学年生物必修1教学案第5章 第4节 第3课时.docx
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学年生物必修1教学案第5章第4节第3课时
1.在一定范围内，随着光照强度或CO2浓度的增大，光合速率逐渐增大，但超过一定范围后，光合速率不再增大。
2．提高光合作用强度的两种措施是：
①控制光照强弱和温度的高低；②适当增加环境中的CO2浓度。
3．能够以二氧化碳和水为原料合成糖类的生物，属于自养生物；只能利用环境中现成有机物来维持自身生命活动和生物，属于异养生物。
4．化能合成作用是指生物利用某些无机物氧化时释放的化学能合成有机物的合成作用。
5．硝化细菌是进行化能合成作用的典型生物。
第3课时 影响光合作用的因素和化能合成
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）影响因素和衡量指标：
[填图]
光合作用强度
2．探究环境因素对光合作用强度的影响[填图]
实验流程：
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，这种合成作用叫做化能合成作用。
2．实例：
硝化细菌能利用氧化氨和亚硝酸释放的化学能将CO2和水合成为糖类，供自身利用。
3．自养生物和异养生物：
[填表]
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．判断下列有关叙述的正误
（1）光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度、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间的距离来调节光照强度（√）
（3）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（×）
（4）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（×）
（5）化能合成作用与光合作用合成有机物所利用的无机物原料都是二氧化碳和水（√）
2．以下四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是（ ）
解析：
选C 沉入水底的叶片是由于细胞间隙的空气被抽取掉，所以哪一个叶片最先产生大量的氧气，充入到细胞间隙中，哪一个叶片就最先浮上来。
由于自来水中含有CO2,25℃的温度较为适宜，光照是光合作用的必需的条件，所以C选项所示的叶片最先浮起来。
3．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
C．O2释放量D．CO2吸收量
解析：
选A 植物鲜重中含量最多的是水，植物体内的水主要从土壤吸收获得。
4．光合作用的正常进行受多种因素的影响，一个生物兴趣小组研究了CO2浓度、光照强度和温度对光合作用的影响，下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线，你认为不正确的是（ ）
解析：
选D 光合作用需要酶的催化，酶在高温下会变性失活。
1．实验原理
叶片含有空气，上浮
叶片下沉
充满细胞间隙，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）黑暗目的：
防止光合作用的进行。
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．实验结果分析
（1）在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。
细胞生理状态如图：
（2）在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。
细胞生理状态如下图：
（3）在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。
细胞生理状态如下图：
[名师点拨] 本实验中易产生的两个认识误区
（1）本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值，而是光合作用的净产值，即光合作用强度减去呼吸作用强度。
（2）叶片浮起之前并不是不进行光合作用，而是光合速率小于呼吸速率或者是产生的氧气量较少。
[题组冲关]
1．下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叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间（见图乙），以研究光合速率与NaHCO3溶液浓度的关系。
有关分析正确的是（ ）
A．在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐减小
B．在b～c段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的
时间
C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
D．因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用
解析：
选C 在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的平均时间变短，表明光合速率逐渐增大；在b～c段，单独增加光照或温度可以缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，但单独增加NaHCO3溶液浓度不能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降；凡是活细胞都能进行呼吸作用。
2．下图甲是某同学探究影响植物光合速率因素的实验装置图，图乙表示的是线粒体和叶绿体之间物质的交换。
试回答：
（1）图甲装置中隔在灯与试管之间盛水玻璃柱的作用是___________________________。
