光合作用和细胞呼吸详解.docx
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光合作用和细胞呼吸详解
光合作用和细胞呼吸专题详解
色素的种类和作用
滤纸条上色素带有四条，分别是（由上到下）橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a,
黄绿色的叶绿素b。
其含量、吸收光谱和色素带如下图:
mix
mn
—胡萝卜素：
糧黄色
一叶黄素：
賞色
—叶绿素肆蓝绿色
h叶绿素b：
黄嫌色
将可见太阳光通过三棱镜分光，在屏幕上可以得到七种光的连续光谱带；如果让可见太阳光先经过高等植物的色素溶液，再通过三棱镜分光得到的光谱带为色素的吸收光谱，与连续光谱相比，色素的吸收光谱在不同光质区段发生了不同程度的变暗，其中在红光和蓝紫光区呈现出明显的暗带，由此说明植物光合
作用主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光却利用的最少。
所以叶绿素的溶液呈现绿色。
［典题1］将4支盛有等量衣藻的密闭式试管，在暗室中放置一定时间后，分别放在右图中a、b、c、d所示位置，经照射1小时后，取出衣藻加热脱色，滴加碘液,则呈现蓝色较浅的应是哪支试管中的衣藻（）
A.aB.bC.cD.d
、光合作用的过程
1•光反应和暗反应的比较:
项目
光反应
暗反应
实质
光能转变为化学能，并放岀O
同化CO形成有机物（酶促反应）
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
需叶绿素、光、酶、水
不需叶绿素和光，需要多种酶、ATP［H］、CO
场所
在叶绿体内的基粒囊状结构的薄膜上进
行
在叶绿体内的基质中进行
物质转化
光
酶.
水的光解：
2HLO
f4[H]+O2
J
CQ的固定：
CQ+2Ca
酶.
酶
ATP的合成：
ADP^PiATP
ATP[H]
G的还原：
2C3（CHQ）+G+HQ
能量转化
叶绿素把光能T活跃化学能，并贮存在
ATP
ATP中的活跃化学能-有机物中稳定的化学能
联系
⑴光反应为暗反应提供［H］和ATP;暗反应为光反应提供ADF和Pi
⑵没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成
总之，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。
条件
C3
C5
[H]和ATP
（CHQ）合成
量
停止光照，CO供应不变
增加
下降
减少或没
有
减少或没有
突然光照，CQ供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变，停止CQ供应
减少
增加
增加
减少或没有
光照不变，CQ供应增加
增加
减少
减少
增加
光照不变，CQ供应不变，（CH2Q）运输受阻
增加
减少
增加
减少
［典题2］下图为光反应、暗反应联系示意图，据图回答下列问题:
（1）填出图中字母所表示的物质：
a，b，c，d。
（2）光反应为暗反应
（3）光合作用中的能量转变是：
光能T____________T。
（4）如小麦在适宜条件下栽培，突然将d降至极低水平，则小麦叶片中的三碳化合物含量会突然减少,其原因是__________________;若降低d的同时，又停止光照，则不会出现上述现象，其原因是
（5）若对植物作如下处理：
（甲）持续光照10分钟，（乙）光照5秒后再黑暗处理5秒，连续交替进行20分钟，若其它条件不变，则在甲、乙两种情况下植物所制造的有机物的总量是（）
A.甲多于乙B.甲少于乙C.甲和乙相等D.无法确定
三、环境因素对光合作用强度的影响及其在农业生产中的应用
空气中CO2的浓度，土壤中水分的多少，光照的长短和强弱、光的成分以及温度的高低等，都是影响
光合作用强度的外界因素。
光合作用强度可以通过测定一定时间内原料消耗或产物的生成的数量来定量的
表示。
假设在一定范围内随光照强度的增强，光合作用强度也增强。
1•光照强度与光合作用强度的关系曲线
⑴曲线分析：
A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的
CQ量可表示此时
CQ"'
C
细胞呼吸的强度。
/
AB段：
随光照强度加强，光合作用强度逐渐加强，细胞呼吸释放的
CQ有一部分用
于光合作用，CQ的释放量逐渐减少，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
4
/r
B点：
细胞呼吸释放的CQ全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度。
0
//
B光照强度
BC段：
表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到
C点以上不再加
CQ
强了。
放岀
A
⑵应用：
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，冬季温室栽培避免高温等都是对这一原理的具体运用
2.
