資源簡介

第5章 細胞的能量供應和利用
第4節 光合作用與能量轉化
二　光合作用的原理和應用
第2課時 光合作用原理的應用
【素養導引】
1.科學思維:構建模型,說出影響光合作用的因素。
2.科學探究:設計實驗,探究環境因素對光合作用的影響。
3.社會責任:應用光合作用的原理,指導農業生產。
一、光合作用強度
1.概念:植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
2.表示方法:
二、探究環境因素對光合作用強度的影響
1.實驗步驟:
2.實驗現象:
光照強度 光合作用強度(單位時間內葉片上浮數目)
弱光 少甚至沒有
中光 較多
強光 多
3.實驗結論:光照強度影響光合作用強度,在一定光照強度范圍內,隨光照強度的增強,光合作用強度增強。
三、影響光合作用強度的環境因素
1.影響原料、能量供應的因素:CO2濃度、光照強度情況等。
2.影響葉綠體的形成和結構的因素:無機營養、病蟲害。
3.影響酶活性的因素:溫度、pH等。
[思考]　氣孔開閉情況是如何影響光合作用強度的
提示:通過影響CO2的供應進而影響光合作用強度。
大棚種植豐富了我們的餐桌。結合所學知識判斷:
1.大棚種植時,白天應開窗通風以提高光合作用速率。 (√)
2.陰雨天可采用補充光源進行補光。 (√)
3.大棚所用的覆蓋薄膜最好是紅色或藍色。 (×)
分析:大棚薄膜應選用白色的,利于各種顏色光透過。
學習任務一:探究環境因素對光合作用強度的影響
1.實驗原理分析:
(1)利用抽氣法排出葉片細胞間隙中的氣體,使其沉入水中。
(2)通過改變小燒杯與光源的距離控制光照強度。
(3)依據一定時間內圓形小葉片上浮的數量來比較光合作用強度。
2.實驗操作要點分析:
實驗操作 操作目的
用直徑為1 cm的打孔器打出圓形小葉片30片,平分為3組 ①圓形小葉片的大小為無關變量②進行平行重復實驗,減少實驗誤差
排出細胞間隙中的氣體 ①防止實驗前細胞間隙中的氣體對實驗結果造成影響②將上浮圓形小葉片數量作為觀測指標
質量分數為1%~2%的NaHCO3溶液 提供二氧化碳
通過調整小燒杯與光源的距離來調節光照強度 控制實驗的自變量
　[思考探究]　光照下葉片上浮,請分析其中的原因并在下圖中繪制葉肉細胞氣體交換圖。
提示:圓形小葉片的光合作用強度大于細胞呼吸強度,葉片的細胞間隙氧氣增多。
　(2022·福州高一檢測)某興趣小組探究CO2濃度對不同葉齡的菠菜葉光合作用的影響①,結果如下表,下列分析不合理的是 (　　)
NaHCO3濃度 葉圓片開始上浮時間(min)
幼葉 成熟葉
0 * *
1% 21 15
2% 14 8
3% 11 6
4% 10 5
注:表中*表示未見上浮
A.光合作用產生的O2填充細胞間隙,當浮力大于重力時,葉片上浮
B.葉圓片開始上浮所需的時間越長,代表光合作用強度越大
C.不同葉齡菠菜葉光合作用強度的差異與光合色素含量有關
D.光照強度、溫度屬于無關變量,對實驗結果也有影響
　　[解題思維]
提取關鍵點 ①CO2濃度對不同葉齡的菠菜葉光合作用的影響表格信息:不同的NaHCO3濃度、葉圓片上浮時間
轉化知識點 探究環境因素對光合作用強度的影響實驗分析
排除障礙點 應明確葉圓片上浮所需的時間反應的是光合作用產生氧氣的量
【解析】選B。光合作用產生的氧氣可用于呼吸作用消耗,當光合作用產生的氧氣大于呼吸作用消耗的氧氣時,釋放的氧氣填充在細胞間隙,使葉片浮力增加,當浮力大于重力時,葉片上浮,A正確;葉圓片開始上浮所需的時間越長,說明光合作用產生的氧氣越少,因此可代表光合作用強度越小,B錯誤;光合色素可吸收、轉化光能,進而影響光合速率,不同葉齡菠菜內的光合色素含量不同,因此光合作用強度也存在差異,C正確;該實驗為探究CO2濃度對不同葉齡的菠菜葉光合作用的影響,因此自變量為CO2濃度,而光照強度、溫度屬于無關變量,對實驗結果也有影響,D正確。
