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光合作用与呼吸作用关系

更新时间:作者:小小条

光合作用和呼吸作用是生物圈中最核心、最互相关联的两个生理过程。

它们的关系可以用一句话概括:光合作用是“建设”和“储能”的过程,而呼吸作用是“拆解”和“释能”的过程,两者相互依存,构成了生物能量和物质循环的基础。

一、分别简单看一下主要区别:

1、光合作用:

❶在植物、藻类、某些细菌中,发生场所叶绿体;

❷把光能→不稳定的电能(被激发的电子)→活跃的化学能(ATP)→稳定的化学能(葡萄糖)→合成有机物(如淀粉)储存能量;

❸主要参与者有二氧化碳(CO₂)和水(H₂O),在光照下,生成有机物(如葡萄糖),产生氧气(O₂);

光合作用与呼吸作用关系

❹包括光反应(在类囊体膜上进行)和暗反应(叶绿体基质中进行)两个阶段:光反应包括水的光解和电子传递,暗反应包括CO₂的固定和C₃的还原。

❺化学反应方程式

6CO₂+12H₂O[光照]→→C₆H₁₂O₆+6 H₂O+6O₂

光合作用的简图

2、呼吸作用

❶几乎所有生物(动、植、菌)的细胞质基质和线粒体

❷稳定的化学能(来自有机物)→活跃的化学能(ATP),即分解有机物(如葡萄糖),释放能量的过程;

❸主要的参与者有机物(如葡萄糖)和氧气(O₂),生成二氧化碳(CO₂)和水(H₂O),有光无光都能进行,每时每刻都在发生;

❹有氧呼吸是指细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。

有氧呼吸的三阶段包括糖酵解(细胞质基质中进行)、柠檬酸循环(三羧酸循环/TCA循环,在线粒体基质中进行)和电子传递链和氧化磷酸化(线粒体内膜上进行)。

在没有氧气参与的情况下,葡萄糖等有机物经过不完全分解,释放少量能量的过程,就是无氧呼吸,包括酒精发酵和乳酸发酵。

无氧呼吸一般包括两个阶段,第一个阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同,在细胞质基质内进行;第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下,分解成酒精和二氧化碳或者乳酸的过程。

❹化学反应方程式

有氧呼吸总反应方程式:

C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O(酶)→6CO₂+12H₂O+能量

无氧呼吸总反应方程式:

C₆H₁₂O₆(酶)→C₃H₆O₃(乳酸)+少量能量

C₆H₁₂O₆(酶)→2C₂H₅OH(酒精)+2CO₂+少量能量

呼吸作用的简图

二、相互对立又统一的关系

1、光合作用像一个“工厂”,利用太阳的能量,把简单的无机物(CO₂和H₂O)合成为复杂的有机物(如葡萄糖),并把能量储存起来。这个过程是“同化作用” 的代表。

2、呼吸作用像一个“发电站”,分解有机物(如葡萄糖),将其中的化学能释放出来,转化为生物可以直接利用的能量形式(ATP),同时产生简单的无机物。这个过程是“异化作用” 的代表。

三、相互依存、缺一不可的关系

1. 原料与产物的相互依赖

❶光合作用的产物(有机物和氧气)正是呼吸作用的原料。

❷呼吸作用的产物(二氧化碳和水)正是光合作用的原料。

这就形成了一个完美的 “物质循环”。

简单点说就是没有光合作用制造的食物和氧气,呼吸作用就无从谈起;没有呼吸作用释放出的二氧化碳,光合作用也会原料短缺而停止。

2、能量的流动与利用

❶光合作用捕获并固定了太阳光能,将其转化为化学能储存在葡萄糖等有机物中。这是地球上几乎所有生命的最终能量来源。

❷呼吸作用则释放并利用这些储存的化学能,将其转化为ATP,用于生物体的各种生命活动,如生长、运动、繁殖、运输物质等。

这形成了一个 “能量流动”:光能 → 有机物中稳定的化学能 → ATP中活跃的化学能 → 生命活动。

简单点说就是光合作用为呼吸作用提供了“燃料”,而呼吸作用则将这些“燃料”转换成生命可以直接使用的“现金”(ATP)。

四、光合作用与呼吸作用的综合问题

以一个叶肉细胞为例说明,植物叶片叶肉细胞内具有完整的细胞结构,即有线粒体,也有叶绿体,所以说叶肉细胞既进行呼吸作用,同时也进行光合作用。

叶片的一个叶肉细胞

1、在夜晚条件下,植物体只进行呼吸作用,叶肉细胞只吸收O₂,产生CO₂,光合作用几乎就是停止状态。

夜晚条件下的叶肉细胞

2、在白天(光照条件下),植物体即进行光合作用,又进行细胞呼吸。

❶在较弱的光照条件下,即呼吸作用>光合作用,线粒体呼吸作用产生的CO₂供叶绿体消耗的同时,还能释放到空气中,叶绿体光合作用产生的O₂,不够线粒体呼吸所用,线粒体还要从大气中吸收O₂。

弱光条件下的叶肉细胞

❷当在一种弱光条件时,光合作用=呼吸作用时,线粒体呼吸作用产生的CO₂正好供给叶绿体光合作用的消耗,叶绿体光合作用产生的O₂,刚好供线粒体呼吸作用使用。

❸在较强光照下,光合作用>呼吸作用,线粒体呼吸作用产生的CO₂不够供给叶绿体光合作用,叶绿体还需要从外界吸收CO₂,叶绿体光合作用产生的O₂,除供给线粒体呼吸作用消耗外,还向外界释放O₂。

较强光照条件下的叶肉细胞


最后的总结,光合作用和呼吸作用是对立统一、相辅相成的一对过程。它们共同完成了:

❶全球的碳氧循环(平衡大气中的CO₂和O₂);❷能量的固定与流动(将太阳能转化为生命能);❸有机物的合成与分解(维持了食物链的基础)。

正是这两个过程的完美配合,才支撑起了地球上如此丰富多彩的生命世界。

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