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光合作用与能量转化-5
第16讲
一轮复习
第5课时（共5课时）
影响光合强度(光合速率)的因素
光合速率的表示
光合速率
的测定
影响光合速率的因素
总光合速率
净光合速率
液滴移动法——测氧气
叶圆片称重法——测有机物
半叶法——测有机物
黑白瓶法——测氧气
叶圆片上浮法——测氧气(定性)
环境因素：光、温、水、盐、气等
内部因素：植物种类、叶龄、气孔导度、有机物输出
1.光合速率的表示 (单位：mol·m-2·h-1)
CO2
O2
吸收:m2
CO2
释放:m1
固定:m1+m2
产生:n1+n2
吸收:n1
O2
释放:n2
呼吸速率
呼吸速率
净光合速率
净光合速率
总光合速率
总光合速率
糖类
糖类
制造
消耗
积累
丙酮酸
CO2吸收量(μmol·m-2·s-1)
0
-4
4
8
12
16
CO2
O2
CO2
O2
O2
CO2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
光强
4
4
2
2
2
2
4
4
4
4
12
12
光补偿点
光饱和点
叶肉细胞的光合速率 与 植物体的光合速率
叶肉细胞的叶绿体
叶肉细胞的线粒体
叶肉细胞的叶绿体
叶肉细胞的线粒体
非叶肉细胞的线粒体
叶肉细胞
植物体
1.叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率时，植物体的光合速率_____呼吸速率
小于
2.植物体的光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞的光合速率_____呼吸速率
大于
科研人员以天竺葵为材料进行研究，图1表示天竺葵叶肉细胞中光合作用、细胞呼吸过程中[H]的转移过程。科研人员用3个相同的透明玻璃容器将生长状况相似的三株天竺葵分别罩住形成密闭气室，在其他环境因素相同且适宜的条件下，探究自然条件下不同光照强度对植物光合作用强度的影响，利用传感器定时测定气室中二氧化碳浓度，实验结果如图2所示（实验过程中三组天竺葵的呼吸速率相同）。请据图回答下列问题：
(1)图1中过程_________(填序号）发生在生物膜上。图1中②所示生理过程的能量来源是___________________。
光反应产生的ATP和[H]中活跃的化学能
①③
科研人员以天竺葵为材料进行研究，图1表示天竺葵叶肉细胞中光合作用、细胞呼吸过程中[H]的转移过程。科研人员用3个相同的透明玻璃容器将生长状况相似的三株天竺葵分别罩住形成密闭气室，在其他环境因素相同且适宜的条件下，探究自然条件下不同光照强度对植物光合作用强度的影响，利用传感器定时测定气室中二氧化碳浓度，实验结果如图2所示（实验过程中三组天竺葵的呼吸速率相同）。请据图回答下列问题：
(2) 图2中A组天竹葵能发生图1所示哪些生理过程___________。（填序号）
③④
(3)B组天竺葵叶肉细胞的光合速率_______(填“大于”“小于”或“等于”)它的呼吸速率，原因是___________________。
原因：B组装置中的CO2浓度不变，表明整个天竺葵植株的光合速率与呼吸速率相等，植株中有许多细胞只能进行呼吸作用，因此叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率。
大于
CO2吸收量(μmol·m-2·s-1)
光强
0
-4
4
8
12
16
净光合
速率
呼吸速率
总光合
速率
CO2固定量
CO2吸收量
CO2释放量
O2产生量
O2释放量
O2消耗量
有机物制造量
有机物积累量
有机物消耗量
总光合速率
净光合速率
呼吸速率
+
=
光补偿点
光饱和点
达到最大光合速率所需的最小光照强度
光合速率等于呼吸速率时的光照强度
光饱和点
光补偿点
1.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℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
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
A
2.将状况相同的某种绿叶均分为四组，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h(光照强度相同)，测其重量变化，得出如下表的数据。可以得出的结论是（ ）
A.该植物光合作用的最适温度约是27℃
B.该植物细胞呼吸的最适温度约是29℃
C.27~29℃下的净光合速率相等
D.30℃下的真正光合速率为2mg·h-1
组别 一 二 三 四
温度(℃) 27 28 29 30
暗处理后重量变化(mg) -1 -2 -3 -1
光照后与暗处理前重量变化(mg) +3 +3 +3 +1
