2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第5章 第4节 第3课时　光合作用原理的应用 Word版含解析

1、第3课时光合作用原理的应用课标要求核心素养1.理解影响光合作用的环境因素。2.简述化能合成作用。1.科学探究根据实验目的，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。2.社会责任能够根据光合作用原理指导生产实践。知识导图新知预习·双基夯实一、光合作用原理的应用1光合作用强度的概念：植物在单位时间内通过光合作用制造_糖类的数量_。2光合作用强度的影响因素和衡量指标：(1)影响因素：(2)衡量指标：_原料_消耗的数量。_产物_生成的数量。3探究光照强弱对光合作用强度的影响：取材排气沉水分组：取3只小烧杯，分别倒入20 ml富含_二氧化碳_的清水、放入10片小圆形叶片光照：分别对

2、这3个实验装置进行_强、中、弱_三种光照观察并记录：同一时间段内各实验装置中_小圆形叶片浮起的数量_二、化能合成作用1概念：利用体外环境中的某些_无机物_氧化时所释放的能量来制造_有机物_的合成作用。2实例：硝化细菌3自养生物和异养生物：类型概念代表生物自养生物能将_无机物_合成为_有机物_的生物光能自养生物：_绿色植物_化能自养生物：_硝化细菌_异养生物只能利用环境中_现成的有机物_来维持自身生命活动的生物人、动物、真菌、大多数细菌活学巧练_1光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。()2探究实验中，小圆形叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了co

3、2。(×)3绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合作用制造有机物。(×)4化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是co2和h2o。()5原核生物都是异养生物。(×)6自养生物合成有机物时只能利用光能。(×)思考：1在实验中，叶片下降的原因是什么？叶片上浮的原因是什么？影响叶片上浮的外界因素主要是什么？提示：抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降。光合作用产生的o2导致叶片上浮。影响叶片上浮的主要外界因素是光照强度，即光照强度影响光合作用强度，进而影响叶片上浮。2本实验每组小圆形叶片由10片改为3片可以吗？提示：不可以。叶片太少，不能排除偶然性。3

4、北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用将如何变化，原因是什么？提示：光合作用将减弱。光照强度过强，温度升高，导致气孔关闭，细胞co2供应不足，光合作用减弱。4大棚种植使用有机肥或放干冰有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。提示：有机肥在被微生物分解的时候会释放co2，放干冰也会释放co2，增加了大棚中的co2浓度，促进光合作用。5光饱和点后，限制光合速率的内部因素主要有哪些？提示：色素含量、酶的数量、c5的含量等。6下面是有关农业种植的谚语“黑夜下雨白天晴，打的粮食没处盛”。请从光合作用的角度分析这句谚语的含义。提示：夜晚降雨不仅提供水分，还降低温度，减弱细胞呼吸消耗，白天晴天，提

5、供良好光照，光合作用强，经过一昼夜，有机物的积累量高。学霸记忆·素养积累重点呈现1在一定范围内，随着光照强度或co2浓度的增大，光合速率逐渐增大，但超过一定范围后，光合速率不再增大。2提高光合作用强度的两种措施是：控制光照强弱和温度的高低；适当增加环境中的co2浓度。3能够以二氧化碳和水为原料合成糖类的生物，属于自养生物；只能利用环境中现成有机物来维持自身生命活动的生物，属于异养生物。4化能合成作用是指生物利用某些无机物氧化时释放的化学能合成有机物的作用。5硝化细菌是进行化能合成作用的典型生物。课内探究·名师点睛知识点探究环境因素对光合作用强度的影响1光合作用强度(1)概念

6、：简单地说，光合作用强度(又称光合速率)是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，是描述光合作用强弱的指标。(2)表示方法2探究环境因素对光合作用强度的影响(1)实验原理叶片含有空气，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮(2)实验中沉水叶片的制备小圆形叶片的制备：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出小圆形叶片。沉水：用注射器抽出叶片内气体，放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。黑暗条件的设计是为了防止光合作用的进行。(3)实验装置分析自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与试管之间的距离来调节光照强度的大小。中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温产生影响

7、。因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强度。3实验结果分析(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如下：(2)在弱光下，此时的光合速率小于或等于呼吸速率，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图：(3)在中、强光下，光合速率大于呼吸速率，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图：知识贴士本实验中易产生的两个认识误区(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值

