影响光合作用和细胞呼吸的环境因素高一上学期生物苏教版（2019）必修第一册

第4节影响光合作用和细胞呼吸的环境因素1必备知识·自主学习一、影响光合作用的环境因素1.光合速率:单位时间内单位叶面积上的CO2_______或O2_______。2.光照:(1)光照强度。填一填:验证光照强度影响光合作用的实验分析。①自变量:_________;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_______。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_________;当光照强度达到某一定值后,光合速率_________。固定量释放量光照强度气泡数相应增加不再增加(2)光质。填一填:探究光质对光合作用影响的实验设计。①暗处理目的:消耗叶片内原有的_____。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___光、___光和___光。③因变量检测:叶片在隔水加热的_____中脱色,然后滴加_____。④实验结论:植物在___光和___光下产生的淀粉较多,光合速率更高。淀粉蓝红绿酒精碘液红蓝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_____;在CO2浓度达到某一定值后,光合速率_________。4.温度:通过影响_______而影响光合速率。5.水:水是光合作用___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_____和叶数量_____。(2)镁:_______的组成成分。增加不再增加酶活性光增大增多叶绿素【问·答】

叶片在隔水加热的酒精中脱色,目的是什么?提示:避免叶片的绿色影响淀粉检测结果的观察。二、影响细胞呼吸的环境因素1.呼吸速率:单位面积或单位重量的植物体在单位时间内所吸收__或释放___的量。2.温度:(1)机理:通过影响_______影响细胞呼吸。O2CO2酶活性(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_____;到达最高值后,随温度升高而_____。②细胞呼吸的最适温度、最低温度和最高温度会因植物_____和_________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。增高下降种类生理状态3.氧:(1)在氧浓度_____的范围内,植物的有氧呼吸速率随氧浓度增加而_____,增至一定程度时,呼吸速率_________。(2)随着氧浓度的提高,无氧呼吸会_____。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_____。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_____。较低升高不再升高减弱抑制增高6.植物种类、生长发育时期、器官:判一判:判断下列说法的正误。(1)一般来说,旱生植物细胞呼吸速率比水生植物高。()提示:一般来说,旱生植物细胞自由水含量较低,呼吸速率比水生植物低。(2)一般阴生植物细胞呼吸速率比阳生植物低。()(3)一般在幼苗期、开花期等生长旺盛期细胞呼吸速率高。()(4)一般生殖器官比营养器官的细胞呼吸速率高。()(5)一般幼嫩的组织器官比衰老的组织器官细胞呼吸速率低。()提示:一般幼嫩的组织器官比衰老的组织器官细胞呼吸速率高。×√√√×三、光合作用、细胞呼吸原理的利用选一选:分析下列生产、生活中所采取的措施。有利于光合作用利用光能的是_____。可增强细胞呼吸的是___。降低呼吸速率的是_______。①马铃薯套种玉米②水稻生产中露田、晒田③合理密植④储藏果蔬时降低温度或氧浓度⑤密闭的土窖保存果蔬⑥储藏粮食时降低粮仓湿度和种子含水量①③②④⑤⑥【问·答】用于食品保鲜的酶制剂包括溶菌酶等,试解释溶菌酶是如何保鲜的。提示:溶菌酶可清除食品表面的微生物,避免其细胞呼吸导致食品变质。2关键能力·合作学习知识点一影响光合作用的环境因素

