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第4节 光合作用与能量转化(第3课时)
第5章 细胞的能量供应和利用
2.影响光合作用强度的因素
物种
叶龄
叶面积指数
光照强度
CO2浓度
温度
水
矿质元素
外部因素
内部因素
主要是叶绿体的数量以及叶绿体中色素和酶 的含量。
外部因素1: 光照强度
光照强度
CO2吸收量
CO2释放量
A
B
C
A点：只呼吸不光合
O
c
O2
CO2
AB段：呼吸＞光合
B点：
BC段：光合＞呼吸
呼吸＝光合（光补偿点）
光饱和点
1.光照强度(如图所示)：
A点: 光照强度为0，只进行_______________；
AB段: 光合作用强度______细胞呼吸强度；
B点: 光补偿点（光合作用强度与细胞呼吸强度______时的光照强度）；
细胞呼吸
小于
相等
BC段: 光合作用强度_______细胞呼吸强度；
C点: 光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随___________增强而增强)。
大于
光照强度
阳生植物
阴生植物
C点之后: 光合速率的限制因素不再为光照强度，外因主要为CO2浓度和温度，内因为色素的数量和酶的数量和活性等
【应用】
1.阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如图中虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培等都与光补偿点有关。
2.温室大棚适当提高光照强度可增加光合作用强度
3.农业生产上温室大棚一般选 薄膜
4.在农业生产上遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予
光。
红光或蓝紫
无色透明
CO2吸收量
CO2释放量
光照强度
O
A
E
D
C
F
光照强度由O到E变化的过程中：
①细胞呼吸消耗的有机物是多少？
②光合作用制造的有机物是多少？
③此过程中积累的有机物是多少？
B
用面积表示
梯形SACDF
矩形SAOEF
梯形SACDF－矩形SAOEF
即，梯形SDCBE－△SOBA
外部因素2: CO2浓度
CO2吸收量
CO2释放量
CO2浓度
A
B
C
O
D
b
d
CO2启动点
CO2饱和点
CO2补偿点
净光合速率
总光合速率
B点含义：
对应的CO2浓度(b)为能进行光合作用的最低CO2浓度。
光合作用速率＝呼吸作用速率；
该点对应的CO2浓度（即d点）为CO2饱和点（植物达到光合作用最大值所需要的最小CO2浓度）；
d点之后光合速率的限制因素不再为CO2浓度，外因主要为光照强度和温度，内因为酶的数量和活性；
C点含义：CO2补偿点；
D点含义：
应用：
（1）正其行，通其风；
（2）增施有机肥（利用有机肥微生物呼吸作用释放的CO2 ）；
（3）温室栽培农作物可以投放干冰或使用CO2发生器；
CO2吸收量
CO2释放量
CO2浓度
B
C
O
D
b
d
CO2启动点
净光合速率
总光合速率
CO2饱和点
CO2补偿点
A
深挖教材
若研究对象不是绿色叶肉细胞而是整株植物出现上面曲线图时，叶肉细胞内的气体交换在B点有何变化？
植物能进行光合作用的只有绿色组织器官，而所有细胞都要进行呼吸作用。B点是植株的光补偿点，对于叶肉细胞而言，光合速率 叶肉细胞的呼吸速率。
大于
A.黑暗条件下,
①增大、④减小
B.光强低于光补偿
点时,①、③增大C.光强等于光补偿
点时,②、③保持不变
D.光强等于光饱和点
时,②减小、④增大
B
【检测】将题图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下,细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( )
(2)b点表示光合作用与呼吸作用速率　　　。　　
【检测】下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线，据图回答:
(1)该植物的呼吸速率为每小时释放CO2　　mg/dm2。
5
相等
5 10 15 20 25 30 35
25
20
15
10
5
0
－5
－10
CO2吸收量mg/dm2·h
光照强度（Klx）
a
b
c
d
(3)若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时，则植物光合作用固定CO2　 　mg；
合成葡萄糖　　　　mg。　　
250
170.5
(250×180)÷(6×44)＝170.5
(4)若白天光照强度较长时间为b该植物能否正常生长？为什么？　　
白天光照强度为b时，无有机物积累，而夜间消耗有机物，从全天来看，有机物的消耗多于积累，不能正常生长。
5 10 15 20 25 30 35
25
20
15
10
5
0
－5
－10
CO2吸收量mg/dm2·h
光照强度（Klx）
a
b
c
d
不能正常生长。
外部因素3: 温度（温度通过直接影响酶活性来影响植物的光合作用。）
温度
光合
速率
