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(共34张PPT)
第五章细胞的能量供应和利用
第3节 光合作用与能量转化(课时3和4)
教学目标
1. 生命观念
2. 科学思维
3. 科学探究
4. 社会责任
通过分析环境因素对光合作用的影响及与呼吸作用的动态平衡，深化对生物与环境相适应、稳态与平衡观念的理解；认识光合作用是生态系统物质循环和能量流动的基石。
通过解读光合作用影响因素曲线和一昼夜变化曲线，培养信息转换、模型分析和综合判断的逻辑思维能力； 能够运用数学模型（如面积法）计算有机物积累量。
能够阐明“探究光照强度对光合作用强度影响”的实验设计原理、变量控制和结果分析方法；能够基于曲线图提出可检验的假设。
运用光合作用原理，科学解释和分析农业生产中“合理密植”、“正其行、通其风”、“配方施肥”、“大棚控温”等传统和现代农艺措施的科学依据，树立学农、爱农、兴农的意识。
教学重难点
(1) 光合作用原理在农业生产中的应用。
(2) 影响光合作用强度的环境因素（光、CO 、温度）及其曲线分析。
(3) 总光合、净光合与呼吸速率的关系。
(1) 光合作用与细胞呼吸的综合分析，特别是一昼夜过程中有机物“制造、消耗、积累”的动态分析与计算。
(2) 多因素对光合速率影响的曲线分析（P-Q点模型）。
(3) 探究光照强度影响实验中，利用叶片上浮法测量光合速率的原理与方法。
1. 教学重点
2. 教学难点
一、光合作用原理的应用
当堂训练
小结
三、目录 CONTENTS
(1)光合作用的强度:
1.1光合作用的强度
1.2应用
探究·实践 探究光照强度对光合作用强度的影响
二、影响光合作用强度的因素
三、光合作用与细胞呼吸综合分析
温故知新
光合作用与能量转化
光合
作用
H2O + NADP+
光
酶
NADPH
+
O2
物质
ADP + Pi
+
光能
酶
ATP
能量
光能
ATP、NADPH中活跃化学能
光 酶 色素 水 ADP Pi NADP+
类囊体的薄膜上
条件：
场所：
暗反应
阶段
光反应阶段
ATP NADPH 需多种酶 CO2 C5
场所：
叶绿体基质
条件：
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
物质
能量
ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
化能合成作用:
硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
一、光合作用原理的应用
1.1光合作用的强度:
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(1)概念
(2)表示方法
单位时间内光合作用产生或制造有机物的量
单位时间内光合作用吸收CO2的量
单位时间内光合作用释放O2的量
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
光能
叶绿体
一、光合作用原理的应用
①大棚种植阴雨天应补充蓝紫光
②大田生产正其行，通其风
③多施有机肥或农家肥
⑤农田灌溉系统灌溉农作物
④大棚温度控制
光照强度光的种类
CO2浓度
CO2浓度无机盐
温度
水
1.2应用
一、光合作用原理的应用
探究·实践 探究光照强度对光合作用强度的影响
【探究活动1】
阅读课本p105探究·实践 小组合作完成以下任务。
①找出本实验的实验材料用具、自变量、因变量及无关变量。
②写出本实验的原理、目的。
③设计实验方案并基于实验操作完成实验方案。
④为何要用手堵住前端小孔并拉动活塞,使小圆形叶片内的气体逸出？
⑤为何将处理过的圆形小叶片放入黑暗处待用
⑥如何为叶片提供CO2？
一、光合作用原理的应用
探究·实践 探究光照强度对光合作用强度的影响
①实验原理
②变量分析
③自变量的
控制
叶片含有空气，
上浮
叶片
下沉
充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用
产生O2
自变量:
不同光照强度
调节台灯与烧杯间距离进行控制
控制
方法
因变量:
光合作用强度
检测
方法
同一时间段内叶片浮起数量
无关变量控制:
叶片大小、溶液的量等保持一致
一、光合作用原理的应用
探究·实践 探究光照强度对光合作用强度的影响
④材料用具
