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影响光合作用的因素及应用我


影响光合作用的因素及应用
吴彦军

2014—03

影响光合作用强度的因素?
气体反应物
光照强度、光质、光照时间;

光能

CO2+H2O

叶绿体

(CH2O)+O2
①Mg、N等矿质元素; ②酶的活性受温度等

影响。

(色素、酶)

①作为反应物和反应的媒介; ②水分→气孔关闭→CO2供应

影响光合作用强度的因素?
光合色素以及与光合作用有关的酶 内因:

叶面指数(疏密)
光(强度、光质) CO2浓度

外因: 温度
矿质元素

水分

1.光
CO2 吸 收 量 mg/dm2·h CO2

光照强度
光的三要素: 光质 光照时间 光
合 速 率

C

0
A

B

光照强度

0

A

释 放 量

光照强度

两种表示方法有什么区别呢?

1. 光

CO2 吸 收 量 mg/dm2·h

光合速率(强度)

C

阳生植物 阴生植物

净 光 合 速 率 呼 吸 速 率

0
CO2

B

光照强度

释 放 量

A

实 际 光 合 速 率 ( 总 值 )

净值=总值(实际值)-呼吸消耗值

①纵坐标代表实际光合速率(强度)还是净光合速率(强度)? 净光合速率
如何判断曲线图中纵坐标代表的是总的还是净值? ①不过原点的曲线代表的是净值;②题干交代“测定”的值——一定是净值

②ABC点各代表的意义? A:呼吸强度;B:光补偿点;C:光饱和点
③如果图中曲线表示的是阳生植物,那么阴生植物的曲线应当怎样? 阴生植物的光补偿点、光饱和点 < 阳生植物

生物学意义
? 呼吸强度; ? 光补偿点; ? 光饱和点

CO2 吸 收 量 mg/dm2·h CO2

C
S2

释 放 量

0 S1 B A

S3

D

光照强度

E

呼吸消耗量: OA与OD围成的面积(S1+S3)

净积累量:

AC与AE围成的面积—呼吸消耗(S2—S1)

总光合作用量: 净值+呼吸消耗量(S2+S3)

对应训练:(07年高考山东卷)
以测定的CO2吸收量与释放量为 指标,研究温度对某绿色植物光 合作用与呼吸作用的影响,结果 如图所示。下列分析正确的是 ( )

A

A.光照相同时间,35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相 等 B.光照相同时间,在20℃条件下植物积累的有机物的量最多 C.温度高于25℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少 D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的 量相等

制造的、产生的——

测定的、积累的——

总值 净值

应用:控制好光强
措施:
①大棚种植阴雨天应补充光照,把光强控制在光饱和点,至 少要在光补偿点之上;

②根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求,控制光照强 弱。如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。

对应例题:下图为四种植物(ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ)在不 同光照强度下光合作用速率的曲线,其中最适于 在荫蔽条件下生长的植物是( ) A、Ⅰ B、Ⅱ C、 Ⅲ D、Ⅳ

D

CO2
外因 对光合作用的影响 CO2是光合作用的原料.
CO2的饱和点

在生产上的应用 ⑴温室:

c

d

b
CO2的补偿点

e

CO2浓 度

①燃烧植物桔杆; ②使用二氧化碳发 生器; ③与猪舍鸡舍鸭棚 连通。
⑵温室与大田:

a
a—b: CO2太低,农作物消耗光合产物; b—c: c—d:

①确保良好通风; 随CO2的浓度增加,光合作用强度增强; ②增施有机肥料; CO 浓度再增加,光合作用强度保持不变; ③深施“碳铵”。
2

d—e: CO2浓度超过一定限度,将引起原生质体中 毒或气孔关闭,抑制光合作用。

CO2浓度(其他条件不变)
总 光 合 速 率

CO2是光合作用的两种原料之一 酶 净 2C CO2的固定: CO2+C5 3
光 合 速 率

O A

B

CO2浓度

O

A

B

CO2浓度

如果纵轴为总光合速率,则A点为光合作用启动点;

如果纵轴为净光合速率,则A点为CO2补偿点;
CO2浓度为B时,光合作用的强度最大,B点为CO2饱和点。

? 正确理解CO2补偿点的意义

二 氧 ? 增大光照强度,则饱合点 化 碳 B右移; (因为植物能利用更高浓度 吸 收 的CO2) 速 反之,B点左移。 率

O

A

B

CO2浓度

应用:温室栽培时适当提高CO2的 浓度
措施:
①多施有机肥或农家肥; ②大田生产“正其行,通其风”,即为 提高CO2浓度、增加产量; ③释放一定量的干冰或给植物浇碳酸饮 料(施NH4HCO3)。

对应例题1:(10全国卷) 下列四种现象中,可以用下
图表示的是( )

