光合作用和细胞呼吸讲义

1、专题光合作用和细胞呼吸一 首先我们先看一下这个专题的知识框架1. 比较有氧呼吸和无氧呼吸2. 影响光合作用的因素3. 呼吸作用的应用4. 关于呼吸作用的一些计算5. 光反应阶段和暗反应阶段的比较6. 曲线中关键点的移动7. 光合作用和呼吸作用综合的计算下面我们具体看第一项内容：有氧呼吸与无氧呼吸的比较从场所上看，有氧呼吸主要发生在线粒体，另外有一个阶段，也就是第一阶段（葡萄糖分解为丙酮酸的阶段）发生在细胞质基质；而无氧呼吸整个过程发生在细胞质基质。条件：有氧呼吸需要氧气和酶；无氧呼吸不需要氧气，需要酶。产物：有氧呼吸生成的是彻底氧化分解的产物二氧化碳和水；无氧呼吸生成不彻底氧化分解的产物二氧化

2、碳和酒精或者乳酸，生成的是二氧化碳和酒精还是乳酸，主要取决于细胞中无氧呼吸的酶的种类。释放能量的多少：有氧呼吸释放大量的能量，能够合成比较多的ATP，一般1mol葡萄糖，彻底氧化分解，能够合成38molATP；而无氧呼吸释放的能量比较少，1mol葡萄糖能够合成2molATP。有氧呼吸和无氧呼吸的联系表现在：（1）第一反应阶段的反应的产物、场所完全相同，第一阶段都是在细胞质基质中把葡萄糖分解为丙酮酸，少量的氢，释放少量能量。（2）都分解有机物，释放能量。二 影响呼吸作用的因素1 内部因素（1） 不同种类的生物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。（2） 同一生物在不同生长发

3、育时期呼吸速率不同，如幼苗在开花期呼吸速率升高，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，如生殖器官大于营养器官。2.环境因素（1）温度：温度主要是通过影响呼吸酶的活性而影响呼吸作用强度。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强，在最适温度时达到最强，超过最适温度则减弱。因为我们是储存，希望消耗的有机物质比较少，因此应该适当降低温度，因为不能让蔬菜和水果冻伤，所以我们选择的是零上低温进行冷藏。（2） 氧气的浓度：在完全缺氧的条件下，细胞进行无氧呼吸，低氧条件下，通常有氧呼吸与有氧呼吸都能发生由于氧气的存在，对无氧呼吸起抑制作用，所以一定范围内，随着氧气浓度的

4、增加，无氧呼吸减弱，达到一定程度以后，不再进行无氧呼吸，就只有有氧呼吸了。对于有氧呼吸来说，一般随着氧气的浓度增加，而增强，当然也是在一定范围内。当氧气浓度达到一定程度以后，呼吸强度也就保持稳定不再增加。这个曲线可以表示酵母菌的呼吸随着氧气的浓度而发生的变化，也可以用来表示，绿色植物的非绿色器官（不能进行光合作用的器官），呼吸作用受氧气的影响。（3） 二氧化碳浓度，增加二氧化碳浓度，对呼吸作用有明显的抑制作用，这可以从化学平衡的角度看，二氧化碳作为呼吸的生成物，生成物的含量增加，化学反应速率减缓，根据这个原理，在蔬菜和水果的保鲜当中，增加二氧化碳浓度，也有良好的保鲜效果，那一般的地窖当中储存蔬

5、菜和水果，也主要是由于早期蔬菜进行呼吸产生一定量的二氧化碳，从而使地窖中二氧化碳浓度达到一定程度，抑制呼吸作用。（4） 水分上图显示的是作物种子含水量与呼吸强度的关系因此在种子萌发时，我们要让种子充分吸收水分，使种子的新陈代谢加快，促进种子的萌发。三 呼吸作用的应用呼吸作用的应用比较广，比较多，比如1.植物的中耕松土，中耕松土，主要是为了，使土壤疏松，保证根正常的呼吸，从而产生能量，促进矿质元素的吸收。2.储藏蔬菜和水果的时候，我们希望降低呼吸消耗，因此应该降低温度和氧气浓度，增加二氧化碳的浓度。3. 储藏种子的时候，我们说种子萌发，希望水分比较高，新陈代谢的速度加快，而储藏种子的时候，我们就

6、要降低含水量，从而使呼吸减弱，如果种子含水量比较高，能够呼吸产生大量的热，并且呼吸作用产生水，就会使种子堆，发潮，发热，从而种子堆水和热又进一步使呼吸作用加强,并且水和热又能够使种子表面的微生物大量繁殖，有可能使种子霉变，因此，储藏种子，必须降低含水量。4.把植物下部黄的枝叶去掉，因为这些发黄的叶片不能够再进行光合作用，但是还要有养分的消耗，所以把它去掉，能够使有机物输向我们需要的这些器官。5.使用创可贴巴扎伤口的时候，既要为伤口上药，又要为伤口创造疏松透气的环境，避免一些厌氧微生物的繁殖，有利于伤口痊愈。6.酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧气的条件下可以大量繁殖，没有氧气的条件下，进行酒精发酵