一定范围内，光合速率随温度升高而升高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
应用:
(1)适时播种；
(2)温室栽培时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸速率，降低有机物的消耗，保证植物有机物的积累；
【检测】(2020·唐山二模)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图所示。则有关叙述错误的是(　　)
A.25 ℃时该植物积累有机物最快B.在0～30 ℃范围内，温度对光合作用有关酶的影响相对于呼吸作用有关酶的影响更大C.45 ℃时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率D.春季大棚栽培该植物白天适当提高温度可提高产量
C
45 ℃时整个植物的光合速率等于呼吸速率，因为还存在非光合作用的细胞，所以叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率
外部因素4: 水分
（1）水分作为植物光合作用的原料
（2）缺水：植物部分 关闭，影响 进入叶肉细胞，从而间接影响植物的光合作用。
（3）缺水，叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物
（输出/输入）减慢，光合产物积累，间接抑制了植物的光合作用
【应用】合理灌溉
气孔
CO2
输出
如: 夏天中午，气温高，为了防止蒸腾作用过强，蒸发过多水分，部分气孔关闭，导致 吸收量减少，光合速率 。
CO2
降低
外部因素5: 矿质元素
N: 可参与形成的物质：
P: 类囊体膜和ATP、磷脂、核酸的重要组分
K: 促进光合产物向贮藏器官运输
Mg: 叶绿素的重要组分
缺N、P: 影响ATP和NADPH的合成
过多: 矿质元素过多，可导致土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
应用：
合理施肥
光合作用相关的色素、酶、磷脂、NADPH和ATP、核酸
内部因素1: 物种
各种植物的光合速率变化
光合速率
光照强度
阴生苔藓
阴生草木
阳生草木
小麦
玉米
高粱
O
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。
A
光照强度
O
吸收
CO2
阳生植物
阴生植物
光补偿点
光饱和点
光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物＞阴生植物
D
应用：应根据植物的生活习性因地制宜种植植物。间作、套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、合理采伐、冬季温室栽培等都与光补偿点有关。
内部因素2: 叶龄
光合
作用强度
叶龄
幼
成熟
老
在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加。
O
A
B
C
应用: 农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。
内部因素3: 叶面积指数
物
质
量
叶面积指数
单位土地面积上，植物的总叶面积
在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。
总光合量
净光合量
A
B
C
呼吸量
应用: 适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积。
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
【检测】下图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合速率的影响。下列有关叙述错误的是（　 ）　
B
A.曲线中a点转向b点时,叶绿体中C3浓度降低
B.曲线中d点转向b点时,叶绿体中C5浓度升高
C.ab段影响光合速率的主要因素是光照强度
D.bc段影响光合速率限制性因素可能是温度等其他条件
【检测】如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他环境因素均控制在最适范围内。下列分析正确的是(　　)
D
A. 乙图中D点与C点相比，相同时间内叶肉细胞中C5的生成量较少B. 图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度、光照强度C. 丙图中，随着温度的继续升高，曲线走势将稳定不变D. 甲图中A点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度、温度
3.真核生物光合作用与有氧呼吸的关系
(1)区别
光 合 作 用 有 氧 呼 吸
物质 变化
能量 变化
实质
场所
条件
合成
无机物
有机物
分解
有机物
无机物
光能→化学能（储能）
化学能→ATP中活跃的化学能、热能（放能）
叶绿体
分解有机物、释放能量，合成ATP
合成有机物，储存能量
细胞质基质、线粒体
只在光下进行
有光、无光都能进行
(2)光合作用与有氧呼吸的联系：
