第三课时影响光合作用的环境因素
学习目标
1．分析影响光合作用的环境因素(重点)。
2.概述光合作用原理的实践应用(重难点)。
|基础知识|
一、影响光合作用的环境因素
1．光照强度
光照强度低时，植物光合速率低。光照强度增强，光合速率变大；光照强度进一步提高，光合速率增加幅度减小；光照强度超过某一定值时，光合速率不再增加。
2．CO2的浓度
CO2是光合作用的原料之一。在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加，达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率不再增加。
3．温度
温度影响酶活性，因而对光合速率也有明显的影响。
(1)不同植物光合作用的最适温度不同，一般在25～30 ℃左右。
(2)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。
(3)高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2
进入细胞的量。
4．水和营养元素
会直接或间接地影响植物光合速率。
(1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率；
(2)氮素可以促进叶片面积的增大和叶片数目的增多，从而增加光合面积，间接地影响植物
光合速率。
二、光合作用原理的应用
1．农业生产中提高光能利用率的途径：增加光照面积、延长光照时间和增强光合作用效率等。
(1)大田：套种、合理密植等措施充分吸收阳光以达到目的。
(2)大棚：适当延长光照时间，提高CO2浓度和温度以提高光合作用效率。
(3)提供适合浓度的营养元素，如施用含N、P、K、Mn、Zn元素的肥料。
2．植物缺乏症：缺乏光合作用必需的营养元素时，植物叶片变黄、变小，或叶上有斑点、叶边缘呈现烧焦状等缺乏病症。
|自查自纠|
判断正误：
(1)农业生产中提高光能利用率的措施包括增加光照面积，延长光照时间和增强光合作用效
率。
() (2)施用含N、P、K、Mn、Zn等元素的肥料，可促进光合作用效率的提高。
() (3)大棚栽培不仅可适当延长光照时间，还可适当提高CO2浓度和温度，来提高光合作用效
率。
() (4)CO2浓度越大光合作用效率就越高。
() (5)与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短。()
答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×
|图解图说|
★在光照条件下，绿色植物才能进行光合作用，吸收CO2，放出O2；在无光照的时候，只
进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO2。
___________________________________________ _____ _____________________ ___________________________
★缺水时气孔关闭，影响CO2进入叶肉细胞，从光合产物积累的角度分析，植物缺水导致
光合产物输出缓慢，使光合速率下降
___________________________________________ _____ _____________________ ___________________________
★大棚中增加CO2浓度提高作物光合作用效率
___________________________________________ _____ _____________________ ___________________________
探究点影响光合作用的环境因素
1．根据光照强度与光合作用速率的关系图像，试探讨：
(1)结合光合作用的过程，解释出现以上曲线变化的原因。
提示：光照是光合作用光反应的条件，主要影响光反应。光照强度增加，[H]和ATP浓度增大，增加光合作用速率，当达到饱和点后，光合作用速率不再增加。
(2)正常进行光合作用的棉花植株，突然停止光照，其叶绿体内的三碳化合物、五碳化合物
的含量将发生怎样的变化？为什么？
提示：三碳化合物含量上升，五碳化合物含量下降。突然停止光照，光反应产生的[H]和A TP 减少，使三碳化合物的还原速率降低，而由于二氧化碳浓度未发生变化，三碳化合物的生成速率未变，故三碳化合物的含量上升；五碳化合物的含量则下降。
