2019高中生物 第5章 第4节 第3课时 光合作用的原理和应用（二）课件 新人教版必修1

一、光合作用原理的应用1．光合作用强度(1)概念：植物在内通过光合作用制造的数量。(2)表示方法：用一定时间内的数量来定量表示。2．影响因素(1)空气中。(2)土壤中含量。(3)光照的以及光的成分。(4)的高低。原料消耗或产物生成单位时间糖类CO2浓度水分时间、强度温度3．应用控制和温度的高低，适当增加作物环境中来提高光合作用强度。4．光照强度影响光合作用强度的实验(1)实验流程：打出小圆形叶片(30片)：用在生长旺盛的绿叶上打出(直径＝1cm)抽出叶片内气体：用(内有清水、小圆叶片)抽出叶片内气体(O2等)小圆叶片沉入水底：将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯内，小圆形叶片全部光照的强弱打孔器注射器CO2的浓度沉到水底实验处理及结果：项目烧杯小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起的数量甲10片20mL强最多乙10片20mL中丙10片20mL弱(2)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度(同一时间内产生越多，浮起的叶片越多)。较多较少不断增强O2二、化能合成作用1．化能合成作用(1)概念：利用体外环境中的某些氧化时所释放的能量来制造。(2)实例：硝化细菌能利用氧化释放的化学能将合成为糖类，供自身利用。2．自养生物和异养生物(1)自养生物：①特点：能将无机环境中的转化为有机物的生物。②代表生物：进行光合作用的生物(如)；进行化能合成作用的生物(如)。(2)异养生物：①特点：只能利用环境中现成的来维持自身的生命活动。②代表生物：人、动物、真菌以及大多数细菌。无机物有机物NH3CO2和H2OCO2和H2O绿色植物硝化细菌有机物一、影响光合作用的因素1．光照强度对光合作用强度的影响(1)阅读教材P104～P105[探究]内容，思考并讨论下列问题：①探究光照强度对光合作用强度的影响实验所依据的原理是什么？②该探究实验的自变量及其设置方法分别是什么？提示：叶片含有空气上浮――→抽气叶片下沉――→光合作用产生氧气充满细胞间隙，叶片上浮。提示：自变量是光照的强弱；设置方法是调节台灯与实验材料之间的距离。(2)如图表示光照强度对光合作用强度的影响曲线，分析曲线讨论并回答：①A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于哪些生理过程？其释放量的含义是什么？提示：A点时，光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。②B点时，所对应的CO2吸收量和释放量为0，试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系及B点的含义。③C点时，CO2吸收量达到最高，请讨论C点的含义并分析CO2吸收量达到最高前、后的主要限制因素分别是什么？提示：B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此点为光补偿点。提示：当达到C点后，光合作用不再随光照强度的升高而增加，称之为光饱和点。CO2吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度，CO2吸收量达到最高后的主要限制因素为温度和CO2浓度。2．CO2浓度对光合作用强度的影响根据图示分析：(1)分析E点的含义。(2)描述曲线变化规律。提示：E表示进行光合作用的最低CO2浓度。提示：在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增加而加快；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加。3．温度对光合作用强度的影响如图表示温度对光合作用强度的影响曲线，分析曲线，讨论下列问题：(1)温度对光合作用强度的影响是怎样起作用的？(2)尝试描述曲线的意义。提示：温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用强度的。提示：DG段随温度的升高光合速率逐渐加强；至G点时达到最大；GH段表示随温度的升高，光合速率快速下降，直至光合作用完全停止。