1.用打孔器獲取大小、部位相同的若干圓葉片,探究光照強度對光合作用強度的影響。實驗中最合理的單位時間內觀察指標是 (　　)
A.吸收二氧化碳的量
B.浮起葉片的數量
C.產生淀粉的量
D.放出氧氣的量
【解析】選B。抽氣的圓葉片下沉,在一定的光照強度下,光合作用強度大于呼吸作用強度,光合作用產生的氧氣充滿細胞間隙,葉片上浮。所以,該實驗是通過同一時間段內小葉片浮起的數量來衡量光合作用的強度的。
2.(2022·成都高一檢測)下列有關“探究光照強弱對光合作用強度影響”的實驗,敘述錯誤的是 (　　)
A.只能通過調節臺燈與實驗裝置間的距離來控制自變量
B.實驗中的無關變量有溫度、CO2濃度、植物種類、光照時間等
C.檢測因變量的方法可以是觀察并記錄同一時間段內小圓形葉片浮起的數量
D.光合作用的強度可以通過測定一定時間內原料消耗或產物生成的數量來表示
【解析】選A。可通過調節臺燈與實驗裝置間的距離來控制自變量,也可通過相同距離、不同瓦數的燈泡來控制,A錯誤;實驗中的自變量為光照強弱,無關變量有溫度、CO2濃度、植物種類、光照時間等,無關變量應保持相同且適宜,B正確;檢測因變量的方法可以是觀察并記錄同一時間段內小圓形葉片浮起的數量,也可觀測浮起相同數量的葉片所用時間的不同,C正確;光合作用的原料是二氧化碳和水,產物是氧氣和有機物,光合作用的強度可以通過測定一定時間內原料消耗或產物生成的數量來表示,D正確。
　【補償訓練】
　取某種植物生長狀態一致的新鮮葉片,用打孔器打出若干圓片,圓片平均分成甲、乙、丙三組,每組各置于一個密閉裝置內,并分別給予a、b、c三種不同強度的光照,其他條件一致。照光相同時間后,測得各裝置內氧氣的增加量如圖所示,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.裝置內增加的氧氣來自水
B.光照強度為a時,光合作用停止
C.丙組裝置內的CO2含量照光后比照光前低
D.該圖反映了光合作用強度與光照強度的關系
【解析】選B。光合作用中O2來自光反應中水的光解,A正確;光照強度為a時,氧氣增加量為零,說明此時光合速率等于呼吸速率,B錯誤;丙裝置氧氣增加,說明光合速率大于呼吸速率,葉片釋放氧氣的同時需要吸收CO2,所以裝置中CO2減少,C正確;該圖反應了光照強度與光合作用強度的關系,D正確。
學習任務二:影響光合作用強度的因素與應用
1.光照強度:
(1)原理:光照強度通過影響植物的光反應進而影響光合作用速率。
(2)模型及曲線分析:
A點 光照強度為0時,只進行細胞呼吸,CO2的釋放量可代表呼吸速率
AB段 隨著光照強度增大,光合速率逐漸增大,CO2釋放量逐漸減少,此段呼吸速率大于光合速率
B點 光合作用速率等于呼吸速率,此時的光照強度為光補償點
BC段 隨著光照強度增大,光合速率也不斷增大,此段光合速率大于呼吸速率,凈光合速率大于0
C點 C點后光合作用速率不再隨著光照強度的改變而改變,C點對應的光照強度為光飽和點
(3)應用。
①陰雨天,在溫室大棚生產過程中,適當增加光照強度,可以提高光合速率,使作物增產。
②一般陰生植物的光補償點和光飽和點都比陽生植物的低,間作套種,可合理利用光能。
[思考探究]　據圖分析,A點和B點時細胞中產生ATP的場所有哪些
提示:A點時只進行呼吸作用,產生ATP的場所有細胞質基質和線粒體;B點時進行光合作用和呼吸作用,產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體、葉綠體(類囊體薄膜)。
