高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用导学案及答案

课题22：光合作用原理的应用

一、自主学习

1、影响光合作用的环境因素主要有          、              、           。

2、硝化细菌利用                    获得的化学能来合成有机物，称为             。

二、合作探究

探究活动一：探究光照强度对光合作用的影响

1．实验原理

叶片含有空气，叶片上浮。抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降；光照后，叶片进行光合作用，释放        ，使细胞间隙又充满气体，叶片上浮。

2．实验中沉水叶片的制备

(1)小圆形叶片的制备：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出小圆形叶片。

(2)沉水：用注射器抽出叶片内气体，放入          处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。

3．实验装置分析

(1)自变量的设置：       是自变量，通过调整                   的距离来调节光照强度的大小。

(2)中间盛水的玻璃柱的作用：                                          。

(3)因变量是         ，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片          

或                                 来衡量光合作用的强弱。

4．实验结果及结论

(1)实验结果

(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           (小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)。

典例1、图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是(　　)

A．ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小

B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小

C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度

D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸

探究活动二：影响光合作用的因素

1．光照强度

(1)光照强度与光合作用强度的关系曲线分析

A点：光照强度为0，此时只           ，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。

AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时                           。

B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即                (光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)。

BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以后不再加强。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是除光照强度之外的环境因素，如            等。

真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析及相互关系

真正光合速率就是植物的光合速率，也叫总光合速率或实际光合速率。一般可用“二氧化碳_____速率”“氧气_________速率”或者“有机物_________速率”来表示。

净光合速率是指单位时间内植物_____的有机物量，也叫表观光合速率或实测光合速率。一般可用“二氧化碳_____速率”“氧气____速率”或者“有机物____速率”来表示。

细胞呼吸速率是指单位时间内植物非绿色组织或绿色组织在黑暗条件下_____的有机物量。一般可用“二氧化碳____速率”或“氧气____ (吸收)速率”来表示。

三者数值关系：_________________________________。

(2)应用：阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。

2．CO2浓度

(1)曲线分析：A点是进行光合作用所需的最低CO2浓度，B点是CO2饱和点；B点以后，随着CO2浓度的增加光合作用强度不再增加。

(2)应用：温室中适当增加CO2浓度，如投入干冰等，大田中“正其行，通其风”，多施有机肥来提高CO2浓度。

3．温度

(1)B点是最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度光合作用强度都会下降，因为温度会影响酶的活性。

(2)应用：温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。

4．水及无机营养对光合作用的影响

(1)原理：①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，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CO2进入植物体。

(2)应用

①合理施肥；②预防干旱，合理灌溉。

典例2、科研人员研究不同温度和光照强度下菠菜叶片的净光合速率的变化情况，结果如下图。下列分析不正确的是(　　)

A．温度通过影响酶活性对光合作用的影响只与暗反应有关

B．此实验中CO2浓度是无关变量，各组间需保持相同且适宜

C．温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜光合速率为6 μmol·m－2·s－1

D．菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于细胞呼吸的最适温度

自我检测22

                    班级                 姓名               

一、单选题

1、下图表示光合作用与有氧呼吸的部分过程，下列叙述错误的是(　　)

A．①②过程为暗反应，可发生在叶绿体基质中

B．③过程发生在细胞质基质中，④过程需水参与

C．③④过程释放的能量大部分储存在ATP中

D．①②③④过程可以在一个细胞内同时进行

2、夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如下图所示。下列有关叙述错误的是(　　)

A．对甲植物来说，a点所表示的含义是此时光合作用强度等于细胞呼吸强度      

B．乙植物在bc段和de段下降的原因相同

C．乙植物积累的有机物在18时达到最大     

D．甲植物在bd段与乙存在差异的原因可能是甲植物的气孔无法关闭     

3、科研工作者为研究光照和CO2对植物细胞代谢的影响，将某绿藻细胞悬浮液放入密闭容器中，保持适宜的pH和温度，测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度，结果如图所示。下列有关该实验装置中溶解氧变化原因的解释错误的是(　　)

A．第4 min前溶解氧的量下降是呼吸作用消耗所致

B．第5～6 min植物细胞光合作用强度大于呼吸作用强度

C．第6～7 min水中CO2浓度限制了光合作用速率

D．第9 min后溶解氧的量不再增加的原因是温度较低

4、利用水稻品种“两优培九”，研究其叶片净光合速率与叶温的变化关系，结果如图。以下叙述正确的是(　　)

A．实验需要控制相同且适宜的呼吸强度

B．真光合速率最适温度出现在33 ℃左右

C．15 ℃时此植物的ATP仅来自细胞呼吸

D．曲线下降可能因为呼吸速率增加更多

5、在光照恒定、温度最适条件下，某研究小组用下图一的实验装置，测量1 h内密闭容器中CO2的变化量(若0～30 min给予光照，之后黑暗处理)，并绘成曲线(如图二)。下列叙述正确的是(　　)

A．AB段，ATP从叶绿体中的基质向类囊体膜运输

B．BC段，说明随着实验的进行，该植物的呼吸作用逐渐加强

C．该绿色植物前30 min CO2固定量平均为50 μmol·L－1·min－1

D．若其他条件恒定且适宜，在低温环境下进行该实验，B点的位置将上移

二、多选题

6.下图为在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，①～⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断下列说法错误的是(　　)

A．X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATP

B．①～⑤过程中能产生ATP的有①②③④      

C．②⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定

D．光合作用速率大于呼吸作用速率时，④过程产生的CO2会释放到细胞外

7、下图中纵轴表示植物某种气体吸收量或释放量的变化(注：不考虑横轴和纵轴单位的具体表示形式，单位的表示方法相同)。下列说法不正确的是(　　)

A．若f点以后进一步提高光照强度，光合作用强度会一直不变

B．若a代表O2吸收量，d点时，叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2

C．c点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体

D．若a代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，e点可能向右下方移动

三、非选题

8.下面为与光合作用、呼吸作用有关的三个图。请据图回答下列问题：

(1)图一中①过程进行的场所是_________________________________。

(2)①过程中产生的NADPH用于③过程的哪个阶段？________________。

(3)若将该植物从CO2浓度为0.03%的环境转移到CO2浓度为0.5%的环境中，其他环境条件不变，叶绿体中C5含量将________。

(4)图三中，真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。40 ℃时植物体________(填“能”或“不能”)显示生长现象；而5 ℃时的状态可用图二中________点表示。    

 (5)用大棚种植蔬菜时，白天最好控制光照强度为图二中的________点对应的光照强度，温度为图三中的________℃最佳。

参考答案

自主学习

1、光照  CO2浓度  温度

2、氧化环境中无机物    化能合成作用

合作探究

探究活动一

O2  黑暗  光照强度  台灯与烧杯之间  吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响   光合作用强度   上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短  也不断增强

典例1、

活动二

进行细胞呼吸   细胞呼吸强度大于光合作用强度   光合作用强度等于细胞呼吸强度

CO2浓度

固定  产生  制造  积累   吸收  释放  积累   消耗  释放  消耗

总光合速率=净光合速率+呼吸速率

典例2、A

自我检测

1-5：CBDDD  6-7:BD  ABC

8、(1)类囊体薄膜　(2)C3的还原　(3)下降      

(4)不能　乙　(5)丁　25