温度
⑴曲线分析
光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。
AB段随温度的升高，光合作用逐渐加强；B点表
示光合作用的最适温度。
当温度超过B点（BC段）时，与光合作用有关的酶活性下降，光合作用强度也开
始下降；50C左右光合作用几乎停止。
⑵应用：
冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培要适当降低温度。
白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温度，降低酶的活性，以降低细胞呼吸强度，保证有机物积累。
3.CO2浓度、含水量和矿质元素
⑴曲线分析
缺水导致气孔关闭,
AB段：
CO和水是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。
在一定范围内，随CQ浓度、水和矿质元素的增多，植物的光合作用强度越高。
A点：
表
示植物进行光合作用所需CQ、水、矿质元素的最低浓度。
B点：
表示CQX水、矿质元素的饱和点，超过该点，植物的光合作用强度不再增加。
⑵应用①对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风”；对温室作物
来说，应增施农家肥料或使用CQ发生器。
②矿质元素直接或间接影响光合作用。
N是构成叶绿素、酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。
因此要合理施肥。
③水
是光合作用的原料和化学反应的介质，水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。
光合产物输岀缓慢等。
因此要预防干旱,
限制CQ进入叶片；缺水引起叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多,合理灌溉。
[典题3]如图所示为研究光照强度和CQ浓度对某植物光合作用速率的影响。
下列有关叙述中不正确..的是（）
A.曲线中a点转向b点时，叶绿体中G浓度升高
B.曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5浓度升高
C.在一定范围内增加光照和CQ浓度，有利于提高光合效率
D.曲线中C点产生的限制因素是叶绿体中酶数量
四、呼吸作用的过程
1.有氧呼吸的过程
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
物质
变化
一分子葡萄糖分解为两分子的丙酮酸，同时产生少量的氢和少量的能量。
丙酮酸和HkQ彻底分解成二氧化碳和氢，同时释放少量的能量
前两个阶段产生的[H]和
氧结合生成水，释放大量的能量。
反应
式
GHUQ—2丙酮酸+[H]（少量）+
能量（少量）
2丙酮酸+6HC—6CQ+[H]+能
量（少量）
24[H]+6Q—12H2Q+能量
（大量）
2•无氧呼吸的过程
场所：
细胞质基质
过程：
（1）高等植物可以进行短时间的无氧呼吸，将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，并释放少量能量。
它的反应式是：
GH2C6T2QH5QH^2CQ+能量（少量）
（2）高等动物和人、马铃薯块茎、甜菜根等可进行无氧呼吸产生乳酸，释放少量能量，反应式是:
C6HLQ-2C3H6Q+能量（少量）
友情提醒：
（1）有氧呼吸的三个阶段进行的化学反应都需要不同的酶来催化。
（2）对于真核细胞来讲，有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，主要场所是线粒体（第二、三阶段在线
粒体中进行，大量能量也是在线粒体中生成的）；对于原核细胞，有氧呼吸的场所都是在细胞质基质中进行
的。
（3）1mol葡萄糖在体内彻底氧化分解和体外燃烧都能释放出2870kJ的能量，但是体内氧化分解的能量是逐步释放的，其中有1161kJ的能储存在ATP中（约38molATP），其余的能量以热能的形式散失。
（4）同位素标记法可以追踪呼吸作用中标记元素的变化情况。
（5）无氧呼吸的产物是酒精还是乳酸取决于催化反应的酶的种类，不同的酶催化反应的产物不同。
（6）无氧呼吸有三个特点：
细胞的无氧呼吸是在缺氧的条件下进行的，以适应不利的环境；细胞的无氧呼吸过程中，把有机物不彻底的氧化分解为小分子有机物，例如酒精、乳酸等；释放的能量少，因为形成的不彻底的氧化产物中仍含有大量的能量。
