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【专题】光合作用与细胞呼吸计算及曲线

2020-09-25  囡波湾生物

一、光合作用与呼吸作用反应式:

二、光合作用与呼吸作用能量变化:

1.消耗等量的葡萄糖时无氧呼吸与有氧呼吸所产生的CO2摩尔数之比为13

2.产生等量的ATP时无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖摩尔数之比为191

3.释放等量的CO2时无氧呼吸与有氧呼吸所消耗的葡萄糖摩尔数之比为31,转移到ATP中能量之比为16.8

4.有氧呼吸过程中能量转化率为1161/287040.5

5.无氧呼吸产生酒精过程中能量转化率为61.08/225.9427﹪。

6.无氧呼吸产生乳酸过程中能量转化率为61.08/196.6531.1﹪。

三、影响细胞呼吸的外界因素

1.温度:温度能影响呼吸作用,主要是影响呼吸酶的活性。一般而言,在一定的温度范围内,呼吸强度随着温度的升高而增大,如下图曲线所示。

 

2.02浓度:

(1)对有氧呼吸:02是有氧呼吸的原料之一,在一定范围内,随着02浓度增加,有氧呼吸强度也增加,但02浓度达到一定值时有氧呼吸强度将不再随02浓度增加而增加。 (如图a

(2)对无氧呼吸:随02浓度增加而受抑制,02浓度越高,抑制作用越强,02浓度达一定值时,被完全抑制。(如图b

(3)植物呼吸速率与02的浓度的关系(如图):

若只产生C02,不消耗02,则只进行无氧呼吸(图中A点)。

若产生C02的物质的量比吸收02的物质的量多,则两种呼吸同时并存(图中AC段)。

(4)若产生C02的物质的量与吸收02的物质的量相等,则只进行有氧呼吸(图中C点以后)。

(5)B点表示无氧呼吸与有氧呼吸速率相等(用C02的释放量表示),此时C02的总释放量最低。D点表示02的浓度超过一定值(10)以上时,无氧呼吸消失,说明有02存在时,无氧呼吸受到抑制。

(6)应用

作物栽培中,采取中耕松土,防止土壤板结等措施,都是尽量使02供应充足,保证根细胞的正常呼吸,有利于肥料的吸收。

生产中利用低氧抑制细胞呼吸减少对有机物的消耗来延长蔬菜、水果、粮食的保存时间。

3.C02浓度:增加C02浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用。

4.水:水既是细胞呼吸的原料,也是产物,细胞呼吸过程必须在有水的环境中才能完成。一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。

应用:粮油种子在贮藏时,必须降低含水量,使种子呈风干状态,降低细胞呼吸强度,减少有机物消耗;同时防止微生物大量繁殖而使种子变质。

四、有氧呼吸反应中各元素的去路

五、根据细胞呼吸物质变化的数量关系来判断细胞呼吸方式

1.依据02吸收量和C02释放量判断

1)不消耗02,释放C02→只进行无氧呼吸;

202吸收量=C02释放量→只进行有氧呼吸;

302吸收量<C02释放量→两种呼吸方式同时进行,且多余C02来自无氧呼吸;

402吸收量>C02释放量→呼吸底物不是糖类。

2.依据酒精和C02生成量判断

1)酒精量=C02量→只进行无氧呼吸;

2)酒精量<C02量→两种呼吸方式同时进行,且多余C02来自有氧呼吸。

六、环境因素对光合作用强度的影响

1.光照强度

1A点:表示只进行呼吸作用,该数值表示呼吸作用强度。

2AB段:随着光照强度增强,光合作用增强,但光合作用强度小于呼吸作用强度。

3B点(光补偿点):表示光合作用强度等于呼吸作用强度,也可用以下的几个方面表示为:光合作用吸收的C02的量等于呼吸作用释放的C02的量;或光合作用释放的02的量等于呼吸作用吸收的02的量;或光合作用合成的有机物的量等于呼吸作用消耗的有机物的量。

