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高三生物教案:《光合作用和呼吸作用》教学设

2019-01-20 23:08 来源:未知

  光照强度:植物的光合作用强度在一定范围内是随着光照强度的增加,同化吸收CO2的速度也相应增加,但当光照强度达到一定时,光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增强。

  植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用,当植物在某一光照强度条件下,进行光合作用所吸收的CO2与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时,这一光照强度就称为光补偿点,这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。

  当光照强度增加到一定强度后,植物的光合作用强度不再增加时,这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点,此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。

  光补偿点在不同的植物是不一样的,主要与该植物的呼吸作用强度有关,与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。

  所以在栽培农作物时,阳生植物必须种植在阳光充足的条件下才能提高光合作用效率,增加产量;而阴生植物应当种植在阴湿的条件下,才有利于生长发育,如果阴生植物光照强度大,蒸腾作用旺盛,植物体内因失水而不利于其生长发育,如人参、三七、胡椒等的栽培,就必须栽培于阴湿的条件下,才能获得较高的产量。

  OA段表明随叶面积指数(叶面积指数= )的不断增大。光合作用实际量不断增大,A点为真正光合作用面积的饱和点,随叶面积指数的增大,真正光合作用不再增加,原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。

  OB段干物质量随真正光合作用增加而增加,而由于A点以后光合作用量不再增加,而叶片随叶面积指数的不断增加OC段呼吸量不断增加,所以干物质积累量不断降低,如BC段。

  田间管理时,适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长。如果封行过早,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。

  CO2是光合作用的原料,矿质元素直接或间接的影响光合作用,在一定范围内,随CO2和矿质元素的增多,光合作用速度逐渐提高,但到A点,即CO2和矿质元素达到饱和,光合作用不再随CO2和矿质元素浓度的提高而增加。但当CO2浓度升高到浓度很高时影响了植物的呼吸作用,而导致光合作用下降。矿质元素浓度在很高时,也会影响光合作用速度。如氮肥过多,会造成农作物徒长倒伏。矿质元素过高还会造成细胞质壁分离,影响细胞的吸水,从而影响农作物的生命活动。

  “正其行,通其风”,温室内充CO2,即为提高CO2浓度、有利于增加产量。合理施肥可促进叶片面积增大,提高酶的合成率,增加光合作用速率。

  ②温度:植物所有的生活过程都受温度的影响,因为在一定的温度范围内,提高温度可以提高酶的活性,加快反应速度。

  光合作用也不例外,在一定的温度范围内,在正常的光照强度下,提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。如图所示。

  所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内真正光合作用的酶最适温度。

  白天调到真正光合作用最适温度,以提高净光合作用;晚上适当降低温室的温度,以降低呼吸作用,所以保持一定的昼夜温差能保证植物有机物的积累。

  OA段为幼叶,随幼叶的不断生长,叶面积不断增大,叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加,光合作用速率不断增加。

  AB段为壮叶,叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态,光合速率也基本稳定。

  农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶,都是根据其原理。又可降低其呼吸作用消耗有机物。

  P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随其因子的不断加强,光合速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因素,不再是影响光合速率的因子。要想提高光合速率,可采取适当提高图示的其他因子。

  温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度,增加光合作用中酶(特别是光反应酶)的活性,提高光合速率,同时适当充加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,以提高光合速率。总之,可根据具体情况。通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率,以达到增产的目的。

  ①温度:温度能影响呼吸作用,主要是影响呼吸酶的活性。一般而言,在一定的温度范围内,呼吸强度随着温度的升高而增强。如图曲线所示。根据温度对呼吸强度的影响原理,在生产实践上贮藏蔬菜和水果时应该降低温度,以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准,否则细胞受损,对病原微生物的抵抗力大减,也易腐烂损坏。