7、，因此我们可以应用酵母菌来进行酿酒。而醋酸杆菌是一种好氧型细菌，在氧气充足，糖充足，或者是有酒精这种底物存在的情况下，醋酸杆菌可以大量繁殖，并且把糖直接分解，或者把酒精氧化分解，形成醋酸，因此呢，我们可以利用醋酸杆菌，用来制醋。7.水稻的根系适合在水中生长，是因为水稻的根和茎中有比较大的空腔，能够把外界吸收来的氧气运输到根的各个部分，而且与旱生的植物相比，水稻的根比较适宜无氧呼吸，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，定期的让根接受充足的氧气，如果氧气不足，有可能使水稻进行无氧呼吸，产生比较多的酒精，对细胞产生毒害，从而使根系变黑腐烂。8.较深的伤口中缺少氧气，而破伤风杆菌是

8、厌氧生活的类型，所以我们被锈铁钉扎伤，形成深而窄的伤口，就容易破伤风杆菌大量繁殖，应该及时到医院，请医生处理，注射破伤风抗毒素，用于抵御破伤风感染。9.有氧运动，有氧运动是人体细胞充分获得氧的情况下，进行的体育锻炼。通过有氧呼吸，人体细胞可以获得比较多的能量，相反百米冲刺或者是马拉松等无氧运动，因为运动激烈，而使人体细胞处在相对缺氧的条件下，而进行的比较剧烈的运动，这时候因为肌细胞供氧不足，要靠无氧呼吸获得一部分能量，因此产生乳酸，使我们的肌肉感到酸痛，因此我们可以进行较长时间的，比较平缓的有氧运动，这样呢，就不会产生乳酸，使我们感觉肌肉酸痛。四 我们看一下关于呼吸作用的计算常常需要把无氧呼吸

9、和有氧呼吸联系在一起计算的是关于酒精发酵和有氧呼吸的情况，我们首先分析有氧和无氧呼吸的反应式：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的比例为：1:3产生相同量的CO2,用于无氧呼吸和有氧呼吸的葡萄糖的比例为：3:1消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的ATP的比例为：1:19产生相同量的ATP，用于无氧呼吸和有氧呼吸的葡萄糖的比例为：19:1例：在酵母菌的呼吸过程中，产生了CO24mol,吸收O23mol,计算有氧呼吸和无氧呼吸分别消耗葡糖糖多少？（一半葡萄糖用于有氧

10、呼吸，一半葡萄糖用于无氧呼吸）五 光反应阶段和暗反应阶段的比较 在这个光反应与暗反应的比较当中，我们看到这里面的物质变化，或者说它们之间的联系，经常会遇到一些问题，要我们分析，光合作用过程中，三碳化合物和无碳化合物之间的变化这种情况，假如遇到这种情况，实际上，我们就是应用这种物质变化，或者是光反应与暗反应的联系来解决的，比如说，。六 影响光合作用的因素1 内部因素：叶龄与光合作用叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中叶绿体逐渐增多，光合作用效率逐渐增多，光合作用效率不断增强。生长到一定程度，叶面积和光合色素等达到稳定状态，光合效率也基本稳定。随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合速率

11、有所下降。（应用：及时去掉老叶，避免老叶因呼吸作用大于光合作用，消耗有机物。）2. 影响光合作用的因素光（1）光照强度：在一定范围内，随着光照强度逐渐增强光合作用也加强；但光照增强 到一定程度时，光合作用强度达到最大；再增加光照强度，光合作用不再增加。纵坐标的正半部分，代表是CO2的吸收量，负半部分，代表的是CO2的释放量，如果在横坐标之上，应该表现为光合大于呼吸，总体表现为吸收CO2,如果在横坐标之下，是呼吸大于光合，CO2 释放，因此，这里有一个点，位于横坐标之上，我们说它是光补偿点，后来趋向于稳定了，光饱和了，我们称之为光饱和点。（哪一段代表植物呼吸强度的大小，此时，这一点代表光合等于呼

12、吸）那光补偿点的时候喝光饱和点的时候，限制光合强度的因素是什么？在光补偿点的时候，光照比较弱，只要增加光照，光合作用就会增强，因此，在光补偿点的时候，限制因素是光照强度。达到光饱和点的时候，光已经饱和了，产生的氢和ATP已经够用了，这个时候，限制光合作用的因素，应该是影响暗反应的那些因素，比如温度，CO2浓度等。（2）光的波长（光质）：光的波长也影响光合作用的速率，单色光光照强度相同时通常红光下光合作用最快，蓝紫光次之，绿光最慢。（和叶绿素以及类胡萝卜素吸收的光谱有关系）（3）光照时间长短：光照时间与光合作用时间直接相关。在农业生产上的启示，有这样几个方面：1.适当延长光合作用时间，比如说，改

