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第5章 细胞的能量供应和利用
二、光合作用的原理和应用
第2课时 光合作用原理的应用
情境激疑
晴朗的白天“叶子概念车”的动力从何而来
上海科技馆的新能源汽车“叶子概念车”,汽车上面形状如同一片绿叶，犹如流动的植物，可以利用阳光进行光合作用制造能量驱动汽车前进，与自然共同呼吸、和谐相处。
欣赏视频《叶子概念车》。
素养目标
1.根据实验目的,设计实验探究光合作用的影响因素,学会分析相关的实验装
置。(科学思维、科学探究)
2.通过与光合作用对比,理解化能合成作用的概念。(科学思维)
3.根据光合作用原理指导生产实践。(社会责任)
学习任务一　光合作用原理的应用
自主学习
阅读教材P105第一、二段, 完成以下问题:
活动1：光合作用的强度
新知学习过程
1.概念:植物在_________内通过光合作用制造_____的数量。
2.表示方法:
单位时间
糖类
消耗
1.影响光合作用中二氧化碳供应的环境因素有哪些
提示:二氧化碳浓度;叶片气孔开放和关闭情况等。
2.光照能够影响光合作用的强度,主要表现在哪些方面
提示:光照强度和光的波长等。
3.影响光合作用的各种因素中,有的外部因素通过影响内部因素来发挥作用,请举例说明。
提示:温度影响酶的活性,光照强度影响光合色素含量,无机营养影响叶绿体形成。
小组交流
4.归纳:通过以上探究,归纳影响光合作用的外部因素和内部因素。
(1)外部因素:_________________________________。
(2)内部因素:_____________________________________________________
_____________。
光照、温度、CO2 、矿质元素和水等
叶绿体的数量或者光合色素的含量以及与光合作用有关的酶
的种类和数量
1.冬季,利用温室种植蔬菜时,不利于提高蔬菜作物产量的措施是 (　　)
A.调控昼夜温差 B.阻止空气流通
C.补充人工光照 D.调控温室湿度
【解析】冬季气温低,不利于进行光合作用,温室大棚可以给植物提供适宜的温度进行生长。但是植物在进行光合作用的同时还会进行呼吸作用,因此适当调控昼夜温差可以使白天光合作用制造更多的有机物,夜间适当低温可以减少有机物的消耗,有利于提高蔬菜产量,A正确;阻止空气流通,会使大棚内二氧化碳浓度降低,影响光合作用,B错误;补充人工光照可以及时弥补冬季日照时间的不足,有利于提高蔬菜产量,C正确;调控温室内的湿度,可以保证植物正常进行蒸腾作用,有利于矿质元素离子的吸收和运输,对于光合作用是有利的,D正确。
小题快练
B
2.(情境应用)现在园艺师们往往将李子、杏等果树修整成主干突出,侧枝层次
分明、呈螺旋状均匀着生在主干上的树形。“有空就有枝,有枝就有果”是对
该树形的最佳描述。由此我们可以想到该树形丰产的主要原因是(　　)
A.提高了对光的利用率 B.提高了对CO2的利用率
C.增强了果树的抗病能力 D.增强了果树的呼吸作用
【解析】由题意可以看出,果树修剪后,主干突出,侧枝层次分明,彼此不遮光
线,并且能够充分利用空间和光照,方能“有空就有枝”,A正确;提高二氧化碳的
利用率,与树形无关,B错误;果树抗病能力也与树形无关,C错误;“有空就
有枝,有枝就有果”体现的是光合作用得到提高,去掉多余枝条后,减少有机物
消耗,细胞呼吸消耗有机物减少,有利于果树增产,D错误。
A
自主学习
阅读教材P105[探究·实践], 完成以下问题:
活动2：探究环境因素对光合作用强度的影响
1.实验原理:
(1)叶片中含有气体时,叶片_____。
(2)抽出气体后,细胞间隙充满水,叶片_____。叶片进行光合作用,释放_____,
使叶片细胞间隙又充满气体,叶片_____。
2.判断不同光照强度下光合作用强度大小的依据:_____________________
___________。
上浮
下沉
氧气
上浮
单位时间内圆形小叶片
上浮的数量
观察并记录： 同一时间段内容实验装置中________________________
原因：细胞间隙充满了______
条件：放在______处
器材：_________
器材：_________
3.实验步骤：
打孔器
注射器
黑暗
圆形小叶片中的气体
取材
排气
分组: 取3只小烧杯，分别倒入富含______的清水、分别放入10片圆形小叶片
光照： 分别对3个实验装置进行______________三种光照
水
CO2
强、中、弱
圆形小叶片浮起的数量
精彩视频
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探究环境因素对光合作用的影响
__________
目的：制备30片圆形小叶片
目的：使______________________
沉水
1.本实验的自变量是什么 如何控制自变量
提示:光照强度。可以通过调整LED灯和小烧杯之间的距离来调节光照
