光合作用呼吸作用.docx
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光合作用呼吸作用
细胞呼吸
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．酵母菌细胞呼吸的方式
2．产物的检测
试剂
现象（颜色变化）
CO2
澄清的石灰水
变浑浊
溴麝香草酚蓝水溶液
蓝色→绿色→黄色
酒精
在酸性条件下，橙色的重铬酸钾
灰绿色
二、细胞呼吸的方式
1．分类
2．有氧呼吸
（1）反应式：
C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
（2）过程
（3）与有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸是在温和的条件下进行的；有机物中的能量是逐步释放的；一部分能量储存在ATP中。
3．无氧呼吸
（1）场所：
全过程是在细胞质基质中发生的。
（2）过程
第一阶段
葡萄糖→丙酮酸、[H]和少量能量
第二阶段
乙醇发酵
丙酮酸→酒精＋CO2
植物、酵母菌等
乳酸发酵
丙酮酸→乳酸
高等动物、马铃薯
块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌等
三、细胞呼吸的意义、影响因素及应用
1.
2．影响细胞呼吸的环境因素
（1）温度：
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。
（2）O2浓度
①对有氧呼吸：
在一定范围内，随着O2浓度增加，有氧呼吸强度也增加，但由于呼吸酶活性和呼吸底物浓度的限制，O2浓度增加到一定程度，有氧呼吸强度不再增加。
②对无氧呼吸：
随着O2浓度的增加，无氧呼吸受到的抑制作用加强。
（3）CO2浓度：
CO2是有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸的产物，当CO2浓度过高时会抑制细胞呼吸。
（4）水分：
水为细胞呼吸提供反应环境，一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。
3．细胞呼吸原理的应用
（1）对有氧呼吸原理的应用
①包扎伤口应选用透气的敷料，抑制厌氧菌繁殖。
②提倡慢跑等有氧运动使细胞进行有氧呼吸，避免肌细胞产生大量乳酸。
③及时松土有利于植物根系生长。
④稻田定期排水有利于根系有氧呼吸，防止幼根因缺氧变黑、腐烂。
（2）对无氧呼吸原理的应用
①利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。
②利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。
③破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖，较深的伤口需及时清理、注射破伤风抗毒血清等。
考点一 细胞呼吸的过程分析
[核心考点通关]
1．有氧呼吸与无氧呼吸过程分析
（1）有氧呼吸中各元素的来源和去路
（2）反应物和产物
①CO2是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的，场所是线粒体基质。
②O2参与了第三阶段，[H]和O2结合生成水，场所是线粒体内膜，所以细胞呼吸产生的水中的氧来自于O2。
③有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段的反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的。
2.不同生物无氧呼吸的产物不同
生物
无氧呼吸产物
植物
大多数植物细胞
酒精和CO2
马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等
乳酸
动物
骨骼肌细胞、哺乳动
物成熟的红细胞等
乳酸
微生物
乳酸菌等
乳酸
酵母菌等
酒精和CO2
3.有氧呼吸和无氧呼吸（产生酒精）的有关计算
（1）消耗等量的葡萄糖时产生的CO2摩尔数之比
无氧呼吸∶有氧呼吸＝1∶3。
（2）消耗等量的葡萄糖时需要的氧气和产生的CO2摩尔数之比
有氧呼吸需要的氧气∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。
（3）产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数之比
无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
细胞呼吸的5个易混易错点
（1）有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP，但生成ATP最多的是发生在线粒体内膜上的第三阶段。
无氧呼吸只在第一阶段释放能量产生ATP，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。
（2）不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于基因选择性表达。
（3）葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才进入线粒体被分解。
（4）有H2O生成的一定是有氧呼吸，有CO2生成的一定不是乳酸发酵。
（5）细胞呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分转移到ATP中。
“三看法”判定细胞呼吸类型
（1）“一看”反应物和产物
（2）“二看”物质的量的关系
①不消耗O2，释放CO2⇒只进行无氧呼吸产生酒精。
②无CO2释放⇒只进行无氧呼吸产生乳酸。
③酒精产生量等于CO2量⇒只进行无氧呼吸产生酒精。
④CO2释放量等于O2的吸收量⇒只进行有氧呼吸。
⑤CO2释放量大于O2的吸收量⇒既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自酒精发酵。
⑥酒精产生量小于CO2量⇒既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自有氧呼吸。
（3）“三看”反应场所