B
2.光合速率的测定
①液滴移动法
CO2缓冲液
装置的烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲溶液，用于保证容器内______满足光合作用需求，同时使容器中CO2浓度保持恒定。
红色液滴向_____移动的距离，是光合作用__________的量。（代表净光合速率）
右
释放O2
CO2
CO2缓冲液
某种溶液
NaOH溶液
清水
适宜光照，测量O2的释放量(净光合速率)
遮光，测量O2的吸收量(有氧呼吸速率)
遮光，测量O2的吸收量与CO2释放的差
①液滴移动法
另设一组实验，将正常植物换成死亡的植物，其余与实验组相同，作为对照。
排除温度等、气压等非生物因素对实验结果的干扰。
死亡植物
正常植物
①液滴移动法
某种溶液
某种溶液
1.某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是（ ）
C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，呼吸作用产生的CO2全部被光合作用所用
D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为淀粉时，液滴右移
A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照时，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小
B.若要测真正光合强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液
D
2.下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和细胞呼吸过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的CO2缓冲液可维持瓶内二氧化碳浓度的恒定。下列分析错误的是（ ）
A.甲装置可用来测净光合作用速率和有氧呼吸速率
B.若装置乙的水滴向左移动，则青蛙进行了有氧呼吸
C.若甲和乙两个装置都在黑暗环境，则水滴都往左移
D.若甲和乙两个装置都在光照环境，则水滴都往右移
D
3.如下图所示，甲图中A、B分别为培植于无色透明气球内质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩，其中B幼苗已死亡。气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)，初始时指针指向正中央零的位置(指针向受重力大的那一侧偏转)。乙图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针都复位为零。下列相关描述中，错误的是（ ）
A.在适宜光照条件下，指针将向右偏转
B.该实验的自变量为光强度，c点的含义为单位时间内O2释放量最大
C.ce段说明随着灯泡到水面距离的增大，单位时间内O2释放量减少
D.f点与a、b、c、d点指针的偏转方向相同，但数值较小
D
②叶圆片称重法
如图所示：叶圆片面积为S
10时叶圆片干重x克
12时叶圆片干重y克
14时叶圆片干重z克
上午10时
置于黑暗中
上午12时
置于光下
烘干
烘干
烘干
环割
叶柄处环割的目的：______________________________________
阻止叶片的光合产物向外运输。
净光合速率=___________, 呼吸速率= _________, 总光合速率=___________
(z-y)/2S
(x-y)/2S
(x＋z-2y)/2S
③半叶片法
将植物对称叶片的一部分遮光，另一部分则留在光下进行光合作用，并采用适当方法阻止两部分的物质和能量转移(或者将一半剪下进行遮光处理)。一定时间后(h)在这两部分叶片的对应部位截取相同面积(S)的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB。
①该方法测定的_________速率为：______________
(MB—MA)/S·h
遮光
光照
阻止两部分物质和能量转移或将下半部分剪下
A
B
总光合
②遮光部分在遮光后立即截取面积为S的叶片烘干称重，仍然记为MA,其余与上述操作相同，则测定的________速率为：
净光合
(MB—MA)/S·h
环割
_________________
④黑白瓶法
“黑瓶”不透光，测定自养水生生物有氧呼吸量，
“白瓶”给予光照，测定自养水生生物的净光合量。
黑瓶溶氧量变化量
黑瓶原初溶氧量
黑瓶放入水生生物一段时间后溶氧量
—
=
白瓶溶氧量变化量
白瓶原初溶氧量
白瓶放入水生生物一段时间后溶氧量
—
=
呼吸
速率
净光合速率
=
=
