光合作用和細(xì)胞呼吸詳解

1、光合作用和細(xì)胞呼吸專題詳解一、色素的種類和作用濾紙條上色素帶有四條，分別是（由上到下）橙黃色的胡蘿卜素，黃色的葉黃素，藍綠色的葉綠素 a，黃綠色的葉綠素 b。其含量、吸收光譜和色素帶如下圖：將可見太陽光通過三棱鏡分光，在屏幕上可以得到七種光的連續(xù)光譜帶；如果讓可見太陽光先經(jīng)過高等植物的色素溶液，再通過三棱鏡分光得到的光譜帶為色素的吸收光譜，與連續(xù)光譜相比，色素的吸收光譜在不同光質(zhì)區(qū)段發(fā)生了不同程度的變暗，其中在紅光和藍紫光區(qū)呈現(xiàn)出明顯的暗帶，由此說明植物光合作用主要吸收紅光和藍紫光，而對綠光卻利用的最少。所以葉綠素的溶液呈現(xiàn)綠色。典題 1將 4支盛有等量衣藻的密閉式試管，在暗室中放置一定時間后

2、，分別a放在右圖中 a、b、c 、d 所示位置， 經(jīng)照射 1小時后，取出衣藻加熱脫色，滴加碘液，b則呈現(xiàn)藍色較淺的應(yīng)是哪支試管中的衣藻（）cA.aB.bC.cD.d三棱鏡二、光合作用的過程d1光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較：項目光反應(yīng)暗反應(yīng)實質(zhì)光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，并放出 O同化 CO 形成有機物（酶促反應(yīng)）22時間短促，以微秒計較緩慢條件需葉綠素、光、酶、水不需葉綠素和光，需要多種酶、ATP、 H 、CO2場所在葉綠體內(nèi)的基粒囊狀結(jié)構(gòu)的薄膜上進在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進行行光4H O2酶2C3水的光解： 2H2 OCO2的固定： CO2C5物質(zhì)轉(zhuǎn)化光酶酶ATPATP、 HATP的合成： ADPPi33252C的

3、還原： 2C（CHO） C HO能量轉(zhuǎn)化葉綠素把光能活躍化學(xué)能，并貯存在ATP中的活躍化學(xué)能有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能ATP光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H 和 ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和 Pi沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進行；沒有暗反應(yīng)，有機物無法合成聯(lián)系總之，光反應(yīng)是暗反應(yīng)的物質(zhì)和能量的準(zhǔn)備階段，暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，是物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的完成階段。二者是光合作用全過程的兩個階段，是相輔相成的。2葉綠體處于不同的條件下，C3 、C5、 H 、ATP以及（ CH2O）合成量的動態(tài)變化。條件C3C5H 和 ATP（ CH2O）合成量停止光照， CO2供應(yīng)不變增加下降減少或沒減少或沒有有突然光照， CO2供應(yīng)不變減

4、少增加增加增加光照不變，停止CO 供應(yīng)減少增加增加減少或沒有2光照不變， CO2供應(yīng)增加增加減少減少增加光照不變， CO供應(yīng)不變， (CH O)運輸增加減少增加減少22受阻 典題 2下圖為光反應(yīng)、暗反應(yīng)聯(lián)系示意圖，據(jù)圖回答下列問題：(1) 填出圖中字母所表示的物質(zhì)：a_，b_，c_， d_。(2) 光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了 _和 _。(3) 光合作用中的能量轉(zhuǎn)變是：光能 _。(4) 如小麥在適宜條件下栽培，突然將 d 降至極低水平，則小麥葉片中的三碳化合物含量會突然減少，其原因是 _ ；若降低 d 的同時，又停止光照，則不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，其原因是_。(5) 若對植物作如下處理： （甲）持續(xù)光照 1