(3)联系
绝大多数生命活动
【检测】如图表示某植物细胞内的代谢过程，下列有关叙述不正确的是（ ）
A.X、Y物质分别代表三碳化合物和丙酮酸
B.①④两过程都产生[H]
C.①过程发生在线粒体基质中，②过程发生在叶绿体基质中
D.①②③④四个过程既不消耗氧气也不产生氧气
C
4.夏季一天中CO2吸收量和释放量变化曲线
(1)ob段:因为无光，只进行 。
a点: 凌晨3时~4时， ，呼吸作用减弱，CO2释放减少
(2)b点: 早上6点左右，太阳出来，开始进行 。
(3)bc段: 光合作用 呼吸作用
(4)c点: 上午7点左右，光合作用强度 呼吸作用强度
呼吸作用
温度降低，呼吸酶活性弱
光合作用
小于
等于
(5)ce段，光合作用强度 呼吸作用强度。
(6)d点: 温度过高，植物体部分气孔关闭，导致植物从外界吸收的CO2减少，出现“午休”现象
(7)e点: 下午6点左右，光合作用强度 呼吸作用强度，故植物一天中有机物积累最多是在 点。
(8)ef段: 光合作用强度 呼吸作用强度
(9)fg段: 太阳落山，没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用
大于
e
等于
小于
5. 密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线分析
(1)AB段: 无光照，植物只进行 。
(2)BC段: 温度降低， 。
(3)CD段: 4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用 呼吸作用。
(4)D点: 随光照增强，光合作用强度 呼吸作用强度
呼吸作用
呼吸酶活性低，呼吸作用减弱
小于
等于
(5)DH段: 光照继续增强，光合作用 呼吸作用。其中FG段表示“光合午休”现象。
(6)H点: 随光照减弱,光合作用下降，光合作用 呼吸作用。
(7)HI段：光照继续减弱，光合作用 呼吸作用，直至光合作用完全停止。
(8)从图像上看，植物一昼夜 (是/否)有机物积累
是
大于
等于
小于
一昼夜内植物是否有有机物的积累？
【检测】将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。获得实验结果如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A. 经过一昼夜，植物体的有机物含量会增加B. 图甲中的F点对应图乙中的H点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③C. 到达图乙中的D点时，玻璃罩内CO2浓度最高，此时细胞内气体交换状态对应图丙中的③D.图乙中的C点对应图甲中的C点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的①
D
图乙中C点光合作用即将开始，对应图甲B点
【拓展】当条件改变时，曲线中几个关键点的移动规律①A点: 与呼吸强度相关，呼吸强度增加或减少，A点相应下移或上移。
③C点: 与光合速率相关，若环境改变（如CO2浓度降低）使暗反应速率降低，光合作用对光照的需求降低，则C点左移，D点左下移动；反之则C点右移，D点右上移动。
②B点: 此时光合速率等于呼吸速率。若环境改变（如光照强度降低）使光合速率低于呼吸速率，则B点右移，通过增强光合强度以提高光合速率，反之则B点左移。
【检测】已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25℃、30℃，如图曲线表示该植物在25℃时光合作用强度与光照强度的关系。若将温度调节到30℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，从理论上讲，图中相应点的移动分别是( )
A.a点上移，b点左移，m值增加
B.a点上移，b点左移，m值不变
C.a点下移，b点右移，m值下降
D.a点下移，b点不移，m值上升
C
6.光合速率、呼吸速率的测定方法及实验装置
缓冲溶液
小烧杯
I.绿色植物细胞呼吸速率的测定
(1)必须对该装置进行 处理，且温度适宜
(2)烧杯中应当加入 溶液，其目的是
。
(3)植物呼吸速率指标: 。
遮光(黑暗)
氢氧化钠
用于吸收植物有氧呼吸产生的CO2
单位时间内水滴左移的距离
II.净光合速率的测定方法
缓冲溶液
小烧杯
(1)整个装置必须用较强的 处理，且温度适宜
(2)烧杯中应当加入 溶液，其目的是
。
(3)植物净光合速率指标: 。
光照
NaHCO3
碳酸氢钠溶液
为植物光合作用提供原料--CO2
单位时间内水滴右移的距离
III.绿色植物总（真正）光合速率的测定
绿色植物总光合速率的值=
缓冲溶液
氢氧化钠溶液
甲装置所测数值的绝对值+乙装置所测数值的绝对值
溶液
碳酸氢钠溶液
甲装置 乙装置
IV.若在测定植物光合作用强度时，若要排除物理因素对实验结果造成的干扰，则应该增设一个怎样的对照组？
缓冲溶液
丙装置
死的相同绿色植物
即: 将丙装置中的植物改为死的同种绿色植物，其他条件相同
【检测】(2019·创新卷)某生物兴趣小组利用下图所示的实验装置来探究绿色植物的生理作用。据此回答下列问题:
