人教版高中生物必修1分子与细胞第5章第4节第3课时光合作用原理的应用课件

第3课时光合作用原理的应用第5章细胞的能量供应和利用第4节光合作用与能量转化

知识点1探究光照强度对光合作用强度的影响下沉上浮圆形小叶片上浮的数量光照强度

CO2强、中、弱圆形小叶片浮起的数量3．实验现象在弱光、中光、强光的照射下，圆形小叶片浮起的数量依次____。4．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____(圆形小叶片中产生的O2多，浮起的多)。增多增强基于对探究光照强度对光合作用强度影响的实验的认识，判断下列表述是否正确。1．此实验的因变量是单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量。

(

)提示：此实验的因变量为光合作用强度。×2．所选叶片必须生长旺盛、新鲜。

(

)3．可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。

(

)4．应在同一时间内观察并记录圆形小叶片上浮的数量。

(

)√√√探究一：实验材料的选择与处理等1．利用打孔器对绿叶进行打孔时为什么要避开大叶脉？提示：因为大的叶脉处叶肉细胞少，不利于细胞间隙中气体的逸出，影响实验结果的准确性。2．用打孔器处理好的叶片在排气、沉水实验前为什么需放置在暗处？提示：防止实验前叶片进行光合作用，干扰实验结果。3．分析叶片上浮的原因。提示：光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2。探究二：实验操作的提醒与目的1．注射器内吸入清水，用手指堵住注射器前端的小孔，缓缓拉动活塞，此操作的目的是什么？提示：使圆形小叶片内的气体逸出；使处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水而全部沉到水底。2．台灯与烧杯中间放置盛水的玻璃柱，此实验操作有何目的？提示：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯水温产生影响。[深化归纳]1．探究光照强度对光合作用强度的影响的实验变量分析(1)自变量及设置方法①自变量：光照强度。②设置方法：通过台灯距离实验材料的远近来设置。(2)因变量及观测指标①因变量：光合作用强度。②观测指标：观测单位时间内被抽取空气的圆形小叶片上浮的数量。2．探究影响光合作用强度的因素实验设计[对点练习]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√C

[在光源与烧杯之间加一个装有水的玻璃水槽，目的是避免光照引起温度的变化，A错误；探究光照对光合作用的影响，可用多套装置，将光源置于距烧杯不同距离处，记录不同距离处叶圆片上浮所用的时间，B错误；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，C正确；本实验的观察指标是叶圆片上浮至液面所用的平均时间，不需要进行暗处理，D错误。]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(

)光照强度7min内叶圆片上浮的数量绿叶黄叶A10B31C51A．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A

[探究光照强度对光合作用的影响，则光照强度是自变量，光合作用强度是因变量，其余变量是无关变量，但无关变量(如温度)对实验结果有影响，A错误。]√1．光合作用强度(1)概念：简单地说，就是指植物在________内通过光合作用______________。知识点2影响光合作用强度的环境因素及应用单位时间制造糖类的数量

农作物的产量

氧气二氧化碳2．影响光合作用强度的环境因素(1)确定依据：根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——________，动力——____，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。(2)举例分析：环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响_____________而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的__________的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响______的因素(如温度)，也是影响因子。水、CO2光能CO2的供应量形成和结构酶活性在北方的冬暖大棚中施用有机肥为什么能提高大棚蔬菜的产量？提示：有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解，释放出热量和CO2，提高了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用的进行，另外还生成各种无机盐，增加了土壤的肥力。3．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______。(2)实例：硝化细菌能利用______氧化释放的化学能将____________合成糖类，供自身利用。无机物有机物NH3CO2和H2O基于对影响光合作用强度的环境因素及应用的认识，判断下列表述是否正确。1．光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度和光照强度等外界因素。

(

)2．温度对光合作用强度的影响主要是影响酶的活性。

(

)3．真正光合速率常用单位面积、单位时间O2产生量，CO2固定量或有机物产生量表示。

(

)√√√4．使用农家肥使玉米等农作物光合速率上升，影响因素与无机物无关。

(

)提示：农家肥在微生物的作用下，不仅产生了CO2，还产生无机物，CO2和无机物均会使光合速率上升。5．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。