考点二 影响呼吸速率的因素及实践应用
[核心考点通关]
1．呼吸速率
是指单位数量的活体组织，在单位时间内分解有机物的速率。
它是呼吸作用强弱的指标，一般以测定释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量呼吸速率。
2．影响呼吸速率的外界因素及机理
因素
曲线模型
影响机理
实践应用
温度
影响呼吸酶的活性：
最适温度时，细胞呼吸最强；超过最适温度，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，呼吸受抑制；低于最适温度，酶活性下降，呼吸受抑制
①低温下贮存蔬菜、水果；②在大棚蔬菜的栽培过程中，夜间适当降温，以降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量
氧气
氧气作为有氧呼吸的原料而影响细胞呼吸的速率和性质（在O2浓度为零时只进行无氧呼吸；浓度为大于零小于10%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为10%以上时，只进行有氧呼吸）
适当降低氧气浓度能够抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，以延长蔬菜、水果的保鲜时间
CO2浓度
增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制效应。
这可以从化学平衡的角度得到解释
在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度，可提高保鲜效果
H2O
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
将种子风干，以减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，延长作物种子储藏时间
3.植物组织细胞呼吸曲线解读
（1）图中各点表示的生物学意义
Q点：
不耗O2，产生CO2⇒只进行无氧呼吸
P点：
耗O2量＝产生CO2量⇒只进行有氧呼吸
QP段：
产生CO2量>耗O2量⇒同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
R点：
产生CO2最少⇒组织细胞呼吸最弱点
（2）在保存蔬菜、水果时，应选择R点对应的O2浓度，同时保持低温、适宜湿度条件。
影响细胞呼吸的外界因素的2个易混易错点
（1）影响细胞呼吸的因素并不是单一的。
若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度，可采取供水、升温、高氧等措施，若需降低细胞呼吸强度，可以采取干燥、低温、低氧等措施。
（2）储存蔬菜和水果的条件并不是无氧环境。
蔬菜、水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，低温以不破
考点三 细胞呼吸方式和呼吸速率的测定（实验探究）
[核心考点通关]
1．探究细胞呼吸方式的实验装置
（1）实验设计
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示（以发芽种子为例）：
（2）实验结果预测和结论
实验现象
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
不动
右移
只进行产生酒精的无氧呼吸
左移
右移
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移
不动
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
2.测定组织细胞呼吸速率的装置与原理
（1）装置：
如图。
（2）指标：
细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示。
（3）原理：
组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的红色液滴左移，单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。
（4）物理误差的校正
①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。
③为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活（如将种子煮熟），其他条件均不变。
第三讲 能量之源——光与光合作用
（一）
一、捕获光能的结构——叶绿体
1．结构和功能
（1）结构示意图
（2）结构
↓决定
（3）功能：
进行光合作用的场所。
（4）功能验证：
恩格尔曼的实验，好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位周围。
2．色素的种类和功能
。
二、光合作用的反应式及过程
1．反应式：
CO2＋H2O（CH2O）＋O2
2．过程
（1）区别
（2）联系：
光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP、Pi。
对光合作用认识的5个易混易错点
（1）误认为暗反应不需要光：
光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应和暗反应。
前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物[H]和ATP，因此在无光条件下不可以长期进行。
（2）误认为光合作用产生的[H]与呼吸作用产生的[H]是同一种物质：
光合作用中产生的[H]为NADPH，呼吸作用中产生的[H]为NADH，两种[H]不是同一种物质。
（3）误认为光反应中产生的ATP用于各种生命活动：
光合作用光反应中产生的ATP只被暗反应所利用，呼吸作用中产生的ATP可被除暗反应外的各项生命活动所利用。
4）若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲：
一直光照10分钟黑暗10分钟；乙：
光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：