1.光照强度:(1)原理:主要影响光反应阶段ATP和NADPH的产生,进而影响暗反应阶段。(2)曲线分析:A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,CO2释放量表示细胞呼吸速率AB段开始进行光合作用,随光照强度增加,光合作用速率逐渐增加,但光合作用速率小于细胞呼吸速率B点光合作用速率等于细胞呼吸速率,此时光照强度为光的补偿点BC段光合作用速率大于细胞呼吸速率,随光照强度增加,光合作用速率逐渐增加C点光照强度增加,光合作用速率基本不变,此时的光照强度(C')为光的饱和点C点以后此阶段限制光合作用速率的环境因素为温度、CO2浓度等2.CO2浓度:(1)原理:CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3的生成进而影响光合作用强度。(2)曲线:关键点ACO2的补偿点:光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度A'进行光合作用所需的最低CO2浓度B和B'CO2饱和点走势分析图1和图2一定范围内,光合作用强度随CO2浓度的增大而增强,但当CO2达到一定的浓度时,光合作用强度不再增强3.温度:(1)原理:通过影响酶活性进而影响光合作用。(2)曲线:①AB段:随着温度升高,光合作用强度增强。②B点:光合作用最适温度下的光合作用强度。③BC段:随着温度升高,光合作用强度减弱。④温度过高时,酶失活,光合作用完全停止。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: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,可以促进叶片面积的增大和叶片数量的增多,从而影响光合作用。5.多因子变量对光合作用的影响:P点:限制光合速率的因素主要应为横坐标所表示的因子,随着此因子的不断加强,光合速率不断提高。Q点:横坐标所表示的因子不再是限制光合速率的因子,限制因素主要为各曲线所表示的因子。6.光合作用原理在生产实践中的应用:实例原理间作套种有利于改善作物的通风、透光条件,提高光能利用率冬季大棚内温度应白天适当提高,晚上适当降低白天有光,适当升温能提高光合速率;晚上无光,适当降温可降低呼吸作用对有机物的消耗“正其行,通其风”合理密植,通风透气,有利于充分利用光能和CO2,有利于光合作用的进行合理灌溉缺少水分会导致植物叶片气孔关闭,CO2供应不足特别提醒:影响光合作用的因素除了环境因素外还有内因:①与植物自身的遗传特性有关。②植物叶片的叶龄、叶面积指数、叶绿素含量及酶等也会影响光合作用。如表是某科研小组研究光合作用强度时所得到的部分结果,请结合图1和图2,判断相关分析正确的是 (

)改变的条件MN测定的光合作用强度PKA.若改变的条件为温度,且P>K,则M>NB.若改变的条件为温度,且M>N,则P>KC.若改变的条件为CO2浓度,且M>N,则P>KD.若改变的条件为CO2浓度,且P>K,则M>N【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:【解析】选D。据图可知,当温度超过最适温度时,随温度增大,酶的活性减弱,导致光合作用强度减弱,故若改变的条件为温度,且P>K,则M>N或M<N,A错误;据A项分析,若改变的条件为温度,且M>N,则P>K或P<K,B错误;据图可知,S点为CO2补偿点,Q点是CO2饱和点,若改变的条件为CO2浓度,当M>N处于CO2浓度饱和点之后时,则光合作用强度不变,即P=K,当M>N处于CO2浓度饱和点之前时,则光合作用强度随CO2浓度增大而增强,即P>K,C错误;据C项分析,若改变的条件为CO2浓度,且P>K,则说明一定是在CO2浓度饱和点之前提高了CO2浓度,即M>N,D正确。【审答误区】(1)未考虑超过最适温度时的情况:低于或高于最适温度时,光合速率均会下降,且二者有可能相等。(2)误认为光合作用强度会随二氧化碳浓度增加而无限增加:受酶含量、C5含量影响,二氧化碳浓度达到一定值后,光合作用强度不再增加。【母题追问】Q点之后要想提高光合作用速率,可以考虑的措施有哪些?提示:适当提高光照强度、温度、H2O、矿质元素等。【类题精练】(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是 (

)A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度【解析】选D。如果横坐标是CO2浓度,在一定温度范围内,随着温度升高,光合作用增强,但超过最适温度光合作用强度反而下降,A项错误;若横坐标是温度,则随着温度升高,甲、乙曲线在最高点后都应下降,而不是保持水平,B项错误;叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,其他波长的光色素吸收很少或不吸收,光合作用强度也相应较弱或为零,C项错误;若横坐标表示光照强度,甲可以表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度,D项正确。【补偿训练】如图为光照强度和CO2浓度对某植物光合作用速率的影响示意图。下列有关叙述中错误的是 (

)A.曲线中a点转向b点时,叶绿体中C3浓度升高B.曲线中b点转向d点时,叶绿体中C5浓度升高C.在一定范围内增加光照和CO2浓度,有利于提高光合效率D.曲线中c点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量【解析】选A。在CO2浓度为1%的曲线上,从a点到b点即增加光照强度,光反应加快,产生的ATP、[H]增多,使得暗反应也加快,故C3含量降低。在光照强度相同时,d点的CO2浓度比b点要低,会影响到CO2的固定,故C5含量增加。从图中可以看出,c点时光合作用速率达到最高(不再增高),叶绿体中酶的数量是限制因素之一。知识点二影响细胞呼吸的环境因素

