人教版（2019）高一生物必修一5.4光合作用与能量转化（第3课时）教学课件(共39张PPT)

(共39张PPT)
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
高中生物学
第五章 细胞的能量供应和利用
目录
课堂小结
04
课堂练习
情境导入
02
03
素养目标
01
05
探究新知
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
三、测定光合速率和呼吸速率的方法
学习目标 核心素养
1.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。
2.构建模型分析影响光合作用的因素。
3.关注光合作用原理在生产实践中的应用。 1.根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。
（科学探究）
2.能够根据光合作用原理指导生产实践。（社会责任）
素养目标
底物的消耗速率 或 产物的生成速率
CO2
+
H2O
（CH2O）
O2
+
光能
叶绿体
1.光合作用强度(光合速率）:
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
光合作用强度
1
思考：能否测量出光合作用强度？
固定CO2的量
制造有机物（糖类）量
产生O2的量
单位时间内光合作用
产生O2
固定CO2
释放O2
较强光照时
吸收CO2
植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的释放量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？
O2
CO2
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
光合作用强度
1
2.光合作用速率的测定
线粒体
叶绿体
（可以测得）
（可以测得）
植物进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。
实际测量到的光合作用指标是:
净光合作用速率，称为表观光合速率。
光合作用产生的O2=
释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2
= +
→ 实际观测的
所以 O2的产生量 = O2的消耗量 + O2的释放量
同理 有机物制造量 = 有机物消耗量 + 有机物积累量
CO2的固定量 = CO2的的产生量 + CO2的吸收量
净光合速率
真光合速率（总光合）
呼吸速率
单位时间:
呼吸作用O2的消耗量
O2的释放量
CO2的吸收量
呼吸作用CO2的产生量
←
CO2的总固定量
O2的总产生量
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
光合作用强度
1
净（表观）光合速率=真正（总）光合速率 － 呼吸作用速率
制造有机物的量
固定CO2量
产生O2的量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
－
－
－
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
光合作用强度
1
①对象：叶绿体：直接为总光合速率。
CO2
O2
测得有机物积累量
测得 CO2吸收量
测得O2的释放量
（CH2O）
②对象：植株、叶片、细胞：
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
气孔开闭情况、环境中CO2浓度
水分
光
酶的种类、数量
色素的种类和含量
植物自身因素
（遗传特性、叶龄）
光照强度（光反应）
CO2浓度
矿质元素（N、Mg）
水分
内因
外因
温度（酶）
3.影响光合作用的因素有哪些？
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
光合作用强度
1
1.实验原理
叶片含有空气，上浮
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用
产生O2
2.变量分析
光照强度
光源与烧杯的距离
光合作用强度
叶片浮起数量
叶片大小、溶液的量
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用的影响
2
①打孔:
取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片。打孔时避开大叶脉。
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用的影响
2
大叶脉不含有的叶绿体
防止光照干扰实验结果
③沉水:
将处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
②排气:
将圆形小叶片置于吸入清水的注射器内，用手指堵住注射器前端小孔拉动活塞，使叶片内气体逸出。
为光合作用提供原料CO2
浓度过高，会导致叶肉细胞失水过多，影响细胞代谢，光合速率下降
④分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。
（1%~2%的NaHCO3溶液）
3.实验步骤
强光
中等光
弱光
注：LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。
⑤光照：分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用的影响
2
3.实验步骤
吸收光的热量，避免温度的变化对实验结果造成干扰。
盛水玻璃柱：
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
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。
4.实验结论
同一时间小圆形叶片浮起的数量。
（或上浮相同数量的小圆形叶片所用时间。）
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用的影响
2
细胞间隙积累O2，浮力增大
净光合速率
利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？
提示：CO2浓度（不同质量分数的NaHCO3溶液）、
温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡）
在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，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。
一、探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用的影响
2
光照强度
0
CO2吸收
CO2
释放
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合
总光合
B： 。
D： 。
（限制因素：CO2浓度、温度等）
D
AB： 。
BC： 。
呼吸
A： 。
C点之前限制光合作用的因素是:光照强度
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光照强度对光合速率的影响
1
