1、專題光合作用和細胞呼吸一 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. 呼吸作用的應用4. 關于呼吸作用的一些計算5. 光反應階段和暗反應階段的比較6. 曲線中關鍵點的移動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）發生在細胞質基質；而無氧呼吸整個過程發生在細胞質基質。條件：有氧呼吸需要氧氣和酶；無氧呼吸不需要氧氣，需要酶。產物：有氧呼吸生成的是徹底氧化分解的產物二氧化碳和水；無氧呼吸生成不徹底氧化分解的產物二氧化

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，一般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系表現在：（1）第一反應階段的反應的產物、場所完全相同，第一階段都是在細胞質基質中把葡萄糖分解為丙酮酸，少量的氫，釋放少量能量。（2）都分解有機物，釋放能量。二 影響呼吸作用的因素1 內部因素（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

3、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器官。2.環境因素（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，呼吸強度隨著溫度的升高而增強，在最適溫度時達到最強，超過最適溫度則減弱。因為我們是儲存，希望消耗的有機物質比較少，因此應該適當降低溫度，因為不能讓蔬菜和水果凍傷，所以我們選擇的是零上低溫進行冷藏。（2） 氧氣的濃度：在完全缺氧的條件下，細胞進行無氧呼吸，低氧條件下，通常有氧呼吸與有氧呼吸都能發生由于氧氣的存在，對無氧呼吸起抑制作用，所以一定范圍內，隨著氧氣濃度的

4、增加，無氧呼吸減弱，達到一定程度以后，不再進行無氧呼吸，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，當然也是在一定范圍內。當氧氣濃度達到一定程度以后，呼吸強度也就保持穩定不再增加。這個曲線可以表示酵母菌的呼吸隨著氧氣的濃度而發生的變化，也可以用來表示，綠色植物的非綠色器官（不能進行光合作用的器官），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，化學反應速率減緩，根據這個原理，在蔬菜和水果的保鮮當中，增加二氧化碳濃度，也有良好的保鮮效果，那一般的地窖當中儲存蔬

5、菜和水果，也主要是由于早期蔬菜進行呼吸產生一定量的二氧化碳，從而使地窖中二氧化碳濃度達到一定程度，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度的關系因此在種子萌發時，我們要讓種子充分吸收水分，使種子的新陳代謝加快，促進種子的萌發。三 呼吸作用的應用呼吸作用的應用比較廣，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，從而產生能量，促進礦質元素的吸收。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，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

6、要降低含水量，從而使呼吸減弱，如果種子含水量比較高，能夠呼吸產生大量的熱，并且呼吸作用產生水，就會使種子堆，發潮，發熱，從而種子堆水和熱又進一步使呼吸作用加強,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，因為這些發黃的葉片不能夠再進行光合作用，但是還要有養分的消耗，所以把它去掉，能夠使有機物輸向我們需要的這些器官。5.使用創可貼巴扎傷口的時候，既要為傷口上藥，又要為傷口創造疏松透氣的環境，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，進行酒精發酵

7、，因此我們可以應用酵母菌來進行釀酒。而醋酸桿菌是一種好氧型細菌，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到根的各個部分，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，有可能使水稻進行無氧呼吸，產生比較多的酒精，對細胞產生毒害，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，就容易破傷風桿菌大量繁殖，應該及時到醫院，請醫生處理，注射破傷風抗毒素，用于抵御破傷風感染。9.有氧運動，有氧運動是人體細胞充分獲得氧的情況下，進行的體育鍛煉。通過有氧呼吸，人體細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，而使人體細胞處在相對缺氧的條件下，而進行的比較劇烈的運動，這時候因為肌細胞供氧不足，要靠無氧呼吸獲得一部分能量，因此產生乳酸，使我們的肌肉感到酸痛，因此我們可以進行較長時間的，比較平緩的有氧運動，這樣呢，就不會產生乳酸，使我們感覺肌肉酸痛。四 我們看一下關于呼吸作用的計算常常需要把無氧呼吸

9、和有氧呼吸聯系在一起計算的是關于酒精發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式：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量消耗等量的葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼吸產生的CO2的比例為：1:3產生相同量的CO2,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生的ATP的比例為：1:19產生相同量的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，產生了CO24mol,吸收O23mol,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

10、呼吸，一半葡萄糖用于無氧呼吸）五 光反應階段和暗反應階段的比較 在這個光反應與暗反應的比較當中，我們看到這里面的物質變化，或者說它們之間的聯系，經常會遇到一些問題，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，我們就是應用這種物質變化，或者是光反應與暗反應的聯系來解決的，比如說，。六 影響光合作用的因素1 內部因素：葉齡與光合作用葉片由小到大的過程中，葉面積逐漸增大，葉肉細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到穩定狀態，光合效率也基本穩定。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，消耗有機物。）2. 影響光合作用的因素光（1）光照強度：在一定范圍內，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，光合作用強度達到最大；再增加光照強度，光合作用不再增加?？v坐標的正半部分，代表是CO2的吸收量，負半部分，代表的是CO2的釋放量，如果在橫坐標之上，應該表現為光合大于呼吸，總體表現為吸收CO2,如果在橫坐標之下，是呼吸大于光合，CO2 釋放，因此，這里有一個點，位于橫坐標之上，我們說它是光補償點，后來趨向于穩定了，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

