1、第三章 第四节 第3课时影响光合作用和细胞呼吸的环境因素本课时内容在第一课时“影响光合作用的环境因素”的基础上，探讨“影响细胞呼吸的环境因素”。在本课时中，重点探讨了温度、空气中的氧浓度、二氧化碳浓度等环境因素对细胞呼吸的影响，探讨了植物组织细胞含水量、植物种类不同，以及植物体不同器官、不同发育时期等自身因素对细胞呼吸的影响。从光合作用和细胞呼吸原理的角度，探讨了农作物增产、稳产、果蔬保鲜、粮食储藏等应用性问题。普通高中生物学课程标准（2020年版）的课程性质中指出：“生物学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是农业科学、医药科学、环境科学及其他有关科学和技术的基
2、础。生物学的研究经历了从现象到本质、从定性到定量的发展过程。当今，它在微观和宏观两个方向的发展都非常迅速，并且与信息技术和工程技术的结合日益紧密，正在对社会、经济和人类生活产生越来越大的影响”。在课程核心素养中指出：“社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力”。本课时内容中列举了多个生产实践中的实例，以阐述细胞呼吸不仅受到环境条件、自身因素的影响，还受到人类生产方式的影响。探讨细胞呼吸不仅是一个理论问题，更是一个紧密联系生产、生活的实际问题。教学中，需要引导学生联系实际对相关问题进行描述和讨论，切忌泛泛而谈。使学生在较好地理解生物
3、学概念的基础上形成物质与能量观、在学习过程中能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括等方法，探讨、阐释光合作用和细胞呼吸等生命现象及规律在生产、生活中的应用。教学目标1通过对温度等影响细胞呼吸的环境因素的学习，理解多种环境因素对植物包括其他生物的细胞有氧呼吸和无氧呼吸的影响。2通过探讨植物自身因素对细胞呼吸速率的影响，理解植物组织细胞含水量、植物种类不同，以及植物体不同器官、不同发育时期等，也是影响细胞呼吸速率的重要因素。3通过列举套种、合理密植、果蔬和粮食储藏等生产生活实践中的实例，说明光合作用和细胞呼吸原理的应用。4通过“放眼社会 塑料大棚种植和养殖”的学习，了解光合作用和细胞呼吸原理在现代
4、农业生产中的应用。教学目标1：着重体现了“生命观念”和“科学思维”的要素。教学目标2：着重反映了“生命观念”和“科学思维”的要素。教学目标3：着重指向了“生命观念”和“社会责任”的要素。教学目标4：着重体现了“社会责任”的要素。情境设置展示“插秧：水稻的秧苗栽种在水田中”和“收获：联合收割机驰骋在稻浪中”的图片。直观体现水稻一生中生活环境的变化。提问：1水稻的生长发育受到哪些环境因素的影响？2在水稻的一生中，细胞呼吸方式怎样的？引出本课主要内容：1光照、温度、水、氧、二氧化碳等是影响细胞呼吸的环境因素。2植物体自身的细胞呼吸方式与环境因素之间的关系。大多数植物、动物以有氧呼吸方式进行细胞呼吸。
5、新课学习一、学习“影响细胞呼吸的环境因素”教师引导：展示水稻开花、灌浆、成熟图片，引导学生结合图示内容，浏览教科书P 103P 104：尝试说出影响细胞呼吸的环境因素。 学生活动：针对问题，浏览教科书P 103P 104：尝试说出影响细胞呼吸的环境因素。根据本课时教科书内容，说出影响细胞呼吸几个主要的环境因素：温度、氧浓度、二氧化碳浓度等。（一）温度对细胞呼吸速率的影响教师引导：指导学生在浏览的基础上精读教科书P 103：影响细胞呼吸的环境因素，第一段，尝试回答问题。1在自然条件下，影响细胞呼吸的环境因素主要有哪些？2什么是呼吸速率？3怎样测量植物细胞呼吸速率？学生活动：针对问题，尝试回答。1
