光合作用和細(xì)胞呼吸講義

1、專題光合作用和細(xì)胞呼吸一 首先我們先看一下這個(gè)專題的知識(shí)框架1. 比較有氧呼吸和無(wú)氧呼吸2. 影響光合作用的因素3. 呼吸作用的應(yīng)用4. 關(guān)于呼吸作用的一些計(jì)算5. 光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的比較6. 曲線中關(guān)鍵點(diǎn)的移動(dòng)7. 光合作用和呼吸作用綜合的計(jì)算下面我們具體看第一項(xiàng)內(nèi)容：有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的比較從場(chǎng)所上看，有氧呼吸主要發(fā)生在線粒體，另外有一個(gè)階段，也就是第一階段（葡萄糖分解為丙酮酸的階段）發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)；而無(wú)氧呼吸整個(gè)過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。條件：有氧呼吸需要氧氣和酶；無(wú)氧呼吸不需要氧氣，需要酶。產(chǎn)物：有氧呼吸生成的是徹底氧化分解的產(chǎn)物二氧化碳和水；無(wú)氧呼吸生成不徹底氧化分解的產(chǎn)物二氧化

2、碳和酒精或者乳酸，生成的是二氧化碳和酒精還是乳酸，主要取決于細(xì)胞中無(wú)氧呼吸的酶的種類。釋放能量的多少：有氧呼吸釋放大量的能量，能夠合成比較多的ATP，一般1mol葡萄糖，徹底氧化分解，能夠合成38molATP；而無(wú)氧呼吸釋放的能量比較少，1mol葡萄糖能夠合成2molATP。有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的聯(lián)系表現(xiàn)在：（1）第一反應(yīng)階段的反應(yīng)的產(chǎn)物、場(chǎng)所完全相同，第一階段都是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中把葡萄糖分解為丙酮酸，少量的氫，釋放少量能量。（2）都分解有機(jī)物，釋放能量。二 影響呼吸作用的因素1 內(nèi)部因素（1） 不同種類的生物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，陰生植物小于陽(yáng)生植物。（2） 同一生物在不同生長(zhǎng)發(fā)

3、育時(shí)期呼吸速率不同，如幼苗在開(kāi)花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。（3） 同一生物的不同器官呼吸速率不同，如生殖器官大于營(yíng)養(yǎng)器官。2.環(huán)境因素（1）溫度：溫度主要是通過(guò)影響呼吸酶的活性而影響呼吸作用強(qiáng)度。一般而言，在一定的溫度范圍內(nèi)，呼吸強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)，在最適溫度時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，超過(guò)最適溫度則減弱。因?yàn)槲覀兪莾?chǔ)存，希望消耗的有機(jī)物質(zhì)比較少，因此應(yīng)該適當(dāng)降低溫度，因?yàn)椴荒茏屖卟撕退麅鰝?，所以我們選擇的是零上低溫進(jìn)行冷藏。（2） 氧氣的濃度：在完全缺氧的條件下，細(xì)胞進(jìn)行無(wú)氧呼吸，低氧條件下，通常有氧呼吸與有氧呼吸都能發(fā)生由于氧氣的存在，對(duì)無(wú)氧呼吸起抑制作用，所以一定范圍內(nèi)，隨著氧氣濃度的

4、增加，無(wú)氧呼吸減弱，達(dá)到一定程度以后，不再進(jìn)行無(wú)氧呼吸，就只有有氧呼吸了。對(duì)于有氧呼吸來(lái)說(shuō)，一般隨著氧氣的濃度增加，而增強(qiáng)，當(dāng)然也是在一定范圍內(nèi)。當(dāng)氧氣濃度達(dá)到一定程度以后，呼吸強(qiáng)度也就保持穩(wěn)定不再增加。這個(gè)曲線可以表示酵母菌的呼吸隨著氧氣的濃度而發(fā)生的變化，也可以用來(lái)表示，綠色植物的非綠色器官（不能進(jìn)行光合作用的器官），呼吸作用受氧氣的影響。（3） 二氧化碳濃度，增加二氧化碳濃度，對(duì)呼吸作用有明顯的抑制作用，這可以從化學(xué)平衡的角度看，二氧化碳作為呼吸的生成物，生成物的含量增加，化學(xué)反應(yīng)速率減緩，根據(jù)這個(gè)原理，在蔬菜和水果的保鮮當(dāng)中，增加二氧化碳濃度，也有良好的保鮮效果，那一般的地窖當(dāng)中儲(chǔ)存蔬

