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。針對于高中生物課程，光合作用和呼吸作用的有關(guān)知識點在所有的學(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。本文通過聯(lián)系二者進行比較，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，植物沒有獨立的消化系統(tǒng)，所以植物的存活需要依靠其他方面來得以支撐，對于綠色植物來講，光合作用和呼吸作用就好像是動物在進食排泄一樣，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)驗來簡要談?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和淀粉等為動物和人的生存提供了必要的氧氣平衡和食物來源，整個地球中的生物都依賴著植物光合作用的進行。呼吸作用的意義在于維持植物生命的正常運作，其通過運作而產(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行服務(wù)的，二者又有各自獨立的工作系統(tǒng)，所以又互為個體。

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和有機物;呼吸作用卻是將有機物和0₂相結(jié)合生成CO₂和H₂O.

2、光合作用開始運作起源于光;呼吸作用的運作動力來自于有機物

3、從所需條件來看，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又通過氧化分解成CH₂，同時，在這兩項反映中都產(chǎn)生了H，但是呼吸作用還會還原O₂，光合作用還會還原三碳化合物，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)變表示植物細胞內(nèi)的代謝過程，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過程可以產(chǎn)生H，②過程需要消耗H

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

D.①②③④四個過程中既沒有消耗氧氣，也沒有產(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。糖類是通過了①、④過程，經(jīng)Y物質(zhì)分解成為CO₂，通過呼吸作用的流程能夠看出，不管是有氧呼吸還是無氧呼吸，都能夠在細胞質(zhì)基質(zhì)產(chǎn)生丙酮酸和H，如果是有氧呼吸的話，還會在第二階段不消耗氧氣的情況下產(chǎn)生H;而CO₂經(jīng)過②、③階段通過X物質(zhì)變成糖，由于這個過程發(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生態(tài)系統(tǒng)中處于支配地位的給予者，通過光合作用最大限度使用到了太陽能量，為地球上的其他生物的生存提供了進行生命活動所必需的能量，在這一過程中，植物又通過呼吸作用將原本儲存在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ATP水解來給地球上的各種生命活動直接提供給能量，其化學(xué)式表現(xiàn)為：光能→（光反應(yīng)）ATP→（暗反應(yīng)）CH₂O→（呼吸）ATP→各項生命活動。

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

A.線粒體合成的ATP可能在細胞核中發(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，細胞質(zhì)基質(zhì)中都能夠形成ATP

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

在這道題中，對于A，由于細胞中的細胞核沒有辦法自主進行細胞呼吸。核細胞需要的ATP是由線粒體提供的，是由選項A是正確的;對于選項B，由于ATP是生命活動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大多是來自于細胞呼吸，但由于光合作用所形成的ATP只是提供暗反應(yīng)來還原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選項錯誤;對于C，由于有氧呼吸和無氧呼吸的反應(yīng)第一階段都是在細胞質(zhì)基質(zhì)之中有ATP的形成，所以選項C正確;對于D，由于植物當中的葉肉細胞在陽光下既能夠進行光合作用，還能夠進行呼吸作用，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為北京的試題向來是生物考試中的熱點和難點，特別是題目中往往需要計算，學(xué)生很容易就對題目“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的含量每小時增加8mg;如給予充足光照后，容器內(nèi)CO₂的含量每小時減少36mg。據(jù)實驗測定上述光照條件下光合作用每小時能產(chǎn)生葡萄糖30mg。請回答：在光照時植物 每小時葡萄糖的凈生產(chǎn)量是______mg。

光合作用強度大小的指標一般用光合速率表示。光合速率通常以每小時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光照都在進行呼吸作用，分解有機物，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳;而光合作用合成有機物，吸收二氧化碳，釋放氧氣，只在有光條件下才能進行。根據(jù)分析和題意可知，光照對葡萄糖凈生產(chǎn)量是光合作用每小時產(chǎn)生的總的葡萄糖量減去呼吸作用每小時消耗的葡萄糖量。而葡萄糖量與CO₂量有直接關(guān)系，可通過CO₂量的變化推測葡萄糖量的變化。由呼吸作用每小時產(chǎn)生CO₂量是8mg，通過公式可以計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，有著千絲萬縷的聯(lián)系，二者互相依賴，但同時也都有所區(qū)別。光合作用與呼吸作用不只是簡單的可逆反應(yīng)，由于二者的反應(yīng)場所和能量儲備運用不同，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

[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“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”演示實驗的改進，新課程（下），2013（02）