6、在自然条件下，影响细胞呼吸的环境因素主要有温度、空气中O2浓度、CO2浓度、水等。2呼吸速率是植物细胞代谢强弱的重要指标之一。3植物细胞呼吸速率可以单位面积或重量植物体在单位时间内所吸收的O2或释放的CO2的量来测量。教师引导：指导学生精读教科书P 103P 104：结合细胞呼吸概念，思考并回答问题。1温度为什么会影响细胞呼吸？2氧浓度为什么会影响细胞呼吸？3空气中CO2浓度（体积分数）为什么会影响细胞呼吸？学生活动：针对问题，尝试回答。1因为温度变化会影响与细胞呼吸相关酶活性。温度过高或过低都会使酶活性降低。2氧是细胞进行有氧呼吸的必要条件。在有氧条件下，细胞有氧呼吸才能进行。3CO2是细胞
7、呼吸的终产物，CO2体积分数过高会抑制细胞呼吸过程的进程。教师引导：再次指导学生阅读教科书P 103P 104：温度影响细胞呼吸的内容，结合PPT展示的“玉米和大豆在不同温度下的呼吸速率”图示，思考问题：如果两种作物生长的最适温度都是25，在总光合速率相同的情况下，根据两图显示的数据推测：当温度高于30时，哪种作物的净光合速率较高？玉米和大豆在不同温度下的呼吸速率学生活动：分析图示数据，发现玉米和大豆在相同温度下细胞呼吸速率不同。尝试回答问题。教师指导：提供参考答案：因为30大豆的细胞呼吸速率较高，故大豆的净光合速率可能较低，而玉米的净光合速率较高。学生活动：分析图示数据，对问题讨论认同。教师
8、指导：进一步指导学生根据教科书内容从两个方面思考有关问题：温度变化为什么会影响细胞呼吸速率？1温度、酶的活性怎样影响呼吸速率？ 温度过高或过低时，酶活性降低，呼吸速率也随之降低。2列表比较植物细胞呼吸的最适温度、最低温度和最高温度。学生自学：看书自学、对照表中内容思考并讨论（如右图）。例如，进一步思考并提出问题：1为什么植物种类和生理状态不同，细胞呼吸的最适温度、最低温度和最高温度不同等问题。2为什么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当细胞呼吸处于最适温度时，细胞呼吸速率和光合作用速率会发生怎样的变化？1影响细胞呼吸的环境因素主要包括环境温度、空气中氧的浓度和二氧化碳的浓度等
9、。2温度对细胞呼吸的影响，主要是温度影响了与细胞呼吸一个的酶的活性。3在酶活性的最适温度时，细胞呼吸速率最高。当温度低于最适温度时，酶活性随温度升高而增高，细胞呼吸速率也随之增高；当温度高于最适温度时，酶活性随温度升高而降低，细胞呼吸速率也随之降低。4不同植物和植物处于不同数量状态时，细胞呼吸速率不同。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。（二）氧对细胞呼吸速率的影响教师引导：指导学生阅读教科书P 104：氧影响细胞呼吸的内容和参考资料（如下），思考问题： 1无氧呼吸为什么会对细胞产生毒害？2什么样的苹果细胞会进行无氧呼吸？3苹果细胞和动物肌肉细胞无氧呼吸的过程是否相同？4很多生
10、物体内的细胞，既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸，这对生物的生存有什么意义？参考资料：1研究表明氧不仅直接影响呼吸速率，而且影响细胞呼吸的性质。2在低氧浓度时，有氧呼吸受到抑制，而无氧呼吸增强。3土壤板结或积水会使根系缺氧。4过高的氧浓度对细胞呼吸无促进作用。学生活动：思考并阅读教科书P 104：氧影响细胞呼吸的相关内容，尝试回答氧影响细胞呼吸的问题。参考答案：1细胞进行无氧呼吸时，有机物不能彻底氧化分解，产生如酒精、乳酸等物质，会对细胞产生毒害。2因各种原因，导致苹果某些部位的细胞缺氧，而进行无氧呼吸。3苹果细胞的无氧呼吸类型是酒精发酵，动物肌肉细胞的无氧呼吸类型是乳酸发酵。4无氧呼吸使以有
