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第四节 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素
（第1课时）
苏 教 版 | 选 择 性 必 修 1
壹
尝试探究各种环境因素对光合速率的影响。
贰
能够利用光合作用的原理去解决农业生产中遇到的一些问题。
洪涝
干旱
霜冻
自然灾害会严重影响农业生产，其本质是影响农作物的光合作用和细胞呼吸等生命活动。他们是通过那些因素来影响植物的正常生长的？
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
（酶、色素）
影响光合作用的环境因素有哪些？
CO2浓度
水
光：
矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）
温度
光照强度、
光照时间
、光质
支持物
清水
黑藻
台灯为白炽灯
试管中轴到光源的距离 12cm 18cm 24cm
1min产生的气泡数 63个 41个 31个
光照是植物进行光合作用的必要条件，光照强度是影响光合作用的重要因素之一。
验证光照强度对植物光合作用的影响
积极思维：
光照强度：可以用单位时间叶面积上所接收的可见光能量来表示。
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。
总光合速率
净光合速率
释放
CO2
光合作用
（CH2O）
有氧呼吸
CO2
光能
O2
O2
吸收
呼吸速率
叶肉细胞
外界环境
一、光照对光合速率的影响
0
O2释
放
O2吸收
A
B
C
光强度
呼吸速率
表观光合速率
真正光合速率
CO2吸
收
CO2释
放
光补偿点
光饱和点
真正光合速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率
为什么光照到达C点后，光合强度就不再增强
C点后的主要限制因素：CO2浓度、温度等
A点:
AB段：
B点：
BC段：
仅呼吸
光合<呼吸
光合>呼吸
光合=呼吸
光合速率
光照强度
CO2浓度保持不变
单一变量
根据黑藻实验，有人测定了不同光照强度下的光合速率的曲线图。请分析光照强度是如何影响光合速率的？
在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而相应________；
当达到某一定值后，光照强度即使继续增强，光合速率_________。
增加
不再增加
1.光照强度对光合速率的影响
光照强度
0
CO2吸收
CO2
释放
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合
总光合
B： 。
D： 。
（限制因素：CO2浓度、温度等）
D
AB： 。
BC： 。
呼吸
A： 。
C点之前限制光合作用的因素是:光照强度
只进行呼吸作用
光合作用<呼吸作用
光合作用=呼吸作用
光合作用>呼吸作用
光合速率开始达到最大时外界的光照强度
1.光照强度对光合速率的影响
光照强度
0
CO2吸收
CO2释放
A
B
C
光补偿点
光饱和点
D
A点：只呼吸不光合
O2
CO2
AB段：呼吸＞光合
B点：呼吸＝光合
BC段：光合＞呼吸
提醒：注意区分，单个细胞和整个植株的区别
(1)思考:植物体在B点时，那它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于）
当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸。
大于
（叶肉细胞光合作用）
（叶肉细胞呼吸+其他细胞呼吸）
=
总结：
①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。
②当净光合速率＝0时，植物不能生长。
③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。
(2)光合速率与植物生长：
A
B
0
阳生植物
阴生植物
C
CO2吸收速率
CO2释放速率
阳生植物的光补偿点和光饱和点都大于阴生植物。
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？生产上有哪些应用？
光照强度
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。
应用：合理密植，间作套种，合理利用光
阳生植物和阴生植物的光合作用比较
阴雨天气适当补充光照，增加光合作用强度。
适当延长光照时间
合理密植，增加光合作用面积
(3)应用：
在太阳辐射中，对光合作用有效的是可见光。那么，光照是不是仅仅以光照强度影响植物的光合作用呢？
光质
2.探究不同光质的光对植物光合作用的影响
提出问题
得出结论、验证假设
作出假设
设计实验
进行实验
植物吸收哪种光，光合速率更高？
植物吸收蓝光和红光时，光合速率更高。
提出问题
得出结论、验证假设
作出假设
设计实验
进行实验
建议：蓝色、红色、绿色的玻璃纸分别透过蓝光、红光、绿光。
A
B
C
提出问题
得出结论、验证假设
作出假设
设计实验
进行实验
重复“绿叶在光下产生淀粉”的实验步骤即可（脱色、染色、观察）
植物在红光和蓝光下产生的淀粉较多，光合速率更高。
A
C
B
红光>蓝紫光>白光 >绿光
虽然四种光合色素都能吸收蓝紫光，
但它是短波，没有红光容易吸收。
让相同强度的日光照射
①大棚颜色
白色透明>红色>蓝紫色>绿色
②用相同强度光源照射（灯泡）
D
C
CO2补偿点（表示光合速率=呼吸速率时的CO2浓度）
CO2饱和点（表示达到该点后，光合速率不再随CO2浓度增加而增加）。
应用：
CO2补偿点
CO2饱和点
净光合速率
总光合速率
1.多施 肥，以增大CO2浓度；
2.大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，
如“ ”；
3.温室栽培可使用CO2发生器等。
有机肥（农家）
正其行，通其风
原理：
直接影响暗反应速率。
C点之后光合速率的限制因素：主要为光照强度和温度。
二、CO2对光合速率的影响
1.CO2浓度对光合速率的影响
