第5章细胞的能量供应和利用讲义-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 第 1 节 降低化学反应活化能的酶 知识点一 酶在细胞代谢中的作用 一、细胞代谢 （一）酶的探索过程 （二）概念 二、探究·实践——比较过氧化氢在不同条件下的分解 ❶实验原理 2 水浴加热 FeCl3溶液或过氧化氢酶 + 2 ❷实验设计 试管分析 相同处理 4支试管分别加入2mLH₂O₂溶液 不同处理 不处理 90℃水浴加热 2滴质量分数为 3.5%的FeCl₃溶液 2滴新鲜的质量分数 为20%的肝脏研磨液 现象 气泡 基本无 很少 较多 很多 点燃卫生香 发亮 复燃 ❸实验结论 结论① 加热处理、FeCl3溶液中的Fe³+及新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解 结论② 与无机催化剂Fe³+相比，过氧化氢酶的催化效率更高 （1）滴加肝脏研磨液和FeCl₃溶液时不能共用一支滴管，因为滴管中残余的少量酶混入FeCl₃溶液中会影响实验的准确性。 （2）过氧化氢溶液最好现用现配，因为过氧化氢在常温下会分解。 （3）加入催化剂后要振荡混匀，使催化剂和反应物充分接触。 （4）高浓度的过氧化氢溶液的氧化性强，对皮肤有一定的腐蚀作用，配制时要注意安全。 三、控制变量和设计对照实验 （一）实验中的相关变量（实验过程中的变化因素）（以上述探究实验为例） 项目 概念 举例 自变量 人为控制的对实验对象进行处理的因素 温度（加热）、催化剂（FeCl₃溶液、肝脏研磨液） 因变量 因自变量改变而变化的变量 H₂O₂分解速率 无关变量 除自变量外，实验过程中还存在的 一些对实验结果造成影响的可变因素 H₂O₂浓度和体积、反应时间、肝脏的新鲜程度等 ❶对“无关变量”的理解 · 无关变量对实验结果是有影响的，但不是实验研究的对象，实验中的无关变量通常相同且适宜。 ❷区别“因变量”和“观测指标”（以“比较过氧化氢在不同条件下的分解"实验为例） · 因变量：实验中“过氧化氢的分解速率”是因变量。 · 观测指标：有些实验中观察到的现象不一定直接是因变量。如试管中“冒出的气泡”或“卫生香燃烧程度”都不是因变量，而是观测指标，因为不能直接观察到因变量，所以通过检测气泡的多少或卫生香的燃烧程度推测过氧化氢分解速率的快慢。 （二）对照实验 四、酶的作用原理 （一）活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 （二）酶的作用机理 （三）结论 结论1 与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高 结论2 酶的催化作用可使细胞代谢在温和条件下快速有序地进行 （四）酶催化作用的实质 · 降低化学反应的活化能，使化学反应在较低能量水平上进行，从而加快化学反应速率。 对酶、无机催化剂和加热催化反应的理解 · 酶和无机催化剂一样，能催化化学反应的进行，降低化学反应的活化能，但本身并不被消耗，并不为化学反应提供物质和能量，不改变化学反应的方向和生成物的量。 · 用加热的方法不能降低化学反应活化能，但可增加反应物分子的内能，从而增加活化分子数。 1、在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，方法步骤及实验现象如表所示。回答下列问题。 试管编号 实验材料 处理方法 实验现象 1 2mLH₂O₂溶液+2滴清水 常温 无气泡 2 2mLH₂O₂溶液+2滴清水 90℃水浴加热 少量气泡，带火星的卫生香不复燃 3 2mLH₂O₂溶液+2滴质量 分数为3.5%的FeCl₃溶液 常温 较多气泡，带火星的卫生香发亮 4 2mLH₂O₂溶液+2滴肝脏研磨液 常温 大量气泡，带火星的卫生香复燃 （1）该实验中，自变量是　　　　　　，因变量是　　　　　　。对照组是　　　　　　（填试管编号），实验组是　　　　　　（填试管编号）。 （2）比较1号和2号试管，可得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　，比较3号和4号试管，可得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　。 （3）某同学按照表中方法做了这个实验，结果4号试管比3号试管产生的气泡少，出现该现象的原因可能是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （4）为保证实验严谨性，某同学在原有实验基础上增加了5号试管，加入2mL相同体积分数的过氧化氢溶液后，再向5号试管内加入2滴煮沸过的肝脏研磨液。这样做的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）温度、催化剂种类 H₂O₂的分解速率 1 2、3、4；（2）加热能提高H₂O₂的分解速率 过氧化氢酶比Fe³+的催化效率高；（3）肝脏研磨液不新鲜；温度、pH等不合适；（4）可作为4号试管的对照组 2、如图表示某反应进行时，有酶参与和无酶参与的能量变化，下列叙述错误的是（ ） A．图中a、b、c分别代表无催化剂、使用无机催化剂、使用酶催化的化学反应过程 B．图中E₁、E₂、E₃分别代表进行相应化学反应时所需的活化能 C．图中△E代表酶降低的活化能 D．