202X学年高中生物第5章第4节第3课时光合作用原理的应用和化能合成作用教案新人教版必修1

PAGE第3课时　光合作用原理的应用和化能合成作用学习目标核心素养1．探究环境因素对光合作用的影响。(重点)2.理解光合作用原理在生产实践中的应用。(重点)3.说出化能合成作用的概念。1．通过对光照强度、温度和CO2浓度对光合作用的影响的学习，养成与综合的科学思维方式。，提高制定并实施实验的科学探究能力。，提高解决生产和生活问的担当和能力。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)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。(3)影响因素2．探究光照强度对光合作用的影响取材eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(器材：打孔器,目的：制备小圆形叶片30片))　↓排气eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(器材：注射器,目的：使小圆形叶片中的气体逸出))　↓沉水eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(条件：放在黑暗处,原因：细胞间隙充满了水))　↓分组：取3只小烧杯，分别倒入20mL富含二氧化碳的清水、分别放入10片小圆形叶片　↓光照：分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照　↓观察并记录：同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量3．在生产实践中的应用实例原理间作套种不同植物对光照的需求不同冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低一定范围内温度升高，光合作用和细胞呼吸都会增强“正其行、通其风”增大CO2浓度，有利于光合作用的进行合理灌溉水缺少导致气孔关闭，CO2供应不足二、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的合成作用。2．实例硝化细菌eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(能量来源：将氨氧化成硝酸释放的能量,反应物：水和二氧化碳,产物：糖类))3．自养生物和异养生物类型概念代表生物自养生物能将无机物合成为有机物的生物光能自养生物：绿色植物化能自养生物：硝化细菌异养生物只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物人、动物、真菌、大多数细菌1．光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度和光照强度等外界因素。(　　)2．光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。(　　)3．温度对光合作用强度的影响主要是影响酶的活性。(　　)4．探究实验中，小圆形叶片浮起的原因是叶片进行呼吸作用产生的二氧化碳导致的。(　　)5．除了绿色植物，自然界中少数细菌，如硝化细菌也可以通过光合作用制造有机物。(　　)提示：1．√　2.√　3.√4．×　小圆形叶片浮起的原因是光合作用产生的氧气。5．×　硝化细菌进行化能合成作用。探究环境因素对光合作用的影响[问题探究]1．实验中准备好的小圆形叶片为什么放入黑暗处盛有清水的烧杯中？提示：防止小圆形叶片实验开始前进行光合作用。2．实验中小圆形叶片下沉在烧杯底部的原因是什么？光照后小圆形叶片为什么会上升？提示：实验中小圆形叶片中的气体逸出，因此下沉。小圆形叶片进行光合作用产生了O2，小圆形叶片的密度变小，因此上升。3．炎热的夏季，成团的水绵为什么漂浮在水面上？提示：光合作用旺盛，释放氧气使水绵团上浮。[归纳总结]　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O2，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，放入黑暗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：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间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：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。4．实验结果及结论(1)实验结果项目小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量烧杯甲10片20mL强多烧杯乙10片20mL中中烧杯丙10片20mL弱少(2)实验结论在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)。为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验，提供以下材料用具：菠菜叶、打孔器(直径1cm)、注射器、40W台灯、烧杯、4%NaHCO3溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。(1)某同学选取其中一个因素进行探究，以下是实验结果：时间上浮的叶圆片数量(片)蒸馏水0.5%NaHCO31%NaHCO31.5%NaHCO32%NaHCO32min07111044min01516137①该实验的目的是_________________________，实验检测指标是___________________。②有哪些措施可以减少实验误差？____________________________________________________________________________________________________________。(至少写出2项)③有同学认为叶片之所以浮起，是因为呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2导致叶片上浮的。根据实验结果判断该观点是否正确？并说明理由：____________________________________________________________________________________________________________。(2)利用以上材料，还可以探究的环境因素有________________。