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第三章 细胞中能量的转换和利用
第4节
影响光合作用和细胞呼吸的环境因素
第1课时
影响光合作用的环境因素及光合作用原理的应用
高中生物学
（苏教版2019）
课标内容
1.设计并实施实验，探究环境因素对光合速率的影响。
2.关注光合作用原理的应用。
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
（也可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。）
光合作用强度：（一般用光合速率表示）
光合作用强度
如：可以用单位时间内单位叶面积上的CO2________或O2________来表示。
固定量
产生量
01
影响光合作用的环境因素
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
请根据光合作用反应式，从内、外因分析影响光合作用强度的因素有哪些？
CO2浓度
气孔开闭情况
水分
光
酶的种类、数量
色素的种类和含量
植物自身因素（遗传特性、叶龄、叶面积指数）
光（强度、时间、光质）
ＣＯ2浓度
矿质元素
水分
内因
外因
影响
因素
请写出光合作用的总反应式
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
光能
叶绿体
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
实验目的
实验材料
实验原理
探究光照强度对光合作用强度的影响
生长优良的黑藻
实验设计
自变量：
光照强弱
因变量：
光合作用强度
相同时间内产生气泡的数量
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
控制方法
检测方法
无关变量：
温度、CO2浓度，光照时间等
光照强度越强，光合速率越快，产生气泡的速率越快
1、白炽灯与试管的距离代表什么？
2、试管内的液体能避免CO2的浓度的变化对实验结果的干扰，那么这是什么溶液？
3、试管为什么要放在清水中？
4、为什么每次改变距离，应静置3min左右再开始新的实验？
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
某同学“探究光照强度对光合速率影响”的实验结果如下表所示：
灯源与容器的距离/cm 12 18 24
1 min内产生的气泡数/个 63 41 31
该同学观察到，灯源与容器的距离减小到一定值后，随着灯源与容器距离的靠近，1 min内产生的气泡数不再增加。
(1)该实验的自变量是__________，控制自变量的方法是_____________
________________________。因变量是__________，检测因变量的方法是______________________________________________。
光照强度
利用容器与灯
源的距离来调节光照强度
光合速率
观察比较同一时间段内各实验装置中产生的气泡数
情境探疑
(2)结合上述实验结果，尝试在下图中绘制光照强度对光合速率影响的曲线图。
主要影响光反应
O~B：
B点以后：
在一定范围内，光合速率随着光照强度的增强而相应增加；
当达到某一定值，光照强度继续增加，光合速率不再增加
B
光照强度主要影响光合作用的哪个阶段？
情境探疑
光照强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
6CO2 + 12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
释放量
CO2
6CO2 + 12H2O
主要是线粒体
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
呼吸作用
光合作用
A点：黑暗时，只进行细胞呼吸
AB段：弱光下，光合作用小于细胞呼吸
B点：光补偿点，光合作用等于细胞呼吸时的光照强度
BC1段：强光下，光合作用大于细胞呼吸
C2：光饱和点(光合作用达到最强时所
需的最低的光强度)
C点后的主要环境限制因素（外因）：CO2浓度、温度等
光补偿点
光饱和点
CO2
O2
O2
CO2
CO2
O2
O2
CO2
O2
CO2
CO2
O2
1、光照强度对光合作用的影响
为什么光照到达C点后,光合强度就不再增强
主要内因：色素的含量，酶的含量及活性等
0
O2释
放
O2吸收
A
B
C
光照强度
呼吸速率
净光合速率
实际光合速率
CO2吸
收
CO2释
放
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
总光合速率与净光合速率
总光合作用 净光合作用 呼吸作用
产氧量 氧气释放量 耗氧量（吸收量）
CO2消耗量（固定量） CO2吸收量 CO2释放量
葡萄糖生产量 葡萄糖积累量 葡萄糖消耗量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
阳生植物
阴生植物
B：
C2：
C1
释放量
CO2
光补偿点、光饱和点：阳生植物 阴生植物
>
C2
阳生植物与阴生植物的比较
光补偿点
光饱和点
B'
C2'
1.适当提高光照强度
2.延长光合作用时间
3.合理密植—
增加光合作用面积
4.间作套种
5.温室大棚
使用无色透明玻璃
6.补光
----蓝紫光和红光
光照的影响：光照强度、光质不同、日变化
如图所示为较强光照射下，叶肉细胞中结构模式图以及细胞中O2释放量和CO2吸收量的情况。
(1)该图中测得的光合速率是否为叶片的实际光合速率？试结合上述资料分析原因。
提示：否。该图中测得的光合速率是叶片光合速率与细胞呼吸强度的差值。
情境探疑
(2)结合下列细胞中O2释放量和CO2吸收量的情况，分析不同情况下，细胞呼吸速率与光合速率的关系。
甲：光合速率____ (填“>”“＝”或“<”)细胞呼吸速率；
乙：光合速率____ (填“>”“＝”或“<”)细胞呼吸速率；
丙：光合速率____ (填“>”“＝”或“<”)细胞呼吸速率；
丁：只进行__________。
＝
<
>
细胞呼吸
情境探疑
主要影响暗反应
O
CO2浓度
A
B
光合作用强度
2、CO2浓度对光合作用的影响
A~B：
B点以后：
在一定范围内，光合速率随着环境中CO2浓度的增强而相应增加；
当达到某一定值，CO2浓度继续增加，光合速率不再增加
CO2浓度主要影响光合作用的哪个阶段？
应用：
“正其行，通其风”；增施农家肥；使用CO2发生器
C
CO2吸收速率
CO2 浓度
