2023-2024学年 苏教版 必修一影响光合作用和细胞呼吸的环境因素 学案

第四节影响光合作用和细胞呼吸的环境因素1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。2.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。1.科学思维——利用模型与建模思想，理解环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响。2.科学探究——基于给定的条件，设计实验探究环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响。3.社会责任——依据环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响，指导农业生产，解决实际问题。一、影响光合作用的环境因素1．光合速率：可以用单位时间单位叶面积上的CO2固定量或O2释放量来表示。2．光照是植物进行光合作用的必要条件(1)验证光照强度影响光合作用的实验①自变量：光照强度；通过灯泡与黑藻之间的不同距离来控制。②无关变量：二氧化碳浓度等。③因变量：1min内黑藻产生的气泡数。④实验结论：在一定范围内，光合速率随着光照强度的增强而相应增加；当光照强度达到某一定值后，光合速率不再增加。(2)探究光质对光合作用影响的实验①暗处理目的：消耗叶片内原有的淀粉。②自变量控制：不同颜色的光。蓝色、红色、绿色的玻璃纸分别透过蓝光、红光和绿光。③因变量检测：叶片在隔水加热的酒精中脱色，然后滴加碘液。④实验结论：植物在红光和蓝光下产生的淀粉较多，光合速率更高。3．CO2浓度：在一定范围内，植物光合速率随着环境中CO2浓度的上升而增加；在CO2浓度达到某一定值后，光合速率不再增加。4．温度：通过影响酶活性而影响光合速率。5．水：水是光合作用光反应阶段的原料。6．无机盐(1)氮素：是蛋白质、核酸的组成成分，充足的氮素供应可以促进叶面积的增大和叶数量的增多。(2)镁：叶绿素的组成成分。二、影响细胞呼吸的环境因素1．呼吸速率是植物细胞代谢强弱的一个重要指标，常用单位面积或单位重量的植物体在单位时间内所吸收O2或释放CO2的量来表示。2．温度(1)机理：通过影响酶活性影响细胞呼吸。(2)特点①一定范围内，酶活性随温度升高而提高，呼吸速率也会增高；到达最高值后，随温度升高而下降。②细胞呼吸的最适温度、最低温度和最高温度会因植物的种类和生理状态的不同而有较大差异。③植物细胞呼吸的最适温度一般高于光合作用的最适温度。3．氧(1)在氧浓度较低的范围内，植物的有氧呼吸速率随氧浓度的增加而升高，增至一定程度时，呼吸速率不再升高。(2)以有氧呼吸为主的生物体内，随着氧浓度的提高，无氧呼吸会减弱。4．二氧化碳：当二氧化碳体积分数高于5%时，细胞呼吸明显受到抑制。5．含水量：一定范围内，细胞呼吸速率随组织含水量的增加而增高。三、光合作用和细胞呼吸原理的应用1．增加光照面积、延长光照时间等可以充分利用光能。2．适当增强细胞呼吸可以促进作物的生长发育。3．在储藏果蔬时，一般采用适当降低温度或氧浓度的方法，抑制细胞呼吸，以减少有机物的消耗。4．在储藏粮食时，通过降低粮仓的湿度，使储存的种子保持干燥，以抑制细胞呼吸，延长保存期限。(正确的打“√”，错误的打“×”)1．光照强度影响光合作用但光质不影响。 ()2．温度只影响暗反应过程，因为只有暗反应需要酶的催化。 ()3．CO2浓度是通过影响暗反应过程来影响光合作用的。 ()4．植物处在干旱环境中，光合作用不能正常进行，主要影响光反应中水的光解。 ()5．储存蔬菜、水果时应隔绝O2，以减弱细胞呼吸。 ()6．稻田需要定期排水，否则水稻幼苗会因缺氧生成乳酸而变黑、腐烂。 ()提示：1．×光质也能影响光合作用。2．×光反应也需酶的催化，也受温度影响。3．√4．×植物缺水，则气孔关闭，CO2供应不足，影响暗反应，水的光解只需很少H2O就能进行。5．×若隔绝O2，细胞无氧呼吸会加强，不利于蔬菜、水果的储存，而应低氧储存。6．×水稻幼苗缺氧生成乙醇。影响光合作用的环境因素1．光照强度(1)原理分析：光照强度主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生，进而限制暗反应阶段。(2)曲线分析A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸；A点的CO2释放量表示细胞呼吸速率AB段开始进行光合作用，随光照强度的增强，光合作用强度也增强，但光合作用强度小于细胞呼吸强度B点光合作用强度＝细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用)，此时光照强度称为光的补偿点BC段随着光照强度的增强，光合作用强度不断增强C点光照强度增强，光合作用强度基本不变，此时光照强度C′点称为光的饱和点，C点的CO2吸收量表示净光合作用速率(3)应用分析①欲使植物正常生长，则光照强度应大于B点对应的光照强度。