强度。
2.预测本实验的结论:______________________________________________
______________________________________________。
合作探究
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(圆形小叶片产生的氧气增多,浮起的增多)
用打孔器获取大小、部位相同的若干圆形小叶片,探究光照强度对光合作
用强度的影响。实验中最合理的单位时间内观察指标是 (　　)
A.吸收二氧化碳的量 B.浮起圆形小叶片的数量
C.产生淀粉的量 D.放出氧气的量
【解析】被抽气的圆形小叶片下沉,在一定的光照强度下,光合作用强度大
于细胞呼吸强度,光合作用产生的氧气充满细胞间隙,叶片上浮。所以,该实
验是通过圆形小叶片沉水后浮起所利用的时间长短来衡量光合作用的强度
的。
小题快练
B
合作探究
小组合作完成以下问题:
活动3：环境因素对光合作用的影响
1.光照强度对光合作用的影响:
如图表示光照强度对光合作用强度的影响曲线,分析曲线讨论下列问题:
(1)A点时,光照强度为0,对应的CO2数
值代表的含义是什么
提示:光照强度为0时,只进行细胞呼吸,
二氧化碳的数值表示此时细胞呼吸强度。
(2)AB段,随着光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强,CO2释放量逐渐减少,试分析此时细胞呼吸产生的CO2的去向。
提示:此阶段细胞呼吸强度大于光合作用强度,细胞呼吸产生的CO2一部分用于光合作用,另一部分释放到环境中。
(3)B点时,所对应的CO2吸收量和CO2释放量均为0,试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系及B点的含义。
提示:细胞呼吸释放的二氧化碳全部用于光合作用,即光合作用速率等于细胞呼吸速率;B点对应的光照强度为光补偿点。
2.CO2浓度对光合作用的影响:
(1)在一定范围内,CO2浓度对光合作用强度有怎样的影响
提示:在一定范围内,光合作用强度随CO2浓度
的增大而增强,但当CO2达到一定浓度时,光合
作用强度不再增加。
(2)A点为什么CO2释放量为0
提示:A点为CO2补偿点,此时光合作用
速率等于细胞呼吸速率。
(3)图中的B点表示什么
提示:B点表示CO2饱和点。
(4)(情境应用)在农业生产上采用“正其行,通其风”、增施农家肥等措施达到增产目的的原因是什么
提示:“正其行,通其风”、增施农家肥的目的是提高CO2浓度,增强光合作用速率。
3.温度对细胞呼吸的影响:
(1)温度主要通过影响什么而影响光合速率
提示:温度主要通过影响酶的活性而影响光合速率。
(2)冬季,温室栽培时,白天和晚上应怎样控制温度,保证植物有机物的积累
提示:白天适当提高温度,夜间适当降低温度。
1.睡莲叶片上表皮的气孔数目多于下表皮,此特点有利于睡莲与外界环境进
行气体交换。气孔关闭会导致睡莲叶片光合作用速率下降,主要是因为(　　)
A.光合色素含量减少导致 B.光反应产生的氧气过少
C.暗反应中三碳化合物数量不足 D.暗反应生成的有机物数量过多
【解析】气孔关闭,不会影响光合色素含量,A错误;气孔关闭不会影响水的光
解,因此短时间内产生氧气的数量充足,B错误;气孔关闭,吸收二氧化碳减少,
使细胞中二氧化碳浓度降低,影响二氧化碳的固定,导致三碳化合物数量不足,
进而导致光合速率下降,C正确;气孔关闭,会导致光合作用速率下降,暗反应生
成的有机物数量减少,D错误。
小题快练
C
2.如图是适宜条件下光照强度对某植物光合作用速率的影响曲线。回答下
列问题:
(1)光照强度直接影响光合作用的___________阶段,该阶段产生的________
和_____________可参与三碳化合物的还原。
【解析】光合作用过程包括光反应阶段和暗反应阶段,光照强度直接影响
的是光反应阶段;光反应阶段产生的ATP和NADPH用于暗反应阶段三碳化
合物的还原。
　光反应　
　 ATP
　 NADPH 　
(2)光照强度为B时,该植物的光合作用速率_________(填“大于”“等于”或
“小于”)呼吸作用速率。长期处于该光照强度下,植物_________(填“能”或
“不能”)正常生长。
【解析】光照强度为B时,该植物的净光合作用速率为0,则光合作用速率与
呼吸作用速率相等,由于没有有机物的积累,因此长期处于该光照强度下,植
物不能正常生长。
　等于　
　不能　
学习任务二　化能合成作用
自主学习
阅读教材P106, 完成以下问题:
活动：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_______
的合成作用。
2.实例:
无机物
有机物
NH3
HNO2
HNO3
氧化
氧化
放能
H2O+CO2
糖类
硝化细菌