5、0 分鐘，（乙）光照 5 秒后再黑暗處理 5 秒，連續(xù)交替進行20 分鐘，若其它條件不變，則在甲、乙兩種情況下植物所制造的有機物的總量是（A. 甲多于乙B.甲少于乙C.甲和乙相等D.無法確定）三、環(huán)境因素對光合作用強度的影響及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用空氣中 CO2 的濃度，土壤中水分的多少，光照的長短和強弱、光的成分以及溫度的高低等，都是影響光合作用強度的外界因素。光合作用強度可以通過測定一定時間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物的生成的數(shù)量來定量的表示。假設(shè)在一定范圍內(nèi)隨光照強度的增強，光合作用強度也增強。1光照強度與光合作用強度的關(guān)系曲線曲線分析： A 點光照強度為 0，此時只進行細(xì)胞呼吸，釋放的CO2量可表示

6、此時CO2C細(xì)胞呼吸的強度。吸收AB 段：隨光照強度加強，光合作用強度逐漸加強，細(xì)胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用， CO2的釋放量逐漸減少，此時細(xì)胞呼吸強度大于光合作用強度。B 點：細(xì)胞呼吸釋放的20B光照強度CO全部用于光合作用，即光合作用強度細(xì)胞呼吸強度。BC 段：表明隨著光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，到C 點以上不再加CO2強了。放出A應(yīng)用：陰生植物的B 點前移， C 點較低，如圖中虛線所示。間作套種時農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹種的配置，冬季溫室栽培避免高溫等都是對這一原理的具體運用。2. 溫度曲線分析光合作用是在酶催化下進行的，溫度直接影響酶的活性。AB 段隨溫度的升高

7、，光合作用逐漸加強；B 點表示光合作用的最適溫度。當(dāng)溫度超過B 點（ BC段）時，與光合作用有關(guān)的酶活性下降，光合作用強度也開始下降； 50左右光合作用幾乎停止。應(yīng)用：冬天，溫室栽培可適當(dāng)提高溫度；夏天，溫室栽培要適當(dāng)降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合作用；晚上適當(dāng)降低溫度，降低酶的活性，以降低細(xì)胞呼吸強度，保證有機物積累。3.CO2 濃度、含水量和礦質(zhì)元素曲線分析AB 段： CO2 和水是光合作用的原料，礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。在一定光合B范圍內(nèi)，隨 CO2 濃度、水和礦質(zhì)元素的增多，植物的光合作用強度越高。A 點：表作用示植物進行光合作用所需CO、水、礦質(zhì)元素的最低濃度

8、。 B 點：表示 CO、水、強22度礦質(zhì)元素的飽和點，超過該點，植物的光合作用強度不再增加。應(yīng)用 對農(nóng)田里的農(nóng)作物應(yīng)合理密植， “正其行，通其風(fēng)” ；對溫室作物來說，應(yīng)增施農(nóng)家肥料或使用CO發(fā)生器。礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。A2N 是構(gòu)成葉綠素、酶、 ATP等的元素； P 是構(gòu)成 ATP等的元素，參與葉綠體膜的構(gòu)O CO2 濃度、含水量和礦質(zhì)元素成； Mg是構(gòu)成葉綠素的元素；K 影響糖類的合成和運輸。因此要合理施肥。水是光合作用的原料和化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，水對光合作用的影響在多數(shù)情況下是間接影響。缺水導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，限制 CO2進入葉片； 缺水引起葉片內(nèi)淀粉水解加強，可溶性糖過多， 光合產(chǎn)物輸

9、出緩慢等。因此要預(yù)防干旱，合理灌溉。典題 3如圖所示為研究光照強度和2 濃度對某植物光合作CO光用速率的影響。下列有關(guān)敘述中不正確的是（）合c1%CO2A. 曲線中 a 點轉(zhuǎn)向 b 點時，葉綠體中C3 濃度升高作b·用·0.03%CO 2B. 曲線中 b 點轉(zhuǎn)向 d 點時，葉綠體中C5 濃度升高速·率C.在一定范圍內(nèi)增加光照和CO 濃度，有利于提高光合效率ad·2D.曲線中 C 點產(chǎn)生的限制因素是葉綠體中酶數(shù)量光照強度（ Lx ）四、呼吸作用的過程1. 有氧呼吸的過程第一階段第二階段第三階段場所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜物質(zhì)一分子葡萄糖分解為兩分子的