⑤实验步骤
打孔器， 注射器，台灯， 米尺，烧杯，绿叶(如菠菜、吊兰等)
①打孔
取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片 30 片(避开大的叶脉)。
②排气
将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指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逸出。(重复2-3次)
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。
③沉水
④补充CO2
取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1% ~2%的NaHCO3溶液来提供CO2）。
⑤实验: 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。
⑥观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
实验过程视频
一、光合作用原理的应用
探究·实践 探究光照强度对光合作用强度的影响
⑥实验现象
利用DeepSeek生成动画演示:
双击右边图片打开界面点击左下方蓝色按钮操作观看
一、光合作用原理的应用
思考
排除叶片本身气体对实验结果的影响
(3)如何为叶片提供CO2？
(1)为何要用手堵住前端小孔并拉动活塞,使小圆形叶片内的气体逸出？
(2)为何将处理过的圆形小叶片放入黑暗处待用
避免实验前光照对实验结果的影响。
通过吹气方法，或者用NaHCO3溶液。
二、影响光合作用强度的因素
真正(总)光合速率= 净(表观)光合速率 + 呼吸作用速率
实际所得的量
光照条件下
测得的量
黑暗条件下
测得的量
观测指标 核心关系公式 文字解释
有机物 制造量(总)=积累量(净)+消耗量(呼吸) 叶绿体制造的有机物，一部分被呼吸消耗掉，剩下的才积累下来让植物生长。
CO 吸收量(总)=吸收量(净)+释放量(呼吸) 叶绿体从细胞中吸收的CO2总量，等于从外界吸收的CO2净量，加上呼吸作用释放到细胞内的CO2量。
O 释放量(总)=释放量(净)+消耗量(呼吸) 叶绿体释放到细胞中的O2总量，等于释放到外界的O2净量，加上被呼吸作用消耗掉的O2量。
二、影响光合作用强度的因素
CO2浓度
水分
光
光质（不同波长的光）
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
气孔开闭情况
影响
因素
叶绿素、酶的合成、细胞失水
环境中CO2浓度、叶片气孔导度
二、影响光合作用强度的因素
影响光反应阶段(水的光解、ATP和[H]的合成)
(1)光照强度
影响原理:
净光合
总光合
呼吸
曲线分析:
C点(光饱和点)：
随光照增强，光合速率增大，但小于呼吸速率。
AB段：
只进行细胞呼吸，气体交换值为呼吸速率。
A点：
B点(光补偿点)：
光合速率 = 呼吸速率。植物表现为不与外界进行气体交换。
BC段：
随光照增强, 光合速率>呼吸速率。植物表现为吸收CO2, 释放O2。
光照继续增强，光合速率不再增加。
此时限制因素: CO 浓度、温度等。
合理密植、改善株型、人工补光、间作套种。
应用
二、影响光合作用强度的因素
影响暗反应阶段(CO2的固定，即C3与RuBP结合）
(2)CO2浓度
影响原理:
曲线分析:
C点(CO2饱和点)：
随着CO2浓度增加，光合速率逐渐增大，但小于呼吸速率。
AB段：
呼吸速率一直大于光合速率。
0A段：
B点(CO2补偿点)：
光合速率 = 呼吸速率。植物表现为不与外界进行气体交换。
BC段：
随CO2浓度增加, 光合速率>呼吸速率。植物表现为吸收CO2, 释放O2。
CO2浓度增加，光合速率不再增加。
此时限制因素: 光强、温度、RuBP再生等。
CO2浓度
O
A
B
D
CO2饱和点
r
CO2的吸收量
CO2的释放量
CO2启动点
CO2补偿点
C
E
A点(CO2启动点):
光合作用刚启动
二、影响光合作用强度的因素
O
温度
A
光合速率
B
C
(3)温度
通过影响酶的活性来影响光合作用。
影响原理:
影响
温度影响气孔开闭，间接影响CO2吸收。
①大棚种植中白天适当升温，夜晚适当降温（降低呼吸消耗，增加有机物积累）。
②适时播种。
AB段：
