淺談光合作用和呼吸作用的關(guān)系

劉小剛

摘? 要：植物的光合作用和呼吸作用在高中生物的乃至整個(gè)生物學(xué)的學(xué)習(xí)與研究中都占有著極其重要的地位與作用。針對(duì)于高中生物課程，光合作用和呼吸作用的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)在所有的學(xué)習(xí)中更是占有極大比例，深入了解光合作用和呼吸作用，并且明確二者的各方面關(guān)系顯得尤為重要。本文通過(guò)聯(lián)系二者進(jìn)行比較，讓學(xué)生們能夠更好地理解應(yīng)用植物的光合作用和呼吸作用。

關(guān)鍵詞：高中生物;植物;光合作用;呼吸作用;關(guān)系

植物與動(dòng)物的不同顯現(xiàn)在很多方面，其中之一就是在消化方面，植物沒(méi)有獨(dú)立的消化系統(tǒng)，所以植物的存活需要依靠其他方面來(lái)得以支撐，對(duì)于綠色植物來(lái)講，光合作用和呼吸作用就好像是動(dòng)物在進(jìn)食排泄一樣，是其維持生命的必要條件。在生物學(xué)家們的不斷研究中發(fā)現(xiàn)，植物的光合作用和呼吸作用環(huán)環(huán)相扣，有著緊密的聯(lián)系，因此，筆者將依據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)簡(jiǎn)要談?wù)劧哧P(guān)系。

一、光合作用與呼吸作用的意義比較

光合作用的意義是其產(chǎn)生的O₂和淀粉等為動(dòng)物和人的生存提供了必要的氧氣平衡和食物來(lái)源，整個(gè)地球中的生物都依賴(lài)著植物光合作用的進(jìn)行。呼吸作用的意義在于維持植物生命的正常運(yùn)作，其通過(guò)運(yùn)作而產(chǎn)生的酶，不只是為了生命存活提供必要能量，還為人們進(jìn)行一些工業(yè)方面的加工作用而提供能量。由此可得，光合作用和呼吸作用雖然都是為植物的存活而整體進(jìn)行服務(wù)的，二者又有各自獨(dú)立的工作系統(tǒng)，所以又互為個(gè)體。

二、光合作用和呼吸作用的區(qū)別和聯(lián)系

（一）區(qū)別

1、光合作用是將H₂O和CO₂制造為O₂和有機(jī)物;呼吸作用卻是將有機(jī)物和0₂相結(jié)合生成CO₂和H₂O.

2、光合作用開(kāi)始運(yùn)作起源于光;呼吸作用的運(yùn)作動(dòng)力來(lái)自于有機(jī)物

3、從所需條件來(lái)看，光合作用需要充足的光和葉綠素等等;呼吸作用需要充足的O₂和酶等等。

（二）聯(lián)系

光合作用和呼吸作用的聯(lián)系主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即物質(zhì)聯(lián)系和能量聯(lián)系。

物質(zhì)聯(lián)系是指光合作用而使得原料合成CH₂O，該CH₂O又通過(guò)氧化分解成CH₂，同時(shí)，在這兩項(xiàng)反映中都產(chǎn)生了H，但是呼吸作用還會(huì)還原O₂，光合作用還會(huì)還原三碳化合物，這兩種轉(zhuǎn)化與H₂O、CO₂、O₂、C₆H₁₂O₆有著密切的聯(lián)系。

例如：糖→（①）Y物質(zhì)→（④）CO₂→（③）X物質(zhì)→（②）糖，這一轉(zhuǎn)變表示植物細(xì)胞內(nèi)的代謝過(guò)程，下列表述不正確的是（? ）

A.X、Y物質(zhì)分別代表三碳化合物和丙酮酸

B.①④過(guò)程可以產(chǎn)生H，②過(guò)程需要消耗H

C.①過(guò)程發(fā)生在線粒體基質(zhì)中，②過(guò)程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中

D.①②③④四個(gè)過(guò)程中既沒(méi)有消耗氧氣，也沒(méi)有產(chǎn)生氧氣

這道題考察的內(nèi)容比較難，屬于在考察光合作用和呼吸作用間物質(zhì)聯(lián)系的深層理解。糖類(lèi)是通過(guò)了①、④過(guò)程，經(jīng)Y物質(zhì)分解成為CO₂，通過(guò)呼吸作用的流程能夠看出，不管是有氧呼吸還是無(wú)氧呼吸，都能夠在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)產(chǎn)生丙酮酸和H，如果是有氧呼吸的話(huà)，還會(huì)在第二階段不消耗氧氣的情況下產(chǎn)生H;而CO₂經(jīng)過(guò)②、③階段通過(guò)X物質(zhì)變成糖，由于這個(gè)過(guò)程發(fā)生于植物體內(nèi)，因此，應(yīng)為光合作用的暗反應(yīng)，X是三碳化合物，在被還原的時(shí)候需要消耗H，所以，本題應(yīng)該選擇C。