11、氧呼吸方式为主的生物能在缺氧时维持生存（短时缺氧）。1氧是细胞有氧呼吸的必要条件。2在氧浓度较低时，有氧呼吸速率会随氧浓度升高而升高；增至一定浓度时，则不再增高。3缺氧时，植物可短暂进行无氧呼吸，以维持生命活动。4长期的无氧呼吸，会产生分解不彻底的有机物，这些有机物积累时，常常会对植物产生毒害作用。5无氧呼吸产生的有机物包括：酒精发酵产生的乙醇，乳酸发酵产生的乳酸等。6动物无氧呼吸会产生乳酸。7生物体内的有氧呼吸和无氧呼吸速率会随着氧浓度的变化而发生变化。（三）二氧化碳对细胞呼吸速率的影响教师引导：阅读教科书P 104：二氧化碳影响细胞呼吸的内容，以及参考资料“玉米和大豆在不同二氧化碳浓度下的
12、呼吸速率”（如下图），思考问题：根据图中数据推测：CO2浓度与细胞呼吸速率之间的关系是怎样的？学生活动：阅读教科书P 104：二氧化碳影响细胞呼吸的相关内容，分析图示内容，思考参考答案：两种植物的细胞呼吸速率都随CO2浓度增加而下降。据此推测：CO2浓度过高时，可能对细胞呼吸有抑制作用。玉米和大豆在不同二氧化碳浓度下的呼吸速率比较土壤中氧和二氧化碳含量变化对细胞呼吸的影响（举例）（四）植物组织含水量影响细胞呼吸速率教师引导：阅读教科书P 104：植物组织内在因素影响细胞呼吸的内容，思考植物内在因素影响细胞呼吸的问题。教科书主要讨论了“植物组织含水量”、“不同植物种类”、“同种植物不同生长发育时
13、期”、“同种植物不同器官”等细胞呼吸速率的差异（可播放相关微视频引导学生讨论）。植物组织含水量影响细胞呼吸速率的问题：1植物组织含水量与环境条件有什么关系？2细胞呼吸速率与组织含水量有什么关系？3储藏的种子怎样处理，有利于种子萌发？不同植物种类细胞呼吸速率不同的问题：1旱生植物细胞呼吸速率为什么较水生植物低？2阴生植物与阳生植物的呼吸速率有什么不同？同种植物细胞呼吸速率不同的问题：1同一种植物在不同生长发育时期细胞呼吸速率有什么不同？2同一种植物在不同器官的呼吸速率有什么不同？生殖器官与营养器官相比有什么不同？学生活动：阅读教科书P 104：植物组织含水量影响细胞呼吸的内容，思考并回答植物内在
14、因素影响细胞呼吸的问题。植物组织含水量影响细胞呼吸速率的问题：1植物组织含水量与环境中水的条件密切相关。2细胞呼吸速率与组织含水量密切相关。细胞呼吸速率随组织含水量增加而增高。3储藏的种子浸泡在水中处理一段时间，种子吸水膨胀，有利于胚的生长发育，即有利于种子萌发。不同植物种类细胞呼吸速率不同的问题：1旱生植物细胞呼吸速率因为组织细胞中水含量相对较少而较低。2生活在同一区域中的阴生植物，因受到的光照较弱，林下温度相对较低，其细胞呼吸速率比阳生植物的呼吸速率要低。同种植物细胞呼吸速率不同的问题：1同一种植物在幼苗期、开花期等生长旺盛时期，细胞呼吸速率增高。2同一种植物在不同器官的呼吸速率有所不同。
15、生殖器官细胞呼吸速率一般比营养器官要高；幼嫩的组织器官是细胞呼吸速率比衰老的组织器官的高。教师引导：这部分内容需要联系生产、生活实际，才能更好地理解相关内容，同学们可以在平时多注意相关知识的实际应用。教师引导：继续探讨，为学习光合作用和细胞呼吸原理的应用做准备。提出问题：测量某一植物的细胞呼吸速率时，要注意哪些问题？学生活动：学生讨论，根据细胞呼吸原理，得出结论。参考答案：测量某一植物的细胞有氧呼吸速率时，测量细胞呼吸的产物量如二氧化碳释放量或氧的吸收量相对方便。一般测细胞呼吸速率时，要在无光照条件下进行，避免光合作用过程对细胞呼吸过程的影响。教师引导：继续探讨，为学习光合作用和细胞呼吸原理的