BC段：
曲线分析:
随着温度升高，酶活性增强，光合速率逐渐增强。
B点：
该点为酶的最适温度，光合速率最大
随着温度升高，酶活性降低，光合速率逐渐减弱。
应用
二、影响光合作用强度的因素
(4)水与矿质元素
水分
②间接影响：缺水→气孔关闭→CO2吸收减少→光合下降(这是主要影响方式)。
N：是叶绿素、酶、ATP、NADPH等物质的组成元素。
P：是ATP、NADPH等物质的组成元素，维持叶绿体膜结构。
Mg：是叶绿素分子的组成元素。
K：调节气孔开闭，促进糖类合成与运输。
/矿质元素
曲线分析:
在一定范围内(0A段)，随着水分或矿质元素的增加，光合速率逐渐增强。
①直接影响：光合作用的原料。
矿质元素
合理灌溉
应用
应用
配方施肥
二、影响光合作用强度的因素
(5)多因子对光合速率的影响及应用
P点及P点之前：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断 。
Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
提高
三、影响光合作用强度的因素
(5)多因子对光合速率的影响及应用
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加 ，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加 和CO2浓度以提高光合速率。
CO2浓度
光照强度
三、影响光合作用强度的因素
随叶龄增大，叶面积增大，色素含量增加，酶的含量和活性增大，光合速率加快。
OA段:
曲线分析:
(6)内因:叶龄
随叶龄增大，色素、酶含量减少，酶活性减弱，光合速率减慢
A点之后:
应用
适时摘除老叶
三、影响光合作用强度的因素
(6)内因:植物种类
应用
合理密植
光补偿点：阳生植物＞阴生植物。
光饱和点：阳生植物＞阴生植物。
以阴生植物，阳生植物为例。
在一定范围内，随着叶面指数增大，总光合量逐渐增强；叶面指数超过一定范围，总光合量保持不变。
(6)内因:叶面指数
曲线分析:
曲线分析:
三、光合作用与细胞呼吸综合分析
曲线1：自然环境中(夏季)一昼夜植物CO2吸收量与CO2释放量变化曲线
(1)曲线各点的含义及形成原因分析
①a点：凌晨3时～4时，温度降低，
，CO2释放减少。
②b点：上午6时左右，太阳出来，
开始进行光合作用。
③bc段：光合作用强度 细胞呼吸强度。
④c点：上午7时左右，光合作用强度 细胞呼吸强度。
细胞呼吸强度减弱
小于
等于
三、光合作用与细胞呼吸综合分析
⑤ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。
⑥d点：温度过高，部分 ，
CO2供应不足,出现“光合午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强度
细胞呼吸强度。
⑧ef段：光合作用强度 细胞呼吸强度。
⑨fg段：太阳落山，光合作用停止，只进行 。
(1)曲线各点的含义及形成原因分析
气孔关闭
曲线1：自然环境中(夏季)一昼夜植物CO2吸收量与CO2释放量变化曲线
等于
细胞呼吸
小于
①积累有机物的时间段： ；
②制造有机物的时间段： ；
③消耗有机物的时间段： ；
④一天中有机物积累量最多的时间
点： ；
⑤一昼夜有机物的积累量： ；
(2)绿色植物一昼夜内有机物的“制造”“耗”与“积累”
c→e
b→f
o→g
e
S1—（S2+S3）
曲线1：自然环境中(夏季)一昼夜植物CO2吸收量与CO2释放量变化曲线
三、光合作用与细胞呼吸综合分析
=CO2的吸收量-CO2的释放量=上边的面下边的面积
AB段：只进行 。
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 段出现“光合午休”现象。
H点：光合作用 细胞呼吸。
HI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
等于
小于
呼吸作用
I点CO2浓度大小跟A点相比减小（I＜A），减少的CO2转化成 积累在植物体内。
说明有有机物的积累，植物能正常生长。I＝A: ；I＞A： 。
有机物
FG
该环境下，植物能否正常生长？如何判断？
曲线2：密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线分析
