专题四-光合作用与呼吸作用总结

细胞呼吸一、知识结构概念：指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程场所：细胞质基质和线粒体酶1条件：需要氧气细胞呼吸有氧呼吸反应式： 第一阶段：C6H12O6 2丙酮酸4H 能量（少）酶2 细胞质基质过程： 第二阶段：2丙酮酸 6H2O6CO2 20H + 能量（少）酶3 线粒体第三阶段：24H 6O2 12H2O 能量（大）方式线粒体酶1场所：细胞质基质条件：不需要氧气 第一阶段：C6H12O6 2丙酮酸4H 能量（少）酶22C2H5OH + CO2 + 能量（少）2C3H6O3 + 能量（少）过程： 细胞质基质无氧呼吸 第二阶段：2丙酮酸 细胞质基质 酶产物为：酒精和CO2酶类型： 反应式：C6H12O6 2C2H5OHCO2能量（少） 产物为：乳酸 反应式：C6H12O6 2C3H6O3能量（少）发酵： 酒精发酵：微生物产生酒精的无氧呼吸 乳酸发酵：微生物产生乳酸的无氧呼吸二、要点精析【要点一】有氧呼吸和无氧呼吸的比较项目有氧呼吸无氧呼吸过程阶段酶1C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）+22H+2ATP酶22C3H4O3+6H2O6CO2+20H+2ATP酶324H+6O2-12H2O+34ATP与有氧呼吸同酶22C3H4O3+22H2C3H6O3（乳酸）+2ATP酶2或2C3H4O3+22H -2C2H5OH+2CO2+2ATP场所在细胞质基质中，、分别在线粒体基质和线粒体的内膜上、都在细胞质基质中物质变化分解有机物需氧参与，分解彻底，终产物是无机小分子分解有机物不需氧参与，不彻底，产物为小分子有机物能量变化释放能量多，1mol葡萄糖彻底氧化释放总能量为2870kJ/mol，其中1161kJ/mol转移到ATP，1709kJ/mol以热能散失释放能量少，1mol葡萄糖进行乳酸发酵释放196.65kJ/mol,酒精发酵225.94kJ/mol,均有61.05kJ/mol合成ATP联系有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化发展而来，第一阶段完全相同【画龙点睛】(1)有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段完全相同。 (2)有氧呼吸的第二阶段和第三阶段都在线粒体中进行，第二阶段有水参与，第三阶段有水生成，第三阶段产生能量最多。无氧呼吸全过程均在细胞质基质中进行。 (3)无氧呼吸由丙酮酸转变成酒精或乳酸的过程必须在缺氧的条件下，有H作还原剂。 (4)高等动物无氧呼吸的产物是乳酸；高等植物无氧呼吸的产物主要是酒精和CO2某些器官的无氧呼吸的产物是乳酸如玉米胚和马铃薯的块茎。 (5)由于无氧呼吸一方面释放出的能量少，另一方面产生的酒精或乳酸对原生质有毒害作用所以不论植物还是动物都不能长时间地进行无氧呼吸。 (6)有氧呼吸较无氧呼吸释放的能量多，能量的利用率，前者为l 16l2 870=40.5，后者为61.08196.653l。【要点二】探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌是种单细胞真菌在有氧和无氧的条件下都能生存属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。通过定性测定酵母菌在有氧和无氧的条件下细胞呼吸的产物来确定酵母菌细胞呼吸的方式。 CO2可使使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应变成灰绿色，从而检测酒精的产生。【画龙点睛】微生物在进行无氧呼吸时，有的产生酒精，如：酵母菌；有的产生乳酸如：乳酸菌。高等植物在水淹的情况下，可以进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳酒精对植物有毒害作用，这是长期水淹容易造成植物死亡的原因之一。有些植物组织进行无氧呼吸时也能产生乳酸，如：马铃薯块茎、甜菜块根等。应特别注意的是高等动物和人在进行无氧呼吸时只能产生乳酸。【要点三】影响细胞呼吸的因素 1、内因遗传因素(决定呼吸酶的种类和数量)不同的植物呼吸速率不同；同一植物不同发育时期呼吸速率不同；同植物不同器官呼吸速率不同，阴生植物大于阳生植物，幼苗期大于成熟期，生殖器官大于营养器官。 2外因环境因素 (1温度 温度之所以能影响呼吸速率主要是影响呼吸酶的活性。在最低点与最适点之间，呼吸速率总是随温度的升高而加快。超过最适点，呼吸速率则会随着温度的升高而下降。