(3)结合光照强度与光合作用速率的关系曲线，分析生产中有哪些措施可以提高作物产量。提示：①延长光合作用时间：通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间，提高有机物合成的时间，从而增加产量；
②增加光合作用面积：合理密植，提高单位时间的光能利用率，从而提高农作物产量。2．根据CO2浓度与光合作用速率之间的关系图像，试探讨：
(1)若为植物提供高浓度的CO2，其光合作用速率情况将会怎样？
提示：在CO2饱和点之前，增加CO2浓度，光合作用速率提高；在CO2饱和点之后，增加CO2浓度，光合作用速率不再增加。
(2)正常进行光合作用的棉花植株，突然停止CO2供应，其叶绿体中三碳化合物和五碳化合
物的含量将发生什么变化？为什么？
提示：三碳化合物含量减少，五碳化合物含量增加。因为CO2是暗反应的原料，在暗反应中，CO2和五碳化合物反应生成三碳化合物，三碳化合物在光反应产生的ATP提供能量的条件下，被[H]还原为五碳化合物和糖类。由于停止CO2供应时光照并未发生变化，所以CO2和五碳化合物的反应停止，而三碳化合物的还原仍在继续进行，所以三碳化合物含量会减少，五碳化合物含量会增加。
(3)结合CO2浓度与光合作用速率的关系曲线，分析在实际生产生活中如何提高作物产量。提示：“正其行，通其风”或将蔬菜大棚与养鸡棚等相连起来提高CO2浓度，提高植物光合作用速率，从而增加作物产量。
3．结合温度与光合作用速率之间的关系图像，思考下列问题：
(1)分析温度对光合作用速率影响的实质。
提示：光合作用是在酶的催化下进行的，温度通过影响酶的活性而影响光合作用速率。(2)分析图像中AB段、BC段的形成原因。
提示：AB段表示随温度升高，酶的活性升高，光合作用速率逐渐增加，至B点时达到最大；
B点对应的温度表示光合作用最适温度；BC段表示随温度升高，酶的活性下降，甚至失活，光合作用速率快速下降，直至完全停止。
(3)结合温度与光合作用速率之间的关系图像，分析该曲线在实际生产生活中有何应用。
提示：①冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培又可适当降低温度。
②白天适当提高温度，以提高光合作用速率，晚上适当降低温度，以降低细胞呼吸速率，保
证植物有机物的积累。
(4)如图表示的是八月份某一晴天一昼夜中某植株CO2的吸收和释放曲线，请根据曲线分析
出现e点下降的原因？
提示：e点时大约为中午，气温过高光照过强，蒸腾过强，叶片为保水而关闭气孔，造成叶肉细胞中CO2过少，使光合作用速率下降。
4．如图是多因素对光合作用速率影响的变化趋势图，试分析P点前、P→Q点、Q点后分别影响光合作用速率的因素。
提示：①P点前，限制光合作用速率的因素应为横坐标所表示的因素，随其因素的不断加强，光合作用速率不断提高。
②P点到Q点之间，限制因素既有横坐标因素，也有其他因素。
③Q点后，横坐标所表示的因素，不再是影响光合作用速率的因素，要想提高光合作用速率，
可采取适当提高图示中其他因素的方法。
1．光合作用速率
(1)表示方法：通常用单位时间单位叶面积上的CO2固定量表示，或用O2、(CH2O)等产物的
生成量来表示。
(2)净光合速率和真正光合速率
①净光合速率：即表观光合作用速率，常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积
累量来表示。
②真正光合速率：即实际的光合作用速率，常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机
物产生量来表示。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸消耗。
2．光合作用曲线中的“午休”和“晴转阴”现象
(1)午休现象
炎热夏季的中午，外界环境温度过高，植物的蒸腾作用过于旺盛，为减少水分散失，叶片气孔关闭。同时，大气中CO2进入受阻，导致暗反应减弱，合成有机物减少。
(2)“晴转阴”时影响光合作用的关键因素是光照强度，此时光照减弱，光合作用光反应阶
段受到抑制，产生的[H]、ATP减少，影响了暗反应，有机物的产量也减少。
3．矿质元素对光合作用速率的影响