植株未生长
植株负生长
三、光合作用与细胞呼吸综合分析
光合作用与能量转化
光合作用原理的应用
探究光照强度对光合作用强度的影响
影响光合作用强度的因素:
光合作用与细胞呼吸综合分析
小结
①大棚种植阴雨天应补充蓝紫光
②大田生产正其行，通其风
③多施有机肥或农家肥
④大棚温度控制
⑤农田灌溉系统灌溉农作物
外因:光照、温度、二氧化碳浓度、水分和矿质元素
内因:叶龄、叶面积、植物种类
1 . (2025·全国卷)在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率(CO2固定速率)和呼吸速率(CO2释放速率)对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．光照强度为a时，该植物的干重不会增加
B．光照强度从a逐渐增加到b时，该植物生长
速率逐渐增大
C．光照强度小于b时，提高大田CO2浓度，
CO2固定速率会增大
D．光照强度为b时，适当降低光反应速率，CO2固定速率会降低
当堂训练
【详解】A: 光照强度为a时,光合速率等于呼吸速率,即净光合速率为0。植物干重增加依赖净光合积累有机物,净光合速率=光合速率-呼吸速率,此时净光合为0,干重不会增加,A正确; B: 光照强度从a逐渐增加到b时,光合速率与呼吸速率差值逐渐增大。净光合速率越大,植物积累有机物越多,生长速率逐渐增大,B正确; C: 光照强度小于b时,光照强度未达饱和的阶段,在光照强度为主要限制因素时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率不会增大(因为光照不足,光反应提供的ATP和NADPH有限,限制暗反应);只有当光照强度饱和后,提高CO2浓度,CO2固定速率才会增大,C错误; D: 光照强度为b时,光反应为暗反应提供ATP和NADPH。适当降低光反应速率,提供的ATP和NADPH减少,会使暗反应中CO2固定速率降低,D正确。
当堂训练
2 . (2025·安徽·高考真题)关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验，下列叙述错误的是（ ）
A．用打孔器打出叶圆片时，为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B．调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离，以进行对比实验
C．用化学传感器监测光照时O2浓度变化，可计算出实际光合作用强度
D．同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同，可能与其接受的光照强度不同有关
【详解】A: 用打孔器打出叶圆片的目的是使其进行光合作用产生氧气,依据单一变量原则,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉,A正确; B: 调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以模拟不同的光照强度,该实验都是实验组,为对比实验,B正确; C: 实际光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度,用化学传感器监测光照时O2浓度变化,只可计算出净光合作用强度,无法得知呼吸强度,无法计算出实际光合作用强度,C错误; D: 同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,说明光合作用强度不同,可能与其接受的光照强度不同有关,D正确。故选C。
3 . (2025·陕西宝鸡·二模)科研人员将一盆绿萝放在透明且密闭的容器内，并在一定条件下培养，在不同温度下分别测定其黑暗条件下的CO2释放量和适宜光照下CO2吸收量并绘制曲线如图所示，图2表示绿萝叶肉细胞内的线粒体和叶绿体的关系。据图分析，正确的是( ）
A．24℃适宜光照条件下，绿萝的CO 固定速率会大于60mol/s
B．在29℃时，绿萝的呼吸速率等于光合速率
C．植株的CO 吸收速率为零时，其叶肉细胞的状态如图2中③所示
D．在29℃且每天光照10小时的环境中，植株不能积累有机物
当堂训练
