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第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化(第3课时)
6CO2＋12H2O C6H12O6＋6O 2+6H2O
光能
叶绿体
四.影响光合作用的因素及实践应用
固定CO2的量
制造或产生有机物（糖类）量
产生O2的量
单位时间内光合作用
1. 影响光合速率的因素
①光合作用强度：简单地说，就是指植物在__________内通过光合作用__________的数量，也叫光合速率。
单位时间
制造糖类
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
只有呼吸作用，无光合作用
光合作用<呼吸作用
光合作用=呼吸作用
光合作用>呼吸作用
植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的释放量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？
线粒体
叶绿体
O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
光合作用产生的O2=释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2
CO2
释放CO2 （可以测得）
净光合速率:
总光合速率:
O2释放量
CO2吸收量
有机物的积累量、增加量
O2产生、制造量
CO2固定、利用、消耗量
有机物制造、产生、合成量
O2消耗量、吸收量
CO2产生量、释放量
有机物消耗量
(表观光合速率)
呼吸速率:
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
O2产生量 = O2释放量 + 黑暗下O2消耗量
CO2固定量 = CO2吸收量 + 黑暗下CO2释放量
类型:
(真正光合速率)
(黑暗中测量)
(光照下测量)
真正/实际/总光合（速率）=呼吸（速率）+ 净光合（速率）
测 量
计 算
速率 CO2 O2 糖类
实际/总/真正光合 固定、消耗、 产生 制造、生成
表观/净 (光下测量植物体） 吸收 释放 积累
呼吸 （黑暗中测量） 释放/产生 吸收 消耗
净光合（速率）=总光合（速率）— 呼吸（速率）
速率 表观/净（光下测量植物体) 实际/总/真正光合 呼吸
（黑暗中测量）
糖类 积累 制造、生成 消耗
CO2 吸收 固定 释放、产生
O2 释放 产生 吸收
光：光照强度、光质、光照时间
CO2的浓度、H2O
矿质元素（Mg合成叶绿素）
温度
外因：
内因：
酶的种类、数量
色素的含量
叶龄不同
②影响光合作用的因素有哪些？
遗传特性（物种）
不同生长发育阶段
叶面积指数
探究光照强弱对光合作用强度的影响
探究光照强弱对光合作用强度的影响
一. 实验原理
自变量:
光照强度
因变量:
光合作用强度
检测方法:
无关变量:
如温度、CO2等，要求相同且适宜
控制方法:
相同瓦数台灯离实验装置的距离
控制方法:
如温度，用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰
①.观察同一时间内装置中叶片浮起的数量，
或②.观察不同光照强度下浮起相同数量叶片所需的时间，
叶片中含有空气，放入水中会上浮 →→→→叶片下沉→→→→→O2充满细胞间隙，叶片上浮。
抽气
光合作用产生O2
根据单位时间内圆形叶片上浮的数量，间接判断光合作用强弱。
二. 方法步骤:
1.打孔: 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片。（避开大的叶脉）
2. 处理叶片（抽出叶片内气体）
将圆形叶片置于注射器内，注射器内吸入清水，待排出注射器内残留空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2～3次。处理过的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全都沉到水底。
3.将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
避免光合作用产生O2，使叶片上浮
4.取3只小烧杯，分别倒入20 mL富含CO2的清水(可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数1%~2%的NaHCO3溶液来提供CO2)。
5. 向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下，(实验中，可用3盏40W的台灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度)。
冷光源：5W的LED灯
光源会产生热量，导致温度不同，所以为了保证单一变量，应该加一个盛水玻璃柱，排除温度对实验结果的影响。
甲
乙
丙
叶片浮起数量多
叶片浮起数量中
叶片浮起数量少
强
中
弱
探究光照强弱对光合作用强度的影响
6.观察并记录结果
同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
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 强 多
2 10片 20 mL 中 中
3 10片 20 mL 弱 少
6.观察并记录结果
实验结论: 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。
剖析实验要点
1.实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图2和图3：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
2.“叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
实验原理
让白光透过不同颜色的玻璃纸，与玻璃纸相同颜色的光才能通过，获得不同颜色（光质）的光。
变式：探究不同光质对光合作用强度的影响
根据同一时间内烧杯内小叶圆片上浮数量的差异，从而判断不同光质对光合作用强度的影响。上浮的数量越多，表明光合作用强度越大，反之则小。
其余操作方法同上。
分别用不同颜色的光（光质）去照射叶片。
编 号 1组 2组 3组 4组 5组
光 质 （自变量） 白光 紫光 蓝光 绿光 红光
对照组 实验组 光合作 用强度 （因变量） 以小圆叶 片浮起数 量为指标 第1次 10 8 4 0 10
第2次 10 8 3 0 9
第3次 10 9 3 0 9
第4次 10 8 2 0 9
第5次 10 8 3 0 9
平均值 10 8.2 3 0 9.2
某同学的实验结果（表格记录）
小圆叶片浮起数量/片
不同光质的光
白光
紫光
蓝光
绿光
红光
0
2
4
6
8
10
10
8.2
3
0
9.2
不同光质对菠菜小圆叶片浮起数量的影响
实验结果转化为柱形坐标图
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
（光饱和点）
（c：光合速率达到最大时所需的最小光照强度）
限制因素：AC：光照强度
C点以后： 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。
原理：光照强度影响光反应，制约ATP和NADPH的产生，进而制约暗反应。