②适当提高光照强度可增加作物产量。③阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，间作套种时农作物的种类要合理搭配。2．CO2的浓度(1)原理分析：通过影响暗反应阶段，制约C3生成。(2)曲线分析图1图2①走势分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增大而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。②关键点分析：图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点。图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。(3)应用分析①温室中适当增加CO2浓度，如投入干冰等；②大棚中“正其行，通其风”，以及多施有机肥来提高CO2浓度。3．温度(1)原理分析：通过影响酶活性进而影响光合作用。(2)曲线分析①AB段：随着温度升高，光合作用增强。②B点：光合作用最适温度。③BC段：随着温度升高，光合作用减弱。④温度过高时，酶失活，光合作用完全停止。(3)应用分析①适时播种。②温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。4．水和营养元素(1)水：是光合作用重要的反应物，又可影响气孔的开闭，间接影响CO2的吸收，还可影响光合产物的运输，从而影响光合速率。(2)营养元素：影响细胞内许多化合物的合成，从而影响植物体的光合作用，如氮是构成细胞内叶绿素、酶、ATP等物质的基本元素，可以促进叶面积的增大和叶片数量的增多，从而影响光合作用。其他影响光合作用的因素(1)因叶绿体中色素对各种色光的吸收不同，光质(不同色光)也会影响光合作用强度。(2)光照时间的长短不影响光合作用速率，但可以影响植物体光合作用的总量，从而影响植物的生长。(3)叶龄也会影响光合作用强度，随叶龄的增大，叶面积逐渐增大，光合作用速率也随之增大，到成熟时达到最大，之后随叶片衰老，叶绿素不断分解，光合作用速率随之下降。5．多因子变量图像含义P点及P点之前时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随横坐标所表示的因子的不断加强，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素应用温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当调节温度，增大光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率各种环境因素同时对植物的光合作用产生影响，请问冬季早晨和夏季早晨限制光合作用的因素分别是什么？提示：冬季早晨温度较低，温度是限制光合作用的主要因素；夏季早晨温度较高，光照较弱，光照是限制光合作用的主要因素。1．(2022·江苏连云港期末)如图为某植物在温度适宜的环境中，光合速率随光照强度变化而变化的曲线。下列叙述错误的是()A．A点光合作用强度等于细胞呼吸强度B．B点光合速率的限制因素主要是光照强度C．C点时提高CO2浓度可能增强光合作用强度D．光照强度小于A点时，该植物只进行细胞呼吸D[A点既不吸收CO2也不释放CO2，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，A正确；BC段随着光照强度增加，光合速率增强，所以B点光合速率的限制因素主要是光照强度，B正确；C点时限制因素为光照强度以外的其他因素，故提高CO2浓度可能增强光合作用强度，C正确；光照强度大于0，植物即可进行光合作用，所以光照强度小于A点时，该植物既能进行光合作用也能进行细胞呼吸，D错误。]2．(2022·江苏常熟中学模考)甲图和乙图表示某植物在适宜的CO2浓度条件下光合速率与环境因素之间的关系，下列相关描述错误的是()甲乙A．甲图中，a点限制光合速率的因素主要是光照强度，d点限制光合速率的因素可能是温度B．从乙图可以看出，当超过一定温度后，光合速率会随着温度的升高而降低C．温度主要是通过影响酶的活性来影响光合速率的D．若b点对应正常植物的光饱和点，则缺镁b点会右移D[甲图表示光照强度和温度对光合速率的影响，乙图表示温度对光合速率的影响。a点光照强度下不同温度下光合速率相同，说明光照强度是此时的主导因素，也是主要限制因素；d点光照强度下各温度下的光合速率只随温度变化，所以此时的限制因素应该是温度。