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第4节 光合作用与能量转化
第3课时 光合作用的原理和应用
ATP
NADPH
光能
类囊体上的光合色素
O2
H2O
水的光解
H+、e-
ADP+Pi
NADP+
CO2
2C3
C5
(CH2O)
多种酶
参加催化
还
原
固
定
酶
酶
供氢
供能
供能
光反应阶段
（叶绿体类囊体）
能量变化：光能→ATP和NADPH中活跃化学能
暗反应阶段
（叶绿体基质）
→糖类等有机物中稳定化学能
联系：①光反应阶段为暗反应阶段提供 ，
②暗反应阶段为光反应阶段提供 原料。
ATP 和 NADPH
ADP、Pi和NADP+
复习回顾：光合作用的过程
一、分析光合作用的过程——物质变化规律
1、条件骤变，短时间内各物质的影响
C3还原弱
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱 减少 增加 减少 减少
光照增强 增加 减少 增加 增加
光照弱
光反应弱
规律：
光照弱→C3 →C5
光照强→C3 →C5
光照不变 C3 C5 NADPH、ATP （CH2O）
CO2浓度减少 减少 增加 增加 减少
CO2浓度增加 增加 减少 减少 增加
规律总结：①C3和C5的变化 ；
②C5和NADPH、ATP的变化 ；
③(CH2O)变化：对光合作用不利，(CH2O)合成 ，反之则 。
相反
一致
增多
减少
C
1、如图为光合作用示意图。下列说法错误的是（ ）
A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原（CH2O）
C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去
D．增加光照强度或降低CO2浓度，C3的含量都将减少
即时训练
二、拓展：化能合成作用
能够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的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
CO2+H2O (CH2O)+ O2
能量
思考：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。
硝化细菌
三、探究环境因素对光合作用强度的影响
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
问题1：根据光合作用反应式，可以用哪些指标来表示光合作用强度？
光合作用强度指植物在单位时间内，通过光合作用制造糖类的量
光合作用强度的表示方法：
固定或者消耗CO2的量
制造有机物（糖类）的量
产生O2的量
单位时间内
三、探究环境因素对光合作用强度的影响
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
光：光照强度、光质、光照时间
CO2的浓度、H2O
矿质元素
温度
外因
内因
酶的活性、数量
色素的含量
叶绿体的数量
问题2：根据光合作用反应式，分析影响光合作用的环境因素有哪些？
实验：探究光照强度对光合作用强度的影响
问题1、该实验的自变量、因变量？
因变量：光合作用强度
自变量：光照强度
问题2：如何设置自变量？
不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离小烧杯的距离
因变量观察指标是？
单位时间内小圆形叶片上浮的数量
上浮原因：
植物进行光合作用释放O2在叶肉细胞间隙积累，使叶片上浮。
问题3：为何提供富含CO2的清水？
为圆形小叶片光合作用提供充足的CO2
什么作用？
吸收热量排除干扰
问题4：将处理过的圆形小叶片放在黑暗环境中，请在下图绘出黑暗条件下CO2和O2的产生或消耗情况。
线粒体
叶绿体
叶肉细胞
CO2
O2
只进行呼吸作用
可用哪些指标表示呼吸速率？
呼吸速率的表示方法：
O2的吸收量
CO2的释放量
有机物消耗量
活动二：分析实验结果，回答相应问题：
光照强度 浮起叶片 时间 数量 强光 （10cm) 中等光照 （20cm） 弱光
（30cm)
5分钟 10片 0片 0片
10分钟 10片 4片 0片
15分钟 10片 5片 1片
20分钟 10片 6片 2片
问题5：在5min时，弱光和中等光强度下，叶片仍然没有上浮，在这两种光照强度下，叶片有O2产生吗？
请在下图绘出在这两种光照下CO2和O2的产生及消耗情况。
（可参考新课程P168）
O2
O2
呼吸速率大于光合速率
CO2
CO2
弱光照射：
O2
CO2
呼吸速率等于光合速率
中等光照射：
问题6：根据以上分析绘出在强光条件下CO2和O2的产生及消耗情况。
线粒体
叶绿体
叶肉细胞
产生O2
释放O2
消耗CO2
吸收CO2
光合速率大于呼吸速率
想一想：实验中所测得的O2量、CO2量，对应图中的哪里？
（可以测得）
（可以测得）
植物在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作用速率，称为表观光合速率。
净（表观）光合速率
呼吸速率
真正（总）光合速率
+
=
CO2吸收量
O2的释放量
有机物积累量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
