金榜2014生物(人教版)必修1课件：5.4 二 第2课时 光合作用原理的应用和化能合成作用

第2课时光合作用原理的应用和化能合成作用一、光合作用原理的应用1.光合作用强度(1)概念:植物在单位时间内通过光合作用制造___________。(2)影响因素和衡量指标:糖类的数量水分CO2温度长短与强弱成分原料产物2.探究环境因素对光合作用强度的影响实验流程:生长旺盛的绿叶小圆形叶片30片小圆形叶片内的气体逸出充满了水二氧化碳二、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________,这种合成作用叫做化能合成作用。2.实例硝化细菌能利用氧化___________释放的化学能将______________合成为糖类,供自身利用。强、中、弱小圆形叶片浮起的数量无机物有机物氨和亚硝酸水和二氧化碳3.自养生物和异养生物类型概念代表生物自养生物能将_______合成为_______的生物光能自养生物:_________化能自养生物:_________异养生物只能利用环境中______________来维持自身生命活动的生物人、动物、真菌、大多数细菌无机物有机物绿色植物硝化细菌现成的有机物【思考辨析】1.判断正误(1)光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度、光照强度等外界因素。()(2)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。()(3)探究实验中,小圆形叶片浮起的原因是叶片进行呼吸作用产生的二氧化碳导致的。()【分析】在实验的光照条件下,导致叶片浮起的原因是叶片进行光合作用产生了氧气,通过浮力使叶片浮起。√√×(4)除了绿色植物,自然界中少数细菌,如硝化细菌也可以通过光合作用制造有机物。()【分析】硝化细菌是通过化能合成作用来制造有机物的。(5)化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是二氧化碳和水。()×√2.问题思考(1)请预测小烧杯中的叶片浮起数量和光合作用强度之间有什么关系。提示：小烧杯中的叶片浮起数量越多,说明光合作用强度越大。(2)从所利用的能量来源考虑,化能合成作用和光合作用有什么不同?提示：两者能量来源不同,光合作用利用的是光能,化能合成作用利用的是无机物氧化时释放的化学能。一、探究光照强度对光合作用的影响的实验分析1.实验原理2.实验中沉水叶片的制备(1)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。(2)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。黑暗目的:防止光合作用的进行。3.实验装置分析(1)自变量的设置:光照强度是自变量,通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。(2)中间盛水的玻璃柱的作用:吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响。(3)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弱。4.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,所以叶片是沉在水底。细胞生理状态如图:(2)在弱光下,此时的光合作用小于或等于细胞呼吸,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,光合作用大于细胞呼吸,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:【警示钟】(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值,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,而是光合作用速率小于呼吸速率或者是产生的氧气量较少。【学而后思】(1)在使叶片沉水时,为什么要在黑暗条件下放入盛有清水的烧杯中?提示：防止在有光的情况下进行光合作用产生氧气,会使叶片浮上来。(2)上述实验装置除了能验证光照强度对光合作用的影响外,还可以用于验证哪些因素对光合作用强度的影响?提示：二氧化碳的浓度。【典例训练1】图甲是某同学探究影响植物光合速率的因素的实验装置图,图乙表示的是线粒体和叶绿体之间物质的交换。试回答:(1)图甲装置中隔在灯与试管之间盛水玻璃柱的作用是

。(2)若实验中每隔5min改变一次试管与玻璃柱之间的距离,随着距离的增加,气泡产生速率下降,请分析影响这一结果的外界因素:①

;②

。(3)为了探究光照强度对光合速率的影响,利用图甲装置进行实验的设计思路是:

。(4)在什么情况下,会出现如图乙所示的情况?