16、应用做准备。提出问题：在光照条件下测得的光合速率与细胞呼吸速率有什么关系？学生活动：学生讨论，根据光合作用和细胞呼吸原理，得出结论。参考答案：测量某一植物的细胞光合速率时，测量细胞呼吸的产物量，如氧释放量或二氧化碳,吸收量相对方便。由于光照下细胞仍然进行细胞呼吸，所以测得的光合速率为总光合速率减去细胞呼吸速率后的净光合速率。二、学习“光合作用和细胞呼吸原理的应用”教师引导1：指导学生阅读P 105：第一、二段相关内容。思考怎样充分利用光能，促进作物稳产、高产。教师引导：指导学生观察PPT图示及相关资料，讨论套种为什么能充分利用光能的相关问题。1举例“葡萄套种草莓”、“玉米间作花生”（间作套种都
17、是提高光能利用率的措施）。2展示套种模式图（下图），思考问题：为什么利用套种等生产模式，能提高光能利用率？学生活动：学生讨论，观看相关微视频，回答问题。参考答案：影响光能利用率的主要因素包括光合效率、光合面积、光合时间。应用套种等生产模式，如玉米套种花生，作物高矮成层，相间成行，能利用不同层次的光能，从而提高光能利用率。教师引导2：指导学生阅读P 105：第三段相关内容。思考怎样适当增强细胞呼吸速率，促进作物生长发育。教师引导：指导学生观察PPT图示及相关资料，讨论露田和晒田与增强根系细胞呼吸速率的关系问题（可播放相关微视频）。学生活动：学生阅读教科书，分析资料，讨论并回答问题。参考答案：利用
18、太阳光照晒稻田，使土壤干裂，增强土壤的通透性。土壤中含氧量增加，可增强根细胞呼吸速率，增强根对营养物质（如氮、磷、钾等无机盐）吸收，促进水稻生长。教师引导：指导学生观察PPT图示及相关资料，讨论合理密植与光合作用净产量形成的关系。学生活动：学生阅读教科书，讨论并回答问题。参考答案：合理密植有利于提高植物的光合速率和减低细胞呼吸，以增加光合作用产物的合成，减少细胞呼吸的消耗，提高净光合速率，增产、稳产。教师引导3：指导学生阅读P 105：第四段相关内容。思考较长时间储藏果蔬，及果蔬保鲜中应用的细胞呼吸原理。学生活动：学生阅读教科书，分析实例，讨论并回答问题。参考答案：低温、低氧条件下储藏果蔬等的
19、原理：抑制细胞呼吸，减少有机物消耗（包括利用植物体自身消耗氧产生二氧化碳抑制细胞呼吸过程）。教师引导4：指导学生阅读P 105：第五段相关内容。思考粮食储藏中细胞呼吸原理的应用（可播放相关微视频）。学生活动：学生阅读教科书，分析实例，讨论并回答问题。参考答案：粮食储藏的原理降低湿度，抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，延长种子保存期（防止细胞呼吸产热、产水导致霉变）。教师引导：展示智能化粮食储藏罐图片和粮食储藏杂志，说明粮食储藏是一门科学，不仅需要应用细胞呼吸原理，还需要多种科学知识和技术的支持。1增加光照面积、延长光照时间等可以充分利用光能（如农作物套种）。2露田、晒田、合理密植等措施适当增强细胞
20、呼吸，可减少消耗，促进植物的生长发育。3果蔬储藏与粮食储藏都需低温、低氧环境，果蔬保鲜需调控湿度，粮食储藏需干燥。教师引导5：指导学生阅读P 106：放眼社会 塑料大棚种植和养殖的内容，说明通过调节光照、氧浓度、二氧化碳浓度、温度、湿度等，使作物增产，养殖家禽、家畜等。问题：1塑料大棚生产与露天生产对光能利用率有什么影响？2塑料大棚环境与外界自然环境有什么不同？3塑料大棚中为什么能生产反季节作物？4为什么还能利用塑料大棚进行动物养殖？5塑料大棚使用后带来的污染问题怎样解决？6塑料大棚通常所用的塑料薄膜是什么颜色的？学生活动：学生阅读教科书P 106：放眼社会 塑料大棚种植和养殖的内容，分析图文
