資源簡介

(共24張PPT)
第4節　光合作用與能量轉化
探究實踐　探究環境因素對光合作用強度的影響
第5章　細胞的能量供應和利用
光照強度
單位時間內圓形小葉片上浮的數量
打孔器
注射器
圓形小葉片中的氣體
黑暗
水
CO2
強、中、弱
圓形小葉片浮起的數量
增多
增強
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淺仰芹[實驗基礎·自主學習]
1．實驗原理
(1)利用LED臺燈離實驗裝置的距離不同，產生不同的光照強度。
(2)根據單位時間內圓形小葉片上浮的數量，判斷不同光照強度下光合作用強度的大小。
2．實驗步驟
取材
　↓
排氣
　↓
沉水
　↓
分組：取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水，分別放入10片圓形小葉片
　↓
光照：分別對這3個實驗裝置進行強、中、弱三種光照
　↓
觀察并記錄：同一時間段內各實驗裝置中圓形小葉片浮起的數量
3．實驗現象
在弱光、中光、強光的照射下，圓形小葉片浮起的數量依次增多。
4．實驗結論
在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強(圓形小葉片中產生的O2多，浮起的多)。
[實驗關鍵·探究學習]
1．實驗原理
葉片含有空氣，葉片上浮。抽出氣體后，細胞間隙充滿水，葉片下沉；光照后，葉片進行光合作用，釋放O2，使細胞間隙又充滿氣體，葉片上浮。
2．實驗中沉水葉片的制備
(1)圓形小葉片的制備：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出圓形小葉片。
(2)沉水：用注射器抽出葉片內氣體，放入黑暗處盛有清水的燒杯中，圓形小葉片全部沉到水底。
3．實驗裝置
中間盛水的玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對燒杯內水溫產生影響。
4．實驗變量分析
(1)自變量及設置方法。
①自變量：光照強度。
②設置方法：通過臺燈距離實驗材料的遠近來設置。
(2)因變量及觀測指標。
①因變量：光合作用強度。
②觀測指標：觀測單位時間內被抽取空氣的圓形小葉片上浮的數量。
5．實驗中的主要事項
(1)選材要求：葉片必須生長旺盛、新鮮，生長旺盛、新鮮的葉片光合作用旺盛。
(2)打孔時注意避開大的葉脈，大的葉脈處葉肉細胞少，且不利于細胞間隙中氣體的逸出。
(3)處理好的葉片必須放置在黑暗處，防止實驗前葉片進行光合作用，干擾實驗結果。
(4)三盞燈與實驗裝置間距離的差值不宜過小，保證為葉片進行光合作用提供不同強度的光照，使實驗結果明顯。
(5)同時對三個小燒杯進行觀察，以排除時間因素對實驗結果的影響。
6．實驗操作的提醒及目的
實驗操作提醒 操作目的
注射器內吸入清水，用手指堵住注射器前端的小孔，緩慢拉動活塞 ①使圓形小葉片內的氣體溢出。②使處理過的小葉片因為細胞間隙充滿了水而全部沉到水底
燒杯內放入質量分數為1%～2%的碳酸氫鈉溶液 保證燒杯內CO2充足
[實驗應用·對點練習]
1．取生長旺盛的綠葉，用打孔器獲取直徑大小相同的若干小圓葉片，用于“探究光照強度對光合作用強度的影響”，該實驗中最簡便直觀的檢測指標是單位時間內(　　)
A．小圓葉片二氧化碳的吸收量
B．小圓葉片氧氣的釋放量
C．小圓葉片有機物的增加量
D．小圓葉片浮起的數量
D　[綠色植物通過葉綠體利用光能把二氧化碳和水，轉變成儲存能量的有機物并釋放氧氣的過程。小圓形葉片經過處理，最后觀察到會浮起，原因是葉片進行光合作用產生氧氣。本實驗的自變量是光照強度，因變量是植物的光合作用強度，故小圓葉片二氧化碳的吸收量、小圓葉片氧氣的釋放量及小圓葉片有機物的增加量都可以作為檢測指標，但單位時間內小圓葉片浮起的數量可直接觀察計數，是該實驗中最簡便直觀的檢測指標，故D符合題意。]
2．如圖是某中學生物興趣小組為探究二氧化碳濃度對光合作用的影響而設計的裝置圖，相關敘述不正確的是(　　)
A．黑藻的成熟程度、水溫的變化、NaHCO3濃度均屬于無關變量
B．對照組中的蒸餾水應煮沸后冷卻，以去除水中的二氧化碳
C．分別在距離實驗組和對照組黑藻10 cm處放置臺燈，作為光源
D．一段時間后測量記錄液面高度的變化，推測光合速率的變化
