细胞呼吸和光合作用.docx

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细胞呼吸和光合作用

有氧呼吸

线粒体

形状：

粒状、棒状。

功能：

有氧呼吸的主要场所。

结构

：

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。

线粒体由两层膜包被,外膜平滑,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体中央是基质。

基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。

线粒体能为细胞的生命活动提供场所，是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所,有细胞"动力工厂"之称。

另外,线粒体有自身的DNA和遗传体系,但线粒体基因组的基因数量有限,因此,线粒体只是一种半自主性的细胞器。

有许多基粒：

由类囊体堆叠而成，色素分布于此，还有多种酶，并极大扩展了受光面积

有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量的能量的过程。

有氧呼吸是高等动植物进行呼吸作用的主要形式。

有氧呼吸是高等动、植物进行呼吸作用的主要形式，通常所说的呼吸作用就是指有氧呼吸。

有氧呼吸的三个阶段

A、第一阶段：

　　在细胞质的基质中，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，同时脱下4个[H]（活化氢）；在葡萄糖分解的过程中释放出少量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生少量的ATP。

这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。

反应式：

C6H12O6酶→2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量（2ATP）

B、第二阶段：

　　丙酮酸进入线粒体的基质中，两分子丙酮酸和6个水分子中的氢全部脱下，共脱下20个[H]，丙酮被氧化分解成二氧化碳；在此过程释放少量的能量，其中一部分用于合成ATP，产生少量的能量。

这一阶段也不需要氧的参与，是在线粒体基质中进行的。

反应式：

2C3H4O3（丙酮酸）+6H2O酶→20[H]+6CO2+少量能量（2ATP）

‍C、第三阶段：

　　在线粒体的内膜上，前两阶段脱下的共24个[H]与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的6个O2结合成水；在此过程中释放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生大量的能量。

这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。

反应式：

24[H]+6O2酶→12H2O+大量能量（34ATP）　　[H]是一种十分简化的表示方式。

这一过程中实际上是氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成还原性辅酶Ⅰ（NADH）。

　　有氧呼吸主要在线粒体内,而无氧呼吸主要在细胞基质内.　　有氧呼吸需要分子氧参加,而无氧呼吸不需要分子氧参加　　有氧呼吸分解产物是二氧化碳和水,无氧呼吸分解产物是:

酒精或者乳酸　　有氧呼吸释放能量较多,无氧呼吸释放能量较少.

无氧呼吸

生物在无氧条件下进行呼吸，包括底物氧化及能量产生的代谢过程。

无氧呼吸，指生活细胞对有机物进行的不完全的氧化。

这个过程没有分子氧参与，其氧化后的不完全氧化产物主要是酒精。

在高等植物中常将无氧呼吸称为发酵。

其不完全氧化产物为酒精时，称为酒精发酵；为乳酸则称为乳酸发酵。

在缺氧条件下，只能进行无氧呼吸，暂时维持其生命活动。

无氧呼吸最终会使植物受到危害，其原因，一方面可能是由于有机物进行不完全氧化、产生的能量较少。

于是，由于巴斯德效应，加速糖酵解速率，以补偿低的ATP产额。

随之又会造成不完全氧化产物的积累，对细胞产生毒性；此外，也加速了对糖的消耗，有耗尽呼吸底物的危险。

全部过程都在细胞质基质中进行

第一阶段：

在细胞质的基质中，与有氧呼吸的第一阶段完全相同。

即一分子的葡萄糖分解成两分子的丙酮酸，过程中释放少量的[H]和少量能量。

第二阶段：

在细胞质的基质中，丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸。

须特别注意的是，丙酮酸转化为酒精或者乳酸的过程中并不产生能量。

叶绿体中色素的提取和分离

一、实验原理：

1、叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂丙酮中，所以，可以用丙酮提取叶绿体中的色素。

2、层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。

叶绿体中的色素在层析液中的深解度不同：

深解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。

这样，几分之后，叶结体中的色素就在扩散中分离开来。

二、

提取色素

方法步骤：

（1）称取5克绿色叶片并剪碎充分研磨漏斗过滤色素

（2）加入少许SiO2、CaCO3和5的丙酮

滤液收集到试管并棉塞封口

（1）

制备滤纸条

将干燥处理过的定性滤纸剪成长6㎝、宽1㎝的滤纸条，并在一端剪去两角；

（2）

干燥处理，重复2——3次。

（1）

画滤液细线

用毛细吸管吸少量的滤液沿铅笔线处小心均匀地画一条滤液线。

（2）

干燥处理，重复画2——3次。

（1）

层析色素

将3ML层析液倒入烧杯。

（2）

将滤纸条略微斜靠烧杯内壁（有滤液细线的一端朝下），轻轻插入层析液中。

（3）

用培养皿盖盖上烧杯。

观察结果

滤纸条上出现四条宽度，颜色不同的色素带，从上到下依次是：

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

1、选材时要注意选取新鲜、颜色深的叶片。

2、用丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨时要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，减少有机溶剂的挥发。

