2025届高三二轮复习生物：呼吸作用和光合作用课件

光合作用与细胞呼吸综合 一.请同学们拿出一张纸，完成以下内容： 1.写出有氧呼吸各阶段的反应、产能多少及场所 2.写出无氧呼吸各阶段的反应、产能情况及场所 3.写出光合作用各阶段的反应及场所 4.尝试完成从光合作用开始，后进行到有氧呼吸中C,H,O元素的去向 5.尝试完成从光合作用开始，然后进行有氧呼吸中能量转化的关系 1.有氧呼吸各阶段的反应、产能多少及场所 C6H12O6 酶 2C3H4O3 + 4[H]+ 少量能量 第一阶段： 场所：细胞质基质 第二阶段： 场所：细胞质基质 2C3H4O3 + 4[H] 酶 2C3H6O3 2C2H5OH+2CO2 2.无氧呼吸各阶段的反应、产能情况及场所 细胞呼吸过程 场所：叶绿体类囊体薄膜（基粒） 场所：叶绿体基质 3.光合作用各阶段的反应及场所 4.光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向 有氧呼吸第二阶段 CO2 5.光合作用与有氧呼吸中的能量联系 光合作用与有氧呼吸物质联系 二.请同学们继续在纸上完成以下内容： 画出O2浓度对细胞呼吸、有氧呼吸和无氧呼吸速率的影响曲线； 画出温度对细胞呼吸速率的影响曲线。 O2浓度 0 速率 O2浓度 a 0 b c 细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 温度 0 呼吸速率 三.请同学们继续在纸上完成以下内容： 画出光照强度对光合速率的影响曲线； 画出CO2浓度对光合速率的影响曲线； 画出温度对光合作用速率的影响曲线。 光照强度/CO2浓度 0 光合速率 CO2 吸 收 量 O CO2 释 放 量 光照强度/CO2浓度 温度 0 光合速率 光补偿点 光饱和点 CO2 吸 收 量 O CO2 释 放 量 光照强度 · · · A B C · D 光饱和点 光合速率 O CO2浓度 · · C · D A 光饱和点 光合速率 O 光照强度 · · C · D A 光补偿点 光饱和点 CO2 吸 收 量 O CO2 释 放 量 CO2浓度 · · · A B C · D 四.请同学们找出下面两个曲线中的所有补偿点： 乙.密闭容器中植物光合作用曲线 甲.自然环境中植物光合作用曲线 光合作用强度与呼吸作用强度相等的点： c、e、D、H 甲图中有机物积累最多的点： e 乙图一昼夜植物体内有机物积变化情况： 增加（A、I） 思考：若密闭容器不是置于自然环境中，而是一直给予适宜的光照、温度条件，容器中CO2浓度变化： 时间 0 CO2浓度 V光合=V呼吸 课后作业： 在适宜的温度和光照条件下，将A、B两种绿色植物分别置于相同的密闭容器中，测量容器中CO2浓度的变化情况，结果如图所示。现将A、B两种植物置于同一密闭玻璃容器中，初始CO2提供充足，在光照等其他条件适宜的情况下，请在下图中画出A、B两种植物光合速率的变化曲线（植物A的CO2饱和点比B植物大）。 光合速率 O 时间 五.光合速率和呼吸速率的测定： 1.装置法 甲装置中NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）作用是______________________________； 乙装置中NaOH溶液作用是______________________________。 为光合作用提供CO2 吸收装置中的CO2 对照试验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。 甲装置中液滴的移动数值反映的气体变化量是是_____________________________。 乙装置中液滴的移动数值反映的气体变化量是是_____________________________。 O2的释放量 O2的吸收量 净光合速率 有氧呼吸速率 真正（实际）光合速率（总的光合速率）= 净光合速率 + 呼吸速率 2.叶片称重法 测定单位时间、单位面积叶片干重，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积） 呼吸速率= 净光合速率= 总光合速率= (x-y)/2S (z-y)/2S (x＋z-2y)/2S 3.半叶法 将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止两部分的物质和能量转移。 在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。叶片的光合速率＝ 。 MB－MA 6 要测净光合速率和呼吸速率，该怎么操作？ 处理前测出相同面积叶片干重（初始质量）M。 4.黑白瓶法 “黑瓶”不透光，；“白瓶”能接受光照 。 将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。 如：初始瓶中溶解氧为A，黑瓶溶解氧为B，白瓶溶解氧为C，请问： 呼吸速率= ； 净光合速率= ； 总光合速率= 。 真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。 A-B C-A C-B 根据检测指标判定呼吸速率、净光合速率和总光合速率 检测指标 细胞呼吸速率 （表观）净光合速率 真正(总)光合速率 CO2 产生量、 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量 O2 消耗量、 吸收量(黑暗) 释放量 合成量、产生量 有机物 消耗量、 减少量(黑暗) 积累量 制造量、产生量 (不定项)图一是某绿色植物细胞内生命活动示意图：其中1、2、3、4、5表示生理过程；A、B、C、D表示生命活动产生的物质。图二为将生长状况相同的等量花生叶片分成4等份，在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测其有机物变化，得到如下数据，下列相关叙述正确的是(　 　) A.图一中在生物膜上发生的生理过程有2、3和4 B.该细胞中CO2由2过程产生到5过程利用，至少穿过8层磷脂双分子层 C.若昼夜恒温，白天光照10小时，实验中最适合花生生长的温度是27 ℃ D.实验中，花生叶片CO2固定速率最大时的温度为29 ℃ CD 如图表示在不同温度下，测定某植物叶片重量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)的操作流程及结果，据图分析回答问题： (1)由图分析可知，该植物的呼吸 速率可表示为___，光合速率可表 示为_______。