二、化能合成作用阅读教材P105最后两自然段，回答下列问题：1．归纳判断自养生物与异养生物的依据，并分析它们的本质区别。2．试从物质变化和能量变化角度，分析化能合成作用与光合作用具有哪些异同点？提示：①判断依据：看能否把无机物合成为有机物。②本质区别：能把无机物合成为有机物的生物是自养生物，以现成的有机物为食的生物是异养生物。提示：①相同点：均能把无机物合成为有机物，储存能量。②不同点：合成有机物时利用的能量不同。光合作用利用的是光能；化能合成作用利用的是无机物氧化时所释放的化学能。一、影响光合作用速率的因素1．外界因素除光照强度、CO2浓度外，还有温度、土壤中水分、矿质离子(如Mg2＋)等。2．植物内部因素有叶绿体数量、光合色素含量、酶的数量及活性、离子载体数量等，由植物体内的遗传因素决定。二、细胞呼吸和光合作用的曲线分析植物叶肉细胞进行光合作用吸收CO2的同时，还进行呼吸作用释放CO2，所以测定的CO2的吸收量并不是真正光合速率，而是表观光合速率。图1表示CO2的吸收与光照强度变化的关系，图2表示线粒体与叶绿体的关系。结合图2与图1中的曲线分析如下：1．图1中a点光照强度为0，表示只进行呼吸作用，与图2中B图对应。2．图1中ab段由于光照强度较弱，光合速率小于呼吸速率，所以呼吸作用释放的CO2一部分被叶绿体吸收，另一部分释放出去，与图2中A图对应。3．图1中b点表示光合速率与呼吸速率相等，CO2表现为既不吸收也不释放，与图2中C图对应。4．b点以后，由于光照强度变得较大，光合速率大于呼吸速率，呼吸作用释放的CO2不能够满足光合作用的需求，表现为从外界吸收CO2，与图2中D图对应。三、光合作用与细胞呼吸的相关计算上面图1中，Oa段表示植物呼吸速率，Od段表示植物表观光合速率(即净光合速率)，Oa＋Od段表示真正光合速率(即实际光合速率或总光合速率)，它们的关系为：真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。具体表述为：1．光合作用消耗的CO2总量＝从外界吸收的CO2量＋呼吸作用产生的CO2量。2．光合作用产生的O2量＝释放到外界的O2量＋呼吸作用消耗的O2量。3．一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2总量。[例1]某同学想探究二氧化碳浓度与光合速率的关系。取甲、乙、丙、丁四株都有5片叶的小白菜，分别用直径1cm的打孔器打出叶圆片10片，并设法抽去叶片内气体使之下沉，置于光下。取100mL三角瓶4个，编号1～4，按下表操作(光照、温度相同且适宜)并记录结果。实验处理编号叶圆片来源叶圆片数(片)自来水(mL)NaHCO3(克)30min内上浮叶圆片数(片)1甲1040022乙1040163丙1040344丁104055[解析]本实验中存在多个自变量，材料的来源不同，CO2的浓度不同，所以在一个实验中存在着多个自变量，得出的实验结果是不可靠的，一个实验中只能存在一个自变量，除了这个自变量外其他变量应保持相同。由于抽取气体后在光下还有可能产生气体，所以抽取气体后应进行黑暗处理。下列评价或修正不合理的是()A．自变量二氧化碳浓度的限制不严格B．只要控制光照、温度相同即可C．实验材料本身存在的差异会影响实验结果D．制备的叶圆片在投入三角瓶之前应放于黑暗处[答案]B[例2](重庆高考)如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图，下列有关叙述正确的是()A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多B．t2→t3，暗反应限制光合作用。若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应速率增强D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原后的直接产物含量降低[解析]光合作用中水的光解发生在叶绿体类囊体膜上而不是叶绿体基质中，A项错误；图示t2→t3，限制光合作用的主要因素是CO2浓度而不是光照强度，在t2时刻增加光照，光合速率不再提高，B项错误；充足光照条件下，在t3时刻补充CO2，光照强度不变，暗反应增强消耗光反应产物[H]和ATP增加，一定程度增强了光反应速率，C项错误；将充足光照下的植物置于暗处，短时间内叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原后的直接产物含量降低，D项正确。