(

)提示：硝化细菌通过化能合成作用制造有机物。××材料1

科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图。材料2下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。材料3农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。作物ABCD株高/cm1706559165光饱和点/(μmol·m-2·s-1)120011805606231．材料1中，光照强度为a时，造成曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度差异的原因是什么？光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是什么？试解释其作用原理。提示：CO2浓度不同。曲线Ⅰ和Ⅱ的CO2浓度相同，光照强度为b时，光合作用强度存在差异的原因是温度不同。温度影响与光合作用有关的酶的活性，进而影响光合作用强度。2．材料2中，引起AB段光合作用不断增强的主要环境因素及目的分别是什么？提示：光照强度，该因素的增强促进了光合作用中光反应阶段，从而为暗反应阶段提供更多的ATP和NADPH。3．材料2中，BC段光合作用强度下降的主要原因是什么？提示：气孔部分关闭，CO2吸收量减少，导致光合作用中的CO2固定受阻，从而影响光合作用。4．分析材料3表中数据，从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的是哪两种作物？说出选择这两种作物的理由。提示：A和C。作物A光饱和点高且长得高，可以利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用。[深化归纳]1．光照强度对光合速率的影响(1)原理：光照是光合作用的动力，为光合作用提供能量，主要影响光反应阶段ATP和NADPH的产生，进而影响暗反应阶段。(2)曲线分析(3)应用①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能。2．CO2浓度对光合速率的影响(1)原理：CO2为光合作用提供原料，主要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B′CO2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浓度的增大而增强，但当CO2达到一定的浓度时，光合作用强度不再增强(3)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．温度对光合速率的影响(1)原理：通过影响酶活性进而影响光合作用。(2)曲线①AB段：随着温度升高，光合作用强度增强。②B点：光合作用最适温度下的光合作用强度。③BC段：随着温度升高，光合作用强度减弱。④温度过高时，酶失活，光合作用完全停止。(3)应用①适时播种。②温室栽培植物时，白天将温度调到光合作用的最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温度，以降低呼吸速率，保证植物有机物的积累。4．水及无机营养对光合速率的影响(1)原理①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。②N、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。(2)应用①合理施肥。②预防干旱，合理灌溉。5．多因子变量对光合速率的影响(1)曲线分析P点：限制光合速率的因素主要为横坐标所表示的因子，随着此因子的不断加强，光合速率不断提高。Q点：横坐标所表示的因子不再是限制光合速率的因素，限制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。思维拓展

影响光合作用的因素除了环境因素还有内因(1)与植物自身的遗传特性有关。(2)植物叶片的叶龄、叶面积指数、叶绿素含量及酶等也会影响光合作用。[对点练习]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√A

[乙图中D点与C点相比温度相同，但D点光照强，光反应产生较多的ATP和NADPH，C3的还原加快，叶肉细胞中C5的生成量较多，A正确。甲图中M点在不同的CO2浓度下光合速率相同，所以CO2浓度不影响M点的光合速率；乙图中N点在不同的温度下光合速率相同，所以温度不影响N点的光合速率；丙图中P点在不同的光照强度下光合速率相同，所以光照强度不影响P点的光合速率，B错误。温度上升到一定程度，与光合作用有关的酶变性失活，光合速率会下降，C错误。甲图中M至A点范围内，随着光照强度的增大，光合速率增大，所以限制光合速率的因素为光照强度，D错误。]4．植物工厂依靠LED灯等人工光源为植物生长提供能量。科研人员研究了不同光质对某品种番茄叶绿体超微结构及产量的影响，实验处理及相关结果如下表，各组其他生长环境都相同。组别实验处理叶绿体(个/细胞)基粒数(个/叶绿体)产量(103