在13～16 ℃之间， 随着温度的升高，呼吸作用强度 _____(增强、减弱、不变)，实际 光合作用的强度_____(增强、减弱、不变)。 (2)恒定在上述___℃温度下，维持10小时光照，10小时黑暗，该植物叶片增重最多，增重了___mg。 X Y＋2X 增强 增强 14 30 六.在曲线中表示光合作用量和呼吸作用量 光合作用产生有机物的量： S2+S3 光合作用积累有机物的量： S2-S1 呼吸作用消耗有机物的量： S1+S3 CO2 吸 收 量 O 时间 S1 S2 S3 S4 光合作用产生有机物的量： S2+S3 呼吸作用消耗有机物的量： S1+S3+S4 光合作用积累有机物的量： S2-S1-S4 图中测得某植物一昼夜的O2净释放量为300 mg，假设该植物在24小时内呼吸速率不变，则该植物一天通过光合作用产生的O2总量是_____mg。图丁中阴影部分所表示的O2释放量_____(填“大于”“等于”或“小于”)300 mg。 588 大于 光合作用拓展内容 CAM途径、 C4途径、光呼吸 光合电子传递链 C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。 CAM途径：　景天科植物的CO2固定 景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，这类植物特别适合于炎热干旱地区。其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸储存在液泡中；白天则气孔关闭，不吸收CO2，但却从苹果酸中释放出CO2参与卡尔文循环。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等，可适应干旱炎热的环境。 1.羧化：夜晚气孔开放，吸收CO2，在PEP羧化酶作用下，被PEP固定为OAA（草酰乙酸，C4） 2.还原：OAA被NADH还原为苹果酸，储存在液泡中。 3.脱羧：白天气孔关闭，液泡中苹果酸运送到细胞质基质，在苹果酸脱羧酶作用下产生丙酮酸和CO2，丙酮酸转变为淀粉，CO2参与卡尔文循环。 4.再生：夜晚，淀粉分解产生磷酸丙糖，再生为PEP，参与下一次循环 从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是__________的结果。夜晚，该类植物吸收的CO2_____ (填“能”或“不能”)合成葡萄糖，原因是____________________________________。 如果白天适当提高环境中CO2浓度，景天科植物的光合作用速率变化是________ (填“增加”“降低”或“基本不变”)。 分析图中信息推测，CAM途径是对_____(填“干旱”或“湿润”)环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在____________________________________________。 自然选择 不能 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH 基本不变 干旱 有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失 C4途径：热带植物为了防止水分过度蒸发，常常关闭叶片上的气孔，这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞，不能满足光合作用对CO2的需求。而C4途径中能固定CO2的那种酶对CO2有很高的亲和力，使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2，供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3途径利用。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 ①C4植物叶肉细胞的叶绿体和维管束鞘细胞的叶绿体共同完成CO2的固定。 ②在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔大量关闭。这时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用。 C4植物具有较高光合速率的原因： （1）C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶（PEPC）对CO2的亲和力极高，使其能适应低CO2浓度的环境，利用低浓度的CO2进行暗反应。 （2）维管束鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。 （3）C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶（PEPC）对CO2的亲和力极高，使细胞中有高浓度的CO2，降低了光呼吸。 这些都使C4植物可以具有较高的产量。 (1)C4植物中可固定CO2的物质是___________,光反应主要发生在________________(填“叶肉细胞”“维管束鞘细胞”或“叶肉细胞和维管束鞘细胞”)的叶绿体中。  PEP、C5 叶肉细胞 (2)干旱条件下,很多植物的光合作用速率降低,主要原因是_____________________。一般来说,C4植物与C3植物相比,_____植物的CO2补偿点较低,原因_____。 干旱条件下，气孔导度下降，CO2吸收减少，暗反应减弱，光合速率降低。 C4 C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco，因此可以将低浓度CO2固定成C4，C4释放出CO2用于卡尔文循环；而C3植物在低浓度CO2条件下不能生长。 C3植物 C4植物 CAM植物 如：水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。 如甘蔗、玉米、高粱等。 如:菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰花等。 38 总结：C3植物、C4植物和CAM植物的比较 、C5 、C5 （草酰乙酸） 1.