4BC段:随着光照强度增强,光合作用增强,但光合作用强度大于呼吸作用强度。

5C点(光饱和点):表示光合作用的强度达到最大值,在这以后光照强度再增加,光合作用的强度不再增加,也就是这时光照强度不再是影响光合作用的因素,这时影响光合作用的因素主要为温度和C02的浓度。

2.C02浓度

1)图1和图2共同说明:在一定范围内随C02浓度的增加光合作用增强,但当C02浓度增加到一定范围后,光合作用不再增强。

2)图1A点表示光合作用强度等于呼吸作用强度,此浓度为C02补偿点,也可以表示为光合作用吸收的C02的量等于呼吸作用释放的C02的量。图2A点表示进行光合作用所需的最低C02浓度,两图中的B点都表示C02饱和点。

应用:在生产中正行通风、施碳肥、施有机肥(微生物分解有机物释放C02、产生无机盐。)

3.温度

温度主要是通过影响光合作用酶的活性而影响光合作用强度。一般而言,在一定的温度范围内,光合作用强度随着温度的升高而增大,如下图曲线所示。

4.矿质元素

在一定的范围内,增大必需元素的供应,可提高光合作用速率,但当超过一定的浓度后,会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。

5.水分

水是光合作用的原料,缺水既可直接影响光合作用,又会导致叶片气孔关闭,限制C02进入叶片,从而间接影响光合作用

七、多因子对光合作用的影响分析

自然条件和生产实际中并非单一因素影响光合作用,是多种因素共同影响。

P点之前,限制光合作用的因素应为横坐标所表示的因子,随其不断加强,光合作用不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因子,不再是影响光合速率的因子,要想提高光合速率,可采用适当提高图示中其他因子的措施。

八、呼吸速率的测定方法:

呼吸速率:将植物置于黑暗中,测定容器内C02的增加量、O2减少量或有机物减少量。

1.植物细胞呼吸的指标:植物细胞呼吸吸收02,释放C02C02NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,毛细管内的水滴左移。根据单位时间内液滴左移的体积即可计算呼吸速率(如下图)。

2.条件:整个装置必须遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。[来源:学科网ZXXK]

3.为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应将装置及所测种子进行消毒处理。

4.对照组的设置:为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测定的生物灭恬(将种子煮熟),其他条件均不变。

九、光合速率的测定方法:

净光合速率:将植物置于光下,测定容器中O2的增加量、C02减少量或有机物增加量。

1.NaHCO3溶液作用:玻璃瓶中的NaHC03溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,满足了绿色植物光合作用的需求。

2.植物光合速率指标:植物光合作用释放O2,使容器内气体压强增大,毛细管内的液滴右移。单位时间内液滴右移的体积即是光合速率(如下图)。[来源:Zxxk.Com]

3.条件:整个装置必须在光下,光是植物进行光合作用的条件。

十、光合作用反应中各元素的去向

十一、光合速率的表示方法

对于绿色植物来说,由于进行光合作用的同时,还在进行呼吸作用。因此,光下测定的值为净光合速率,而实际光合速率=净光合速率+呼吸速率。

1.表示方法:通常以一定时间内C02等原料的消耗或02(CH20)等产物的生成量来定量表示。

1)净光合速率,常用O2释放量、C02吸收量或有机积累量来表示。

2)真正光合速率即实际光合速率,常用O2产生量、C02固定量或有机物的产生量来表示。

光合作用实际产O2实测O2释放量呼吸作用耗O2量。

光合作用实际C02消耗量实测C02消耗量呼吸作用C02释放量。

光合作用实际C6H12O6生产量光合作用C6H12O6净生产量呼吸作用C6H12O6消耗量。

2.净光合速率和真正光合速率的关系:

在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下,OA段代表植物呼吸速率,0D段表示植物净光台速率,OA+OD段表示真正光台速率,它们的关系为:真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。