（2）若实验中每隔5min改变一次试管与玻璃柱之间的距离，随着距离的增加，气泡产生速率下降，请分析影响这一结果的外界因素：
①_______________________________________________________________________；
②_______________________________________________________________________。
（3）为了探究光照强度对光合速率的影响，利用图甲装置进行实验的设计思路是：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）在什么情况下，会出现如图乙所示的情况？
________________________________
________________________________________________________________________。
（5）当产生气泡的情况下，请在图乙中用箭头标出此状态时O2的移动方向。
解析：
（1）盛水玻璃柱位于灯和盛有水藻的试管之间，由于灯不仅发光而且也能发热，所以盛水玻璃柱可以吸收热量。
（2）由于试管水中溶解的CO2量是有限的，一段时间后CO2的浓度会降低，同时距离增加会使光照强度降低。
（3）自变量是光照强度，可以通过更换灯泡大小或改变灯和试管之间的距离来改变光照强度。
（4）由于叶绿体产生的O2全部用于细胞呼吸，而线粒体产生的CO2全部用于光合作用，所以此时的光合速率和呼吸速率是相同的。
（5）产生气泡时，说明此时光合作用大于细胞呼吸，产生的O2一部分用于细胞呼吸，一部分释放到大气中。
答案：
（1）吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温的影响
（2）①光照强度减弱，光合作用产生的O2减少
②水中CO2含量逐渐下降，光合作用产生的O2减少
（3）用多组相同装置，只更换灯泡大小或只改变试管与灯之间的距离，进行对照实验
（4）光合速率等于呼吸速率
（5）如图：
1．单因子变量对光合速率影响
（1）光照强度（如下图）
①曲线分析：
A点
AB段
B点
B点后
②应用：
阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。
间作套种农作物，可合理利用光能。
（2）CO2浓度
①曲线分析：
图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：
在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
（3）温度
①曲线分析：
温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。
②应用：
冬季，温室栽培白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
2．多因子变量对光合速率的影响
（1）曲线分析：
P点：
限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：
横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
（2）应用：
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
[题组冲关]
3.右图曲线Ⅰ表示黄豆在适宜温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合速率与光照强度的关系。
在b点时改变某条件，结果发生了曲线Ⅱ的变化。
下列分析合理的是（ ）
A．与b点相比较，a点时叶绿体中C3化合物含量低
B．在b点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C．制约a点时光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D．制约c点时光合作用的因素可能是CO2浓度
解析：
选D a点时，光照强度较弱，光反应提供的[H]和ATP较少，C3的浓度较b点时高；题目中提到已是在适宜温度下，如果再提高温度，会降低光合速率；制约a点的光合作用因素是光照强度；一般情况下，在适宜温度和同等光照强度下，提高CO2浓度可大幅度提高光合速率。
4．植物的光合作用受温度（T）和光照强度（L）的影响。
下图表明植物在3种不同的光照强度下消耗CO2的情况。
分析在－5～0℃和20～30℃温度范围内，光合作用的限制因素分别是（ ）
A．L；T B．T和L；都不是
C．T；LD．T；T
解析：
选C 在－5～0℃范围内光合速率不随光照增强而增大，所以限制因素是温度；20～30℃范围内，光合速率不随温度升高而增大，而随光照强度增强而增大，所以限制因素是光照强度。
1．光合作用与细胞呼吸的联系
（1）物质方面：
①C：
CO2
（CH2O）
C3H4O3
CO2
②O：
H2O
O2
H2O
③H：
H2O
[H]
（CH2O）
[H]
H2O
（2）能量方面：
光能
ATP
（CH2O）
2．光合速率与呼吸速率
（1）呼吸速率的表示方法：
植物置于黑暗环境中，测定单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量（可用下图中OA段表示）。
（2）净光合速率和真正光合速率：
①净光合速率：
常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量（可用下图中OD段表示）。
②真正光合速率：
常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量（或制造量）（可用下图中AD段表示）。
（3）光合速率与呼吸速率的关系：
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率（A点）。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