10、丙酮酸和 H2O 徹底分解成二氧前兩個階段產(chǎn)生的H 和丙酮酸，同時產(chǎn)生少量的氫和少化碳和氫， 同時釋放少量的能氧結(jié)合生成水，釋放大量變化過量的能量。量的能量。程C6 H12O6 2 丙酮酸 +H (少量 )+2 丙酮酸 +6H2 O 6CO2+H+ 能24H 6O2 12H2O能量反應(yīng)式能量(少量)量(少量)（大量）2無氧呼吸的過程場所：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)過程： (1) 高等植物可以進行短時間的無氧呼吸，將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，并釋放少量能量。它的反應(yīng)式是：C6H12 O6 2C2H5 OH2CO能量（少量）（2）高等動物和人、馬鈴薯塊莖、甜菜根等可進行無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，釋放少量能量，反應(yīng)式是：

11、C6 H12O6 2C3 H6 O3能量（少量）友情提醒：（1）有氧呼吸的三個階段進行的化學(xué)反應(yīng)都需要不同的酶來催化。（2）對于真核細(xì)胞來講，有氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，主要場所是線粒體( 第二、三階段在線粒體中進行， 大量能量也是在線粒體中生成的) ；對于原核細(xì)胞，有氧呼吸的場所都是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進行的。（3）1 mol 葡萄糖在體內(nèi)徹底氧化分解和體外燃燒都能釋放出2870 kJ 的能量，但是體內(nèi)氧化分解的能量是逐步釋放的，其中有1161kJ 的能儲存在ATP中（約 38 molATP），其余的能量以熱能的形式散失。（4）同位素標(biāo)記法可以追蹤呼吸作用中標(biāo)記元素的變化情況。（ 5）無氧

12、呼吸的產(chǎn)物是酒精還是乳酸取決于催化反應(yīng)的酶的種類，不同的酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物不同。（ 6）無氧呼吸有三個特點：細(xì)胞的無氧呼吸是在缺氧的條件下進行的，以適應(yīng)不利的環(huán)境；細(xì)胞的無氧呼吸過程中，把有機物不徹底的氧化分解為小分子有機物，例如酒精、乳酸等；釋放的能量少，因為形成的不徹底的氧化產(chǎn)物中仍含有大量的能量。動物肌細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸，絕大部分隨血液進入肝臟，在肝臟中轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。丙酮酸可以氧化分解釋放能量，也可以形成新的肝糖元或葡萄糖。還有極少量的乳酸可通過血液循環(huán)到達腎臟，隨尿排出體外。 典題 4 將酵母菌研磨成勻漿，離心后得上清液(細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) )和沉淀物 (含線粒體 )，把等量的上清液、沉淀物

13、和未曾離心的勻漿分別放入甲、乙、丙三個試管中，各加入等量葡萄糖溶液，然后置于隔絕空氣的條件下。下列敘述正確的是（）A 甲試管中最終產(chǎn)物為CO2 和 H2OB 乙試管中不發(fā)生反應(yīng)C丙試管中有大量的ATP 產(chǎn)生D 丙試管中無 CO2 產(chǎn)生五. 影響呼吸速率的因素（1）溫度呼吸作用在最適溫度（25 35）時最強；超過最適溫度，呼吸酶活性下降，呼吸受抑制。生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下貯存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培過程中夜間適當(dāng)降溫，降低呼吸作用，減少有機物的消耗，提高產(chǎn)量。（2）O2 的濃度如圖所示在O2 濃度為零時只能進行無氧呼吸；濃度為10%以下，既進行有氧呼吸也進行無氧呼吸；濃度為 10%以上