甲<乙。
（5）CO2中C进入C3但不进入C5，最后进入（CH2O），C5中C不进入（CH2O），可用放射性同位素标记法证明。
考点一 捕获光能的色素和叶绿体
[核心考点通关]
1．叶绿素和其他色素
色素种类
叶绿素（约3/4）
类胡萝卜素（约1/4）
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
蓝绿色
黄绿色
橙黄色
黄色
分布
叶绿体的类囊体薄膜上
色素的吸收光谱及在滤纸条上的分布
化学特性
不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法
纸层析法
功能
吸收、传递光能，少数特殊状态的叶绿素a将光能转化为电能
（1）不同颜色温室大棚的光合效率
①无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高；其次是红色光为光合作用的有效光。
②叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
（2）吸收光谱
①连续光谱：
可见光→三棱镜→赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
②吸收光谱：
可见光→色素溶液→三棱镜→红光、蓝光、紫光区出现强暗带，绿光区几乎无变化（说明绿光吸收非常少）。
2．影响叶绿素合成的因素分析
（1）光照：
光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
（2）温度：
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。
低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
（3）必需元素：
叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。
另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶子变黄。
考点二 光合作用的过程
[核心考点通关]
1.光合作用过程中O元素的转移途径
H218O18O2
C18O2C3（CH218O）＋H218O
3．光合作用过程中C元素的转移途径
14CO214C3（14CH2O）
2．光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及（CH2O）含量的影响
条件
C3
C5
[H]和ATP
（CH2O）合成量
模型分析
光照强度由强到弱，CO2供应不变
增加
减少
减少或没有
减少
光照强度由弱到强，CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变，CO2量由充足到不足
减少
增加
增加
减少
光照不变，CO2量由不足到充足
增加
减少
减少
增加
[特别提醒]
（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量的变化是一致的。
第四讲 能量之源——光与光合作用
（二）
一、影响光合作用的因素
（1）光合作用强度
①含义：
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
②两种指标：
一定时间内
（2）影响光合作用的环境因素
①空气中CO2的浓度。
②土壤中水分的多少，温度的高低。
③光照的长短与强弱，光的成分。
考点一 光合作用的影响因素及应用
[核心考点通关]
1．内部因素
（1）与植物自身的遗传特性有关，如阴生植物和阳生植物，如图1所示。
（2）植物叶片的叶龄、叶面积指数也会制约光合作用，如图2、图3所示。
2．外界因素对光合速率的影响
（1）单因素对光合速率的影响
因素
图像及原理分析
关键点及线段
应用
光照强度
光照强度通过影响光反应速率，影响ATP及[H]的产生速率，进而影响暗反应速率
①A—细胞呼吸强度，B—光补偿点，C—光饱和点；
②AC段，光合作用速率随光照强度的增加而增加；
③C点后光合作用速率不再随光照强度的增加而变化；
④阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示
间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置等都是这一原理的具体运用
温度
温度通过影响酶的活性进而影响光合作用速率（主要是暗反应）
①B点对应的温度为最适生长温度；
②AB段，随温度升高光合作用速率升高；
③BC段，随温度升高光合作用速率降低
①冬天利用温室大棚提高温度，促进植物生长；②温室中，增加昼夜温差，减少夜晚有机物的消耗，有利于有机物的积累
CO2浓度、矿质离子浓度
CO2浓度影响暗反应中CO2的固定，矿质离子影响与光合作用有关的色素、酶、膜结构的形成
①AB段，随CO2浓度或矿质离子浓度的增加光合作用速率升高；
②B点后，随CO2浓度的增加光合作用速率不再升高；
③B点后，随矿质离子浓度的增加光合作用速率下降（细胞失水）
①增加大田中的空气流动，以增加CO2浓度；
②温室中可使用CO2发生器，以增加CO2浓度；
③合理施肥，补充土壤中的矿质元素
绿叶的面积
叶面积指数＝叶片总面积/土地面积通过影响光合作用强度及细胞呼吸强度来影响干物质的积累。
图中阴影部分面积即干物质的积累量
①OB段，随叶面积指数的不断增大，进行光合作用的叶片面积也在增加，总光合作用速率增加；
②BA段，随叶面积指数的不断增大，叶片重叠较严重，进行光合作用的叶片面积基本不再增加，总光合作用速率几乎不增加；
③OA段，随叶面积指数的增大，进行细胞呼吸的叶片面积增加，总呼吸速率增加
适当间苗，合理密植，适当修剪，避免徒长
（2）多因素对光合速率的影响
图像
含义
P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因子
应用
温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率
考点二 光合作用与细胞呼吸的关系
1.常考易错的植物“三率”
（1）植物“三率”间的内在关系
①呼吸速率：
植物非绿色组织（如苹果果肉细胞）或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：