  ②氧气:氧气是植物正常呼吸的重要因子,氧气不足直接影响呼吸速度,也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸,大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2。酒精对细胞有毒害作用,所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生,氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用图中曲线来表示。微生物的无氧呼吸称为发酵,氧气对发酵有抑制作用。图中曲线也适用于对微生物的无氧呼吸和有氧呼吸的描述。根据氧对呼吸作用影响的原理,在贮存蔬菜、水果时适当地降低氧的浓度,如降得太低,植物组织就进行无氧呼吸,无氧呼吸的产物(如酒精)往往对细胞有一定的毒害作用,而影响蔬菜、水果的贮藏保鲜。

  增加 CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理,在蔬菜和水果的保鲜中,增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。

  总光合作用速率(真正光合作用速率)=净光合作用速率(表观光合作用速率)+呼吸作用速率

  光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳消耗量+呼吸作用二氧化碳释放量

  植物光合作用吸收的CO2(释放O2)的速率,代表植物总光合作用速率;植物光合作用制造的葡萄糖,代表植物光合作用实际葡萄糖生产量。

  植物光下吸收的CO2(释放O2)的速率,代表植物净光合作用速率;植物光合作用积累的葡萄糖,代表植物光合作用葡萄糖净产量。

  典例1.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

  C.已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25℃和30℃,如图表示该植物处于25℃环境中,则将温度提高到30℃ 时,a点上移,b点左移,d点下移

  变式1-1.在右面曲线图中,有M.N、O、P、Q五个点,对它们的含义的叙述正确的是

  ②N点时,植物体只进行呼吸作用;O点时,植物体的光合作用强度等于呼吸作用强度

  A.若图甲曲线表示的是阴生植物的光合速率受光强度的影响,则阳生植物的曲线与此比较,b点向左移,c点向右移

  典例2.下左图中曲线a表示水稻根有氧呼吸和无氧呼吸所释放的CO2总量的变化,曲线b表示有氧呼吸释放的CO2量的变化,则表示无氧呼吸释放的CO2量的变化是下图中的

  变式2-1.右图表示的是某植物的非绿色器官呼吸时O2的吸收量和CO2的释放量之间的相互关系,其中线段XY=YZ,则在氧浓度为a时

  变式2-2.酵母菌是人类的第一种“家养微生物”。在一个固定容积的培养液中,单位时间内在不同的氧气浓度下,下图所示的酵母菌相关指标与实际不相符的是

  典例3.在两个相同密闭、透明玻璃室内各放置一盆相似的甲、乙两种植物幼苗,在充足的水分、光照和适宜的温度等条件下,用红外线测量仪定时测量玻璃内的CO2含量,结果如下表(假设实验期间光照、水分和温度等条件恒定不变)。下列有关分析,错误的是

  变式3-1.将某种绿色植物的叶片,放在特定的实验装置中,研究在10℃、20℃的温度条件下,分别置于5klx、10klx光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用。结果如图所示。

  ①.呼吸速度在20℃下是10℃下的2倍②.在10℃、5klx的光照下,每小时光合作用产生的氧气量是3mg

  ③.在5klx光照下,10℃时积累的有机物比20℃时多④.在20℃、10klx光照下,每小时光合作用固定的CO2量约是13.9mg

  变式3-2.下表是一个生物兴趣小组同学对某种植物的叶片进行光合作用实验时测得的一组数据,下列选项下列选项是四位同学根据这组数据绘制的四种光照强度与光合作用吸收CO2总量的曲线,你认为正确的是

  典例4.现将一C3植物放入一个密封的玻璃钟罩内培养,罩中养有以此植物为食的小动物,罩内的氧气用18O标记。给予光照若干天后,下列有关叙述正确的是

  C.在光学显微镜下,C3植物和C4植物的最大区别是:前者维管束鞘细胞中含有不含基粒的叶绿体

  A.图a曲线表示玉米离体叶片光下利用14CO2进行光合作用时14C含量变化的情况

  典例5.在开展生物学实践活动时,对照实验设计应遵循单一变量的原则.为了研究光对大豆生长的影响,某小组设计了如下实验:在两只花盆里分别种相同数量的大豆苗,并进行如右处理.在这一实验设计中,有一处不正确,需要改正为

