（新人教）生物必修一课件：5.4.2光合作用的原理和应用 第2课时(共50张PPT)

(共50张PPT)
（新人教）生物必修一课件
一、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:
3.下列哪些是能够对光合作用强度造成影响的外界因素___________。
①空气中二氧化碳的浓度　　 ②温度的高低
③土壤中水分的多少 ④光的成分
⑤酶的活性 ⑥光照的强弱
必备知识·自主学习
单位时间
糖类
①②③④⑥
【问·答】
　叶片气孔的开闭会不会影响光合作用强度
提示:会。通过影响CO2的供应量影响光合作用的进行。
二、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________合成糖类,供自身利
用。
无机物
有机物
NH3
CO2和H2O
　 【问·答】
从物质合成和能量转换角度,比较光合作用与化能合成作用的异同。
提示:相同点:合成有机物,储存能量。
不同点:合成有机物时利用的能量不同。
关键能力·合作学习
　知识点一 光合作用的影响因素及在生产实践中的应用
1.光照强度:
(1)原理:主要影响光反应阶段ATP和NADPH的产生,进而影响暗反应阶段。
(2)曲线分析:
A点 光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,CO2释放量表示细胞呼吸速率
AB段 开始进行光合作用,随光照强度增加,光合作用速率逐渐增加,但光合作用速率小于细胞呼吸速率
B点 光合作用速率等于细胞呼吸速率,此时光照强度为光的补偿点
BC段 光合作用速率大于细胞呼吸速率,随光照强度增加,光合作用速率逐渐增加
C点 光照强度增加,光合作用速率基本不变,此时的光照强度(C′)为光的饱和点
C点
以后 此阶段限制光合作用速率的环境因素为温度、CO2浓度等
2.CO2浓度:
(1)原理:CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3的生成进而影响光合作用强度。
(2)曲线:
关键
点 A CO2的补偿点:光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度
A′ 进行光合作用所需的最低CO2浓度
B和B′ CO2饱和点
走势
分析 图1
和
图2 一定范围内,光合作用强度随CO2浓度的增大而增强,但当CO2达到一定的浓度时,光合作用强度不再增强
3.温度:
(1)原理:通过影响酶活性进而影响光合作用。
(2)曲线:
①AB段:随着温度升高,光合作用强度增强。
②B点:光合作用最适温度下的光合作用强度。
③BC段:随着温度升高,光合作用强度减弱。
④温度过高时,酶失活,光合作用完全停止。
【知识拓展】
1.水及矿质元素对光合作用的影响:
(1)原理:①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素,若这些元素缺乏,会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,水还会影响气孔的开闭,从而影响CO2进入植物体。
(2)曲线:
2.光合作用原理在生产实践中的应用:
实例 原理
间作套种 有利于改善作物的通风、透光条件,提高光能利用率
冬季大棚内温度应白天适当提高,晚上适当降低 白天有光,适当升温能提高光合速率;晚上无光,适当降温可降低呼吸作用对有机物的消耗
“正其行,通其风” 合理密植,通风透气,有利于充分利用光能和CO2,有利于光合作用的进行
合理灌溉 缺少水分会导致植物叶片气孔关闭,CO2供应不足
4.多因子变量对光合作用的影响:
(1)曲线分析。
P点:限制光合速率的因素主要应为横坐标所表示的因子,随着此因子的不断加强,光合速率不断提高。
Q点:横坐标所表示的因子不再是限制光合速率的因子,限制因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度,增加光合作用所需酶的活性,提高光合速率,也可同时适当增加CO2浓度,进一步提高光合速率;当温度适宜时,可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
特别提醒:
影响光合作用的因素除了环境因素还有内因:
①与植物自身的遗传特性有关。
②植物叶片的叶龄、叶面积指数、叶绿素含量及酶等也会影响光合作用。
　【思考探究】
教材二次开发:教材【思考·讨论】拓展:基于对光合作用影响因素的理解,分析实例:(社会责任)
(1)为什么新疆的哈密瓜比较甜
提示:新疆夏季日光充足,昼夜温差大,有利于糖类的积累。
(2)大棚生产中,为什么多施加有机肥能够提高作物的产量
提示:有机肥中的有机物被微生物分解产生二氧化碳和无机盐,能够增加大棚中的二氧化碳浓度,无机盐为作物提供矿质营养。
拓展探究:光合作用强度可以用CO2的消耗量表示,也可以用O2的释放量来表示,在探究光照强度对光合作用强度的影响时,如果改成用O2表示,曲线应该是什么样的 (科学思维)
提示:
　 【典例示范】
如表是某科研小组研究光合作用强度时所得到的部分结果,请结合图1和图2,判断相关分析正确的是 (　　)
A.若改变的条件为温度,且P>K,则M>N
B.若改变的条件为温度,且M>N,则P>K
C.若改变的条件为CO2浓度,且M>N,则P>K
D.若改变的条件为CO2浓度,且P>K,则M>N
改变的条件 M N
测定的光合作用强度 P K
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。据图可知,当温度超过最适温度时,随温度增大,酶的活性减弱,导致光合作用强度减弱,故若改变的条件为温度,且P>K,则M>N或MN,P>K或PN处于CO2浓度饱和点之后时,则光合作用强度不变即P=K,当M>N处于CO2浓度饱和点之前时,则光合作用强度随CO2浓度增大而增强,即P>K,C错误;据C项分析,若改变的条件为CO2浓度,且P>K,则说明一定是在CO2浓度饱和点之前提高了CO2浓度,即M>N,D正确。
