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第4节 光合作用与能量转化
第3课时 光合作用原理的应用
根据光合作用的过程，分析影响光合作用的因素以及光合作用的原理在实践中的应用。
探究环境因素对光合作用的影响。
了解呼吸速率、净光合速率和真光合速率的关系及其表示方式。
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
探究环境因素对光合作用强度的影响
因变量：光合作用强度
观测指标：用单位时间叶圆片上浮的数量代表光合强度
自变量：光照强度、CO2浓度、温度等
LED灯与装置的距离或者灯泡的瓦数
如何控制无关变量？如圆片及其初始状态
结果？
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累，使原来下沉的叶片上浮。根据单位时间内圆形叶片上浮的数量，间接判断光合作用强弱。
实验原理
实验材料
圆形小叶片
自变量:
光照强度
因变量:
光合作用强度
检测方法：
相同时间小圆形叶片浮起的数量
控制方法：
不同瓦数的灯或相同瓦数灯离实验装置的距离
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
实验步骤
1.用打孔器打出大小相等的圆叶片若干片（避开叶的主脉）
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
实验步骤
2. 将圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。这一步骤可重复几次。
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
实验步骤
3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片全部沉到水底
4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（吹气或1%~2%的NaHCO3溶液）
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
实验步骤
5.向3只小烧杯中各放入各放入10片小圆形叶片
强
中
弱
进行强、中、弱三种光照
调节5W的LED灯与实验装置间的距离来决定
6.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量
（10、30、50cm）
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
实验步骤
实验结果
烧杯 光源 距离 光照强度 叶片上浮数量
1 40W 5cm 强
2 40W 30cm 中
3 40W 50cm 弱
多
中
少
实验结论
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
1．取某植物生长旺盛的绿叶，用打孔器打出许多叶圆片，再用气泵抽出叶圆片的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至盛有CO2缓冲液的烧杯中，给予一定的光照，记录每个烧杯中叶圆片上浮至液面所用的平均时间。下列说法正确的是( )
A．可在光源与烧杯之间加一个装有水的玻璃水槽，以使烧杯中的叶圆片均匀照光
B．为探究光照对光合作用的影响，可用一套装置慢慢向光源靠近，记录不同距离处叶圆片上浮所用的时间
C．为探究CO2对光合作用的影响，可用不同浓度的CO2缓冲液进行实验
D．叶片必须先在暗处放置几小时，消耗掉叶片中的淀粉
【对点练习】
C
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
【对点练习】
2．某兴趣小组以绿叶和黄叶两种青菜叶片为实验材料，探究光照强度对光合作用的影响，结果如下表所示，下列推测不合理的是( )
A
A．环境温度属于无关变量，对实验结果无明显影响
B．青菜叶叶圆片上浮的数量与叶绿素的含量有关
C．相同光照强度下，绿叶光合作用强度高于黄叶
D．该实验可证明光合作用的强度受内外因素的影响
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
1、光照强度
A点:
B点：
C‘点：
C点之前限制因素是
C点之后限制因素是
AB段：
BC段：
应用：合理密植，间作套种，适当剪枝
C，
只进行呼吸作用
光合<呼吸
光补偿点；光合作用=呼吸作用
光合>呼吸
光饱和点
光照强度，
色素含量，酶数量等内因
CO2 、温度等外因
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
1、光照强度
O2
CO2
（A：只呼吸，无光合）
O2
CO2
O2
CO2
（AB：光合<呼吸）
O2
CO2
（B：光合=呼吸）
........
.