14、，只進行有氧呼吸。生產(chǎn)中常利用降低氧的濃度抑制呼吸作用，減少有機物消耗這一原理來延長蔬菜、水果保存鮮時間。水果儲存時氧氣的濃度并不是越少越好，因為氧氣很低時，無氧呼吸反而是加強了，無氧呼吸時產(chǎn)生的酒精對植物細(xì)胞有一定的破壞作用。選擇控制儲存條件時，要注意根據(jù)儲存的目的和對象有選擇的控制。儲存糧食就要減少水分，降低呼吸強度，但是對于蔬菜和水果為了達到保鮮的目的，就要保持含有一定的水，只能用較低的溫度防止凍傷。 典題 5 蔬菜和水果長時間儲藏、保鮮所需要的條件應(yīng)為（）A 低溫、干燥、低氧B 低溫、濕度適中、低氧C高溫、干燥、高氧D 高溫、濕度適中、高氧六、常見曲線圖解讀圖例曲線走勢常見的相關(guān)變量縱

15、坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)變量的增加無環(huán)境阻力下種群數(shù)量時間而不斷增加在某范圍內(nèi)縱坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)酶的活性 pH變量增加而不斷增加 超過某個值酶的活性溫度縱坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)變量增加而生長速率生長素濃度不斷減少自然狀態(tài)下的種群增長率時間液泡體積溶液濃度 (大分子溶質(zhì) )在某范圍內(nèi)縱坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)雜合子數(shù)量雜合體自交代數(shù)無氧呼吸強度氧濃度變量增加而不斷減少?？稍倮迷睾咳~齡恒溫動物耗氧量溫度光合作用強度 CO2 濃度在某范圍內(nèi)縱坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)光合作用強度光照強度變量增加而不斷增加， 超過某個值礦質(zhì)離子吸收量 O2 濃度縱坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)變量增加而ATP 產(chǎn)生量 O2 濃度趨于平緩。自然狀態(tài)下種群數(shù)量

16、時間反應(yīng)速度底物濃度在某范圍內(nèi)縱坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)變量增加而不斷減少，超過某個值縱坐標(biāo)變量隨橫坐標(biāo)變量增加而不斷增加。酵母菌的呼吸強度 O2 濃度種子萌發(fā)時的干重萌發(fā)天數(shù)種群密度殺蟲劑使用液泡體積某些溶液濃度 (溶質(zhì)為小分子或離子 )七、不同狀況下，同一植物氣體代謝特點及代謝相對強度的表示方法1黑暗狀況時，植物只進行細(xì)胞呼吸，不進行光合作用。(1)氣體代謝特點：此狀態(tài)下，植物從外界吸收0。，并將細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2 釋放到體外 (圖 A 表示 )。(2)細(xì)胞呼吸相對強度可用如下三種方式表示：用 CO2 釋放量 (或?qū)嶒炄萜鲀?nèi) CO2 增加量 )表示； 用 O2 吸收量 (或?qū)嶒炄萜鲀?nèi) CO2 減

17、少量 )表示； 用植物重量 ( 有機物 )的減輕量表示。2弱光情況下：植物同時進行光合作用和細(xì)胞呼吸。(1)細(xì)胞呼吸速率大于光合作用速率，此狀態(tài)下，植物的氣體代謝特點與黑暗情況下相同。但吸收O2 放出CO2 量較少 (如圖 B)。細(xì)胞呼吸相對強度可用如下三種方式表示：用 CO2 釋放量表示： N1=N2 N；用 O2 吸收量表示： m2=m1m；用植物重量 (有機物 )減少量表示。(2)細(xì)胞呼吸速率等于光合作用速率時，植物與外界不進行氣體交換，即沒有O2 和 CO2 的吸收與釋放 (如圖C)。此時表現(xiàn)呼吸或光合速率等于0。3較強光照時植物同時進行光合作用和細(xì)胞呼吸，且光合作用速率大于細(xì)胞呼吸速