温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性来影响光合速率的，A、C正确；从乙图可以看出，当超过一定温度后，光合速率会随着温度的升高而降低，B正确；b点对应温度为10℃时正常植物的光饱和点，缺镁植物的叶绿素合成减少，对光能的利用减少，在较低光照强度下光合速率就会达到最大，光合作用强度降低，b点会左移，D影响细胞呼吸的因素1．影响细胞呼吸的内因——遗传因素遗传物质的不同决定酶的种类和数量不同，进而影响细胞呼吸的类型、速率等。(1)生物的细胞呼吸类型①需氧型生物——需在氧气充足的条件下才能正常生活，如人、绝大多数动植物。②厌氧型生物——需要在无氧条件下才能正常生活，有氧时细胞呼吸会受到抑制，甚至不能生长，如乳酸菌、破伤风杆菌。③兼性厌氧生物——在有氧条件下进行有氧呼吸，在无氧条件下进行无氧呼吸，如酵母菌。(2)不同种、不同生长发育时期或不同组织器官，细胞呼吸速率有差异(以植物为例)①不同种类植物的细胞呼吸速率不同，一般旱生植物小于水生植物，阳生植物大于阴生植物。②同一植物在不同生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗期、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。③同一植物的不同组织器官呼吸速率不同，一般生殖器官大于营养器官。2．影响细胞呼吸的外因——环境因素(1)温度①影响(如图)：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35℃之间。②应用eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(低温储存食品,大棚栽培在夜间和阴天适当降温,温水和面发得快))(2)氧气①影响(如图)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。a．O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。b．0<O2浓度<10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。c.O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。d．O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。②应用eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(中耕松土促进植物根部有氧呼吸,无氧发酵过程需要严格控制无氧环境,低氧储存粮食、水果和蔬菜))(3)水分①影响eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(水作为有氧呼吸的反应物可直接参与反应,水作为生物化学反应的介质影响反应的进行,在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加,而加快，随含水量的减少而减慢))②应用eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(粮食在入仓前要进行晾晒处理,干种子萌发前进行浸泡处理))(4)CO2①影响：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行，如图所示。②应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。农业上有一句关于锄地(中耕松土)的谚语“锄头下面有肥”，请结合所学知识分析该谚语的合理性。提示：松土可增加土壤中的氧气浓度，促进农作物的有氧呼吸强度，进而增强矿质元素的吸收。3．如图表示温度或O2浓度对呼吸速率的影响，有关说法错误的是()甲乙丙丁A．甲图不能表示人体肌细胞中ATP的生成速率与O2浓度的关系B．乙图中a点对应O2浓度下细胞呼吸的ATP产生速率最大C．丙图曲线变化的主要原因是温度影响与细胞呼吸有关的酶的活性D．丁图中曲线Ⅱ表示有氧呼吸的CO2生成速率，曲线Ⅰ表示无氧呼吸的CO2生成速率B[人体肌细胞中的ATP主要通过有氧呼吸产生，在一定O2浓度范围内，有氧呼吸随O2浓度的升高而增强，ATP的生成速率也随之增加，所以甲图不能表示人体肌细胞中ATP的生成速率与O2浓度的关系，A正确；a点时细胞呼吸强度最弱，产生ATP的速率最小，B错误；丙图曲线变化的主要原因是温度影响与细胞呼吸有关的酶的活性，从而影响细胞呼吸，C正确；从丁图两曲线的走势可以判断出曲线Ⅱ表示有氧呼吸的CO2生成速率，曲线Ⅰ表示无氧呼吸的CO2生成速率，D正确。]4．(2022·江苏连云港赣榆质量检测)科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响，结果如图所示。