2019高中生物第5章第4节第3课时光合作用的原理和应用二教案新人教版必修.pdf
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1、光合作用的原理和应用(二)光合作用的原理和应用(二) 一、光合作用原理的应用 1光合作用强度 (1)概念:植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 (2)表示方法:用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 2影响因素 (1)空气中 CO2浓度。 (2)土壤中水分含量。 (3)光照的时间、强度以及光的成分。 (4)温度的高低。 3应用 控制光照的强弱和温度的高低,适当增加作物环境中 CO2的浓度来提高光合作用强度。 4光照强度影响光合作用强度的实验 (1)实验流程: 打出小圆形叶片(30 片):用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出(直径1 cm) 抽出叶片内气体:用注射器(内有清水、小圆叶
2、片)抽出叶片内气体(O2等) 小圆叶片沉入水底 : 将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯内,小圆 形叶片全部沉到水底 实验处理及结果: 项目 烧杯 小圆形 叶片 加富含 CO2 的清水 光照 强度 叶片浮起 的数量 甲10 片20 mL强最多 乙10 片20 mL中较多 丙10 片20 mL弱较少 (2)实验结论 : 在一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度不断增强(同一时 间内产生 O2越多,浮起的叶片越多)。 二、化能合成作用 1化能合成作用 (1)概念:利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。 (2)实例 : 硝化细菌能利用氧化 NH3释放的化学能
3、将 CO2和 H2O 合成为糖类, 供自身利用。 2自养生物和异养生物 (1)自养生物: 特点:能将无机环境中的 CO2和 H2O 转化为有机物的生物。 代表生物:进行光合作用的生物(如绿色植物);进行化能合成作用的生物(如硝化细 菌)。 (2)异养生物: 特点:只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 代表生物:人、动物、真菌以及大多数细菌。 一、影响光合作用的因素 1光照强度对光合作用强度的影响 (1)阅读教材 P104P105探究内容,思考并讨论下列问题: 探究光照强度对光合作用强度的影响实验所依据的原理是什么? 提示: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
4、作用产生氧气 该探究实验的自变量及其设置方法分别是什么? 提示:自变量是光照的强弱;设置方法是调节台灯与实验材料之间的距离。 (2)如图表示光照强度对光合作用强度的影响曲线,分析曲线讨论并回答: A 点时,光照强度为 0,对应的 CO2来源于哪些生理过程?其释放量的含义是什么? 提示:A 点时,光照强度为 0,此时只进行细胞呼吸,其单位时间内释放的 CO2量,可 表示此时的细胞呼吸速率。 B 点时,所对应的 CO2吸收量和释放量为 0,试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的 关系及 B 点的含义。 提示:B 点时,细胞呼吸释放的 CO2全部用于光合作用,即光合速率呼吸速率,此点 为光补偿点。 C
5、点时,CO2吸收量达到最高,请讨论 C 点的含义并分析 CO2吸收量达到最高前、后的 主要限制因素分别是什么? 提示:当达到 C 点后,光合作用不再随光照强度的升高而增加,称之为光饱和点。CO2 吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度,CO2吸收量达到最高后的主要限制因素为温 度和 CO2浓度。 2CO2浓度对光合作用强度的影响 根据图示分析: (1)分析 E 点的含义。 提示:E 表示进行光合作用的最低 CO2浓度。 (2)描述曲线变化规律。 提示:在一定范围内,植物光合速率随 CO2浓度的增加而加快;但达到一定浓度时,再 增加 CO2浓度,光合速率也不再增加。 3温度对光合作用强度的影响