5、菜和水果，也主要是由于早期蔬菜進(jìn)行呼吸產(chǎn)生一定量的二氧化碳，從而使地窖中二氧化碳濃度達(dá)到一定程度，抑制呼吸作用。（4） 水分上圖顯示的是作物種子含水量與呼吸強(qiáng)度的關(guān)系因此在種子萌發(fā)時(shí)，我們要讓種子充分吸收水分，使種子的新陳代謝加快，促進(jìn)種子的萌發(fā)。三 呼吸作用的應(yīng)用呼吸作用的應(yīng)用比較廣，比較多，比如1.植物的中耕松土，中耕松土，主要是為了，使土壤疏松，保證根正常的呼吸，從而產(chǎn)生能量，促進(jìn)礦質(zhì)元素的吸收。2.儲(chǔ)藏蔬菜和水果的時(shí)候，我們希望降低呼吸消耗，因此應(yīng)該降低溫度和氧氣濃度，增加二氧化碳的濃度。3. 儲(chǔ)藏種子的時(shí)候，我們說(shuō)種子萌發(fā)，希望水分比較高，新陳代謝的速度加快，而儲(chǔ)藏種子的時(shí)候，我們就

6、要降低含水量，從而使呼吸減弱，如果種子含水量比較高，能夠呼吸產(chǎn)生大量的熱，并且呼吸作用產(chǎn)生水，就會(huì)使種子堆，發(fā)潮，發(fā)熱，從而種子堆水和熱又進(jìn)一步使呼吸作用加強(qiáng),并且水和熱又能夠使種子表面的微生物大量繁殖，有可能使種子霉變，因此，儲(chǔ)藏種子，必須降低含水量。4.把植物下部黃的枝葉去掉，因?yàn)檫@些發(fā)黃的葉片不能夠再進(jìn)行光合作用，但是還要有養(yǎng)分的消耗，所以把它去掉，能夠使有機(jī)物輸向我們需要的這些器官。5.使用創(chuàng)可貼巴扎傷口的時(shí)候，既要為傷口上藥，又要為傷口創(chuàng)造疏松透氣的環(huán)境，避免一些厭氧微生物的繁殖，有利于傷口痊愈。6.酵母菌是兼性厭氧微生物，在有氧氣的條件下可以大量繁殖，沒(méi)有氧氣的條件下，進(jìn)行酒精發(fā)酵

7、，因此我們可以應(yīng)用酵母菌來(lái)進(jìn)行釀酒。而醋酸桿菌是一種好氧型細(xì)菌，在氧氣充足，糖充足，或者是有酒精這種底物存在的情況下，醋酸桿菌可以大量繁殖，并且把糖直接分解，或者把酒精氧化分解，形成醋酸，因此呢，我們可以利用醋酸桿菌，用來(lái)制醋。7.水稻的根系適合在水中生長(zhǎng)，是因?yàn)樗镜母颓o中有比較大的空腔，能夠把外界吸收來(lái)的氧氣運(yùn)輸?shù)礁母鱾€(gè)部分，而且與旱生的植物相比，水稻的根比較適宜無(wú)氧呼吸，但是水稻的根仍然是需要有氧呼吸的，所以稻田需要定期排水，定期的讓根接受充足的氧氣，如果氧氣不足，有可能使水稻進(jìn)行無(wú)氧呼吸，產(chǎn)生比較多的酒精，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害，從而使根系變黑腐爛。8.較深的傷口中缺少氧氣，而破傷風(fēng)桿菌是

