用沸水處理過的蔬菜葉和新鮮蔬菜葉作對照。在實(shí)驗(yàn)過程中封閉的目的是防止外界空氣對裝置內(nèi)氣體的影響；遮光處理的目的是防止蔬菜葉進(jìn)行光合作用影響氣體的變化。上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了植物在呼吸時(shí)吸收了氧氣，放出了二氧化碳?？茖W(xué)研究證明，植物體的呼吸發(fā)生在所有植物細(xì)胞內(nèi)部，植物呼吸時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳來自體內(nèi)的有機(jī)物，有機(jī)物在徹底分解時(shí)，不僅產(chǎn)生二氧化碳，還產(chǎn)生水，這個(gè)過程需要氧的參與。

細(xì)胞能分解有機(jī)物，生成二氧化碳和水，并將儲(chǔ)存在有機(jī)物中的能量釋放出來，供給生命活動(dòng)需要，這個(gè)過程稱為呼吸作用（respiration）。在自然界中，絕大部分生物體的細(xì)胞內(nèi)，有機(jī)物的分解要在有氧的條件下完成，可用下面的式子表示。植物每時(shí)每刻都在進(jìn)行著呼吸作用。植物在呼吸過程中釋放出的能量，一部分轉(zhuǎn)化為熱量散失，另一部分以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在腺苷三磷酸（英文縮寫為ATP）中，直接用于植物體的各項(xiàng)生命活動(dòng)，如細(xì)胞的分裂與生長、有機(jī)物的合成與運(yùn)輸?shù)?。呼吸作用的原理在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用氧氣、溫度、植物細(xì)胞的含水量等因素都能影響植物的呼吸作用。呼吸作用的強(qiáng)弱會(huì)影響植物體的生長發(fā)育，也影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，有時(shí)人們會(huì)采取一些措施促進(jìn)植物的呼吸作用。如給農(nóng)田適時(shí)松土、排澇等措施，都是為了使農(nóng)作物的根得到充足的氧氣，保證根的呼吸作用正常進(jìn)行（圖12-13）。有時(shí)也采取一些措施抑制植物的呼吸作用，例如，在大棚中種植農(nóng)作物時(shí)，夜間降低大棚里的溫度，可以減少農(nóng)作物體內(nèi)有機(jī)物的消耗，加快農(nóng)作物生長。圖12-13呼吸作用的原理在生產(chǎn)中的應(yīng)用在日常生活中，農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存時(shí)也可以通過適當(dāng)降低溫度、減少氧氣供給、減少植物體含水量等措施，來抑制其呼吸作用，減少有機(jī)物的分解。例如，及時(shí)晾曬收獲的糧食，低溫保存新鮮的蔬菜和水果等，可以抑制呼吸作用，延長儲(chǔ)存時(shí)間（圖12-14）。圖12-14呼吸作用的原理在生活中的應(yīng)用為了美化環(huán)境，人們常常在家中種植一些花草。但是，在室內(nèi)不宜擺放過多的花草。因?yàn)橐归g植物停止光合作用，其呼吸作用會(huì)使空氣中氧氣的含量下降，影響人體的健康。植物在生物圈碳氧平衡中的作用生物圈中各種生物的呼吸作用、有機(jī)物的分解過程，以及人類生產(chǎn)和生活中燃料燃燒等過程，都需要消耗大量的氧氣，排出大量的二氧化碳。植物通過光合作用，能吸收大氣中的二氧化碳，同時(shí)將氧氣釋放到大氣中，維持著生物圈中的二氧化碳和氧氣的相對平衡，簡稱“碳氧平衡”（圖12-15），可以用下面的式子表示。圖12-15植物在生物圈碳氧平衡中的作用示意圖由于森林被破壞和人類大量使用燃料等，大氣圈中二氧化碳的濃度不斷增高，全球許多地方常出現(xiàn)極端天氣。要維持生物圈中的碳氧平衡，一方面要利用植物通過光合作用消耗二氧化碳、釋放氧氣的特點(diǎn)，保護(hù)現(xiàn)有的森林，多植樹造林；另一方面，要倡導(dǎo)綠色消費(fèi)，推動(dòng)形成綠色低碳的生產(chǎn)方式和生活方式，減少二氧化碳的排放。

作為生物圈的一員，我們在日常生活中可以通過多種方式減少碳排放，如盡量步行或乘坐公共交通、及時(shí)關(guān)閉不使用的電器的電源等，參與環(huán)境保護(hù)。碳達(dá)峰與碳中和氣候變化是人類面臨的全球性問題。國際社會(huì)普遍認(rèn)為，二氧化碳過度排放是引起氣候變化的主要因素。人類活動(dòng)排放的二氧化碳等溫室氣體導(dǎo)致全球氣溫升高，加劇氣候系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使一些地區(qū)頻繁發(fā)生干旱、臺(tái)風(fēng)、高溫?zé)崂恕⒑钡葮O端天氣。碳排放與能源種類及其加工利用方式密切相關(guān)。目前，全球范圍內(nèi)能源及產(chǎn)業(yè)發(fā)展低碳化的大趨勢已經(jīng)形成，世界各國以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體。2020年，我國宣布力爭在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。通俗地講，“碳達(dá)峰”是二氧化碳排放總量在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)達(dá)到歷史最高值，之后碳排放總量會(huì)逐漸穩(wěn)步回落?！疤贾泻汀笔窃谝欢〞r(shí)間內(nèi)人為活動(dòng)直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式抵消，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳相對“零排放”。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和是促進(jìn)人與自然和諧共生的迫切需要，也是實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)長期健康可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。這不僅僅是政府和企業(yè)的責(zé)任，也需要我們每個(gè)人在日常生活的各個(gè)環(huán)節(jié)不斷踐行綠色低碳的環(huán)保理念。1.草莓是很多人喜愛的一種水果，我市目前已建成多個(gè)草莓生產(chǎn)基地。下圖為草莓葉片光合作用過程示意圖，圖中字母代表相關(guān)的物質(zhì)。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.圖中a代表二氧化碳，b代表氧氣，c代表有機(jī)物B.葉綠體中吸收光能的最主要的色素是花青素C.通過光合作用，光能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物中的化學(xué)能D.在草莓大棚中合理密植有利于提高草莓產(chǎn)量B2.在鄉(xiāng)村振興中，人們常常采用建造塑料大棚的方法，為農(nóng)作物的生長提供適宜的環(huán)境，下列說法錯(cuò)誤的是()A.塑料大棚既讓農(nóng)作物“保暖”又讓農(nóng)作物能夠接受充足的光照，制造更多的營養(yǎng)物質(zhì)B.農(nóng)作物能不斷通過根系吸收水分并且運(yùn)輸?shù)狡渌鞴伲鋭?dòng)力主要來自植物的呼吸作用C.種植農(nóng)作物時(shí)應(yīng)該合理密植D.為提高農(nóng)作物產(chǎn)量可適當(dāng)提高白天大棚內(nèi)二氧化碳濃度B3.種子萌發(fā)時(shí)呼吸作用旺盛。將等量萌發(fā)種子與干燥種子分別裝入甲、乙兩個(gè)保溫瓶中，塞緊瓶塞，測得兩保溫瓶內(nèi)溫度相同。一段時(shí)間后，再次測量甲、乙兩個(gè)保溫瓶內(nèi)溫度，結(jié)果如圖所示。相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.保溫瓶內(nèi)溫度上升主要是由于種