某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和24小时后以温克碘量法测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下表2
光照强度（klx） 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3
（1）当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量为___mg/L·24h。
（2）光照强度至少为___(填字母)时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。
21
a
⑤叶圆片上浮法
打孔
抽气
沉底
光照
小圆叶片
水
抽
NaHCO3溶液
水柱
(置于黑暗处)
上浮相同数量小圆叶片所需时间
烧杯离台灯的距离
NaHCO3浓度
结果
注射器，内含一定浓度的NaHCO3溶液和5片小圆叶片
图1
图2
科研人员制作了特殊的实验装置，开展探究光照强度和CO2浓度双因素对菠菜叶片光合作用强度影响的实验。
实验材料: 新鲜菠菜叶片、打孔器、注射器12支、5W 白色 LED 灯、不同浓度 NaHCO3溶液等
实验装置制作: 如图1所示
实验注意事项和数据分析:
1.打孔器打出的小圆叶片装入注射器中，注射器吸入清水排出空气，并用手指堵住注射器前 端小孔缓慢拉动活塞重复 2~3次，目的是_________
处理过的小圆叶片放入________________处盛有清水的烧杯中待用。
气体溢出
黑暗(或无光照)
2.进行实验，记录实验结果。以NaHCO3溶液浓度为X轴、注射器离圆心的距离为Y轴，各注射器内小圆叶片上浮所用平均时间为Z轴，绘制三维柱形图(图2)。A1、B1和C1三支注射器，实验的自变量是___________，该实验结果除了能说明光合速率大小与CO2浓度、光照强度呈正相关性外，还能说明______
光照强度
光照强度越低，CO2浓度对光合作用速率的影响越显著
(或CO2浓度越低，光照强度对光合作用速率的影响越显著）
3.影响光合速率的因素
环境因素
光照强度
CO2浓度
温度
内部因素
光合素色含量
光合酶的活性
气孔导度
有机物输出情况
…….
…….
水
无机盐
叶龄
植物种类
①光照强度
光照强度
光合速率
(μmolCO2·m-2·s-1)
0
光饱和点
光补偿点
限制因素主要是光照强度
限制因素主要是CO2浓度
饱和阶段的限制因素
CO2固定酶活性
强光下暗反应跟不上光反应
导致
CO2扩散速率
CO2固定速率
CO2
浓度
光强
光反应
影响
暗反应
影响
0
光合速率
(μmolCO2·m-2·s-1)
光照强度
光照强度
一般来说，光补偿点高的植物,其光饱和点往往也高。
阳生植物
阴生植物
例如, 阳生植物的光补偿点和光饱和点高于阴生植物。
阳生作物(高)与阴生作物(矮)种植在同一块田里，有效改良土壤环境、提高光能利用率以及土地资源使用率，提高产量(比单作的产量高)。
先后种植
两种农作物
套种或间作
套种
间作
同时种植
两种农作物
玉米叶片遮挡部分阳光，避免阳光直射大豆，使大豆茁壮成长；
大豆根系上的根瘤菌具有固氮作用，能补充土壤内的氮元。
玉米与大豆套种
先种玉米(4月上旬)，再种大豆(5月25日左右)
农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。
(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有_________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是______________
____________________________________________________(答出1点即可)。
减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;
增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用
质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收
肥料中的矿
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是_________,选择这两种作物的理由是__________________________________________________________
______________________________________________________________________
________________________。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/[μmol·(m2·s)-1] 1 200 1 180 560 623
作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合
