《光合作用与能量转化》第三课时素养导学

第4节光合作用与能量转化（第三课时）一、探究环境因素对光合作用强度的影响1.光合作用强度:(1)概念:植物在_________内通过光合作用制造_____的数量。单位时间糖类(2)表示方法:(3)下列哪些是能够对光合作用强度造成影响的外界因素___________。①空气中二氧化碳的浓度②温度的高低③土壤中水分的多少 ④光的成分⑤酶的活性 ⑥光照的强弱①②③④⑥2.实验原理:(1)利用LED台灯离实验装置的距离不同,产生不同的_________。(2)根据_______________________________,判断不同光照强度下光合作用强度的大小。光照强度单位时间内圆形小叶片上浮的数量3.实验步骤:二、化能合成作用1.概念:利用体外环境中的某些_______氧化时所释放的能量来制造_______。2.实例:硝化细菌能利用___氧化释放的化学能将________合成糖类,供自身利用。无机物有机物NH3CO2和H2O三、光合作用影响因素1.光照强度:(1)原理:主要影响光反应阶段___________的产生,进而影响暗反应阶段。ATP和NADPH(2)曲线分析:A点光照强度为0,此时只进行_________,CO2释放量表示_____________AB段开始进行光合作用,随光照强度增加,光合作用速率逐渐增加,但光合作用速率_____细胞呼吸速率B点光合作用速率_____细胞呼吸速率,此时光照强度为光的补偿点细胞呼吸细胞呼吸速率小于等于BC段光合作用速率_____细胞呼吸速率,随光照强度增加,光合作用速率逐渐增加C点光照强度增加,光合作用速率_________,此时的光照强度(C′)为光的饱和点C点以后此阶段限制光合作用速率的环境因素为温度、CO2浓度等大于基本不变2.CO2浓度:(1)原理:CO2浓度通过影响_______阶段,制约C3的生成进而影响光合作用强度。暗反应(2)曲线:关键点ACO2的补偿点:光合速率_____呼吸速率时的CO2浓度A′进行光合作用所需的最低CO2浓度B和B′CO2饱和点走势分析图1和图2一定范围内,光合作用强度随CO2浓度的增大而增强,但当CO2达到一定的浓度时,光合作用强度_________等于不再增强3.温度:(1)原理:通过影响_______进而影响光合作用。(2)曲线:酶活性①AB段:随着温度升高,光合作用强度_____。②B点:光合作用_____温度下的光合作用强度。③BC段:随着温度升高,光合作用强度_____。④温度过高时,酶失活,光合作用完全停止。增强最适减弱4.水及矿质元素对光合作用的影响:(1)原理:①N、Mg、Fe等是_______合成的必需元素,若这些元素缺乏,会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。②水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,水还会影响气孔的开闭,从而影响___进入植物体。叶绿素CO2(2)曲线:5.影响因素在生产实践中的应用(连线):【激疑】夏季晴朗的中午,植物的光合作用强度不是最大,而是相对降低,这一现象称为植物的“午休”。试解释出现这一现象的原因。提示:夏季晴朗的中午,温度较高,植物蒸腾作用旺盛,植物失水较多,导致气孔关闭,影响二氧化碳的吸收,从而使光合作用强度降低。知识点一探究环境因素对光合作用强度的影响测定光合速率与呼吸速率的装置:(1)测定装置:(2)测定方法及解读。①测定呼吸速率。a.在小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。c.置于适宜温度环境中。d.红色液滴向左移动(单位时间内移动距离代表呼吸速率)。②测定净光合速率。a.在小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用的需求。b.必须给予较强光照处理,且温度适宜。c.红色液滴向右移动(单位时间内移动距离代表净光合速率)。【思考·讨论】图示装置中液滴的移动可能是由于环境因素所导致,排除这一无关变量,应在原实验的基础上如何设计?(科学探究)提示:可增加一组实验,其他设计同原实验,只是去掉绿色植物。【素养案例】为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25℃条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是(

)A.在无光条件下,液滴向左移动B.在有光条件下,液滴向右移动C.在有光条件下,液滴向右移动的距离代表光合速率D.随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大【解题导引】(1)找出关键点:CO2缓冲液可以维持密闭装置内一定的二氧化碳浓度,即密闭装置内气体体积的变化不是由二氧化碳的产生或消耗引起的。(2)分清两个关系:光合作用与细胞呼吸的大小。【解析】选A。由于CO2缓冲液维持装置中的CO2含量不变,所以引起装置中气压变化的原因是O2的变化。无光条件下绿色植物只进行细胞呼吸,消耗O2,液滴左移,A项正确。有光条件下,绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2,又进行光合作用产生O2,若光合作用>细胞呼吸,液滴右移;若光合作用=细胞呼吸,液滴不移动;若光合作用<细胞呼吸,液滴左移,B项错误。在有光条件下,液滴向右移动的距离代表净光合速率,C项错误。在达到光饱和点之前随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大,D项错误。【方法规律】光合作用、细胞呼吸实验常用的研究方法(1)“黑白瓶法”:用黑瓶(无光照的一组)测得的结果为呼吸作用强度值,用白瓶(有光照的一组)测得的结果为净光合作用强度值,综合两者即可得到真正光合作用强度值。(2)梯度法:用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置,可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。【素养·迁移】用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙,同时从某池塘水深0.5m处的同一位置取满水样,立即测定甲瓶中的氧气含量,并将乙、丙瓶密封后沉回原处。一昼夜后取出玻璃瓶,分别测定两瓶中的氧气含量,结果如表(不考虑化能合成作用)。有关分析合理的是(