3、在研磨时加入少许SiO2，目的是为了研磨得充分；加入少许CaCO3的目的是为了防止研磨时叶绿体中色素受到破坏；加入丙酮的目的是作为叶绿体中色素的溶剂。

4、在制备滤纸条时，要剪去两角，这是为了使色素带整齐；要在距离去两角的一端1㎝处画一铅笔细线，其目的是起标记作用，以便使每次重复画的滤液细线在同一位置，画滤液细线要重复2——3次，是为了增加色素的含量，使实验交得明显。

5、分离色素时，一是不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解于层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。

捕获光能的色素和结构

1.

色素种类

颜色

吸收光谱

滤纸条

上位置

叶绿素（约占3/4）

叶绿素a

蓝绿色

主要吸收

红光和蓝紫光

中下层

叶绿素b

黄绿色

最下层

类胡萝卜素（约占1/4）

胡萝卜素

橙黄色

主要吸收

蓝紫光

最上层

叶黄素

黄色

中上层

2.色素的分布、功能及特性

（1）分布：

叶绿体类囊体的薄膜上。

（2）功能：

吸收光能、传递光能（四种色素）、转化光能（只有

少数处于特殊状态的叶绿素a）。

（3）特性：

不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。

（4）分离方法：

纸层析法

（5）叶绿色素溶液的透射颜色和反射颜色：

叶绿色素溶液对绿光吸收最少，所以透射下是翠绿色的，而在反射光下是棕红色的，这是叶绿素荧光现象。

结构

双层膜：

外膜、内膜

腔

充满液态基质

有许多基粒：

由类囊体堆叠而成，色素分布于此，还有多种酶，并极大扩展了受光面积

功能

进行光合作用的场所

光合作用的是能量及物质的转化过程。

首先光能转化成电能，经电子传递产生ATP和NADPH形式的不稳定化学能，最终转化成稳定的化学能储存在糖类化合物中。

分为光反应（lightreaction）和暗反应（darkreaction），前者需要光，涉及水的光解和光合磷酸化，后者不需要光，涉及CO2的固定。

分为C3和C5两类。

无氧呼吸:

指生活细胞对有机物进行的不完全的氧化。

这个过程没有分子氧参与，其氧无氧呼吸

化后的不完全氧化产物主要是酒精。

总反应式：

C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+226千焦耳（54千卡）在高等植物中常将无氧呼吸称为发酵。

其不完全氧化产物为酒精时，称为酒精发酵；为乳酸则称为乳酸发酵。

在缺氧条件下，只能进行无氧呼吸，暂时维持其生命活动。

无氧呼吸最终会使植物受到危害，其原因，一方面可能是由于有机物进行不完全氧化、产生的能量较少。

于是，由于巴斯德效应，加速糖酵解速率，以补偿低的ATP产额。

随之又会造成不完全氧化产物的积累，对细胞产生毒性；此外，也加速了对糖的消耗，有耗尽呼吸底物的危险。

有氧呼吸:

有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量的能量的过程。

有氧呼吸是高等动植物进行呼吸作用的主要形式。

无氧呼吸公式:

酒精发酵:

C6H12O6----2C2H5OH+2CO2+能量（横线应改为箭头,上标:

酶）乳酸发酵:

C6H12O6----2C3H6O3+能量（横线应改为箭头,上标:

酶）有氧呼吸公式:

C6H12O6+6H2O+6O2酶→6CO2+12H2O+38ATP有氧呼吸主要在线粒体内,而无氧呼吸主要在细胞基质内.有氧呼吸需要分子氧参加,而无氧呼吸不需要分子氧参加有氧呼吸分解产物是二氧化碳和水,无氧呼吸分解产物是:

酒精或者乳酸有氧呼吸释放能量较多,有氧呼吸释放能量较少.