动物肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，绝大部分随血液进入肝脏，在肝脏中转变为丙酮酸。
丙酮酸可以氧化分解释放能量，也可以形成新的肝糖元或葡萄糖。
还有极少量的乳酸可通过血液循环到达肾脏，随尿排岀体外。
［典题4］将酵母菌研磨成匀浆，离心后得上清液（细胞质基质）和沉淀物（含线粒体），把等量的上清液、沉淀物和未曾离心的匀浆分别放入甲、乙、丙三个试管中，各加入等量葡萄糖溶液，然后置于隔绝空气的条件下。
下列叙述正确的是（）
A•甲试管中最终产物为CO2和H2OB•乙试管中不发生反应
C•丙试管中有大量的ATP产生D•丙试管中无CO2产生
5.影响呼吸速率的因素
（1）温度
呼吸作用在最适温度（25C〜35C）时最强；超过最适温度，呼吸酶活性下降，呼吸受抑制。
生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低呼吸作用，减少有机物的消耗，提高产量。
（2）Q的浓度
如图所示在O2浓度为零时只能进行无氧呼吸；浓度为10%以下，既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸；浓
度为10%以上，只进行有氧呼吸。
生产中常利用降低氧的浓度抑制呼吸作用，减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果保存鲜时间。
有轼呼换
严无氧呼吸消失点
6前&搦庞5必Q%
水果储存时氧气的浓度并不是越少越好，因为氧气很低时，无氧呼吸反而是加强了，无氧呼吸时产生的酒精对植物细胞有一定的破坏作用。
选择控制储存条件时，要注意根据储存的目的和对象有选择的控制储存粮食就要减少水分，降低呼吸强度，但是对于蔬菜和水果为了达到保鲜的目的，就要保持含有一定的水，只能用较低的温度防止冻伤。
［典题5］蔬菜和水果长时间储藏、保鲜所需要的条件应为（
A•低温、干燥、低氧B•低温、湿度适中、低氧
C.高温、干燥、高氧D.高温、湿度适中、高氧
六、常见曲线图解读
图例
曲线走势
常见的相关变量
纵坐标变量随横坐标变量的增加
而不断增加
无环境阻力下种群数量一一时间
在某范围内纵坐标变量随横坐标变量增加而不断增加.超过某个值
纵坐标变量随横坐标变量增加而
不断减少
1酶的活性——pH
2酶的活性一一温度
3生长速率一一生长素浓度
4自然状态下的种群增长率——时间
1
U
在某范围内纵坐标变量随横坐标变量增加而不断减少。
1液泡体积——溶液浓度（大分子溶质）
2杂合子数量——杂合体自交代数
3无氧呼吸强度——氧浓度
4可再利用元素含量叶龄
5恒温动物耗氧量一一温度
1
\r
在某范围内纵坐标变量随横坐标变量增加而不断增加，超过某个值纵坐标变量随横坐标变量增加而趋于平缓。
1光合作用强度一一C02浓度
2光合作用强度一一光照强度
3矿质离子吸收量一一02浓度
4ATP产生量一一02浓度
5自然状态下种群数量一一时间
6反应速度一一底物浓度
|v
在某范围内纵坐标变量随横坐标变量增加而不断减少，超过某个值纵坐标变量随横坐标变量增加而不断增加。
1酵母菌的呼吸强度一一02浓度
2种子萌发时的干重一一萌发天数
3种群密度一一杀虫剂使用
4液泡体积一一某些溶液浓度（溶质为小分子或离子）
七、不同状况下，同一植物气体代谢特点及代谢相对强度的表示方法
1•黑暗状况时，植物只进行细胞呼吸，不进行光合作用。
（1）气体代谢特点：
此状态下，植物从外界吸收0。
，并将细胞呼吸产生的C02释放到体外（图A表示）。
（2）细胞呼吸相对强度可用如下三种方式表示：
①用CO2释放量（或实验容器内CO2增加量）表示；②用。
2吸收量（或实验容器内CO2减少量）表示；③用植物重量（有机物）的减轻量表示。
2•弱光情况下：
植物同时进行光合作用和细胞呼吸。
（1）细胞呼吸速率大于光合作用速率，此状态下，植物的气体代谢特点与黑暗情况下相同。
但吸收02放出
C02量较少（如图B）。
细胞呼吸相对强度可用如下三种方式表示：
①用C02释放量表示：
N1=N2—N;②用02吸收量表示：
m2=m1
—m；③用植物重量（有机物）减少量表示。
（2）细胞呼吸速率等于光合作用速率时，植物与外界不进行气体交换，即没有
02和CO2的吸收与释放（如图
C）。
此时表现呼吸或光合速率等于0。
3.较强光照时
植物同时进行光合作用和细胞呼吸，且光合作用速率大于细胞呼吸速率。