8、，而是光合作用的净产值，即光合作用强度减去呼吸作用强度。(2)叶片浮起之前并不是不进行光合作用，而是光合速率小于呼吸速率或者是释放的氧气量较少。典例剖析_典例1 某实验小组为探究光照强度对植物光合速率的影响，组装如下图所示实验装置，下列说法正确的是(a)a碳酸氢钠溶液浓度、温度都为无关变量b光照强度由0不断增大的过程中，毛细管中水滴不断右移直至不动c当毛细管中水滴不动时，叶肉细胞中叶绿体所需co2全部来自同一细胞的线粒体d碳酸氢钠水解产生的co2需穿过3层磷脂分子才能进入叶肉细胞参与光合作用解析：本实验的自变量是不同光照强度，碳酸氢钠溶液浓度、温度都为无关变量，a正确；光照强度由0不断增大的过

9、程中，毛细管中水滴先左移后右移直至不动，b错误；当毛细管中水滴不动时，叶肉细胞中叶绿体所需co2还可以来自其他细胞的线粒体和外界环境，c错误；co2需穿过3层膜6层磷脂分子层才能进入叶肉细胞参与光合作用，d错误。变式训练_1某同学为探究光照强度对光合作用强度的影响，设计实验如下：摘取外形正常、生长旺盛的绿叶若干，在绿叶上避开大型叶脉用打孔器打出直径为1 cm的小圆形叶片40片。用适当方法使小圆形叶片内部的气体全部逸出，放入黑暗处盛有蒸馏水的烧杯中待用，此时叶片全部沉在水底。(1)实验中小圆形叶片下沉的原因是_叶片细胞间隙充满了水_。(2)欲研究光照强度对光合作用强度的影响，但实验室只有一种40

10、 w灯泡，可以通过_调节光源与实验装置间的距离_达到目的。(3)在此实验基础上给予_适宜温度和co2浓度_的条件，观察实验现象。(4)本实验的检测指标为_相同时间内，小圆形叶片浮起的数量或全部小圆形叶片上浮所需时间_。(5)若小圆形叶片取自大叶脉处，则所测得的光合作用强度会较当前值偏_低_。解析：(1)细胞内存在的气体排出，细胞间隙中充满水，因此细胞会沉入水底。(2)改变光源的距离，可调节光照强度的大小。(3)探究光照强度对光合作用的影响，光照强度为自变量，其他条件为无关变量，应保持一致且适宜。(4)相同时间内，叶片浮起来的数量或全部叶片浮起时间可以用来判断光合速率的大小，从而观察光照强度的影

11、响。(5)叶脉处叶绿体少，光合作用弱。知识点影响光合作用的环境因素及在生产中的应用1光照强度：(1)原理：光照强度主要影响光反应阶段atp和h的产生，进而影响暗反应阶段。(2)曲线(如图)项目曲线点、段进行的生理过程气体转移情况对应的生理状态模型a点只进行呼吸作用吸收o2、释放co2ab段呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸速率>光合速率吸收o2、释放co2b点呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸速率光合速率不与外界进行气体交换b点以后呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸速率<光合速率吸收co2、释放o2(3)应用：欲使植物正常生长，则应使光照强度大于b点对应的光照强度。适当提高光照强度：如阴

12、雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾等。合理密植和间作套种：阴生植物的光补偿点和光饱和点低，因此间作套种农作物可以充分利用光照。2co2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(如图)关键点aco2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bco2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浓度的增大而增大，但当co2达到一定的浓度时，光合作用强度不再增强(3)应用：大气中的co2浓度处于oa段时，植物无法进行光合作用。在农业生产中可通过“正其行，通其风”和增施农家肥等措施增加co2浓度，提

13、高光合作用速率。3温度(1)原理：通过影响酶活性进而影响光合作用。(2)曲线：ab段：随着温度升高，光合作用强度增强。b点：光合作用最适温度。bc段：随着温度升高，光合作用强度减弱。温度过高时，酶失活，光合作用完全停止。(3)应用：适时播种。温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。4水及矿质元素对光合作用的影响(1)原理：n、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。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：(3)应用：合理施肥；预防干旱，合理灌溉。5多因子变量对光合速率的影

14、响(1)曲线分析：p点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响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。知识贴士关于环境因素影响光合速率的两点提醒(1)温度改变对光合作用的影响：当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。(2)co2浓度对光

15、合作用的影响：co2浓度很低时，光合作用不能进行，但co2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用。典例剖析_典例2 在下图曲线图中，有m、n、o、p、q五个点，对它们含义的叙述中正确的是(c)m点时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼吸作用强度n点时，植物体只进行呼吸作用；o点时，植物体的光合作用强度等于呼吸作用强度q点时，光照强度不再是限制光合速率的因子，co2浓度是限制光合速率的主要因素p点前，限制光合速率的主要因素是光照强度abcd解析：m点，只进行呼吸作用；n点，光合作用强度等于呼吸作用强度；o点，植物既进行光合作用也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼

