细胞呼吸和光合作用

一、细胞呼吸

（一）影响细胞呼吸的环境因素及应用

1． 温度

(1)曲线模型：如右图。

(2)解读：温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。

(3)应用：①低温下贮存蔬菜水果。②温室栽培中增大昼夜温差

2．O₂浓度

(1)曲线

 (1)点的含义

R点：只进行无氧呼吸；

P点之前：有氧呼吸与无氧呼吸共存，CO₂释放总量＝有氧呼吸释放量＋无氧呼吸释放量；P点及其以后：只进行有氧呼吸。

Q点：释放的CO₂量最少，细胞总体呼吸最弱，为种子蔬菜、水果贮存的最佳点。

B点：有氧呼吸吸收的O₂量(或释放的CO₂量)等于无氧呼吸释放的CO₂量。

3． 含水量

(1)曲线如图。

(2)解读：在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。

(3)应用：a:作物栽培中，合理灌溉。b:种子晾晒后再储存。

C:稻田需要定期排水，促进根细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生的酒精毒害细胞。

4．CO₂浓度

(1)曲线如右图。

(2)解读：CO₂是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。

(3)应用：在蔬菜、水果保鲜中，增加CO₂浓度(或充入N₂)可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。

粮食种子保存：零上低温、低氧、干燥     果蔬贮藏：零上低温、低氧、中等湿度。

（二）根据CO₂/ O₂的比值来判断生物的呼吸类型

1、如果呼吸底物是糖类，当CO₂/ O₂的值＝1，说明该生物只进行有氧呼吸；当CO₂/ O₂的值﹥1，说明该生物同时进行两种呼吸；如果不耗氧，再通过分析生成物，可判断无氧呼吸类型。

2、如果呼吸底物中有脂质参与，那么可能存在0﹤CO₂/ O₂的值﹤1。

（三）生物呼吸类型判断的实验设计

欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，两套呼吸装置中的单一变量为NaOH与蒸馏水，即用等量的蒸馏水取代实验组的NaOH溶液，其他所有项目均应一致。

①若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸(因有氧呼吸产CO₂量与耗O₂量相等)。

②若装置1液滴不动，装置2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸(因无氧呼吸只产CO₂，不耗O₂)。

③若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。

④装置1与装置2液滴均左移，则呼吸过程中O₂吸收量大于CO₂释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。

a．为使实验结果精确，排除物理误差还应设置如图装置3，以便校正物理因素引起的误差。

b．如果实验生物材料能进行光合作用，测定时要遮光处理（放在无光条件下）。

c．为了减少实验误差，生物实验材料一般先做消毒处理。

 

二、光合作用

一、总（真正、实际）光合速率和净（表观）光合速率的表述

a．文字表述

总（真正、实际）光合速率---植物 CO₂消耗量／O₂产生量／有机物（干物质）产生（制

造）量／叶绿体中吸收CO₂量或释放O₂量。

净（表观）光合速率---植物 CO₂吸收量／O₂释放量／有机物（干物质）积累（增重）量

／光下测定密闭小室CO₂减少量或O₂增加量或有机物变化量。

b．数学模型表示

（1）若表格等给定数值为有光条件下绿色植物测定值，则为净（表观）光合速率。

（2）当图（表）中表示的光照强度为0时，光合速度小于0时，即图（表）中表示光合速度的纵坐标有负值时，则图（表）中所示为净光合作用速度；或题中标明的光合作用速度用CO₂吸收量或O₂释放量表示，则图（表）中所示也为净光合作用速率。而当图（表）中表示的光照强度为0时，光合速度也为0时，则图（表）中所示为总光合作用速率。

二、因素（因子）对光合作用速率的影响

（一）内部因素对光合作用速率的影响

1．同一植物的不同生长发育阶段

曲线分析：在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。

2．同一叶片的不同生长发育时期

曲线分析：随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。

（二）单因子变量对光合作用的影响(外界因素)

