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第4节 光合作用与能量转化
(一)教学目标
1.尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。
2.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
3.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。
4.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。
5.关注光合作用原理的应用。
(二)教学重点和难点
1.教学重点
(1)叶绿体适于光合作用的结构特点。
(2)光合作用的原理。
2.教学难点
(1)光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。
(2)探究影响光合作用强度的环境因素。
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、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。
讨论1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。
人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。
二氧化碳浓度、营养液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。
植物工厂
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
叶片的颜色——植物细胞叶绿体内的色素
花、果实的颜色——液泡中的色素
捕获光能的色素和结构
绿叶中究竟有哪些色素呢？
对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。这些植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。在玉米地里，有时可以看到叶片中不含绿色色素的白化苗。这样的白化苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。可见，叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
提取原理: 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。
分离原理: 绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢 。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
目的要求
1.进行绿叶中色素的提取和分离。
2.探究绿叶中含有几种色素。
材料用具
新鲜的绿叶(如菠菜的绿叶) 、干燥的定性滤纸、试管、棉塞、试管架、研钵、玻璃漏斗、尼龙布、毛细吸管、剪刀、药匙、量筒(10mL)、天平等。
无水乙醇(也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替)、层析液(由20份在60～90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成)、二氧化硅、碳酸钙
方法步骤
1.提取绿叶中的色素
(1)称取5g绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。
(2)向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨(二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏)。
(3)将研磨液迅速倒入玻璃漏斗(漏斗基部放一块单层尼龙布)进行过滤，将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
二氧化硅是很细的颗粒状物质，在研磨过程中可以充分地与被研磨物接触，起到促进研磨的作用。
植物的液泡中有酸性物质，加入碳酸钙可以中和液泡中的酸性物质，防止色素被酸性物质破坏掉。
2. 制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。
3.画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线(也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线)。待滤液干后，再重画一到两次。
钢笔和圆珠笔的字迹容易溶解在层析液中，而铅笔不能溶解在层析液中，所以用铅笔的。
为什么要用铅笔？
4. 分离绿叶中的色素
将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意：不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。
5.观察与记录
观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色和宽窄。
警示：为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，分离色素这一步应在通风好的条件下进行，实验结束应尽快用肥皂将手洗干净。
①5g新鲜绿叶
→剪碎置研钵中
方法步骤：
②加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10mL无水乙醇
含有较多色素
研磨更充分
防止色素被破坏
溶解、提取色素
(1)提取绿叶中的色素
①研磨
★迅速研磨：
减少丙酮的挥发
★充分研磨：
使叶绿体充分破坏，使色素释放出来
②过滤：获取色素滤液
★注意用棉塞将试管口塞严：
防止无水乙醇挥发和色素分子被氧化
单层尼龙布
滤纸、纱布的吸附性强,使色素获取量少
①制备滤纸条：
干燥的定性滤纸
(2)色素的分离（纸层析法）
1cm
铅笔线
要剪去两角
减少边缘效应，使色素在滤纸上扩散均匀
②画滤液细线
★要求：细、直、齐：
注意：待滤液干后，再画一两次
用毛细吸管，吸取少量滤液，沿着铅笔线均匀地画
（积累更多的色素）
使分离出的色素带平整
③分离色素：
层析液
培养皿
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液
防止色素溶解于层析液中而无法分离
为什么不能让滤液细线触及层析液
为何要盖上培养皿？
1. 用什么方法可以获得绿叶中的色素呢？
使色素溶解于有机溶剂中。
2.提取色素要注意什么？
保证色素的结构和活性不被破坏。
讨论
3.研磨时应注意什么？原因为何？
迅速且充分，保证色素释放得更加充分且挥发量少。
4.滤纸条上有几条色素带？它们是按照什么次序分布的？
滤纸条上有4条不同颜色的色素带，从上到下依次为：胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)
5.滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同。
同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶 黄 素（黄色）
绿叶中的色素
扩散速度快慢： > > >
色素含量高低： > > >