。(5)当产生气泡的情况下,请在图乙中用箭头标出此状态时氧气的移动方向。【解题关键】解答本题的关键是明确:(1)图甲实验装置中各仪器的作用:灯光提供光照强度,盛水玻璃柱吸收热量,排除对实验结果的干扰;(2)图乙表示了叶绿体和线粒体之间的气体交换,叶绿体为线粒体提供O2,线粒体为叶绿体提供CO2。【解析】(1)盛水玻璃柱位于灯和盛有水藻的试管之间,由于灯不仅发光而且也能发热,所以盛水玻璃柱可以吸收热量。(2)由于试管水中溶解的二氧化碳量是有限的,一段时间后二氧化碳的浓度会降低,同时距离增加会使光照强度降低。(3)自变量是光照强度,可以通过更换灯泡大小或改变灯和试管之间的距离来改变光照强度。(4)由于叶绿体产生的氧气全部用于细胞呼吸,而线粒体产生的二氧化碳全部用于光合作用,所以此时的光合速率和呼吸速率是相同的。(5)产生气泡时,说明此时光合作用大于细胞呼吸,产生的氧气一部分用于细胞呼吸,一部分释放到大气中。答案：(1)吸收灯光的热量,避免光照对试管内水温的影响(2)①光照强度减弱,光合作用产生的O2减少②水中CO2含量逐渐下降,光合作用产生的O2减少(3)用多组相同装置,只更换灯泡大小或只改变试管与灯之间的距离,进行对照实验(4)光合作用等于呼吸作用(5)

【互动探究】(1)从图甲中可以看出,在改变灯与试管距离时,移动两者中哪一个更为合适?提示：试管。(2)图乙中两个箭头,在改变外界条件的情况下,哪一个是可以单独存在的?提示：CO2的流动方向。【变式备选1】在适宜的温度、水分和CO2条件下,分别测定强光和弱光时不同植物的光合作用如图所示,请据此判断,下列叙述不正确的是(

)A.该条件下,影响植物光合作用量的主要因素是光B.同等光照条件下,玉米比小麦的光合作用量高C.大多数农作物都是喜阳性植物D.限制阴生草本植物光合作用量的因素为光照强度【解析】选D。其他条件适宜的情况下,光合作用速率的限制因素是光照强度;在强光或弱光条件下玉米的光合作用速率都大于小麦的光合作用速率;高粱、小麦、玉米等大多数农作物都是喜阳性植物;限制阴生草本植物光合作用的因素有光照强度、二氧化碳浓度等多重因素。二、影响光合作用的环境因素1.光照强度(1)曲线分析:①点:A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2量表示呼吸速率。B点细胞呼吸释放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等,此时的光照强度称为光补偿点。C点时已经达到了光饱和点,此时光照强度增加,光合作用强度不再增加。②线:AB段光合作用的强度小于细胞呼吸的强度;BC段光合作用的强度大于细胞呼吸的强度。(2)应用:阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低。2.CO2浓度(1)曲线分析:①走势分析:图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度的增大而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合作用速率不再增加。②关键点分析:图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。(2)应用:温室中适当增加CO2浓度,如投入干冰等,大田中“正其行,通其风”,多施有机肥来提高CO2浓度。3.温度(1)曲线分析:B点是最适温度,此时光合作用最强,高于或低于此温度光合作用强度都会下降,因为温度会影响酶的活性。(2)应用:温室栽培时白天适当提高温度,夜间适当降低温度。【警示钟】(1)光合作用速率不仅只受上述光、CO2浓度、温度三个因素的影响,同时受水、矿质元素等外因和自身内因如酶、色素的含量等影响。(2)当纵坐标为CO2吸收量或O2释放量时代表的并不是真正的光合速率,分析时要充分考虑呼吸速率对实验结果的影响。【学而后思】(1)上述图2中,若适当提高温度,图中A′点和B′点如何移动?提示：A′点向左移动,B′点向右上方移动。(2)根据上述因素在温室中栽培作物,如遇持续的阴雨天气,为了保证作物的产量,对温度如何控制?提示：适当降低温室温度,保持昼夜温差。【典例训练2】(2013·成都高一检测)为探究影响光合作用强度的因素,将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养,实验结果如图所示。以下说法正确的是(

