第10讲光合作用与呼吸作用及光呼吸的应用-高考生物一轮复习课件（新教材新高考）

光合作用与呼吸作用的综合应用一.请同学们拿出一张纸，完成以下内容：1.写出有氧呼吸各阶段的反应及场所2.写出无氧呼吸各阶段的反应及场所3.写出光合作用各阶段的反应及场所4.尝试完成从光合作用开始，后进行到有氧呼吸中C,H,O元素的去向5.尝试完成从光合作用开始，然后进行有氧呼吸中能量转化的关系

一.光合作用与有氧呼吸的区别ATP中活跃化学能热叶绿体只在光下进行【典例1】(2022·盐城二模，节选)水稻生长需依次经过抽穗期、灌浆期、乳熟期、蜡熟期等时期。图1是水稻叶肉细胞光合作用和呼吸作用部分过程示意图。图1（1）图1中④过程发生的场所是________________________，图中产生ATP的过程有________。细胞质基质和线粒体基质①③④

（1）A过程表示________，可为B过程提供______________。光反应

不能。过程C进行的场所为线粒体，只能利用丙酮酸而不能利用葡萄糖，线粒体中没有分解葡萄糖的酶（3）若图中光合速率等于细胞呼吸速率，则植株中是否有有机物的积累？理由是什么？___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

否因为植株中能进行光合作用的细胞比能进行细胞呼吸的细胞少，而图中是进行光合作用的叶肉细胞，对叶肉细胞来说，光合速率等于细胞呼吸速率，但对于整棵植株来说，光合速率小于细胞呼吸速率

（4）图中光能是如何转化成热能散失的？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。三.密闭装置法测定光合速率与呼吸速率(也叫“黑白瓶法”）对照试验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。（一）装置中溶液的作用：甲装置中NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）可为光合作用提供CO2，乙装置中NaOH溶液可吸收容器中的CO2。（二）测定原理：甲乙两装置中液滴的移动均是由

的变化引起的。①甲装置单位时间内红色液滴向右移动的距离为植物O2的释放速率，可代表

（若液滴向左移动，则为负值）②乙装置单位时间内红色液滴移动的距离为植物O2的吸收速率，可代表

O2含量净光合速率呼吸速率。三.密闭装置法测定光合速率与呼吸速率(也叫“黑白瓶法”）测定方法：甲装置置于光照下一定时间，记录红色液滴向右移动的相对距离（m），计作净光合速率。乙装置置于黑暗中一定时间，记录红色液滴向左移动的相对距离（n），计作呼吸速率。c.真正光合速率=净光合速率+呼吸速率=m+n三.密闭装置法测定光合速率与呼吸速率(也叫“黑白瓶法”）①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为

；白瓶中氧气的增加量为

；二者之和为

。【规律归纳】②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即

。有氧呼吸量净光合作用量总光合作用量总光合作用量

小于有氧呼吸第二阶段（丙酮酸的分解）和苹果酸转化基本不变

向左移10

①③

五.半叶法——测定光合作用有机物的制造量

五.间隔光照法——比较有机物的合成量

【典例4】(2022·河南联考)科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。

大于

更快等于1.光合作用C3、C4途径比较（1）C3植物和C4植物定义人们根据光合作用碳素同化的最初光合产物的不同，把高等植物分成两类：①C3植物：这类植物的最初产物是3-磷酸甘油酸（三碳化合物），这种反应途径称为C3途径，如水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。②C4植物：这类植物以草酰乙酸（四碳化合物）为最初产物，所以称这种途径为C4途径，如甘蔗、玉米、高梁等。六.C4途径2.光合作用C4途径过程图解①在光反应阶段完全相同。②C4植物在光合的暗反应先在叶肉细胞中经C4途径将吸收的CO2固定在苹果酸（C4）中，然后C4转移到维管束细胞释放CO2，CO2进入卡尔文循环（C3途径）。③C3植物C3植物只利用卡尔文循环中1，5-二磷酸核酮糖直接固定CO2。一个CO2被一个五碳化合物（1，5-二磷酸核酮糖，简称RuBP）固定后形成两个三碳化合物（3-磷酸甘油酸，PGA），即CO2被固定后最先形成的化合物中含有三个碳原子。3、C4途径比较3.C3植物与C4植物叶片结构比较C3植物叶片中维管束鞘细胞较小，其内不含叶绿体，其叶肉细胞内含有典型的叶绿体，即可进行光反应又可进行暗反应。C4植物叶片有“花环形结构”的两圈细胞，内层为维管束鞘细胞，含有叶绿体，只能进行暗反应。叶肉细胞中含典型叶绿体，能进行光反应，通过C4途径固定CO2。3和C4植物光合途径的比较