代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点 ；反之，A点 。
（1）A点
下移
上移
（2）B点与C点的变化
自变量 B点(补偿点) C点(饱和点)
适当增大光照强度(或CO2浓度)
适当减小光照强度(或CO2浓度)
土壤缺Mg2＋
左移
左移
左移
右移
右移
右移
（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 移动；反之，移动方向相反。
右上方
2.光合作用曲线中关键点的移动
1.温度通过影响 影响光合作用。
曲线分析:
酶的活性
2.影响 开闭
应用：1.适时播种 2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温。
3.植物“午休”现象（气孔关闭）。
4.连续阴雨天：白天和晚上均降温
三、温度对光合速率的影响
最适温度下植物光合作用最大。
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低。
气孔
问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？
限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子。
横坐标不再影响光合速率，而是其他因子。
P点时或之前：
Q点时或之后：
自变量1
自变量1
自变量1
自变量2 温度
自变量2 光照强度
自变量2 CO2浓度
光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
应用：
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
水是光合作用的原料，缺水可直接影响光合速率。
水分能够影响气孔开闭，影响CO2进入植物体，间接影响光合速率。
E点：正午温度高，导致部分气孔关闭，CO2的吸收量减少，暗反应减慢
应用：根据作物的需水规律，合理灌溉
1.水分
四、水和无机盐对光合速率的影响
N、P、K等矿质元素
光合速率
A
B
C
BC段：土壤溶液浓度过高导致植物失水萎焉，光合速率下降
应用：合理施肥；轮作
N：是酶、NADPH和ATP的重要组成成分，叶绿素中也有N。
P：是叶绿体膜、NADPH和ATP的重要组成成分。
Mg：叶绿素的重要组成成分。
2.矿质元素
AC：
B点：
C点：
CD段：
黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用
光合作用开始点
光合速率逐渐增大，但<呼吸速率
凌晨温度最低，细胞呼吸最弱
BC：
温度回升，呼吸作用增强
D点：
DE：
F点：
光合速率=呼吸速率
随着光强和温度的提高，光合速率逐渐增大,此时光合速率>呼吸速率
光合午休：气温过高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭，导致CO2供应不足。
H点：
I点：
HI段：
光合速率=呼吸速率，有机物积累最多
光合速率<呼吸速率
光合作用消失点
GI：
随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱
D、H点：光合速率=呼吸速率
D、H点以下：光合速率<呼吸速率
D、H点以上：光合速率>呼吸速率
小结
一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
拓展1：自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
AB段：
BC段：温度降低， 减弱。
CD段：光合作用 细胞呼吸。
D点：光合作用 细胞呼吸。
DH段：光合作用 细胞呼吸。
其中EF段出现“光合午休”现象。
H点：光合作用 细胞呼吸。
HJ段：光合作用 细胞呼吸。
直至光合作用完全停止
呼吸
小于
等于
大于
只进行 。
等于
小于
呼吸作用
J点：CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。
说明有有机物的积累,植物能正常生长。
一昼夜积累有机物：比较J点时CO2浓度是否比A点时低
拓展2：密闭环境一昼夜CO2含量的变化
(1)测定装置
光照，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的释放量代表净光合速率。
黑暗下，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的吸收量代表细胞呼吸速率。
五、测定光合速率和呼吸速率的方法
或CO2缓冲液，维持容器中CO2的浓度
1.气体体积变化法
NaOH溶液：
吸收CO2
a.将甲装置置于光照下一定时间，记录红色液滴向右移动的相对距离（m）计作净光合速率。
b.将乙装置置于黑暗中一定时间，记录红色液滴向左移动的相对距离（n）计作呼吸速率。
c.真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 = m + n
对照实验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。
（2）测定方法：
(3)没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
(1)“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。
(2)有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量，白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量，二者之和为总光合作用量。
2.黑白瓶法
本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。
净光合量+呼吸消耗量
MA=原叶重-呼吸消耗量
MB=原叶重+净光合量
MB-MA=
3.半叶法

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