第2課時

光合作用原理的應用

一、探究環境因素對光合作用強度的影響1.光合作用強度:(1)概念:植物在_________內通過光合作用制造_____的數量。單位時間糖類(2)表示方法:(3)下列哪些是能夠對光合作用強度造成影響的外界因素___________。①空氣中二氧化碳的濃度②溫度的高低③土壤中水分的多少④光的成分⑤酶的活性⑥光照的強弱①②③④⑥2.實驗原理:(1)利用LED臺燈離實驗裝置的距離不同,產生不同的_________。(2)根據_______________________________,判斷不同光照強度下光合作用強度的大小。光照強度單位時間內圓形小葉片上浮的數量3.實驗步驟:知識點一探究環境因素對光合作用強度的影響測定光合速率與呼吸速率的裝置:(1)測定裝置:(2)測定方法及解讀。①測定呼吸速率。a.在小燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃鐘罩遮光處理,以排除光合作用干擾。c.置于適宜溫度環境中。d.紅色液滴向左移動(單位時間內移動距離代表呼吸速率)。②測定凈光合速率。a.在小燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液,用于保證容器內CO2濃度恒定,滿足光合作用的需求。b.必須給予較強光照處理,且溫度適宜。c.紅色液滴向右移動(單位時間內移動距離代表凈光合速率)。【素養案例】為探究光照強度對光合作用的影響,某興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置若干組,在25℃條件下進行了一系列實驗。下列說法正確的是(

)A.在無光條件下,液滴向左移動B.在有光條件下,液滴向右移動C.在有光條件下,液滴向右移動的距離代表光合速率D.隨光照強度的增強,液滴向右移動的距離逐漸增大【解析】選A。由于CO2緩沖液維持裝置中的CO2含量不變,所以引起裝置中氣壓變化的原因是O2的變化。無光條件下綠色植物只進行細胞呼吸,消耗O2,液滴左移,A項正確。有光條件下,綠色植物既進行細胞呼吸消耗O2,又進行光合作用產生O2,若光合作用>細胞呼吸,液滴右移;若光合作用=細胞呼吸,液滴不移動;若光合作用<細胞呼吸,液滴左移,B項錯誤。在有光條件下,液滴向右移動的距離代表凈光合速率,C項錯誤。在達到光飽和點之前隨光照強度的增強,液滴向右移動的距離逐漸增大,D項錯誤。【素養·遷移】用等體積的三個玻璃瓶甲、乙、丙,同時從某池塘水深0.5m處的同一位置取滿水樣,立即測定甲瓶中的氧氣含量,并將乙、丙瓶密封后沉回原處。一晝夜后取出玻璃瓶,分別測定兩瓶中的氧氣含量,結果如表(不考慮化能合成作用)。有關分析合理的是(

)透光玻璃瓶甲透光玻璃瓶乙不透光玻璃瓶丙4.9mg5.6mg3.8mgA.丙瓶中浮游植物的細胞產生[H]的場所是線粒體內膜B.在一晝夜內,丙瓶生物細胞呼吸消耗的氧氣量約為1.1mgC.在一晝夜后,乙瓶水樣的pH比丙瓶的低D.在一晝夜內,乙瓶中生產者實際光合作用釋放的氧氣量約為1.1mg【解析】選B。本實驗中氧氣含量甲瓶-丙瓶=1.1mg,可表示一晝夜內丙瓶中生物細胞呼吸消耗的氧氣量,乙瓶-甲瓶=0.7mg,可表示一晝夜乙瓶中生物凈產生的氧氣量,因此乙瓶中生產者實際光合作用釋放的氧氣量=1.1mg+0.7mg=1.8mg,B正確、D錯誤。丙瓶中浮游植物的細胞產生[H]的場所有細胞質基質、線粒體基質,A錯誤。一晝夜后,乙瓶水樣中的CO2含量下降,因此其pH上升,而丙瓶中只進行細胞呼吸,CO2含量上升,pH下降,乙瓶水樣的pH比丙瓶的高,C錯誤。【補償訓練】取某種植物生長狀態一致的新鮮葉片,用打孔器將葉片打出若干圓片,圓片平均分成甲、乙、丙三組。甲組立即烘干處理并測得圓片干重為a,乙組保持濕潤且置于一個黑暗密閉裝置內,丙組保持濕潤且置于一個密閉裝置內并給予適宜強度的光照。乙組和丙組其他條件一致,一小時后,測得乙裝置內圓片干重為b,丙裝置內圓片干重為c。下列敘述正確的是 (