O2
释放
量
0
O2
吸
收
量
光照强度
光补偿点
光饱和点
·
·
·
A
B
C
呼吸速率
净光合速率
总光合速率
外部因素1: 光照强度
1.光照强度曲线解读(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。间作套种农作物,可合理利用光能。
合理密植，增加光合作用面积
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
间作(几种作物同时期播种)
套种(几种作物不同时期播种)
轮作(几种作物轮换种植)
阳生植物
阴生植物
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性植物
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。
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？
CO2释放量
光照强度
CO2吸收量
O
A
E
D
C
F
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
原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
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）大田中要注意通风，如正其行，通其风；
（2）增施有机肥（微生物利用有机肥通过呼吸作用释放的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
曲线解读：
①图1中A点表示 点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。
②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
③B点和B′点对应的CO2浓度都表示 点。
CO2补偿
CO2饱和
（该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）
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
探究CO2浓度对光合作用强度的影响
外部因素3: 温度 原理：通过影响酶活性来影响植物的光合作用。
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；
CO2
H2O
O2
【检测】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
（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。
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4: 水分
应用：预防干旱 合理灌溉
一天的时间
O
光合作用强度
12
13
11
A
B
C
D
E
9 10
15 16 17
14
夏季晴天的中午气温高，植物为防止蒸腾失水而关闭气孔，CO2吸收减少，进而降低光合速率。
“光合午休”现象：
光照强度
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。
光合作用相关的色素、酶、磷脂、NADPH和ATP、核酸
应用：合理施肥
原理：通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。
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。
阴生植物
阳生植物
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
OA: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。
AB:壮叶时，叶面积、叶绿体基本稳定，光合速率稳定。
BC:老叶时，随叶龄增加，叶绿素被破坏，光合速率下降。
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，植物的叶片总面积占土地面积的倍数
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。
多因子变量对光合速率的影响
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
1. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（　　　）
　　A. 红光，ATP下降
　　B. 红光，未被还原的C3上升
　　C. 绿光，NADPH下降
　　D. 绿光，C5上升
C
巩固练习
2. 图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是（　　　）
　　A. CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用
　　B. 适当增加光照强度，a点将左移
　　C. CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等
　　D. 甲植物体内[H]的含量在CO2浓度为b时比在a时高
B
巩固练习
巩固练习
3、下图是夏季晴朗的白天，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：
（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因：
（2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因：
（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因：
光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。
光照不断增强，光合作用强度不断增强。
温度很高，蒸腾作用很强，部分气孔关闭，
二氧化碳供应减少，光合作用强度明显减弱。
A
B
D
C
E
时间
光
合
作
用
速
率
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
4、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：
5
10
15
20
25
30
35
5
10
20
15
光照强度（Klx）
25
CO2吸收量 mg/dm2·h
b
c
d
-5
巩固练习
⑴该植物的呼吸速率为每小时释放CO2___mg/dm2。
⑵b点表示 。
5
光合作用与呼吸作用速率相等
⑶若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时，则该植物进行光合作用时叶绿体吸收CO2 ____mg。合成葡萄糖　　　　mg。 　　
250
⑷若白天光照强度较长时期为b该植物能否正常生长？为什么？　
不能正常生长。
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。
植物光合作用固定CO2
170.5

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