1.温度对细胞呼吸速率的影响:(1)影响机理:通过影响细胞呼吸酶的活性来影响细胞呼吸速率。(2)曲线模型:①特征:与温度影响酶活性的曲线特征一致。②变化趋势:随温度的升高,呼吸速率先升高,达到一定温度后,随温度的升高,呼吸速率降低。2.O2浓度对细胞呼吸速率的影响:(1)影响机理:O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。(2)曲线模型:①分析方法:依据曲线变化趋势找出关键点的含义,分析O2浓度对细胞呼吸速率的影响。②曲线分析:O2浓度细胞呼吸0只进行无氧呼吸0→5%无氧呼吸下降:说明无氧呼吸逐渐被抑制有氧呼吸升高:说明有氧呼吸不断加强5%CO2释放总量最少,细胞呼吸总体曲线达到最低,说明此时细胞呼吸总体强度最弱10%无氧呼吸曲线与横轴相交,说明无氧呼吸停止,此时只进行有氧呼吸大于10%有氧呼吸曲线先增强后基本不变(受呼吸酶数量等因素的影响),且细胞呼吸的曲线与有氧呼吸的曲线重合【知识拓展】种子萌发时吸水和呼吸方式变化曲线(1)在种子萌发的第Ⅰ阶段,由于(吸胀)吸水,呼吸速率上升。(2)在种子萌发的第Ⅱ阶段,细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大得多,说明此期间主要进行无氧呼吸。(3)在胚根长出后,由于胚根突破种皮,增加了O2的进入量,种子以有氧呼吸为主,同时胚根大量吸水(渗透吸水)。【典例示范】(2020·石家庄高一检测)甲、乙两图描述的是环境因素与呼吸作用间的关系,下列叙述错误的是 (

)A.图甲中的变量①可表示在一定呼吸强度范围内细胞中的含水量B.图甲中的变量①可表示O2浓度,无氧条件下呼吸速率最低,适合储藏C.图乙中的变量②可表示温度,大棚种植时夜间适当降温,有利于增产D.图乙中的变量②可表示pH,pH过高会抑制细胞呼吸【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:【解析】选B。图甲呼吸速率随着变量①的升高而升高,则变量①可以表示在一定呼吸强度范围内细胞中的含水量,A正确;图甲呼吸速率随着变量①的升高而升高,但影响呼吸作用的因素除了O2之外,还有酶的数量等,所以曲线不能一直增加,且无氧条件下呼吸速率不是最低,适合储藏时应是有机物消耗最少时,即低氧浓度下,B错误;图乙呼吸速率随着变量②的升高先升高后下降,温度和pH可以影响呼吸酶的活性,所以该图可以表示呼吸速率与温度或pH之间的关系,大棚种植时夜间适当降温,减弱呼吸作用,减少有机物消耗,有利于增产,C、D正确。【方法规律】根据曲线判断影响细胞呼吸速率的因素(1)随因素的增加细胞呼吸速率先增加后减少,则影响因素为温度或含水量。(2)随因素的增加,细胞呼吸速率先增加后平稳,则影响因素为O2浓度。【类题精练】如图是外界条件对植物细胞呼吸速率的影响曲线图,以下分析错误的是 (

)A.从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度B.乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸,曲线Ⅱ表示无氧呼吸C.乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖D.乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡,可能是受到温度或呼吸酶数量的限制【解析】选B。甲图中B点温度下植物细胞呼吸相对速率最大,说明该温度下细胞呼吸最旺盛;随着O2浓度增大有氧呼吸增强,无氧呼吸减弱,故乙图中曲线Ⅰ表示无氧呼吸,曲线Ⅱ表示有氧呼吸;细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖;有氧呼吸需要酶的参与,温度会影响酶的活性,故有氧呼吸还受温度或呼吸酶数量限制,使曲线Ⅱ最终趋于平衡。【补偿训练】如图所示研究人员将水稻的根浸入水中,持续检测CO2产生速率和水中酒精含量的变化曲线。据图分析,下列说法不正确的是 (