2.CO2濃度:
(1)原理:CO2濃度通過影響暗反應階段,進而影響光合作用速率。
(2)模型及曲線分析:
關鍵點分析:
CO2濃度 光合作用強度
0 光合作用強度為0,此時只進行細胞呼吸,A代表呼吸速率
0.01% 光合作用強度等于細胞呼吸速率,此時的CO2濃度為CO2補償點
0~0.06% 隨著CO2濃度的增加,光合作用強度增加
0.06% 光合作用強度達到最大值,此時的CO2濃度為CO2飽和點
(3)應用。
①栽種農作物時“正其行,通其風”,增大CO2濃度,從而提高光合作用速率。
②在農業生產上可通過增施農家肥等措施來增大CO2濃度,提高光合作用速率。
[思考探究]　在北方的冬暖大棚中施用有機肥為什么能提高大棚蔬菜的產量
提示:有機肥中的有機物被土壤中的微生物分解,釋放出熱量和CO2,提高了大棚內的溫度和CO2濃度,有利于光合作用的進行,另外還生成各種無機鹽,增加了土壤的肥力。
3.溫度:
(1)原理:溫度通過影響酶的活性進而影響光合作用速率。
(2)模型及曲線分析:
(3)應用。
①適時播種。
②溫室栽培植物時,白天將溫度調到光合作用的最適溫度,以提高光合速率;晚上適當降低溫度,以降低呼吸速率,保證植物有機物的積累。
　　　【拓展歸納】
水及礦質元素對光合作用的影響:
(1)原理:①N、Mg等是葉綠素合成的必需元素,若這些元素缺乏,會影響葉綠素的合成從而影響光合作用。
②水既是光合作用的原料,又是體內各種化學反應的介質,水還會影響氣孔的開閉,從而影響CO2進入植物體。
(2)曲線:
　【深化探究】
溫室生產中晝夜溫差越大,農作物產量越高嗎
提示:晝夜溫差并非越大越好,因為夜晚溫度過低時,會影響與細胞呼吸有關的酶的活性,當細胞呼吸被過度抑制時,必將減弱植物根對礦質元素離子的吸收等代謝過程,顯然這對農作物生長不利。
【學習加點料】
　思維易錯:CO2濃度越高,植物的光合作用速率越高嗎 為什么
提示:不一定。CO2濃度過高會抑制植物的細胞呼吸,影響光合作用原料的吸收、產物的運輸等,從而導致植物光合作用強度降低。
　(2022·鄂爾多斯高一檢測)研究人員在不同光照強度下①(其他條件恒定②)測定某高等綠色植物的O2釋放速率③并繪制出圖所示的曲線。據圖分析,下列敘述正確的是 (　　)
A.B點時,該植物的O2釋放速率為0的原因是該植物不進行光合作用
B.C點時,該植物葉肉細胞中產生O2的場所是葉綠體基質
C.D點時,該植物通過光合作用產生O2的速率是10 mg·h-1
D.D點之后O2釋放速率不再增加可能是受溫度、CO2濃度等的限制
[解題思維]
提取關鍵點 ①不同光照強度下②其他條件恒定③O2釋放速率
轉化知識點 光照強度對光合速率影響因素的曲線分析
排除障礙點 O2釋放速率表示的是凈光合速率,真光合速率=凈光合速率(O2釋放速率)+呼吸速率
【解析】選D。B點時,該植物的O2釋放速率為0的原因是光合作用產生O2的速率等于細胞呼吸消耗O2的速率,A錯誤;C點時,光合作用的光反應階段產生O2,其場所為葉綠體類囊體薄膜,B錯誤;該植物通過細胞呼吸消耗O2的速率是
5 mg·h-1,故D點時,該植物通過光合作用產生O2的速率是10+5=15(mg·h-1),C錯誤;D點之后,可能受溫度、CO2濃度等環境因素的限制,該植物的光合速率不再增加,D正確。
[借題發揮]　圖中B、C、D三點與曲線橫坐標圍成的面積的意義是什么
提示:B~D時間內O2的釋放總量。
(2022·重慶高一檢測)在溫室中栽培作物,為了保證作物的產量,錯誤的做法是 (　　)
A.溫室應盡量選擇透明薄膜
B.溫室補光可選擇紅光或藍紫光
C.夏季晴朗白天的中午可適當對大棚遮陰
