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5.4 光合作用与能量转化
光合作用的影响因素和应用
1.结合光合作用过程分析影响光合作用强度的内部因素、环境/外部因素
2.分析各环境因素对光合作用强度的影响情况及在生活、生产中的应用
3.设计实验探究光照强度对光合作用强度的影响
本节目标
CO2浓度
水分
光
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
气孔开闭情况
光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
影响
因素
一、影响光合作用强度的因素
如Mg合成叶绿素、N影响酶和ATP的合成
1、探究环境因素对光合作用强度的影响
阅读P105页探究实践参考案例“探究光照强度对光合作用强度的影响”，思考讨论以下问题（2min)：
1.本实验的自变量是？如何控制？
2.本实验的因变量是？如何表示？如何检测（检测指标是）？
3.本实验的无关变量有（举2—3例）？如何控制？
4.完善本实验的原理：
叶片中含有空气，在水中 .
抽气
叶片 .
不同光照强度下进行光合作用
产生氧气
细胞间充满氧气，叶片 .
检测 .
或者 .
反映氧气产生情况
反映光合作用强度
1、探究环境因素对光合作用强度的影响
问题1：本实验的自变量是？如何控制？
光照强弱
调节小烧杯与光源的距离
或用不同瓦数的灯
还有其他控制方法吗？
注：LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。
强光
中等光
弱光
1、探究环境因素对光合作用强度的影响
问题2：本实验的因变量是？如何表示？如何检测（检测指标是）？
光合作用强度/速率
表示方法
单位时间内反应物消耗量或产物生成量表示
单位时间内CO2的消耗/固定量或有机物的产生量或O2的产生量
相同时间圆形小叶片浮起的数量
或全部圆形小叶片浮起所需要的时间
1、探究环境因素对光合作用强度的影响
问题3：本实验的无关变量有（举2—3例）？如何控制？
温度
CO2的浓度
圆形小叶片的大小和数量
光照时间...
保持相同且适宜
问题4：完善本实验的原理：
叶片中含有空气，在水中 .
抽气
叶片 .
上浮
下沉
产生氧气
细胞间充满氧气，叶片 .
上浮
相同时间内上浮叶片数目的多少
叶片全部上浮所需时间的长短
反映氧气产生情况
反映光合作用强度
不同光照强度下进行光合作用
检测 .
或者 .
1、探究环境因素对光合作用强度的影响
1、探究环境因素对光合作用强度的影响
【实验过程分析】
①打孔
②排气
③沉水
④分组
⑤光照
⑥记录
用注射器抽取叶片内的空气（真空渗水法）
放置黑暗处，让细胞下沉烧杯底部
3只烧杯各倒20mlNaHCO3缓冲液，放入10片小叶圆片
分别对这三组进行强、中、弱光的照射处理
记录相同时间内各组装置中小圆叶片上浮的数量
原因：叶片内充满水，
重量增加
确保溶液中CO2含量充足（可用富含CO2的清水代替）
要注意避开大叶脉
原因：其中没有叶绿体
防止光照使其光合作用产生氧气使叶片提前浮起
光合作用产生的O2多于有氧呼吸消耗的O2，释放氧气，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮
1、探究环境因素对光合作用强度的影响
实验结果
观察并记录同一时间内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量，实验记录如下：
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
1 10片 20 mL
2 10片 20 mL
3 10片 20 mL
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。
实验结论
强
中
弱
多
中
少
利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？
这些因素分别如何控制呢？
CO2浓度（吹气时间或不同质量分数的NaHCO3溶液）
温度（水浴保温）
光质（不同颜色的彩色灯泡）
延伸思考1
延伸思考2：P105旁栏思考
O2产生量
O2释放量（实测）
较强光照时
实验所测是否为叶片光合作用实际产生的总O2量？
实际产生的O2量 = O2释放量 + 植物自身呼吸作用对O2的消耗量
O2消耗量
总/实际/真正光合速率 = 净/表观/实测光合速率 + 呼吸速率
（光下测量) （黑暗中测量）
用这种方法观察到的O2的产生量，实际是光合作用的O2释放量
真正（总）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率
有机物的制造量
CO2的固定量
O2的产生量
有机物的积累量
CO2的吸收量
O2的释放量
有机物的消耗量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
CO2
O2
CO2
O2
植物若想长大，
其光合作用强度必要大于呼吸作用强度
光补偿点
光饱和点
光照强度
CO2
吸
收
量
CO2
释
放
量
O
净光合速率
细胞呼吸速率
真
正
光
合
速
率
呼吸作用强度
CO2
O2
A
CO2
O2
CO2
O2
AB
CO2
O2
B
CO2
O2
CO2
O2
B之后
A
C
B
D
D点：光合作用强度最大。D点之前限制光合作用因素是光照强度，D点之后限制因素是CO2 、温度等
D点前后限制光合作用因素分别是？