13、变种植制度，有一年一熟的种植制度，一年种一季作物改为一年种两季甚至种三季作物，延长全年可以进行光合作用的时间。2.增加光合作用面积，一般情况下，光合作用的面积越多，光合作用合成的有机物就越多，但是面积达到饱和以后，因为叶片之间层叠遮光，所以有效光合面积不再增加，从而出现图上最上面这条曲线的结果，后来保持稳定了，呼吸量却随着叶面积指数的增加，不蹲增加，因此干物质的积累量，先增加，后降低的。因此我们在光合作用的面积安排时，应该要适当，所以要合理密植。3.温室或大鹏采用物色透明玻璃，这样能够让太阳光更多的进入温室和大棚中，如果我们采用有色玻璃的话，就会降低光照强度，比如采用红色的玻璃，就只有红色能透

14、过，其它的颜色就被吸收，所以光照强度降低，所以光合作用要比白光要低一些。4.给温室大鹏补充光照，补充光照时，如果用相同光照强度，那么红光作为补充光源，植物吸收的更多，比白光还要好，因为同样光照强度的白光中，还有一些植物不容易吸收的绿色光，它能吸收的部分比红光吸收的要少，因此补充光照一般选用红色的灯光。3.影响光合作用的因素温度：光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10-35正常进行光合作用，其中以25-30最适宜。温度对于光合作用的影响，主要影响暗反应，因为暗反应呢，是酶促反应，光反应主要是受光的控制，受温度影响，受酶的影响比较小。农业生产上的启示：1.适时播种，在农

15、作物的生产季节，进行播种，有时为了提高地表温度，我们也可以采用地膜覆盖，或者塑料大棚技术来适当提高温度，使作物生长良好。2.温室栽培植物的时候，白天适当提高室内温度，就可以使光合作用适当升高，达到光合作用比较适宜的温度，晚上则适当降低温度，使呼吸消耗减少，从而增加有机物的积累，提高产量。4.影响光合作用的因素CO2b:CO2的补偿点 c:CO2的饱和点CO2影响光合作用也是先一定范围内，CO2浓度增加，光合速率增加，达到一定程度之后保持稳定。ab：CO2太低，农作物消耗光合产物；bc：随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；cd：CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；de：CO2浓度超过一定限

16、度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。农业生产的启示：温室栽培植物的时候，施用有机肥或者碳酸氢铵等肥料，可以适当提高室内CO2浓度，从而提高光合强度，施用有机肥时，在微生物分解有机物的过程中，使有机物分解成CO2和H2O,可以提高CO2浓度，5.影响光合作用的因素H2O我们可以看出，水含量比较少时，光合作用比较弱，水含量比较充足时，光合作用比较强。因此，H2O是光合作用的原料和反应介质。在一定范围内，H2O越多，光合速率越快，但到A点时，即H2O达到饱和时，光合速率不再增加。农业生产启示：预防干旱，适时适量的进行灌溉。另外如果农作物缺水，还会导致气孔关闭，降低蒸腾作用，从而影响CO2

17、的供应，从而间接影响光合作用。6. 影响光合作用的因素矿质营养N：酶及H和ATP的重要组分（缺N会使枝叶长的比较小，发黄，N还能参与构成叶绿素）P:H和ATP的重要组分；维持叶绿体膜正常结构和功能K：促进光合产物的合成和向贮藏器官（比如种子、果实）运输Mg：叶绿素的重要组分Fe：缺少Fe叶片发黄，影响光合作用（叶绿素合成过程中，酶的辅助成分）农业生产启示：合理施肥，适时适量的施肥，当然了，施肥的量不能过大，如果太大，导致土壤溶液中浓度过大，出现烧苗，植物细胞失水，使植物萎蔫的现象。7.多因子对光合效率的影响：P点：此点之前，限制光合速率的因素为横坐标所标示的因素，随着横坐标标示因素的增强，光合

18、作用速率不断提高。Q点：此时横坐标所标示的因素对光合作用的影响已经饱和，限制光合作用的因素主要为三条曲线所标示的因素。2. 曲线中关键点的移动：1. 若呼吸速率变化，光补偿点的移动若呼吸速率增加，光补偿点时光合强度等于呼吸强度，要求a点光合作用强度增加，要求光照强度增加，a点向右移动；同理若呼吸速率降低，a点向左移动。（横坐标为CO2浓度也一样）2. 若呼吸速率不变，光补偿点的移动若呼吸速率不变，条件变化导致光合作用强度增强，在较低光照下即可实现光合作用强度等于呼吸作用强度，a点向左移动；同理若条件变化导致光合作用强度减弱，则a点向右移动。例1 已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别是25、30，下图曲线表示该植物在30时光合作用强度与光照强度的关系。若将温度调节到25（原光强度和CO2浓度不变），从理论上讲，下图中相应的变化是A a点上移，b点左移，m值上升B a点不移，b点左移，m值不变C a点上移，b点右移，m值下降D a点下移，b点不移，m值上升3. 光合作用和呼吸作用的综合计算：总光合作用（真光合作用）：指植物在光照下制造的有机物的总量（吸收的CO2的总量）。净光合作用：指在光照下制造的有机物总量（或吸收