如图所示：【画龙点睛】一般说来，接近0时，植物的细胞呼吸进行得很慢，但有些植物的最低温度可以低于10。细胞呼吸的最适温度一般在2535之间。细胞呼吸的最高温度一般在3545之间，最高温度在短时间内可使呼吸速率较最适温度的要高但时间较长后，细胞呼吸就急剧下降，这主要是由于在高温下蛋白质和酶容易变性失活。 (2)O2浓度：O2浓度为零时无氧呼吸最强有氧呼吸速率为零。随O2浓度的增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大有氧呼啦不再加强(受呼吸酶数量的影响)。如右图所示：【画龙点睛】短时间的无氧呼吸和局部的无氧呼吸(如透气不良的果实内部)对生物的伤害并不大但无氧呼吸时间过长，生物体就会受到伤害。其原因主要有三个方面：植物的无氧呼吸产生的酒精使细胞质的蛋白质变性从而引起酒精中毒。动物体无氧呼吸产生的乳酸过多，则会引起血液中pH的变化。因为无氧呼呼对能量的利用率很低生物要维持正常的生理需要就要消耗过多的有机物这样生物体内的养料就耗损过多；没有丙酮酸氧化过程许多由这个过程中间产物形成的物质就无法继续完成。如作物因水涝灾害死亡主要原因就在此。 (3)二氧化碳 二氧化碳是细胞呼吸的最终产物当外界环境中的二氧化碳浓度增加时，呼吸速率便会减慢。这个原理可用于贮藏水果和蔬菜。 (4)含水量 在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。 细胞内自由水的含量越高呼吸速率越大。 3、在实际中的应用 (1)中耕松士、合理灌溉、带土移栽等都是为了保证根细胞正常的呼吸。 (2)粮油种子的贮藏必须干燥、低温，目的是为了降低呼吸作用，减少有机物的消耗。 (3)果实、蔬菜的保鲜措施中，低温、增加空气中CO2的浓度等目的是通过减弱细胞呼吸，延缓老化。 (4)在农业生产中，为了使有机物向着人们需要的器官积累，常把下部变黄的、已无光合能力、仍然消耗养分的枝叶去掉使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。【要点四】光合作用与细胞呼吸的比较 从反应式看，光合作用与呼吸作用看似是两个简单的逆转，其实它们是两个截然不同的生理过程项目光合作用有氧呼吸区别生物绿色植物大部分生物细胞叶肉细胞所有活细胞场所叶绿体线粒体、细胞质基质条件光、色素、酶氧气、酶物质变化无机物有机物H2OCO2C6H12O6有机物无机物C6H12O6H2OCO2能量变化光能ATP有机物中化学能有机物中化学能ATP+热能联系 光合作用为呼吸作用提供物质基础有机物和氧气。呼吸作用为光合作用提供能量和CO2【画龙点睛】绿色植物在有光、无光时都要进行细胞呼吸。细胞呼吸强度与温度有关，与光无关。绿色植物在光下同时进行光合作用和细胞呼吸。比较光合作用和细胞呼吸强度大小可分为三种情况：(1)当光合作用强度大于细胞呼吸强度时，表现为植物从外界吸收CO2放出O2即环境中CO2减少O2增加，植物光合作用利用的CO2量是植物从外界吸收的CO2量与细胞呼吸放出的CO2的量的和光合作用产生的O2量是植物释放到外界的O2量与细胞呼吸消耗的O2量之和。如图1。(2)当光合作用强度等于细胞呼吸强度时，环境中O2和CO2的量没有变化，植物光合作用吸收的CO2量等于细胞呼吸释放的CO2量，光合作用放出的O2量，等于细胞呼吸吸收的O2量如图2。(3)当光合作用强度小于细胞呼吸强度时，表现为植物从外界吸收O2放出CO2即环境中O2减少CO2增加植物细胞呼吸消耗的O2量是植物从外界吸收的O2与光合作用产生O2的和，如图3。叶绿体CO2O2线粒体CO2 O2植物体叶绿体CO2O2线粒体（图2）植物体（图1）光合作用一、 知识结构绿叶中色素：类胡萝卜素(含量约占1/4)：胡萝卜素(最上带呈橙黄色)、叶黄素(上数第二带呈黄色)叶绿素(含量约占3/4)：叶绿素a(上数第三带呈蓝绿色)、叶绿素b(最下带呈黄绿色)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红橙光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。因为对绿光吸收最少，绿光做反射出来，所以叶片呈现绿色叶绿体的结构：叶绿体一般呈椭球形或球形；在电子显微镜下可以看到其外表有双层膜，内部有许多类囊体(由圆饼状囊状结构构成) 组成的基粒，基粒之间充满基质；吸收光能的各种色素分布在类囊体的薄膜上叶绿体具有大量基粒和类囊体的意义在于：极大的扩展了受光面积。概念：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放氧气的过程。