【审答误区】
(1)低于或高于酶的最适温度时,光合作用速率都会下降,且两者有可能相等。
(2)CO2浓度对光合作用的影响也是有限的,一定范围内,随着CO2浓度的增加,光合作用增强。
【母题追问】
(1)Q点之后要想提高光合作用速率,可以考虑的措施有哪些
提示:适当提高光照强度、温度、H2O、矿质元素等。
(2)如果CO2浓度对光合作用速率的影响曲线是在最适温度下测得,改变温度S点、Q点是否会移动 如何移动
提示:S点右移,Q点右移。
　 【类题精练】 　
图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时,
单位时间内CO2的释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝细菌光合速率与光照
强度的关系,下列说法正确的是 (　　)
A.图甲中,光照强度为b时,光合速率等于呼吸速率
B.图甲中,光照强度为d时,单位时间内细胞从周围吸收
2个单位的CO2
C.图乙中,当光照强度为x时,细胞中产生ATP的场所有
细胞质基质、线粒体和叶绿体
D.图乙中,限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度
【解析】选B。分析图甲可知,光照强度为b时,CO2释放量和O2产生总量相等,都为3单位,细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用,剩余部分释放到外界,说明此时细胞呼吸大于光合作用,A项错误;光照强度为d时,水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率,光照强度为a时,CO2释放量即为呼吸速率,则光照强度为d时,O2产生总量为8单位,需要消耗的CO2也为8单位,所以单位时间内需要从外界吸收的CO2为2单位,B项正确;图乙中所示生物为蓝细菌,蓝细菌不含线粒体和叶绿体,C项错误;图乙中,限制g点光合作用速率的因素不是光照强度,可能是二氧化碳浓度及温度等,D项错误。
【补偿训练】
　　(2017·天津高考)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是 ( 　　)
A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型
B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型
C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境
因素是光照强度
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境
因素是CO2浓度
【解析】选D。题图中光照强度低于P时,突变型CO2吸收速率低于野生型,原因是突变型叶绿素含量较低,吸收光的能力较弱,光反应强度低于野生型,A项正确;光照强度高于P时,突变型CO2吸收速率大于野生型,原因是突变型固定CO2酶的活性显著高于野生型,导致暗反应强度高于野生型,B项正确;光照强度低于P时,突变型光合速率随光照强度增加而增加,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,C项正确;光照强度高于P时,在达到光饱和点以前,突变型光合速率仍随光照强度增加而增加,此时限制突变型光合速率的主要环境因素仍是光照强度,D项错误。
　知识点二 光合作用影响因素曲线综合分析
1.开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析:
(1)曲线分析:
MN和PQ 夜晚植物只进行细胞呼吸;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少
N～P 光合作用与细胞呼吸同时进行
NA和EP 清晨和傍晚光照较弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少
A点和E点 光合作用强度等于细胞呼吸强度,CO2的吸收和释放达到动态平衡;植物体内有机物的总量不变,环境中CO2量不变,O2量不变
A～E 光合作用强度大于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量增加;环境中CO2量减少,O2量增加
C点 叶片表皮气孔部分关闭,光合作用强度下降
E点 光合作用产物的积累量最大
(2)一昼夜有机物的积累量的计算方法(用CO2表示):
一昼夜有机物的积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸作用释放的CO2量,即S3-(S1+S4)。
特别提醒:
①NB和DP段限制光合作用的因素主要为光照强度,BD段限制光合作用的主要因素为CO2浓度。
②C点与B点相比,细胞中NADPH和ATP的含量增多,C3含量减少,C5含量增多。
2.密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线及分析:
曲线分析:
AB段 无光照,植物只进行细胞呼吸
BC段 温度降低,细胞呼吸减弱
CD段 4时后,微弱光照,开始进行光合作用,但光合作用强度<细胞呼吸强度
D点 光合作用强度=细胞呼吸强度
DH段 光合作用强度>细胞呼吸强度
H点 光合作用强度=细胞呼吸强度
HI段 光照继续减弱,光合作用强度<细胞呼吸强度,直至光合作用完全停止
特别提醒:
光合作用和细胞呼吸相关物质量的关系
①光合作用消耗CO2总量=从外界吸收CO2量+呼吸作用产生的CO2量