8、厭氧生活的類型，所以我們被銹鐵釘扎傷，形成深而窄的傷口，就容易破傷風(fēng)桿菌大量繁殖，應(yīng)該及時(shí)到醫(yī)院，請(qǐng)醫(yī)生處理，注射破傷風(fēng)抗毒素，用于抵御破傷風(fēng)感染。9.有氧運(yùn)動(dòng)，有氧運(yùn)動(dòng)是人體細(xì)胞充分獲得氧的情況下，進(jìn)行的體育鍛煉。通過(guò)有氧呼吸，人體細(xì)胞可以獲得比較多的能量，相反百米沖刺或者是馬拉松等無(wú)氧運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)激烈，而使人體細(xì)胞處在相對(duì)缺氧的條件下，而進(jìn)行的比較劇烈的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)候因?yàn)榧〖?xì)胞供氧不足，要靠無(wú)氧呼吸獲得一部分能量，因此產(chǎn)生乳酸，使我們的肌肉感到酸痛，因此我們可以進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的，比較平緩的有氧運(yùn)動(dòng)，這樣呢，就不會(huì)產(chǎn)生乳酸，使我們感覺(jué)肌肉酸痛。四 我們看一下關(guān)于呼吸作用的計(jì)算常常需要把無(wú)氧呼吸

9、和有氧呼吸聯(lián)系在一起計(jì)算的是關(guān)于酒精發(fā)酵和有氧呼吸的情況，我們首先分析有氧和無(wú)氧呼吸的反應(yīng)式：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量消耗等量的葡萄糖時(shí)，無(wú)氧呼吸與有氧呼吸產(chǎn)生的CO2的比例為：1:3產(chǎn)生相同量的CO2,用于無(wú)氧呼吸和有氧呼吸的葡萄糖的比例為：3:1消耗等量的葡萄糖時(shí)，無(wú)氧呼吸與有氧呼吸產(chǎn)生的ATP的比例為：1:19產(chǎn)生相同量的ATP，用于無(wú)氧呼吸和有氧呼吸的葡萄糖的比例為：19:1例：在酵母菌的呼吸過(guò)程中，產(chǎn)生了CO24mol,吸收O23mol,計(jì)算有氧呼吸和無(wú)氧呼吸分別消耗葡糖糖多少？（一半葡萄糖用于有氧

10、呼吸，一半葡萄糖用于無(wú)氧呼吸）五 光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的比較 在這個(gè)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較當(dāng)中，我們看到這里面的物質(zhì)變化，或者說(shuō)它們之間的聯(lián)系，經(jīng)常會(huì)遇到一些問(wèn)題，要我們分析，光合作用過(guò)程中，三碳化合物和無(wú)碳化合物之間的變化這種情況，假如遇到這種情況，實(shí)際上，我們就是應(yīng)用這種物質(zhì)變化，或者是光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系來(lái)解決的，比如說(shuō)，。六 影響光合作用的因素1 內(nèi)部因素：葉齡與光合作用葉片由小到大的過(guò)程中，葉面積逐漸增大，葉肉細(xì)胞中葉綠體逐漸增多，光合作用效率逐漸增多，光合作用效率不斷增強(qiáng)。生長(zhǎng)到一定程度，葉面積和光合色素等達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，光合效率也基本穩(wěn)定。隨著葉片的衰老，部分色素遭到破壞，光合速率

11、有所下降。（應(yīng)用：及時(shí)去掉老葉，避免老葉因呼吸作用大于光合作用，消耗有機(jī)物。）2. 影響光合作用的因素光（1）光照強(qiáng)度：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)光合作用也加強(qiáng)；但光照增強(qiáng) 到一定程度時(shí)，光合作用強(qiáng)度達(dá)到最大；再增加光照強(qiáng)度，光合作用不再增加?？v坐標(biāo)的正半部分，代表是CO2的吸收量，負(fù)半部分，代表的是CO2的釋放量，如果在橫坐標(biāo)之上，應(yīng)該表現(xiàn)為光合大于呼吸，總體表現(xiàn)為吸收CO2,如果在橫坐標(biāo)之下，是呼吸大于光合，CO2 釋放，因此，這里有一個(gè)點(diǎn)，位于橫坐標(biāo)之上，我們說(shuō)它是光補(bǔ)償點(diǎn)，后來(lái)趨向于穩(wěn)定了，光飽和了，我們稱之為光飽和點(diǎn)。（哪一段代表植物呼吸強(qiáng)度的大小，此時(shí)，這一點(diǎn)代表光合等于呼

