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(共30张PPT)
【光合作用与细胞呼吸综合】
比较项目 光合作用 呼吸作用
区 别 部位
条件
原料
产物
实质
联系 含有叶绿体的细胞，其场所是叶绿体
所有生活的细胞，主要场所是线粒体
光
有光无光均可
CO2和H2O
有机物和O2
CO2转化为糖类等有机物。光能转化为化学能储存在葡萄糖等有机物中。
分解有机物产生CO2和H2O，同时释放能量
光合作用和呼吸做一个是相互依存的关系。光合作用为生物的呼吸作用提供氧气和有机物；对绿色植物而言，呼吸作用为光合作用提供必要的能量，用于原料吸收和产物运输等。
有机物和O2
主要是CO2和H2O
过程
1
测定光合速率和呼吸速率
1.叶圆片上浮法
定性检测O2释放速率
2.液滴移动法
注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。
黑暗
光照
消耗O2的情况
释放O2的情况
单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率
单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率
注：瓶中氧气充足，不考虑无氧呼吸。
3.黑白瓶法
测定水中溶氧量的变化
测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量
净光合速率=
呼吸速率=
4.叶圆片称重法
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(z－y)/2S
(x－y)/2S
S为叶圆片面积
1.采用适当的方法阻止物质转移（如：在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)
5.半叶法
测定光合作用有机物的制造量
A：遮光
B：不做处理
2.在适宜光照下照射6 h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。
呼吸速率＝
3.计算：
设被截取部分初始干重为M
总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6
(M－MA)/6
净光合速率＝
(MB－M)/6
(1)当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。
(2)当净光合速率＝0时，植物不能生长。
(3)当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。
影响植物生长
（1）A点的移动：
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点(B点)应右移，反之左移。
细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
例：若呼吸作用最适温度为35℃，环境温度由25→30℃时，A点怎么移动？
（2）光补偿点(B点)的移动
例：若增大环境中的O2浓度，B点怎么移动？
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率增强时，光补偿点(B点)应左移，反之右移。
光照强度
例：若增大环境中的CO2浓度，B点怎么移动？
下移
右移
左移
“关键点”移动
（3）光饱和点(C点)和D点的移动：
光照强度
条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，光饱和点(C点)右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
例：若增大环境中的CO2浓度，C点和D点分别怎么移动？
右移
右上移
2
光合作用类型
1.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。
2.C4途径：
羧化
叶肉细胞的细胞质中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）在PEP羧化酶作用下，把CO2固定为草酰乙酸（OAA）
还原
草酰乙酸（OAA）被还原氢（NADPH）还原后转变为C4酸（苹果酸或天冬氨酸）
转移
C4酸经胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞
脱羧
维管束鞘细胞中的C4酸脱羧释放CO2，CO2参与卡尔文循环生成糖类
再生
C4酸脱羧形成的C3酸（丙酮酸或丙氨酸）再经过胞间连丝运回叶肉细胞再生成PEP
研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
C3植物与C4植物对CO2浓度的响应
①C4植物CO2补偿点低，几乎接近0
②C3植物CO2补偿点高
③C4植物CO2饱和点低，说明C4植物具有有效的CO2浓缩机制。
④C3植物CO2饱和点高，因为RuBP羧化酶固定CO2能力弱。
从以上分析可知，C4植物能够利用低CO2浓度进行光合作用，因此，目前大气CO2浓度不断增加，对C3植物有利，对C4植物益处不大。
3.CAM途径：CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸(HOOCCOCH2COOH)，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。
总结： C3植物、C4植物和CAM植物的比较
特征 C3植物 C4植物 CAM植物
与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP
CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸
CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天
光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质
有无光合午休 有 无 无
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
3
光呼吸
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”
（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。
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
2.光呼吸的起因
光照强度增强
↓
产生的O2增多
↓
光呼吸增强
3.卡尔文循环与光呼吸
（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。
4.光呼吸的危害
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。
5.光呼吸的意义
项目 细胞呼吸 光呼吸
对光的要求 光下，黑暗下均可进行 与光合作行用同时进行 只在光下与光合作用同时进行
底物 糖类、脂肪等有机物 乙醇酸有机酸（C2）
进行部位 活细胞的细胞质→线粒体 叶绿体→过氧化物粒体体→线粒体
呼吸历程 葡萄糖氧化分解 乙醇酸循环（C2循环）
能量状况 产生能量 消耗能量
相同点 消耗O2、释放CO2

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