A　[黑藻的成熟程度、水溫的變化屬于無關變量，NaHCO3濃度是自變量，A錯誤；對照組中的蒸餾水煮沸后冷卻可以去除水中的二氧化碳，排除水中原有二氧化碳對實驗的干擾，B正確；分別在距離實驗組和對照組黑藻10 cm處放置臺燈作為光源，可保證各組光照強度一致，排除無關變量光照強度的干擾，C正確；光合作用產生的氧氣可使裝置中液面高度發生變化，以在一段時間后測量記錄液面高度的變化，來推測光合速率的變化，D正確。]
3．為完成“探究環境因素對光合作用強度的影響”實驗，提供以下材料用具：菠菜葉、打孔器(直徑1 cm)、注射器、40 W臺燈、燒杯、4%NaHCO3溶液、蒸餾水、不同顏色的透明薄膜等。
(1)某同學選取其中一個因素進行探究，以下是實驗結果：
時間 上浮的葉圓片數量(片)
蒸餾水 0.5% NaHCO3 1%NaHCO3 1.5% NaHCO3 2% NaHCO3
2 min 0 7 11 10 4
4 min 0 15 16 13 7
①該實驗的目的是________________________________________________，實驗檢測指標是_____________________________________________________。
②有哪些措施可以減少實驗誤差？___________________________________
___________________________________________________(至少寫出2項)。
③有同學認為葉片之所以浮起，是因為呼吸作用消耗了有機物且產生了CO2導致葉片上浮。根據實驗結果判斷該觀點是否正確并說明理由：____________
___________________________________________________________________。
(2)利用以上材料，還可以探究的環境因素有________________(答出2個)。
[解析]　(1)①由表格看出實驗的自變量是不同濃度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的濃度不同，提供的CO2濃度不同，因此該實驗研究的是不同濃度的CO2對光合作用的影響。實驗觀察的指標是單位時間內上浮的葉圓片的數量。②減少實驗誤差就要平衡無關變量，重復實驗求平均值。③葉片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，葉片中氧氣增多，葉圓片密度變小。說明葉圓片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有機物且產生了CO2，應從蒸餾水中葉圓片沒有上浮來論述。
(2)利用上述實驗材料，還可探究光照強度或不同的光質對光合作用的影響。
[答案]　(1)①研究CO2濃度(或NaHCO3濃度)對葉片光合速率的影響　相同時間內燒杯中葉圓片浮起的數量
②用打孔器打出的葉圓片數量足夠多；每組實驗重復幾次，記錄的數據取平均值(合理即可)
③該同學的觀點是錯誤的，因為在蒸餾水的那組實驗中，葉片一樣進行了呼吸作用，卻沒有葉片浮起，葉片上浮的原因是光合作用強度大于呼吸作用強度，葉片內氧氣增多
(2)光照強度、光的性質(合理即可)
蝴蝶蘭是一種深受人們喜愛的觀賞花卉，原生長于熱帶雨林地區。夜晚蝴蝶蘭葉片吸收CO2并將其轉化為蘋果酸儲存起來；白天，蘋果酸在酶的催化下分解生成CO2用于光合作用。
通過材料分析知，蝴蝶蘭原生長在熱帶雨林地區，由此知其白天氣孔易關閉，因此可形成科學思維的學科素養。
(1)蝴蝶蘭適于在熱帶高溫環境中生長，其光合作用所利用的CO2的來源有哪些？(科學思維)
提示：蘋果酸分解和細胞呼吸。
(2)為了研究增施CO2對蝴蝶蘭生長與開花的影響，可以通過哪些方面進行檢測？(科學思維)
提示：用植株葉面積或株高或植株重量來表示生長狀況；開花時間早晚、開花的數量、開花的時間長短可作為開花情況的指標。
[課堂小結]
知 識 網 絡 構 建 要 點 強 化 識 記
1．核心概念(1)光合作用強度：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。(2)化能合成作用：利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。2．結論語句(1)光照強度直接影響光反應速率，光反應產物中NADPH與ATP的數量會影響暗反應速率。(2)溫度通過影響光合作用過程，特別是暗反應中酶的催化效率，從而影響光合作用強度。(3)CO2是暗反應的原料，CO2的濃度直接影響暗反應速率。(4)水分是光合作用的原料之一，缺少時可使光合速率下降。