12、吸）那光補(bǔ)償點(diǎn)的時(shí)候喝光飽和點(diǎn)的時(shí)候，限制光合強(qiáng)度的因素是什么？在光補(bǔ)償點(diǎn)的時(shí)候，光照比較弱，只要增加光照，光合作用就會(huì)增強(qiáng)，因此，在光補(bǔ)償點(diǎn)的時(shí)候，限制因素是光照強(qiáng)度。達(dá)到光飽和點(diǎn)的時(shí)候，光已經(jīng)飽和了，產(chǎn)生的氫和ATP已經(jīng)夠用了，這個(gè)時(shí)候，限制光合作用的因素，應(yīng)該是影響暗反應(yīng)的那些因素，比如溫度，CO2濃度等。（2）光的波長(zhǎng)（光質(zhì)）：光的波長(zhǎng)也影響光合作用的速率，單色光光照強(qiáng)度相同時(shí)通常紅光下光合作用最快，藍(lán)紫光次之，綠光最慢。（和葉綠素以及類胡蘿卜素吸收的光譜有關(guān)系）（3）光照時(shí)間長(zhǎng)短：光照時(shí)間與光合作用時(shí)間直接相關(guān)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的啟示，有這樣幾個(gè)方面：1.適當(dāng)延長(zhǎng)光合作用時(shí)間，比如說(shuō)，改

13、變種植制度，有一年一熟的種植制度，一年種一季作物改為一年種兩季甚至種三季作物，延長(zhǎng)全年可以進(jìn)行光合作用的時(shí)間。2.增加光合作用面積，一般情況下，光合作用的面積越多，光合作用合成的有機(jī)物就越多，但是面積達(dá)到飽和以后，因?yàn)槿~片之間層疊遮光，所以有效光合面積不再增加，從而出現(xiàn)圖上最上面這條曲線的結(jié)果，后來(lái)保持穩(wěn)定了，呼吸量卻隨著葉面積指數(shù)的增加，不蹲增加，因此干物質(zhì)的積累量，先增加，后降低的。因此我們?cè)诠夂献饔玫拿娣e安排時(shí)，應(yīng)該要適當(dāng)，所以要合理密植。3.溫室或大鵬采用物色透明玻璃，這樣能夠讓太陽(yáng)光更多的進(jìn)入溫室和大棚中，如果我們采用有色玻璃的話，就會(huì)降低光照強(qiáng)度，比如采用紅色的玻璃，就只有紅色能透

14、過(guò)，其它的顏色就被吸收，所以光照強(qiáng)度降低，所以光合作用要比白光要低一些。4.給溫室大鵬補(bǔ)充光照，補(bǔ)充光照時(shí)，如果用相同光照強(qiáng)度，那么紅光作為補(bǔ)充光源，植物吸收的更多，比白光還要好，因?yàn)橥瑯庸庹諒?qiáng)度的白光中，還有一些植物不容易吸收的綠色光，它能吸收的部分比紅光吸收的要少，因此補(bǔ)充光照一般選用紅色的燈光。3.影響光合作用的因素溫度：光合作用是在酶的催化下進(jìn)行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在10-35正常進(jìn)行光合作用，其中以25-30最適宜。溫度對(duì)于光合作用的影響，主要影響暗反應(yīng)，因?yàn)榘捣磻?yīng)呢，是酶促反應(yīng)，光反應(yīng)主要是受光的控制，受溫度影響，受酶的影響比較小。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的啟示：1.適時(shí)播種，在農(nóng)

15、作物的生產(chǎn)季節(jié)，進(jìn)行播種，有時(shí)為了提高地表溫度，我們也可以采用地膜覆蓋，或者塑料大棚技術(shù)來(lái)適當(dāng)提高溫度，使作物生長(zhǎng)良好。2.溫室栽培植物的時(shí)候，白天適當(dāng)提高室內(nèi)溫度，就可以使光合作用適當(dāng)升高，達(dá)到光合作用比較適宜的溫度，晚上則適當(dāng)降低溫度，使呼吸消耗減少，從而增加有機(jī)物的積累，提高產(chǎn)量。4.影響光合作用的因素CO2b:CO2的補(bǔ)償點(diǎn) c:CO2的飽和點(diǎn)CO2影響光合作用也是先一定范圍內(nèi)，CO2濃度增加，光合速率增加，達(dá)到一定程度之后保持穩(wěn)定。ab：CO2太低，農(nóng)作物消耗光合產(chǎn)物；bc：隨CO2的濃度增加，光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)；cd：CO2濃度再增加，光合作用強(qiáng)度保持不變；de：CO2濃度超過(guò)一定限