下列叙述正确的是()A．20h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体B．50h后，30℃条件下果肉细胞没有消耗O2，密闭罐中CO2C．50h后，30℃的有氧呼吸速率比2℃和15℃D．实验结果说明温度越高，果肉细胞有氧呼吸速率越大B[果肉细胞不能进行光合作用，其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A错误；50h后，30℃条件下果肉细胞没有消耗O2，是由于此温度条件下酶的活性较高，有氧呼吸已将O2消耗殆尽，以后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B正确、C错误；由于酶具有最适温度，若超过最适温度，有氧呼吸速率会降低，且该实验中呼吸速率还受O2浓度影响，根据实验数据也得不到该结论，D运动成为当今人们生活的一种时尚。人在剧烈运动时，会因骨骼肌进行无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛。健身教练提倡有氧运动。通过对材料的分析知，无氧呼吸积累的乳酸会使肌肉酸痛，因此提倡有氧运动。由此形成社会责任和科学思维的学科素养。(1)试从细胞呼吸角度分析提倡慢跑等有氧运动的原因。(生命观念)提示：有氧运动能避免因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸大量积累会使肌肉酸胀无力。(2)请从有氧呼吸和无氧呼吸的产物及释放能量多少的角度分析原因？(科学思维)提示：有氧呼吸的产物是CO2和H2O，对于机体的影响较小，且有机物中的能量全部释放。而无氧呼吸的产物中的乳酸对机体不利，且有机物中的能量仅释放一部分。[课堂小结]知识网络构建要点强化识记1.光照是植物进行光合作用的必要条件，光照强度会影响光合速率；叶绿体中的色素对不同光质的光有不同的吸收值。2.CO2是光合作用的原料之一；温度对光合作用中酶活性的影响很大；土壤中的水分含量和无机盐的种类也会影响光合速率。3.光合速率可以用单位时间单位叶面积上的CO2固定量或O2释放量来表示。4.呼吸速率是植物细胞代谢强弱的一个重要指标，常用单位面积或单位重量的植物体在单位时间内所吸收O2或释放CO2的量来表示。5.植物细胞呼吸的最适温度一般高于光合作用的最适温度。6.温度通过影响酶活性影响细胞呼吸；氧是细胞进行有氧呼吸的必要条件；二氧化碳是细胞呼吸的最终产物；植物组织的含水量与呼吸速率也有密切关系。7.植物种类的不同以及同一植物的不同组织器官，也能影响植物细胞的呼吸速率。8.增加光照面积、延长光照时间等可以充分利用光能；适当增强细胞呼吸可以促进作物的生长发育。9.在储藏果蔬时，一般采用适当降低温度或氧浓度的方法，抑制细胞呼吸，以减少有机物的消耗。10.在储藏粮食时，通过降低粮仓的湿度，使储存的种子保持干燥，以抑制细胞呼吸，延长保存期限。1．某同学为研究某种水草的光合作用与光照强度之间的关系。与用白炽灯作为光源相比，日光灯可有效避免光照强弱变化所引起的()A．CO2浓度变化 B．O2浓度变化C．pH变化 D．温度变化D[本实验研究某种水草的光合作用与光照强度之间的关系，故自变量是光照强度，无关变量有CO2浓度和温度等，与用白炽灯作为光源相比，日光灯产热量小，可有效避免温度变化对实验的影响。]2．如图曲线a表示某种植物在最适温度和0.03%的CO2浓度条件下，光合作用合成量随光照强度变化的曲线。若在B点时改变某种条件，结果发生了如曲线b的变化，则改变的环境因素是()A．适当提高温度 B．增大光照强度C．适当增加CO2浓度 D．增加酶的数量C[此时温度已经是最适温度，因此再提高温度会使酶的活性降低，光合作用速率降低；B点是光照的饱和点，此时光照不是限制光合作用的因素；CO2的浓度为0.03%，相对较低，所以增加CO2浓度会提高光合作用的速率；酶的数量属于内因。]3．如图为在不同条件下，光合作用速率随光照强度的变化而变化的曲线(Y表示除光照强度外的其他因素)。下列有关分析不正确的是()A．在OA段，限制光合作用速率的主要因素是光照强度，而不是YB．在AB段，限制光合作用速率的主要因素有光照强度和YC．在BC段，限制光合作用速率的主要因素是Y，而不是光照强度D．Y可表示不同的温度或二氧化碳的浓度，其中Y1＞Y2＞Y3D[OA段，光合作用速率主要取决于光照强度，而不是Y；AB段，光照强度和Y的改变都会影响光合作用速率；BC段，光照强度的改变不再影响光合作用速率；光合作用速率随温度的升高而升高，超过一定温度后，光合作用速率随温度的升高而下降，Y2不一定比Y1低。]4．利用温室大棚栽培蔬菜、瓜果等农作物已成为现代农业的基本模式。下列是温室大棚栽培经常采取的措施，其中不是通过增强光合作用速率实现的是()A．给农作物增施氮