A和C
作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
②CO2浓度
胞间CO2浓度
0
CO2饱和点
CO2补偿点
限制因素主要是CO2浓度
限制因素主要是光照强度
光合速率
(μmolCO2·m-2·s-1)
饱和阶段的限制因素
NADPH和ATP的产生速率(即光反应速率)
RuBP的再生速率
CO2浓度
暗反应
影响
光反应
影响
②CO2浓度
胞间CO2浓度
0
C4植物
光合速率
(μmolCO2·m-2·s-1)
C3植物
C4植物具有CO2浓缩机制
C4植物的CO2补偿点低
加强通风、增施CO2
(CO2发生器、燃烧秸秆等)
温室栽培
正其行、通其风， 增施有机肥(经土壤微生物分解释放CO2 )
大田生产
C4植物的CO2饱和点低
C4植物在CO2浓缩时消耗ATP
②CO2浓度
胞间CO2浓度
0
A植物
光合速率
(μmolCO2·m-2·s-1)
B植物
若将上述两种植物幼苗置于同一密闭玻璃罩内，在光照等其他条件适宜的情况下，当B的净光合速率为0时，A的净光合速率_______(填”大于0”，“等于0”或“小于0”)。一段时间内，生长首先受影响的植物是___,原因是什么？
在低CO2浓度的条件下，B植物利用CO2进行光合作用的能力弱，积累有机物少，因此，B植物生长首先受到影响。
B
大于0
③温度
15
25
35
45
光合速率
(μmolCO2·m-2·s-1)
温度/℃
最适温度
温度
酶活性
影响
光反应
暗反应
影响
适当增大昼夜温差可提高农作物产量
④水
直接影响
间接影响
水作为光合作用的原料
气孔导度下降
缺水对光合速率的影响
CO2供应减少
光合产物输出慢
糖类积累，光合速率下降
光合结构受损
叶绿体结构被破坏
作为光合作用原料的水，只占蒸腾失水的1%，
因此，缺水主要通过间接影响来影响光合速率。
⑤无机盐
N、Mg 等是合成_________所必需的矿质元素
P还参与______与_______ 的相互转化过程和能量传递
__________等是类囊体膜成分、ATP和__________的必需元素
叶绿体
ATP
ADP
N、P
NADPH
H2O
H+
O2
e-
e-
H+
H+
NADPH
NADP++H+
ATP
ADP+Pi
2C3
C5
(CH2O)
CO2
e-
⑥有机物输出情况
光合产物从叶片中输出的快
叶片的光合速率大
光合产物从叶片中输出的慢
叶片的光合速率小
果实
叶片
第1组
第2组
第3组
以下3组实验处理中，在外界环境相同且适宜的时，第____组的叶片光合速率最大。
2
光合速率的日变化
24小时
24小时
CO2吸收量
CO2吸收量
0
0
单峰型
双峰型
高温、强光(如夏季)
温暖、晴朗(如春季)
光合速率的日变化
a点
凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
b点
有微弱光照，植物开始进行光合作用。
c点
上午7时左右，光合作用等于呼吸作用。
b-c
光合作用小于呼吸作用
光合速率的日变化
c-e
光合作用大于呼吸作用。
d点
温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点
下午6时左右，光合作用等于呼吸作用。
e-f
光合作用小于呼吸作用。
f-g
没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系
A-B
无光照，植物只进行呼吸作用。
B-C
温度降低，呼吸作用减弱。
C-D
4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<呼吸作用强度。
D点
光合作用强度＝呼吸作用强度。
密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系
该植物一昼夜，有机物是否有积累？
有，因为终点(I点)比起点(A点)低，表明有CO2吸收。
D-H
光合作用强度>呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点
光合作用强度＝呼吸作用强度。
H-I
光照减弱，光合作用强度小于呼吸作用强度，直至光合作用完全停止。
提高光合产量
光合产量
光合速率
光合面积
光合时间
呼吸消耗
=
×
×
-
满足外界环境条件
光/温/水/肥/气等
合理密植
改变株形
间作
人工补光
套种
夜间降低温度
抑制光呼吸

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