  变式5-1.某同学想探究二氧化碳浓度与光合速率的关系。他取A、B、C、D四株都有5片叶的小白菜,用直径lcm的打孔器打取小叶圆片各10片,并设法抽去气体使之下沉,置于光下。取100mL三角瓶4个,编号1~4,按下表操作(光照、温度相同且适宜)并记录结果。下列评价或修正不合理的是

  变式5-2.下图表示研究NaHCO3溶液浓度影响光合作用速率的实验,下列说法错误的是( )

  B.将整个装置置于暗室,一段时间后检查红色液滴是否移动,可以证明光是光合作用的必要条件

  C.当NaHCO3溶液浓度不变时,在B内加入少量蠕虫,对红色液滴移动不产生明显影响

  D.为使对照更具说服力,应将伊尔藻置于蒸馏水中(不含NaHCO3) 的烧杯中

  典例6.(20分)用某种大小相似的绿色植物叶片,分组进行实验:已知叶片实验前的重量,在不同温度下分别暗处理1小时,测其重量变化;立刻再光照1小时(光强度相同),再测其重量变化。得到如下结果:

  * 指与暗处理前的重量进行比较,“”表示减少的重量值,“+”表示增加的重量值

  (2)假如叶片的重量变化都是光合作用所合成的有机物的量,则在28℃条件下每小时光合作用合成的有机物为 mg,氧气产生量最多的是第 组叶片。

  (3)绿色植物叶绿素的合成是否与光照有关?某生物小组对此进行了探究。请利用玉米幼苗及其它用具设计并完成实验。

  变式6-1.为了验证光质对叶片光合作用的影响,请用所提供的实验材料与用具,在给出的实验步骤的基础上,继续完成实验步骤的设计和预测实验结果,并对预测结果进行分析。

  实验材料与用具:小烧杯三只、三棱镜、打孔器、注射器、40W灯泡、烧杯、富含CO2的NaHCO3稀溶液(为光合作用提供原料)、绿叶(如菠菜叶)(实验过程中光照和温度等条件适宜,空气中O2和CO2在水中的溶解量忽略不计)。

  (1)取生长旺盛的绿叶,用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片(注意避开大的叶脉)

  (2)将圆形叶片置于注射器内,并让注射器吸入清水,待排出注射器内残留的空气后,用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞,使小圆形叶片内的气体逸出。这一步骤可重复几次。

  (3)将内部气体逸出的小圆形叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。(这样的叶片因为细胞间隙充满水,所以全都沉到水底。)

  试在下面同一坐标图中画出不同类型的单色光(光质)下,光照强度与光合作用强度的关系曲线来说明这个问题。

  变式6-2.(20分)植物叶绿素的合成需要光照、适宜的温度和必要的矿质元素。下面提供250mL锥形瓶若干,80粒玉米种子(胚乳中可能含有镁离子),以及其它实验用具。请设计实验验证叶绿素的合成所需的上述条件。

  (1)配置含有蔗糖、水、琼脂及植物必需的所有矿质元素的1号培养基和不含镁(其他成分和1号均相同)的2号培养基、调至适宜pH,备用:

  如果把在培养基中正常生长的幼苗移入盛有完全营养液的广口瓶中并在适宜的光照和温度条件下继续培养,一段时间后,如果幼叶又表现缺素症,造成这种现象的主要原因是:

