光合作用与呼吸作用.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流光合作用与呼吸作用.精品文档.光合作用和呼吸作用谢书祥(一)光合作用和呼吸作用的结构基础1.叶绿体的亚显微结构(在基质和类囊体的薄膜上分布着许多与光合作用有关的酶)5外膜 6-内膜 7-类囊体 8-叶绿体基质 叶绿体外膜:外膜的渗透性很大,如核苷、无机磷、蔗糖等许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。 叶绿体内膜:内外膜间隙约为1020nm,内膜对通过物质的选择性很强,CO2、O2、Pi、H2O、磷酸甘油酸等可通过内膜,ATP、ADP己糖磷酸,葡萄糖及果糖等够过内膜较慢,蔗糖不可以通过内膜,需要特殊的转运体才可以通过内膜。(联系膜的选择透过性
2、) 类囊体:类囊体是单层膜围成的扁平小囊,沿叶绿体的长轴平行排列,膜上有光合色素,又称光合膜。其主要成分是蛋白质和脂类(6:4)。全部类囊体实质上是一个相互贯通的封闭系统。基粒:定义:在叶绿体基质中由许多圆盘状类囊体堆叠而成的摞状结构特征:叶绿体基粒有许多囊状结构薄膜组成,表面有很多色素,是色素的载体。叶绿体基粒由10-100个类囊体重叠而成,因而又称囊状基粒,基粒和基粒之间有膜片层相连。叶绿体基质中越有4060个叶绿体基粒。化学成分:蛋白质,磷脂分子,酶。 基质:内膜和类囊体之间的空间,主要成分有:酶,叶绿体DNA,蛋白质合成体系(DNA,RNA,核糖体)2.线粒体的亚显微结构在内膜和基质中
3、分布着许多与有氧呼吸有关的酶)1-外膜 2-内膜 3-嵴 4-线粒体基质线粒体外膜线粒体内膜内外膜之间是腔膜间隙:向内皱褶形成线粒体嵴,大大增大了内膜的的表面积,为生化反应提供更广阔的场所。 内膜上有与呼吸作用有关的酶。线粒体基质 线粒体内膜包裹的是线粒体基质,含有很多蛋白质和脂类,催化三羧酸循环的酶,并且含有DNA,以及蛋白质合成体系,上有与呼吸作用有关的酶。3.叶绿体和线粒体比较叶绿体线粒体相同点双层膜;都有基粒和酶;含有DNA,具有半自主性,RNA;都能产生ATP;都是结构和功能的统一体不同点分布仅存在于绿色植物细胞中绝大部分分布在真核细胞中形状棒状、粒状椭球形或球形化学组成DNA、RN
4、A、磷脂、蛋白质、色素DNA、RNA、磷脂、蛋白质结构叶绿体由叶绿体外被、类囊体和基质3部分组成,叶绿体含有三种不同的膜:外膜、内膜、类囊体薄膜和三种彼此分开的腔:膜间隙、基质和类囊体腔线粒体由内外两层膜封闭,包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区隔增大膜面积的方式通过类囊体重叠来增大膜面积通过内膜向内折叠形成嵴酶和色素的分布酶分布在基质和类囊体薄膜上,色素分布在类囊体的薄膜上酶分布在基质、基粒、内膜上,没有色素补充:(1)关于叶绿体和线粒体的起源,现在的主流假说有内共生起源学说,内共生学说认为叶绿体和线粒体分别起源于原始真核细胞内共生的好氧细菌和蓝藻。好氧性细菌被原始真核生物吞噬后,在共生中
5、逐渐演化为线粒体,同样,蓝藻演化为叶绿体。于是叶绿体和线粒体有两层膜。(二)光合作用和呼吸作用的具体过程 1.光合作用(1)光合作用过程图总反应式:(2)光合作用的光反应和暗反应光反应暗反应场所叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质中条件光照、光合色素、酶多种酶物质变化水分解为H和O2 , ADP和Pi生成ATP CO2的固定:CO2和植物体内的C5结合形成C3C3的还原:在有关酶的催化作用下,C3接受ATP水解释放的能量并被H还原,形成葡萄糖和C5能量变化光能转变为ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能涉及的化学式H2OH+O2 ,ADP+Pi+能量ATPCO2+C5C3
6、C3+ H (CH2O)ATP+能量ADP+Pi元素来源去向H218O18O214CO214C3(14CH2O)联系光反应为暗反应提供ATP、H、NADPH;暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADPH+(3)影响光合作用强度的因素温度光合作用是在酶的催化下进行的,温度直接影响酶的活性。不同的植物有不同的最适温度范围。 A点为光合作用所需酶的最适温度。光照强度1点:只进行呼吸作用(呼吸强度);B点:光合作用等于呼吸作用(光补偿点);C点:光照增强光合速率不再增强(光饱和点)。2线段AB(不包括A、B两点):呼吸作用光合作用;线段BC(不包括点):光合作用呼吸作用。 CO2浓度a点:呼吸作用产生的
7、CO2 b点:CO2的补偿点 c点:CO2的饱和点ab:CO2太低,植物消耗光合产物 bc:随CO2的浓度增加,光合作用强度增强 cd:CO2浓度再增加,光合作用强度保持不变 de:CO2浓度超过一定限度,将引起原生质体中毒或气孔关闭,抑制光合作用 多因子P点时,限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子,随着的不断加强,光合速率不断提高;当到Q点时,横坐标所表示的因子,不再影响光合速率,要想提高光合速率,可适当提高图示的其他因子。例题【例1】 左图表示植物有关生理作用与环境因素的关系,请回答:1.B点叶肉细胞中产生ATP的细胞器有线粒体、叶绿体。2. AC段限制光合作用的主要因素是光照强度 。3
8、.ED段和对比,限制光合作用的主要因素是温度。和对比,限制光合作用的主要因素是CO2浓度。 【例2】 下列有关光合作用的叙述,正确的一组是(D)反应需光不需要酶 光合作用有水生成 最后阶段有氧气的释放 葡萄糖中的氢来自水 将不含能量的CO2转变成富含能量的有机物A. BC. D【例3】将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处,则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量的变化是(A)A.C3增加,葡萄糖减少 B.C3与葡萄糖都减少 C.C3与葡萄糖都增加 D.C3突然减少,葡萄糖突然增加【例4】下图是利用小球藻进行光合作用时的实验示意图,图中A物质和B物质的相对分子质量之比( C )A12 B21C89 D98
