5.4.3光合作用的原理和应用课件(共46张PPT)

(共46张PPT)
第4节 光合作用与能量转换
（二） 光合作用的原理和应用（3）
单位时间光合作用
②固定二氧化碳的量
③产生氧气的量
光合作用原理的应用
(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
（一）光合作用的强度
(2)光合强度表示方法
①制造有机物的量
影响光合作用强度的因素
2.环境因素对光合作用的影响
光（光照强度、光照时间、光质）
CO2浓度
温度
水分
矿质元素
1.内部因素对光合作用的影响：
酶的种类、数量；有机物输出情况；色素的含量；气孔导度；叶龄不同
探究光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理：叶片在正常情况下，组织细胞间隙中充满了空气；采取真空渗入法排除间隙内的空气，并充以水分使叶片沉于水中，光合作用过程产生的氧气在细胞间隙中的积累，使下沉的叶片又逐渐上浮。
实验材料：打孔器、注射器、台灯、烧杯、绿叶
自变量：
因变量：
实验装置：
选用不同瓦数的LED灯泡或调节台灯与实验装置的距离（冷光灯）
用单位时间叶圆片上浮的数量代表光合强度
光照强度
光合作用强度
用单位时间叶圆片
上浮的数量
检测指标
取生长旺盛的绿叶，用打孔器打出小圆片30片；
将小圆形叶片置于注射器内，抽拉出小圆形叶片内的气体， 重复几次；
将气体逸出的小圆形叶片,放入黑暗盛有清水的烧杯中待用；
实验步骤：
（避开大叶脉）
取3只小烧杯(培养皿)，分别倒入20mL富含CO2的清水；
分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照;
观察并记录同一时间段内，装置中小圆形叶片浮起的数量。
实验步骤：
项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮
起数量
1 10片 20 mL 强 多
2 10片 20 mL 中 中
3 10片 20 mL 弱 少
6.观察并记录结果
三、实验结论：
光照越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量越多，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增加，光合作用强度不断增加。
控制温度、光照强度相同，在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，可以用于探究CO2浓度对光合速率的影响。
NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水，不利于光合作用。
1.光照强度
O2
CO2
A
B
A点光照强度为 ，此时只进行 。
0
细胞呼吸
D
C
光照强度通过直接影响光反应来影响光合速率
A
B
O2
CO2
O2
CO2
AB段(不包括B点)光合作用的强度 细胞呼吸的强度，
小于
D
C
A
B
O2
CO2
B点细胞呼吸释放的CO2量 光合作用吸收的CO2量。
等于
此时的光照强度称为 。
光补偿点
光补偿点
D
C
A
B
O2
CO2
O2
CO2
BD段(不包括B点)光合作用的强度 细胞呼吸的强度。
大于
若以上图的光合速率。白天光照时间为12小时，则光照强度不低于多少，该植物才能存活？
光照强度不低于C
D
C
若是全天光照呢？
光照强度不低于B
A
B
O2
CO2
光补偿点
D点对应的光照强度为 点，
此时光照强度增加，光合作用强度不再 。
光饱和点
增加
光饱和点
O2
CO2
D点后限制因素：光和色素、光合作用酶含量、CO2含量、温度等因素
C
D
净光合
速率
呼吸
速率
总光合
速率
细胞总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
CO2固定量
CO2吸收量
CO2释放
O2产生量
O2释放量
O2消耗量
有机物制造量
有机物积累量
有机物消耗量
CO2吸收量
CO2释放量
光照强度
O
A
E
D
C
F
光照强度由O到E变化的过程中：
①细胞呼吸消耗的有机物是多少？
②光合作用制造的有机物是多少？
③此过程中积累的有机物是多少？
B
用面积表示
梯形SACDF
矩形SAOEF
梯形SACDF－矩形SAOEF
即，梯形SDCBE－△SOBA
A ’
B ’
光照强度
O
补充：阳生植物和阴生植物
C’
A
B
C
阴生植物
阳生植物
CO2吸收量
CO2释放量
阴生植物的叶绿素含量低，且叶绿素a/b的值也低，导致光反应速率降低，故阴生植物的光饱和点和光补偿点均低。
光补偿点、光饱和点：阳生植物 阴生植物
>
当光照强度为d时，比较植物A、B的有机物积累速率A B，有机物合成速率A B。
=
>
d
白光>红光>蓝紫光＞绿光
光质也影响光合速率,通常复色光（白光）下光合速率最高；红光下光合速率较快，蓝光次之，绿光最差。
生产上应用：
1、温室大棚使用无色透明的玻璃
2、若要人工补光，则补充蓝紫光、红光
3、若要降低光合作用，则用有色玻璃
（如绿色玻璃等）
—光质:
光
叶面积指数
光照因素在生产上的应用：
1、适当提高光照强度
（阴生、阳生植物的光强不同）
2、增加光合作用面积
3、延长光合作用时间
(温室中人工光照)
合理密植
间作套种
2.二氧化碳浓度
2.左图和右图都表示在一定范围内，光合作用强度随CO2浓度的增加而 ，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用强度不再 。
3.左图中B点表示光合作用强度 细胞呼吸强度时的CO2浓度，即 ；右图中的B 点表示进行光合作用所需 。
增加
增加