由该关系式可用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
a．光合作用产O2量＝O2释放量＋细胞呼吸耗O2量。
b．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量。
c．光合作用葡萄糖产生量＝葡萄糖积累量（增重部分）＋细胞呼吸消耗葡萄糖量。
[题组冲关]
1．下图表示某绿色植物在生长阶段内物质的转变情况，下列叙述正确的是（ ）
A．④过程产生ATP最多，②过程能将光能转变为化学能储存在ATP中
B．进行②过程的CO2都来自大气，产生的有机物存在于液泡中
C．进行③过程时，需要水参与，产生少量的ATP
D．给植物浇H
O后，根细胞会产生少量C18O2，④过程不会产生H
O
解析：
选C ②过程是暗反应，此过程中ATP中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能；进行②过程的CO2除来自大气外，还可以由自身呼吸作用提供，合成的有机物存在于叶绿体中；③过程是有氧呼吸的第一、二阶段，有氧呼吸的第二阶段需要水的参与，并产生少量的ATP；植物根细胞吸收的H
O运输到叶片参与光合作用生成18O2,18O2可进入线粒体参与④过程产生H
O。
2．将生长状况相同的轮藻叶片分成4等份，在不同的温度下先暗处理1h，再光照1h（光照强度相同），测其质量变化，得到如下的数据。
以下叙述错误的是（ ）
组别
1
2
3
4
温度（℃）
27
28
29
30
暗处理后的质量变化（mg）
－1
－2
－3
－1
光照后和暗处理前的质量变化（mg）
＋3
＋3
＋3
＋1
A.轮藻细胞内呼吸酶最适温度约为29℃
B．第三组轮藻光合作用产生的氧气量最多
C．第四组轮藻2h合成的有机物总量为2mg
D．四个组中的轮藻光合作用强度都大于呼吸作用强度
解析：
选C 暗处理后质量变化代表1h呼吸消耗有机物的量，光处理后和暗处理前的质量变化值加2h的呼吸消耗有机物的量等于光处理1h合成的有机物总量，故轮藻细胞内呼吸酶的最适温度约为29℃；第三组轮藻合成有机物总量最多，光合产氧量也最大；第四组轮藻2h合成有机物总量为3mg；四个组中轮藻的光合作用强度都大于呼吸作用强度。
3．（全国卷Ⅱ）某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。
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；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，光合作用受到限制，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，植物的净光合速率均小于0，即该植物呼吸作用产生的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时，还要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
一、选择题
1．关于光合作用和化能合成作用的叙述，正确的是（ ）
①都需要叶绿素 ②都将CO2和水合成为有机物
③都属自养生物的营养方式 ④合成作用所利用的能量相同
A．①② B．①③
C．②③D．②④
解析：
选C 光合作用和化能合成作用都能将无机物转化成有机物，只是所利用的能量不同，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释放的化学能。
2．有关植物光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是（ ）
A．呼吸作用的中间产物丙酮酸在有氧存在的条件下可以通过线粒体双层膜
B．CO2的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6分解成CO2的过程仅发生在线粒体中
C．光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能仅转变为热能
D．种子库中贮藏的风干种子一定不能进行光合作用，也不能进行呼吸作用
解析：
选A 在氧气存在的前提下，丙酮酸进入线粒体，完成有氧呼吸的第二、三阶段。
C6H12O6不能直接进入线粒体，在细胞呼吸中需在细胞质基质中被分解形成丙酮酸。
细胞呼吸过程中有机物中稳定的化学能转变为热能和ATP中活跃的化学能。
风干种子能进行呼吸作用，只是呼吸速率很慢。
3.右图表示植物细胞内的甲、乙两种生化反应，下列有关叙述不正确的是（ ）
A．两种生化反应场所不同
B．两种生化反应可以同时进行
C．两种生化反应均伴随ATP的产生
D．影响两种生化反应的因素相同
解析：
选D 图中甲过程表示光合作用过程中水的光解，乙过程为有氧呼吸第三阶段水的形成，两种生化反应分别在叶绿体、线粒体中进行；光合作用和呼吸作用可同时进行；光合作用光反应过程中有ATP的形成，细胞有氧呼吸第三阶段形成水的过程中也有大量的ATP形成；影响光合作用和有氧呼吸的因素不相同。
4．如图表示蓝藻光合作用与光照强度的关系。
下列表述正
确的是（ ）
A．a点时，蓝藻细胞只进行呼吸作用，其场所是细胞质基质和线粒体
B．b点时，光合速率等于呼吸速率
C．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．限制a、b、c点光合速率的主要因素都是光照强度
解析：
选B a点时，光照强度为0，蓝藻细胞只进行呼吸作用；b点时，蓝藻细胞既不吸收CO2，也不释放CO2，此时光合速率等于呼吸速率；蓝藻是原核生物，无线粒体和叶绿体；图中c点后，限制光合速率的主要因素不再是光照强度。
5．下图甲表示A植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。
图乙表示A植物在不同光照强度条件下，光合速率受CO2含量影响的变化曲线。