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
溶解度高低：胡萝卜素> 叶黄素> 叶绿素a> 叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
绿叶
黄叶
胡
黄
a
b
胡
黄
a
b
从上到下
绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液中绿色过浅的原因分析
未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。
使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。
(3)滤纸条看不见色素带
忘记画滤液细线。
滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
太阳光（白光/复合光）
可见光
不可见光
红橙黄绿蓝靛紫
红外光、紫外光
700nm
400nm
色素的吸收光谱
叶绿素溶液
类胡萝卜素溶液
叶绿素a、b主要吸收红光和蓝紫光
胡萝卜素、叶黄素主要吸收蓝紫光
色素的功能：吸收、传递和转化光能
400
500
600
700
波长/nm
叶
绿
素
a
叶
绿
素
b
类胡萝卜素
小于400nm：紫外光
大于760nm：红外光
红外光和紫外光不是可见光，光合作用利用的是可见光。
植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线几乎不能被光合色素吸收，因此无法运用到光合作用中制造有机物。
叶绿素含量占绿叶中的色素为3/4
因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来
为什么植物叶片呈现绿色？
1.秋季，银杏的叶为什么变黄了？
秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，类胡萝卜素较稳定，所以呈现类胡萝卜素的颜色。
2. 为什么秋天的枫叶表现为红色？
秋天叶绿体内的色素主要是类胡萝卜素，液泡内的色素主要是花青素，秋天可溶性糖增多，细胞液为酸性，花青素在酸性条件下呈红色。
3. 阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(选“蓝紫光或红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。
选无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，让植物吸收更多的光能。
4. 根据色素对不同波长的光吸收的特点，想一想温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
这些捕获光能的色素存在于细胞中什么部位呢？
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体内有众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。
叶绿体基质是叶绿体内膜所围空间内除类囊体之外的所有液体部分。
结论：
叶绿体主要吸收 红光 和蓝紫光
恩格尔曼实验
综合上述两个实验可以得出：
①叶绿体是光合作用的场所 ②叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
极 细 光 束
均匀光照
结论：
氧 气是由 叶绿体 释放出来的，叶绿体 是光合作用的场所。
水绵
需氧细菌
讨论
1.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
实验材料选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
没有空气的黑暗环境，排除了氧气和光的干扰。
用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
进行黑暗、局部光照和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的等。
2.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
3.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。
在类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多进行光合作用所必需的酶。
色素分子和酶是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
一、概念检测
1. 基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
(1)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（ ）
(2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（ ）
(3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。 （ ）
×
√
×
类胡萝卜素也可
a、叶绿素含量多； b几乎不吸收绿光，将绿光反射
2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是 （ ）
A.所有植物细胞中都含有4种色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C. 叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
A
植物细胞叶绿体内有4种色素，液泡中有可能有花青素等色素
二、拓展应用
1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。
藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红 藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。
水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收绿光和蓝紫光较多的红藻分布于海水深的地方。
2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？
与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。
1、光合作用反应式：
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O)+ O2
2、光合作用的概念：
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
一、光合作用的原理
糖类
叶绿体如何将光能转化为化学能？
又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
3、探索光合作用原理的部分实验
(1)、19世纪末：
CO2
O2
C+ H2O
（CH2O）
甲醛
缩合
1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化为糖。
(2)、1937年 希尔：
H2O
离体叶绿体
光能
O2
离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应。