1．利用溫室大棚栽培蔬菜、瓜果等農作物已成為現代農業的基本模式。下列是溫室大棚栽培經常采取的措施，其中不是通過增強光合作用速率實現的是(　　)
A．給農作物增施氮肥
B．大棚栽培的農作物通過增施農家肥料補充CO2
C．給農作物補充適宜強度的人工光照
D．夜間適當降低農作物的環境溫度
D　[給農作物增施氮肥能增強光合作用速率；大棚栽培的農作物通過增施農家肥料補充CO2，為光合作用提供原料，從而增強了光合作用速率；給農作物補充適宜強度的人工光照也是通過增強光合作用速率來實現增產的；夜間適當降低農作物的環境溫度，導致酶活性降低，從而減少細胞呼吸對有機物的消耗，最終達到增產的目的，可見該措施是通過減弱細胞呼吸速率而實現增產的。]
2．下圖表示光照強度和CO2濃度對某植物光合速率的影響。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．曲線中a點轉向b點時，葉綠體中C3濃度降低
B．曲線中d點轉向b點時，葉綠體中C5濃度升高
C．ab段影響光合速率的主要因素是光照強度
D．bc段影響光合速率的限制性因素可能是溫度等其他條件
B　[a點轉向b點時，光反應增強能提供更多的NADPH和ATP用于C3的還原，故C3濃度會下降；d點轉向b點時CO2濃度增加，會有更多的C5用于CO2的固定，故C5濃度會下降；ab段表示隨光照強度的增大，光合速率增加，故光照是影響光合速率的主要因素；bc段光照強度已經飽和，溫度等成為光合速率的影響因素。]
3．用高速離心機打碎小球藻細胞，獲得可以進行光合作用的離體葉綠體，進行如下圖所示的實驗，下列敘述不正確的是(　　)
A．離體的葉綠體中能合成糖類
B．碳酸氫鈉所起的作用是提供二氧化碳
C．燒杯中的液體改為氫氧化鈉會導致該實驗無糖類產生
D．燈與錐形瓶之間的距離不影響光合作用的強度
D　[燈與錐形瓶之間的距離表示不同的光照強度，光照強度影響光合作用的強度。]
4．紫外線為高能量光線，在生物體內易激發形成超氧化物，致使脂質氧化而破壞其功能。據此分析，植物短暫暴露在高紫外線條件下，光合作用立即明顯受到抑制最可能的原因是(　　)
A．細胞膜受到破壞　 B．類囊體受到破壞
C．暗反應受到抑制 D．DNA受到破壞
B　[光合作用光反應過程利用光能，光反應的場所是類囊體薄膜。]
5．為提高甜椒產量，科研人員對溫室栽培甜椒的光合作用特性進行了研究。
請回答問題：
(1)溫室內易形成弱光環境。弱光下，光反應階段產生的ATP和________較少，影響暗(碳)反應階段中________的還原，使糖類等有機物的合成減少。必要時，可根據光合作用的特性進行人工補光。
(2)科研人員選擇6月晴朗的一天，測定甜椒植株上部、中部和下部葉片的光合速率，結果如圖。
①據圖可知，各部分葉片在________時光合速率均達到最大值，________部葉片的光合速率最高。
②光合速率差異可能與不同部位葉片光合色素含量有關。為比較光合色素含量的差異，先稱取__________，再分別加入等量的________和少量的二氧化硅、碳酸鈣等研磨、過濾，獲得色素提取液，測定光合色素含量。
③在大田種植的條件下，甜椒有明顯的“光合午休”現象，這是由于中午部分氣孔關閉，進入葉片內的________量減少，光合速率下降。由于人工調節了溫室內的____________等條件，溫室種植的甜椒很少出現“光合午休”現象，從而實現增產效果。
[解析]　(1)弱光下，光反應減弱，此階段產生的ATP和NADPH減少，影響暗(碳)反應階段C3的還原過程，使得糖類等有機物的合成減少。
(2)①據圖分析可知，10：00時，各部位的葉片的光合速率均達到最大值，原因是10：00左右光照較強，上部葉片采光較好，光合速率最高。
②比較不同部位葉片光合色素含量需要先稱取等量的上部、中部和下部葉片，用無水乙醇作為溶劑進行提取。
③大田種植的條件下，中午光照較強，溫度較高，植物為避免水分過度散失，部分氣孔關閉，導致進入葉片內的二氧化碳量減少，光合速率下降。人工調節溫室內的溫度和光照等條件，可以減少光合午休現象，實現增產效果。
[答案]　(1)NADPH　C3　(2)①10：00　上　②上部、中部和下部葉片　無水乙醇　③CO2　溫度和光照
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