②光合作用产生O2总量=释放到外界O2量+呼吸作用消耗O2量
③一昼夜有机物的积累量=白天有机物的积累量-夜晚呼吸作用消耗有机物的量
　【思考探究】
教材二次开发:教材【拓展应用】拓展:光合作用过程一般与太阳辐射进程相符合:无云的晴天,光合作用强度曲线形成单峰,但中午太阳光强烈时,则形成双峰线,即呈现“午休”现象,请分析出现这种现象的原因。(科学思维)
提示:在中午,植物蒸腾作用强,失水导致气孔开度减小,造成CO2供应不足。
　 【典例示范】如图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图,图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同,则据图判断不正确的是 (　　)
A.在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象
B.曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关
C.导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D.适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”现象
　【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选C。曲线Ⅰ为降雨后第2天(水分充足)测得的数据,曲线Ⅰ没有出现“午休”现象,A正确;曲线Ⅱ双峰形成,是因为中午光照逐渐增强,温度逐渐升高,部分气孔关闭,CO2吸收减少,光合速率下降,以致出现双峰现象,B正确;曲线Ⅰ至Ⅲ的变化主要由于土壤含水量不同,而曲线Ⅱ在一日中不同时段的变化与光照强度和温度有关,C错误;根据曲线Ⅰ可知,适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”现象。
【审答误区】常见以下两种错误
(1)不能准确找出实验的自变量,在图中曲线自变量有两个,一是一天中光照强度的变化,二是土壤水分的流失。
(2)对于光合“午休”现象的原因不能准确判断。
　【方法规律】多因素影响时曲线的分析
在受多种因素影响时,找出自变量限制因素的方法是对纵坐标或横坐标作垂线、或者只看某一条曲线的变化,从而将多因素转变为单一因素,进而确定影响因素。
　【类题精练】
　1.夏季晴朗的一天,甲、乙两株不同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b～c段和d～e段下降的原因相同　
D.两曲线b～d段不同的原因可能是甲植株气
孔无法关闭
【解析】选D。图中甲植株光合作用开始的点在a点之前,即CO2吸收速率开始变化的点,故A错误;图中乙植株6～18时有机物一直在积累,18时植物体内有机物积累量最多,故B错误;曲线b～c段下降的原因是光照过强,气孔关闭,叶片吸收的CO2少,d～e段下降的原因是光照强度减弱,故C错误;甲植株没有出现光合午休现象,可能原因是气孔无法关闭,故D正确。
2.如图为某种植物在夏季晴天一昼夜内CO2吸收量的变化情况。下列判断正确的
是 (　　)
A.影响bc段光合速率的外界因素只有光照强度
B.ce段下降主要是由于部分气孔关闭造成的
C.ce段与fg段光合速率下降的原因相同
D.该植物进行光合作用的时间区段是bg
【解析】选B。影响bc段光合速率的外界因素除了光照强度,还有温度等,A错误。ce段下降主要是由于温度过高,光照过强,导致部分气孔关闭,CO2吸收量减少造成的,而fg段光合速率下降则是因为光照强度降低,B正确,C错误。当CO2释放量减少时说明出现光合作用,因此该植物进行光合作用的时间区段是ah,D错误。
　【生活情境】蝴蝶兰是一种深受人们喜爱的观赏花卉,原生长于热带雨林地区。夜晚蝴蝶兰叶片吸收CO2并将其转化为苹果酸储存起来;白天,苹果酸在酶的催化下分解生成CO2用于光合作用。
探究:
(1)蝴蝶兰适于在热带高温环境中生长,其光合作用所利用的CO2的来源有哪些 (科学思维)
提示:苹果酸分解和细胞呼吸。
核心素养·情境探究
(2)为了研究增施CO2对蝴蝶兰生长与开花的影响,可以通过哪些方面进行检测 (科学思维)
提示:用植株叶面积或株高或植株重量来表示生长状况;开花时间早晚、开花的数量、开花的时间长短可作为开花情况的指标。
【实验情境】育种工作者为研究自然条件下大豆光合作用速率的日变化情况,设计了图1所示的装置。实验中将装置置于自然环境中,测定北方夏季晴天一昼夜中小室内氧气的增加量或减少量,得到如图2所示曲线。
请据图回答下列问题:
(1)图2中的c点表示的生物学含义是什么
　 。
(2)图2曲线中,6～8 h时,小室内氧气减少量逐渐减小,其可能的主要原因是什么
　 。
(3)如果以缺镁的完全营养液培养大豆幼苗,则曲线中a点的移动方向是　　　;你的判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【解析】(1)图2中c点正好与横轴相交,所以光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等(注意纵轴不是二氧化碳)。(2)6～8 h时,小室内氧气减少量逐渐减小,其可能的主要原因是既有光合作用又有细胞呼吸,但因光照弱,光合作用小于细胞呼吸。(3)镁是叶绿素的重要组成元素。缺镁时叶绿素形成量减少,需要较强的光照才能补偿细胞呼吸中有机物的消耗。
答案:(1)光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等
(2)植物开始进行微弱的光合作用,且光合作用逐渐增强,但此时间段内光合作用强度仍小于细胞呼吸强度
(3)向右移动　植物缺镁,叶绿素形成量减少,导致光合作用产生O2量少,要达到光合作用产生的O2量等于呼吸作用消耗的O2量,则需要更强的光照强度