淺學(xué)光合作用與呼吸作用

1、1淺析光合作用與呼吸作用作為新陳代謝的兩種基本類型，光合作用與呼吸作用是歷來高考的重點(diǎn)，二者分別屬于合成代謝與分解代謝的范疇，卻 可進(jìn)行各種整合。二者存在許多的區(qū)別卻又有許多的相同之處，所以，我將其比較歸納如下：光合作用呼吸作用生物光能自養(yǎng)型生物所有細(xì)胞生物所屬代謝種類合成代謝（同化作用）分解代謝（異化作用）場所（真核生物）葉綠體線粒體（有氧呼吸主要場 所）過程光反應(yīng)階段（基粒）暗反應(yīng)階段（基質(zhì)）（有氧呼吸）糖的酶解（組織質(zhì)基質(zhì)）TCA 循環(huán)（線粒體基質(zhì)）呼吸傳遞鏈（線粒體內(nèi)膜）酶光合作用所需的酶呼吸作用所需的酶原料水、二氧化碳水、有機(jī)物、氧氣生物氧氣、有機(jī)物、水二氧化碳、水最終電子供體水水、

2、有機(jī)物最終電子變體輔酶 n氧氣本質(zhì)光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能無機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物氧化分解有機(jī)物 為生物體供能意義為生物提供了能量和物質(zhì)來源 促進(jìn)了生物進(jìn)化為生物提供能量為物質(zhì)合成提供原料從以上二者的意義可以看出，光合作用與呼吸作用的重要性。正是由于光合作用的產(chǎn)物是呼吸作用的原料，所以二者就形成千絲萬縷的聯(lián)系。我們發(fā)現(xiàn)一旦 H H218O O 進(jìn)入植物體后，幾 乎所有的含氧有機(jī)物都可被標(biāo)志上180 0。原來，H H218O O 可參與 其它生化反2應(yīng)，雖然 H H2O O 在光合作用被分解成氧氣，但可以 參與多糖的水解等等；可以進(jìn)入呼吸作用生成二氧化碳， 從而 進(jìn)入光合作用生成各種有機(jī)物。由于二者聯(lián)系的復(fù)雜

3、性，我們在研究與分析時，應(yīng)該從各 個層面來分析。我喜歡將其分為三個層次進(jìn)行分析；首先，新陳代謝強(qiáng)度大小其根本原因由生物的遺傳信息來決定；其次，其效率的大小直接原因由生化反應(yīng)強(qiáng)度來決定； 最后，前二者 因素必然在宏觀上反映生物的性狀。一、新陳代謝強(qiáng)度的大小，根本原因由遺傳信息來決定。我們知道不同生物其光合作用效率和呼吸作用效率是不盡相同的，如 C C4植物在低濃度二氧化碳時，其二氧化碳固定 能力高于 C C3植物，原因在于 C C4植物體內(nèi)存在磷酸烯醇式丙酮 酸愈化酶，而 C C3植物不存在，其內(nèi)只有 1 1、5 5 一二磷酸核酮糖 愈化酶，前者的固定二氧化碳能力是后者的 6060 倍。其根本原

4、 因正是由于 C C4植物有PEPCPEPC 基因而 C C3植物不存在。不考慮其他因素，一種植物光合作用與呼吸作用強(qiáng)度大小 由遺傳信息來決定的。 陽生植物為什么能適應(yīng)強(qiáng)光生長？是由 其遺傳信息決定的。 而其遺傳信息決定的原因是其長期生活于 環(huán)境中而適應(yīng)了該環(huán)境，最終反映于遺傳信息上的，是進(jìn)化造 成的。除此之外，一種生物是白養(yǎng)型，還是異養(yǎng)型，是厭氧型還是 需氧型;一種植物是陽光植物還是陰光植物，是 C C3植物還是 C C4植物,3都是由該生物的遺傳信息決定的。 它從根本上決定了生 物的代謝類型。原因主要是其決定了生物代謝酶的種類。當(dāng)然遺傳信息還決定了酶的數(shù)量，從而影響其代謝強(qiáng)度。 但這個方面