O2
CO2
CO2
O2
（BC：光合>呼吸）
1、改变条件，点的移动问题
2、总光合？净光合？呼吸作用？列表比较
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
光照强度
A
B
C
光补偿点
CO2释放速率
CO2吸收速率
o
纵坐标的值实指净光合速率
A点对应的纵坐标的绝对值实指呼吸速率
光饱和点
最大净光合速率
呼吸速率
最大光合速率
其大小主要受温度影响
光合速率-呼吸速率=净光合速率
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
光照强度
A
B
C
CO2释放速率
CO2吸收速率
o
纵坐标的值实指净光合速率
A点对应的纵坐标的绝对值实指呼吸速率
最大净光合速率
呼吸速率
最大光合速率
其大小主要受温度影响
光合速率-呼吸速率=净光合速率
S1
S2
呼吸消耗(有机物)量 =
(有机物)储存量 =
(有机物)制造量 =
S1 + S2
S3 -- S1
S3 + S2
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
光合作用速率
一定时间内，单位面积CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物生成量来表示。
真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸作用速率
（ct）有机物合成/制造量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
1、测得到的是什么净光合还是总光合？
2、植物长不长看谁 (注意区分植物与叶肉细胞)
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
测定方法：
a.将甲装置置于光照下一定时间，记录红色液滴向右移动的相对距离（m），计作净光合速率。
b.将乙装置置于黑暗中一定时间，记录红色液滴向左移动的相对距离（n），计作呼吸速率。
c.真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 = m + n
吸收CO2
NaHCO3
提供CO2
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
①适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产；
光照强度
温室大棚一般选无色透明塑料薄膜
遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予红光或蓝紫光。
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
玉米--大豆
桃树--甘蓝
两种植物高矮结合，充分利用不同层次的阳光
②阳生植物（高）与阴生植物（矮）农业生产上一般 间作 。
间作：高矮间隔种植
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
③通过 轮作，延长光合作用时间。
轮作：种完玉米种花生
玉米，轮作花生
水稻，蘑菇轮作
原因是：
（1）不同作物吸收土壤中的营养元素的种类、数量及比例各不相同，根系深浅与吸收水肥的能力也各不相同，轮作还可以均衡利用土壤中的矿质元素。
（2）每种作物都有一些专门为害的病虫杂草，轮作能够改变原有的食物链，防止病虫害；抑制杂草生长，减轻草害。
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
2、CO2浓度
应用：1.多施有机肥或农家肥
2.温室栽: CO2发生器等.
3.“正其行，通其风”
a
CO2补偿点
CO2饱和点
CO2浓度
C
m和A点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
1、环境中的CO2浓度
2、密闭环境中气体变化
3、气孔的开闭情况
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
一昼夜中植物代谢强度变化曲线
（1)甲图中，光合速率等于呼吸速率的点是 。
D、H
光合速率<呼吸速率；
光合速率>呼吸速率;
光合速率<呼吸速率.
H
所以该植物长没长？
长不长比较起点终点！
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
一昼夜中植物代谢强度变化曲线
(2)甲图中I点低于A点，植物一昼夜表现为生长，其原因是 。
I点低于A点,说明容器中的CO2浓度降低，植物的总光合量大于总呼吸量，积累有机物，因此植物表现为生长。
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
一昼夜中植物代谢强度变化曲线
(2)图甲中FG段变化的原因是 。
由于温度过高，为了降低蒸腾，部分气孔关闭，CO2吸收减少，暗反应减弱，光合速率下降。
光合午休
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
1.光合速率等于呼吸速率的点是_________；
2.启动光合速率的点是____；
3.DE时间段CO2吸收量（净光合速率）下降的原因是
__________________________________________________________；
4.一天内有机物积累量最多的时间点是___；
5.若S1、S2、S3表示面积，一天中有机物的积累量是__________；
6.FG时间段CO2吸收量（净光合速率）下降的原因是
___________________________________________
C、G
B
温度过高，部分气孔关闭， CO2供应不足，暗反应减弱，光合作用减弱
G
S2—S1—S3
S1
S2
S3
光照强度减弱，光合速率减弱
如图是夏天的一个晴天，某植物细胞一天中光合速率的变化曲线。