只进行呼吸作用
光合作用<呼吸作用
光合作用=呼吸作用
光合作用>呼吸作用
光合速率开始达到最大时外界的光照强度
光照强度
0
CO2吸收
CO2释放
A
B
C
光补偿点
光饱和点
D
A点：只呼吸不光合
O2
CO2
AB段：呼吸＞光合
B点：呼吸＝光合
BC段：光合＞呼吸
提醒：注意区分，单个细胞和整个植株的区别
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
曲线与细胞图示相结合
1.思考:植物体在B点时，那它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于）
当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸。
大于
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光照强度对光合速率的影响
1
（叶肉细胞光合作用）
（叶肉细胞呼吸+其他细胞呼吸）
=
总结：
①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。
②当净光合速率＝0时，植物不能生长。
③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。
2.光合速率与植物生长：
A
B
0
阳生植物
阴生植物
C
CO2吸收速率
CO2释放速率
阳生植物的光补偿点和光饱和点都大于阴生植物。
讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率，
阴生植物的曲线该如何画？生产上有哪些应用？
光照强度
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光照强度对光合速率的影响
1
阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。
阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。
应用：合理密植，间作套种，合理利用光
阳生植物和阴生植物的光合作用比较
1.阴雨天气适当补充光照，增加光合作用强度。
2.适当延长光照时间
3.合理密植，增加光合作用面积
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光照强度对光合速率的影响
1
应用：
红光>蓝紫光>白光 >绿光
虽然四种光合色素都能吸收蓝紫光，
但它是短波，没有红光容易吸收。
让相同强度的日光照射
①大棚颜色
白色透明>红色>蓝紫色>绿色
②用相同强度光源照射（灯泡）
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光质对光合速率的影响
2
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
对应的D点为CO2饱和点
B点：
C点：
应用：
1.多施有机肥或农家肥；2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；
3.“正其行，通其风”大田中还要注意通风透气。
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
CO2浓度对光合速率的影响
3
注意：分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐才能被植物吸收。
CO2补偿点
CO2饱和点
C点之后光合速率的限制因素：主要为光照强度和温度。
代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点 ；反之，A点 。
1.A点
下移
上移
2.B点与C点的变化
自变量 B点(补偿点) C点(饱和点)
适当增大光照强度(或CO2浓度)
适当减小光照强度(或CO2浓度)
土壤缺Mg2＋
左移
左移
左移
右移
右移
右移
3.D点
代表最大光合速率，若增大光照强度（或增大CO2浓度）使光合速率增大时，D点向 移动；反之，移动方向相反。
右上方
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光合作用曲线中关键点的移动
1：温度通过影响 影响光合作用。
曲线分析:
酶的活性
2:影响 开闭
应用：1.适时播种 2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温。
3.植物“午休”现象（气孔关闭）。
4.连续阴雨天：白天和晚上均降温
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
温度对光合速率的影响
4
最适温度下植物光合作用最大。
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低。
气孔
应用：合理浇灌、预防干旱
①水是光合作用的原料
②水是体内各种化学反应的介质
图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了 的供应。
CO2
③缺水→气孔关闭→限制CO2进入叶片→光合作用受影响
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
水对光合速率的影响
5
光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。
光照不断增强，光合作用强度不断增强。
温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，
CO2供应减少，光合作用强度明显减弱。
下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。(P106)
（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因：
（2）10～12时左右的光合作用强度明显减弱原因：
（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因：
（4）依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。
可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、喷淋降温等。
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
“光午休”现象
AC：
B点：
C点：
CD段：
黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用
光合作用开始点
光合速率逐渐增大，但<呼吸速率
凌晨温度最低，细胞呼吸最弱
BC：
温度回升，呼吸作用增强
D点：
DE：
F点：
光合速率=呼吸速率
随着光强和温度的提高，光合速率逐渐增大,此时光合速率>呼吸速率
光合午休：气温过高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭，导致CO2供应不足。
H点：
I点：
HI段：
光合速率=呼吸速率，有机物积累最多
光合速率<呼吸速率
光合作用消失点
GI：
随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