6、 如图表示温度对光合作用强度的影响曲线,分析曲线,讨论下列问题: (1)温度对光合作用强度的影响是怎样起作用的? 提示:温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用强度的。 (2)尝试描述曲线的意义。 提示:DG 段随温度的升高光合速率逐渐加强;至 G 点时达到最大;GH 段表示随温度的 升高,光合速率快速下降,直至光合作用完全停止。 二、化能合成作用 阅读教材 P105 最后两自然段,回答下列问题: 1归纳判断自养生物与异养生物的依据,并分析它们的本质区别。 提示:判断依据:看能否把无机物合成为有机物。 本质区别 : 能把无机物合成为有机物的生物是自养生物,以现成的有机物为食的生
7、物 是异养生物。 2试从物质变化和能量变化角度,分析化能合成作用与光合作用具有哪些异同点? 提示:相同点:均能把无机物合成为有机物,储存能量。 不同点:合成有机物时利用的能量不同。光合作用利用的是光能;化能合成作用利用 的是无机物氧化时所释放的化学能。 一、影响光合作用速率的因素 1外界因素除光照强度、CO2浓度外,还有温度、土壤中水分、矿质离子(如 Mg2)等。 2植物内部因素有叶绿体数量、光合色素含量、酶的数量及活性、离子载体数量等, 由植物体内的遗传因素决定。 二、细胞呼吸和光合作用的曲线分析 植物叶肉细胞进行光合作用吸收 CO2的同时, 还进行呼吸作用释放 CO2, 所以测定的 CO2
8、 的吸收量并不是真正光合速率,而是表观光合速率。图 1 表示 CO2的吸收与光照强度变化的 关系,图 2 表示线粒体与叶绿体的关系。 结合图 2 与图 1 中的曲线分析如下: 1图 1 中 a 点光照强度为 0,表示只进行呼吸作用,与图 2 中 B 图对应。 2图 1 中 ab 段由于光照强度较弱,光合速率小于呼吸速率,所以呼吸作用释放的 CO2 一部分被叶绿体吸收,另一部分释放出去,与图 2 中 A 图对应。 3图 1 中 b 点表示光合速率与呼吸速率相等,CO2表现为既不吸收也不释放,与图 2 中 C 图对应。 4b 点以后,由于光照强度变得较大,光合速率大于呼吸速率,呼吸作用释放的 CO
9、2不 能够满足光合作用的需求,表现为从外界吸收 CO2,与图 2 中 D 图对应。 三、光合作用与细胞呼吸的相关计算 上面图1中,Oa段表示植物呼吸速率,Od段表示植物表观光合速率(即净光合速率),Oa Od 段表示真正光合速率(即实际光合速率或总光合速率),它们的关系为:真正光合速率 表观光合速率呼吸速率。具体表述为: 1光合作用消耗的 CO2总量从外界吸收的 CO2量呼吸作用产生的 CO2量。 2光合作用产生的 O2量释放到外界的 O2量呼吸作用消耗的 O2量。 3 一昼夜有机物的积累量(用 CO2量表示)白天从外界吸收的 CO2量晚上呼吸作用释 放的 CO2总量。 例 1 某同学想探究二
10、氧化碳浓度与光合速率的关系。取甲、乙、丙、丁四株都有 5 片叶的小白菜, 分别用直径 1 cm 的打孔器打出叶圆片 10 片, 并设法抽去叶片内气体使之下 沉,置于光下。取 100 mL 三角瓶 4 个,编号 14,按下表操作(光照、温度相同且适宜)并 记录结果。 实验处理 编号叶圆片 来源 叶圆片 数(片) 自来水 (mL) NaHCO3 (克) 30 min 内上浮 叶圆片数(片) 1甲104002 2乙104016 3丙104034 4丁104055 下列评价或修正不合理的是( ) A自变量二氧化碳浓度的限制不严格 B只要控制光照、温度相同即可 C实验材料本身存在的差异会影响实验结果 D