光呼吸的发现 1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发” 光呼吸 40 （1）A表示光下净光合速率。 （2）B和C表示光下时植物呼吸速率。 （3）B表示无论是光下还是暗处都 可进行的呼吸速率。 （4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。 1.光呼吸的发现 41 2.光呼吸的起因 光呼吸： （1）卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两面性(或双功能) （2）Rubisco即RuBP羧化加氧酶 ①高CO2浓度、低O2时，进行羧化 ②低CO2浓度、高O2时，进行加氧 C5+CO2 2C3 Rubisco C5+O2 C2+C3 Rubisco 2C2+O2 C3+CO2 ATP、[H] 酶 C3进入卡尔文循环 C3进入卡尔文循环 42 成因 内因 Rubisco (兼性酶) 外因 CO2/O2 比值 环境温度 当温度升高时，提高了Rubisco与O2的亲和力，O2的吸收增加，表现光呼吸增加 比值增大，羧化反应增强，进行光合作用 比值减小，加氧反应增强，进入C2途径 高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸 加氧反应（C5+O2→C3+C2） 羧化反应（C5+CO2→2C3） 催化 2.光呼吸的起因 3.光呼吸的危害 （1）如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。 （2）光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。 45 4.光呼吸的意义 防止强光对叶绿体的破坏 强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和还原氢，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和还原力，从而减轻对叶绿体的伤害。 当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。 46 光呼吸与细胞呼吸的比较 比较项目 光呼吸 细胞呼吸 底物 C2化合物 糖类等有机物 发生部位 叶绿体、线粒体等 细胞质基质、线粒体 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量 产生能量 共同点 消耗O2、释放CO2 47 研究发现，植物的Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2 ， 这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸．请回答： （1）Rubisco酶的存在场所为_______________ ，Rubisco酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应，这与酶的专一性相矛盾，其“两面性”可能因为在不同环境中酶_____________发生变化导致其功能变化。 （2）在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶所催化反应的产物是_________，该产物进一步反应还需要____________________ （物质）。 （3）夏季中午，水稻会出现“光合午休”，此时光合作用速率明显减弱，而CO2释放速率明显增强，其原因是__________________________.      叶绿体基质 空间结构 C3 [H]和ATP 气孔关闭，CO2供应减少，暗反应速率减慢导致光合速率降低；光照强，光反应释放的O2多，O2浓度较高，光呼吸增强，CO2释放速率明显增强。 研究发现，植物的Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2 ， 这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸．请回答： （4）研究表明，光呼吸会消耗光合作用新形成有机物的1/4 ， 因此提高农作物产量需降低光呼吸．小李同学提出了如下减弱光呼吸，提高农作物产量的措施： ①适当降低温度；②适当提高CO2浓度；不能达到目的措施是_____（填序号），理由是____________________________。  （5）与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”，从反应条件和场所两方面，列举光呼吸与暗呼吸的不同___________________。  ① 温度降低，酶活性减弱，光呼吸减弱的同时，光合作用也减弱，达不到提高农作物产量的目的。 光呼吸需要光，暗呼吸有光无光均可以；光呼吸的场所是叶绿体基质和线粒体，暗呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。 光合电子传递链 光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。 类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是（ ） A.乙侧的H＋完全来自甲侧 B.生物膜M是叶绿体类囊体薄膜，属于叶绿体内膜 C.CF0和CF1与催化ATP的合成、转运H＋有关，很可能是蛋白质 D.该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中CO2的固定 B 下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是(　　) B A.自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统 B.光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中 C.在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP D.PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH 谢 谢 观 赏！ $$