D.持續陰雨天氣下,晝夜恒溫有利于植物生長
【解析】選D。在白光下植物的光合速率最大,因此應選擇無色透明的材料作為溫室的棚頂,利于溫室作物的生長,A正確;光合色素主要吸收可見光中的紅光和藍紫光,綠光吸收最少,所以給溫室補光可選擇紅光或藍紫光,B正確;夏季晴朗的中午光照強烈,為了避免失水過多,氣孔關閉,造成二氧化碳供應不足,影響作物的光合速率,故夏季晴朗白天的中午可適當對大棚遮陰,提高作物光合速率,C正確;持續的陰雨天氣,植物的光合作用比較弱,制造的有機物就比較少,而植物能進行呼吸作用,要消耗有機物,所以夜晚降低溫室溫度,保持晝夜溫差能抑制植物的呼吸作用,降低有機物消耗,以達到作物增產的目的,D錯誤。
學習任務三:光合作用典型曲線分析
1.密閉容器(溫室大棚)內CO2濃度與時間關系的模型:
關鍵點分析:
區段 光合作用與細胞呼吸的關系
A~C 呼吸作用強度大于光合作用強度或者只進行呼吸作用
C~F 光合作用強度大于呼吸強度
F~G 呼吸作用強度大于光合作用強度或只進行呼吸作用
C、F 光合作用強度等于呼吸作用強度
2.開放環境中CO2濃度與時間關系的模型:
關鍵點分析:
區段 光合作用與細胞呼吸關系
MN和PQ 只進行細胞呼吸
NA和EP 光合作用強度小于細胞呼吸速率
AE 光合作用強度大于細胞呼吸速率
C 氣孔關閉,CO2吸收減少,光合作用強度降低
A、E 光合作用強度等于細胞呼吸速率
[思考探究]　圖中有機物積累量最多的點,有機物制造的時間段分別如何表示
提示:有機物積累量最多點是E點,制造有機物的時間段為N~P。
　【拓展歸納】
植物有機物積累量與光合作用、細胞呼吸的關系
(1)植物體的光合作用強度大于細胞呼吸速率,植物有機物的積累量增加,植物能正常生長。
(2)植物葉肉細胞的光合作用強度等于細胞呼吸強度,植物體的有機物積累量減少,因為植物體葉肉細胞可進行光合作用,而其他細胞只進行細胞呼吸。
【學習加點料】
北方夏季中午,大棚中光照充足而光合作用強度明顯減弱,原因是光合作用的哪個過程受到限制 此時可以采取什么措施以提高光合作用強度
提示:夏季中午,蒸騰作用強,氣孔大量關閉,CO2吸收量減少,使光合作用的暗反應受到限制。此時可采取適當遮光的措施來提高光合作用強度。
　將密閉玻璃罩①中的一株天竺葵從0時開始到上午10時②(此時光照和溫度等外界條件適宜③)置于室外,測得其CO2濃度變化情況如圖所示,下列分析正確的是 (　　)
A.D時刻葉肉細胞呼吸作用強度小于光合作用強度
B.EF段光合作用速率下降
C.若實驗繼續進行,短時間內CO2濃度將上升
D.B時刻葉綠體、線粒體、細胞質基質均能產生ATP
[解題思維]
提取關鍵點 ①密閉玻璃罩②0時開始到上午10時③光照和溫度等外界條件適宜
轉化知識點 曲線特殊點的分析、光合作用與呼吸作用的場所
排除障礙點 曲線表示玻璃罩內CO2濃度隨時間的變化而變化,玻璃罩內CO2濃度下降,不能直接表示光合作用速率下降
【解析】選A。D時刻整個植株的呼吸作用強度等于葉肉細胞的光合作用強度,故該時刻葉肉細胞光合作用強度大于其本身的呼吸作用強度,A正確;由曲線圖可知,EF時段對應的時間為8~10點,此時間段光照強度增加,光合速率是變大的,B錯誤;若實驗繼續進行,依然能夠進行光合作用,且光合作用強度大于呼吸作用強度,因此短時間內CO2濃度將下降,C錯誤;B時刻(凌晨2時)植物只進行呼吸作用,產生ATP的結構是細胞質基質和線粒體,D錯誤。
[借題發揮]　0~10時間段內,植物體是否有有機物積累
提示:沒有,因為0時與10時玻璃罩內CO2濃度相等。
1.(2022·北京高一檢測)在晴天中午,密閉的玻璃溫室中栽培的玉米,即使溫度及水分條件適宜,光合速率仍然較低,其主要原因是 (　　)