2、光对光合作用的影响及应用
A ’
B ’
光照强度
O
C’
A
B
C
阴生植物
阳生植物
CO2吸收量
CO2释放量
阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。
阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。阴生植物的呼吸作用较弱。
阳生植物的光补偿点和光饱和点都比阴生植物大
①光照强度（时间、光质）
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？
2、光对光合作用的影响及应用
（1）光照强度
想一想：
生产中哪些应用体现了光照强度对光合速率的影响？
应用：
阴雨天适当补充光照、对大棚除霜消雾、间作套种、合理密植
玉米--大豆
阴生植物
阳生植物
间作套种
合理密植
增大受光面积
2、光对光合作用的影响及应用
（2）光质（光的波长）
光质对光合作用速率的影响：
白 光 >红 光 >蓝 紫 光 >绿 光
应用：
塑料大棚栽培时，常选择“无色塑料”以便透过各色光
阴天或夜间给大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收、利用率较高的“红光和蓝紫光”
2、光对光合作用的影响及应用
3、CO2浓度对光合作用的影响及应用
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
对应的D点为CO2饱和点
B点：
C点：
C点前后限制光合作用因素分别是？
限制因素：
CO2浓度
限制因素：光照强度、温度（外因）、色素、酶的量、酶的活性（内因）等
3、CO2浓度对光合作用的影响及应用
光合作用强度达最大值
C
CO2饱和点
CO2补偿点
找出CO2补偿点、CO2饱和点
净光合速率
3、CO2浓度对光合作用的影响及应用
应用：
大田中注意通风透气（“正其行，通其风”)、增施农家肥、投放干冰
增大CO2浓度
为什么？
增大CO2浓度和矿质元素
想一想生产中哪些应用体现了CO2浓度对光合速率的影响？
净光合速率
4、温度对光合作用的影响及应用
原理：
1.温度通过影响 影响光合作用
2.温度过高时植物 ，CO2吸收减少，光合速率会减弱
酶的活性
气孔关闭
应用：温室栽培植物时，增大昼夜温差：
白天适当升温至最适温度→提高光合速率
晚上适当降低温度→降低呼吸速率
保证有机物积累
5、矿质元素和水对光合作用的影响及应用
④矿质元素：
⑤水:
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
Mg：叶绿素的重要组分
1.光合作用的原料
2.体内各种化学反应的介质
3.直接影响气孔的开闭,间接影响CO2进入
应用：合理施肥
应用：预防干旱(地膜覆盖)
合理灌溉
注意：
施肥同时适当浇水，农民一般在大雨前施肥
（矿质元素溶解在水中才能被吸收）
6、多因子变量对光合作用的影响及应用
(1)这三种研究的自变量分别是什么？
①光照强度、温度 ②温度、光照强度 ③光照强度、CO2浓度
(2)限制光合速率的因素分别是？以图2为例，请回答以下问题
→规律：横坐标+线上因子
P点以前：限制因素？
Q点以后：低光强条件下限制因素？
Q点以后：高光强条件下限制因素？
温度
光照强度等
CO2浓度等
二、光合速率的测定方法——叶圆片称重法
NaOH溶液
（吸收CO2)
——遮光处理
(排除光合作用干扰)
红色液滴向左移动距离：
代表有氧呼吸的氧气吸收量
单位时间内左移距离代表呼吸速率
有氧呼吸速率测定装置
CO2缓冲液（NaHCO3）
（保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求)
——足够光照处理
红色液滴向右移动距离：
代表光合作用的氧气释放量
单位时间内右移距离代表净光合速率
净光合速率测定装置
思考2：为了减少无关变量（如装置本身由于气温或气压等的变化引起气体体积变化）的干扰，就如何设置对照装置？
+
思考1：两装置的不同之处在哪里？
两装置中液滴移动距离表示什么？
二、光合速率的测定方法——气体量变化法
黑暗中只进行呼吸作用
呼吸作用量 =
x － y
光照下进行呼吸作用和光合作用
净光合作用量 =
z － y
总光合作用量 =
呼吸作用量+净光合作用量
= x + z - 2y
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
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。
二、光合速率的测定方法——黑白瓶法
光下
黑暗
相同时间后叶片重量：
MB=叶片初始重量+光合作用有机物总产量-呼吸作用有机物消耗量
相同时间后叶片重量：
MA=叶片初始重量-呼吸作用有机物消耗量
总光合作用量 =照光后叶片重量-暗处叶片重量 = MB - MA
二、光合速率的测定方法——半叶法
总光合作用量
内因：
外因：
基因决定酶种类数量不同
水分—应用：合理灌溉
矿质元素—应用：合理施肥
温度—影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”
CO2浓度—升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、加干冰……
光质（光的颜色）
光照
光照时间： （应用：延长光照时间：一年两/三熟）
光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高