铁盐或其他氧化剂
(3)、1941年，鲁宾和卡门：
同位素示踪法
结论：光合作用产生的O2来自于 H2O，不来自 CO2 。
光照射下的
小球藻悬液
CO2
H2O
C18O2
H218O
18O2
O2
甲组
乙组
(4)、1954-1957年，阿尔农：
在光照下，叶绿体可合成ATP，且此过程总是与水的光解相伴随。
1、 希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生氧气中的氧元素全部来自水？
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
能够说明，希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
光合作用释放氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。
4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
4、光反应阶段和暗反应阶段
根据是否需要光能，化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（碳反应、卡尔文循环）两个阶段。
(1)光反应
类囊体薄膜
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
NADPH
酶
（氧化型辅酶Ⅱ）
（还原型
辅酶Ⅱ）
条件：
光、色素、酶
场所：
叶绿体类囊体薄膜
物质转化
水的光解：
ATP的合成：
H2O NADPH + O2
光
色素
光能
能量转化:
ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP + Pi + 能量 ATP
ATP合成酶
H+
＋能量
有机物中稳定化学能
ATP、NADPH中活跃化学能
(2)暗反应
ADP+Pi＋能量
ATP
H＋、NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
条件：
场所：
叶绿体基质
有光无光都可以，多种酶
CO2的固定：
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
能量
CO2＋C5 2C3
酶
物质转化
能量转化：
光反应阶段
（叶绿体类囊体薄膜）
必须有光才能进行
暗反应阶段
（叶绿体基质）
有没有光都可进行
ADP+Pi＋能量
NADP+ 、H+
CO2
2C3
C5
（CH2O）
多种酶
固定
还原
ATP
NADPH
光能
叶绿体
中的色素
O2
水的光解
H2O
光合作用总过程：
①水的光解
②ATP的合成
①C02的固定
②C3的还原
H+
酶
酶
吸收
能量
能量
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、 NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
光反应和暗反应的比较
场所
条件
物质变化
能量变化
光反应
暗反应
联系
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
光、色素、酶
水的光解、
ATP的合成
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
1、光反应为暗反应提供了还原剂NADPH和能量ATP
ATP、 NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
C3的还原
CO2、多种酶
CO2的固定、
2、暗反应为光反应补充ADP、Pi、 NADP+
实质
光能转化为化学能，并释放O2
同化CO2，合成有机物
光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系？
物质联系：光反应生成的ATP和 NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+。
能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。
蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
条件
停止光照、
CO2供应不变
突然光照、
CO2供应不变
光照不变、
停止CO2供应
光照不变、
增加CO2供应
C3
C5
ATP
NADPH
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
当条件改变时，C3、C5、ATP、NADPH含量变化
减少
增加
增加
减少
“模型法”表示C3和C5的含量变化
起始值C3是C5的2倍
CO2＋C5
2C3
影响光合作用的因素
概念：植物在 内通过光合作用制造 的数量。
糖类
单位时间
光合作用的强度/光合速率
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
CO2浓度
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
H2O
光照强度、光质、光照时间
矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）
外因：
内因：
酶的种类、数量、色素的含量、叶龄不同
温度
影响光合作用的因素
探究环境因素对光合作用强度的影响
问题：如何测量光合速率？
CO2的吸收：可以用红外线CO2传感器测量
O2的释放：小叶片浮起数量法
有机物的合成：淀粉含量测量法
探究光照强度对光合作用强度的影响
自变量：
光照强弱
因变量：
光合作用强度
检测方法
相同时间小圆形叶片浮起的数量
控制方法
不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离
注射器的作用：
实验材料：
圆形小叶片
排出圆形小叶片中的气体
材料用具：
打孔器，注射器，5W LED台灯，米尺，烧杯，绿叶(如菠菜、吊兰等)。有条件的学校可以使用化学传感器来测量O2的浓度。
方法步骤
1.取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)。
2.将圆形小叶片置于注射器内，注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出，这一步骤可能需要重复2~3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
3.将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水(可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2)。
5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。
6. 观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
影响光合作用的其他因素
①环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响CO2的供应量而影响光合作用的进行。
②影响叶绿体的形成和结构的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。
③影响酶活性的因素(如温度)，也是影响光合作用的因素。
