苏教版高中生物必修一课件3.4 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素

第三章第四节 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素 内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升 课程标准1.说明影响光合作用的因素、原理和应用。2.说明影响细胞呼吸的因素、原理和应用。3.实验探究影响光合作用的环境因素,基于实验结果构建光照强度、光质、CO2浓度、温度对光合作用速率影响的数学模型,在理解影响光合作用原理的基础上,科学指导在生产实践中的应用。4.借助实验探究影响细胞呼吸的环境因素,构建数学模型,在理解影响细胞呼吸原理的基础上,科学指导在生产实践中的应用。 基础落实•必备知识全过关 知识点一影响光合作用的因素1.影响光合作用的内部因素:叶绿体的数量、及。2.影响光合作用的环境因素(1)光照强度①在一定范围内,随着光照强度的增强,光合速率也相应地。②光照强度超过某一定值时,光照强度增强,光合速率。光合色素的含量酶的数量和活性增加不再增加 (2)CO2浓度①在一定范围内,随着CO2浓度的上升,光合速率。②达到某一定值后,随着CO2浓度的增加,光合速率。(3)温度①植物光合作用有一定的温度适应范围,在此范围内有,此时光合作用最强。②低于或者高于最适温度,光合作用强度。(4)水和无机盐①是光合作用的原料之一,充足的水分能直接影响光合速率。②通过参与构成与光合作用相关的重要化合物对光合作用造成直接或间接影响。增加不再增加最适温度减弱水无机盐 知识点二影响细胞呼吸的因素1.影响细胞呼吸的内部因素:。2.影响细胞呼吸的环境因素(1)温度温度主要影响。(2)O2浓度①O2浓度影响细胞呼吸的。②在一定范围内,随着O2浓度的增加,有氧呼吸速率,无氧呼吸被。③达到某一定值后,随着O2浓度的增加,有氧呼吸速率。酶的种类和数量与细胞呼吸有关酶的活性类型和速率增加抑制不再增加 (3)CO2浓度CO2是细胞呼吸的最终产物,CO2浓度过高会抑制细胞呼吸。(4)含水量细胞呼吸速率与的含量有关。在一定范围内,细胞呼吸速率随组织含水量的增加而增加。自由水 结论语句辨一辨(1)光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度、光照强度等外界因素。()(2)光合作用和细胞呼吸总是同时进行的。()(3)几乎所有ATP中的能量最终都来自光能。()(4)在探究光照强度对植物光合速率的影响实验中,CO2的浓度、温度、植物种类等是无关变量。()(5)光照越弱,阴生植物光合作用越强;光照越强,阳生植物光合作用越强。()(6)光照强度对光合作用的影响实验中,可以通过调节台灯与装置间的距离来调节光照强度。()√×√√×√ (7)有氧和无氧时,酵母菌细胞呼吸的产物不同。()(8)种子风干脱水后呼吸强度增强。()(9)蛔虫寄生于人体小肠,同人体细胞一样,既可进行有氧呼吸,也可进行无氧呼吸。()(10)人体进行有氧运动,可防止肌细胞因无氧呼吸而积累酒精,对细胞造成伤害。()(11)肌肉细胞中的线粒体含量比脂肪细胞多,是因为肌肉收缩需要消耗大量的能量。()(12)水果贮存时充入N2和CO2的目的主要是抑制无氧呼吸,延长水果的贮存时间。()√×××√× 重难探究•能力素养全提升 主题一影响光合作用的因素情境探究你参观或听说过植物工厂吗?植物工厂是在人工精密控制温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液等条件下,生产蔬菜、水果、花卉等植物的工厂化农业系统。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源进行生产,其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。请讨论并回答下列问题。 1.结合细胞呼吸,人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系。(1)图中A、B、C各点代表的生物学意义分别是什么?答案A点:光照强度为0,只进行细胞呼吸。B点:光合作用强度等于细胞呼吸强度,为光补偿点。C点:光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度,即光饱和点。 (2)OA段的含义是什么?其大小主要受哪种环境因素的影响?答案OA段代表细胞呼吸强度。其大小主要受温度的影响。(3)DE段的含义是什么?如果此时想增加光合作用强度,可以采取哪些措施?答案DE段代表光合作用强度达到饱和,不再随光照强度的增强而增加。可以通过调整温度和增加CO2浓度等措施增加光合作用强度。(4)若光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25℃和30℃,这是在25℃测得的曲线,若温度升至30℃,曲线中A点、B点将如何变化?答案A点下移,B点右移。 (5)通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如下图所示。那么曲线中AB段(不包括A、B两点)中哪些过程是存在的(用下图字母表示)?答案c、d、e、f。 2.