(1)若要探究植物细胞呼吸的类型，选取的实验装置_______________，为使实验结果更科学，还需设置______________。若实验中对照组的红色液滴静止不动，植物既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，则观察到的实验现象是_______________________________________________。
装置一和装置二
对照实验
装置一红色液滴左移、装置二红色液滴右移
【检测】(2019·创新卷)某生物兴趣小组利用下图所示的实验装置来探究绿色植物的生理作用。据此回答下列问题:
(2)若要验证CO2是植物光合作用的必需原料，选取的最佳实验装置是____________________，实验中给植物提供H218O后，在玻璃罩内检测到含18O的(CH2O)，其产生的途径为___________________________________________________________。
装置一和装置三
H218O参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2, C18O2参与暗反应产生(CH218O)
【检测】夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如右图所示。下列说法正确的是( )
A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D.两曲线b～d段不同原因可能是甲植株气孔无法关闭
D
【检测】将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况，绘制成如如图的曲线，下列有关说法不正确的是( )
A.Ⅰ点低于A点，说明在24h内，净积累了有机物
B. BC段较AB段CO2浓度增加减慢，可能是因为低温使植物呼吸作用减弱
C. FG段CO2浓度下降不明显，可能是因为气孔关闭，叶片对CO2的吸收减少
D. A点时叶肉细胞中产生ATP的部位只有线粒体
D
【检测】在密闭容器内，受光照等环境因素的影响，某植物净光合速率的变化如图所示。请回答下列问题(不考虑O2浓度变化对呼吸速率的影响)：
(1)t0→t1，密闭容器内CO2浓度将________
(2)在t2时，叶肉细胞内合成ATP的场所有_____________________________________。
(3)t3→t4，净光合速率下降的主要环境因素是____________。
(4)在t4后的短时间内，叶绿体中ATP含量将______________
(5)t5→t6，限制光合作用的主要环境因素是______________。
增加
细胞质基质.线粒体.叶绿体
CO2浓度　
减少
温度
【检测】以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是( )
A.光照相同时间，35℃与30℃时光合作用制造的有机物的量相等
B.光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等
制造或产生的是 值
测定或积累的是 值
净
总
A
7. “黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用
白瓶既能进行光合作用又能进行呼吸作用
所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为呼吸作用强度值
用白瓶(有光照的一组)测得的为净(表观)光合作用强度值
综合两者即可得到总(真正)光合作用强度值
【检测2】取三个玻璃瓶，两个黑布包上，并包以锡箔，记为A、B瓶，另一个玻璃瓶不做处理，记为C瓶，其中B、C瓶中放入生长状况相同且良好的同种植物。从待测的水体深度取水并装入三个瓶中，保留A瓶以测定水中原来的溶氧量。将B、C瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。下列叙述错误的是(　　)
A. B瓶中氧气的减少量表示呼吸作用量
B. C瓶中氧气的增加量表示净光合作用量
C. C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之和表示总光合作用量
D. C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之差表示总光合作用量
C
设测定的溶氧量为:
A瓶: Ma
B瓶: Mb
C瓶: Mc
总光率＝净光率+呼率
呼率＝Ma－Mb
净光率＝Mc－Ma
总光率＝(Mc－Ma)+(Ma－Mb)
＝Mc－Mb
①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为 ；白瓶中氧气的增加量为 ；二者之和为 。
【规律归纳】
②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即 。
有氧呼吸量
净光合作用量
总光合作用量
总光合作用量

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