少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是却能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。
例如，生活在土壤中的硝化细菌，能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸(HNO3),这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将CO2和H2O合成糖类，这些糖类就可以供硝化细菌维持自身的生命活动。
植物进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。
实际测量到的光合作用指标是净光合速率/表观光合速率
实验所测是否为叶片实际光合作用强度？
O2
CO2
O2
CO2
较强光照
O2
CO2
中等光照
O2
CO2
较弱光照
O2
CO2
真正（总/实际）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸速率
合成有机物的量
固定或消耗总CO2的量
产生总O2的量
有机物的积累量
CO2的吸收量
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
植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但光照强度达到一定时，光合作用强度不再随着光照强度的增加而增加，此时的光照强度叫光饱和点。
在一定范围内，植物光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度不再增加，此时的CO2浓度叫CO2饱和点。
光补偿点：光合速率等于呼吸速率时的光照强度
CO2补偿点：光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度
A
C
光补偿点
光饱和点
光照强度
CO2吸收量
CO2释放量
O
B
净光合速率
呼吸速率
真正
光合速率
A点：
只进行呼吸作用
AB段：
光合作用逐渐增强
，光合速率<呼吸速率
B点：
光合速率=呼吸速率
C点：
光合速率最大
BC段：
，光合速率>呼吸速率
光合作用不断增强
影响光合作用的因素
C点前：光照强度
C点后：CO2浓度、温度
光照强度
光合=呼吸，光合——总光合
曲线与细胞图示相结合
A:只进行呼吸作用
B：光合速率=呼吸速率
BC：光合速率>呼吸速率
AB：光合速率<呼吸速率
影响光合作用的因素
阴生植物：在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。
阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物。
阳生植物
阴生植物
影响光合作用的因素
光照强度
0
A
B
C
阳生植物
光补偿点
光饱和点
阴生植物
A1
B1
C1
D
曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？
CO2吸收量
CO2释放量
阴生植物的呼吸作用较弱， A1 往上移；对光的利用能力也不强，B1往左移； 最大光合速率C1往左下移（光合速率、强度较弱）
影响光合作用的因素
实践应用
阴天，温室大棚适当提高光照强度，可以增加光合作用强度
大田种植合理密植
间作套种时注意作物种类搭配
间作套种：在同一土地上，按照不同比例，种植不同种类农作物的种植方式。
间作：一般把几种农作物同时期播种；
套种：几种农作物不同时期播种；
间作套种优点：
能够合理配置农作物群体，使农作物高矮成层，相间成行，有利于改善农作物的通风透光条件，提高光能利用率。
影响光合作用的因素
光质（不同波长的光）
白光是复合光，白光下植物光合作用最强
单色光：红光和蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下最弱
影响光合作用的因素
大棚种植选用无色透明薄膜
阴天用红光灯进行补光
光质（不同波长的光）
影响光合作用的因素
CO2吸收量
CO2释放量
CO2浓度
A
B
C
O
D
d
总光合速率
CO2饱和点
CO2补偿点
AB段：
CO2浓度过低，无法进行光合作用
净光合速率
BC段：
光合速率<呼吸速率
C点：
光合速率=呼吸速率
D点：
光合速率最大
限制因素：光照强度、温度
CO2浓度
CD段：
光合速率＞呼吸速率
(1)MN和PQ：夜晚植物只进行细胞呼吸，环境中CO2量增加，O2量减少，植物体内有机物的总量减少。
(2)N～P：光合作用与呼吸作用同时进行。
(3)NA和EP：清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度。
(4)A点和E点：光合作用强度等于细胞呼吸强度。
(5)A～E：光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物体内有机物的总量增加，环境中CO2量减少，O2量增加。
(6)C点：叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象。
(7)E点：光合作用产物的积累量最大。
(8)一昼夜有机物的积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S2－(S1＋S3)
光合午休：在一定范围内，光合作用随着光照强度的增强而增强，在夏季光照最强的中午，由于气孔的关闭，使植物体内获得的CO2减少，影响了暗反应过程中CO2的固定，光合作用减弱。
影响光合作用的因素
CO2浓度
增施农家肥
温室栽培农作物，可以投放干冰或与鸡舍相连
增施农家肥
将猪舍、鸡舍与大棚连通
干冰是固态的CO2
升华吸收热量，从而降低温度。
升华后， CO2浓度增加，可抑制农作物的呼吸作用，延长农作物的贮存时间。
影响光合作用的因素
我国最早的农书《齐民要术》中关于栽种农作物要“正其行，通其风“的记载，这么做的目的是？
“正其行”能够透光,为植物的光合作用提供充足的光照。
“通其风”能使农作物周围有充足的二氧化碳,从而为农作物的光合作用提供足够的原料。
影响光合作用的因素
水
缺水初期，由于气孔开度降低，CO2供应不足。
缺水使光反应产生的NADPH、ATP减少。
缺水影响植物体内光合酶的活性。
缺水直接破坏叶绿体的结构，光合色素含量减少，叶片变黄。
缺水影响植物体内光合产物的运输，使光合产物在叶片中积累而抑制光合作用。
及时灌溉、合理灌溉
随着叶龄增加，光合色素含量逐渐增多、叶面积增加，叶片吸收光能增加，与光合作用相关酶的数量增加，光合速率增大。生长到一定程度，叶面积和光合色素达到稳定状态，光合速率基本稳定。
伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合速率下降。
影响光合作用的因素
叶龄
影响光合作用的因素
叶面积
随着叶面积指数的增大，光合作用实际量、呼吸量增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡，光合作用实际量不再增大。
呼吸量仍在增大，从而使细胞呼吸有机物的消耗量大于光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。
农业生产上的启示：
a.合理密植(增加光合作用面积)
b.适当间苗(“间作套种”)
c.修剪以增加有效光合作用面积
d.适当摘除老叶
影响光合作用的因素
叶面积
P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。