项目种类CO2受体CO2固定后产物光反应场所暗反应场所C3植物RuBP(C5)PGA(C3)叶肉细胞叶绿体基粒叶肉细胞叶绿体基质C4植物PEP(C3)RuBP(C5)PGA(C3)OAA(C4)叶肉细胞叶绿体基粒维管束细胞叶绿体基质4.光合作用C4途径产生的原因因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶（与CO2有很强的亲和力）。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。

D

卡尔文循环

同位素标记法

维管束鞘细胞内的叶绿体

叶肉

实现细胞间的物质交换和信息交流（合理即可）

七.CAM途径①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合生长于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。

该类植物夜间吸收CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。

白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质基质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。1.光呼吸的发现1955年科学家德柯尔测定烟草光合速率时发现:正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后的很短时间内，二氧化碳的释放量会急剧增高，这种现象称为“二氧化碳的猝发”1920年，生物化学家瓦布格发现：较高氧气浓度可以抑制小球藻的光合作用，人们把氧对光合作用的抑制现象称为“瓦布格效应”。较高浓度O2会抑制光合作用停止光照后CO2释放量急剧增加八.光呼吸较高浓度O2会抑制光合作用停止光照后CO2释放量急剧增加停止光照后CO2释放量急剧增加①A表示光下净光合速率。②B和C表示光下时植物呼吸速率。③B表示无论是光下还是暗处都可进行的呼吸速率。④C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。八.光呼吸卡尔文循环中CO2固定的(Rubisco)具有两面性(或双功能)Rubisco即RuBP(C5)羧化加氧酶高CO2浓度、低O2时，C5进行羧化C5+O2C2+C3Rubisco卡尔文循环2.光呼吸产生的原因高O2浓度、低CO2时，C5进行加氧光呼吸C5+CO22C3Rubisco卡尔文循环八.光呼吸Rubisco3.CO2固定和光呼吸是竞争反应C52C3C5C2C3ATPNADPH(CH2O)C3O2ATPNADHCO2×2×2(CH2O)ATPNADPHO2CO2卡尔文循环光呼吸RuBP(C5)羧化加氧酶羧化加氧植物的绿色细胞依赖光照，吸收O2和放出CO2的过程，被称为光呼吸。光呼吸过程也称C2循环。八.光呼吸C52C3C3C2+线粒体CO2卡尔文循环糖高CO2高O23.CO2固定和光呼吸是竞争反应卡尔文循环与光呼吸可以简单表示如下八.光呼吸4.光呼吸与细胞呼吸的比较比较项目光呼吸细胞呼吸底物C2化合物糖类等有机物发生部位叶绿体、线粒体等细胞质基质、线粒体反应条件光照光照或黑暗都可以能量消耗能量产生能量共同点消耗O2、释放CO2八.光呼吸5.光呼吸的危害①如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳(1/4)以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。RubiscoC52C3C5C2C3ATPNADPH(CH2O)C3O2ATPNADHCO2×2×2(CH2O)ATPNADPHO2CO2卡尔文循环光呼吸羧化加氧散失光合产物减少能量的损耗②光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。八.光呼吸6.光呼吸的意义①防止强光对叶绿体的破坏强光时，光反应速率大于暗反应速率，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，自由基会损伤叶绿体；强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。RubiscoC52C3C5C2C3ATPNADPH(CH2O)C3O2ATPNADHCO2×2×2(CH2O)ATPNADPHO2CO2卡尔文循环光呼吸羧化加氧防止ATP和NADPH积累保护叶绿体八.光呼吸②回收了3/4的碳，避免了过多的碳损失。RubiscoC52C3C5C2C3ATPNADPH(CH2O)C3O2ATPNADHCO2×2×2(CH2O)ATPNADPHO2CO2卡尔文循环光呼吸羧化加氧¾的碳用于光合作用¼的碳损失③消除乙醇酸(C2)，避免了乙醇酸(C2)积累