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2026
第12讲 光合作用与细胞呼吸的综合分析
必修一
第三单元 细胞的能量供应和利用
目录
PART 01
光合作用与细胞呼吸的联系
PART 02
光合速率与呼吸速率测定的实验模型
PART 03
真题精练
PART 04
光呼吸与光抑制、二氧化碳的浓缩机制
光合作用与细胞呼吸的联系
01
1.生理过程及场所
序号 ① ② ③ ④ ⑤
生理过程
场所
光反应
暗反应
有氧呼吸
第二阶段
叶绿体类囊体薄膜
有氧呼吸
第一阶段
有氧呼吸
第三阶段
叶绿体基质
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
一、光合作用与细胞呼吸的联系
光合
色素
O2
ATP
ADP
NADPH
C5
C3
CO2
CO2
O2
2. 物质联系 —— 元素去向
1、C元素
CO2
暗反应
(CH2O)
有氧Ⅰ
C3H4O3
有氧Ⅱ
CO2
2、H元素
H2O
光反应
NADPH
暗反应
H2O
有氧Ⅲ
NADH
(CH2O)
有氧Ⅰ、Ⅱ
3、O元素
H2O
光反应
O2
有氧Ⅲ
(CH2O)
暗反应
CO2
H2O
有氧Ⅱ
一、光合作用与细胞呼吸的联系
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
（大部分）
注意：叶绿体光反应产生的ATP一般只能用于叶绿体，如暗反应或其他吸能反应；但细胞呼吸产生的ATP可以转运进叶绿体中被利用。
3. 能量联系
一、光合作用与细胞呼吸的联系
物质 过程 来源 去路
NADH ([H]) (还原性辅酶I) 呼吸作用 第一阶段（葡萄糖）、第二阶段（ 和 水） 第三阶段还原 ，产生水（释放大量能量）
NADPH (还原性辅酶Ⅱ) 光合作用 阶段 用于暗反应阶段C3 的还原
ATP 呼吸作用 呼吸各阶段 作为各项生命活动的
直接能源物质
光合作用 阶段 主要用于暗反应C3的还原
4.NADH、NADPH、ATP的来源与去路
丙酮酸
O2
光反应
有氧
光反应
并非唯一，还有GTP、UTP等
下图为某植物叶肉细胞进行光合作用与细胞呼吸过程中某些物质变化的图解，其中①～④表示过程。下列相关叙述正确的是（ ）
A．过程①③④都能合成ATP，其中过程③生成的ATP最多
B．过程①②③④不一定能同时进行，过程③④发生在线粒体中
C．过程①②③都发生在生物膜上，温度是影响这三个过程的主要因素
D．过程④产生CO2的过程可能会消耗水
①光合作用的光反应
②光合作用的暗反应
④有氧呼吸的第一、第二阶段或无氧呼吸（酒精+CO2）
③有氧呼吸的第三阶段
D
二、光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
B点：补偿点
A点：细胞呼吸速率
D点：饱和点
结论：1、细胞呼吸速率的改变只需要考虑变化因素对其的影响；
2、补偿点左移还是右移先看变化因素是否影响了细胞呼吸速率，再综合判断变化因素和横坐标因素共同对光合速率的影响；
3、饱和点左移还是右移只需判断变化因素是否利于光合作用的发生。
适当升高二氧化碳浓度（未达到CO2饱和点）
二、光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
A点不动
适当升高温度
（25℃升到30℃）
二、光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
植物缺镁时
二、光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
A点不动
下图为某植株在较低CO2浓度下，O2吸收量或释放量随光照强度变化的示意图。下列说法正确的是（　　）
A．d点为该植物该状态下的光饱和点
B．b点时，叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C．若缺Mg，整条曲线将向上移动
D．若适当提高CO2的浓度，d点将向右下移动
D
02
光合速率与呼吸速率
测定的实验模型
一、液滴移动法
1、测定呼吸速率
①装置烧杯中放入适宜浓度的 溶液用于 。
②玻璃钟罩 处理，以排除光合作用干扰。
③置于适宜温度环境中。
④红色液滴向 移动(单位时间内 移距离代表呼吸速率)。
NaOH
吸收CO2
遮光
左
左
2、测定净光合速率
①装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液（如NaHCO3），用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
②必须给予足够光照处理，且温度适宜。
③红色液滴向 移动(单位时间内 移距离代表净光合速率)。
右
右
物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照组：即用死亡的绿色植物分别在同等条件下进行上述实验。
二、半叶法
若W=WB-WA, 则W的含义为:_______________________________。
B叶片被截取部分在t小时内光合作用合成的有机物总量
总光合速率=
W/(S×t）
注意：①本方法常用于大田农作物光合速率的测定；
②可选对称于主脉的多组叶圆片，烘干称重，分别求出WA和WB的平均值，以减小实验误差。
三、黑白瓶法
若初始溶氧量为x，
后测得
白瓶溶氧量为M白，
黑瓶溶氧量为M黑
呼吸速率=
净光合速率=
总光合速率=
x - M黑
M白 - x
M白 - M黑
注意：①本方法常用于水生植物三率的测定； ②瓶中氧气充足，不考虑无氧呼吸。
四、叶圆片称重法
净光合速率＝(z－y )/ts；
呼吸速率＝(x－y )/ts；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y )/ts
03
光呼吸与光抑制、二氧化碳的浓缩机制
一、二氧化碳的浓缩机制
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（景天酸代谢）三种类型。
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。
一、二氧化碳的浓缩机制
2.C4途径：是指有一些植物对外界吸收的CO2 的固定反应是在叶肉细胞的细胞质基质中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2 连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成C4，这种固定CO2的方式称为C4途径。生成的C4 借助叶肉细胞和维管束鞘细胞之间的胞间连丝进入维管束鞘细胞，释放 CO2参与卡尔文循环。
一、二氧化碳的浓缩机制
2.C4途径
C4植物适于在高温、强光、干旱环境中生存，原因是：PEP羧化酶与CO2亲和力大且不与O2亲和，它提高了C4植物固定CO2的能力，并且无光合午休现象。
常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱等。
3.CAM途径：生活于干旱地区的CAM植物（景天科植物）夜间气孔开放，吸收CO2 ，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP 结合，生成草酰乙酸(OAA) ，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。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。
一、二氧化碳的浓缩机制
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。
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，最终都是要通过C3途径合成有机物
二、光呼吸
1、概念：在光照条件下，叶肉细胞中 与 2竞争性结合RUBP( )， 与RUBP结合后经一系列反应释放 的过程。由于该反应在光照下进行，与有氧呼吸类似，故称光呼吸。
2、光呼吸产生的原因
卡尔文循环中CO2固定的酶Rubisco（即RuBP羧化/加氧酶)是双功能酶
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
C3进入卡尔文循环
C3进入卡尔文循环；
光呼吸：
2C2+O2
C3+CO2
ATP、[H]
酶
3、卡尔文循环与光呼吸
光照强度增强 光合作用产生的O2增多
光呼吸增强
二、光呼吸
4、光呼吸的利弊
害：光呼吸消耗C5，降低有机物产量。
利：①提供CO2：强光照下叶片部分气孔关闭，叶片内CO2浓度降低，光呼吸能把产生的CO2和三碳酸提供给暗反应。②光呼吸是一个耗能反应，可把光反应产生的多余NADPH和ATP消耗掉，从而避免强光对叶绿体的损害。
三、光抑制
1、概念：植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所需时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。
2、机理：光合系统的破坏，PSⅡ是光破坏的主要场所。
发生光破坏后的结果：电子传递受阻,光合效率下降。

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