16、吸作用强度；q点，co2浓度是光合作用的限制因素，光照强度不是；p点前，限制光合作用的因素是光照强度。变式训练_2(2019·湖北省十堰市高一)下列有关植物光合作用的应用的叙述错误的是(c)a雨天的大棚中适当增加人工光照有助于提高光合作用强度b冬季晴天的中午在大棚中适当增加co2的供应有助于提高光合作用强度c夏季雨天的农田，升高温度有助于提高光合作用强度d立秋后的农田，适当施用农家肥有助于提高光合作用强度解析：阴雨天，光照强度减弱，限制了光合作用强度，大棚中适当增加人工光照有助于提高光合作用强度，a正确；冬季晴天的中午大棚中由于密闭不通风，导致co2浓度较低，影响了植物的光合作用，此

17、时适当增加co2的供应有助于提高光合作用强度，b正确；夏季雨天由于光照强度较弱，此时限制光合作用的主要因素是光照强度，因此升高温度也不能提高光合作用强度，反而温度高了呼吸作用增强，会增加有机物的消耗，c错误；立秋后的农田，适当使用农家肥，经过微生物的分解作用可以为农作物提供co2，有助于提高光合作用强度，d正确。知识点光合作用与有氧呼吸的区别和联系1光合作用与有氧呼吸的区别项目光合作用有氧呼吸物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能化学能(储能)化学能atp中活跃的化学能、热能(放能)实质合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量，供细胞利用场所叶绿体活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有

18、光、无光条件下都能进行2.h和atp的来源、去路的比较比较项目主要来源主要去路h光合作用光反应中水的光解作为暗反应阶段的还原剂，用于还原c3合成有机物有氧呼吸第一、二阶段产生用于第三阶段还原o2产生水，同时释放大量能量atp光合作用在光反应阶段合成atp，其合成所需能量来自色素吸收、转化的太阳能供应暗反应阶段c3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中有氧呼吸第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解作为供能物质直接用于各项生命活动3.光合作用与细胞呼吸的联系(1)物质方面：c：co2(ch2o)c3h4o3co2o2：h2oo2h2oh：h2oh(ch2o)

19、hh2o(2)能量方面：光能atp(ch2o)4净光合速率和真正光合速率：(1)净光合速率：常用一定时间内o2释放量、co2吸收量或有机物积累量表示(可用下图中od段表示)。(2)真正光合速率：常用一定时间内o2产生量、co2固定量或有机物产生量(或制造量)表示(可用下图中ad段表示)。(3)光合速率与呼吸速率的关系：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(a点)。绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。真正光合速率净光合速率呼吸速率。由该关系式可用o2、co2或葡萄糖的量表示如下；a光合作用产生o2量o2释放量细胞呼吸消耗o2量。b光合作用固定c

20、o2量co2吸收量细胞呼吸释放co2量。c光合作用葡萄糖产生量葡萄糖积累量(增重部分)细胞呼吸消耗葡萄糖量。5以净光合速率的大小来判断植物能否正常生长(自然状态下，以一天24 h为单位)(1)净光合速率大于0时，植物因积累有机物而正常生长。(2)净光合速率等于0时，植物因没有有机物积累而不能生长。(3)净光合速率小于0时，植物因有机物减少而不能生长，且长时间处于此种状态下植物将死亡。警示：植物进行光合作用的同时，一定进行细胞呼吸，但在进行细胞呼吸时不一定进行光合作用，因为光合作用只有在有光条件下才能进行，而细胞呼吸只要是活细胞就会进行。典例剖析_典例3 光合作用强度可以用多种指标表示，以下不适

21、合的是(a)a植物体鲜重增加量b植物体干重增加量co2释放量dco2吸收量解析：在植物的鲜重中，水分占有的比例最大，而光合作用强度是以合成有机物的多少作为衡量标准的，因此不宜用植物鲜重作为指标。其他各项都能反映出有机物的变化情况，可以作为衡量指标。变式训练_3如图表示某植物在不同光照强度下，单位时间内co2释放量和o2产生总量的相对变化。对植物生理过程分析正确的是(d)a光照强度为a时，光合作用强度不为零b光照强度为b时，光合作用与呼吸作用强度相等c光照强度为c时，光合作用强度是呼吸作用强度的两倍d光照强度为d时，光合作用从环境中吸收2个单位的co2解析：光照强度为a时，没有氧气产生(不是释放

22、)，光合作用强度为0；光照强度为b时，co2释放量等于o2产生总量，即呼吸作用co2产生总量大于光合作用氧气产生总量，光合作用小于呼吸作用强度；光照强度为c时，没有co2释放，且o2产生总量与a点时的co2的释放量相等，所以光合作用强度等于呼吸作用强度，不是两倍关系；光照强度为d时，o2产生量8个单位，超过了细胞呼吸的6个单位，光合作用除了消耗呼吸产生的co2，还要从环境中吸收2个单位的co2。指点迷津·拨云见日一、光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动co2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：一般有左移、右移之分，其中co2(或光)补偿点b是曲线与横轴的交点，co2(或光)饱和点c则是