)

A.c-a為圓片葉肉細胞一小時內的真正光合速率B.c-b為圓片葉肉細胞一小時內的凈光合速率C.a-b為圓片葉肉細胞一小時內的呼吸速率D.實驗過程中,乙組圓片葉肉細胞呼吸速率保持恒定

【解析】選C。c-a為圓片葉肉細胞一小時內的凈光合速率;c-b為圓片葉肉細胞一小時內的真正光合速率;a-b為圓片葉肉細胞一小時內的呼吸速率;乙裝置隨著O2濃度下降,葉肉細胞呼吸速率也下降。知識點二光合作用影響因素綜合分析1.開放環境中光合作用晝夜變化曲線分析:(1)曲線分析:MN和PQ夜晚植物只進行細胞呼吸;植物體內有機物的總量減少,環境中CO2量增加,O2量減少N～P光合作用與細胞呼吸同時進行NA和EP清晨和傍晚光照較弱,光合作用強度小于細胞呼吸強度;植物體內有機物的總量減少,環境中CO2量增加,O2量減少A點和E點光合作用強度等于細胞呼吸強度,CO2的吸收和釋放達到動態平衡;植物體內有機物的總量不變,環境中CO2量不變,O2量不變A～E光合作用強度大于細胞呼吸強度;植物體內有機物的總量增加;環境中CO2量減少,O2量增加C點葉片表皮氣孔部分關閉,光合作用強度下降E點光合作用產物的積累量最大(2)一晝夜有機物的積累量的計算方法(用CO2表示):一晝夜有機物的積累量=白天從外界吸收的CO2量-晚上呼吸作用釋放的CO2量,即S3-(S1+S4)。2.密閉玻璃罩內CO2濃度與時間的關系曲線:(1)曲線分析:AB段無光照,植物只進行細胞呼吸BC段溫度降低,細胞呼吸減弱CD段4時后,微弱光照,開始進行光合作用,但光合作用強度<細胞呼吸強度D點光合作用強度=細胞呼吸強度DH段光合作用強度>細胞呼吸強度H點光合作用強度=細胞呼吸強度HI段光照繼續減弱,光合作用強度<細胞呼吸強度,直至光合作用完全停止(2)植物生長與否的判斷方法:I點低于A點說明一晝夜,密閉容器中CO2濃度減小,即光合作用強度>細胞呼吸強度,植物生長若I點高于A點說明光合作用強度<細胞呼吸強度,植物體內有機物總量減少,植物不能生長若I點等于A點說明光合作用強度=細胞呼吸強度,植物體內有機物總量不變,植物不生長【思考·討論】1.各種環境因素同時對植物的光合作用產生影響,試分析冬季早晨和夏季早晨限制光合作用的因素分別是什么。(科學思維)提示:冬季早晨溫度較低,溫度是限制光合作用的主要因素;夏季早晨溫度較高,光照較弱,光照是限制光合作用的主要因素。

2.大棚生產中,為什么多施加有機肥能夠提高作物的產量?(科學思維)提示:有機肥中的有機物被微生物分解產生二氧化碳和無機鹽,二氧化碳能夠增加大棚中的二氧化碳濃度,無機鹽為作物提供礦質營養。【素養案例】(2018·全國卷Ⅱ)為了研究某種樹木樹冠上下層葉片光合作用的特性,某同學選取來自樹冠不同層的A、B兩種葉片,分別測定其凈光合速率,結果如圖所示。據圖回答問題:(1)從圖可知,A葉片是樹冠______(填“上層”或“下層”)的葉片,判斷依據是_________________________________________________。