kg·hm-2)甲白光10.422.414.6乙蓝光9.220.610.5丙X8.720.29.2丁红光∶蓝光＝1∶112.326.217.9回答下列问题。(1)甲组为对照组，丙组X处理是_________，其他相同的生长环境是___________________________________________________。(答出2点即可)(2)每个基粒都由囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为___________，其上分布的_____________是参与光合作用光反应的必需物质。红光光照强度、CO2浓度、温度、光照时间、水、无机盐等光合色素和酶类囊体(3)叶绿体超微结构与光合性能紧密相关，实验结果显示：与甲组相比，__________组的___________________________________减少，导致光合作用强度降低，产量下降。据实验结果分析，植物工厂中提高番茄产量的措施是_______________________________。(4)为进一步深入研究，请你利用红光和蓝光两种LED灯提出一项新的研究问题。______________________________________________________________________________________________________________________。乙和丙细胞中的叶绿体数和叶绿体中的基粒数提供红蓝光的比例为1∶1的光源探究红蓝光的比例(“光照时间”“光照强度”)对番茄叶绿体超微结构和产量的影响[解析]

(1)科研人员研究了不同光质对某品种番茄叶绿体超微结构及产量的影响，则丙组X的处理是红光。光照强度、CO2浓度、温度、光照时间、水、无机盐等属于无关变量，则对照组和实验组都保持相同。(2)类囊体堆叠而形成基粒，在类囊体上含有光合色素和酶，有利于进行光合作用。(3)实验结果显示：与甲组相比，乙和丙组的细胞中的叶绿体数和叶绿体中的基粒数减少，产量也下降，则在植物工厂中可通过提供红蓝光的比例为1∶1的光源增加产量。(4)根据表中数据可知，蓝光和红光的混合光可提高产量，则下一步可探究红蓝光的比例(“光照时间”“光照强度”)对番茄叶绿体超微结构和产量的影响。1．给植物全部供给18O2，则不久后发现植物合成的淀粉中含有18O，结合光合作用和细胞呼吸的关系加以分析。知识点3光合作用和细胞呼吸的关系

2．图1表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图1在图2中的位置。提示：AB之间。3．如图3所示为较强光照射下，叶肉细胞中结构模式图以及细胞中O2释放量和CO2吸收量的情况。探究实践中测得的光合作用强度是否为叶片的实际光合作用强度？试结合右图解分析原因。提示：否。探究实践中测得的光合作用强度是叶片光合作用强度与细胞呼吸强度的差值。[深化归纳]1．物质联系COH2．能量联系[对点练习]5．如图是绿色植物体内某些代谢过程中物质的变化示意图，A、B、C分别表示不同的代谢过程。下列有关表述正确的是(

)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√A

[C表示有氧呼吸，水参与C中第二阶段的反应，A正确；B表示暗反应阶段，该过程在叶绿体基质中进行，B错误；光反应产生的O2被有氧呼吸第三阶段利用，与[H]结合形成水，C错误；X是ATP，是光反应的产物，被暗反应利用，因此X从叶绿体的类囊体薄膜移向叶绿体基质，D错误。]6．图1表示某植物叶肉细胞中发生的某些生理过程，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示物质，①～⑥表示气体的转移途径，图2表示该植物在不同光照强度下光合作用速率(用CO2吸收速率表示)的变化。请据图回答：(1)图1中物质Ⅰ分子结构简式为_____________，物质Ⅲ生成具体场所是_____________，葡萄糖初步分解的场所是_____________。(2)该植物处于图2中B点状态时，该植物叶肉细胞光合作用葡萄糖的生成速率________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用葡萄糖的分解速率。如果该植物处于图2中A点状态时，图1中气体转移途径有_________(用序号表示)。A—P～P～P线粒体内膜细胞质基质大于③⑤(3)菜农们常采用夜间降低大棚温度的方法提高蔬菜的产量，试说明这样做的科学依据是_________________________________________________________________________________。有些农民急功近利，将夜间温度降低到10℃以下，其结果是大棚蔬菜的产量反而下降很多，请你分析可能的原因：