23、最大光合速率对应的co2浓度(或光照强度)，位于横轴上。(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，co2(或光)补偿点b应右移，反之左移；co2(或光)饱和点c应左移，反之右移；d点应左下移，反之右上移。(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，co2(或光)补偿点b应右移，反之左移；co2(或光)饱和点c应左移，反之右移。d点应左下移，反之右上移。(3)与阳生植物相比，阴生植物co2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。典例4 如图甲表示a、b两种植物光合速率随光照强度改变的变化曲线，图乙表示将a植物放在适宜温度、不同浓度co2环境条件下，a植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。请分析

24、回答：(1)在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是_a_。(2)图甲中的“a”点表示_植物的呼吸速率_。如果以缺镁的完全营养液培养a植物幼苗，则b点的移动方向是_右移_。(3)如丙图所示中与甲图c点相符合的是_d_(填序号)。(4)e点与d点相比较，e点时叶肉细胞中c3的含量_低_；f点之后，限制a植物光合速率的主要因素为_co2浓度_。(5)当光照强度为g时，比较植物a、b的有机物积累速率ma、mb的大小和有机物合成速率na、nb的大小，结果应分别为ma_mb、na_>_nb。解析：(1)据图甲可知，a植物的光补偿点b较高，为阳生植物，在较长时间连续阴雨的环境中，生长会受

25、到显著影响。(2)图甲中“a”点时没有光照，此时二氧化碳的释放速率表示呼吸速率。以缺镁的完全营养液培养a植物幼苗，由于镁参与叶绿素的合成，a植物叶绿素合成减少，需要较强的光照才能达到光补偿点，b点应向右移动。(3)甲图c点时光合作用大于呼吸作用，叶绿体光合作用利用的二氧化碳来自外界和线粒体的释放，如丙图d所示。(4)e点与d点相比较，e点时光照强度较大，光反应产生的atp和h较多，叶肉细胞中c3还原过程加快，含量降低；图乙是适宜温度下光合速率曲线，f点之后，提高二氧化碳浓度，可提高光合速率，即限制a植物光合速率的主要因素为co2浓度。(5)图甲中曲线代表净光合速率，当光照强度为g时，a、b植物

26、净光合速率相等，有机物积累速率mamb，有机物合成速率代表实际光合速率，由于a植物的呼吸速率较大，故na>nb。二、光合速率的测定(1)装置中溶液的作用在测细胞呼吸速率时，naoh溶液可吸收容器中的co2；在测净光合速率时nahco3溶液可提供co2，能保证容器内co2浓度的恒定。(2)测定原理甲装置：在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于naoh溶液吸收了细胞呼吸产生的co2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的o2吸收速率，可代表呼吸速率。乙装置：在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于nahco3溶液保证了容器内co2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的o

27、2释放速率，可代表净光合速率。真正光合速率净光合速率呼吸速率。(3)测定方法将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。(4)物理误差的校正为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。典例5 下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的nahco3溶液可维持瓶内的co2浓度在恒定水平。下列几种实验结果(

28、给予相同的环境条件)，可能出现的是 (acd)a甲、乙装置水滴都左移b甲、乙装置水滴都右移c甲装置水滴不动，乙装置水滴左移d甲装置水滴右移，乙装置水滴左移解析：根据题意可知，装置中的nahco3溶液可维持瓶内的co2浓度在恒定水平，故甲装置内的气压变化是由o2含量变化引起的，较强光照条件下(光合强度大于呼吸强度)甲装置内水滴右移，黑暗或较弱光照条件下(光合强度小于呼吸强度)甲装置内水滴左移，适宜光照条件下(光合强度等于呼吸强度)甲装置内水滴不动；乙装置内青蛙只进行细胞呼吸不进行光合作用，故乙装置内水滴只会左移。 解疑答惑练习与应用p106一、概念检测1(1)提示：在光反应阶段，叶绿体利用所吸收的光能，将水分解为h和氧，其中氧以分子形式释放出去。(2)×提示：光反应必须在有光的条件下进行，暗反应有光、无光均可。(3)×提示：影响光反应的因素也会影响暗反应。2d提示：co2参与暗反应，与c5结合形成c3，在atp、nadph和有关酶的作用下形成糖类。3o2nadphatpadppinadpc3c5二、拓展应用1(1)光照强度不断增强(2)此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，co2吸收量减少(3)光照强度不断减弱(4)提示：温度、光照强度(5)提示：适当提高温度和光照强度2提示：大约可以生存10天左右