海洋中的藻类植物,习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻,它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深海域,这与光能的捕获有关吗?答案不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来(不吸收/几乎不吸收)的光,即红藻反射出红光,绿藻反射出绿光,褐藻反射出黄光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收,即到达深水层的光线是相对富含短波长的光,所以吸收红光和橙光较多的绿藻分布于海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。 3.其他环境因素对光合作用的影响(1)温度:温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度,据此请在坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线(一般植物的适宜温度在35℃左右)。答案如下图所示: (2)CO2浓度在一定范围内,植物光合速率随CO2浓度的增大而;但达到一定浓度时,再增加CO2浓度,光合速率也。(3)矿质元素:缺少N会影响酶的合成,缺少P会影响的合成;缺少Mg会影响的合成。增加不再增加ATP叶绿素 4.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响,得到的实验结果如下图所示。 (1)光照强度为a时,曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明什么?此时造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是什么?答案光照强度为a时,曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明温度不是限制因素,光照强度才是限制因素。此时造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同。(2)光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是什么?答案温度的不同。(3)光照强度为c时,每条曲线都呈现水平状态,说明什么?答案此时每条曲线都达到了光饱和点,光合作用强度不再上升。 方法突破1.光合速率的表示方法及与呼吸速率的关系(1)光合速率的表示方法通常以一定时间内CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物的生成量来表示光合速率。光合速率又分为表观光合速率(净光合速率)和真正光合速率。表观光合速率和真正光合速率:在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量,称为表观光合速率,而植物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如上图所示。 (2)光合速率与呼吸速率的关系及计算①呼吸速率:将植物置于黑暗中,实验容器中CO2的增加量、O2的减少量或有机物的减少量都可表示呼吸速率。②一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)可表示为:积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸释放的CO2量。 2.影响光合作用的环境因素(单因子)因素原理图示应用光照强度影响光反应阶段,制约ATP及[H]的产生,进而制约暗反应欲使植物生长,必须使光照强度大于光补偿点温室栽培应用:阴雨天气或傍晚可适当增加光照强度,以提高光合速率,提高产量 因素原理图示应用CO2浓度影响暗反应阶段,制约C3生成CO2浓度过低时(OA段)植物无法进行光合作用①大田中应合理密植,不宜种植太密,以增加空气流动,增大CO2浓度②温室中增大CO2浓度,即增施气肥③增施有机肥 因素原理图示应用温度通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应)植物光合作用在最适温度时效率最高,温度过低、过高均不利于植物生长①大田中适时播种②温室栽培应用:冬天适当增温,夏天适当降温;白天调到最适温度,以提高光合作用效率;晚上降温,以降低细胞呼吸速率,保证有机物积累 因素原理图示应用无机盐离子无机盐离子可通过参与构成与光合作用相关的重要化合物,对光合作用造成直接或间接影响,如Mg2+是构成叶绿素的重要成分,直接影响光合作用过程在一定范围内,无机盐离子越丰富,光合速率越快,但超过饱和点后,光合速率将不再增加,甚至可能对植物造成危害合理施肥促进叶面积增大,提高酶合成速率,增加光合速率。施用有机肥,微生物分解后既可补充CO2,又可提供各种无机盐离子 因素原理图示应用水水是光合作用的原料之一;缺水时可导致叶气孔关闭,致使CO2供应不足而影响光合速率—为保障植物光合作用,应适时、适量进行合理灌溉 3.多因子对光合速率的影响 (1)曲线分析:P点时限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,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,可适当提高图示中的其他因子。