光强度，间作套种（提高光能的利用率）
不同植物光合作用不同；
不同部位（叶）光合作用不同；
不同叶龄的叶光合作用不同。
（应用：大棚种植用红光或
蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）
小结
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。
练习与应用
（1）7—10时增强原因：
（2）10—12时减弱原因：
（3）14—17时减弱原因：
光照强度增强
光照强度减弱
此时温度很高,蒸腾作用很强,为减少水分蒸发,气孔大量关闭,CO2无法进入叶片组织,导致光合作用暗反应受到限制
13—14时增强原因：
气孔开放，二氧化碳供应增多
“光合午休”现象
练习与应用(P106)
光照强度、温度、CO2浓度
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。
(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.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。
练习与应用(P106)
二、拓展应用
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℃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)，从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的，因此，只要没有病虫害等不利因素，这株植物(幼苗)就能够生存一段时间。
但究竟能够生存多长时间，涉及的问题很多。潮湿的土壤含有水分，植物根系吸收水分后，大部分可通过蒸腾作用散失到空气中，由于瓶是密闭的，散失到空气中的水分能够凝结，回归土壤供植物体循环利用。
练习与应用(P106)
二、拓展应用
但是，随着植株的生长，越来越多的水分通过光合作用成为有机物的组成部分，尽管有机物能够通过呼吸作用释放出二氧化碳和水(这些水既可以散失到空气中回归土壤，也可以在叶片细胞中直接用于光合作用)，毕竟有机物是不断积累的，这意味着回归到土壤的水分会越来越少，有可能成为影响植物生存的限制因素，因此，要预测植物生存的时间，需要知道土壤含水量和植物体内有机物积累速率等信息。
土壤中的无机盐被植物根系吸收以后，绝大部分成为植物体的组成成分(少量可能随落叶归还土壤)，因此难以循环利用，但植物对无机盐的需要量是很少的，土壤中无机盐到底能满足植物体生长多长时间的需要与土壤的多少土壤中各种无机盐的含量，植株的大小等有关，这些信息是任务提示中没有给出的，因此不能从这方面做出准确预测，
但是随着植株的生长，有机物会不断积累，这意味着中空气所含的二氧化碳会逐渐减少要预测瓶中二氧化碳能维持植物体生存多长时间，还需要知道瓶中二氧化碳总量、植物体光合速率呼吸速率或有机物积累速率等信息。
练习与应用(P106)
二、拓展应用
从给出信息可知,在阳光和温度方面不存在制约瓶中植物生存的问题。二氧化碳是植物进行光合作用必需的原料之一瓶中的二氧化碳通过植物的光合作用被植物体利用,转化为有机物。有机物通过植物的呼吸作用分解成二氧化碳和水，可见二氧化碳在植物体和瓶中空气之间是可以循环的。
上述推理大多是建立在植物体不断生长基础上的，这是因为玻璃瓶容积小，植物幼苗正在处于生长期。此外，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。
复习与提高（P108）
一、BBBCDD
二、2、
（1）增大
CO2参与光合作用暗反应，在光照充足的情况下，CO2增加，其单位时间内与C5结合形成的C3也会增加，形成的葡萄糖也增加，故光合作用速率增加
高CO2
低CO2
高CO2→低CO2
本实验的自变量为？
CO2浓度、作物种类
复习与提高（P108）
2、
（2）NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的酶活性不高、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。所以单纯增加CO2，不能使反应速率倍增
高CO2
低CO2
高CO2→低CO2
复习与提高（P108）
2、
（3）可能成立
植物长期处于CO2倍增下，降低了固定CO2的酶的活性或含量，当恢复到大气CO2浓度后，已经降低的固定CO2的酶的活性或含量未能恢复，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
高CO2
低CO2
高CO2→低CO2
复习与提高（P108）
2、
（4）回答本题的关键是摒弃简单的线性思维方式，要从生命活动的复杂性角度去回答：
首先，不能只从光合作用效率可能提高的角度来看待温室效应，而必须全面分析温室效应可能产生的环境问题。
其次，仅从大气中CO2比例增加是否提高光合作用速率的角度看，也不能以线性思维来看待。植物光合作用受到温度、水分等外部因素的影响，也受到内部的酶的活性等因素的影响，长期高CO2浓度可能使某些酶活性降低，高温也可能引起植物其他的变化，如色素降低；同时温室效应导致气温升高，引起蒸发率升高而影响水分供应，高温环境增强呼吸作用消耗的有机物也增多。因此温室效应不一定会提高作物产量。
感谢观看

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