A
m

A、在适宜条件下光合作用强度随CO2含量的变化 B、条件适宜、底物充足时反应速率随酶量的变化 C、一个细胞周期中DNA含量随时间的变化 D、理想条件下种群数量随时间的变化 解析:如图曲线的走势为先增加后稳定,曲线有两个关键点: 即起点m(m>0)和饱和点。符合这一曲线的为A选项;B 项对应的曲线起点不正确,曲线的走势一直为增函数,不会 出现饱和效应;C项对应的曲线就更不正确了,起点纵坐标 等于终点,且大于0;D项曲线为种群的“J”型增长曲线。

对应例题2:下列相关叙述,正确的是 (



D
A.如果光照强度适当降低,a 点左移,b 点左移 B.如果光照强度适当降低,a 点左移,b 点右移 C.如果光照强度适当增强,a 点右移,b 点右移 D.如果光照强度适当增强,a 点左移,b 点右移

【解析】光合作用强度受光照强度和CO2浓度的综合影响。分析曲线

图可知:a点时,CO2吸收速率为0,此时叶片光合作用强度等于呼吸作用 强度,b点时,CO2吸收速率最大,CO2浓度达到饱和点。当光照强度适 当增强时,光合作用增强,由于呼吸作用强度不变,此时CO2浓度只有小 于a点时的浓度才能使叶片光合作用强度等于呼吸作用强度,故a点左移。 光照强度增强,光能增多,光反应增强,CO2浓度成为限制光合作用达到 最大值的主要因素,因此CO2浓度只有大于b点时的浓度,光合作用强度 才能达到最大值,故b点右移。此题的答案为D。

3.温度
光 合 速 率

B

A 0 10 20 30 40 50 温度

应用措施:

请判断图中曲线哪条 代表的是光合作用、 呼吸作用?净光合速 率曲线怎样绘制?

(1)大田中适时播种 (2)温室栽培植物时,冬天适当增温,夏天适当降温;白 天调到最适温度或适当提高温度,晚上适当降温;阴雨天白 天适当降温,维持昼夜温差。 (3)适时浇水,使气孔开放,加强蒸腾,降低植物体温度。 生活在寒带地区的植物能否正常进行光合作用? 能 。

对应训练
在温室中栽培农作物,如遇到持续的阴
雨连绵天气、为保证作物的产量,对温度的

控制应当(

A、降低温室温度,保持昼夜温差

A



B、提高温室温度,保持昼夜温差
C、提高温室温度,昼夜恒温 D、降低温室温度,昼夜恒温

对应例题:下图4条曲线为不同光照、不同CO2浓度下,
马铃薯净光合速率随温度变化的曲线,a光照非常弱, CO2很少(远小于0.03%);b适当遮阴(相当于全光照的 1/25),CO2浓度为0.03%;c为全光照(晴天不遮阴), CO2浓度为0.03%;d为全光照, CO2浓度为1.22%;请据 图回答: (1)根据图中 净40 提供信息,你能 光 得出什么结论? d 30 合 速20 光合作用受光 率 10 照强度、CO2 b c a 0 浓度、温度等 0 温度 C 影响。 10 20 30 40 50 -10

(2)随着光照强度和CO2浓度的提高,植物光合作用 (以净光合作用为指标)最适温度的变化趋势是怎样 的呢?为什么? 逐渐提高,因为当光照强度和二氧化碳浓度提高, 此时限制光合作用的因素是酶的活性,在一定范围 内酶的活性随温度的提高而增大。 (3)当曲线b净光合速率降为零时,真光合速率是 否为零?为什么?
不为零,因为在b实验条件下,呼吸速率不为零 (4)上述结果给我们的生产实践提供了什么指导?

适时播种,控制光照强弱,合理密植,通风透光, 增施有机肥等措施提高净光合产量

4.矿质元素

矿质元素

矿质元素是光合作用的产物——葡萄糖进一步合成许多 有机物时所必需的物质。如缺少N,就影响蛋白质(酶)的 合成;缺少P就会影响ATP、NADP+的合成;缺少Mg就会 影响叶绿素的合成。K既使茎秆健壮抗倒伏,同时又促进淀 粉的形成和向储存器官(块茎)的运输。

应用措施:
合理施肥可促进叶片面积增大,提高酶的合成率,提 高光合作用速率。

5.水分
植物夏季为何“午休”?
水分

①水分既是光合作用的原料,又是化学反应的媒介; ②水分是植物蒸腾的对象。缺水→气孔关闭→CO2进入 受阻→间接影响光合作用

应用措施:
合理灌溉。

光合作用和呼吸作用曲线图剖析
我们见到的有关光合作用和呼吸作用关系的变 化曲线图中,最典型的就是夏季的一天中CO2吸收 和释放变化曲线。

a点:凌晨3-4点时,温度降低,呼吸作用减弱, CO2释 放减少。 b点:早上6点左右,太阳出来,开始进行光合作用。 bc段点:光合速率 < 呼吸速率。 c点和e点:光合速率 = 呼吸速率。 ce段:光合速率 > 呼吸速率。 ef段点:光合速率 < 呼吸速率。 fg段点:太阳落山,停止光合作用,只进行呼吸作用。