十二、光照强度和C02浓度对C3C5的影响分析

1.光照强度增强【设定条件:C02浓度适宜】,光反应产生的〔H〕和ATP增多,对C3的还原加强,C3减少,C5增加。突然停止光照【设定条件:C02浓度不变】,光反应产生的〔H〕和ATP减少,对C3的还原减弱,而暗反应对CO2的固定不变,C5固定CO2形成C3的量不变,所以C3增加,C5减少。

2.C02浓度增加【设定条件:光照强度适宜】,暗反应对CO2的固定加强,C5减少,C3增加。突然停止CO2供应【设定条件:光照强度不变】,光反应产生的〔H〕和ATP不变,对C3的还原不变,而暗反应对CO2的固定减少,C5固定CO2形成C3的量减少,所以C3减少,C5增加。

十三、光合作用和呼吸作用的有关曲线图像题解题要点

1.搞清楚“量”的关系

凡是曲线图,总是反映一定变量的关系,在有关光合作用和呼吸作用曲线题中,尽管牵涉到的量不多,但由于生化反应是一个复杂的过程。不像一般的数学函数,所牵涉到的“量”往往都有它的特殊含义。含义很容易混淆,如吸收量和利用量,释放量和产生量,有机物产生产生量、净生产量(或积累量)和消耗量等等,如果这些量的区别和关系搞不清楚。解题可就很容易出差错。

2.“黑暗”条件的理解

凡是有光合作用、呼吸作用的曲线图的题中,光照的有无或强弱也往往是形影不离。当题目给出黑暗条件(或光照强度为零)时,我们就要考虑到什么生理活动在进行?什么生理活动不在进行?为什么有的实验要在黑暗条件下进行?我们应十分注意黑暗条件:

1)植物光合作用和呼吸作用的生理过程中,光合作用必须要有光的条件下才能进行,而呼吸作用有光无光都能进行。

2)光合作用的光反应也必须要有光的情况下才能进行,而暗反应有光无光都能进行(只要有足够的[H]ATP)。

3)黑暗时释放CO2,吸收O2。消耗体内的有机物。

4)长时间黑暗对植物不能正常生长。

5)黑暗是测定呼吸速率和光合速率实验中的关键条件之一。

3.理解“零值”的含义

在分析曲线图时,十分关键的是要理解CO2吸收值为零值的生物学含义。CO2的吸收量为零值,这并不是表示此时不进行光合作用和呼吸作用,而是表示光合作用强度和呼吸作用强度相当,表现为环境中CO2的量没有发生变化。对“零值”的理解有以下几个方面:

1)光照情况下,吸收CO2的量为零量,表示光合作用强度与呼吸作用强度相当,并不是说植物不进行光合作用和呼吸作用。

2)零值以下,表示光合作用强度<呼吸作用强度,吸收CO2量为负值(即释放CO2)。吸收O2,消耗体内的有机物,异化作用>同化作用。长时间为零或负值,植物不能正常生长。

3)零值以上,表示光合作用强度>呼吸作用强度,吸收CO2,释放O2,光合作用产物有积累,同化作用>异化作用。植物能正常生长。

4.曲线”极限”点分析

植物进行光合作用时,光合作用强度随光照强度增强而增强,但光照强度增加到一定强度时,光合作用强度不再增加,即光合作用强度达到极限点。分析这个极限点要明确以下几个问题:

1)极限点表示当光照强度达到一定值时,光合作用强度最高,光照强度再增加,光合作用强度不再增加。

2)极限点以前,光合作用强度随光照强度增强而增强,此时,光合作用强度的主要限制因素是光照强度,影响的是光反应。

3)极限点以后,光合作用强度的主要限制因素不是光照强度,而是温度和环境中的CO2,主要影响的是暗光反应。

4)此极限点是判断光合作用强度曲线图像正误的关键。

5)此极限点是判断阴生植物还是阳生植物的着手点,因为阴生植物是生活在光照较弱的环境中,光合作用强度到达极限点时,所要求的光照比阳生植物低。

6)如果是人工提供光照,就要考虑节能问题,光照强度只要控制在这个光合作用强度极限点相应的光照强度即可,以免能量的浪费。 

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