A
B
A：
只有细胞呼吸
B：
呼吸速率=光合速率
二氧化碳补偿点（B点）
光合速率>呼吸速率
D
B~C：
二氧化碳饱和点（D点）
CO2释放速率
2、CO2浓度对光合作用的影响
3、温度对光合作用的影响
①光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；
②B点表示： ；
③BC段表示： ；
酶的活性
酶
此温度条件下，光合速率最高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
在生产上应用：
在大棚生产中常常采用白天适当升温（保证光合作用正常进行），晚上适当降温（降低呼吸酶的活性）。
4.矿质元素对光合作用的影响
合理施肥
应用：
N：
P：
Mg：
是ATP的组成元素
是叶绿素的组成元素
是ATP的组成元素
是磷脂的组成元素
是叶绿素的组成元素
光合作用中各种酶的组成元素
5.水对光合作用的影响
水是光合作用的原料
缺水导致植物气孔关闭，CO2吸收减少，从而影响暗反应
——合理灌溉
02
光合作用原理的应用
资料：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。
通风透光，既有利于充分利用光能，又可以使空气不断流过叶面，提供较多的CO2，从而提高光合作用强度来光合产量。
问题：分析采取这种措施的原因是什么？
尝试利用光合作用原理建立植物工厂
控制室内的光照、温度、CO2浓度和营养液成分
问题：如何保证植物生长的最适环境条件呢？
影响光合作用强度的因素及应用
光合作用原理的应用——提高农作物光合作用的措施：
1、适当提高光照强度（温室增补蓝紫光等）、增加光照面积（合理密植，套种、间作）、延长光照时间（轮作）
2、适当提高CO2浓度（施农家肥，通风，用CO2发生器）
3、适当提高温度（白天升温，晚上降温）
4、适当增加植物体内的含水量（合理浇水）
5、适当增加矿质元素的含量（合理施肥）
注意多用一些适当、适量、合理等字眼
1.光照强度影响光合作用但光质不影响。( )
2.温度只影响暗反应过程，因为只有暗反应需要酶的催化。 ( )
3.植物的光合速率随着光照强度的增强而不断增加。( )
4.绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合作用制造有机物。( )
×
×
×
×
自查自纠
例1 某兴趣小组利用绿叶和黄叶两种青菜叶片为实验材料，探究光照强度对光合作用的影响，结果如下表，下列推测不合理的是(　　)
A.环境温度属于无关变量，对实验结果无明显影响
光照强度 1 min内产生的气泡数 绿叶 黄叶
A 20 0
B 30 20
C 50 20
B.青菜叶1 min内产生的气泡数与叶绿素的含量有关
C.相同光照强度下，绿叶光合速率高于黄叶
D.该实验可证明光合速率受内外因素的影响
典例应用
例2 某植物光合作用最适温度为25 ℃，呼吸作用最适温度为30 ℃。右图为该植物处于25 ℃环境中光合速率随光照强度变化的坐标图，下列叙述错误的是(　　)
B.将温度由25 ℃提高到30 ℃时，A点下移，D点上移
A.A点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
C.C点表示光照强度对光合作用的影响已经达到饱和
D.当植物缺镁时，B点将向右移
典例应用
(1)含义
补偿点：光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度或光照强度，如图中B点。饱和点：光合速率达到最大值时所需要的最小CO2浓度或光照强度，如图中C点。
归纳提升
补偿点、饱和点及其移动
(2)解读
①A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。
②B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)
光合速率改变 B点 (补偿点) C点
(饱和点)
增强 适当增大CO2浓度或光照强度 左移 右移
削弱 适当减小CO2浓度或光照强度 右移 左移
土壤缺Mg2＋ 右移 左移
(3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。
归纳提升
例3 下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)该植物叶片中光合色素分布在叶绿体的__________上。
提取叶绿体中的色素时，为使研磨充分可加入少许________。
(2)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。
(3)光照强度为B时，该植物的光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸速率。长期处于该光照强度下，植物________(填“能”或“不能”)正常生长。
(4)光照强度为D时，叶肉细胞中产生ATP的细胞器有____________________。该光照强度下，适当降低CO2的浓度，C点将_______(填“向上”或“向下”)移动。
类囊体膜
二氧化硅
光反应
ATP
NADPH
等于
不能
叶绿体和线粒体
向下
典例应用
思维导图 晨读必背
1.在一定范围内，随着光照强度或CO2浓度的增大，光合速率逐渐增大；当达到某一定值后，光照强度或CO2浓度继续增加，光合速率不再增大。
2.光合速率可以用单位时间单位叶面积上的CO2固定量或O2释放量来表示。
3.温度对光合作用中酶活性的影响很大，因而对光合速率也有明显的影响。
课堂小结
1.测定植物光合作用速率最有效的方法是测定(　　)
B.植物体内叶绿体的含量
C.植物体内葡萄糖的氧化量
D.植物体内水的消耗量
A.植物体消耗二氧化碳的量
随堂检测
2.如图表示某种植物光照强度与光合速率的关系。P点的生物学含义是(　　)
C.光合作用与呼吸作用达到动态平衡
A.只有呼吸作用
B.只有光合作用
D.光合作用与呼吸作用都不进行
随堂检测
3.生长旺盛的叶片，剪成5 mm2的小块，抽去叶内气体，做下列处理(如下图所示)，这4个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是(　　)
随堂检测
4.图甲表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图甲在图乙中的位置是(　　)
A.AB之间
B.BC之间 C.C点以后 D.B点
随堂检测
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