(2)应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度,增加光合酶的活性,提高光合速率,也可同时适当充加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。 探究应用1.下列四个处理中,沉入底部的叶片小块最先浮起的是()C解析叶片沉入水底是由于细胞间隙的空气被抽取掉。所以哪一个叶片最先产生大量的氧气充入细胞间隙中,哪一个叶片就最先浮上来。由于自来水中含有CO2,25℃的温度较为适宜,光照是光合作用必需的条件,所以C项所示的叶片最先浮起来。 2.下图表示环境因素对绿色植物光合速率的影响,据图分析,下列说法不正确的是()A.当处于A点或B点时,叶肉细胞中的叶绿体中均伴随ATP的合成与水解B.当所处环境中缺镁时,在CO2含量不变的情况下,A点可能降到B点C.比较图中两条曲线可知,适当增加CO2浓度可提高光合速率,增加产量D.A点与B点光合作用速率存在差异的原因是光照强度和CO2浓度的不同D 解析A点与B点所处条件为光照强度相同、CO2浓度不同,因此A点与B点光合速率存在差异的原因是CO2的浓度不同。 3.图甲和图乙表示某植物在一定的CO2浓度条件下,光合速率与环境因素之间的关系,下列相关叙述错误的是()A.图甲中,A点限制光合速率的主要因素是光照强度,B点限制光合速率的主要因素是温度或CO2浓度B.从图乙可以看出,当超过一定温度后,光合速率会随着温度的升高而降低C.温度主要通过影响酶的活性来影响光合速率D.若光照强度突然由A变为B,短时间内叶肉细胞中C3的含量会增加D 解析图甲表示光照强度和温度对光合速率的影响,图乙表示温度对光合速率的影响。分析图甲中某点上的限制因素时,要看曲线是否达到光饱和点;如果没有达到光饱和点(如A点),则限制因素主要为横坐标表示的因素,即光照强度;当达到光饱和点以后(如B点),则限制因素为横坐标表示的因素以外的其他因素,如温度或CO2浓度。当光照强度突然增强时,光反应速率加快,产生更多的[H]和ATP,所以C3的还原速率加快,短时间内叶肉细胞中C3的含量会减少。 4.如图曲线a表示某种植物在最适温度和CO2浓度恒定的条件下,光合作用强度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所示的变化,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 解析由于曲线a表示植物处于最适温度时的光合作用强度,因此适当提高温度,相关酶的活性降低,会使光合作用强度减弱,A项错误;分析题图可知,B点之后光照强度已不再是限制光合作用的因素,光照强度增加,光合作用强度不会增强,B项错误;由于CO2是光合作用的原料,B点CO2浓度增加,光合作用强度会增强,C项正确;酶的数量不是环境因素,D项错误。 主题二影响细胞呼吸的因素情境探究1.下表是某植物非绿色器官(无氧呼吸产生乙醇和二氧化碳),随氧气浓度变化,无氧呼吸和有氧呼吸强度的变化,据表分析,回答下列问题。氧气浓度/%02.557.51012.5无氧呼吸释放的CO2相对量1073100有氧呼吸释放的CO2相对量0236810总CO2释放相对量10967810 (1)O2浓度为0时,该器官的细胞呼吸方式是哪种?答案O2浓度为0时,只进行无氧呼吸。(2)O2浓度在2.5%~10%时和在10%以上时,该器官的细胞呼吸方式有什么不同?答案O2浓度在2.5%~10%时,进行有氧呼吸和无氧呼吸;O2浓度在10%以上时,只进行有氧呼吸。(3)O2浓度为5%时,有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等,二者消耗的葡萄糖是不是也一样多?答案不是。根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可以得出:有氧呼吸时,C6H12O6→6CO2;无氧呼吸时,C6H12O6→2CO2。所以当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时,二者消耗的葡萄糖量之比是1∶3。 2.在日常生活中,我们用冰箱保存水果、蔬菜的原理是什么?答案冰箱可以提供低温环境,降低了细胞呼吸酶的活性,降低了细胞呼吸的速率。3.农作物种子是不是保存在无氧环境中最好?答案不是。在缺氧条件下,种子无氧呼吸积累的不完全氧化产物会对细胞产生毒害作用,所以农作物种子应该保存在低氧环境中,既抑制了无氧呼吸,有氧呼吸的速率也较弱,可延缓有机物的消耗。 4.我们日常吃的馒头松软可口,可是利用酵母发面时,面块一开始是硬的,后来慢慢变软,而且表面有水珠出现,你知道是什么原因吗?答案发面用的是酵母菌,在和面时加入酵母菌,酵母菌利用面粉中的有机物进行无氧呼吸产生二氧化碳和乙醇,二氧化碳受热膨胀使馒头体积增大,所以馒头又松又软。面块表面由于氧气充足,酵母菌进行有氧呼吸产生大量二氧化碳和水,所以表面有水珠出现。 5.储藏的粮食若含水量较高,会出现粮食发热,最终导致霉变。(1)发热的根本原因是什么?答案细胞呼吸释放热量。(2)水是在细胞呼吸的哪个阶段产生的?答案水是在有氧呼吸第三阶段产生的。(3)影响细胞呼吸的水是自由水还是结合水?答案自由水。 6.