[答案]D填充：①光照②暗反应③酶的活性④硝化细菌1．光合作用强度的表示方法：一定时间内原料消耗量或产物生成量。2．光合作用强度的影响因素：光照、二氧化碳浓度、温度、水分和矿质元素等。3．硝化细菌能利用氧化NH3释放的化学能将CO2和H2O合成有机物。4．同化作用主要有自养和异养两种类型，代表生物分别是绿色植物和动物、真菌等。1．光合作用强度可以用多种指标表示，以下不适合的是()A．植物体鲜重增加量B．植物体干重增加量C．O2释放量D．CO2吸收量解析：植物光合作用消耗CO2，产生有机物和O2，因此，光合作用强度的指标可以是B、C、D选项中的指标。植物体鲜重增加量主要是水分的增加，不能作为光合作用强度的指标。答案：A2．在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是()A．C3和C5都迅速减少B．C3和C5都迅速增加C．C3迅速增加，C5迅速减少D．C3迅速减少，C5迅速增加解析：突然停止光照，光反应停止，[H]和ATP产生停止，由于暗反应中C3还原继续进行，消耗[H]和ATP，随着[H]和ATP的减少，C3还原减慢甚至停止，但CO2的固定依然进行，因此在短时间内C3积累，C5减少。答案：C3．如图表示某种植物光照强度与光合作用强度的关系。P点的生物学含义是()A．无光合作用，有呼吸作用B．光合作用与呼吸作用达到动态平衡C．无呼吸作用，有光合作用D．光合作用与呼吸作用都不进行解析：由曲线可看出，在一定的光照强度范围内，植物光合作用强度随光照强度的增大而增大，光照强度达到一定程度后，光合作用强度不再增加。图中光照强度达到P点时，光合速率与呼吸速率相等。答案：B4．有关硝化细菌的化能合成作用的描述，正确的是()①利用光能②将水和二氧化碳合成为葡萄糖等有机物③利用环境中物质的氧化分解所产生的化学能④在叶绿素的作用下进行⑤自养生物⑥异养生物A．①②④B．①③⑤C．②③⑤D．③⑤⑥解析：硝化细菌无叶绿素不能进行光合作用，而是通过化能合成作用，利用环境中物质氧化分解所产生的能量，将水和二氧化碳合成为葡萄糖等有机物，因此硝化细菌是一种自养生物。答案：C5．下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是()A．光合作用和呼吸作用总是同时进行的B．光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用C．光合作用形成的糖类在细胞呼吸中被利用D．光合作用与细胞呼吸分别在植物的叶肉细胞和根细胞中进行解析：光合作用只有在有光的条件下进行，呼吸作用在有光和无光的条件下都能进行，所以在有光的条件下能够进行光合作用和呼吸作用，在黑暗中只能进行呼吸作用；光合作用产生的ATP只用于暗反应的C3还原，不能用于其他的生命活动；光合作用合成的糖类可用于呼吸作用被分解；活细胞都能进行呼吸作用，光合作用只能在绿色植物的绿色组织细胞中进行。答案：C6．如图是绿色植物体内光合作用和细胞呼吸的示意图，请据图回答：(1)图中A表示的过程为________，此过程发生的场所是叶绿体的________________。(2)图中B表示的过程为________，此过程发生的场所是________________。(3)图中C表示的过程为___________________，这里产生的水是在________阶段形成的。(4)当光照强度为零时，植物细胞中可以产生ATP的结构是________________。(5)温室大棚作物如果遇到阴雨天，为避免减产，大棚的温度应该适当________，原因是______________________________。解析：(1)根据图中物质转化关系可判断，A为光合作用的光反应，此过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)图中B过程是暗反应，此过程发生在叶绿体基质中。(3)图中C过程表示有氧呼吸过程，其中水的产生是在有氧呼吸第三阶段形成的。(4)光照强度为0时，植物细胞不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，因此产生ATP