联系

　　氧呼吸还使根系缺乏能量　　仔细分析呼吸作用的过程，不难发现，两种呼吸类型也是有共同点的。

　　1．从物质和能量的变化看，两者都是分解有机物释放能量。

　　2．从反应过程来看，这两种呼吸类型的第一步反应，都是在细胞质基质中把葡萄糖分解成丙酮酸。

　　3．从生物进化的角度看，原始地球的大气不含氧气。

所以，那时候的生物的呼吸方式都为无氧呼吸。

当蓝藻等自养型生物出现以后，大气中有了氧气，才出现了有氧呼吸。

可见，有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上发展而成的。

优劣

　　从能量供应角度看，有氧呼吸每分解1mol葡萄糖，可以释放2870kJ的能量。

而无氧呼吸分解1mol葡萄糖，只能释放196.65kJ的能量。

对于需氧型生物来说，生命活动所需要的能量，大部分由有氧呼吸提供，无氧呼吸所提供的能量无法满足维持生物生命活动的需要。

所以，对于提供能量来说，有氧呼吸要优于无氧呼吸。

　　从产物的角度看，有氧呼吸的终产物是二氧化碳和水，对生物体是无害的。

而无氧呼吸的终产物是乳酸或酒精和二氧化碳。

乳酸的形成，会使动物出现一些不良反应，如肌内酸痛。

乳酸过多还可能引起稳态的改变、乳酸中毒等。

酒精对植物细胞有很强的毒害作用。

所以，需要型生物的无氧呼吸，基本上是为了帮助生物度过一些缺氧的不良环境，不能长时间地进行。

所以，从终产物有无毒害这一角度看，有氧呼吸要优于无氧呼吸。

（一）单一因素的影响

1、光（包括光照强度、光照时间、光质）：

变化规律：

当其他因素适当且一定时，在一定范围内，光照强度逐渐增强，光合作用强度也随着加强；但光照增强到一定程度时，光合作用强度就不再增加。

B点称为光饱和点

原理：

影响光反应，最终影响有机物的合成

应用：

A适当提高光照强度；

B通过轮种延长光合作用时间

C合理密植、套种增加光合作用面积

2、CO2（浓度）：

变化规律：

当其他因素适当且一定时，在一定范围内，二氧化碳的浓度逐渐增强光合作用强度也随着加强；但二氧化碳的浓度增大到一定程度时，光合作用强度就不再增加。

原理：

影响暗反应中CO2的固定），最终影响有机物的合成

应用：

燃烧木炭；

3、温度：

变化规律：

当其他因素适当且一定时，在一定范围内，温度逐渐增大，光合作用强度也随着加强；但温度增大到一定程度时（一般为30-35ºC），光合作用强度就开始下降。

原理：

通过影响酶的活性影响光合作用，主要影响暗反应，最终影响有机物的合成

应用：

适当提高温度

4、矿质营养：

如Mg是叶绿素的组成成分，N是光合酶的组成成分，P是ATP分子的组成成分等等。

应用：

合理施肥

5、水分：

原理：

水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质。

应用：

预防干旱；适时适量灌溉

例题：

将一株经过饥饿处理（黑暗中放置12小时）的植物的一张叶片，中部的叶脉切断，给予光照两小时。

经镜检发现，叶片下部产生了淀粉，而叶片上部无淀粉生成。

其原因是

（）

A．切断叶脉阻断了有机物的运输B．切断叶脉阻断了水分的运输

C．切断叶脉阻断了CO2的运输D．切断叶脉影响了上部细胞的呼吸作用

三、综合因素曲线图：

1、光照强度—二氧化碳浓度（当温度适当且一定时，光照强度、二氧化碳浓度与光合速率如下图：

）

（1）甲图两条曲线在OA段重合在一起，是什么原因？

说明什么道理？

①光照强度较低时，光反应减弱，ATP、NADPH减少，最终影响光合速率；②OA段光合作用限制因素为光照强度，与CO2的浓度无关。

（2）两条曲线在光照强度为B时，光合速率各不相同，说明当光照强度较高时，二氧化碳浓度成为限制因素，光照强度不再是限制因素。

同理：

（1）乙图两条曲线在OA段重合在一起，是什么原因？

说明什么道理？

①CO2的浓度较低时，C3的生成减少，最终影响光合速率；②OA段光合作用限制因素为CO2的浓度，与光照强度无关。

（2）两条曲线在光照强度为B时，光合速率各不相同，说明当CO2的浓度较高时，光照强度成为限制因素，CO2的浓度不再是限制因素。

2、光照强度—温度（当CO2的浓度适当且一定时，光照强度、温度与光合速率如下图：

）

（1）三条曲线在OA段重合在一起，是什么原因？

说明什么道理？