积累有机物的时间段:ce段 制造有机物的时间段:bf段 消耗有机物的时间段:og段 一天中有机物最多的时间点:e点

一天中有机物最少的时间点:c点

对应例题:导致植物夏季中午光合作用“午休”的 直接原因是( )
A.温度过高,蒸腾过强,缺乏光反应原料水 B.温度过高,酶活性降低 C.气孔关闭,缺乏CO2 D.呼吸作用过强,无有机物积累

C

6.叶龄

光 合 作 用 强 度 O

A

B C 叶龄

OA段——幼叶。随幼叶的不断生长,叶 面积增大,叶绿体增多,叶绿素含量增 加,光合速率增加。 AB段——壮叶。叶片面积、叶绿体和叶 绿素都处于稳定状态,光合速率稳定。 BC段——老叶。随叶龄的增加,叶绿素 被破坏,光合速率也随之下降。

应用措施:
农作物、果树管理后期适当 摘除老叶、残叶。可降低其 呼吸作用消耗有机物。

7.光合面积(叶面指数)
B

应用措施:
OB段——随叶面积的增大,光合作用实际量不 断增大,B点为光合作用面积的饱和点。超过B 点,光合作用不再增强,原因是有很多叶被遮挡 在光补偿点以下。 ①增加光合作用面积,如 合理密植、间作和套种; ②适当间苗、修剪,合理 施肥、浇水,避免陡长, 封行过早,使中下层叶子 所受的光照往往在光补偿 点以下,白白消耗有机物, 造成不必要的浪费。

叶面积指数不能超过 出,无法生活下去。

A

点,否则植物将入不敷

名词解释
间作: 在一块田地上同时、间隔种植两种作物。
如在同时间隔播种玉米和谷子。

套种:就是在前一季作物生长后期,播种下一季

作物。是一种解决前、后季作物之间季节 矛盾的复种方式 。如在小麦成熟之前,在 垄间播种棉花。

意义: 增大了光合作用面积;增加了单位土地面积
上光合作用时间,提高了光能利用率;同时还有利 于不同作物对不同矿质元素的充分吸收;避免了同 种作物长时间种植易患某种病虫害的可能。

光能利用率
光能利用率一般是指单位土地面积上,农作物光合作
用合成的有机物中所含的能量,与这块土地所接受的太阳能 之比。

提高光能利用率措施:
1、延长光合作用时间,如暗处补充光照;一年种2季改为种3季。 2、增加光合作用的面积。如合理密植、间作套种等。 3、控制光强、光质、CO2、温度、矿质元素、水分等。

影响光合作用因素总结
不同植物光合作用不同;

内因:基因决定酶种类
数量不同

不同部位(叶)光合作用不同;
不同叶龄的叶光合作用不同。

光(强度、光质) CO2浓度

外因: 温度
矿质元素 水分 【光合时间、光合面积(叶面指数)】

多因子影响

图象

多 因 子 含义

P 点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断 加强,光合速率不断提高。当到 Q 点时,横坐标所表示的因子不再是影 响光合速率的因子,要想提高光合速率,可适当提高图示的其他因子 温室栽培时,在一定光照强度下,白天可适当提高温度,增加光合酶的活 应用 性,提高光合速率,也可同时适当增加 CO2,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 浓度以提高光合作用速率

呼吸速率、净光合速率的测定:

①测量什么? 呼吸速率



光合速率 NaHCO3 光下



②烧杯中装 NaOH
③条件?







黑暗

④测呼吸速率原理
黑暗处,只进行呼吸作用 消耗O2,产生的CO2被

测光合速率原理
光下,光合作用>呼吸作用 光合作用产生的O2多于呼吸作 用吸收的O2,而CO2维持稳定 气压增大 ,液滴右移

NaOH吸收
气压下降 ,液滴左移

液滴左移的距离(体积)即 为O2的消耗量也即呼吸速率

液滴右移的距离(体积)即为 O2的产生量也即净光合速率

例5、生物细胞呼吸分解有机物的差异会导致呼吸作用释放的CO2与 吸收的02比发生差异,这可用呼吸商表示:为了测定种子萌发时的 呼吸商,现准备了3只玻璃瓶、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的蚕 豆种子、滤纸、10%的KOH溶液、清水等。1号玻璃瓶的实验装 置如图所示。 ①.1号玻璃瓶内的气体变化还不足以求出发芽蚕豆的呼吸商, 由此还要利用2号玻璃瓶来测定发芽蚕豆呼吸作用过程中的某一 种气体的变化。将这一实验装置用图解表示。 VO2-VCO2
细胞呼吸释放CO2 细胞呼吸吸收O2
1号 发芽种子 清水滤纸 瓶塞 墨滴

