专题四光合作用与呼吸作用总结.docx
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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 ＋ 4[H]＋ 能量（少）
酶2
细胞质基质
过程：
第二阶段：
2丙酮酸＋6H2O——————→ 6CO2＋20[H]+ 能量（少）
酶3
线粒体
第三阶段：
24[H]＋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 ＋ 4[H]＋ 能量（少）
酶2
2C2H5OH+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——→2C2H5OH ＋ CO2 ＋ 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1
1
C6H12O6——2C3H4O3（丙酮酸）+2[2H]+2ATP
酶2
②
2C3H4O3+6H2O——6CO2+20[H]+2ATP
酶3
③
24[H]+6O2--------12H2O+34ATP
①与有氧呼吸①同
酶2
②
2C3H4O3+2[2H]——2C3H6O3（乳酸）+2ATP
酶2
或
2C3H4O3+2[2H]-----------2C2H5OH+2CO2+2ATP
场所
①在细胞质基质中，②、③分别在线粒体基质和线粒体的内膜上
①、②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l16l╱2870=40.5％，后者为61.08╱196.65＝3l％。
【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25℃～35℃之间。
细胞呼吸的最高温度一般在35℃～45℃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：
①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。
②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；
③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
H2O＋CO2→C6H12O6
有机物→无机物
C6H12O6 →H2O＋CO2
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
1光合作用为呼吸作用提供物质基础——有机物和氧气。
②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。
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、1864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。
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
2H2O——→4[H]+O2
ADP+Pi——→ATP
ATP[H]酶
CO2固定：
CO2+C5——→2C3
CO2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
1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。
②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】①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
②光合作用的总反应式：
CO2+H2O——→（CH2O）+O26CO2+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。
①因为丙酮容易挥发；②为了使叶绿体完全破裂．从而能提取较多的色素；③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；A—B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）。
3．CO2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
[H]
ATP
O2产生量
C3
C5
（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）+O2 6CO2+12H2O——→C6H12O6+O2+6H2O
①光合作用释放的6分子O2来自光反应阶段原料水的分解。
②光反应阶段，12分子H2O光解产生24个[H]，在暗反应中用于还原6分子CO2并产生6分子H2O
③光合作用产物C6H12O6中的碳和氧来自原料CO2，氢来自原料水。
④生成物6H2O中的氢来自原料水，氧来自原料CO2，
2．能量计算；依据光合作用反应式进行计算。
3．与呼吸作用结合的计算
在光下光合作用与呼吸作用同时进行；
光合作用实际产氧量＝实测的氧气释放量+呼吸作用耗氧量
光合作用实际二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳消耗量+呼吸作用二氧化碳释放量
光合作用葡萄糖净生产量＝光合作用实际葡萄糖生产量－呼吸作用葡萄糖消耗量
【画龙点睛】
（1）关于光合作用强度有关的计算，关键是要分清坐标图中光合作用强度是净光合强度（实际测得的光合强度）还是实际光合强度。
若为净光合强度，则在光照强度或CO2浓度为零时其值为负值（此值为呼吸作用吸收O2的量或放出CO2的量或消耗有机物的量），如下图A所示；若为实际光合强度，则在光照强度为零或CO2浓度为零时，其值为零．如下图B或C所示。
（2）要注意题目中的表述，如果题目中告诉我们图中数据是实际测得的，那么不论什么情况都应按净光合强度计算；要注意单位的换算。
4、当外界因素光照强度、CO2浓度变化时，短时间内将直接影响光合作用过程中C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6合成量，进而影响叶肉细胞中这些物质的含量，它们的关系归纳如下
[H]减少
ATP减少
C3↑
C5↓
C3还原减弱
CO2固定仍
正常进行
光照强→弱
CO2供应不变
（1）
C6H12O6合成减少
光反应减弱 暗反应
（2）
C6H12O6合成增加
C3↓
C5↑
C3还原增强
CO2固定仍
正常进行
[H]增多
ATP增多
光照弱→强
CO2供应不变
光反应增强 暗反应
（3）
光照不变
CO2供应多→少
[H]相对增加
ATP相对增加
C3↓
C5↑
CO2固定减弱
C3还原仍正常进行
C6H12O6合成减少
暗反应
（4）
光照不变
CO2供应多→少
[H]相对减少
ATP相对减少
C3↑
C5↓
CO2固定增强
C3还原仍正常进行
C6H12O6合成增加
暗反应
练习题
一．过程图解类：
1．根据下面光合作用图解，判断下列说法不正确的是（ ）
A．⑥过程发生于叶绿体基质中
B．⑤过程发生于叶绿体类囊体薄膜上
C．图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、（CH2O）
D.①产生的[H]和①不仅用于还原C3化合物，还可用于矿质离子吸收等
解析：
光反应中生成的ATP专用于暗反应还原C3化合物之需，不能用于其它生命活动。
答案：
D
2．为了研究光合作用，生物小组的同学把菠菜叶磨碎，分离出细胞质和全部叶绿体。
然后又把部分叶绿体磨碎分离出叶绿素和叶绿体基质，分别装在四支试管内，并进行光照。
问哪一支试管能检测到光合作用的光反应过程（ ）
解析：
叶绿体是植物进行光合作用的场所。
光合作用光反应过程中，H2O光解，ATP形成（光合磷酸化）及光能转换成电能，电能转换成活跃的化学能储存在ATP和[H]中都是在类囊体薄膜上进行的。
膜上有进行光反应所需要的各种色素和酶，故B对，A错。
C中缺少色素和酶，D中缺少所需的酶。
答案：
B
二、坐标曲线图、柱状图类
1．（2009·江苏高考）某小组为研究脱气对酵母菌在培养初期产气量的影响，进行了甲、乙两组实验，实验装置如图所示，除图中实验处理不同外，其余条件
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