①光照强度较低时，光反应减弱，ATP、NADPH减少，最终影响光合速率；②OA段光合作用限制因素为光照强度，与温度无关。

（2）三条曲线在光照强度为B时，光合速率各不相同，说明当光照强度较高时，温度成为限制因素，光照强度不再是限制因素。

。

同理：

（1）三条曲线在OA段重合在一起，是什么原因？

说明什么道理？

①温度较低时，主要影响暗反应中酶的活性，最终影响光合速率；②OA段光合作用限制因素为温度，与光照强度无关。

（2）三条曲线在光照强度为B时，光合速率各不相同，说明当温度较高时，光照强度成为限制因素，温度不再成为限制因素。

（3）试在图中完成B点后的曲线走向。

●延长光合作用时间

大田：

复种（一年种两茬或三茬）

温室：

人工光照

●增加光合作用面积

改变株型、合理密植

●提高光合作用效率

（1）控制光照强弱（阳生植物和阴生植物）

（2）增加水分和二氧化碳。

（3）增加矿质元素的供应

（4）控制温度，大棚作物白天可适当升高温度，夜晚适当降低温度。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光合作用概念图

通过对比可以得到光合作用与呼吸作用的主要区别：

①光合作用以CO2、H2O为原料，而呼吸作用的反应物为淀粉、己糖等有机物以及O2；②光合作用的产物是己糖、蔗糖、淀粉等有机物和O2，而呼吸作用的产物是

CO2和H2O；③光合作用把光能依次转化为电能、活跃化学能和稳定化学能，是贮藏能量的过程，而呼吸作用是把稳定化学能转化为活跃化学能，是释放能量的过

程；④在光合过程中进行光合磷酸化反应，在呼吸过程中进行氧化磷酸化反应；⑤光合作用发生的部位是在绿色细胞的叶绿体中，只在光下才发生，而呼吸作用发生在

有生活细胞的线粒体、细胞质中，无论在光下、暗处随时都在进行。

植物的光合作用和呼吸作用是植物体内相互对立而又相互依存的两个过程。

光合作用                                      呼吸作用

以CO2和H2O为原料                               以O2和有机物为原料

产生有机物和O2                                    产生CO2和H2O

叶绿素捕获光能                                    有机物的化学能暂时存于ATP中或以热能消失

通过光合磷酸化把光能转变为AIP          通过氧化磷酸化把有机物的化学能转化形成ATP

H2O的氢主要转移至NADP,形成             有机物的氢主要转移至NAD,形成NADH2

NADPH2

糖合成过程主要利用ATP和NADPH2       细胞活动是利用ATP和NADH2

仅有含叶绿素的细胞才能进行光合作用   活的细胞都能进行呼吸作用

只在光照下发生                                      在光照下或黑暗里都可发生

发生于真核植物细胞的叶绿体中             EMP.HMP发生于细胞质，TCA和生物氧化发生       

                                                              于线粒体中

光合作用和呼吸作用的联系表现在以下三个方面：

1、   光合作用所需的ADP和NADP，与呼吸作用所需的ADP和NADP是相同的。

这两种物质在光合和呼吸只共用。

2、光合作用的碳循环与呼吸作用的HMP途径基本上是正反反应的关系。

光合作用和呼吸作用之间有许多中间产物可以交替使用。

3、光合作用释放的氧可供呼吸利用，而呼吸作用释放的CO2也能为光合作用所同化。

[H]、ATP来源与去路的比较

来源

去路

[H]

光合作用

光反应中水的光解

作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物等

有氧呼吸

第一阶段、第二阶段产生

用于第三阶段还原氧气产生水，同时释放大量能量

ATP

光合作用

在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转换的太阳能

用于暗反应阶段C3还原时能量所需，一稳定的化学能形式储存在有机物中

有氧呼吸

第一、二、三阶段均产生，其中在第三阶段产生最多，能量来自于有机物的分解

作为能量直接用于各项生命活动