11、制备的叶圆片在投入三角瓶之前应放于黑暗处 解析 本实验中存在多个自变量,材料的来源不同,CO2的浓度不同,所以在一个实 验中存在着多个自变量,得出的实验结果是不可靠的,一个实验中只能存在一个自变量,除 了这个自变量外其他变量应保持相同。 由于抽取气体后在光下还有可能产生气体, 所以抽取 气体后应进行黑暗处理。 答案 B 例2 (重庆高考)如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意 图,下列有关叙述正确的是( ) At1t2,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,基质中水光解加快、O2释放增多 Bt2t3,暗反应限制光合作用。若在t2时刻增加光照,光合速率将再提高 Ct3t4,光照
12、强度不变,光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应速率增强 Dt4后短暂时间内,叶绿体中 ADP 和 Pi 含量升高,C3还原后的直接产物含量降低 解析 光合作用中水的光解发生在叶绿体类囊体膜上而不是叶绿体基质中, A 项错误 ; 图示t2t3,限制光合作用的主要因素是 CO2浓度而不是光照强度,在t2时刻增加光照,光 合速率不再提高,B 项错误;充足光照条件下,在 t3时刻补充 CO2,光照强度不变,暗反应 增强消耗光反应产物H和 ATP 增加,一定程度增强了光反应速率,C 项错误;将充足光照 下的植物置于暗处, 短时间内叶绿体中 ADP 和 Pi 含量升高, C3还原后的直接产物含量降低
13、, D 项正确。 答案 D 网络构建 填充:光照 暗反应 酶的活性 硝化细菌 关键语句 1光合作用强度的表示方法:一定时间内原料消耗量或产物生成量。 2光合作用强度的影响因素:光照、二氧化碳浓度、温度、水分和矿质元素等。 3硝化细菌能利用氧化 NH3释放的化学能将 CO2和 H2O 合成有机物。 4同化作用主要有自养和异养两种类型,代表生物分别是绿色植物和动物、真菌等。 1光合作用强度可以用多种指标表示,以下不适合的是( ) A植物体鲜重增加量 B植物体干重增加量 CO2释放量 DCO2吸收量 解析:选 A 植物光合作用消耗 CO2,产生有机物和 O2,因此,光合作用强度的指标可 以是 B、C
14、、D 选项中的指标。植物体鲜重增加量主要是水分的增加,不能作为光合作用强度 的指标。 2在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑 暗中立即开始连续取样分析,在短时间内叶绿体中 C3和 C5含量的变化是( ) AC3和 C5都迅速减少 BC3和 C5都迅速增加 CC3迅速增加,C5迅速减少 DC3迅速减少,C5迅速增加 解析:选 C 突然停止光照,光反应停止,H和 ATP 产生停止,由于暗反应中 C3还原 继续进行,消耗H和 ATP,随着H和 ATP 的减少,C3还原减慢甚至停止,但 CO2的固定依 然进行,因此在短时间内 C3积累,C5减少。 3如图表示某种植物
15、光照强度与光合作用强度的关系。P 点的生物学含义是( ) A无光合作用,有呼吸作用 B光合作用与呼吸作用达到动态平衡 C无呼吸作用,有光合作用 D光合作用与呼吸作用都不进行 解析:选 B 由曲线可看出,在一定的光照强度范围内,植物光合作用强度随光照强度 的增大而增大,光照强度达到一定程度后,光合作用强度不再增加。图中光照强度达到 P 点 时,光合速率与呼吸速率相等。 4有关硝化细菌的化能合成作用的描述,正确的是( ) 利用光能 将水和二氧化碳合成为葡萄糖等有机物 利用环境中物质的氧化分 解所产生的化学能 在叶绿素的作用下进行 自养生物 异养生物 A B C D 解析:选 C 硝化细菌无叶绿素不
16、能进行光合作用,而是通过化能合成作用,利用环境 中物质氧化分解所产生的能量, 将水和二氧化碳合成为葡萄糖等有机物, 因此硝化细菌是一 种自养生物。 5下列关于光合作用和呼吸作用的叙述,正确的是( ) A光合作用和呼吸作用总是同时进行的 B光合作用产生的 ATP 主要用于呼吸作用 C光合作用形成的糖类在细胞呼吸中被利用 D光合作用与细胞呼吸分别在植物的叶肉细胞和根细胞中进行 解析:选 C 光合作用只有在有光的条件下进行,呼吸作用在有光和无光的条件下都能 进行,所以在有光的条件下能够进行光合作用和呼吸作用,在黑暗中只能进行呼吸作用 ; 光 合作用产生的 ATP 只用于暗反应的 C3还原,不能用于其
