3.4 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素-2021-2022学年新教材高中生物必修1分子与细胞【名师导航】同步Word教参(苏教版)

第四节　影响光合作用和细胞呼吸的环境因素 课标内容要求 核心素养对接 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)光照强度会影响光合速率 ①光照强度可以用单位叶面积上所接收的可见光能量来表示。 ②光照强度对光合速率的影响示意图 ③在一定范围内，光合速率随着光照强度的增强而相应增加；当达到某一定值后，光照强度即使继续增强，光合速率也不再增加。 (2)光质 ①叶绿体中的色素对不同光质的光有不同的吸收值。 ②实验表明，叶绿素a和叶绿素b在蓝光区和红光区各有两个吸收高峰，类胡萝卜素的吸收高峰在蓝光区。 叶绿体中的色素不吸收或很少吸收绿光。 3．CO2是光合作用的原料之一 (1)CO2浓度对光合速率的影响示意图 (2)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，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加。 4．温度对光合作用中酶活性的影响很大，因而对光合速率也有明显的影响。酶对温度很敏感，低温或高温会导致酶活性降低，光合速率也会降低。 5．土壤中的水分含量和无机盐的种类也会影响光合速率 (1)水是光合作用的原料之一，充足的水分能直接影响植物的光合速率。 (2)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，从而增加光照面积，间接地影响植物的光合速率。 (3)镁是叶绿素的组成成分，适时补充镁元素可以促进叶绿素的合成，从而影响光合速率。 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．温度对细胞呼吸主要影响了与细胞呼吸有关的酶的活性。 (1)在一定的温度范围内，酶活性因温度的升高而提高，呼吸速率也会增高；到达最高值后，因温度高于酶的最适温度，酶活性降低，因而呼吸速率也随着温度的升高而下降。 (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，因此，当细胞呼吸处于最适温度时，细胞呼吸旺盛，而光合作用可能已经有所减弱。 3．氧是细胞进行有氧呼吸的必要条件 (1)在氧浓度较低的范围内，植物的呼吸(有氧呼吸)速率随氧浓度的增加而升高，但增至一定程度时，呼吸速率就不再升高了。 (2)在缺氧条件下，植物可短暂地进行无氧呼吸，但由于有机物的不完全氧化，积累的不完全氧化产物会对细胞产生毒害，所以，无氧呼吸最终常会使植物受到伤害。 (3)苹果细胞无氧呼吸会积累过多酒精，结果细胞受到毒害而死亡，失去抵御微生物入侵的能力，最后苹果腐烂。同样，动物在剧烈运动时会因无氧呼吸积累过多的乳酸，从而出现肌肉酸痛。 (4)在以有氧呼吸为主的生物体内，随着氧浓度的提高，有氧呼吸会增强，无氧呼吸会有所减弱。 4．二氧化碳是细胞呼吸的最终产物 (1)空气中二氧化碳的体积分数约为0.033%。当二氧化碳体积分数高于5%时，细胞呼吸明显受到抑制。 (2)在土壤中，根系土壤微生物的细胞呼吸会产生大量的二氧化碳，当土壤板结、深层通气不良时，积累的二氧化碳体积分数可达4%～10%，甚至更高。此时若不及时中耕松土，根部细胞的有氧呼吸会严重受阻。 (3)一些植物(如豆科植物)种子由于种皮的限制，细胞呼吸产生的二氧化碳难以被释放出来，种皮内积聚较高浓度的二氧化碳会抑制细胞呼吸，导致种子进入休眠状态。 5．植物组织的含水量与呼吸速率也有密切关系。在一定范围内，细胞呼吸速率随组织含水量的增加而增高。干燥种子的细胞呼吸速率很低，而当种子吸水后，细胞呼吸速率迅速增高。 6．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。 (1)不同种类的植物呼吸速率不同。一般来说，旱生植物生长缓慢，细胞呼吸速率比水生植物低；阴生植物所处的地方光照强度较弱，细胞呼吸速率比阳生植物低。 (2)同一种植物在不同的生长发育时期，细胞呼吸速率有所不同。一般在幼苗期、开花期等生长旺盛期，细胞呼吸速率增高。同一种植物的不同器官，细胞呼吸速率也有所不同，一般生殖器官比营养器官的细胞呼吸速率高，