1．光照——光合作用的动力

①光质，由于色素吸收可见光中的红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同波长的光对光合作用的影响不一样，建温室时，选用无色透明的玻璃(或塑料薄膜)做顶棚，能提高光能利用率。

②光照强度：在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用速率。

曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO₂量表示此时的呼吸强度。

AB段表明光照强度加强，光合作用速率逐渐加强，CO₂的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO₂全部用于光合作用，即光合作用强度＝细胞呼吸强度，B点对应的光照强度称为光补偿点。

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点以上不再加强了。C点对应的光照强度称为光饱和点。

应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。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与光补偿点有关。

提醒　外界条件变化时，CO₂(光)补偿点移动规律：

①呼吸速率增加，CO₂(光)补偿点应右移；呼吸速率减小，CO₂(光)补偿点应左移。

②呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降，CO₂(光)补偿点右移；条件的改变使光合速率上升时，CO₂(光)补偿点左移。

2．光照面积

曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。

OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。

3．CO₂浓度

曲线分析：图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO₂浓度，即CO₂补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO₂的最低浓度。两图中的B和B′点都表示CO₂饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO₂浓度增加而增大。

应用：大田要“正其行，通其风”，多施有机肥；温室内可适当补充CO₂。

4．必需矿质元素

曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。

应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。

5．温度

曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。

(三)多因子变量对光合作用速率影响的分析(外界因素)

　曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。

三、光合速率的测定与探究

方法一：密闭装置液滴移动法

1、  测定装置见右图

2、  方法解析

（1）测定植物呼吸作用速率（单位时间氧气消耗量）

要求：烧杯中装NaOH溶液＼遮光＼适宜温度。

（2）测定植物净（表观）光合速率

要求：烧杯中装适宜浓度NaHCO3溶液（CO₂缓冲液）＼适宜光照＼适宜温度。

方法二、黑白瓶法

（1）过程：①取三个相同的透明玻璃瓶标号a、b、c，并将a用不透光黑布包扎起来；②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水，并测定c瓶中水的溶氧量为w；③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24小时后取出；④测定a、b两瓶中水的溶氧量分别为v、k。

（2）解析：黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用，所以呼吸作用量=黑瓶中溶解氧的变化。白瓶既能光合作用又能呼吸作用，所以净光合作用量=白瓶中溶解氧的变化。24小时真正光合量（总光合量）=白瓶中溶解氧的变化+黑瓶中溶解氧的变化。即（k-v）。

 

四、光合作用过程中各种曲线图的分析

1．有关光合作用和呼吸作用关系的变化曲线图中，最典型的就是夏季的一天中CO₂吸收和释放变化曲线图，如图1和5所示。曲线的各点含义及形成原因分析

 

 

 

 

 

 

 

a点：凌晨3时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO₂释放减少，即⑤=⑥

b点：太阳出来，这时开始进行光合作用。即④⑤=③⑥

bc段：这时段光合作用小于呼吸作用。即④⑤=③⑥

c点：这时光合作用等于呼吸作用。即③=④

ce段：这时段光合作用大于呼吸作用。即①④=②③，

d点：这时外界温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。即①④=②③

e点：这时光合作用等于呼吸作用。即③=④

ef段：这时段光合作用小于呼吸作用。即④⑤=③⑥

fg段：这时段太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用。即⑤=⑥

（bf段）制造有机物时间段；（ce段）积累有机物时间段；（og段）消耗有机物时间段；（e点）一天中有机物积累最多的时间点；一昼夜有机物的积累量是曲线与横坐标形成上部面积与下部面积之差。

2． 在相对密闭的环境中，一昼夜CO₂含量的变化曲线图 (见图3)一昼夜O₂含量的变化曲线图(见图4)

图3中：(1)如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加；

(2)如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少；

(3)如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变；

(4)CO₂含量最高点为c点，CO₂含量最低点为e点（O₂含量最高点）。