21、资料，讨论并尝试回答问题。：教学板书第四节 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素（第2课时）一、影响细胞呼吸的环境因素（一）温度对细胞呼吸速率的影响 温度影响酶的活性 酶活性影响细胞呼吸速率（二）氧对细胞呼吸速率的影响有氧呼吸速率受氧浓度的影响，缺氧时细胞进行无氧呼吸（三）二氧化碳对细胞呼吸速率的影响 二氧化碳浓度过高会抑制细胞呼吸（四）植物组织含水量、不同植物种类、同种植物不同发育时期及不同器官，细胞呼吸速率不同二、光合作用和细胞呼吸原理的应用（一）增加光照面积、延长光照时间，充分利用光能套种（二）适当增强细胞呼吸，促进作物生长发育露田、晒田：改善土壤通气条件，促进根细胞呼吸合理密植：光合速率增
22、高、细胞呼吸速率减弱（三）储藏果蔬和粮食 共同点：低温、低氧；不同点：果蔬需要一定的湿度，粮食要保持干燥（四）塑料大棚种植和养殖 改变环境条件，使农作物增产、利于动物养殖课堂反馈1下列各项中，属于影响植物细胞呼吸的环境因素的是 （ ）光照强度 温度高低 水的多少 氧浓度 二氧化碳浓度 酶的活性 生物种类发育时期 器官组织 细胞含水量A BC D【解析】影响植物细胞呼吸的环境因素主要是指植物生活的外界环境条件，如自然环境中的物质和能量：光照、温度、水、氧、二氧化碳等。酶是细胞产生的生命物质，其活性大小，是生物自身因素。 生物的不同种类、植物的不同发育时期、不同器官组织和细胞含水量的不同，若影响其
23、细胞呼吸速率，都属于影响细胞呼吸速率的生物自身因素，即内因。同时，环境因素也会对植物内在因素产生影响，如环境中水的多少，会影响植物组织细胞的含水量。【答案】 A2环境因素对细胞呼吸速率会产生很大的影响。下列有关说法中正确的是 （ ）A当环境温度适宜时，植物光合速率升至最高 B生物进行有氧呼吸时，呼吸速率随氧浓度升高而升高C板结的土壤易出现氧含量低而二氧化碳含量较高的现象 D生活在缺水环境中的植物组织因缺水而导致细胞呼吸速率低【解析】当环境温度适宜时，还需要在光照等条件满足的情况下，植物光合速率才会相对升至较高。 通常当温度、二氧化碳浓度、水等条件都适宜的情况下，在一定的光照强度范围内，随着光照
24、强度的增加，光合速率也会增加，当光照强度过强时，光合速率可能会下降。生物进行有氧呼吸时，呼吸速率随氧浓度升高而升高也是有条件的，即在氧浓度较低时，呼吸速率随氧浓度升高而升高，当氧浓度达到一定程度后，受到细胞内外因素，如细胞中细胞呼吸相关酶数量的限制，细胞呼吸速率也不再增高。板结的土壤使空气不易向其中扩散，使氧被消耗后不能被补充，故含量低。同时，细胞呼吸，包括有氧呼吸、酒精发酵等产生的二氧化碳积累不易释放，导致土壤中二氧化碳含量较高。生活在缺水环境中的植物，具有适应干旱环境的形态结构以维持体内水的正常含量，其组织细胞含水量相对于水生植物或其他植物较少，也是对缺水环境的一种适应现象，因此，旱生植物
25、组织细胞并不是因为缺水（很多旱生植物组织中储存有大量的水）而导致细胞呼吸速率低，细胞呼吸速率较低是对缺水环境的一种适应。【答案】C3CO2是植物光合作用的原料，对植物的生长发育具有重要影响。研究水稻对不同CO2浓度升高水平的响应（即CO2浓度对光合速率的影响），对于指导农业生产以及确保粮食安全具有重要意义。科学家将CO2浓度设置了3个基础水平：以大气CO2浓度为对照（CK），在大气CO2浓度基础上分别增加40 molmol-1（T1）和200 molmol-1（T2）CO2。各处理均为4次重复。用CO2浓度自动调节装置调节CO2浓度变化。CO2浓度升高处理从水稻移栽开始至成熟期结束时。依据实验
