光合作用与呼吸作用
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物（如淀粉），并且释放出氧气，这个过程叫光合作用；细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动的需要，这个过程叫呼吸作用。光合作用只在有光时进行，呼吸作用时时刻刻都在进行。光照越强、二氧化碳越多、温度越适宜，光合作用越强（到一定程度后不再增强）；白天光合作用强于呼吸作用，植物净吸收二氧化碳、净放出氧气，维持着生物圈中的碳—氧平衡。
光合作用：原料、条件、产物和场所
二氧化碳 + 水 —（光能，叶绿体）→ 有机物（储存着能量）+ 氧气
- 原料：二氧化碳（通过叶片的气孔从空气中吸收）和水（由根吸收，经导管运到叶）。
- 条件：光。“绿叶在光下制造有机物”实验中，叶片遮光的部分滴加碘液不变蓝，见光的部分变蓝，说明光是光合作用的条件，产物有淀粉。
- 场所：叶绿体，主要在叶肉细胞里；叶绿体中的叶绿素吸收光能。
- 产物：有机物（淀粉等）和氧气。把金鱼藻放在光下，它会冒出气泡，用试管收集，伸入带火星的木条（或卫生香）能复燃，说明放出的是氧气。
1771 年英国科学家普利斯特利把点燃的蜡烛和小鼠分别放在密闭的玻璃罩里，蜡烛很快熄灭、小鼠很快死去；把一盆植物和蜡烛（或小鼠）一起放进去，蜡烛不容易熄灭、小鼠能正常活着。他认为植物能更新因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气。后来人们发现，这个实验只有在光下才能成功——在黑暗中，植物不但不能放出氧气，还要通过呼吸作用消耗氧气。
呼吸作用：时时刻刻都在进行
有机物（储存着能量）+ 氧气 —（线粒体）→ 二氧化碳 + 水 + 能量
呼吸作用在所有活细胞中进行，主要场所是线粒体，不需要光。把萌发的种子装进瓶里放一夜：伸进燃烧的蜡烛，蜡烛立即熄灭（氧气被消耗了）；把瓶里的气体通入澄清的石灰水，石灰水变浑浊（产生了二氧化碳）；装种子的保温瓶里温度升高（释放了能量）。煮熟的种子没有生命，这三个现象都不出现。
影响光合作用的因素
- 光照强度：台灯离金鱼藻越近，光越强，每分钟冒出的气泡越多；光强到一定程度后，气泡数不再明显增加（光饱和）。光太弱时，光合作用产生的氧气还不够自身呼吸消耗，就看不到气泡。
- 二氧化碳浓度：在水里加入碳酸氢钠（NaHCO₃），可以为金鱼藻提供二氧化碳。浓度增大，气泡增多，到一定程度后也趋于稳定。用煮沸后冷却的水（二氧化碳很少）做实验，几乎不冒气泡。
- 温度：光合作用要靠酶，有一个最适温度（模型里约 28 °C）。低于它，温度升高光合作用增强；高于它，光合作用反而减弱，而呼吸作用随温度升高一直增强，所以温度太高时气泡反而没有了。
农业生产上利用这些规律提高产量：合理密植、间作套种让叶片充分接受光照；大棚里增施“气肥”（二氧化碳）；白天适当升温、夜间适当降温，减少夜间呼吸作用对有机物的消耗。贮藏粮食、水果蔬菜则要设法抑制呼吸作用：干燥、低温、减少氧气。
一昼夜中密闭玻璃罩内二氧化碳浓度的变化
把一盆植物放在密闭的透明玻璃罩里，从 0 时开始测量罩内二氧化碳浓度：
- 夜里（0 时～日出）：只进行呼吸作用，放出二氧化碳，浓度一直上升。
- 清晨：开始有光，但光合作用还弱于呼吸作用，浓度仍在上升；到光合作用 = 呼吸作用的时刻（模型里晴天约 6:16），浓度达到最高点。
- 白天：光合作用强于呼吸作用，植物净吸收二氧化碳，浓度一直下降；傍晚光照减弱，到再次光合作用 = 呼吸作用的时刻（约 17:40），浓度达到最低点。
- 傍晚以后：光合作用弱于呼吸作用直至停止，浓度又上升。
比较 24 时与 0 时的浓度：24 时更低，说明这一天里光合作用吸收的二氧化碳多于呼吸作用放出的，植物积累了有机物，能够生长。模型里晴天 0 时为 400 ppm，24 时约 227 ppm；阴天光照弱，白天下降得少，24 时约 336 ppm，有机物积累明显较少。（罩子很小、植物较大，所以变化幅度比实际夸张。）
