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3.3 光合作用与能量转化（第3课时）
光合作用和呼吸作用的综合
目录 Contents
1
2
3
光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
C3/C4/CAM、光呼吸
光合速率的分析与测定
光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
PART 01
Simply dummy text of the printing and typesetting industry printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book.
考点一 光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
1.光合作用与有氧呼吸的区别
ATP中活跃化学能
热
叶绿体
只在光下进行
考点一 光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
2.物质上的联系
3.能量上的联系
光能
光反应
ATP和NADPH中活跃的化学能
暗反应
有机物中稳定的化学能
热能
ATP中活跃的化学能
用于各项生命活动
光合作用
有氧呼吸
考点一 光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
4.光合作用和细胞呼吸中各种元素的去向
考点一 光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
【判断】如果白天用含18O的水浇花草，周围空气中的水、氧气和二氧化碳中都可能检出18O2。
√
4.光合作用和细胞呼吸中各种元素的去向
5.合作用与细胞呼吸中NADH、NADPH和 ATP的来源及去路
比较项目 来源 产所 去向
NADPH
NADH
光合作用
有氧呼吸
光反应中
水的光解
第一阶段
用于还原C3合成有机物等
用于第三阶段还原氧气产生水，同时释放大量能量
第二阶段
类囊体薄膜上
线粒体基质
细胞质基质
无氧呼吸
第一阶段
细胞质基质
用于还原丙酮酸
考点一 光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
比较项目 来源 产所 去向
ATP
ATP
光合作用
有氧呼吸
无氧呼吸
在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收转化的太阳能
类囊体薄膜
用于暗反应阶段C3还原时的能量之需
第一、二、三阶段
第一阶段
能量来自有机物的分解
能量来自有机物的分解
线粒体基质
细胞质基质
细胞质基质
线粒体内膜
考点一 光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
5.合作用与细胞呼吸中NADH、NADPH和 ATP的来源及去路
光合速率的分析与测定
PART 02
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1.光合速率和呼吸速率的测定方法
(1)有色液滴移动法。
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
考点二 光合速率的分析与测定
为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，设置如图所示的丙装置，(除将装置中生物材料换为杀死的等量同种生物材料外其余均与乙装置相同。)
丙
1.光合速率和呼吸速率的测定方法
(1)有色液滴移动法。
考点二 光合速率的分析与测定
(2)叶圆片称重法。
测定单位时间、单位面积叶片中有机物的生成量，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)
②呼吸速率＝(x－y)/2S
①净光合速率＝(z－y)/2S
③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S
考点二 光合速率的分析与测定
1.光合速率和呼吸速率的测定方法
(3)黑白瓶法
“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；
“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，
规律1：
有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；
白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；
二者之和为总光合作用量。
规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差为总光合作用量。
考点二 光合速率的分析与测定
1.光合速率和呼吸速率的测定方法
考点二 光合速率的分析与测定
1.光合速率和呼吸速率的测定方法
(4)半叶法——测定光合作用有机物的制造量
①测定：将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不作处理，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）阻止物质转移。在适宜光照下照射6h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 、 。
②计算：设被截取部分初始干重为 。
a.被截取部分的呼吸速率 。
b.被截取部分的净光合速率 。
c.被截取部分的总光合速率＝呼吸速率 净光合速率 。
（5）叶圆片上浮法——定性比较光合作用强度的大小
测定方法：取生长旺盛的菠菜绿色叶片，注意避开大的叶脉，用直径为1 cm的打孔器打出小圆形叶片若干。处理小圆形叶片，使叶片内的气体逸出，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。叶片因细胞间隙充满水而全都沉到水底
本实验可通过观察相同时间内叶片上浮数量的多少或上浮相同数量叶片所用时间的长短来反映不同条件下光合作用强度的大小。该实验方法只能比较大小，无法测出具体的光合作用强度
光合速率的分析与测定
1.光合速率和呼吸速率的测定方法
PART 03
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考点三 C3/C4/CAM 、光呼吸
考点三 C3/C4/CAM 、光呼吸
不同的植物,暗反应的过程不一样,而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。以下3种类型是因CO2的固定这一过程的不同而划分的。
C3途径就是卡尔文循环,可合成糖类、淀粉等多种有机物。
C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用,最终还是通过C3途径合成光合产物等。
考点三 C3/C4/CAM 、光呼吸
1.C3途径
C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中,植物若长时间开放气孔吸收CO2,会导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以,植物只能短时间开放气孔,CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用,合成自身生长所需的物质。
C4植物的两次固定在空间上分开:在叶肉细胞内固定CO2,在维管束鞘细胞中同化CO2。
考点三 C3/C4/CAM 、光呼吸
2.C4植物
该途径的特点是:CAM植物气孔只有晚上开放,将CO2生成苹果酸等进行固定,白天气孔关闭,苹果酸等则由液泡转入叶绿体中再释放CO2,再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。
CAM植物两次固定在时间上分开:
在晚上固定CO2,在白天同化CO2。
考点三 C3/C4/CAM 、光呼吸
3.CAM途径
(2022全国高考甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是　　　　　　　　　　(答出3点即可)。
(2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析,可能的原因　。
干旱导致植物气孔开度减小,叶片吸收的CO2减少;C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物在较低CO2浓度下就能合成满足自身生长所需的有机物(答案合理即可)
ATP、NADPH和O2
自身呼吸需要消耗有机物或建造植物体结构需要有机物
考点三 C3/C4/CAM 、光呼吸
光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反中,Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定;在光下,当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会竞争Rubisco酶,光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。
4.光呼吸
光呼吸对生物体有一定的危害。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。其次,光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH,即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡,适当的光呼吸对植物体有一定积极意义,光呼吸可以回收碳元素,防止强光对叶绿体的破坏。
大本光呼吸研究发现，Rubisco酶是绿色植物细胞中含量最丰富的蛋白质，在功能上属于双功能酶。当CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用；当O2浓度较高时，该酶却催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中生成CO2①，这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。(1)在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶所催化反应的产物是________，其发挥作用的场所是__________。
(2)当胞间CO2与O2浓度的比值减小时，有利于植物进行光呼吸，而不利于光合作用有机物的积累。请从C5的角度分析②，原因是_________________________________________________________________。
(3)为纠正Rubisco酶的错误反应，光合植物创造了多种高代价的补救机制，如有的细胞中产生一种特殊蛋白质微室，将CO2浓缩在Rubisco酶周围③。该机制形成的意义是______________________________________________________。
参与光呼吸的C5增多，参与光合作用的C5减少，从而使光合作用减弱
提高局部CO2浓度以抑制光呼吸，从而增加光合作用有机物的产量
叶绿体基质
C3

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