能量聯(lián)系是指植物作為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中處于支配地位的給予者，通過(guò)光合作用最大限度使用到了太陽(yáng)能量，為地球上的其他生物的生存提供了進(jìn)行生命活動(dòng)所必需的能量，在這一過(guò)程中，植物又通過(guò)呼吸作用將原本儲(chǔ)存在CH₂O之中的穩(wěn)定性的化學(xué)能釋放而出，之后將一部分的能量轉(zhuǎn)移到ATP之中存為活躍化學(xué)能，再通過(guò)ATP水解來(lái)給地球上的各種生命活動(dòng)直接提供給能量，其化學(xué)式表現(xiàn)為：光能→（光反應(yīng)）ATP→（暗反應(yīng)）CH₂O→（呼吸）ATP→各項(xiàng)生命活動(dòng)。

例如：ATP是細(xì)胞中的重要的高能磷酸化合物，下列有關(guān)于ATP的敘述，錯(cuò)誤的是（? ）

A.線粒體合成的ATP可能在細(xì)胞核中發(fā)揮作用

B.綠色植物光合作用形成的ATP直接為根細(xì)胞吸收礦質(zhì)元素離子提供能量

C.在有氧和缺氧的條件下，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中都能夠形成ATP

D.植物葉肉細(xì)胞在光下能夠產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體

在這道題中，對(duì)于A，由于細(xì)胞中的細(xì)胞核沒(méi)有辦法自主進(jìn)行細(xì)胞呼吸。核細(xì)胞需要的ATP是由線粒體提供的，是由選項(xiàng)A是正確的;對(duì)于選項(xiàng)B，由于ATP是生命活動(dòng)需要的直接的能源物質(zhì)，其一直都在消耗ATP，被消耗的這些ATP大多是來(lái)自于細(xì)胞呼吸，但由于光合作用所形成的ATP只是提供暗反應(yīng)來(lái)還原C₃的，把活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)能，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤;對(duì)于C，由于有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的反應(yīng)第一階段都是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)之中有ATP的形成，所以選項(xiàng)C正確;對(duì)于D，由于植物當(dāng)中的葉肉細(xì)胞在陽(yáng)光下既能夠進(jìn)行光合作用，還能夠進(jìn)行呼吸作用，所以D正確。

三、光合作用與呼吸作用的拓展提升

以光合作用和呼吸作用知識(shí)為北京的試題向來(lái)是生物考試中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是題目中往往需要計(jì)算，學(xué)生很容易就對(duì)題目“包裝”好的復(fù)雜架構(gòu)，公式等信息望而卻步;又或者是讀懂了題目卻始終找不到二者之間的關(guān)系。

例如：將某一綠色植物置于密閉玻璃容器中，在一定條件下不給光照，CO₂的含量每小時(shí)增加8mg;如給予充足光照后，容器內(nèi)CO₂的含量每小時(shí)減少36mg。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定上述光照條件下光合作用每小時(shí)能產(chǎn)生葡萄糖30mg。請(qǐng)回答：在光照時(shí)植物 每小時(shí)葡萄糖的凈生產(chǎn)量是______mg。

光合作用強(qiáng)度大小的指標(biāo)一般用光合速率表示。光合速率通常以每小時(shí)每平方分米葉面積吸收二氧化碳的毫克數(shù)表示。由于綠色植物不管有無(wú)光照都在進(jìn)行呼吸作用，分解有機(jī)物，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳;而光合作用合成有機(jī)物，吸收二氧化碳，釋放氧氣，只在有光條件下才能進(jìn)行。根據(jù)分析和題意可知，光照對(duì)葡萄糖凈生產(chǎn)量是光合作用每小時(shí)產(chǎn)生的總的葡萄糖量減去呼吸作用每小時(shí)消耗的葡萄糖量。而葡萄糖量與CO₂量有直接關(guān)系，可通過(guò)CO₂量的變化推測(cè)葡萄糖量的變化。由呼吸作用每小時(shí)產(chǎn)生CO₂量是8mg，通過(guò)公式可以計(jì)算出消耗的葡萄糖量為5.5 mg，則可得出凈生產(chǎn)量為30-5.5=24.5 mg。

綜上所述，光合作用和呼吸作用二者之間具有辯證統(tǒng)一的關(guān)系，有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，二者互相依賴(lài)，但同時(shí)也都有所區(qū)別。光合作用與呼吸作用不只是簡(jiǎn)單的可逆反應(yīng)，由于二者的反應(yīng)場(chǎng)所和能量?jī)?chǔ)備運(yùn)用不同，所以同學(xué)們要辯證統(tǒng)一地看待它們之間的區(qū)別與聯(lián)系，如此，學(xué)生們才能真正理清光合作用和呼吸作用的聯(lián)系，在高考中遇到有關(guān)題目才能游刃有余。

參考文獻(xiàn)

[1]? 劉漢超，植物的光合作用和呼吸作用的區(qū)別與聯(lián)系，考試（高考，理科版），2006（10）

[2]? 陳豐華，對(duì)“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，新課程（下），2013（02）