)A.OA段根尖细胞产生CO2的场所为线粒体B.A时刻根尖细胞开始进行无氧呼吸C.OB段下降原因和CD段下降原因相同D.CD段根细胞可能逐渐失去活性【解析】选C。图中OA段酒精含量为0,根尖细胞只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸,产生CO2的场所是线粒体,A项正确。A时刻水中出现酒精,说明根尖细胞开始进行无氧呼吸,B项正确。随着酒精含量的逐渐增多,细胞逐渐失去活性,CD段下降的原因是酒精含量过多,细胞逐渐失去活性,而OB段下降的原因是水中的O2逐渐减少,C项错误、D项正确。【知识拓展】1.测定光合作用速率的“液滴移动法”:(1)测定装置。(2)测定方法及解读。①测定呼吸速率。a.装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。c.置于适宜温度环境中。d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。②测定净光合速率。a.装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用需求。b.必须给予较强光照处理,且温度适宜。c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。2.测定光合作用速率的“黑白瓶法”:(1)黑瓶:为黑布罩住的玻璃瓶,瓶中生物只进行细胞呼吸,用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值。(2)白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸,所以用白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值。(3)真正光合作用强度值=细胞呼吸强度+表观光合作用强度。3.测定光合作用速率的“半叶法”:将叶片一半遮光,一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值,曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值,综合两者可计算出真正光合作用强度值。3核心素养·情境探究【生活情境】蝴蝶兰是一种深受人们喜爱的观赏花卉,原生长于热带雨林地区。夜晚蝴蝶兰叶片吸收CO2并将其转化为苹果酸储存起来;白天,苹果酸在酶的催化下分解生成CO2用于光合作用。探究:(1)蝴蝶兰适于在热带高温环境中生长,其光合作用所利用的CO2的来源有哪些?(科学思维)提示:苹果酸分解和细胞呼吸。(2)为了研究增施CO2对蝴蝶兰生长与开花的影响,可以通过哪些方面进行检测?(科学思维)提示:用植株叶面积或株高或植株重量来表示生长状况;开花时间早晚、开花的数量、开花的时间长短可作为开花情况的指标。【实验情境】育种工作者为研究自然条件下大豆光合作用速率的日变化情况,设计了图1所示的装置。实验中将装置置于自然环境中,测定北方夏季晴天一昼夜中小室内氧气的增加量或减少量,得到如图2所示曲线。请据图回答下列问题:(1)图2中的c点表示的生物学含义是什么?__________________________________________________。

(2)图2曲线中,6～8h时,小室内氧气减少量逐渐减小,其可能的主要原因是什么?_________________________________________________。

(3)如果以缺镁的完全营养液培养大豆幼苗,则曲线中a点的移动方向是________________;你的判断依据____________________________________________________________________________________________。

【解析】(1)图2中c点正好与横轴相交,所以光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等(注意纵轴不是二氧化碳)。(2)6～8h时,小室内氧气减少量逐渐减小,其可能的主要原因是既有光合作用又有细胞呼吸,但因光照弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度。(3)镁是叶绿素的重要组成元素。缺镁时叶绿素形成量减少,需要较强的光照才能补偿细胞呼吸中有机物的消耗。答案:(1)光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等(2)植物开始进行微弱的光合作用,且光合作用逐渐增强,但此时间段内光合作用强度仍小于细胞呼吸强度(3)向右移动植物缺镁,叶绿素形成量减少,导致光合作用产生O2量少,要达到光合作用产生的O2量等于呼吸作用消耗的O2量,则需要更强的光照强度4课堂检测·素养达标1.在严寒的冬天,利用温室进行蔬菜种植,可以提高经济效益,但需要调节好温室的光照、湿度、气体和温度,以提高产品的产量,下列措施及方法正确的有________。

①由于温室内外温差大,在温室薄膜(或玻璃)上结成一层水膜,要及时擦干,以防止透光率降低②适当增加光照,以弥补冬季阳光的不足③尽量增加空气湿度,以降低植物的蒸腾作用④向温室内定期施放二氧化碳气体,以增加光合作用强度⑤向温室内定期施放氧气,以降低呼吸作用强度⑥如遇持续的阴雨天气,白天不宜过多升高温室温度,仍保持昼夜温差【解析】选①②④⑥。水膜会影响透光率,降低温室内的光照强度,从而降低光合速率,故①正确;增加光照可以提高光合速率,以弥补冬季阳光的不足,故②正确;植物进行蒸腾作用可以调节体内温度和提高物质的运输,所以过分降低植物的蒸腾作用对植物自身的生长发育不利,故③错误;施放二氧化碳气体可以提高光合作用暗反应,从而提高光合作用强度,故④正确;施放氧气,会提高植物的有氧呼吸强度,故⑤错误;植物白天进行光合作用积累有机物,也进行细胞呼吸消耗有机物,持续的阴雨天气,植物的光合作用强度不高,升高温室温度会提高植物的细胞呼吸,消耗更多的有机物,使植物有机物的积累量下降;保持昼夜温差,减少夜间的呼吸消耗,有助于植物积累有机物,故⑥正确。2.(2020·杭州高一检测)结合细胞呼吸原理分析,下列日常生活中的做法不合理的是 (