________________________________________________________________________________________________。夜间适当降温，降低了夜间呼吸作用强度，减少夜间有机物的消耗，有利于有机物的积累降温程度过大，影响植物对矿质元素的吸收，影响某些酶、色素等有机物的合成，进而影响白天光合作用[解析]

(1)光合作用的光反应能为暗反应提供NADPH和ATP，ATP的分子结构简式为A—P～P～P。Ⅲ表示水，产生水的是有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜，葡萄糖初步分解的阶段是有氧呼吸的第一阶段，场所是在细胞质基质。(2)B点表示光补偿点，此时对于整个植株来说，植物的光合作用等于呼吸作用，但该植株还有一些细胞不能进行光合作用，叶肉细胞光合作用葡萄糖的生成速率大于呼吸作用葡萄糖的分解速率。如果该植物处于A点状态时，植株只能进行呼吸作用，故图1中气体转移途径有③⑤。(3)夜间适当降温，降低了夜间呼吸作用强度，减少夜间有机物的消耗，有利于有机物的积累，故夜间可以通过降低大棚温度的方法提高蔬菜的产量；将夜间温度降低到10℃以下，会影响植物对矿质元素的吸收，影响某些酶、色素等有机物的合成，进而影响白天光合作用。1．光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。2．化能合成作用：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。3．光照强度直接影响光反应速率，光反应产物中NADPH与ATP的数量会影响暗反应速率。4．温度通过影响光合作用过程，特别是暗反应中酶的催化效率，从而影响光合作用强度。5．CO2是暗反应的原料，CO2的浓度直接影响暗反应速率。6．水分是光合作用的原料之一，缺少时可使光合速率下降。1．用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如下图所示的实验，下列叙述不正确的是(

)A．离体的叶绿体中能合成糖类B．碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳C．烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验无糖类产生D．灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度课堂检测素养测评243题号15√D

[灯与锥形瓶之间的距离表示不同的光照强度，光照强度影响光合作用的强度。]243题号152．在大棚栽培蔬菜过程中，不能提高光合作用强度的措施是(

)A．适当降低夜间温度B．适时通风透气C．适时增施有机肥D．适当提高光照强度√243题号15A

[光合作用在白天有光时才能进行，适当降低夜间温度，不能提高光合作用强度，A符合题意。适时通风透气，能增大二氧化碳浓度，促进光合作用暗反应，B不符合题意。适时增施有机肥，有机肥被分解时产生二氧化碳，促进光合作用；有机肥被分解时还产生含N、P的无机盐，促进光合作用，C不符合题意。适当提高光照强度能提高光反应，促进光合作用，D不符合题意。]243题号153．下图是以O为线索绘制的植物叶肉细胞中发生的物质转化关系。有关叙述正确的是(

)A．①过程需经过CO2固定和C3还原阶段B．②过程与丙酮酸转化为CO2同时消耗[H]C．③过程需要叶绿素，但不需要酶参与D．④过程需要的[H]来自线粒体中的葡萄糖√243题号15A

[①过程需经过CO2固定和C3还原阶段，A正确；②过程是在水的参与下，经过有氧呼吸第二阶段产生CO2的过程，反应物为丙酮酸和水，产物为CO2、[H]和少量能量，因此并不消耗[H]，B错误；③过程为水的光解，该过程需要叶绿素吸收光能，且H＋、e－、NADP＋形成NADPH，需要酶催化，C错误；④过程为O2还原产生水，其场所为线粒体内膜，葡萄糖不能进入线粒体即线粒体中不存在葡萄糖，D错误。]243题号154．如图是车前草在不同条件下的光合速率。据图不能得出的结论是(

)A．该实验的自变量是温度、CO2浓度以及植物种类B．在CO2浓度为1000μL·L-1时，在一定的温度范围内，光合速率随外界温度的升高而升高C．在30℃时，CO2浓度的改变对光合速率的影响大于10℃时D．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合速率升高243题号15√A

[据图示可知，该实验的自变量是温度、CO2浓度，A错误；在CO2浓度为1000μL·L-1时，在一定的温度范围内，光合速率随外界温度的升高而升高，B正确；30℃时随着CO