第五讲 呼吸作用和光合作用 教师版分解

-学习改变命运-1教师版教案内容智康笔记板块一：知识重难点一、生物的呼吸作用1、呼吸作用的概念2、生物的有氧呼吸和无氧呼吸3、呼吸作用的意义二、植物的光合作用1．光合作用的发现2.光合作用的过程和实质3.光合作用的意义4．C3和C4植物板块二：知识详解知识点一：呼吸作用的概念光合作用：无机物光能合成有机物（储存能量）呼吸作用：有机物有氧或无氧分解无机物或简单有机物（释放能量）与光合作用的关系，过程虽相反但不是简单的逆转知识点二：有氧呼吸（一）概念：细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产物二氧化碳和水，同时释放大量能量的过程。（要点：条件、反应物、反应程度、产物、能量多少）（二）总反应式：第一讲生物的呼吸作用与植物的光合作用-学习改变命运-2C6H12O6＋6H2O＋6O2酶6CO2＋12H2O＋能量(30ATP)（三）过程及场所（注意三种原料参与反应的阶段，两种产物生成的阶段以及各阶段的反应场所）1．C6H12O6酶2丙酮酸＋4[H]＋少量能量(2ATP)……细胞质基质2．2丙酮酸＋6H2O酶6CO2＋20[H]＋少量能量(2ATP)线粒体3．24[H]＋6O2酶12H2O＋大量能量(34ATP)[过程图解：反应物与产物各在哪个阶段参与反应；各阶段的场所；[H]和ATP的产生阶段]（四）能量利用1．1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放出2870KJ的能量，其中有1161KJ的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。（1mol葡萄糖在体外燃烧时，释放的热能也是2870KJ；所以或认为每mol葡萄糖所含化学能为2870KJ）2．能量利用率=1161÷2870≈40．5%（较多的能量以热能形式散失）知识点三：无氧呼吸（一）概念：一般是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物质分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。（要点：条件、反应物、反应程度、产物、能量多少）（二）总反应式C6H12O6酶2C2H5OH＋2CO2＋能量（2ATP）（高等植物、酵母菌缺氧时）C6H12O6酶2C3H6O3＋能量(2ATP)（乳酸菌、动物、人、高等植物某些器官如马铃薯块茎、甜菜块根等缺氧时）（三）过程及场所1．C6H12O6酶2丙酮酸＋4[H]＋少量能量2C2H5OH＋2CO2＋能量2．2丙酮酸酶细胞质基质2C3H6O3＋能量-学习改变命运-3（四）能量利用1．1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，共放出196．65KJ的能量，其中有61．08KJ的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。2．能量利用率=61．08÷196．65≈31%（较多的能量以热能形式散失）（五）意义：使生物暂时适应不利环境（缺氧环境）知识点三：呼吸作用的实质和意义实质：分解有机物，生成CO2或其他产物，释放能量意义：（一）为生命活动提供能量1．热能散失：与维持体温有关2．储于ATP中的能量是生命活动的直接能源（二）为体内其他化合物的合成提供原料（中间产物，如丙酮酸等）知识点四：光合作用的发现年代创新发现人创新实验设计思路及现象实验结论1771年普时斯特利点燃的蜡烛与绿色植物放在密闭玻璃罩内，现象：蜡烛不易熄灭。小鼠与绿色植物放在密闭玻璃罩内，现象：小鼠不容易窒息而死。植物可以更新空气1864年萨克斯把绿色植物放在暗处几小时，目的是让叶片中的营养物质（淀粉）消耗掉，然后一半曝光，另一半遮光一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，发现遮光的一半无颜色变化，曝光的一半则呈深蓝色。