《植物三大作用思维导图》

一、光合作用 (Photosynthesis)

1.1 概念与定义

• 将光能转化为化学能，合成有机物的过程。
• 利用叶绿体，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
• 地球上最重要的生物化学反应之一。

1.2 原料与产物

• 原料:
  • 二氧化碳 (CO2): 从空气中吸收。
  • 水 (H2O): 从土壤中吸收，通过根系运输。
  • 光能: 来自太阳。
• 产物:
  • 葡萄糖 (C6H12O6): 碳水化合物，植物能量来源。
  • 氧气 (O2): 释放到大气中，维持生物呼吸。

1.3 过程机制

• 光反应 (Light-dependent Reactions):
  • 发生场所: 叶绿体类囊体薄膜。
  • 过程:
    • 光能吸收: 叶绿素吸收光能。
    • 水的光解: 水分解成氧气、氢离子和电子。
    • ATP合成: 光能转化为ATP中的化学能。
    • NADPH生成: 氢离子和电子传递给NADP+，形成NADPH。
  • 能量转换: 光能转化为ATP和NADPH中的化学能。
• 暗反应 (Light-independent Reactions/Calvin Cycle):
  • 发生场所: 叶绿体基质。
  • 过程:
    • 二氧化碳固定: 二氧化碳与RuBP结合。
    • 三碳酸 (3-PGA) 生成: 不稳定的六碳化合物分解为两个三碳酸分子。
    • 三碳糖磷酸 (G3P) 生成: ATP和NADPH提供能量，将三碳酸还原为三碳糖磷酸。
    • RuBP再生: 部分三碳糖磷酸用于再生RuBP，循环继续。
  • 碳固定: 将无机碳转化为有机碳。
  • 能量转换: ATP和NADPH中的化学能转化为葡萄糖中的化学能。

1.4 影响因素

• 光照强度: 影响光反应速率。光照不足，光合作用减弱。
• 二氧化碳浓度: 影响暗反应速率。二氧化碳浓度不足，光合作用减弱。
• 温度: 影响酶的活性。高温或低温都会降低光合作用速率。
• 水分: 影响二氧化碳的吸收和运输。缺水会导致气孔关闭，降低二氧化碳吸收。
• 矿质元素: 影响叶绿素合成和酶的活性。
• 植物种类: 不同植物对光照、温度等条件的需求不同。

1.5 意义

• 能量来源: 为地球上几乎所有生物提供能量。
• 氧气来源: 维持大气中氧气含量，供生物呼吸。
• 碳循环: 将大气中的二氧化碳转化为有机物，参与地球碳循环。
• 食物来源: 植物是人类和动物的食物来源。

二、呼吸作用 (Respiration)

2.1 概念与定义

• 细胞利用氧气分解有机物，释放能量的过程。
• 为生命活动提供能量，维持细胞功能。
• 与光合作用相反，是能量释放的过程。

2.2 原料与产物

• 原料:
  • 有机物 (通常是葡萄糖): 来自光合作用或其他生物。
  • 氧气 (O2): 从空气中吸收。
• 产物:
  • 二氧化碳 (CO2): 释放到大气中。
  • 水 (H2O): 产生少量水。
  • 能量 (ATP): 用于生命活动。

2.3 过程机制

• 有氧呼吸 (Aerobic Respiration):
  • 第一阶段 (糖酵解):
    • 发生场所: 细胞质基质。
    • 过程: 葡萄糖分解为丙酮酸和少量ATP和NADH。
  • 第二阶段 (柠檬酸循环/克雷布斯循环):
    • 发生场所: 线粒体基质。
    • 过程: 丙酮酸转化为乙酰辅酶A，进入柠檬酸循环，释放二氧化碳和产生更多NADH和FADH2。
  • 第三阶段 (电子传递链):
    • 发生场所: 线粒体内膜。
    • 过程: NADH和FADH2将电子传递给电子传递链，最终与氧气结合生成水，同时释放大量能量，用于ATP合成。
• 无氧呼吸 (Anaerobic Respiration):
  • 概念: 在无氧条件下分解有机物，产生少量能量的过程。
  • 过程: 葡萄糖分解为乳酸 (动物) 或酒精和二氧化碳 (植物、酵母菌)。
  • 能量释放: 释放能量较少，效率低于有氧呼吸。

2.4 影响因素

• 温度: 影响酶的活性。
• 氧气浓度: 影响有氧呼吸速率。
• 水分: 影响代谢活动。
• pH值: 影响酶的活性。
• 有机物含量: 影响呼吸作用的底物供应。
• 损伤程度: 机械损伤会增加呼吸速率。

2.5 意义

• 能量供应: 为生命活动提供能量。
• 物质转化: 分解有机物，释放二氧化碳和水，参与物质循环。
• 维持生长: 提供生长所需的能量和中间代谢产物。

三、蒸腾作用 (Transpiration)

3.1 概念与定义

• 水分以气体形式从植物体内散失到大气中的过程。
• 主要通过叶片的气孔进行。
• 是植物水分循环的重要环节。

3.2 过程机制

• 水分吸收: 根系从土壤中吸收水分。
• 水分运输: 水分通过木质部导管向上运输到叶片。
• 水分蒸发: 水分从叶肉细胞表面蒸发到细胞间隙。
• 水分扩散: 水蒸气通过气孔扩散到大气中。

3.3 影响因素

• 环境因素:
  • 温度: 温度升高，蒸腾速率加快。
  • 湿度: 湿度降低，蒸腾速率加快。
  • 光照: 光照强度增强，气孔开放，蒸腾速率加快。
  • 风速: 风速加快，带走叶片表面的水蒸气，蒸腾速率加快。
  • 土壤水分: 土壤水分充足，蒸腾速率较高。
• 植物因素:
  • 叶片面积: 叶片面积越大，蒸腾速率越高。
  • 气孔数量和大小: 气孔越多、越大，蒸腾速率越高。
  • 角质层厚度: 角质层越厚，蒸腾速率越低。
  • 根系发育: 根系越发达，吸水能力越强，蒸腾速率越高。

3.4 意义

• 水分运输: 促进水分和矿质元素的吸收和运输。
• 降温作用: 通过蒸发水分降低叶片温度，防止高温伤害。
• 维持植物形态: 保持植物的挺拔姿态。
• 水循环: 参与地球水循环，调节气候。
• 调节渗透压:维持细胞的渗透压。