专题 细胞呼吸与光合作用.doc

专题：光合作用与细胞呼吸
1.光合作用的过程及C3、C4间的转换
光合作用的过程包括光反应和暗反应两个阶段，二者的比较如下：

阶段
项目
光反应阶段
暗反应阶段
所需条件
必须有光、酶
有光无光均可、酶
进行场所
类囊体的薄膜上
叶绿体内的基质中
物质变化

能量转换
光能转变为ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能
联系
物质联系：光反应阶段产生的[H]，在暗反应阶段用于还原C3；能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能

【变式1】 （2010山东临沂检测）下列关于光合作用的描述中，正确的是
A．黑暗情况下叶肉细胞内无ATP产生
B．叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素
C．光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的
D．光合作用强烈时，暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物
p7
[解析] 在黑暗情况下，叶肉细胞可通过进行细胞呼吸产生ATP；叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素；光照下叶绿体中的ATP是由光反应产生的；在暗反应过程中，一分子CO2被C5固定，产生两分子C3。
[答案] B
[知识总结] ①叶绿体在离体条件下，只需保持其正常生存状态的条件，即可正常发挥其生理作用。②在植物体中，并非是每个细胞都存在叶绿体，如高等植物的根细胞就没有。③进行光合作用的生物不一定都有叶绿体，但必须都有相关的色素和酶，如蓝藻和光合细菌，因其为原核细胞，没有叶绿体等典型的细胞器，靠细胞质中的色素和酶进行光合作用。④改变条件后，C3、C5、[H]和ATP、葡萄糖合成量等的变化规律：
条件
停止光照，
CO2供
应不变
突然光
照，CO2
供应不变
光照不
变，停止
CO2供应
光照不
变，CO2
供应过量
C3
增加
减少
减少
增加
C5
下降
增加
增加
减少
[H]和ATP
减少或没有
增加
增加
减少
葡萄糖合成量
减少或没有
增加
减少或没有
增加

2、影响光合作用的因素 （1）外部因素
因素
原理
图像
应用

光照强度

影响光反应阶段，制约ATP及[H]的产生，进而制约暗反应

欲使植物生长，必须是光照强度大于光补偿点

延长光合作用时间，通过轮作。延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间

二氧化碳浓度

影响暗反应阶段，制约生成

大气中二氧化碳浓度过低时（OA段）植物无法进行光合作用
（1）大田中增加空气流动，以增大二氧化碳浓度；（2）温室中可增施有机肥，以增大二氧化碳浓度

温度
通过影响酶活性进而影响光合作用（主要制约暗反应）

（1）大田中适时播种；（2）温室中，增加昼夜温差，保证植物有机物的积累

必需矿质元素
可通过所参与的与光合作用相关的化合物对光合作用造成直接或间接影响，如钾离子可影响光合产物的运输和积累

合理施肥促进叶面积增大，提高酶合成速率，增加光合作用速率。施用有机肥，微生物分解后既可补充二氧化碳又可提供各种矿质元素
（2）内部因素
与植物自身的遗传性有关，与植物叶片的叶龄、叶面积指数也有关。
（二）考点例析
[变式] 将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是
A. 上升；下降；上升 B. 下降；上升；下降
C. 下降；上升；上升 D. 上升；下降；下降
[解析]从光合作用的反应过程进行分析：在光合作用过程中，C02参与暗反应，C02与C5化合物结合，生成两个C3化合物，当C02突然减少时，这个过程必然受阻，因而导致C5化合物的含量上升和C3化合物含量下降。而C3化合物的减少，又使暗反应中C3化合物还原成葡萄糖的过程受阻，消耗光反应提供的ATP量也减少，使细胞中ATP含量上升。
[答案] C
[特别提示]要理解这种变化是瞬时的。
【变式】 （2010·宁夏理综、辽宁理综）请回答与光合作用有关的问题：

（1）甲、乙、丙三种植物光合作用强度与光照强度的关系如图所示。据图回答：
①强光下上述三种植物固定CO2能力最强的植物是________。
②乙植物达到最大光合作用强度所需的最低光照强度是________（a、b、c、d）。
③当光照强度从a到b时，________植物光合作用强度增加最快。
（2）植物光合作用产生的O2来自H2O，还是来自CO2？请写出简单实验思路证明你的结论。

[解析] （1）①由图示可知，在强光下甲植物光合作用强度较乙、丙两植物高，因此，甲固定CO2的能力最强。②随着光照强度的增加，乙植物在c点最先达到最大光合作用强度。③在a点时，三种植物的光合作用强度相同，而在b点时，甲的光合作用强度最大，所以当光照强度从a到b时，甲植物光合作用强度增加最快。（2）分别用18O标记的C18O2和H\o\al（18，2）O提供给两组植物进行光合作用实验，分析两组植物光合作用释放的O2，18O2仅在提供H\o\al（18，2）O的那组植物中产生，即可证明光合作用产生的O2来自H2O。
[答案] （1）①甲 ②c ③甲 （2）来自于H2O。分别将C18O2和HO提供给两组植物，分析两组植物光合作用释放的氧气，18O2仅在提供HO的那组植物中产生，即可证明上述结论。
方法技巧规律
（一）从影响光合作用的因素的角度探索提高作物产量的途径：
1．影响光合作用的因素有：(1)光：光照强弱直接影响光反应；(3)温度：温度高低会
影响酶的活性； (3)C02浓度：C02是光合作用的原料，直接影响暗反应。；(4)水分：水
既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，特别地，水分还影响气孔的开闭，
间接影响C02进入植物体；(5)矿质元素：矿质元素是光合作用产物进一步合成许多有
机物所必需的物质如叶绿素、酶等。
光照、C02浓度、温度与光合速率基本关系见右图：
（2）提高作物产量的途径
途径
措施或方法
延长光时
补充光照
增大光合作用面积
间作、合理密植
提高光合作用效率
控制适宜光强、提高CO2浓度（如通风）、合理施肥（供应适量必需矿质元素）
提高净光合作用速率
维持适当昼夜温差（白天适当升温，晚上适当降温）
（3）：细胞呼吸的原理及其在生产中的应用
1．有氧呼吸的过程
类型
第一阶段
第二阶段
第三阶段
场所
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
过程
1分子葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量的[H]，并且释放少量的能量。这一阶段不需要O2的参与
丙酮酸和H2O彻底分解成CO2和[H]，同时释放出少量的能量。这一阶段不需要O2的参与
前两个阶段产生的[H]和O2结合生成水，同时释放大量的能量。此阶段需要O2的参与
反应式