2号

VO2

例5、生物细胞呼吸分解有机物的差异会导致呼吸作用释放的CO2与 吸收的02比发生差异,这可用呼吸商表示:为了测定种子萌发时的 呼吸商,现准备了3只玻璃瓶、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的蚕 豆种子、滤纸、10%的KOH溶液、清水等。1号玻璃瓶的实验装 置如图所示。 ①.1号玻璃瓶内的气体变化还不足以求出发芽蚕豆的呼吸商, 由此还要利用2号玻璃瓶来测定发芽蚕豆呼吸作用过程中的某一 种气体的变化。将这一实验装置用图解表示。 VO2-VCO2
细胞呼吸释放CO2 细胞呼吸吸收O2
1号 发芽种子 清水滤纸 瓶塞 墨滴

2号
发芽种子

瓶塞 KOH滤纸

墨滴

VO2

例5、生物细胞呼吸分解有机物的差异会导致呼吸作用释放的CO2与 吸收的02比发生差异,这可用呼吸商表示:为了测定种子萌发时的 呼吸商,现准备了3只玻璃瓶、瓶塞、带刻度的玻璃管、发芽的蚕 豆种子、滤纸、10%的KOH溶液、清水等。1号玻璃瓶的实验装 置如图所示。 ②.为了排除呼吸作用以外的原因引起的误差,应对装置作何 处理?
细胞呼吸释放CO2 细胞呼吸吸收O2

VO2-VCO2
1号 发芽种子 清水滤纸 瓶塞 墨滴

2号
发芽种子

瓶塞 KOH滤纸

墨滴

VO2

化能合成作用
自然界中的某些细菌,能够利用环境中的 某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有 机物,这种合成作用称化能合成作用。
硝化 2NH3 + 3O2 细菌 硝化 2HNO2 + O2 细菌

2HNO2 + 2H2O + 能量 2HNO3 + 能量 (CH2O )+ O2

CO2 + H2O

硝化细菌

生物的代谢类型
同化作用
类型

异化作用 物质代谢
类型

能量代谢

生物的代谢类型
自养型 光合作用
类型 化 能 合 成 作 用

同化作用的代谢型

区别:能量来源不同 共同点:将无机物合成有 机物,并储存能量

生物:绿色植物、光合细菌;硝化细菌、铁细菌 、 硫细菌等

异养型 动物和人类;营腐生、寄生生活的细
菌和真菌等。

异 化 作 用 的 代 谢 型

需氧型

进行有氧呼吸,也能进行暂时 的、部分的无氧呼吸 只能进行无氧呼吸,氧气的存在 抑制其呼吸作用 (如乳酸菌、破伤风杆菌)

厌氧型

兼性厌氧型 既能进行有氧呼吸,也能进
行无氧呼吸(如酵母菌)

命题视角

有关光合作用的计算

(1)有光和无光条件下,植物都进行呼吸作用

(2)光合作用实际产氧量 = 实测的氧气释放量 +呼吸作用耗氧量 (3)光合作用实际CO2消耗量 = 实测的CO2消耗 量 + 呼吸作用CO2释放量
(4)光合作用葡萄糖净生产量 = 实际光合作用 葡萄糖生产量 -- 呼吸作用葡萄糖消耗量。 (5)计算时,应该先列出光合作用和呼吸作用的 反应时,然后列出方程予以计算。
下页

知识归纳
光合作用及呼吸作用在提高作物产量方面的主要应用

途径
延长光照时间 增大光合

措施或方法
补充光照 间作、合理密植 控制适宜光强、提高CO2浓度(如通风)、合理施 肥(供应适量必需矿质元素) 维持适当昼夜温差(白天适当升温,晚上适当降 温)

作用面积
提高光合 作用效率 提高净光合 作用速率

(2)光合速率与呼吸速率的关系 ①绿色植物在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率。

②绿色植物组织在光下,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、呼吸速率的关系:真正光合速率=净光

合速率+呼吸速率
④三者的常用表示方法:
真正光合速率 净光合速率 呼吸速率 O2 产生(生成)速 率 O2 释放速率 黑暗中 O2 吸收 速率 CO2 固定速率 CO2 吸收速率 黑暗中 CO2 释放 速率 有机物产生(制造、 生成)速率 有机物积累速率 有机物消耗速率


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