(2)光照強度達到一定數值時,A葉片的凈光合速率開始下降,但測得放氧速率不變,則凈光合速率降低的主要原因是光合作用的____反應受到抑制。

(3)若要比較A、B兩種新鮮葉片中葉綠素的含量,在提取葉綠素的過程中,常用的有機溶劑是_________。

下層A葉片的凈光合速率達到最大時所需光照強度低于B葉片暗無水乙醇【方法規律】植物“三率”的判定(1)根據坐標曲線判定:①當光照強度為0時,若CO2吸收值為負值,該值絕對值代表呼吸速率,該曲線代表凈光合速率。②當光照強度為0時,若CO2吸收值為0,該曲線代表真正光合速率。(2)根據關鍵詞判定:檢測指標呼吸速率凈光合速率真正(總)光合速率CO2釋放量(黑暗)吸收量利用量、固定量、消耗量O2吸收量(黑暗)釋放量產生量有機物消耗量(黑暗)積累量制造量、產生量【素養·探究】——情境遷移為了探究生長條件對植物光合作用的影響,某研究小組將某品種植物的盆栽苗分成甲、乙兩組,置于人工氣候室中,甲組模擬自然光照,乙組提供低光照,其他培養條件相同。結果如圖:(1)據圖判斷,光照強度低于a時,限制甲、乙兩組植物光合作用的因素是什么?(科學思維)提示:光照強度。(2)b光照強度下,要使甲組的光合作用強度升高,可以考慮的措施是什么?(科學思維)提示:適當提高CO2濃度、溫度、水、礦質元素等條件。【素養·遷移】圖甲表示水稻的葉肉細胞在光照強度分別為a、b、c、d時,單位時間內CO2的釋放量和O2產生總量的變化。圖乙表示藍細菌光合速率與光照強度的關系,下列說法正確的是(

)A.圖甲中,光照強度為b時,光合速率等于呼吸速率B.圖甲中,光照強度為d時,單位時間內細胞從周圍吸收2個單位的CO2C.圖乙中,當光照強度為x時,細胞中產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體和葉綠體D.圖乙中,限制e、f、g點光合作用速率的因素主要是光照強度【解析】選B。分析圖甲可知,光照強度為b時,CO2釋放量和O2產生總量相等,都為3單位,細胞呼吸釋放的CO2首先供應葉綠體進行光合作用,剩余部分釋放到外界,說明此時細胞呼吸大于光合作用,A項錯誤;光照強度為d時,水稻葉肉細胞光合作用速率大于細胞呼吸速率,光照強度為a時,CO2釋放量即為呼吸速率,則光照強度為d時,O2產生總量為8單位,需要消耗的CO2也為8單位,所以單位時間內需要從外界吸收的CO2為2單位,B項正確;圖乙中所示生物為藍細菌,藍細菌不含線粒體和葉綠體,C項錯誤;圖乙中,限制g點光合作用速率的因素不是光照強度,可能是二氧化碳濃度及溫度等,D項錯誤。【補償訓練】夏季晴朗的一天,甲、乙兩株不同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如圖所示。下列說法正確的是(

)A.甲植株在a點開始進行光合作用B.乙植株在e點有機物積累量最多C.曲線b～c段和d～e段下降的原因相同D.兩曲線b～d段不同的原因可能是甲植株氣孔無法關閉【解析】選D。圖中甲植株光合作用開始的點在a點之前,即CO2吸收速率開始變化的點,故A錯誤;圖中乙植株6～18時有機物一直在積累,18時植物體內有機物積累量最大,故B錯誤;曲線b～c段下降的原因是光照過強,氣孔關閉,葉片吸收的CO2少,d～e段下降的原因是光照強度減弱,故C錯誤;甲植株沒有出現光合午休現象,可能原因是氣孔無法關閉,故D正確。二、化能合成作用1.概念:利用體外環境中的某些_______氧化時所釋放的能量來制造_______。2.實例:硝化細菌能利用___氧化釋放的化學能將________合成糖類,供自身利用。無機物有機物NH3CO2和H2O三、光合作用影響因素1.光照強度:(1)原理:主要影響光反應階段___________的產生,進而影響暗反應階段。ATP和NADPH(2)曲線分析:A點光照強度為0,此時只進行_________,CO2釋放量表示_____________AB段開始進行光合作用,隨光照強度增加,光合作用速率逐漸增加,但光合作用速率_____細胞呼吸速率B點光合作用速率_____細胞呼吸速率,此時光照強度為光的補償點細胞呼吸細胞呼吸速率小于等于BC段光合作用速率_____細胞呼吸速率,隨光照強度增加,光合作用速率逐漸增加C點光照強度增加,光合作用速率_________,此時的光照強度(C′)為光的飽和點C點以后此階段限制光合作用速率的環境因素為溫度、CO2濃度等大于基本不變2.CO2濃度:(1)原理:CO2濃度通過影響_______階段,制約C3的生成進而影響光合作用強度。暗反應(2)曲線:關鍵點ACO2的補償點:光合速率_____呼吸速率時的CO2