等于
CO2饱和点
CO2浓度通过直接影响暗反应来影响光合速率
进行光合作用所需CO2最低浓度
CO2补偿点
CO2饱和点
CO2饱和点
放出CO2
1.只有当环境中CO2浓度达到一定值时，植物才能从外界吸收CO2进行光合作用
CO2补偿点
4.应用：
生产中，适当升高CO2浓度
1、大田：“正其行，通其风”2、施用有机肥
3、投放干冰或CO2发生器；4.合理密植。
思考：二氧化碳浓度越高越好吗？
二氧化碳浓度过高会影响细胞呼吸
光合作用的最适温度（总光合最大）不一定是最有利于植物生长（净光合最大）的最适温度
3、温度对光合作用的影响
③阴天适当降温
净光合作用
②保持昼夜温差，白天适当升温，夜晚适当降温
影响原理：温度通过影响 来影响光合作用强度。
酶的活性
①适时播种
根据作物的需肥规律，适时、适量增施肥料，可提高产量
A
B
（1）Mg：叶绿素的重要组成成分。
（2）K：影响糖类的合成和运输
（3）P：是叶绿体膜和ATP的重要组成成分。
（4）N：是各种酶和ATP的重要组成成分。
4、矿质元素对光合作用的影响
——除C、H、O以外的元素都称为矿质元素。
5、H2O的供应对光合速率影响
①雨后，中耕松土，减少土壤中水的散失，
②地膜覆盖，保温、保水
③合理灌溉等措施。
(1)光合作用的原料
(2)缺水能影响气孔的开闭，影响CO2进入植物体，间接影响光合速率
叶片的光合速率与叶龄密切相关。
幼叶净光合速率低；叶片全展后，光合速率达最大值；
叶片衰老后，光合速率下降。
6、叶龄对光合速率影响
生产上的应用：农作物、果树管理后期，
适当摘除 老 叶、 残 叶。
光合作用原理的应用
①提高光合速率
②延长光照时间
③增加光合面积
a.适当增加光照强度
b.适当增加CO2浓度
c.控制合理的温度
d.合理施肥、灌溉
合理密植、套种、间作
大田：复种（一年多茬）
温室：人工光照
影响光合作用效率的因素
多因子对光合速率的影响
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高；
Q点：横坐标所示的因素不再是影响光合作用的因子，影响因素主要为各曲线所示的因子。
自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用
2NH3 + 3O2
硝化细菌
2HNO2 + 2H2O + 能量
2HNO2 + O2
硝化细菌
2HNO3 + 能量
CO2 + H2O
酶
（CH2O ）+ O2
化能合成作用
新陈代谢的基本类型
兼性厌氧型：酵母菌等
硝
用以上装置完成光合作用强度的测试。
实验步骤：
(1)测定植物的呼吸作用强度，方法步骤：
①____________________________________；
②____________________________________；
③____________________________________；
(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤：
①____________________________________；
②____________________________________；
③____________________________________。
黑暗条件下，D中放入NaOH溶液，装置乙作为对照组
将装置甲、乙放在温度等相同的环境中　
30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度
光下，D中放入NaHCO3（CO2缓冲液），乙作对照组　
将装置甲、乙放在光照强度、温度等相同的环境中
30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度
测光合速率和呼吸速率
一、液滴移动
同种等量的死亡生物
如何移？为什么？
如何移？为什么？
为排除非生物因素对实验的干扰，如何设置对照？
实验组
对照组
实验组：液滴移动是生物因素与非生物因素共同作用的结果。
对照组：液滴移动是非生物因素作用的结果。
若实验组液滴右移x，对照组右移y或左移y。则光合作用引起的液滴移动的距离__________________________
x-y或x+y
光饱和点是__________，光补偿点是__________。
A
B
2、叶圆片称重法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）
10时叶圆片X
（干重x克）
12时叶圆片Y（干重y克）
14时叶圆片Z（干重z克）
净光合速率=______________呼吸速率= _________
总光合速率=_______________
(z-y)/2S
(x-y)/2S
(x＋z-2y)/2S
3、半叶片法
将植物对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）则留在光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后（h）在这两部分叶片的对应部位截取相同面积（s）的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB。
总光合速率:______________
(MB—MA)/s·h
4、黑白瓶法
【实验原理】
“黑瓶”不透光，测定有氧呼吸量，“白瓶”给予光照，测定的是净光合量。
水深 1m 2m 3m 4m
白瓶中O2浓度（g/m2） ＋3 ＋1.5 0 -1
黑瓶中O2浓度（g/m2） -1.5 -1.5 -1.5 -1.5
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