【详解】A: 二氧化碳固定量等于光照时CO2吸收速率加黑暗条件下CO2释放速率,实线24℃吸收速率约为52mol/s加虚线24℃释放速率10mol/s,故CO2固定速率62mol/s,大于60mol/s,A正确; B: 光照时CO2吸收速率为净光合速率,黑暗条件下CO2释放速率为呼吸速率,根据图1可知,29℃两曲线相交,但二者对应数值不同,光合速率大于呼吸速率,B错误; C: 由于植物体内存在不进行光合作用的细胞,因此当绿萝植株的CO2吸收速率(净光合速率)为零时,其叶肉细胞的净光合速率应该大于零,因此状态如图2中4所示,C错误; D: 29℃时叶片的净光合速率约为38mol/s,细胞呼吸速率约为18mol/s,在每天光照10小时的环境中一昼夜有机物的积累量为38×10-18×(24-10)=128,因此在29℃且每天光照10小时的环境中植株叶片能积累有机物,D错误。故选A。
当堂训练
4 . (2025·福建·二模)《氾胜之书》记载：“凡耕之本，在于趣时、和土、务粪泽、早锄早获。”下列与之对应的生物学原理，叙述错误的是（ ）
A．“趣时”指适时播种，有利于作物适应气候变化以保持产量稳定
B．“和土”指深耕松土，能促进作物根系的有氧呼吸利于矿质元素吸收
C．“务粪泽”指增施有机肥，能提供更多的CO2直接参与C3的还原过程
D．“早锄”指及时除草，以减少杂草与作物竞争矿质营养和生存空间
【详解】A: 适时播种能让作物在适宜的气候条件下生长发育,有利于作物适应气候变化,从而保持产量稳定,A正确; B: 深耕松土可以增加土壤中的氧气含量,促进作物根系的有氧呼吸。有氧呼吸产生的能量可以用于根系对矿质元素的主动运输,利于矿质元素吸收,B正确; C: 增施有机肥,有机肥经微生物分解后能提供更多的CO2,CO2是参与光合作用暗反应中CO2固定过程,而不是直接参与C3的还原过程,C错误; D : 及时除草可以减少杂草与作物之间对矿质营养和生存空间等资源的竞争,有利于作物生长,D正确。故选C。
当堂训练
5 . 叶绿体是绿色植物细胞进行光合作用的场所。下列叙述错误的是（　）
A．叶绿体中含有多种色素，可以吸收太阳光中的光能
B．叶绿体基质中含有暗反应所需要的多种酶
C．叶绿体中的基粒增加了叶绿体中光反应的膜面积
D．叶绿体的内膜和外膜可用高倍光学显微镜观察
【详解】A: 叶绿体中的类囊体膜上含有光合色素(如叶绿素和类胡萝卜素),能够吸收、传递和转化光能,用于光反应,A正确; B: 暗反应(卡尔文循环)在叶绿体基质中进行,基质中含有催化CO2固定和C3还原的酶,B正确; C: 叶绿体的基粒由多个类囊体堆叠形成,扩大了光反应的膜面积,利于光能的高效利用,C正确; D: 叶绿体的内膜和外膜属于亚显微结构,需借助电子显微镜观察,高倍光学显微镜无法清晰分辨,D错误。故选D。
当堂训练
4 . 宜宾方竹是蜀南竹海特有竹种，其竹笋富含微量元素，图甲、乙分别为方竹在其他条件适宜，不同温度、光照强度条件下相关指标的变化曲线[单位：mmol/（cm2·h）]。下列叙述正确的是（ ）
A．据图甲分析，与温度40℃相比，温度为30℃时方竹消耗CO2的速率快
B．据图甲分析，40℃条件下，若黑夜和白天时间相等，方竹能正常生长
C．据图乙分析，提高外界CO2的浓度和温度都会导致光补偿点D点左移
D．据图乙分析，影响C、D、E三点光合速率的主要环境因素是光照强度
【详解】A: 图甲中,CO2吸收速率表示净光合速率,CO2产生速率表示呼吸速率,消耗CO2速率是指总光合速率,温度为30℃时,总光合速率=8+2=10mmol/(cm2·h);温度为40℃时,总光合速率=5+5=10mmol/(cm2.h),因此,温度为30℃和40℃时,方竹消耗CO2的速率相等,A错误; B: 40℃条件下,方竹净光合速率和呼吸速率相等均为5mmol/(cm2.h),若白天和黑夜时间相等,则黑夜期间(12小时)呼吸作用消耗5×12=60mmol/(cm2.h),白天(12小时)有机物积累量为5×12=60mmol/(cm2.h),一昼夜之后,植物有机物积累量为0,植物不能正常生长,B错误; C: 图乙是在最适条件下,测得该植物在不同光照强度下的CO2吸收量,提高温度都会导致光补偿点D点右移,C错误; D: 图乙中影响C、D、E三点光合速率的主要环境因素都是光照强度,都随着光照强度的改变而改变,D正确。故选D。
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