光合作用和細(xì)胞呼吸講義

1、專題光合作用和細(xì)胞呼吸首先我們先看一下這個專題的知識框架1. 比較有氧呼吸和無氧呼吸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)鍵點的移動7. 光合作用和呼吸作用綜合的計算下面我們具體看第一項內(nèi)容：有氧呼吸與無氧呼吸的比較從場所上看，有氧呼吸主要發(fā)生在線粒體，另外有一個階段，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)；而無氧呼吸整個過程發(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；無氧呼吸生成不徹底氧化分解的產(chǎn)物二氧化碳和

2、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,般1mol葡萄糖，徹底氧化分解，能夠合成38molATP；而無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。無頓呼1（5線粒課（工E!）梟件平鬧純y、需sw嗣產(chǎn)物COi和HjOKitrnMcoic3h%oii氣化不徹矚MJ第階盤反應(yīng)和產(chǎn)物和同/i'i

3、llJlirTfCLtf'lkn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，陰生植物小于陽生植物。（2）同一生物在不同生長發(fā)育時期呼吸速率不同，如幼苗在開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，如生殖器官大于營養(yǎng)器官。2. 環(huán)境因素（1）溫度：溫度主要是通過影響呼吸酶的活性而影響呼吸作用強度。一般而言，在一定的溫度范圍內(nèi)，呼吸強度隨著溫度的升高而增強，在最適溫度時達(dá)到最強，超過最適溫度則減弱。應(yīng)用:和水巣忖應(yīng)適為降低溫度因為我們是儲存，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，因為不能讓蔬菜和水果凍傷，所

4、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，對無氧呼吸起抑制作用，所以一定范圍內(nèi)，隨著氧氣濃度的增加，無氧呼吸減弱，達(dá)到一定程度以后，不再進(jìn)行無氧呼吸，就只有有氧呼吸了。對于有氧呼吸來說，一般隨著氧氣的濃度增加，而增強，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，呼吸強度也就保持穩(wěn)定不再增加。應(yīng)用：貯存蔬菜、水果時適彷降低軋的濃度便總II乎吸強度ii1躺從血減少有機(jī)物的消耗°.|A：只左兀氧呼吸AD般：上軾呼吸和有氧呼吸E點之倍只仃仃氧呼吸eg耳放的粘畳鹽/4氧呼吸才這個曲線可

5、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)中儲存蔬菜和水果，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pT'一胃PF:罷n2I®樣驚幷子淖審町時酣彈你強）t家上圖顯示的是作物種子

6、含水量與呼吸強度的關(guān)系因此在種子萌發(fā)時，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.儲藏蔬菜和水果的時候，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.儲藏種子的時候，我們說種子萌發(fā)，希望水分比較高，新陳代謝的速度加快，而儲藏種子的時候，我們就要降低含水量，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

7、吸作用加強,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，儲藏種子，必須降低含水量。4.把植物下部黃的枝葉去掉，因為這些發(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，沒有氧氣的條件下，進(jìn)行酒精發(fā)酵，因此我們可以應(yīng)用酵母菌來進(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

8、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，用來制醋。7.水稻的根系適合在水中生長，是因為水稻的根和莖中有比較大的空腔，能夠把外界吸收來的氧氣運輸?shù)礁母鱾€部分，而且與旱生的植物相比，水稻的根比較適宜無氧呼吸，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)行無氧呼吸，產(chǎn)生比較多的酒精，對細(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)該及時到醫(yī)院，請醫(yī)生處理，注射破傷風(fēng)抗毒素，用于抵御破傷風(fēng)感染

9、。9.有氧運動，有氧運動是人體細(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氧運動，因為運動激烈，而使人體細(xì)胞處在相對缺氧的條件下，而進(jìn)行的比較劇烈的運動，這時候因為肌細(xì)胞供氧不足，要靠無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)行較長時間的，比較平緩的有氧運動，這樣呢，就不會產(chǎn)生乳酸，使我們感覺肌肉酸痛。四我們看一下關(guān)于呼吸作用的計算常常需要把無氧呼吸和有氧呼吸聯(lián)系在一起計算的是關(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氧呼吸的反應(yīng)式：CHO+6H0+60-6C0+12H0+能量61262

10、222CH0-2CH0H（酒精）+2C0+能量6126252消耗等量的葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼吸產(chǎn)生的C02的比例為：1:3產(chǎn)生相同量的C02,用于無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，無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：在酵母菌的呼吸過程中，產(chǎn)生了C024mol,吸收023mol,計算有氧呼吸和無氧呼吸分別消耗葡糖糖多少？（一半葡萄糖用于有氧呼吸，一半葡萄糖用于無氧呼吸）五光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的比較光反應(yīng)階段睹反應(yīng)階段f進(jìn)行部位川韁體早韓饕狀結(jié)枸中葉綠體基JH中條件光、色議和酶AT