无机物氧化时所释放的能量制造有机物
3.化能合成作用的原理
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2
能量
1.与蓝细菌相比,硝化细菌特有的生理过程为 (　　)
A.水的光解 B.将CO2合成糖类
C.利用线粒体进行有氧呼吸 D.利用无机物氧化释放的化学能
【解析】硝化细菌和蓝细菌都是原核生物。蓝细菌能够进行光合作用,硝化细菌能够进行化能合成作用。因此硝化细菌不能进行水的光解,蓝细菌可以进行,A错误;光合作用和化能合成作用都能够将CO2合成糖类,B错误;原核生物没有线粒体,不能利用线粒体进行有氧呼吸,C错误;硝化细菌合成有机物的方式是利用环境中的无机物氧化释放的化学能进行化能合成作用,蓝细菌只能进行光合作用,不能进行化能合成作用,D正确。
小题快练
D
2.下列关于硝化细菌的叙述,错误的是 (　　)
A.能将二氧化碳和水合成有机物
B.将二氧化碳和水合成有机物所需能量为化学能
C.将二氧化碳和水合成有机物所需能量为光能
D.硝化细菌和绿色植物一样都是自养型生物
【解析】硝化细菌能够利用环境中的无机物氧化分解释放的化学能进行化能合成作用,属于自养生物,因此A、B、D正确,C错误。
C
1.概念结论速判:下列关于影响光合作用强度的说法,判断正误。
(1)光合作用强度的影响因素有CO2浓度、光照强度和温度等外界因素。 ( )
(2)光照强度对光合作用的影响实验中,可以通过调节LED灯与小烧杯之间的
距离来调节光照强度。 ( )
(3)探究实验中,圆形小叶片浮起是叶片进行细胞呼吸产生的二氧化碳导致
的。 ( )
提示:导致叶片上浮的气体是光合作用产生的氧气。
五分钟学情评价
√
√
×
(4)光照强度达到光饱和点时,植物细胞的光合作用强度与细胞呼吸强度相
等。 ( )
提示:光补偿点时光合作用速率与细胞呼吸速率相等,光饱和点时光合作用
达到最大值,且光合作用速率大于细胞呼吸速率。
(5)温度和CO2浓度只影响暗反应,不影响光反应。 ( )
提示:温度通过影响酶的活性影响光合作用,光反应和暗反应都由酶催化完
成,温度对二者都有影响,只是对暗反应的影响更显著一些。
×
×
2.(2022·重庆南开中学高一检测)在温室中栽培作物,为了保证作物的产量,
错误的做法是 (　　)
A.温室应尽量选择透明薄膜
B.温室补光可选择白光、红光或蓝光
C.夏季晴朗白天的中午可适当对大棚遮阴
D.持续阴雨天气下,昼夜恒温有利于植物生长
D
3.下列措施中不会提高温室蔬菜产量的是 (　　)
A.增大O2浓度 B.增加CO2浓度
C.增强光照强度 D.调节室温
【解析】增大O2浓度,会增加有氧呼吸对有机物的消耗,不利于提高作物产量,A符合题意;增加CO2浓度,可以促进暗反应,加快有机物的合成,有利于提高蔬菜产量,B不符合题意;增强光照强度,促进光反应,可以为暗反应提供更多的NADPH和ATP,有利于提高蔬菜产量,C不符合题意;调节室温,白天适当升高温度,促进光合作用制造有机物,夜间适当降低温度,减少有机物的消耗,有利于提高蔬菜产量,D不符合题意。
A
4.(情境应用·教材再开发)教材P97[问题探讨]中提到植物工厂在人工精密控
制的光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下,生产蔬菜
和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源,其中常见的是红
色、蓝色和白色的光源。
(1)为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件 ___________
________________________________________________________________
_______________________________。
【解析】温度影响酶的活性,二氧化碳是暗反应的原料,营养液中的无机
盐离子参与叶绿体结构和功能物质的组成,合理控制,可以使植物达到最佳
生长状态。
二氧化碳浓
度、营养液成分和温度是影响植物生长的重要外部条件,因此要进行控制,
以便让植物达到最佳的生长状态　
(2)大棚作物生长期间,温度控制应该白天适当_________温度,夜间适当
_________温度,有利于_________________。
【解析】白天适当升高温度,有利于光合作用制造有机物,夜间适当降
低温度,可以减少细胞呼吸对有机物的消耗,有利于有机物的积累。
　升高　
　降低　
　有机物的积累　
课堂小结
CO2浓度
光合作用影响因素
温度
作用机理
坐标曲线
生产生活应用
光照强度
影响光反应中光能的吸收
影响暗反应中CO2的固定
影响光合作用中酶的活性
阴雨天气适当增加光照
温室大棚增加CO2浓度
白天适当增加温度

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