  典例7.(20分)实验是人们认识事物的基本手段,在实验过程中,不仅需要相应的知识、精密的仪器,还要注意运用科学的方法。

  (1)为了探究种子萌发时进行的呼吸类型,某研究性学习小组设计了下列实验。请根据要求填空。

  ②实验原理:种子萌发过程如果只进行有氧呼吸,则吸收的氧气量和放出的二氧化碳量相等;如果只进行无氧呼吸,则不吸收氧气,能放出二氧化碳;如果既有有氧呼吸又进行无氧呼吸,则吸收的氧气量小于放出的二氧化碳量。

  ③实验材料和用具:萌发的豌豆种子、带橡皮塞的玻璃钟罩两只、100mL烧杯4个、两根弯曲的其中带有红色液珠的刻度玻璃管、NaOH溶液、清水、凡士林。

  ④实验方法:将实验材料和用具按上图配置好实验装置,如想得到实验结论还必须同时设计另一个实验,请指出另一个实验应如何设计(绘装置图表示,并用简短的文字说明)

  (2)为了使测得的有色液滴移动数值更准确,必须进行校正。 校正装置的容器和小瓶中应分别放入

  (3)生活中发现,受到机械损伤后的樱桃易烂。有人推测易烂与机械损伤引起樱桃呼吸速率升高有关。请结合测定呼吸速率实验装置,设计实验探究机械损伤能否引起樱桃呼吸速率升高。

  变式7-2.(20分)将某绿色植物放在特定的实验装置内,研究温度对光合作用与呼吸作用的影响(其余的实验条件都是理想的),实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示。

  (2)昼夜不停地光照,该植物生长的最适宜温度是多少度?______________。

  (1)下降 在暗处,叶片只进行呼吸作用,温度升高,酶的活性增强,分解有机物增多,叶片重量下降 光照时,温度升高,光合作用和呼吸作用都增强,但不成一定比例,而叶片重量变化是光合作用产生的有机物和呼吸作用消耗的有机物之差组成,故叶片重量增加没有一定规律。

  (3)实验步骤:②A组幼苗放在有光照的环境中,B组幼苗放在无光的黑暗环境中;

  (一)(4)取三只小烧杯,分别倒入20mL富含CO2的NaHCO3稀溶液。 并分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片。(2分)

  (5)用40W灯泡照射,三棱镜色散形成红光、黄光、绿光分别作用于三只小烧杯。(2分)

  (6)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(叶片全部浮起经历的时间)(2分)

  (二)预测结果:单位时间内红光作用的小烧杯内的小圆形叶片浮起的数量最多,绿光作用的小烧杯内的小圆形叶片浮起的数量最少(4分)。

  结果分析:因为绿叶中的色素吸收红光和蓝紫光的能力最强,吸收绿光的能力最弱(2分)。因此在红光照射时产生O2的速度最快,叶肉细胞间隙的O2增加最快,叶片上浮的速度也就最快,相反绿光照射的烧杯叶片上浮最慢(4分)

  培养基及处理 1号培养基,灭菌,冷却 1号培养基,灭菌,冷却 1号培养基,灭菌,冷却 2号培养基,灭菌,冷却

  外界条件 充足光照,适宜温度(30℃) 充足光照,温度10℃(低温) 黑暗,适宜温度(30℃) 充足光照,适宜温度(30℃)

  ④如图。(说明:强调等量的种子,即用等量的清水代替NaOH,观察红色液滴的移动情况。)

  ⑤Ⅰ.装置一中的液滴左移,装置二的液滴不移动,则说明萌发的种子只进行有氧呼吸;

  Ⅱ.装置一中的液滴不动,装置二中的液滴右移,则说明萌发的种子只进行无氧呼吸;

  Ⅲ.装置一中的液滴左移,装置二中的液滴右移,则说明萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。

  ②机械损伤能引起樱桃呼吸速率升高(或机械损伤不能引起樱桃呼吸速率升高)(2分)

  ③ 第二步:向容器内加入与实验组等量消毒的受到机械损伤后的樱桃,其它处理及装置与实验组完全相同,记录相同时间内有色液滴移动距离为b (3分)

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