绿色叶片在光合作用中产生淀粉1880年恩吉尔曼水绵+好氧细菌黑暗、显微镜没有空气观察极细光束照射叶绿体完全曝光现象：好氧细菌只现象：好氧细菌集集中在带状叶绿体被光束照中在带状叶绿射到部位附近。体所有受光部位的周围（远离叶绿体的其余部位分布很少）氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所-学习改变命运-420世纪30年代鲁宾和卡门实验方法是同位素标记法H218O、CO2→现象：释放的氧气全是18O2即向植物提供H2O、C18O2→现象：释放的氧气全是O2光合作用释放的氧气来自于水知识点五：光合作用的过程一、光合作用的场所——叶绿体（一）结构：双层膜，每个基粒由多个类囊体垛叠而成。（二）总反应式6CO2+12H2O酶O2+C6H12O6+6H20（三）色素1．分布：类囊体的薄膜上2．功能：吸收、传递和转换光能叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光叶绿素（3/4）叶绿素b3．种类胡萝卜素类胡萝卜素（1/4）主要吸收蓝紫光叶黄素二、光合作用的过程（一）光反应（必须有光才能进行）1．部位：基粒类囊体的薄膜上2．条件：光、色素、酶水的光解：H2O光2[H]+21O23．内容供给暗反应（还原剂）ATP的形成：ADP+Pi+能量酶ATP（为暗反应供能）（水的光解和色素吸收光能不需酶参与）（二）暗反应（卡尔文循环）（没有光也能进行，但必须要有光反应提供的[H]和ATP，事实上在黑暗中无法进行。）1．部位：叶绿体的基质2．条件：多种酶、[H]、ATP、CO2（“暗”这个条件并不必需；但暗反应若没有光反应提供的[H]和ATP就无法进行；所以暗处不能长时间进行暗反应）CO2的固定：CO2+C5酶2C33．内容CO2的还原：C3+[H]ATP酶（CH2O）知识点六：光合作用的实质1．物质转化：无机物（CO2和H2O）→有机物（糖类、一部分氨基酸和脂肪是光合作用的直接产物）-学习改变命运-52．能量转换：光能光反应ATP中的活跃化学能暗反应有机物中的稳定化学能（1）光能转换成电能（叶绿体类囊体膜上）①吸收光能的色素：大多数叶绿素a，全部的叶绿素b和类胡萝卜素（吸收、传递光能）②吸收的光能传递给：少数特殊状态的叶绿素a③转换光能的色素是：少数特殊状态的叶绿素a（2）电能转换成活跃化学能（叶绿体类囊体膜上）a、NADP++H++2e酶NADPHb、ADP+Pi+能量（电能）酶ATP（3）活跃化学能转换成稳定化学能（叶绿体基质中）激发态：高能，易失电子叶绿体a的状态（失电子态）：不稳定，强氧化剂稳态：低能，从水中夺取电子后恢复稳定3．实质：生物界最基本的物质代谢和能量代谢知识点七：光合作用的意义1．为生物界提供有机物（一切生物的最终能量来源都是太阳能）2．使大气中的氧气和二氧化碳的含量相对稳定3．把光能转换成化学能4．对生物进化具有重要作用知识点八：C3和C4植物二、C3植物和C4植物（根据绿色植物光合作用暗反应的不同，把绿色植物分为C3植物和C4植物，两者的光反应过程完全相同，进行的场所也相同。）植物类型C3植物C4植物举例典型的温带植物：如水稻、小麦、大麦、大豆、烟草、马铃薯等典型的热带或亚热带植物：如玉米、高梁、甘蔗、苋菜等叶片的解剖结构维管束鞘及周围无“花环型”的解剖结构维管束鞘及周围有“花环型”的解剖结构叶绿体类型只有一种类型：位于叶肉细胞中（有基粒）有两种类型：叶肉细胞的叶绿体（有基粒）；维管束鞘细胞的-学习改变命运-6叶绿体（无基粒）CO2的固定途径C3循环途径C3和C4两个循环途径，它们在空间和时间上是分开的CO2的最初受体、产物一种五碳糖（C5）；C3最初受体：一种三碳酸（PEP），后继受体：C5；C4（草酰乙酸）CO2的利用率较低较高。能利用浓度很低的CO2进行光合作用光合作用效率较低较高光合作用过程（C3和C4植物的光合作用在空间上是分开的）C3和C4植物叶肉细胞的叶绿体中C3植物的暗反应（叶肉细胞）C4植物叶肉细胞的叶绿体C4植物维管束鞘细胞的叶绿体C3植物的光合作用C4植物的光合作用C4植物比C3植物光合作用强的原因C3植物C4植物-学习改变命运-7结构原因：维管束鞘细胞的结构以育不良，无花环型结构，无叶绿体。