16、度，將引起原生質(zhì)體中毒或氣孔關(guān)閉，抑制光合作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的啟示：溫室栽培植物的時(shí)候，施用有機(jī)肥或者碳酸氫銨等肥料，可以適當(dāng)提高室內(nèi)CO2濃度，從而提高光合強(qiáng)度，施用有機(jī)肥時(shí)，在微生物分解有機(jī)物的過(guò)程中，使有機(jī)物分解成CO2和H2O,可以提高CO2濃度，5.影響光合作用的因素H2O我們可以看出，水含量比較少時(shí)，光合作用比較弱，水含量比較充足時(shí)，光合作用比較強(qiáng)。因此，H2O是光合作用的原料和反應(yīng)介質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，H2O越多，光合速率越快，但到A點(diǎn)時(shí)，即H2O達(dá)到飽和時(shí)，光合速率不再增加。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)啟示：預(yù)防干旱，適時(shí)適量的進(jìn)行灌溉。另外如果農(nóng)作物缺水，還會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，降低蒸騰作用，從而影響CO2

17、的供應(yīng)，從而間接影響光合作用。6. 影響光合作用的因素礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)N：酶及H和ATP的重要組分（缺N會(huì)使枝葉長(zhǎng)的比較小，發(fā)黃，N還能參與構(gòu)成葉綠素）P:H和ATP的重要組分；維持葉綠體膜正常結(jié)構(gòu)和功能K：促進(jìn)光合產(chǎn)物的合成和向貯藏器官（比如種子、果實(shí)）運(yùn)輸Mg：葉綠素的重要組分Fe：缺少Fe葉片發(fā)黃，影響光合作用（葉綠素合成過(guò)程中，酶的輔助成分）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)啟示：合理施肥，適時(shí)適量的施肥，當(dāng)然了，施肥的量不能過(guò)大，如果太大，導(dǎo)致土壤溶液中濃度過(guò)大，出現(xiàn)燒苗，植物細(xì)胞失水，使植物萎蔫的現(xiàn)象。7.多因子對(duì)光合效率的影響：P點(diǎn)：此點(diǎn)之前，限制光合速率的因素為橫坐標(biāo)所標(biāo)示的因素，隨著橫坐標(biāo)標(biāo)示因素的增強(qiáng)，光合

18、作用速率不斷提高。Q點(diǎn)：此時(shí)橫坐標(biāo)所標(biāo)示的因素對(duì)光合作用的影響已經(jīng)飽和，限制光合作用的因素主要為三條曲線所標(biāo)示的因素。2. 曲線中關(guān)鍵點(diǎn)的移動(dòng)：1. 若呼吸速率變化，光補(bǔ)償點(diǎn)的移動(dòng)若呼吸速率增加，光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)光合強(qiáng)度等于呼吸強(qiáng)度，要求a點(diǎn)光合作用強(qiáng)度增加，要求光照強(qiáng)度增加，a點(diǎn)向右移動(dòng)；同理若呼吸速率降低，a點(diǎn)向左移動(dòng)。（橫坐標(biāo)為CO2濃度也一樣）2. 若呼吸速率不變，光補(bǔ)償點(diǎn)的移動(dòng)若呼吸速率不變，條件變化導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，在較低光照下即可實(shí)現(xiàn)光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度，a點(diǎn)向左移動(dòng)；同理若條件變化導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度減弱，則a點(diǎn)向右移動(dòng)。例1 已知某植物光合作用和細(xì)胞呼吸的最適溫度分別是25、30，下圖曲線表示該植物在30時(shí)光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若將溫度調(diào)節(jié)到25（原光強(qiáng)度和CO2濃度不變），從理論上講，下圖中相應(yīng)的變化是A a點(diǎn)上移，b點(diǎn)左移，m值上升B a點(diǎn)不移，b點(diǎn)左移，m值不變C a點(diǎn)上移，b點(diǎn)右移，m值下降D a點(diǎn)下移，b點(diǎn)不移，m值上升3. 光合作用和呼吸作用的綜合計(jì)算：總光合作用（真光合作用）：指植物在光照下制造的有機(jī)物的總量（吸收的CO2的總量）。凈光合作用：指在光照下制造的有機(jī)物總量（或吸收