a点与c点相比较，c点时叶肉细胞中C3的含量；b点与c点相比较，b点时叶肉细胞中C5的含量依次是（ ）
A．高、高B．低、基本一致
C．低、高D．高、基本一致
解析：
选A 由甲图可知m比n光照强度大，在乙图中当光照强度为n时，a点与c点相比较，c点CO2含量高，则叶肉细胞中C3的含量高；b点与c点相比较，CO2含量相同，但b点光照强度高，则叶肉细胞中还原生成的C5含量高。
二、非选择题
6．右图表示某植物在恒温30℃时光合速率与光照强度的关系。
试回答下列问题：
（1）图中b点时，该植物生理活动的特点是_____________________
________________________。
当光照强度为X时，叶肉细胞中产生ATP的场所有____________________________。
（2）已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25℃，图中a点将向________移动，b点将向________移动。
（3）若该图是在CO2浓度为0.1%的条件下测得的结果，在其他条件不变的情况下，当CO2浓度升到0.3%时，b点向哪个方向移动？
__________________。
解析：
（1）在图中b点时，光合作用强度与呼吸作用强度相等。
当光照强度为X时，植物既进行光合作用又进行呼吸作用，故细胞中产生ATP的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体。
（2）将温度从30℃调到25℃时，光合作用增强，呼吸作用减弱，故图中a点将向下移动，b点将向左移动。
（3）当CO2浓度增加时，光合作用加强，故只需要较弱的光照就可以使光合作用强度与呼吸作用强度相等，即b点将向左移动。
答案：
（1）光合作用强度等于呼吸作用强度（或光合速率等于呼吸速率） 细胞质基质、线粒体和叶绿体
（2）下左 （3）向左移
7．某人在一定浓度的CO2和一定温度条件下，测定植物叶片在不同光照条件下的光合速率。
下图1给出了光照强度与该植物叶片光合速率的关系，图2表示细胞内CO2和O2的转移方向。
请据图回答：
（1）根据图1，该植物叶片的呼吸速率是__________mgCO2/（100cm2叶·h）。
当光照强度为4klx时，该植物叶片总（真正）光合速率是每100cm2叶每小时吸收CO2________mg。
（2）c点以后影响光合速率的环境因素可能有______________（回答一种即可）。
（3）若突然将该植物从光下移到黑暗中，叶绿体中C3含量短时间内的变化将是________。
若该植物叶肉细胞处于图2所示状态，则对应图1曲线中________点。
解析：
叶片的呼吸速率为光照强度为0时，CO2的释放速率；总的光合速率是净光合速率与呼吸速率之和。
当光照强度达到光饱和点后，限制光合速率的因素可能是CO2浓度或
温度。
答案：
（1）6 12
（2）CO2浓度（或温度等） （3）增加 b
一、选择题
1．（海南高考）将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。
从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0。
之后保持不变。
在上述整时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是（ ）
A．降低至一定水平时再升高
B．持续保持相对稳定状态
C．降低至一定水平时保持不变
D．升高至一定水平时保持相对稳定
解析：
选C 密闭容器内的植物在光照条件下既能进行光合作用也能进行有氧呼吸，植物净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率，净光合速率只要大于0，则光合作用消耗的CO2量就大于有氧呼吸释放的CO2量；根据题意，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。
说明密闭容器内的CO2浓度从光照开始就下降，当净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0时，密闭容器内的CO2浓度停止下降，保持不变。
2．下图表示生物细胞内[H]的转移过程，下列分析正确的是（ ）
A．①过程可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着ADP的产生
B．②过程一定发生在叶绿体基质中，且必须在光下才能进行
C．真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上，且必须有O2参与
D．真核细胞的④过程发生在线粒体基质中，且必须有水参与反应
解析：
选C ①过程为水的光解，发生在叶绿体基粒上，且伴随着ATP的产生；②过程是暗反应，真核细胞发生在叶绿体基质中，有光无光都能进行；真核细胞的③过程是有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，且必须有O2参与；真核细胞的④过程包括有氧呼吸的第一、二阶段和无氧呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质和线粒体基质中，只有有氧呼吸的第二阶段需要水参与反应。
3.（重庆高考）将右图所示细胞置于密闭容器中培养。
在不同光照强度下，细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。
下列叙述错误的是（ ）
A．黑暗条件下，①增大、④减小
B．光强低于光补偿点时，①、③增大
C．光强等于光补偿点时，②、③保持不变
D．光强等于光饱和点时，②减小、④增大
解析：
选B 图示细胞为叶肉细胞，在黑暗条件下、密闭容器中，该细胞不进行光合作用，只进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO
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