)

A.采用快速短跑进行有氧运动B.定期给花盆中的土壤松土C.真空包装食品以延长保质期D.包扎伤口选用透气的创可贴【解析】选A。快速短跑时肌肉细胞进行无氧运动,所以提倡慢跑等健康运动有利于抑制肌肉细胞无氧呼吸产生过多的乳酸,A错误;定期给花盆中的土壤松土能增加土壤中氧气的含量,增强根细胞的有氧呼吸,释放能量,促进对无机盐的吸收,B正确;真空包装可隔绝空气,使袋内缺乏氧气,可以降低细胞的呼吸作用,减少有机物的分解,且抑制微生物的繁殖,C正确;用透气的创可贴包扎伤口构成有氧环境,从而抑制厌氧型细菌的繁殖,D正确。3.(2019·湖南学考真题)水稻生长过程中,稻田要定期排水,否则水稻幼根易发黑、腐烂。稻田定期排水的目的是防止水稻幼根进行 (

)A.无氧呼吸 B.有氧呼吸C.光合作用 D.蒸腾作用【解析】选A。稻田定期排水,可防止幼根因无氧呼吸积累酒精而导致中毒、腐烂,A正确。4.下列温室栽培农作物的措施中不能提高产量的是 (

)A.采用绿色的玻璃盖顶B.适当增大室内的昼夜温差C.适当增加光照强度D.适当增加室内CO2浓度【解析】选A。光合色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光,绿光吸收最少,所以采用绿色玻璃盖顶不仅不能提高光合速率,反而会降低光合速率,A符合题意;温度通过影响光合作用酶和细胞呼吸酶的活性来影响绿色植物的有机物的净积累,白天适当提高温度有利于增强光合作用,晚上适当降低温度有利于减弱细胞呼吸,因而适当增大昼夜温差,能提高有机物的净积累量,从而提高作物产量,B不符合题意;适当增加光照强度可以提高光合作用速率,有助于提高农作物的产量,C不符合题意;CO2是光合作用的原料,适当增加CO2浓度,可以提高作物产量,D不符合题意。5.生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率并未随之增加,主要限制因素是 (

)A.细胞呼吸和暗反应 B.光反应C.暗反应 D.细胞呼吸【解析】选B。生长于较弱光照条件下的植物光反应弱,生成的ATP和NADPH少,即使提高CO2浓度,暗反应的速率也不会提高,光合速率并未随之增加。6.贾思勰,青州益都(今属山东寿光市)人,是中国古代杰出的农学家。约在北魏永熙二年至东魏武定二年间(533～544),贾思勰著成综合性农书《齐民要术》。书中,要求栽种农作物要“正其行,通其风”的原理是 (

)A.确保通风透光,从而有利于提高光合作用强度B.通风透光,可以增强农作物的呼吸作用C.可以增强农作物的抗性D.增强农作物的蒸腾作用【解析】选A。“正其行,通其风”是做到了合理密植,有利于植株合理利用光照和CO2,从而提高光合作用强度。7.(教材应用题改编)人类储存粮食和果蔬的方法远比其他动物高明,科学技术的进步使得粮食、食品、蔬菜可以更好地保存。下列说法正确的是 (

)A.在地窖中保存蔬菜是利用低温抑制细胞呼吸B.蔬菜应保存在零上低温、具有一定湿度的环境中C.种子晒干保存可以使其细胞呼吸停止D.水果应在无氧条件下保存【解析】选B。在地窖中保存蔬菜是利用低氧、高二氧化碳抑制细胞呼吸,A错误;蔬菜应保存在零上低温、具有一定湿度的环境中,避免冻害、失水,B正确;种子晒干后细胞呼吸减弱,但未停止,C错误;