18、率。(1)氣體代謝特點 ( 如圖 D) ：植物光合作用所利用的 CO2(用 N 表示 )除來自植物自身細(xì)胞呼吸 (N2) 之外，不足部分來自外界 (N1) ；植物光合作用產(chǎn)生的氧氣 (m)除用于自身細(xì)胞呼吸之外 (m1)，其余氧氣釋放到周圍環(huán)境中(m2)。分析圖可知： N=N1+N2 ，m=m1+m2(2)光合作用相對強度的表示方法：用 O2 釋放量 (或容器中氧氣的增加量)表示： m2=m m；用 CO2 吸收量 (或容器中CO2 的減少量 )表示：N1=N N2。用植物重量 (或有機物量 )的增加量表示。 典題 6(2007 宣武模擬 )圖中為某植物細(xì)胞部分結(jié)構(gòu)示意圖，據(jù)圖分析，下列四項敘

19、述中正確的是( )A a、b 箭頭表示的是O2 進出細(xì)胞的過程B e、f 箭頭表示的是CO2 進出細(xì)胞的過程C以 C18O2 作原料進行光合作用， 在較強光照下， 測得含 18O 的呼吸作用產(chǎn)物的主要去向是圖中d18D以 H 2 O 作原料進行光合作用，在較強呼吸作用下，測得含 18 O 的光合作用產(chǎn)物的主要去向是圖中的b典題答案和解析1. C 由于不同光質(zhì)的光折射角不同，經(jīng)三棱鏡折光后，照射到三棱鏡后面的白屏上的光線將出現(xiàn)七條光帶。從上到下依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。由圖中的位置可以判斷出b 處為紅光區(qū)，d 處為藍紫光區(qū)，所以c 處為綠光區(qū)。光合作用在白光下效率最高，其次是紅橙光和藍紫

20、光，葉綠素對綠光吸收量最少，圖中太陽光經(jīng)三棱鏡折射后照射到b 試管的是紅橙光，照射到d 試管的是藍紫光，c 試管上的光是綠光。2. 解析 此圖表示光合作用過程中的光反應(yīng)與暗反應(yīng)的主要變化及其相互聯(lián)系，由光合作用的過程可知： a 表示O2 、b 表示ATP、 c 表示 H、 d 表示CO2；光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了b 和 c，即ATP和 H；在光合作用過程中的能量變化是光能轉(zhuǎn)變成ATP 中的化學(xué)能，再轉(zhuǎn)變成有機物中的化學(xué)能，有機物主要是指糖類中的葡萄糖；如小麥在適宜條件下栽培，突然將d 降至極低水平，則小麥葉片中的三碳化合物含量會突然減少，其原因是缺少形成三碳化合物的原料CO2。若降低 d 的同時，

21、又停止光照，則不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，其原因是 CO2減少，固定過程受阻，三碳化合物合成減少，同時又由于光照停止，光反應(yīng)產(chǎn)生的H 和 ATP減少，使還原過程也受阻，這樣三碳化合物的含量就相對穩(wěn)定。甲乙兩種情況下，光反應(yīng)時間相等，產(chǎn)生的H 和 ATP的量幾乎相等，這些物質(zhì)除用于光反應(yīng)時間的暗反應(yīng)外，還能維持無光時的一段時間的暗反應(yīng)，即甲的暗反應(yīng)時間為10 分鐘，而乙的暗反應(yīng)的時間大于10 分鐘。注意此題問的是制造的有機物的總量，而不是積累的有機物的總量，故不必考慮細(xì)胞呼吸。 答案 (1)O2； ATP； H；CO2 (2)H； ATP (3)ATP中的化學(xué)能；糖類( 有機物 ) 中的化學(xué)能(4) 缺乏形成C3 的原料；光反應(yīng)受阻，缺乏H 和 ATP還原C3(5)B3. A 當(dāng)曲線中a 點轉(zhuǎn)向b