[知识总结] 巧判细胞呼吸类型
（1）根据反应物、产物来判断：如果要消耗氧气，则一定是有氧呼吸；如果产物有水，则一定是有氧呼吸；如果产物中有酒精或乳酸，则为无氧呼吸；但要注意，产物中如果有二氧化碳，要分情况讨论。
（2）根据反应中的物质的量的关系进行判断：不消耗氧气，释放二氧化碳，只进行无氧呼吸；酒精量等于二氧化碳的量，只进行无氧呼吸；二氧化碳的释放量大于氧气的吸收量，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，多余的二氧化碳来自于无氧呼吸；酒精量小于二氧化碳量，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，多余的二氧化碳来自于有氧呼吸。
（3）根据反应场所来判断：有氧呼吸：第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体中；无氧呼吸：在细胞质基质中。
2．有氧呼吸与无氧呼吸的比较

3．影响细胞呼吸的主要因素及其在生产中的应用
因素
对呼吸作用的影响
在生产中的应用

温度

温度通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性而影响呼吸作用。在一定范围内，细胞的呼吸速率随温度的升高而明显加快，但超过一定的温度后，细胞的呼吸速率反而会减慢
1）在大棚蔬菜的栽培过程中，夜间适当降温，抑制呼吸作用，减少有机物的消耗，可达到增产的目的；
（2）无土栽培通入空气，农耕松土等都是为了增加氧气的含量，加强根部的有氧呼吸，保证能量供应，促进矿质元素的吸收；
O2
浓度
在一定范围内，随O2浓度的增加，有氧呼吸速率增加，超过一定浓度，O2浓度再增加，有氧呼吸速率不再增加

（3）贮藏蔬菜和水果时，通过控制细胞呼吸强度以降低其代谢强度，达到保鲜的目的，如置于低温环境或降低空气中的含氧量及增加CO2的浓度，降低器官代谢速率，延缓老化达到保鲜效果；

（4）作物种子的贮藏，必须降低含水量，使种子呈风干状态，使呼吸作用降至最低，以减少有机物消耗
CO2
浓度 [
增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应
含水量
在一定范围内，呼吸速率随含水量的增加而增加，随含水量的减少而降低
考点整合四：光合作用和呼吸作用之间的关系
1．光合作用和呼吸作用中物质和能量的变化关系
（1）物质变化：
（2）能量变化：

各项生命活动。
2．总光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系

变式：（2010·四川理综，3）有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究，结果如下表（净光合速率以CO2的吸收速率表示，其他条件适宜且相对恒定）。下列相关分析不正确的是

A．光强大于0.1 mmol光子·m－2·s－1，随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减小
B．光强小于0.5 mmol光子·m－2·s－1，限制净光合速率的主要因素是叶绿素含量
C．光强大于0.7 mmol光子·m－2·s－1，限制净光合速率的主要生态因素是CO2浓度
D．龙眼的最大光能利用率大于芒果，但龙眼的最大总光合速率反而小于芒果
[解析] 本题考查植物的光合作用、呼吸作用以及影响光合作用的因素，意在考查考生获取信息的能力以及综合运用能力。从表中可以看出：芒果的最大光能利用率<龙眼的最大光能利用率，龙眼的呼吸强度<芒果的呼吸强度。当光强>0.1 mmol光子·m－2·s－1时，随光照增强，两种果树的光能利用率均呈现逐渐减小的趋势；当光强<0.5 mmol光子·m－2·s－1时，限制净光合速率的主要因素是光照强度；当光强>0.7 mmol光子·m－2·s－1时，限制净光合速率的主要因素是CO2浓度；龙眼的最大光能利用率大于芒果，龙眼的最大总光合速率为8.5＋0.6＝9.1（μmol CO2m－2·s－1），而芒果的最大总光合速率为7.6＋2.1＝9.7（μmol CO2·m－2·s－1），大于龙眼的最大总光合速率。
[答案] B
【知识总结】
光合作用和呼吸作用中[H]、ATP的来源和去路
项目
来源
去路
[H]
光合
作用
光反应中水的光解
作为暗反应阶段的还原剂，用于C3的还原
有氧
呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段还原氧气、产生水，同时释放大量能量
ATP
光合
作用
在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自于色素吸收转换的太阳能
用于暗反应中C3还原时的能量之需，以稳定的化学能储存在有机物中
有氧
呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自于有机物的分解
作为能量，直接用于各项生命活动