1、1771年，英国科学家普利斯特利，证实植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而污染的空气光合作用的探究历程：2、1779年，荷兰科学家英格豪斯，做实验发现普利斯特利的实验只有在光照射下才能成功，植物只有绿叶才能更新污染的空气，植物在光下放出氧气，吸收二氧化碳 3、1845年，德国科学家梅耶根据能量转换和守恒定律指出植物进行光合作用时，把光能转化为化学能储存起来4、1 864年，德国科学家萨克斯做实验成功地证明光合作用的产物除了氧气外还有淀粉。 CO2O2（图3）植物体叶绿体CO2O2线粒体其实验中将绿叶放暗处放置儿小时的目的是消耗掉叶片中的营养物质光合作用5、1939年美国科学家鲁宾和卡门利用同位素示踪法有力地证明了光合作用释放氧气来自水光叶绿体6、20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻进行实验，最终探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。反应式：CO2 + H2O (CH2O) + O2光反应概念：光合作用第一阶段中的化学反应，必须有光才能进行 反应场所：类囊体的薄膜光合色素吸收光能的用途一是：将水分解成氧气和H，光合作用的过程二是：在有关酶的作用下，促成ADP和Pi发生化学反应，形成ATP光反应为暗反应提供H和ATP暗反应 概念：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行 反应场所：叶绿体基质 CO2的固定：CO2与植物体内的C5结合，CO2固定形成的C3在有关酶的作用下接受ATP提供的能最，被H 还原为糖类或C5 光反应与暗反应的关系是：两者在光合作用过程中既有区别又紧密联系，缺一不可。光合作用原理的应用 光合作用的强度是：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量 提高光合作用强度的措施：控制光照强度和温度的高低、适当增加作物环境中CO2浓度环境因素对光合作用的影响 影响光合作用的因素：光照强度、光质、CO2浓度、水、温度、无机盐等 光合作用的强度可用：测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。将叶片置于注射器内处理的目的：使气体逸出，小叶片上浮是因为：光合作用产生了O2化能合成作用概念：微生物利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量制造有机物的合成作用举例：硝化细菌二、要点精析【要点一】绿叶中色素的种类和作用项目色素颜色吸收光谱定性滤纸上显现的色素层析图谱对光的作用叶绿素叶绿素a蓝绿色红光和蓝紫光第三带呈蓝绿色吸收传递转化叶绿素b黄绿色第四带呈黄绿色吸收传递类胡萝卜素胡萝卜素橙黄色蓝紫光第一带呈橙黄色吸收传递叶黄素黄色第二带呈黄色吸收传递【画龙点睛】因为叶绿索对绿光吸收是少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。【要点二】光合作用的过程 光合作用的过程，按其是否需要光，将其划分为光反应和暗反应两个阶段。在光下二者同时进行，暗处只能进行暗反应。 二者既有区别又有相互联系，(如下表所示)。 实质光能转换为化学能，并放出O2同化CO2形成有机物时间短促，以微秒计较缓慢条件需叶绿素、光、酶不需叶绿素和光需要多种酶场所在叶绿体内囊状结构的薄膜上进在叶绿体内的基质中进行物质转化光能光能酶2H2O4H+O2ADP+PiATPATP H酶CO2固定：CO2+C52C3CO2还原：2C3(CH2O)+C5能量转换光能（电能）活跃化学能，并储存在ATP中ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能关系 光反应为暗反应提供还原剂H、能量ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。 没有光反应，暗反应无法进行没有暗反应，有机物无法合成。【画龙点睛】光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者是光合作用全过程的两个阶段是相辅相成的，是缺一不可的整体。光叶绿体光叶绿体光合作用的总反应式： CO2 + H2O (CH2O) + O2 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O【要点三】叶绿体中色素的提取和分离 1、实验成功的关键(1)叶片要新鲜、颜色要深绿。 (2)滤液收集后 要及时用棉塞将试管口塞紧以免滤液挥发。 (3)滤液细线不仅细、直，而且含有比较多的色素(可以重复画二三次)。(1)滤纸上的滤液细线不能浸入层析液中。【画龙点睛】本实验中的注意事项 （1）本实验的实验材料要选择成熟的绿色叶片，如可选用大叶黄杨，因为它的叶片水量相对较少颜色深绿，含色素较多层析效果明显。 (2)制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。 (3)根据烧杯的高度制备滤纸条，让滤纸条长度高出烧杯1cm高出的部分做直角弯折。 (4)画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。 (5)研磨要迅速、充分。因为丙酮容易挥发；为了使叶绿体完全破裂从而能提取较多的色素；叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。 【要点四】影响光合作用的因素 影响光合作用的因素主要包括光、温度、CO2浓度、H2O、矿质元素。1、光：光是光合作用的能量来源对光合作用的影响最大，其影响主要表现在三个方面： (1)光照时间：光照时间越长光合作用合成的有机物越多。延长光照时间可以提高光能利用率。延长光照时间的方法主要是通过轮作。 (2)光质(波长)：由于光合色素主吸收红光和蓝紫光，所以通常在红光下光合作用最快蓝紫光下次之，绿光下最差。(3)光照强度：在一定范围内随光强度的增加光合作用速率加快，光强度增强到一定程度后光合作用速率就不再增加(受酶、光合色素和CO2浓度等因素的限制)。 【画龙点睛】光照强度对光合速率(通常用单位时间内单位叶面积的植物体吸收CO2的量或放出O2的量表示)的影响可用下面曲线表示 光补偿点：光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用放出CO2量时的光照强度，在A点以前光合速率小于呼吸作用速率；AB光合作用速率大于呼吸作用速率且随光照强度的增强而增大。O点只进行呼吸作用，不进行光合作用。 光饱和点：达到最大光合速率时的光照强度。阳生植物的光补偿点和光饱和点都比阴生植物高。 2温度 ：温度对光合作用的影响是通过影响与光合作用有关的酶的活性来实现的。在一定范围内随温度的升高，酶的活性增强，光合作用的速率提高。 【画龙点睛】提高温度不仅能提高光合作用的速率，也提高了呼吸作用的速率，所以提高温度能够提高光合作用的强度，但不一定能提高净光合作用强度(有机物的积累)。净光合作用强度最高时的温度，不一定是酶的最适温度。 净光合作用强度实际光合作用强度呼吸作用强度温室栽培作物时，可适当提高室内温度，并且保持昼夜温差以提高植物的净光合作用强度(即增加有机物的积累)。3CO2浓度对光合作用的影响 (1)只有当环境中CO2浓度选到一定值时，植物才能从外界吸收CO2进行光合作用。植物能够进行光合作用的最低CO2浓度称为CO2补偿点(下图中A点) (2)在一定范围内随CO2浓度的增大光合速率逐渐增大。当CO2浓度达到一定值再增大CO2度，光合作用将不再增加并且超过一定值不仅不能提高光合速率，反而使光合速率下降。(主要原因是抑制了有氧呼吸，从而影响光合作用)。光合速率达到最大值时环境中CO2的浓度称CO2饱和点(圈中B点)用曲线表示如右图。 (3)大田中，常采用“正其行，通其风”来保证植物光合作用中CO2的供应；温室栽培植物时，可以通过施用有机肥、设置CO2反应器等措施适当提高室内CO2的浓度。4、水： 水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质。另外，水还能影响气孔的开闭，从而间接影响CO2进入植物体，所以水对光合作用有较大的影响，生产上，为保证植物光合作用的正常进行，常采用预防干旱(如雨后，中耕松土，其目的之一就是减少土壤中水的散失，地膜覆盖，一方面是为了保温，另一方面也是为了保水，和及时灌溉等措施。5矿质元素：绿色植物进行光合作用时，需要多种必须的矿质元素。例如：N、P、Mg、Fe、K等HATPO2产生量C3C5(CH2O)光照强弱CO2供应不变减少减少减少上升下降减少光照弱强CO2供应不变增多增多增多下降上升增加光照不变CO2供应减少相对增加相对增加减少下降上升相对减少光照不变CO2供应增加相对减少相对减少增加上升下降相对增加【要点五】有关光合作用的计算1物质计算光叶绿体光叶绿体依据光合作用的总反应式为：CO2 + H2O (CH2O) + O26CO2 + 12H2O C6H12O6 + O2 + 6H2O 光合作用释放的6分子O2来自光反应阶段原料水的分解。 光反应阶段，12分子H2O光解产生24个H，