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5.4光合作用和能量转化
第三课时
影响光合作用的因素
探究：环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
1.实验原理
本实验利用了绿色植物通过叶绿体进行光合作用产生氧气的原理。
①叶片含有空气，上浮
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用
产生O2
②根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少， 探究光照强度与光合作用强度的关系。
2、实验步骤：
探究：环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
取生长旺盛的绿叶，用直径0.6厘米的打孔器打出圆形小叶片，避开大叶脉
探究：环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
探究：环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
探究：环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
什么作用？
吸收热量排除干扰
探究：环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
3、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增强(小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)。
⑥观察并记录
项目烧杯 小圆形叶片 加富含CO2的清水 光照强度 叶片浮起数量
甲 10片 20mL 强 多
乙 10片 20mL 中 中
丙 10片 20mL 弱 少
探究：环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响
光合作用强度及测定方法
一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造糖类的量（即光合作用速率，是化学中的一种反应速率）来衡量。
1.光合作用强度
（1）表示方法：以单位时间内单位面积光合作用固定（消耗）CO2量、产生O2量、制造有机物量来衡量。
（2）测定方法：真正的光合作用速率 = 净光合作用速率 + 呼吸作用速率。
2.光合作用速率：
光合作用与呼吸作用的关系
真正（总）光合速率 = 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率
制造或合成有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
影响光合速率的自身因素
因酶的数量、活性不同，色素的数量不同，使光合强度不同。
1、叶龄
应用：摘除老叶、残叶
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
阳生植物
阴生植物
C
2、阴生植物和阳生植物
1.光照强度
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
阳生植物
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合
总光合
B：光补偿点：光合=呼吸
C：为光饱和点，光合作用达到最大（限制因素：色素含量、酶、CO2浓度、温度等）
D
AB：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
BC：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。
呼吸
A：只进行呼吸作用
影响光合作用速率的环境因素及应用
应用
①温室生产中，适当增强光照强度以提高光合速率，使作物增产温室大棚一般选无色透明的薄膜。阴雨天时，温室中补充红光或蓝紫光。
阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低，农业生产上一般间作套种。
合理利用不同层次土壤内水分和养分，充分利用了不同层次的阳光
影响光合作用速率的环境因素及应用
2.CO2浓度
原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点都表示CO2饱和点。
影响光合作用速率的环境因素及应用
应用
①多施有机肥或农家肥；
②大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量；
③释放一定量的干冰或给植物浇碳酸饮料(施NH4HCO3)。
影响光合作用速率的环境因素及应用
3. 温度
①光合作用是在 的催化下
的，温度直接影响 ；
②B点表示：
；
③BC段表示：
；
酶的活性
酶
此温度条件下，光合速率最高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当 温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
降低
影响光合作用速率的环境因素及应用
4、水
　 ——水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，缺水会导致光合速率下降。另外，水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。土壤中含水量过多可能导致根部细胞无氧呼吸。
水分
应用：
及时、合理灌溉
影响光合作用速率的环境因素及应用
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；
P：NADP+和ATP的重要组分；
K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉的运输；
Mg：叶绿素的重要组分。
应用：合理施肥
讨论：矿质元素含量过高对植物的生长会造成什么影响？
矿质元素含量过高，根细胞很难吸水，甚至失水，光合速率也会下降，甚至停止。
影响光合作用速率的环境因素及应用
5.矿质元素
光合作用强度的多因素影响
限制光合速率的因素为横坐标所示的因素，随该因素的不断加强，光合速率不断提高
P点之前：
Q点：
横坐标所示的因素不再是限制光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因素
光合作用强度的多因素影响
线粒体
叶绿体
O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
CO2
吸收CO2
（可以测得）
真正光合作用强度 - 呼吸作用强度 = 表观光合作用强度
总光合作用强度 - 呼吸作用强度 = 净光合作用强度
光合作用制造的有机物的量 - 呼吸作用消耗的有机物的量 = 有机物积累量
固定或消耗CO2量 - 黑暗条件下CO2的释放量 = CO2吸收量
产生O2的量 - O2的吸收量 = O2的释放量
光合作用与呼吸作用的综合分析
A：只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2 全部用于光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
光合作用与呼吸作用的综合分析
方法1：密闭装置法—测定光合作用O2增加的体积或CO2消耗的体积
装置中溶液的作用：甲装置中NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）可为光合作用提供CO2，乙装置中NaOH溶液可吸收容器中的CO2。
研究光合和呼吸的常用实验方法
测定原理：
a.甲乙两装置中液滴的移动均是由O2含量的变化引起的。
b.甲装置单位时间内红色液滴向右移动的距离为植物O2的释放速率，可代表净光合速率（若液滴向左移动，则为负值）
c.乙装置单位时间内红色液滴移动的距离为植物O2的吸收速率，可代表呼吸速率。
对照试验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。
测定方法：
a.将甲装置置于光照下一定时间，记录红色液滴向右移动的相对距离（m），计作净光合速率。
b.将乙装置置于黑暗中一定时间，记录红色液滴向左移动的相对距离（n），计作呼吸速率。
c.真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 = m + n
方法2、半叶法——测定光合作用有机物的产生量
本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。（测定时设法阻止两部分的物质转移）
在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度M，M＝MB－MA，单位是mg/(dm2·h)，M表示B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量。
研究光合和呼吸的常用实验方法
方法3、叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
结果分析
净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
研究光合和呼吸的常用实验方法
方法4、黑白瓶法
从某一水层取样，装入若干个等体积黑瓶和白瓶中，并分别测得初始溶氧量；把黑白瓶悬挂于原水深处。一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值。
研究光合和呼吸的常用实验方法
黑瓶不透光，只进行呼吸作用
白瓶透光，可以进行光合作用和呼吸作用。
呼吸作用量 =
初始溶氧量 － 黑瓶溶氧量
净光合作用量 =
白瓶溶氧量 － 初始溶氧量
总光合作用量 =
净光合作用量+呼吸作用量
= 白瓶溶氧量-黑瓶溶氧量

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