当到Q点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高除横坐标表示的因子之外的其他因子。
自变量1
自变量1
自变量1
自变量2 温度
自变量2 光照强度
自变量2 CO2浓度
影响光合作用的因素
多种因子对光合作用的影响
光合效率：94%
间隔一定时间光照，有利于光反应产物及时被消耗
一、概念检测
依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。（ ）
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。（ ）
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。（ ）
√
×
×
影响光反应的因素如温度、环境pH等同样会影响暗反应
2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 （ ）
D
A.CO2→叶绿素→ ADP
B. CO2 →叶绿体→ ATP
C.CO2→乙醇→糖类
D.CO2 →三碳化合物 →糖类
二、拓展应用
1.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。分析曲线图并回答问题。
(1)7-10时的光合作用强度不断增强的原因是_____。
(2)10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是 ______。
(3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是______。
(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有_____。
(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。
(1)光照强度逐渐增大
(2)此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制
(3)光照强度不断减弱
(4)光照强度、温度
(5) 可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。
2. 在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤，播下一粒种子，将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能照到阳光的地方，室内温度保持在30°C左右。不久，这粒种子萌发长成幼苗。你能预测这株植物幼苗能够生存多长时间吗？如果能，请说明理由。如果不能，请说明你还需要哪些关于植物及其环境因素的信息。
植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)。
瓶中植物生存时间的长短,还与植物的种类有关。如果是寿命很短的某种草本植物，即使瓶中各种条件长久适宜，植物生存的时间也不会长。
一、选择题
1. 下列关于水稻细胞内ATP的叙述，错误的是（ ）
A.能与ADP相互转化
B.只能由细胞呼吸产生
C.可为物质跨膜运输提供能量
D.释放的磷酸基团能与某些蛋白质结合
2.在不损伤植物细胞内部结构的情况下，下列可用于去除细胞壁的物质是 （ ）
A.蛋白酶 B.纤维素酶 C.盐酸 D.淀粉酶
B
B
光合作用也可
3.下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是 （ ）
B
A.当温度为t2时，该反应的活化能最高
B.当反应物浓度提高时，t2对应的数值可能会增加
C.温度在t2时比在t1时更适合酶的保存
D.酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重
A、当温度为t2时，化学反应速率最快，即酶的催化效率最高，降低活化能的效果更为显著，则该反应需要的活化能最低。
B、当反应物浓度增大时，化学反应速率可能加快， t2对应的数值可能会增加。
C、酶活性在t2时比t1高，但低温条件下酶的分子结构更稳定，即酶适合在低温条件下保存。
D、酶活性在t1时与t3相差不大，但t1时的低温只是抑制了酶的活性，而t3是高温使酶失活，故酶的空间结构在t3时比t1时破坏更严重。
4.叶绿体不同于线粒体的特点有 （ ）
A.具有双层选择透过性膜
B.利用水进行化学反应
C.能分解水产生氧气和H+
D.合成ATP为生命活动供能
5. 叶肉细胞中不能合成ATP的部位是 （ ）
A.线粒体内膜 B.叶绿体的类囊体膜
C.细胞质基质 D.叶绿体基质
C
D
6.在我国西北地区，夏季日照时间长，昼夜温差大，那里出产的瓜果往往特别甜。这是因为 （ ）
A.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用微弱
B.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用强烈
C.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用强烈
D.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用微弱
D
西北地区白天光照时间长，光合作用较强，制造的有机物较多。
晚上温度低，呼吸作用较弱，消耗的有机物较少，一天中糖类的积累量较多，故瓜果较甜。
二、非选择题
1.请设计并填写一个表格，简明而清晰地体现出你对光合作用与细胞呼吸之间主要区别和内在联系的理解。
2. CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花作为实验材料，分别进行三种不同实验处理，甲组提供大气CO2浓度（375 μmol mol-1），乙组提供CO2浓度倍增环境（750 μ mol mol-1），丙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60d，测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应，选择晴天上午测定各组的光合作用速率。
(1)CO2浓度增加，作物光合作用速率发生的变化是____ ；出现这种变化的原因是_____。
(2) 在CO2浓度倍增时，光合作用速率并未倍增，此时限制光合作用速率增加的因素可能是_____。
(3)丙组的光合作用速率比甲组低。有人推测可能是因为作物长期处于高浓度CO2环境而降低了固定CO2酶的活性。这一推测成立吗？为什么？
(1)随着CO2浓度的增加，作物的光合作用速率随之提高，因为CO2参与光合作用的暗反应，在光照充足的情况下，CO2增加，其单位时间内与五碳化合物结合形成的三碳化合物也会增加，形成的葡萄糖也增加，故光合作用速率增加。
(2)NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的酶活性不够高、C5的再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等都是制约因素。
(3)可能成立，若植物长期处于CO2倍增下，降低了固定CO2的酶含量或者活性，当恢复到大气CO2浓度后，已经降低的固定CO2的酶含量或者活性未能恢复，又失去了高浓度CO2的优势，因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率。

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