（1）气体代谢特点（如图D）:
植物光合作用所利用的C02（用N表示）除来自植物自身细胞呼吸（N2）之外，不足部分来自外界（N1）;植物光合作用产生的氧气（m）除用于自身细胞呼吸之外（ml），其余氧气释放到周围环境
中（m2）。
分析图可知：
N=N1+N2,m=m1+m2
（2）光合作用相对强度的表示方法：
①用02释放量（或容器中氧气的增加量）表示：
m2=m—m；②用C02吸收量（或容器中C02的减少量）表示：
N仁N—N2。
③用植物重量（或有机物量）的增加量表示。
［典题6］（2007宣武模拟）图中为某植物细胞部分结构示意图，据图分析，下列四项叙述中正确的是（）
A.ab箭头表示的是02进出细胞的过程
B.e、f箭头表示的是C02进出细胞的过程
C.以C1802作原料进行光合作用，在较强光照下，含180的呼吸作用产物的主要去向是图中d
D•以H2180作原料进行光合作用，在较强呼吸作用下测得含180的光合作用产物的主要去向是图中的b
典题答案和解析
1.C由于不同光质的光折射角不同，经三棱镜折光后，照射到三棱镜后面的白屏上的光线将出现七条
光带。
从上到下依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
由图中的位置可以判断岀b处为红光区，d处为蓝
紫光区，所以c处为绿光区。
光合作用在白光下效率最高，其次是红橙光和蓝紫光，叶绿素对绿光吸收量最少，图中太阳光经三棱镜折射后照射到b试管的是红橙光，照射到d试管的是蓝紫光，c试管上的光是
绿光。
2.［解析］此图表示光合作用过程中的光反应与暗反应的主要变化及其相互联系，由光合作用的过程可
知：
a表示Q、b表示ATRc表示［H］、d表示CO;光反应为暗反应提供了b和c,即ATP和［H］;在光合作用过程中的能量变化是光能转变成ATP中的化学能，再转变成有机物中的化学能，有机物主要是指糖类
中的葡萄糖；如小麦在适宜条件下栽培，突然将d降至极低水平，则小麦叶片中的三碳化合物含量会突然减少，其原因是缺少形成三碳化合物的原料CO。
若降低d的同时，又停止光照，则不会出现上述现象，其
原因是CO减少，固定过程受阻，三碳化合物合成减少，同时又由于光照停止，光反应产生的［H］和ATP减
少，使还原过程也受阻，这样三碳化合物的含量就相对稳定。
甲乙两种情况下，光反应时间相等，产生的
［H］和ATP的量几乎相等，这些物质除用于光反应时间的暗反应外，还能维持无光时的一段时间的暗反应，即甲的暗反应时间为10分钟，而乙的暗反应的时间大于10分钟。
注意此题问的是制造的有机物的总量，
而不是积累的有机物的总量，故不必考虑细胞呼吸。
［答案］
（1）02;ATP［H］;CQ⑵［H］;ATP⑶ATP中的化学能；糖类（有机物）中的化学能
（4）缺乏形成C3的原料；光反应受阻，缺乏［H］和ATP还原C3（5）B
3.A当曲线中a点转向b点时，光照强度增加，在其它条件不变时产生的［H］和ATP的量增加，G的还原加快，CQ的固定不变，所以G的浓度应该下降。
当曲线中b点转向d点时，光照强度不变，CQ浓度下降，CQ的固定下降，消耗的C5减少，而C5还在不断的产生，所以G的浓度升高。
由图中可以看出，在一
定范围内，随着光照强度和CQ浓度的增加，光合作用速率增加，所以C正确。
到达c点时，在较高CQ浓
度下，增加光照强度后，光合作用速率不变，说明其限制因素是叶绿体中酶的数量。
4.B甲试管中有细胞质基质，在加入葡萄糖、隔绝空气的条件下进行的是无氧呼吸，其产物为酒精和
CQo乙试管中含线粒体（有氧呼吸的主要场所）及加入葡萄糖，但在隔绝空气的条件下无法进行呼吸作用。
丙试管中只进行酵母菌的无氧呼吸，产生酒精和CQ但无氧呼吸产生ATP较少。
5.B蔬菜和水果要不断地进行呼吸作用，消耗含有的有机物，要想保证有机物尽量少地消耗，需要降低呼吸作用，所以要给予低氧的环境；温度能通过降低酶的活性来降低呼吸作用速率。
而保鲜则需要适宜的湿度，不同的蔬菜、水果需要的湿度不同。
6.
Ca表示叶绿体吸收CQ，b表示释放C2，e表示线粒体吸收Q，f表示释放CQ2c表示叶绿体产生Q为线粒体利用，d表示线粒体产生的CQ为叶绿体利用。
以C18Q作原料进行光合作用，18Q的转移为：
利用。
以H218Q作原料进行光合作用，其180全部生成1802,在较强呼吸强度下，1802主要被线粒体利用进
行有氧呼吸。
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