)A.施肥与CO2吸收量无关B.与B点相比,A点条件下限制CO2吸收量的主要因素是光照强度C.与D点相比,限制C点玉米吸收CO2的主要因素是土壤含水量D.与C点相比,A点施肥过少,限制了CO2吸收量【解题关键】解答本题的关键是比较曲线:(1)找到引起曲线变化的相同点:如D点与B点的相同点为施肥程度相同,含水量相同;(2)找出不同点:如D点与B点的不同点为二氧化碳的吸收量、光照强度。【解析】选C。由图中的虚线和实线的比较可以看出,在施肥和不施肥的情况下二氧化碳的吸收量是不同的;与B点相比,A点条件下限制CO2吸收的因素是土壤中的含水量,因为两者的光照强度是相同的;与D点相比,C点限制光合作用的因素是土壤中的含水量;与C点相比,A点的光合作用速率不同的主要原因是光照强度不同。【变式备选2】(2013·南昌高一检测)如图所示为光照强度对植物光合作用的影响关系。下列有关曲线的相关叙述中错误的是(

)A.b代表光下植物净光合量B.m的大小与植物呼吸作用强度有关C.n点之后植物吸收CO2量不再增加与叶绿体中色素的数量有关D.若植物长期处于光照强度为m的自然环境中,植物仍能生长【解析】选D。b代表的是光合速率减去呼吸速率之后的净光合量;m是指光合速率等于呼吸速率时的光照强度,若呼吸速率上升或下降则所需相应的光照强度就会增加或减少;n点之后光照强度增加而光合速率不再增加的内因是叶绿体中色素的数量是有限的;若植物长期处于m点,不会出现有机物的积累和增加,植物不会表现出生长的迹象。光合作用的影响因素类题目【案例】如图表示温室内光照强度(E)与作物光合速率(v)的关系。在温度、水分和无机盐均适宜的条件下,当E<B时,增大光合速率的主要措施是____________________________________

;当B<E<C时,限制作物增产的主要环境因素是

;当E>C时,可采取__________________________________________措施,保证作物的最大光合速率,如遇连阴天,温室需补光,选用

光最有效。【审题——抓准信息·快速推断】关键信息推断结论信息1曲线图中,光照强度在达到B以前,随光照强度增大,光合速率增大说明在光照强度达到B以前,限制光合速率的主要因素是光照强度信息2温度、水分和无机盐均适宜限制作物光合作用的环境因素就不应该考虑温度、水分和无机盐这些因素关键信息推断结论信息3光照强度在BC之间时,随光照强度增大,光合速率保持不变说明光照强度在BC之间时,光合速率达到最大值,此时限制光合速率增大的主要因素不是光照强度而是CO2浓度信息4光照强度大于C时,随光照强度增大,光合速率出现下降趋势说明强光会对叶绿体中的色素造成破坏,使光合速率下降,若保证作物的最大光合速率,需适当遮光【答题——规范答案·警示失误】增大光照强度CO2浓度遮光红(蓝紫)错答：第二个空错答为温度。错因：忽视题干中提供的信息:“温度、水分和无机盐均适宜”。错答：第四个空错答为白光。错因：只考虑到白光中有光合色素能吸收的各种波长的光,未考虑到的是“温室补光”。1.(基础理论辨析题)下列相关叙述与绿色植物相关的有(

);与硝化细菌相关的有(

)A.能利用光能,将光能固定在有机物中B.能利用氧化过程释放的能量,形成有机物C.能固定CO2形成有机物D.含有光合色素,利用光能E.不含有色素,没有叶绿体等细胞器【解析】选A、C、D;B、C、E。绿色植物中含有叶绿体和光合色素,利用光能将无机物转化成有机物;硝化细菌是原核生物,不含有除核糖体之外的细胞器,不含有光合色素,能利用化学物质氧化过程中释放的能量,将无机物转化成有机物。2.这四个处理中,沉入底部的叶片小块最先浮起的是(