9、2.呼吸作用(1)有氧呼吸有氧呼吸过程图总反应式:C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+大量能量有氧呼吸的三个阶段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条件酶酶酶、氧气物质变化反应物葡萄糖2分子丙酮酸24分子H、6分子O2产物2分子丙酮酸、4分子H6分子CO2、20分子H12分子水产生的能量少量少量大量涉及的化学式(2)无氧呼吸无氧呼吸过程图总反应式:C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量或: C6H12O6 2C3H6O3+少量能量项目有氧呼吸无氧呼吸过程阶段酶1C6H12O6 2C3H4O3(丙酮酸)+22H+2ATP酶22C3H4O3+6
10、H2O6CO2+20H+2ATP酶324H+6O2-12H2O+34ATP与有氧呼吸同酶22C3H4O3+22H2C3H6O3(乳酸)+2ATP酶2或2C3H4O3+22H -2C2H5OH+2CO2+2ATP场所在细胞质基质中,、分别在线粒体基质和线粒体的内膜上、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
11、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
12、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l 16l2 870=40.5,后者为61.08196.653l。【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
13、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。(3)呼吸类型的判断 O2吸收量=0, 只进行无氧呼吸 O2吸收量=CO2释放量,只进行有氧呼吸 O2吸收量CO2释放量,既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸【要点三】影响细胞呼吸的因素 1、内
14、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2535之间。细胞呼吸的最高温度一般在3545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
15、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: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。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
16、的有机物这样生物体内的养料就耗损过多;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
17、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H2OCO2C6H12O6有机物无机物C6H12O6H2OCO2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
18、 光合作用为呼吸作用提供物质基础有机物和氧气。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
19、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。叶绿体CO2O2线粒体CO2 O2植物体叶绿体CO2O2线粒体(图2)CO2O2(图3)植物体叶绿体CO2O2线粒体植物体(图1)【例5】.在a、b、c、d条件下,测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如下表,若底物是葡萄糖,则下列叙述中正确的是(D)CO2释放量O2吸收量a100b83c64d77A. a条件下
20、,呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸B. b条件下,有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多C. c条件下,无氧呼吸最弱D. d条件下,产生的CO2全部来自线粒体 【例6】下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。根据下图回答下列问题:AC A点表示植物组织的CO2较多,这些CO2 是无氧呼吸的产物。 由A到P,CO2的释放量急剧减少,其原因是氧气增加,无氧呼吸受到抑制。 由P到C,CO2的量逐渐增加,其主要原因是氧气含量增加,有氧呼吸加强,释放的CO2量增多。 (三)光合作用和呼吸作用的关系和相关计算1.光合作用和呼吸作用的联系和区别光合作用呼吸作用代谢类型同化作用(合
21、成代谢)异化作用(分解代谢)发生部位有叶绿体的细胞一切活细胞的细胞质基质和线粒体发生条件光照下才可发生(自然条件白昼)光下、暗处都可发生(白天、黑夜)原料CO2、H2OO2、葡萄糖等有机物产物O2、葡萄糖等有机物CO2、H2O等能量转换贮藏能量的过程光能活跃的化学能稳定的化学能释放能量的过程稳定的化学能活跃的化学能PH变化上升下降2.关于光合作用速率和呼吸作用速率的一些概念:净光合速率(光合速率、实际光合速率、表观光合速率):光合作用产生的糖类(氧气)减去呼吸作用消耗的糖类(氧气)的速率呼吸速率:黑暗条件下测得的二氧化碳释放效率总光合速率:光合作用产生的糖类(氧气)的速率净光合速率=总光合速率
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