无土栽培是近几年迅速发展起来的一项栽培技术,是利用溶液培养法的原理,把植物生长发育所需要的各种矿质元素按一定比例配制成营养液,植物从培养液中吸收营养的栽培方法。但是这种方式往往会发生烂根现象。(1)烂根现象发生的原因是什么?答案水溶液中的溶氧量很少,氧气很快被植物消耗完,根细胞进行无氧呼吸产生乙醇,乙醇的积累会杀死根细胞导致烂根。(2)如何解决这一问题?答案向培养液中定时通入空气。 方法突破影响细胞呼吸的环境因素环境因素图示解读应用温度细胞呼吸是由酶催化的一系列反应过程。在一定范围内,细胞呼吸随温度的升高而加快,但超过最适温度后,细胞呼吸将逐渐减弱,直至停止①种植大棚蔬菜时,保持一定的昼夜温差,降低夜间呼吸速率,减少有机物的消耗,有利于增产②低温储存粮食、水果、蔬菜,降低呼吸速率,减少有机物的消耗 环境因素图示解读应用O2浓度在一定范围内,有氧呼吸强度随O2浓度升高而增大;O2对无氧呼吸有抑制作用①作物栽培中,采取中耕松土等措施防止土壤板结,保证根细胞正常呼吸,以促进其对矿质元素的吸收、利用②在低氧条件下储存粮食、水果、蔬菜,抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗 环境因素图示解读应用CO2浓度从化学平衡角度分析,CO2浓度增大,呼吸速率下降在果蔬保存中,若增加CO2浓度,以减弱细胞呼吸,可降低其代谢强度,达到保鲜目的含水量在一定范围内,细胞呼吸强度随含水量的升高而加强,随含水量的减少而减弱①储藏作物种子需晒干,以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗②作物栽培中,合理灌溉 探究应用1.下图是外界条件对植物呼吸速率的影响曲线图,以下分析错误的是()A.由图甲可知,细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度B.图乙中曲线Ⅰ表示有氧呼吸,曲线Ⅱ表示无氧呼吸C.图乙中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖D.图乙中曲线Ⅱ最终趋于平衡,可能是受到温度或呼吸酶数量的限制B 解析B点温度下植物呼吸速率最大,说明该温度下细胞呼吸最旺盛,A项正确;随O2浓度增大,有氧呼吸增强,无氧呼吸减弱,曲线Ⅰ表示无氧呼吸,曲线Ⅱ表示有氧呼吸,B项错误;细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖,C项正确;有氧呼吸过程需要酶的参与,温度会影响酶的活性,除O2浓度外,有氧呼吸还受温度或呼吸酶数量的限制,使曲线Ⅱ最终趋于平衡,D项正确。 2.下图表示光照、贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。下列有关叙述正确的是()A.番茄果实细胞产生CO2的场所是细胞质基质B.2℃时光照对番茄果实呼吸的抑制作用比15℃时更强C.低温、黑暗条件下更有利于贮存番茄果实D.贮藏温度下降时果实呼吸减弱,可能与细胞内酶的空间结构被破坏有关B 解析番茄果实细胞有氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质,无氧呼吸产生CO2的场所是细胞质基质,A项错误;2℃时,黑暗条件下与光照条件下呼吸强度的差值比15℃时大,即2℃时光照对番茄果实呼吸的抑制作用更强,B项正确;低温条件下呼吸强度较低,黑暗条件下比光照条件下呼吸强度高,低温、光照条件下更有利于番茄果实的贮存,C项错误;低温仅抑制酶的活性,不破坏酶的空间结构,D项错误。 3.下列有关细胞呼吸原理应用的叙述,错误的是()A.南方稻区早稻浸种后的催芽过程中,常用40℃左右温水淋种并时常翻种,可以为种子的细胞呼吸提供水分、适宜的温度和氧气B.农作物种子入库贮藏时,在无氧和低温条件下呼吸速率降低,贮藏寿命显著延长C.油料作物种子播种时宜浅播,原因是萌发时细胞呼吸需要大量氧气D.柑橘在塑料袋中密封保存,可以减少水分散失,降低呼吸速率,起到保鲜作用B 解析南方稻区早稻浸种后的催芽过程中,“常用40℃左右温水淋种”可以为种子的细胞呼吸提供水分和适宜的温度,“时常翻种”可以为种子的细胞呼吸提供氧气,A项正确;种子无氧呼吸会产生酒精,因此,农作物种子入库贮藏时,应在低氧和零上低温条件下保存,贮藏寿命会显著延长,B项错误;油料作物种子中含有大量脂肪,脂肪中C、H含量高,O含量低,油料作物种子萌发时细胞呼吸需要消耗大量氧气,因此,油料作物种子播种时宜浅播,C项正确;柑橘在塑料袋中“密封保存”可使其水分散失减少,氧气浓度降低,从而降低了呼吸速率,低氧和一定湿度是新鲜水果保存的适宜条件,D项正确。 4.下图表示某种植物的非绿色器官在不同O2浓度下CO2的释放量与O2的吸收量的变化,请据图回答下列问题。(1)O2浓度为0时,该器官的呼吸类型是。(2)在O2浓度为b%以下时(不包括0点),该器官的呼吸类型是,因为。(3)该器官CO2的释放与O2的吸收两条曲线在Q点重合,其呼吸类型为,因为。(4)图中阴影部分的面积代表。 解析只释放CO2,细胞进行无氧呼吸。CO2的释放量大于O2的吸收量,细胞进行无氧呼吸和有氧呼吸。CO2的释放量等于O2的吸收量,细胞只进行有氧呼吸。答案(1)无氧呼吸(2)无氧呼吸和有氧呼吸CO2的释放量大于O2的吸收量(3)有氧呼吸CO2的释放量等于O2的吸收量(4)无氧呼吸中CO2的释放量 本课结束