当温度由光合作用最适温度改为呼吸作用最适，A、B、C三点怎么移动
若增加CO2浓度呢？
C
释放
CO2
下移
右移
下移右移
上移
左移
上移右移
【例题】若已知植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为：25℃和30℃
如图：在25℃，一定光照强度下，某植物光合作用曲线。在相应条件变化时，相关点如何移动？
（1）适当增强光照强度，
A点：_______，B点：___________，
C点：_______ , m点：__________。
基本不动
左移
右移
上移
（2）适当减弱光照强度，
A点：__________，B点：______，
C点：______，m点：______。
基本不动
右移
左移
下移
（3）温度升高到30℃时，
A点：___________，
B点：___________，
C点：___________，
m点：___________。
下移
右移
左移
下移
（4）土壤中缺镁时，
A点：___________，
B点：___________，
C点：___________，
m点：___________。
基本不动
右移
左移
下移
下图表示A、B两种植物的在光照等其他条件适宜的情况下，光合作用强度对环境中CO2浓度变化的响应特性。
①若将上述两种植物幼苗置于同一CO2浓度较低密闭玻璃罩内，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，生长首先受影响的植物是___,
原因是什么？
B
在低CO2浓度的条件下，B植物利用CO2进行光合作用的能力弱，积累有机物少，因此，B植物生长首先受到影响。
②若将上述两种植物幼苗置于同一密闭玻璃罩内，在光照等其他条件适宜的情况下，当B的净光合速率为0时，A的净光合速率______ __（大/小/等于0）。
大于0
③若将上述两种植物幼苗分别置于两个相同的密闭玻璃罩内，在光照等其他条件适宜的情况下，玻璃罩内的CO2逐渐下降至一定水平时保持相对稳定，原因是什么？
植物在光下， 光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量，使密闭玻璃罩内CO2浓度降低，光合速率也随之降低，当光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时，玻璃罩内CO2浓度维持相对稳定。
影响光合作用效率的因素
一昼夜植物光合作用曲线变化
a点：凌晨3~4时，温度降低，
减弱，CO2释放量减少。
b点：上午5时左右，开始进行光合作用
bc段：光合作用 呼吸作用
c点：上午6时左右，光合作用 呼吸作用
ce段：光合作用 呼吸作用
d点：上午12时左右。 过高，部分或全部气孔关闭，出现午休现象。
e点：下午6时左右，光合作用 呼吸作用
ef段：光合作用 呼吸作用
fg段：停止光合作用，只进行细胞呼吸
呼吸作用
小于
等于
大于
温度
等于
小于
夏季晴朗一天植物光合作用曲线。（密闭容器中）
AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。
BC段：温度降低，呼吸作用减弱。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<呼吸作用强度。
D点：光合作用强度＝呼吸作用强度。
DH段：光合作用强度>呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：光合作用强度＝呼吸作用强度。
HI段：光照减弱，光合作用强度<呼吸作用强度，直至光合作用完全停止。
该植物一昼夜，有机物是否有积累？
答案：有，因为终点(I点)比起点(A点)低，表明有CO2吸收。
延长光合作用时间
增加光合作用面积
增加光能
利用率
提高光合
作用效率
控制光照强弱
控制光质
控制温度
控制CO2供应
控制必需矿质元素供应　
控制H2O供应
通风透光
在温室中施有机肥，
使用CO2发生器
适时适量施肥
合理灌溉
提高复种指数（轮作）
温室中人工光照
合理密植，间作套种
阴生植物，阳生植物
白光、红光和蓝紫光
保持昼夜温差
光合作用在农业生产中的应用
（1）光合作用与细胞呼吸中各元素的去向
① C元素
14CO2
有机物(14CH2O)
丙酮酸(14C3H4O3)
14CO2
暗反应
呼吸Ⅰ
呼吸Ⅱ
14C3
14C5
光合作用和细胞呼吸的联系
光合作用与细胞呼吸中各元素的去向
② H元素
3H2O
【3H】
（C3H2O）
【3H】
3H2O
光反应
暗反应
呼吸Ⅰ
丙酮酸(C33H4O3)
呼吸Ⅱ
呼吸Ⅲ
（1）光合作用与细胞呼吸中各元素的去向
③ O元素
H218O
18O2
H218O
C18O2
（CH218O）
C3H418O3
C18O2
光反应
呼吸Ⅲ
呼吸Ⅱ
呼吸Ⅱ
暗反应
呼吸Ⅰ
呼吸Ⅱ
（2）光合作用与有氧呼吸中[H]和ATP的来源、去路
比较项目 来源 去路
[H] 光合作用
有氧呼吸
光反应中水的光解
主要用于暗反应中C3的还原
第一、二阶段有机物氧化分解(脱氢)
第三阶段，与O2
结合生成水。
比较项目 来源 去路
A T P 光合作用
有氧呼吸
光反应阶段
能量来自光能
主要用于暗反应中C3的还原
三个阶段都能产生ATP，第三阶段产生ATP最多。
用于细胞中各项生命活动
（3）光合作用与有氧呼吸物质联系
①过程：有氧呼吸第三阶段
②过程：光反应阶段
①和②过程都在膜上进行
③过程：有氧呼吸第二阶段(C3为丙酮酸)
④过程：暗反应阶段
③和④过程都不在膜上进行
⑤过程：光反应阶段
⑥过程：暗反应阶段
⑦过程：有氧呼吸整个过程
（4）光合作用与有氧呼吸中能量形式的转化