(答出2个)[解析]　(1)①由表格看出实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的浓度不同，提供的CO2浓度不同，因此该实验是研究的不同浓度的CO2对光合作用的影响。实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片的数量。②减少实验误差就要平衡无关变量，重复实验求平均值。③叶片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，叶片中氧气增多，叶圆片密度变小。说明叶圆片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2，应从蒸馏水中叶圆片没有上浮来论述。(2)利用上述实验材料，还可探究光照强度或不同的光质对光合作用的影响。[]　(1)①研究CO2浓度(或NaHCO3浓度)对叶片光合速率的影响　相同时间内烧杯中叶圆片浮起的数量②用打孔器打出的叶圆片数量足够多；每组实验重复几次，记录的数据取平均值③该同学的观点是错误的，因为在蒸馏水的那组实验中，叶片一样进行了呼吸作用，却没有叶片浮起，叶片上浮的原因是光合作用强度大于呼吸作用强度，叶片内氧气增多(2)光照强度、光的性质影响光合作用的因素及在生产中的应用[问题探究]1．光照强度、CO2浓度分别直接影响光合作用的什么过程？提示：光照强度直接影响光合作用的光反应过程。CO2浓度直接影响光合作用的暗反应过程。2．夏季中午，光照强、温度高，但植物的光合作用强度反而减弱，原因是什么？提示：光照过强→气孔关闭→CO2供应不足→光合作用下降。3．大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。提示：有机肥被微生物分解产生无机盐和CO2，无机盐被植物吸收利用，CO2能增大棚内的CO2浓度，提高作物的光合速率。[归纳总结]　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，此时只进行细胞呼吸，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，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(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CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。(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．水及矿质元素对光合作用的影响(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。某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题：(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是________________________。(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑______这一因素的影响，并采取相应措施。[解析]　(1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；分析坐标图中曲线的走势可以看出，当CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。(2)由题图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，暗反应受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。[答案]　(1)0　A、B和C　(2)光强　(3)大于　(4)光强[课堂小结]知识网络构建核心语句背诵1．光照强度：直接影响光反应速率，光反应产物[H]与ATP的数量多少会影响暗反应速率，这是最主要的因素。2．温度：影响光合作用过程，特别是暗反应中酶的催化效率，从而影响光合作用强度。3．CO2浓度：CO2是暗反应的原料，CO2的浓度高低直接影响暗反应速率。4．矿质元素：例如Mg是叶绿素的组成成分，N是光合酶的组成成分，P是ATP分子的组成成分。5．水分：水分是光合作用的原料之一，缺水时植物的气孔关闭，CO2进入气孔减少，光合作用强度下降。1．下列条件中，改变哪一项与提高农作物的产量关系不大(　　)A．增加空气中氧气含量B．提高温度C．增加空气中CO2的含量D．增加光照强度[答案]　A2．我国青藏高原农区小麦高产的主要原因是当地(　　)A．昼夜温差大，太阳辐射强B．CO2浓度高C．雨量充沛D．气温偏低，水分蒸发少A　[青藏高原昼夜温差大，太阳辐射强，白天作物光合速率高，夜间呼吸消耗少，有机物积累多。]3．利用温室大棚栽培蔬菜、瓜果等农作物已成为现代农业的基本模式。下列是温室大棚栽培经常采取的措施，其中不是通过增强光合作用速率实现的是(　　)A．给农作物增施氮肥B．大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2C．给农作物补充适宜强度的人工光照D．夜间适当降低农作物的环境温度D　[给农作物增施氮肥能增强光合作用速率；大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2，为光合作用提供原料，从而增强了光合作用速率；给农作物补充适宜强度的人工光照也是通过增强光合作用速率来实现增产的；夜间适当降低农作物的环境温度，导致酶活性降低，从而减少细胞呼吸对有机物的消耗，最终达到增产的目的，可见该措施是通过减弱细胞呼吸速率而实现增产的。]4光合作用与化能合成作用的根本不同点是(　　)A．这两类作用的生物种类不同B．用以合成有机物的无机原料不同C．由无机物合成有机物的过程中所需的酶不同D．所需能量的来源不同[答案]　D5．影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，其外界因素有光照强度、CO2含量、温度等，其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物等。请根据下图分析：(1)如果横轴代表光照强度，光照强度影响光合作用强度，主要是影响____________阶段，该阶段发生的部位是__________________。一天内光合作用强度随光照强度的变化可用曲线__________来表示。(2)如果横轴代表温度，温度主要通过影响__________来影响光合作用强度。(3)如果横轴代表CO2的含量，CO2的含量影响光合作用强度，主要是影响__________的产生。[答案]　(1)光反应　类囊体的薄膜上　d(2)酶的活性　(3)C3