26、数据绘制的CO2浓度对光合速率影响曲线（该数据取自孕穗期，所有数据都取平均值）如下所示。请回答有关问题。（1）该实验以大气CO2浓度为对照的原因是 ，为减小实验误差的措施是 。 （2）该实验中仅测得净光合速率数据，说明在植物细胞光合作用的同时，还进行 ，在曲线的起始段，净光合速率小于0，说明此时 。（3）分析实验数据绘制的曲线可知，CO2浓度为 （选择“CK”“T1”或“T2”）的一组，作物光合速率最先达到最大值。在农业生产上若要增加产量，此时可采取能够增加 ，延长 的生产方式，提高光能利用率。（4）而在长时间密闭的塑料大棚或温室中，CO2浓度易出现因积累而 的状态，并抑制植物的细胞呼吸。此时
27、，可以采用 的方式调节其中的CO2浓度。（5）该实验表明，在CO2浓度 时，随着CO2浓度 ，光合速率随之增高；当CO2浓度 时，随着CO2浓度 ，光合速率不再增高。（6）同样CO2浓度下，T2的孕穗期水稻净光合速率较低，科学家认为是该实验中对水稻从移栽开始至成熟期结束时的长期的CO2浓度升高处理导致的。对此，我们的观点是 。【解析】（1）因为农作物通常都是生长在自然条件下的，所以，一般科学实验也选择自然条件作为对照组的条件。重复实验可能减小误差，为减小实验误差的措施，该实验设置了4次重复。 （2）该实验中仅测得净光合速率数据，说明在植物细胞光合作用的同时，还进行细胞呼吸，由于细胞呼吸会消耗有
28、机物或氧。在曲线的起始段，细胞呼吸速率大于光合速率，净光合速率小于0。（3）分析实验数据绘制的曲线可知，CO2浓度为T1的一组，作物光合速率最先达到最大值。因为该实验中，二氧化碳浓度升高到一定程度后，光合速率不再增加，那么，要增加光合速率，必须从提高光照强度、增加光照面积、延长光照时间等方面采取措施。在自然光照下，农业生产上若要增加产量，此时可采取能够增加光合作用面积，延长光照时间的生产方式，如套种、合理密植等，提高光能利用率。（4）在长时间密闭的塑料大棚或温室中，CO2浓度易出现升高状态，而高浓度二氧化碳会抑制植物的细胞呼吸。可以采用打开塑料大棚的门窗通风的方式调节其中的CO2浓度。（5）从
29、该实验的数据表可以看出，在CO2浓度较低时（如200 molmol-1以下），随着CO2浓度增加，光合速率随之增高；当CO2浓度较高时（如600 molmol-1以上），随着CO2浓度增加，光合速率不再增高。（6）仅从一图的数据不能得出完全合理的结论。分析科学家的实验，能发现其实验设计和操作的意图，为解答我们的疑问提供依据。该实验中，CO2浓度升高处理从水稻移栽开始至成熟结束。到孕穗期时，3组水稻长期受到的不同CO2浓度的影响则可能表现出来。【答案】（1）以作物生长发育的自然条件为对照 各处理均为4次重复 （2）细胞呼吸 细胞呼吸速率大于光合速率 （3）T1 光合作用面积 光照时间 （4）过高 通风（言之有理即可） （5）较低 增加 较高 增加 （6）言之有理即可课堂总结在这节课里，我们不仅探讨了影响细胞呼吸的多种环境因素，还了解了植物自身因素对细胞呼吸速率的影响，在此基础上，结合光合作用和细胞呼吸原理，探讨了农业生产增产增收的途径。从这些内容的描述和实例中，我们可以发现，在农业生产实践中，蕴含着丰富的生物学知识，而生物学知识的运用，又能促进农业生产的发展。光合作用和细胞呼吸都是重要的植物生命活动，而相关知识的应用则是一门需要深入探究的学问。希望同学们在今后的学习生活中持续关注和探讨有关问题，并学以致用。 19 / 19