光合午休
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
3、温度
最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
应用：
①适时播种；②温室中，白天适当提高温度；
③ 晚上适当降温；④植物“午休”现象。
CO2
H2O
O2
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
4、矿质元素
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能； K：促进光合产物向贮藏器官运输；
Mg：叶绿素的重要组分。
应用：合理施肥。
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
4、水分
经典考题：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是_______________________________________________________
________________________________________________________________。
1、矿质元素只有溶解在水中才能被作根系吸收
2、保证小麦吸收充足的水分，从而保证叶肉细胞中CO2的供应
①水是光合作用的原料；
②水是体内各种化学反应的介质；
③水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体。
应用：预防干旱、合理灌溉。
保卫细胞吸水
气孔张开
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
5、多因子变量对光合速率的影响
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
CO2浓度
水分
光
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
气孔开闭情况
3．下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。下列分析正确的是( )
A．乙图中D点与C点相比，相同时间内叶肉细胞中C5的生成量较多
B．图中M、N、P点的主要限制因素分别是CO2浓度、温度、光照强度
C．丙图中，随着温度的继续升高，曲线走势将稳定不变
D．甲图中M至A点范围内，限制光合速率的因素为CO2浓度
【对点练习】
A
二、影响光合作用强度的环境因素及应用
三、光合作用和细胞呼吸的关系
【阅读书本P56，思考下列问题】
①将细胞核内物质与细胞质分开的是什么结构？有何特点？
②细胞核控制细胞的遗传和代谢，不可避免要和细胞质发生频繁的物质交换和信息交流，什么结构与这一功能相适应？
③是否任意大分子物质都可以随意进出细胞核？说明细胞核物质交换的结构有何特点？
④核仁的大小与蛋白质的合成有什么关系？
⑤细胞核控制细胞的遗传和代谢，主要与哪个结构有关？
三、光合作用和细胞呼吸的关系
1、区别
光合作用 呼吸作用
场所
条件
物质
变化
能量
变化
实质
范围
叶绿体
只在光下进行
无机物→有机物
光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
合成有机物，储存能量
绿色植物细胞
细胞质基质和线粒体或细胞基质
有光、无光都能进行
有机物→无机物
有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能＋热能
分解有机物，释放能量
几乎所有活细胞
三、光合作用和细胞呼吸的关系
2、联系
光合作用产生的葡萄糖和氧气可作为呼吸作用的原料；呼吸作用产生的CO2和H2O可作为光合作用的原料。
光合作用：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2
光能
叶绿体
有氧呼吸：C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+大量能量
酶
O2
CO2
三、光合作用和细胞呼吸的关系
3、生理过程及场所
序号 ① ② ③ ④ ⑤
生理
过程 _______ 暗反应 有氧呼吸
第一阶段 有氧呼吸
第二阶段 有氧呼吸
第三阶段
场所 叶绿体类囊体薄膜 ___________ __________ 线粒体基质 __________
光反应
叶绿体基质
细胞质基质
线粒体内膜
三、光合作用和细胞呼吸的关系
4、物质和能量的联系
(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 水的光解 _________
有氧呼吸 _____________ 第三阶段
ATP 光合作用 _______ 主要用于_________
有氧呼吸 三个阶段均能产生，但第三阶段相对较多 用于各项生命活动
C3的还原
第一、二阶段
光反应
C3的还原
3．下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。下列分析正确的是( )
A．水参与C中第二阶段的反应
B．B在叶绿体囊状结构上进行
C．A中产生的O2，参与C的第二阶段
D．X代表的物质从叶绿体的基质移向叶绿体的囊状结构
【对点练习】
A
三、光合作用和细胞呼吸的关系课时分层训练(二十一) 光合作用原理的应用
知识点1 环境因素影响光合作用强度的实验探究
1．取生长旺盛的绿叶，用打孔器获取直径大小相同的若干小圆叶片，用于“探究光照强度对光合作用强度的影响”，该实验中最简便直观的检测指标是单位时间内( )
A．小圆叶片二氧化碳的吸收量
B．小圆叶片氧气的释放量
C．小圆叶片有机物的增加量
D．小圆叶片浮起的数量