11、PH豔種的借化物質(zhì)變化水的光解:q的lai定丄口片<?単2<?$二碳的還畑匚盤幣“兒G能量變化光能轉(zhuǎn)換成電能拇變成活妖的化學(xué)能（ATP.H中）活舐的化學(xué)能蠻成穩(wěn)定的化學(xué)能聯(lián)系光反應(yīng)為蠟反應(yīng)提儀LHJ和ATP昭仮應(yīng)產(chǎn)生的ADP和Pi為光反應(yīng)合成ATP提供原料在這個光反應(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，或者說它們之間的聯(lián)系，經(jīng)常會遇到一些問題，要我們分析，光合作用過程中，三碳化合物和無碳化合物之間的變化這種情況，假如遇到這種情況，實際上，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)系來解決的，比如說，。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程

12、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。生長到一定程度，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，光合速率有所下降。（應(yīng)用：及時去掉老葉，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）光照強度：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強度逐漸增強光合作用也加強；但光照增強到一定程度時，光合作用強度達(dá)到最大；再增加光照強度，光合作用不再增加。收巾小>t;nnlh縱坐標(biāo)的正半部分，代表是co?的吸收量，負(fù)半部分，代表的是co?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)

13、為吸收co,如果在橫坐標(biāo)之下，是呼吸大于光合，co釋放，因此，這里有一個點，位于橫坐標(biāo)之上，我們說它是光補償點，后來趨向于穩(wěn)定了，光飽和了，我們稱之為光飽和點。（哪一段代表植物呼吸強度的大小，此時，這一點代表光合等于呼吸）那光補償點的時候喝光飽和點的時候，限制光合強度的因素是什么？在光補償點的時候，光照比較弱，只要增加光照，光合作用就會增強，因此，在光補償點的時候，限制因素是光照強度。達(dá)到光飽和點的時候，光已經(jīng)飽和了，產(chǎn)生的氫和ATP已經(jīng)夠用了，這個時候，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（光質(zhì)）：光的波長也影響光合作用的速率，單色光光照強度相

14、同時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）光照時間長短：光照時間與光合作用時間直接相關(guān)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的啟示，有這樣幾個方面：1. 適當(dāng)延長光合作用時間，比如說，改變種植制度，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，延長全年可以進(jìn)行光合作用的時間。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，因為葉片之間層疊遮光，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

15、低的。因此我們在光合作用的面積安排時，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，就會降低光照強度，比如采用紅色的玻璃，就只有紅色能透過，其它的顏色就被吸收，所以光照強度降低，所以光合作用要比白光要低一些。4. 給溫室大鵬補充光照，補充光照時，如果用相同光照強度，那么紅光作為補充光源，植物吸收的更多，比白光還要好，因為同樣光照強度的白光中，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，因此補充光照一般選用紅色的燈光。光合速率O3. 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

16、影響酶的活性。一般植物在10°C-35°C正常進(jìn)行光合作用，其中以25-30C最適宜。溫度對于光合作用的影響，主要影響暗反應(yīng)，因為暗反應(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.適時播種，在農(nóng)作物的生產(chǎn)季節(jié)，進(jìn)行播種，有時為了提高地表溫度，我們也可以采用地膜覆蓋，或者塑料大棚技術(shù)來適當(dāng)提高溫度，使作物生長良好。2.溫室栽培植物的時候，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02b：CO2的補償點C：

17、C02的飽和點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，光合作用強度增強；cd：CO2濃度再增加，光合作用強度保持不變；de：CO：濃度超過一定限度，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，從而提高光合強度，施用有機(jī)肥時，在微生物分解有機(jī)物的過程中，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光彳音A我們可以看出，水含量比較少時，光合作用比較弱，水含量比

18、較充足時，光合作用比較強。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點時:即H2O達(dá)到飽和時，光合速率不再增加。2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)啟示：預(yù)防干旱，適時適量的進(jìn)行灌溉。另外如果農(nóng)作物缺水，還會導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，降低蒸騰作用，從而影響CO2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)營養(yǎng)N：酶及H和ATP的重要組分（缺N會使枝葉長的比較小，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）運輸Mg:葉綠素的重要組分Fe：缺少Fe葉片發(fā)黃，影響光合作用（葉綠素合成過程中，酶的輔

19、助成分）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)啟示:合理施肥，適時適量的施肥，當(dāng)然了，施肥的量不能過大，如果太大導(dǎo)致土壤溶液中濃度過大，出現(xiàn)燒苗，植物細(xì)胞失水，使植物萎蔫的現(xiàn)象。7. 多因子對光合效率的影響：P點：此點之前，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，光合作用速率不斷提高。Q點：此時橫坐標(biāo)所標(biāo)示的因素對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)鍵點的移動：1. 若呼吸速率變化，光補償點的移動若呼吸速率增加，光補償點時光合強度等于呼吸強度，要求a點光合作用強度增加，要求光照強度增加，a點向右移動；同理若呼吸速率降低，a點向左移動。（橫坐標(biāo)為C02濃度也一樣）2. 若呼吸速率不變，光補償點的移動若呼吸速率不變，條件變化導(dǎo)致光合作用強度增強，在較低光照下即可實現(xiàn)光合作用強度等于呼吸作用強度，a點向左移動；同理若條件變化導(dǎo)致光合作用強度減弱，