5、還要涉及其生長的后天環(huán)境因素。所以，不考慮其它因素，我們可以說：生物的一切性狀是 由其遺傳信息決定的。二、代謝強(qiáng)度的大小直接原因是生化反應(yīng)過程：由遺傳學(xué)基本規(guī)律可知：生物的表現(xiàn)型是由基因型和環(huán)境 共同作用的結(jié)果，即代謝強(qiáng)度的大小除遺傳因素（內(nèi)因）夕卜，還要受到環(huán)境因素（外因）的影響。其影響是一種直接的原因。環(huán)境因素有很多，如光合作用有礦質(zhì)元素、二氧化碳濃度、溫度光照強(qiáng)度；呼吸作用有：礦質(zhì)元素、氧氣濃度、溫度等。下面我們來詳細(xì)分析一下：在光合作用中，礦質(zhì)元素是相應(yīng)結(jié)構(gòu)與酶的構(gòu)建成份， 一 旦缺乏則不可能完成光合作用，如酶需要氮元素，葉綠素需要 MgMg 等等。二氧化碳是光合作用暗反應(yīng)的原料，一旦

6、匱乏則暗 反應(yīng)不再完成，必然導(dǎo)致減產(chǎn)，所以植物生長時，二氧化碳濃度至少應(yīng)達(dá)到二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)之上。 溫度是酶正常催化的前提 條件，光合作用是由一系列化學(xué)變化構(gòu)成的， 其中幾乎每一步 都需酶的催化， 特別是在暗反應(yīng)中， 故溫度過低過高都不利于 反應(yīng)進(jìn)行。4因?yàn)槊感枰粋€最適溫度。光照是光反應(yīng)的前提條件，我們一般強(qiáng)調(diào)光照強(qiáng)度，光強(qiáng)太低會使光反應(yīng)太弱必然影響暗 反應(yīng)，植物當(dāng)然會生長不了，所以光強(qiáng)必然在光的補(bǔ)償點(diǎn)以上 才能讓其正常生長；另外光的波長不同對光合作用也有影響，同等強(qiáng)度綠光幾乎都不進(jìn)行反應(yīng)，而紫光反應(yīng)最強(qiáng)。在呼吸作用中，礦質(zhì)元素同樣是影響物質(zhì)構(gòu)建， 溫度影響 酶活性。氧氣在這里首先決定一種植物是

7、進(jìn)行有氧呼吸還是無 氧呼吸。有氧時進(jìn)行有氧呼吸，無氧時進(jìn)行無氧呼吸。隨著氧 氣濃度的增加，無氧呼吸在削弱， 直至消失，而有氧呼吸逐漸 增強(qiáng)，直至達(dá)到極值。以上都是采取單一變量的方法來研究分析的。 只改變一個 變量即可產(chǎn)生一種直接有效的變化?？梢?，遺傳信息是內(nèi)因，為新陳進(jìn)行提供了藍(lán)圖，正如蓋房子的圖紙，而生化反應(yīng)的各 種外因是原料是蓋房子的原料。 一旦原料不好，有問題，房子 必然會產(chǎn)生問題，新陳代謝必然會減弱，而且是直接導(dǎo)致不良 后果。三、新陳代謝的宏觀研究是外在表現(xiàn)：我們研究一種作物時，首先會注意到其為高產(chǎn)還是低產(chǎn)， C C3植物還是 C C4植物，陽生植物還是陰生植物。實(shí)際上，這些 都是植物新陳代謝結(jié)果的最終結(jié)論，它們可以認(rèn)為是表現(xiàn)型。遺傳因素決定了其多方面的性狀，但在實(shí)際操作時還要受 環(huán)5境因素影響。掌握其內(nèi)因與外因的決定方式后， 從宏觀上來 說必然會考慮作物育種與栽培。我們希望育出的作物是高產(chǎn)的，即光合作用強(qiáng)，呼吸作用 弱的，有機(jī)物積累量大的作物，使能量最大化的流向人類白身。從其內(nèi)因和外因考慮，首先要選育高產(chǎn)優(yōu)良性狀的作物作 親本，通過遺傳獲能夠穩(wěn)定遺傳的高產(chǎn)作物， 其次在栽培過程 中要注意一系列環(huán)境因素的影響，如光照、溫度、水肥、