12、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。達到光飽和點的時候，光已經飽和了，產生的氫和ATP已經夠用了，這個時候，限制光合作用的因素，應該是影響暗反應的那些因素，比如溫度，CO2濃度等。（2）光的波長（光質）：光的波長也影響光合作用的速率，單色光光照強度相同時通常紅光下光合作用最快，藍紫光次之，綠光最慢。（和葉綠素以及類胡蘿卜素吸收的光譜有關系）（3）光照時間長短：光照時間與光合作用時間直接相關。在農業生產上的啟示，有這樣幾個方面：1.適當延長光合作用時間，比如說，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，延長全年可以進行光合作用的時間。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物就越多，但是面積達到飽和以后，因為葉片之間層疊遮光，所以有效光合面積不再增加，從而出現圖上最上面這條曲線的結果，后來保持穩定了，呼吸量卻隨著葉面積指數的增加，不蹲增加，因此干物質的積累量，先增加，后降低的。因此我們在光合作用的面積安排時，應該要適當，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

14、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。3.影響光合作用的因素溫度：光合作用是在酶的催化下進行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在10-35正常進行光合作用，其中以25-30最適宜。溫度對于光合作用的影響，主要影響暗反應，因為暗反應呢，是酶促反應，光反應主要是受光的控制，受溫度影響，受酶的影響比較小。農業生產上的啟示：1.適時播種，在農

15、作物的生產季節，進行播種，有時為了提高地表溫度，我們也可以采用地膜覆蓋，或者塑料大棚技術來適當提高溫度，使作物生長良好。2.溫室栽培植物的時候，白天適當提高室內溫度，就可以使光合作用適當升高，達到光合作用比較適宜的溫度，晚上則適當降低溫度，使呼吸消耗減少，從而增加有機物的積累，提高產量。4.影響光合作用的因素CO2b:CO2的補償點 c:CO2的飽和點CO2影響光合作用也是先一定范圍內，CO2濃度增加，光合速率增加，達到一定程度之后保持穩定。ab：CO2太低，農作物消耗光合產物；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：CO2濃度超過一定限

16、度，將引起原生質體中毒或氣孔關閉，抑制光合作用。農業生產的啟示：溫室栽培植物的時候，施用有機肥或者碳酸氫銨等肥料，可以適當提高室內CO2濃度，從而提高光合強度，施用有機肥時，在微生物分解有機物的過程中，使有機物分解成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，光合作用比較弱，水含量比較充足時，光合作用比較強。因此，H2O是光合作用的原料和反應介質。在一定范圍內，H2O越多，光合速率越快，但到A點時，即H2O達到飽和時，光合速率不再增加。農業生產啟示：預防干旱，適時適量的進行灌溉。另外如果農作物缺水，還會導致氣孔關閉，降低蒸騰作用，從而影響CO2

17、的供應，從而間接影響光合作用。6. 影響光合作用的因素礦質營養N：酶及H和ATP的重要組分（缺N會使枝葉長的比較小，發黃，N還能參與構成葉綠素）P:H和ATP的重要組分；維持葉綠體膜正常結構和功能K：促進光合產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葉片發黃，影響光合作用（葉綠素合成過程中，酶的輔助成分）農業生產啟示：合理施肥，適時適量的施肥，當然了，施肥的量不能過大，如果太大，導致土壤溶液中濃度過大，出現燒苗，植物細胞失水，使植物萎蔫的現象。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所標示的因素，隨著橫坐標標示因素的增強，光合

18、作用速率不斷提高。Q點：此時橫坐標所標示的因素對光合作用的影響已經飽和，限制光合作用的因素主要為三條曲線所標示的因素。2. 曲線中關鍵點的移動：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。（橫坐標為CO2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，條件變化導致光合作用強度增強，在較低光照下即可實現光合作用強度等于呼吸作用強度，a點向左移動；同理若條件變化導致光合作用強度減弱，則a點向右移動。例1 已知某植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別是25、30，下圖曲線表示該植物在30時光合作用強度與光照強度的關系。若將溫度調節到25（原光強度和CO2濃度不變），從理論上講，下圖中相應的變化是A a點上移，b點左移，m值上升B a點不移，b點左移，m值不變C a點上移，b點右移，m值下降D a點下移，b點不移，m值上升3. 光合作用和呼吸作用的綜合計算：總光合作用（真光合作用）：指植物在光照下制造的有機物的總量（吸收的CO2的總量）。凈光合作用：指在光照下制造的有機物總量（或吸收