D [绿色植物通过叶绿体利用光能把二氧化碳和水转变成储存能量的有机物并释放氧气。小圆叶片经过处理，最后观察到会浮起，原因是叶片进行光合作用产生氧气。本实验的自变量是光照强度，因变量是植物的光合作用强度，故小圆叶片二氧化碳的吸收量、小圆叶片氧气的释放量及小圆叶片有机物的增加量都可以作为检测指标，但单位时间内小圆叶片浮起的数量可直接观察计数，是该实验中最简便直观的检测指标，故D符合题意。]
2．将生长旺盛的叶片，剪成5 mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理(见题图及图注)。这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是( )
A B C D
C [光合作用的正常进行需要光、CO2和H2O的参与，无光条件下植物的光合作用不能进行，也就不能产生O2，因而叶片不能上浮，B、D不符合题意；自来水中CO2的含量较煮沸过的自来水中多，故光合作用强度相对较高，产生的O2更多，所以C中叶片最先浮起，C符合题意，A不符合题意。]
知识点2 环境因素影响光合作用强度的坐标曲线分析
3．下图为光合作用与光照强度之间关系的曲线，光照强度在n点时，限制光合作用强度进一步升高的主要因素是( )
①光照强度 ②CO2浓度 ③温度 ④O2浓度
A．②③ B．③④
C．①② D．②④
A [光合作用受光照、温度、CO2浓度和无机盐等因素的影响。O2浓度不是影响光合作用的主要因素。n点时，随着光照强度增加，光合作用强度不再增加，说明光照强度不是限制因素。]
4．下图表示光照强度与光合作用强度之间关系的曲线，该曲线通过实验检测一片叶子在不同光照强度条件下CO2吸收和释放的情况绘制。下列选项中，细胞中发生的情况与曲线中B点相符的是( )
A B C D
C [B点时光合作用强度等于呼吸作用强度，说明线粒体释放的CO2全部供给叶绿体进行光合作用。]
5．某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量
B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C．四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高
D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
B [本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度和光照为无关变量，A错误；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸吸收的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最小，C错误；若在4 ℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。]
6．下图所示为光照强度和CO2浓度对某植物光合作用速率的影响示意图。下列有关叙述不正确的是( )
A．曲线中a点转向b点时，叶绿体中C3浓度升高
B．曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5浓度升高
C．在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合效率
D．d点时，限制光合速率的环境因素可能有CO2浓度和温度等
A [在CO2浓度为1%的曲线上，从a点到b点即增加光照强度，光反应加快，产生的ATP、NADPH增多，使得暗反应也加快，故C3含量降低。在光照强度相同时，d点的CO2浓度比b点要低，会影响到CO2的固定，故C5含量增加。从图中可以看出，d点为光饱和点，限制光合速率的环境因素可能有CO2浓度和温度等。]
7．下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。下列分析错误的是( )
A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量
B．甲图中与b点相比，a点叶肉细胞中C3的生成量多
C．图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度
D．丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
D [温度通过影响酶的活性影响光合作用，在丙图中，随着温度的进一步升高，酶的活性降低，甚至因高温失活，曲线的走势将下降。]
8．某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。
据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为__________。CO2浓度在a～b之间时，曲线__________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。
解析：(1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。(2)由图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强(光照强度)。当CO2浓度大于c时，由于受光强(光照强度)的限制，光反应产生的NADPH和ATP不足，光合作用受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率均小于0，即该植物呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，光强(光照强度)和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还要考虑光强(光照强度)这一因素的影响。
答案：(1)0 A、B和C (2)光强(光照强度) (3)大于 (4)光强(光照强度)
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