师：同学们大家好，今天我们一起来学习高中生物人教版必修一第五章第四节“能量之源——光与光合作用”中环境因素对光合作用的影响及其应用。在之前的学习中，我们已经了解了光合作用的具体过程，对光合作用总反应式中的原料、所需条件以及产物之间的关系也有了清晰的认识。那么，请大家思考一个问题：影响光合作用强度的环境因素有哪些？
从原料角度考虑，二氧化碳和水都会影响光合作用强度。空气中的二氧化碳浓度，是绿色植物进行光合作用的主要原料，其含量多少必然影响光合作用强度。水不仅作为原料影响光合作用强度，同时作为细胞代谢中重要的参与物质，会影响细胞内一系列生理过程，所以水也会对光合作用强度产生一定影响。
从反应条件来看，光合作用需要光的参与，因此与光有关的因素，比如光质、光强、光照时间、光照面积等，都会影响光合作用效率。此外，整个光合作用过程有一系列酶参与，我们之前学过，酶的活性受温度影响，所以环境温度也会对光合作用强度产生影响。而且，光合作用是在叶绿体中的色素捕获光能，色素的合成与一系列矿质元素有关，像我们熟知的氮元素、镁元素等。从光合作用的原料、反应条件等方面考虑，这些因素都会影响光合作用效率。当然，从化学反应平衡的角度，生成物也会对光合作用产生一定影响，这里我们就不展开了。
生物学是一门实验科学，实验设计要遵循科学性、单一变量原则、可重复性等原则。对于实验，我们要学会控制变量，实验中的变量主要有自变量、因变量和无关变量。那么，这些变量之间是什么关系呢？首先明确自变量，它是我们进行实验研究时所改变的量，而由于自变量变化而产生变化的量，我们称之为因变量，所以自变量决定因变量的变化。无关变量是我们在实验研究中不改变、不研究，但会对因变量产生影响的变量。因此，在实验处理时，我们必须有控制变量的思想。
要控制变量，首先要了解这些变量的特点，根据特点来实现对变量的控制。比如自变量，它必须具有可操作性，如果所研究的实验变量无法操作，实验就无法进行。因变量是由于自变量变化而发生变化的量，它必须具有可测性，因为因变量是实验最终要观测的指标，如果不具有可测性，就无法测定其变化，也就无法反映实验结果。对于无关变量，虽然它不是实验所研究的变量，但因其会对因变量产生影响，所以不能视而不见。我们要对无关变量进行控制，它必须具有可控性。在设计实验时，不能让无关变量凭空消失，而是要在实验组和对照组中控制它，使它在不同组别中产生的影响相同，按照平衡消除的思想，排除它对因变量的影响。
好，这是实验的相关知识。接下来，我们一起重温探究环境因素对光合作用强度影响的实验，这里主要研究光照强度对光合作用的影响。相信大家已经了解过这个实验，我们通过重温实验过程，来理解光照强度对光合作用强度究竟产生怎样的影响。
探究光照强度对光合作用的影响，探究目的是探究不同光照强度对光合作用的影响。材料用具包括镊子、剪刀、打孔器、玻璃棒、注射器、烧杯、台灯。方法步骤如下：
依次在 3 个烧杯中盛入等量的清水，然后向水中吹入二氧化碳。用剪刀剪取叶片，将叶片叠在一起，用打孔器打出直径为 1 厘米的圆形叶片 30 片。将圆形叶片置于注射器内并吸入清水，排出注射器内的空气，用手指堵住注射器的小孔，缓慢拉动活塞，使圆形叶片内的空气溢出，反复操作数次。当发现小叶片全部沉入水底时，表明叶片内部的空气已溢出，然后把叶片放入盛有水的烧杯中，并将烧杯置于黑暗处。打开台灯，将第一个烧杯放置在离台灯较近的位置，第二个烧杯放置在较远的位置，第三个烧杯放置在更远的位置。最后比较相同时间内三个杯中浮起的叶片数量。
在刚才的实验中，我们看到了不同光照强度对光合作用的影响。如果以二氧化碳的量的变化作为指标，将光照强度与光合作用强度之间的关系绘制成曲线图，应该是这样的：在这个坐标图中，光照强度对光合作用产生的影响通过二氧化碳量的变化来反映。我们之前讲过，二氧化碳的释放量或者吸收量是自变量可检测的指标，它反映植物细胞是否进行光合作用以及光合作用强度的大小。在这个坐标图中，我们要明确一些特殊点的含义。
首先，二氧化碳的吸收量或者释放量实际上反映的是光合作用强度的大小，也就是因变量可检测的指标。在 a 点，光照强度为 0，即处于黑暗条件下，植物不进行光合作用。此时二氧化碳会释放出来，这是因为植物进行细胞呼吸会释放二氧化碳，这就是 a 点的情况。
再看 b 点，达到一定强度的光照后，植物体既不向外界释放二氧化碳，也不从外界吸收二氧化碳。这是因为在这个光照强度下，植物的光合作用强度与呼吸作用强度达到相等状态，光合作用将呼吸作用释放的二氧化碳充分利用，同时不需要从外界吸收更多二氧化碳，所以这个点我们称为光补偿点。在光补偿点时，植物光合作用合成的有机物正好够呼吸作用利用。那么光补偿点受什么因素影响呢？为什么此时合成的有机物只够呼吸作用使用？这说明在这个光照强度下，光合作用强度不够强，主要是光反应产物的限制，光照太弱，合成的有机物量仅能提供给呼吸作用，没有积累。过了 b 点后，光合作用强度开始超过呼吸作用强度，到了 c 点，光照强度继续增强，光合作用强度不再变化，这个点在生物学上称为光饱和点。是什么原因限制了它呢？很容易想到，主要受暗反应中酶活性以及二氧化碳浓度的限制。这些限制因素使得达到光饱和点后，光照强度再增强，光合作用强度也无法继续增强。
要清楚，这样的曲线是在适宜温度、外界环境中二氧化碳浓度适宜，并且假设在温度相同时，光照条件下呼吸作用速率与黑暗条件下呼吸作用速率保持不变的情况下才成立。这是光照强度对光合作用的影响。接下来看一个模式图，图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别对应曲线上的哪些部分？