)【解析】选C。沉入水底的叶片是由于细胞间隙的空气被抽取掉,所以哪一个叶片最先产生大量的氧气,充入到细胞间隙中,哪一个叶片就最先浮上来。由于自来水中含有CO2,25℃的温度较为适宜,光照是光合作用的必需的条件,所以C选项所示的叶片最先浮起来。3.光合作用强度可以用多种指标表示,以下不适合的是(

)A.植物体鲜重增加量B.植物体干重增加量C.O2释放量D.CO2吸收量【解析】选A。光合作用反应式是CO2+H2O(CH2O)+O2,由此看出表示光合作用强度可利用CO2吸收量、(CH2O)生成量、O2释放量表示。植物体鲜重增加量包括有机物积累量,还包括植物从外界吸收的水的量;植物对水分的吸收受多种因素(如蒸腾作用、土壤含水量等)的影响,所以不能用植物体鲜重增加量来表示。光能叶绿体4.光合作用的正常进行受多种因素的影响,一个生物兴趣小组研究了CO2浓度、光照强度和温度对光合作用的影响,下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线,你认为不正确的是(

)【解析】选D。温度会通过影响光合作用中酶的活性来影响光合作用,高温使酶失活而导致光合作用强度下降,所以D选项应该是一条先升高后下降的曲线。5.光照强度、温度是影响光合作用强度的重要因素。下图是探究光照强弱对光合作用强度的影响实验中的三个初始装置,请据图指出探究中控制无关变量的三点疏忽,并提出改进建议。(1)疏忽:

;改进建议:

。(2)疏忽:

;改进建议:

。(3)疏忽:

;改进建议:

。【解析】探究光照强度对光合速率的影响时,除去自变量光照强度不同外,其他的无关变量都应该是相同的,如叶片的数量、开始时的状态以及水的种类,因为不同水中含有二氧化碳的量是不同的。答案：(1)烧杯中的小圆形叶片没有都沉于杯底将未沉入的叶片重新装入注射器,抽去叶片中的空气(2)三个烧杯中放入不相同数量的叶片把三个烧杯中的叶片调整为相同数量(3)三个烧杯中用了三种不同的水三个烧杯中换用同一种水,使CO2的量相同答案速填：A:蛋白质

B:RNA

C:高效性D:A-P～P～P

E:ADP+Pi+能量ATPF:有氧呼吸

G:光反应

H:光照强度一、光合作用与细胞呼吸(有氧呼吸)的比较1.两者的联系(1)物质方面:光合作用与细胞呼吸的联系主要体现在物质方面,即光合作用为细胞呼吸提供物质a(O2),细胞呼吸为光合作用提供物质b(CO2)。以下是三种元素的转移途径。(2)能量方面:2.两者的不同点(真核细胞)比较项目光合作用有氧呼吸代谢性质合成代谢分解代谢发生部位含叶绿体的细胞需氧活细胞反应场所叶绿体主要在线粒体内(第一阶段在细胞质基质中)

条件光、H2O、CO2、适宜的温度、酶、色素有光无光均可、适宜的温度、O2、酶【强化训练】1.(2013·白银高一检测)叶绿体与线粒体是植物细胞内两个重要的细胞器,在光照条件下,它们各自产生的部分物质是可以循环利用的。下面能正确表示两者关系的是(

)①叶绿体产生的葡萄糖可进入线粒体内被利用②线粒体产生的二氧化碳可进入叶绿体内被利用③叶绿体产生的氧气可进入线粒体内被利用④线粒体产生的水可进入叶绿体内被利用⑤线粒体产生的ATP可进入叶绿体内被利用A.①②③