A.O2濃度過低
B.O2濃度過高
C.CO2濃度過低
D.CO2濃度過高
【解析】選C。O2濃度對光合速率沒有影響,A、B錯誤;CO2濃度影響光合速率,晴天中午植物氣孔關閉影響CO2吸收,導致CO2濃度過低,C正確,D錯誤。
2.(2021·杭州高一檢測)夏季晴朗的一天,甲、乙兩株同種植物在相同條件下CO2 吸收速率的變化如圖所示,下列說法正確的是 (　　)
A.甲植株在a點開始進行光合作用
B.乙植株在e點有機物積累量最多
C.圖中光合作用強度等于呼吸作用強度的點為a、e
D.兩曲線b~d段不同的原因可能是甲植株氣孔無法關閉
【解析】選D。a點時,甲植株的光合作用強度等于呼吸作用強度;光合作用開始于a點之前,A錯誤。6~18時,乙植物都要從環境中吸收二氧化碳;該時間段,光合作用強度大于呼吸作用強度,有機物不斷積累,18時積累量達到最大值,B錯誤。CO2吸收速率為0時,植物光合作用強度等于呼吸作用強度,為圖中6時及18時對應的點,C錯誤;b~d段,乙植物氣孔關閉,甲植物氣孔不關閉,D正確。
　　【方法規律】自主歸納,教師指導
請結合表格,分析圖中特殊點的含義:
a點 光合速率等于呼吸速率,凈光合速率等于0
c點 光合午休,氣孔大量關閉,CO2濃度限制光合速率
18點 光合速率等于呼吸速率,凈光合速率等于0
e點 光合作用停止,只進行呼吸作用
景天科植物的碳固定途徑
　　　景天科植物A有一個很特殊的CO2同化方式,夜間氣孔開放,吸收的CO2生成蘋果酸儲存在液泡中,如圖一所示;白天氣孔關閉,液泡中的蘋果酸經脫羧作用釋放CO2用于光合作用,如圖二所示。十字花科植物B的CO2同化過程如圖三所示,請回答下列問題:
(1)植物A夜晚能吸收CO2,卻不能合成(CH2O)的原因是__________________ ________________________________________________________________,白天植物A進行光合作用所需的CO2的來源有____________________________和__________________________。
(2)在上午10:00時,突然降低環境中CO2濃度后的一小段時間內,植物A和植物B細胞中C3含量變化的差異是____________________________。
(3)植物A氣孔開閉的特點,與其生活的環境是相適應的,推測植物A生活的環境最可能是____________。
【解析】(1)夜晚時沒有光照,光反應不能正常進行,無法為暗反應提供所需的ATP、NADPH,因此植物A夜晚不能合成(CH2O)。白天氣孔關閉,液泡中的蘋果酸經脫羧作用釋放CO2用于植物A進行光合作用,同時細胞有氧呼吸產生的CO2也能用于光合作用。
(2)由于A植物的CO2是由細胞內部提供,故與環境中二氧化碳濃度無關,因此沒有變化;而B細胞吸收的CO2減少,同時C3被還原成C5和(CH2O),因此細胞的葉綠體中C3含量減少。
(3)由題意可知植物A夜晚氣孔開放,白天氣孔關閉,推測其生活環境的特點是可能是炎熱干旱。
答案:(1)沒有光照,光反應不能正常進行,無法為暗反應提供所需的ATP、NADPH　蘋果酸經脫羧作用釋放　呼吸作用產生
(2)植物A基本不變,植物B下降
(3)炎熱干旱
情境載體 情境類型為生活、學習和實踐情境,突出與生活的聯系
關鍵能力↓圖文轉化 ①夜間氣孔開放,吸收的CO2生成蘋果酸儲存在液泡中
②白天氣孔關閉,液泡中的蘋果酸經脫羧作用釋放CO2用于光合作用
學科素養 培養生命觀念中的結構與功能觀、科學思維中的分析與比較等素養
PAGE
- 19 -

展開更多......

收起↑