植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（2）植物“三率”的判定
①根据坐标曲线判定：
当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率。
②根据关键词判定
检测指标
呼吸速率
净光合速率
真正（总）光合速率
CO2
释放量（黑暗）
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量（黑暗）
释放量
产生量
有机物
消耗量（黑暗）
积累量
制造量、产生量
3.光合作用和细胞呼吸综合曲线解读
（1）绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得的数值为呼吸速率（A点）。
（2）绿色组织在有光条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
（3）各点（段）的光合作用和呼吸作用分析
曲线对应点
细胞生理活动
ATP产生场所
植物组织外观表现
图示
A点
只进行细胞呼吸，不进行光合作用
胞质基质和线粒体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段（不含A、B点）
呼吸量>光合量
细胞质基质、线粒体、叶绿体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点
光合量＝呼吸量
与外界不发生气体交换
B点之后
光合量>呼吸量
从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气
光合与呼吸曲线分析的2个易错点
（1）植物生长速率取决于净光合量而不是“总光合量”。
如下图中n值为净光合速率（虚线表示），n值＝总光合速率－呼吸速率。
（2）解答与呼吸作用、光合作用曲线综合题应特别关注的信息
①光照强度为“0”意味着光合作用不能进行，此时气体变化量全由细胞呼吸引起可作为呼吸强度指标。
②光照下吸收CO2量应为净光合量。
③光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用强度与呼吸作用强度间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。
考点三 测定净光合速率的方法及有机物变化曲线分析
一、测定净光合速率的方法
1．NaHCO3溶液作用：
烧杯中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。
2．植物净光合速率测定指标：
植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。
单位时间内水滴右移的体积即表示净光合速率。
3．条件：
整个装置必须在光下，光是植物进行光合作用的条件。
[易混易错]
测定光合速率实验的3个易混易错点
（1）注意变量的控制手段。
如光照强度的大小可用不同功率的灯泡（或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同）进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。
（2）不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行对照实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
（3）无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。
[方法技巧]
（1）上图测得的净光合速率＝真正光合速率－呼吸速率。
（2）光补偿点和光饱和点
①植物光合作用所利用的CO2与该温度条件下呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时的光照强度称为光补偿点。
如图B点。
②当光照强度增加到一定值后，植物的光合作用强度不再随光照强度的增加而增加或增加很少时，这一光照强度就称为光饱和点。
如图C点。
（3）补偿点和饱和点并不是固定不变的
①若呼吸速率增加，CO2（光）补偿点应右移，反之应左移。
②若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，CO2（光）补偿点应右移，反之应左移。
③与阳生植物相比，阴生植物CO2（光）补偿点和饱和点都相应向左移动。
二、有机物情况变化曲线及密闭环境中一昼夜CO2含量的变化曲线
1．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
（1）开始进行光合作用的点：
b。
（2）光合作用与呼吸作用相等的点：
c、e。
（3）开始积累有机物的点：
c。
（4）有机物积累量最大的点：
e。
2．密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线
（1）光合作用强度与呼吸作用强度相等的点：
D、H。
（2）该植物一昼夜表现为生长，其原因是I点CO2浓度低于A点CO2浓度，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减小，即植物光合作用>呼吸作用，植物生长。
细胞呼吸与光合作用关系中的易错点
光合作用与细胞呼吸应联系起来解题，考虑不到这一点则易出错
以温室内CO2浓度和时间关系的题为例。
要清楚只有光合作用>细胞呼吸时，室内CO2的含量才逐渐下降；当光合作用<细胞呼吸时，室内CO2的含量要上升。
在无光照的情况下，植物只进行细胞呼吸而没有光合作用，这时只有CO2的释放，无CO2的吸收。
太阳初升，植物有了光合作用，当光合作用＝细胞呼吸时室内CO2的含量达到最大值，此后光合作用强度逐渐增强，植物对CO2的吸收量大于细胞呼吸CO2的释放量，室内CO2的含量逐渐下降。
直到夕阳西下，植物光合作用减弱，当光合作用＝细胞呼吸时室内CO2的含量最低，这之后，只有细胞呼吸进行，所以室内CO2的含量又逐渐升高
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