光合作用在叶肉细胞进行，淀粉积累，影响光合效率。发育良好，花环型，叶绿体大。暗反应在此进行。有利于产物运输，光合效率高。生理原因：PEP羧化酶磷酸核酮糖羧化酶只有磷酸核酮糖羧化酶。磷酸核酮糖羧化酶与CO2亲和力弱，不能利用低CO2。两种酶均有。PEP羧化酶与CO2亲和力大，利用低CO2能力强。C4植物与C3植物的鉴别方法方法原理条件和过程现象和指标结论生理学方法在强光照、干旱、高温、低CO2时，C4植物能进行光合作用，C3植物不能。密闭、强光照、干旱、高温生长状况：正常生长或枯萎死亡正常生长：C4植物枯萎死亡：C3植物形态学方法维管束鞘的结构差异过叶脉横切，装片①是否有两圈花细胞围成环状结构②鞘细胞是否含叶绿体是：C4植物否：C3植物化学方法①合成淀粉的场所不同②酒精溶解叶绿素③淀粉遇面碘变蓝叶片脱绿→加碘→过叶脉横切→制片→观察出现蓝色：①蓝色出现在维管束鞘细胞②蓝色出现在叶肉细胞出现①现象时：C4植物出现②现象时：C3植物三、提高农作物的产量(一)提高光能利用率1．延长光合作用时间2．增加光合作用面积3．提高农作物的光合作用效率-学习改变命运-8（1）光照的控制①光照强度的控制阳生植物需充裕阳光阴生植物种荫蔽处②光质的控制不同色光对光合作用产物量与成分的影响（2）CO2的供应①CO2浓度与光合作用产物的关系（曲线）②大田中作物确保CO2供应的处理办法③温室中确保CO2供应的方法必需矿质元素的供应（氮、磷、钾、镁的作用）（温度：25-30℃对植物光合作用最为适宜，超过35℃时光合作用小于呼吸作用，光合作用下降，40-50℃光合作用完全停止。）（二）CO2的供应1．CO2浓度与光合作用产物的关系OA段：二氧化碳含量很低时，绿色植物不能制造有机物；AB段：随着二氧化碳含量的提高，光合作用逐渐增强；BC段：当二氧化碳含量提高到一定程度时，光合作用的强度不再随二氧化碳含量的提高而增强。2．应用（1）大田中作物确保CO2供应的处理办法：确保良好的通风透光（2）温室中确保CO2供应的方法：增施农家肥、使用二氧化碳发生器（三）必需矿质元素的作用（保证供应，不能过量）1．氮：光合酶和NADP+和ATP的组成成分2．磷：NADP+和ATP的组成成分，在维持叶绿体膜结构和功能上起重要作用3．钾：参于光合作用中糖类的合成和运输4．镁：叶绿素的重要组成成分四、净光合速率净光合作率下图曲线可称为“表现光合速率”变化曲线。请分析曲线上各点或段的含义：a点：光照强度为0时，CO2的释放速率，即呼吸速率。（可推算呼吸作用释放CO2量）ab段（不含A．b点）：随光照强度由O上升到b，CO2的表现释放速率渐小。是由于光合速率随光照强度上升而上升，CO2的吸收速率渐增；呼吸速率不变，CO2的真正释放速率不变，两者的代数和渐小导致的。表现光合-学习改变命运-9速率为负值。b点：光照强度为b时，CO2的真正释放速率刚好等于CO2的真正吸收速率，是由于此时的光合速率等于呼吸速率导致的。即表现光合速率为0，把此时的光照强度（b）称为“光补偿点”。bc段（不含B．c点）：光照强度大于光补偿点以后，CO2的真正吸收速率开始在大于CO2的真正释放速率，是由于此时的光合速率开始大于呼吸速率导致的。表现光合速率渐增。c点：光照强度为d时（或大于d时），CO2的真正吸收速率达到最大值，不再变化；呼吸速率也不变，CO2的真正释放速率不变；两者的代数和不再变化。表现光合速率达最大值。把此时的光照强度（d）称为“光饱和点”。板块三：经典例题一、生物的呼吸作用【例题1】有氧呼吸过程中，CO2的产生和氧气参与反应分别发生在（B）A．第一阶段和第二阶段B．第二阶段和第三阶段C．第一阶段和第三阶段D．都在第三阶段【例题2】每mol葡萄糖所含化学能为2870KJ，无氧呼吸产生乳酸时仅释放196．65KJ，还有能量在哪里？根据总反应式，每mol葡萄糖在无氧呼吸产生酒精和CO2时，释放的能量是大于还是小于196．65KJ？（在不彻底的氧化产物——乳酸中，大于；相对氧化得更接近彻底一些）【例题3】人体血液中的成熟红细胞能从血浆中获得葡萄糖，并将之分解以获取能量，请简要描述该过程。（成熟红细胞没有有氧呼吸酶系统，所以只能