B.②③④

C.①④⑤

D.②③⑤【解析】选B。叶绿体产生的葡萄糖在细胞质基质中被分解成丙酮酸后才能被线粒体利用;线粒体产生的二氧化碳可以被叶绿体的暗反应直接利用,同时叶绿体产生的氧气可以被线粒体直接利用;线粒体产生的水可进入叶绿体被直接利用;光照条件下,光反应产生的ATP可用于暗反应,而线粒体产生的ATP主要用于其他的需能反应。2.(2013·龙岩高一检测)如图表示某植物细胞内的代谢过程,下列有关叙述正确的是(

)A.①④③过程产生ATP,②过程消耗ATPB.②、④过程都有[H]参与反应C.①②③④四个过程既不消耗氧气也不产生氧气D.①过程发生在线粒体基质中,②过程发生在叶绿体基质中【解析】选C。图中①②③④分别表示的是有氧呼吸的第一阶段、暗反应中三碳化合物的还原、二氧化碳的固定和有氧呼吸的第二阶段;产生ATP的阶段是①④;有[H]参与反应的阶段是②;图中四个过程都没有氧气的参与也没有氧气的产生;①过程发生在细胞质基质中,②过程发生在叶绿体基质中。二、细胞呼吸和光合作用的相关计算1.各种速率的表示方法(1)呼吸速率的表示方法:将植物置于黑暗环境中,测定实验容器内CO2的增加量、O2的减少量或有机物的减少量。(2)净光合速率的表示方法:常用一定时间内O2的释放量、CO2的吸收量或有机物的积累量表示。(3)真正光合速率的表示方法:常用一定时间内O2的产生量、CO2的固定量或有机物的产生量表示。2.曲线分析植物叶肉细胞进行光合作用吸收CO2的同时,还进行细胞呼吸释放CO2,所以测定的CO2的吸收量并不是真正光合速率,而是净光合速率。图1表示CO2的吸收与光照强度变化的关系,图2表示线粒体与叶绿体的关系。(1)结合图2与图1中的曲线分析如下:①图1中a点光照强度为0,表示只进行细胞呼吸,与图2中B图对应。②图1中ab段由于光照强度较弱,光合作用速率小于细胞呼吸速率,所以细胞呼吸释放的CO2一部分被叶绿体吸收,另一部分释放到外界环境中,与图2中A图对应。③图1中b点表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等,CO2在外观上表现为既不吸收也不释放,与图2中C图对应。④b点以后,由于光照强度逐渐增强,光合作用速率大于细胞呼吸速率,细胞呼吸释放的CO2不能够满足光合作用的需求,表现为从外界环境中吸收CO2,与图2中D图对应。(2)光合作用与细胞呼吸的相关计算规律图1中,Oa段表示植物呼吸速率,Od段表示植物净光合速率,Oa+Od段表示真正光合速率(即实际光合速率或总光合速率),它们的关系为:真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。具体表达为:①光合作用消耗的CO2总量=从外界吸收的CO2量+细胞呼吸产生的CO2量。②光合作用产生的O2量=释放到外界的O2量+细胞呼吸消耗的O2量。③一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)=白天从外界吸收的CO2量-晚上细胞呼吸释放的CO2总量。【强化训练】3.某实验小组将玉米幼苗置于一密闭容器内,测定温度对光合作用和细胞呼吸的影响(用容器内CO2的变化量表示)。实验结果如下(“+”表示增加,“-”表示减少),下列有关说法正确的是(

)温度(℃)1015202530354045适宜光照-12-17-23-26-35-26-24-15黑暗+6+11+18+25+35+40+32+20A.由表中数据可知,光合作用酶和细胞呼吸酶的最适温度相同B.在适宜光照下,35℃时光合速率小于呼吸速率C.由表可知,在适宜光照下,最有利于植物生长的温度是30℃D.在黑暗情况下,叶肉细胞内无ATP的形成【解析】选C。黑暗情况下表示的是呼吸的速率,适宜光照下表示的是净光合速率,两者的和表示的是真正的光合速率;通过上述数据可知在30℃时真正的光合速率最大为70,