拓展1：
D、H点：光合速率=呼吸速率
D、H点以下：光合速率<呼吸速率
D、H点以上：光合速率>呼吸速率
小结
一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
AB段：
BC段：温度降低， 减弱。
CD段：光合作用 细胞呼吸。
D点：光合作用 细胞呼吸。
DH段：光合作用 细胞呼吸。
其中EF段出现“光合午休”现象。
H点：光合作用 细胞呼吸。
HJ段：光合作用 细胞呼吸。
直至光合作用完全停止
呼吸
小于
等于
大于
只进行 。
等于
小于
呼吸作用
J点：CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。
说明有有机物的积累,植物能正常生长。
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
密闭环境一昼夜CO2含量的变化
拓展2：
一昼夜积累有机物：比较J点时CO2浓度是否比A点时低
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分
P： 类囊体膜、NADP+和ATP的重要组分
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：合理施肥可促进叶片面积增大，促进叶绿素合成，促进光合产物的运输和转化等，提高光合作用强度。
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
矿质元素对光合速率的影响
6
①在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可______光合作用速率，
但当超过一定浓度后，植物光合作用速率 。
提高
下降
②土壤中矿质元素溶液浓度过高，植物光合作用速率下降的原因可能是:
。
溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水
问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
7
限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子。
横坐标不再影响光合速率，而是其他因子。
P点时或之前：
Q点时或之后：
自变量1
自变量1
自变量1
自变量2 温度
自变量2 光照强度
自变量2 CO2浓度
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。
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
7
在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加。
应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
内因1：叶龄对光合速率的影响
8
物
质
量
叶面积指数
单位土地面积上，植物的总叶面积
在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。
总光合量
净光合量
A
B
C
呼吸量
应用：适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
内因2：叶面积指数对光合速率的影响
9
内因：
外因：
基因决定酶种类数量不同
水分—应用：合理灌溉
矿质元素—应用：合理施肥
温度—影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”
CO2浓度—升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、加干冰…
不同植物光合作用不同；
不同部位（叶）光合作用不同；
不同叶龄的叶光合作用不同。
（应用：大棚种植用红光或蓝紫光的灯管；
无色透明的薄膜）
光照
光质（光的颜色）
光照时间：
光合面积（叶面指数）
（应用：延长光照时间：一年两/三熟）
应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高光强度，间作套种（提高光能的利用率）
二、光合作用强度的影响因素曲线分析
小结
1.测定光合速率与呼吸速率
(1)测定装置
光照，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的释放量代表净光合速率。
黑暗下，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的吸收量代表细胞呼吸速率。
三、测定光合速率和呼吸速率的方法
NaOH溶液：
吸收CO2
或CO2缓冲液，维持容器中CO2的浓度
气体体积变化法
1
（2）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
对照实验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。
三、测定光合速率和呼吸速率的方法
气体体积变化法
1
3.没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
1.“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。
2.有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量，白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量，二者之和为总光合作用量。
三、测定光合速率和呼吸速率的方法
黑白瓶法
2
本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。
三、测定光合速率和呼吸速率的方法
半叶法
3
净光合量+呼吸消耗量
MA=原叶重-呼吸消耗量
MB=原叶重+净光合量
MB-MA=
课堂小结
1. 如图曲线中，有M、N、P、Q四个点，对它们含义的叙述中不正确的是（　　）
A. M点时植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸
B. P点时光合速率与呼吸速率相等
C. N点时植物细胞呼吸强度大于光合作用强度
D. Q点时温度是影响光合速率的主要因素
D
课堂练习
　Q点时，对比三条曲线可知，在高CO2浓度下光合速率明 显提高，此时CO2浓度是影响光合速率的主要因素。
2. （多选）将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT植株和正常温度（CT）条件下的植株（CT植株）在不同温度下的光合速率，结果如图所示。根据实验结果，可以得出的结论是（　　）
课堂练习
A. CT植株在50 ℃条件下可以进行光合作用，但不能生长
B. 35 ℃的条件下，CT植株与HT植株积累有机物的速率相等
C. CT植株与HT植株的最大CO2固定速率基本相等
D. HT植株在50 ℃条件下的光合速率大于呼吸速率，
比CT植株更适应高温环境
ABD
CO2吸收速率代表净光合速率，CO2固定速率代表总光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。CT植株与HT植株的最大CO2吸收速率相等，即净光合速率相等，但呼吸速率未知，因此最大CO2固定速率无法比较。