N、P、K等矿质元素参与合成与光合作用有关的物质，在一定范围内，增大矿质元素的供应量可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物失水、萎蔫。
4．外界环境骤变对光合作用中物质含量的影响
当外界因素中光照强度、CO2浓度骤然变化时，短时间内将直接影响光合作用过程中C3、C5、[H]、ATP及(CH2O)的生成量，进而影响叶肉细胞中这些物质的含量，总结规律如下：
外界条件骤变时光合作用中物质变化的规律
(1)C3的变化总是与C5、A TP和[H]的变化相反。
(2)判断此类问题的关键是先找出环境条件变化最先影响光反应还是暗反应阶段，其次确定
最先影响该阶段中的哪一因素，然后再根据反应过程确定其他物质的变化。
【例】如图为植物光合作用强度随光照强度变化的坐标图，下列叙述中不正确的是
()
A．A点叶肉细胞产生A TP的细胞器只有线粒体
B．B点植物的光合作用强度与细胞呼吸强度相等
C．当植物缺镁时，B点将右移
D．已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如果该图表示该植物处于25 ℃环境中，则将温度提高到30 ℃时，A点上移，B点左移
尝试解答
解析A点植物只进行细胞呼吸，产生ATP的细胞器只有线粒体；植物缺镁时，若要使光合作用强度保持不变，则需增加光照强度，因此B点将右移；将温度提高到30 ℃时，细胞呼吸加强，光合作用减弱，因此，A点上移，B点右移。
答案 D
净光合速率和总光合速率的判定方法
(1)有“释放量”、“吸收量”或“积累量”等词语时，则为净光合速率；如果有“消耗量”、“同化量”、“制造量”、“生产量”等词语时，则为实际光合速率。
(2)若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，即曲线的起点是坐标原点，则该曲线表示总(真)光合速率；若CO2吸收值为负值，即曲线的起点在原点之下，则该曲线表示净光合速率。
(3)若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。
【跟踪训练】
根据图中的曲线分析，在晴天，大田农作物光合作用的主要限制因素是
(
)
A ．光照强度
B ．CO 2浓度
C ．温度
D ．水分
解析 由图可知当光照充足时，CO 2浓度不同会影响光合作用速率。 答案
B
1．番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，
原因是
( )
A ．光反应强度升高，暗反应强度降低
B ．光反应强度降低，暗反应强度降低
C ．光反应强度不变，暗反应强度降低
D ．光反应强度降低，暗反应强度不变
解析 镁是叶绿素的组成成分，缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低，进而因[H]和
ATP合成不足而使暗反应强度降低。
答案 B
2．用一水生植物做如图所示的处理，不影响单位时间内产生气泡数的是
()
A．玻璃容器的容积B．台灯与玻璃容器的距离
C．溶于水中的CO2的量D．水生植物的叶片数
解析台灯与玻璃容器的距离决定了光照强度，溶于水中的二氧化碳是光合作用的原料，水生植物叶片数目决定了叶绿体数目。
答案 A
3．光照增强，光合作用增强，但在光照最强的夏季中午，由于气孔关闭，光合作用不但不能继续增强，反而下降，主要原因是
() A．水分解产生的[H]的数量不足
B．暗反应过程中三碳化合物产生量不足
C．叶绿体利用光能合成的ATP的数量不足
D．水分含量减少
解析夏季中午光照强度过大，叶片气孔关闭，二氧化碳进入叶片受阻，导致光合作用的暗反应过程中三碳化合物产生量下降，使光合作用强度下降。
答案 B
4．温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量
() A．增加室内CO2浓度B．增大室内昼夜温差
C．增加光照强度D．采用绿色玻璃盖顶
解析光合色素几乎不吸收绿光，绿光下光合强度低。
答案 D
5．我国青藏高原农区小麦产量高，新疆、甘肃产的瓜果特别甜，其主要原因是
() 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
解析我国青藏高原、新疆、甘肃等地区海拔高，太阳辐射强，白天可以形成更多的糖类等光合产物；同时由于昼夜温差大，夜晚温度低，呼吸消耗的有机物较少，因此小麦产量高、瓜果特别甜。
答案 A