消耗有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
合成有机物的量
类比于：总收入
支出
存下的钱
+
=
+
=
+
=
A
B
C
D
A点
AB段 光合作用强度____细胞呼吸强度
B点 光合作用强度__ 细胞呼吸强度
B点后 光合作用强度____细胞呼吸强度
D点 增加光照强度，光合作用强度_____
只进行呼吸作用
小于
等于
光补偿点
活动三：绘制出光照强度对光合作用强度影响的曲线图（小组合作）
光补偿点:光合速率=呼吸速率时所需的光照强度
大于
不再增强
光饱和点
光饱和点: 光合速率达到最大时所需的光照强度
讨论1：图中如何表示总光合速率、净光合速率、呼吸速率？
A
B
C
D
呼吸作用
净光合
总光合（真）
讨论2：C点之前和之后限制光合作用因素分别是？
C点前：光照强度 C点后：CO2浓度、温度等
练习：下图是在不同光照强度下测得的桑树苗与大豆间作，以及桑树苗单作时的光合速率。假设间作与单作农作物间的株距、行距均相同。下列叙述正确的是(　　)
A．与单作相比，间作时桑树苗的呼吸强度不受影响
B．光照强度为c时，桑树苗单作固定CO2的速率为16
C．桑树苗开始积累有机物时的最低光照强度单作小于间作
D．光照强度大于a后间作光合速率大于单作，与大豆为其直接提供有机营养有关
C
知识拓展：
阴生植物
是指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称阳生植物。
光照强度
0
A
B
C
阳生植物
D
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
讨论：若该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？
阴生植物
A1
B1
C1
提示：阴生植物的呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。
据此生产上有哪些应用？
应用：
①合理密植 ②间作套种
间作套种
合理密植
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
（3）光合速率与呼吸速率的关系
资料分析：我国北魏时期的农书《齐民要术》中，有关于栽种农作物要“正其行，通其风”的记载。分析采取这种措施的原因是什么？
影响光合作用强度的因素:
CO2浓度
2、CO2浓度
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
最大光合速率
B点：
C点：
D点：CO2饱和点
思考：C点之后限制光合速率的因素有哪些？
主要为光照强度和温度
①正其行，通其风
②温室中适当增加CO2浓度。(施用有机肥可以提高CO2浓度)
应用：
A
3、温度
O
温度
A
光合速率
B
C
光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 从而影响光合作用速率。
酶的活性
酶
白天：适当提高温度以___________________
提高光合作用强度
夜间：适当降低温度以___________________
降低细胞呼吸强度
光合作用的最适温度因植物种类而异。
曲线：光照强度、CO2浓度、温度的综合分析
夏季晴朗无云的某天，某植物光合作用强度变化
问题1：如果光照过于强烈，会引起植物什么现象
会引起植物“午休”现象
问题2：该图中哪个点代表的是植物午休现象？
C点
C点出现原因分析：夏季晴天12点左右温度高，植物蒸腾作用散失水分过快。为减少水分散失，叶片气孔关闭，导致CO2吸收减少，光合作用降低。
问题3：7-10时的光合作用强度不断增强的原因是什么？
光照强度增强
问题4：14-17时的光合作用强度不断下降的原因是什么？
光照强度减弱
4.水
① 水是光合作用的_____，含水量越高，细胞代谢越旺盛。
② 植物缺水会导致__________,CO2供应不足，影响光合作用速率。
原料
气孔关闭
应用：合理灌溉
5.矿质元素
矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分。
N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分
P：NADPH和ATP的重要组分；组成叶绿体膜
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
☆土壤中无机盐浓度过高会导致植物渗透失水而萎蔫。
应用1：合理施肥
☆轮作是利用不同的作物对无机盐的选择性吸收来均衡利用土壤中的养分。
应用2：轮作
6、分析多因素对光合作用的影响
1.三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么？
2.三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因素还是影响光合速率的主要因素吗？此时的限制因素分别是什么？
光照强度
光照强度
温度
不是
温度
CO2
光照强度

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