17、他的生命活动;光合作用合成的糖 类可用于呼吸作用被分解 ; 活细胞都能进行呼吸作用,光合作用只能在绿色植物的绿色组织 细胞中进行。 6如图是绿色植物体内光合作用和细胞呼吸的示意图,请据图回答: (1)图中 A 表示的过程为_,此过程发生的场所是叶绿体的_。 (2)图中 B 表示的过程为_,此过程发生的场所是_。 (3)图中C表示的过程为_, 这里产生的水是在_阶段形成的。 (4)当光照强度为零时,植物细胞中可以产生 ATP 的结构是_。 (5)温室大棚作物如果遇到阴雨天,为避免减产,大棚的温度应该适当_,原因 是_。 解析:(1)根据图中物质转化关系可判断,A 为光合作用的光反应,此过程发生在
18、叶绿 体的类囊体薄膜上。(2)图中 B 过程是暗反应,此过程发生在叶绿体基质中。(3)图中 C 过程 表示有氧呼吸过程,其中水的产生是在有氧呼吸第三阶段形成的。(4)光照强度为 0 时,植 物细胞不能进行光合作用, 只能进行呼吸作用, 因此产生 ATP 的结构是细胞质基质和线粒体。 (5)温室大棚作物如遇到阴雨天,为避免减产,可适当降低温度,减少呼吸作用对有机物的 消耗,提高产量。 答案 : (1)光反应 类囊体薄膜 (2)暗反应 叶绿体基质 (3)有氧呼吸 第三 (4)线 粒体、细胞质基质 (5)降低 减少呼吸作用对有机物的消耗 (时间:45 分钟;满分:100 分) 一、选择题(每小题 5
19、 分,共 50 分) 1生长于较弱光照条件下的植物,当提高 CO2浓度时,其光合速率并未随之增加,主 要限制因素是 ( ) A呼吸作用和暗反应 B光反应 C暗反应 D呼吸作用 解析 : 选 B 生长于较弱光照条件下的植物光反应弱, 生成的 ATP 和H少, 即使提高 CO2 浓度,暗反应的速率也不会提高,光合速率并未随之增加。 2如图表示某地夏季一密闭大棚内一昼夜间 CO2浓度的变化。下列能正确表示 e 点时 单位时间内棚内植株消耗的 CO2总量与消耗的 O2总量之比(体积比)的是( ) 解析 : 选 B e 点时 CO2的量不再增加,超过 e 点后 CO2的含量下降,说明此时光合速率 等于细
20、胞呼吸速率,即光合作用吸收的 CO2量等于细胞呼吸消耗的 O2的量。 3硝化细菌将二氧化碳和水合成为糖类,其能量来自于( ) A光能 B电能 C化学能 D生物能 解析:选 C 硝化细菌利用将 NH3氧化成亚硝酸(HNO2)、硝酸(HNO3)所释放的能量,用 于将 CO2和 H2O 合成为糖类。 4植物光合速率受多种环境因素的影响。如图表示在不同环境条件下某植物的光合速 率变化情况,关叙述正确的是( ) A光照强度为 1 时,植物光合速率极低,细胞中 ATP 的含量几乎为 0 B光照强度和 CO2浓度一定时,植物光合速率随着温度升高而不断加快 C光照强度在 56 时,植物光合速率随光照强度增大而
21、升高 D光照强度一定时,CO2浓度对光合速率的影响比温度的影响明显 解析 : 选 D 光照强度为 1 时,光合作用极弱,产生的 ATP 极少。但此时细胞呼吸较强, 产生的 ATP 较多。光照强度和 CO2浓度一定时,光合速率在一定范围内随温度升高而不断加 快, 但超过酶的最适温度后, 光合速率随温度升高逐渐降低。 由图可知, 光照强度在 56 时, 光合速率不再随光照强度升高而升高。当同处于 15 时,高浓度 CO2与低浓度 CO2相比,光 合速率明显较大 ; 而同处于低浓度 CO2或高浓度 CO2时,温度由 15 升高为 25 ,光合速 率略有提高,说明光照强度一定时,CO2浓度对光合速率的
22、影响比温度对光合速率的影响更 明显。 5光合作用和化能合成作用的相同之处是( ) A都以太阳能作为能源 B都需要环境中的物质氧化释放的能量 C都可以将无机物转变为有机物 D都是高等生物的代谢类型 解析:选 C 光合作用是绿色植物利用光能把 CO2和 H2O 转化为有机物的过程;化能合 成作用是某些微生物利用环境中的物质氧化释放的化学能,把 CO2和 H2O 转变成有机物的过 程。两者的不同点是,前者利用的能量是光能,后者利用的能量是化学能,两者的相同点: 都是把无机物转变为有机物,从生物类型来看,前者是所有绿色植物都能进行的,而后者只 有低等生物硝化细菌等微生物才能进行。 6某同学在玻璃温室里
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