光合作用与呼吸作用的区别和联系
| 光合作用 | 呼吸作用 | |
|---|---|---|
| 场所 | 含叶绿体的细胞（叶绿体） | 所有活细胞（主要在线粒体） |
| 条件 | 需要光 | 有光无光都进行 |
| 原料 | 二氧化碳、水 | 有机物、氧气 |
| 产物 | 有机物、氧气 | 二氧化碳、水 |
| 物质变化 | 无机物 → 有机物 | 有机物 → 无机物 |
| 能量变化 | 光能 → 化学能，储存能量 | 释放能量，供生命活动利用 |
| 对气体的影响 | 吸收二氧化碳，放出氧气 | 吸收氧气，放出二氧化碳 |
两者相互依存：呼吸作用分解的有机物是光合作用制造的，呼吸作用释放的能量也来自光合作用储存的光能；光合作用需要的二氧化碳，有一部分来自呼吸作用。
用这个模型做实验
- 光照强度：在“金鱼藻气泡”里把 NaHCO₃ 和水温固定，拖动台灯，分别停在 10、20、40、80 cm 处各数 1 分钟（或按“快速测一组”），画出气泡数—灯距曲线：越近越多，最近的几个点几乎一样多。
- 二氧化碳：把灯距放回 20 cm，调 NaHCO₃ 浓度（横轴自动切换），对比“清水”和 1%、2% 的气泡数。
- 温度：调水温，找出气泡最多的温度；把水温调到 40 °C 以上，看气泡为什么消失（看读数里的光合作用和呼吸作用）。
- 检验气体：让试管收集一会儿气体，点“伸入带火星的木条”，木条复燃。
- 一昼夜：播放一天，盯住罩内 CO₂ 曲线的最高点和最低点，对照上方速率图，它们正好在两条速率曲线相交处；换成阴天再看一遍。
- 普利斯特利实验：先在光下看四个钟罩，再点“黑暗处”重新开始，比较②④两组的结果。
常见问题
为什么台灯离金鱼藻越近，气泡越多？
台灯越近，照到金鱼藻上的光越强（光照强度大约与距离的平方成反比），光合作用越强，放出的氧气越多，气泡就越多。但光照强到一定程度后，光合作用受二氧化碳、温度等其他条件限制，不再明显增强。做这个实验时还要注意，灯靠得太近会让水温升高，最好用冷光源或在灯和烧杯之间放一层水隔热，保证只改变光照这一个条件。
金鱼藻实验中为什么要在水里加碳酸氢钠？
二氧化碳是光合作用的原料。碳酸氢钠（NaHCO₃）溶液能为水中的金鱼藻提供二氧化碳，浓度在一定范围内越大，光合作用越强，冒出的气泡越多。如果用煮沸后冷却的水，水里溶解的二氧化碳很少，金鱼藻几乎不冒气泡。
怎样证明光合作用放出的是氧气？
把金鱼藻放在盛满清水的烧杯中，罩上短颈漏斗，漏斗颈上倒扣一支盛满水的试管，放在阳光下。金鱼藻冒出的气泡在试管上部聚集，待气体收集到试管容积的一半左右时，取出试管，迅速把带火星的卫生香（或木条）伸进试管口，卫生香复燃，说明收集到的气体是氧气。
密闭玻璃罩内一昼夜二氧化碳浓度什么时候最高、什么时候最低？
罩内二氧化碳浓度在清晨光合作用强度刚好等于呼吸作用强度时最高，在傍晚光合作用强度再次等于呼吸作用强度时最低。这两个时刻之前浓度一直上升（或下降），之后开始下降（或上升）。如果 24 时的浓度低于 0 时，说明这一天植物积累了有机物。
植物白天只进行光合作用、晚上只进行呼吸作用吗？
不是。呼吸作用是所有活细胞时时刻刻都在进行的，白天也进行，只是白天光合作用比呼吸作用强，整体表现为吸收二氧化碳、放出氧气；夜里没有光，不能进行光合作用，只进行呼吸作用，表现为吸收氧气、放出二氧化碳。所以卧室里晚上不宜放太多绿色植物。
适用课程
人教版初中生物七年级上册“绿色植物与生物圈中的碳—氧平衡”（光合作用吸收二氧化碳释放氧气、绿色植物的呼吸作用），以及“绿叶在光下制造有机物”的探究实验。常见题型有“金鱼藻气泡数与灯距、二氧化碳浓度、温度的关系”“普利斯特利实验分析”“萌发种子的呼吸作用实验”“一昼夜密闭容器中二氧化碳浓度曲线的最高点、最低点”“光合作用与呼吸作用的区别和联系”“农业生产中的应用（合理密植、增施气肥、夜间降温、粮食贮藏）”等。高中生物必修 1《分子与细胞》中光合作用与细胞呼吸的原理和影响因素是它的延伸。