)透光玻璃瓶甲透光玻璃瓶乙不透光玻璃瓶丙4.9mg5.6mg3.8mgA.丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是线粒体内膜B.在一昼夜内,丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1mgC.在一昼夜后,乙瓶水样的pH比丙瓶的低D.在一昼夜内,乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为1.1mg【解析】选B。本实验中氧气含量甲瓶-丙瓶=1.1mg,可表示一昼夜内丙瓶中生物细胞呼吸消耗的氧气量,乙瓶-甲瓶=0.7mg,可表示一昼夜乙瓶中生物净产生的氧气量,因此乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量=1.1mg+0.7mg=1.8mg,B正确、D错误。丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所有细胞质基质、线粒体基质,A错误。一昼夜后,乙瓶水样中的CO2含量下降,因此其pH上升,而丙瓶中只进行细胞呼吸,CO2含量上升,pH下降,乙瓶水样的pH比丙瓶的高,C错误。【补偿训练】取某种植物生长状态一致的新鲜叶片,用打孔器将叶片打出若干圆片,圆片平均分成甲、乙、丙三组。甲组立即烘干处理并测得圆片干重为a,乙组保持湿润且置于一个黑暗密闭装置内,丙组保持湿润且置于一个密闭装置内并给予适宜强度的光照。乙组和丙组其他条件一致,一小时后,测乙装置内圆片干重为b,丙装置内圆片干重为c。下列叙述正确的是(

)A.c-a为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率B.c-b为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率C.a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率D.实验过程中,乙组圆片叶肉细胞呼吸速率保持恒定【解析】选C。c-a为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率;c-b为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率;a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率;乙装置随着O2浓度下降,叶肉细胞呼吸速率也下降。知识点二光合作用影响因素综合分析1.开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析:(1)曲线分析:MN和PQ夜晚植物只进行细胞呼吸;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少N～P光合作用与细胞呼吸同时进行NA和EP清晨和傍晚光照较弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少A点和E点光合作用强度等于细胞呼吸强度,CO2的吸收和释放达到动态平衡;植物体内有机物的总量不变,环境中CO2量不变,O2量不变A～E光合作用强度大于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量增加;环境中CO2量减少,O2量增加C点叶片表皮气孔部分关闭,光合作用强度下降E点光合作用产物的积累量最大(2)一昼夜有机物的积累量的计算方法(用CO2表示):一昼夜有机物的积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸作用释放的CO2量,即S3-(S1+S4)。2.密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线:(1)曲线分析:AB段无光照,植物只进行细胞呼吸BC段温度降低,细胞呼吸减弱CD段4时后,微弱光照,开始进行光合作用,但光合作用强度<细胞呼吸强度D点光合作用强度=细胞呼吸强度DH段光合作用强度>细胞呼吸强度H点光合作用强度=细胞呼吸强度HI段光照继续减弱,光合作用强度<细胞呼吸强度,直至光合作用完全停止(2)植物生长与否的判断方法:I点低于A点说明一昼夜,密闭容器中CO2浓度减小,即光合作用强度>细胞呼吸强度,植物生长若I点高于A点说明光合作用强度<细胞呼吸强度,植物体内有机物总量减少,植物不能生长若I点等于A点说明光合作用强度=细胞呼吸强度,植物体内有机物总量不变,植物不生长【思考·讨论】1.各种环境因素同时对植物的光合作用产生影响,试分析冬季早晨和夏季早晨限制光合作用的因素分别是什么。(科学思维)提示:冬季早晨温度较低,温度是限制光合作用的主要因素;夏季早晨温度较高,光照较弱,光照是限制光合作用的主要因素。2.大棚生产中,为什么多施加有机肥能够提高作物的产量?(科学思维)提示:有机肥中的有机物被微生物分解产生二氧化碳和无机盐,二氧化碳能够增加大棚中的二氧化碳浓度,无机盐为作物提供矿质营养。【素养案例】(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如图所示。据图回答问题:(1)从图可知,A叶片是树冠__________________(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是________________________________________________________________________________。

(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的______________________反应受到抑制。

(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是___________________________。

【解题导引】解答本题需明确以下两点:(1)明确题干两图的区别,比较光饱和点、光补偿点的大小。(2)明确光合作用过程及影响光合作用的外界因素。【解析】(1)题干两图横坐标都是光照强度,纵坐标都是净光合速率。A叶片的细胞呼吸弱,光补偿点低,光饱和点低,适应弱光环境,判断为下层叶片。(2)放氧速率不变,说明光反应速率不变,净光合速率下降的主要原因是暗反应受到抑制。(3)绿叶中的色素易溶于有机溶剂,常用无水乙醇提取。答案:(1)下层A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片(2)暗(3)无水乙醇【方法规律】植物“三率”的判定(1)根据坐标曲线判定:①当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率。②当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。(2)根据关键词判定:检测指标呼吸速率净光合速率真正(总)光合速率CO2释放量(黑暗)吸收量利用量、固定量、消耗量O2吸收量(黑暗)释放量产生量有机物消耗量(黑暗)积累量制造量、产生量【素养·探究】——情境迁移为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同。结果如图:(1)据图判断,光照强度低于a时,限制甲、乙两组植物光合作用的因素是什么?(科学思维)提示:光照强度。(2)b光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是什么?(科学思维)提示:适当提高CO2浓度、温度、水、矿质元素等条件。【素养·迁移】图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时,单位时间内CO2的释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是(

)A.图甲中,光照强度为b时,光合速率等于呼吸速率B.图甲中,光照强度为d时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2C.图乙中,当光照强度为x时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体D.图乙中,限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度【解析】选B。分析图甲可知,光照强度为b时,CO2释放量和O