图中显示与无机催化剂相比，酶可为反应分子提供更多能量，从而显著提高反应速率 【解析】；答案D 知识点二 酶的本质 一、关于酶本质的探索 对发 酵过 程的 研究 毕希纳：从酵母菌细胞中获得了含有酶的提取液，并将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶【结束了巴斯德和李比希的争论】 中国 19世纪：认为酿酒是让糖类通过发酵变成酒精和CO₂，这是一个纯化学过程 1857年：巴斯德：发酵需 活酵母菌细胞参与 4000多年前的夏禹时代，我国就掌握了酿酒技术 1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”，即现在所说的酵母 争论 李比希：酵母菌细胞死亡 后释放出某些物质引起发酵 推测 其他科学家：相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶的结晶，并证明这些酶都是蛋白质 萨姆纳：获得脲酶，证明脲酶【催化尿素水解生成碳酸和两分子氨】是蛋白质 科学家推测酶是蛋白质 证明 补充完善 20世纪80年代：切赫和奥尔特曼发现少数RNA也具有生物催化功能 ★RNA的功能 ①作为酶具有催化作用 ②mRNA：携带从DNA转录来的遗传信息 ③tRNA：转运氨基酸 ④rRNA：构成核糖体 ⑤某些病毒的遗传物质（如HIV等） 二、酶的本质 概念 活细胞产生的具有催化作用的有机物 化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA 合成原料 氨基酸 核糖核苷酸 合成场所 核糖体 细胞核（真核生物） 生理功能 生物催化剂 作用机理 降低化学反应的活化能 【活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量】 （1）酶只能在活细胞中产生，不能从食物中获取，食物中的酶在消化道中被分解，从而失去催化作用。但在条件适宜的情况下，酶在细胞内、细胞外和生物体外均可发挥催化作用。 （2）酶仅有催化作用，没有信息分子的功能，不提供能量。 （3）与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 （4）酶使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。 1、关于酶本质的探索，下列相关叙述错误的是（ ） A．巴斯德提出发酵是纯化学反应，与生命活动无关 B．李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质 C．毕希纳从酵母菌细胞中获得了含有酶的提取液 D．萨姆纳用多种方法证明脲酶是蛋白质 【解析】巴斯德之前，许多科学家认为发酵是纯化学反应，与生命活动无关，而巴斯德认为发酵需要活酵母菌细胞的参与，A错误。 2、某研究人员发现一种促进脂肪细胞生成的蛋白质——抗酒石酸酸性磷酸酶。这一发现有望为治疗肥胖症开辟新途径。下列有关叙述错误的是（ ） A．抗酒石酸酸性磷酸酶与血红蛋白的共同元素有C、H、O、N B．在适宜条件下，蛋白酶可以将抗酒石酸酸性磷酸酶水解 C．抗酒石酸酸性磷酸酶遇双缩脲试剂呈现紫色反应 D．理论上可以通过促进抗酒石酸酸性磷酸酶的功能来治疗肥胖症 【解析】抗酒石酸酸性磷酸酶促进脂肪细胞生成，故应该通过抑制其功能来治疗肥胖症，D错误。 3、某同学为验证过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA，进行以下实验，请帮他补充完整。 实验材料和试剂：新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，过氧化氢酶溶液，蛋白酶，RNA水解酶（能催化RNA水解），试管，量筒，滴管，试管架，试管夹等。 （1）实验步骤： ①取适量过氧化氢酶溶液均分为两份，分别用　　　　　　　　　　　　　　　　　　处理，备用。 ②取三支试管，分别编号为A、B、C，试管中分别加入　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③向A试管中滴加两滴过氧化氢酶溶液，B、C试管的处理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ④观察三支试管中气泡产生的速率。 （2）预期实验结果，得出实验结论。 实验结果：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 实验结论：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）①适量的蛋白酶和等量的RNA水解酶；②等量的新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液； ③B试管中加入等量的用蛋白酶处理过的过氧化氢酶溶液，C试管中加入等量的用RNA水解酶处理过的过氧化氢酶溶液； （2）实验结果：A、C试管中气泡产生速率快，B试管中气泡产生速率慢或无气泡 实验结论：过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA。 【变式演练】4、现提供双缩脲试剂A液、B液、蛋清液（含蛋白质）、唾液淀粉酶溶液、蒸馏水、试管和必需的实验用品，请设计一个实验以证明“唾液淀粉酶的本质是蛋白质”。 （1）实验原理：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）实验步骤：①取三支试管，分别编为1、2、3号，贴上标签。 ②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 预期结果：盛有蛋清液和唾液淀粉酶溶液的两支试管中均出现紫色，盛有蒸馏水的试管中不出现紫色。 （3）实验结论：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解析】（1）蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应；（2）②向三支试管中分别加入2mL蛋清液、唾液淀粉酶溶液、蒸馏水；③分别向三支试管中加入1mL双缩脲试剂A液，振荡，再分别滴加4滴双缩脲试剂B液，振荡，观察并记录颜色变化；（3）唾液淀粉酶的本质是蛋白质 试剂检测法探究酶的本质（解题通法） · 【设计思路】 从酶的化学本质上讲，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。在高中教材中常见的一些酶，如淀粉酶、蛋白酶等，其本质都是蛋白质，所以，对酶的本质鉴定的考查常常是变相考查蛋白质的鉴定方法。因此，利用双缩脲试剂可与蛋白质产生紫色反应的原理设计实验方案即可。 · 【设计方案】 ❶探究酶的本质是否为蛋白质 项目 实验组 对照组 材料 待测酶溶液 （等量）已知蛋白液 试剂 分别加入等量的双缩脲试剂 现象 是否呈现紫色 呈现紫色 结论 实验组呈紫色，说明该酶的化学本质为蛋白质，反之化学本质不是蛋白质 ❷探究酶的本质是否为RNA 5、（全国Ⅱ卷）下列关于生物体中酶的叙述，正确的是（ ） A．酶与无机催化剂的作用机理不同 B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性 C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法 D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37℃ 【解析】酶和无机催化剂都是通过降低反应活化能来发挥催化作用的，A错误。酶作为生物催化剂可在生物体内发挥作用，也可在生物体外发挥作用，B错误。盐析法主要用于蛋白质的分离、纯化，胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，因而可用盐析法进行沉淀，C正确。唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37℃左右，而该酶通常在低温下保存，D错误。 6、类题①酶是生物催化剂，其作用受pH等因素的影响。下列叙述错误的是（ ） A．酶分子有一定的形状，其形状与底物的结合无关 B．绝大多数酶是蛋白质，其作用的强弱可用酶活性表示 C．麦芽糖酶能催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖的水解 D．将胃蛋白酶加入到pH10的溶液中，其空间结构会改变 【解析】酶分子中有与底物识别和结合的部位，故酶分子的形状与底物的结合有关，A错误； 绝大多数酶是蛋白质，可用酶活性表示酶催化作用的强弱，B正确； 酶具有专一性，每种酶只能催化一种或一类化学反应，C正确； 胃蛋白酶的最适pH为1.5，其在pH为10的溶液中会变性，其空间结构会改变，D正确。 知识点三 酶的特性 一、高效性 ❶含义：与无机催化剂相比，酶的催化效率是无机催化剂（催化的化学反应范围比较广）的107~1013倍。 【 酶加快了反应速度，缩短了达到平衡的时间，但设有改变反应的平衡点。】 · 催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高； · 酶只能改变反应速率，不改变生成物的量 · 酶只能催化已存在的化学反应 ❷意义：保证细胞代谢快速进行。 二、专一性 ❶探究·实践——淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 【实验原理】 淀粉（非还原糖）+水 淀粉酶 葡萄糖（还原糖）+ 麦芽糖（还原糖） 蔗糖（非还原糖）+水 蔗糖酶 葡萄糖（还原糖）+ 果糖（还原糖） 还原糖 + 斐林试剂（不能用碘液代替斐林试剂） 水浴 砖红色沉淀 【实验设计】 序号 项目 ❶号试管 ❷号试管 1 注入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 2mL — 2 注入质量分数为3%的蔗糖溶液 — 2mL 3 注入质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液 2mL 2mL 4 轻轻振荡，保温5min 60℃ 60℃ 5 边加入斐林试剂，边轻轻振荡 2mL 2mL 6 水浴加热 煮沸并保持1min 【目的是加快实验进程，使颜色反应更快出现】 7 溶液颜色 砖红色沉淀 蓝色 【实验结论】：酶具有专一性，淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。 ❷ 酶具有专一性 · 含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 · 图解： 说明：A表示酶，B~D表示反应物，E和F表示产物 酶A对反应物D有催化作用，对反应物B或C没有催化作用，说明酶的催化作用具有专一性 · 实例：过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解；脲酶只催化尿素分解。 · 意义：使细胞代谢能够有条不紊地进行。 三、作用条件较温和 （一）含义：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。 （二）酶活性：酶催化特定化学反应的能力。可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。酶催化的反应速率越高，酶的活性越高；反应速率越低，酶的活性越低。所以测定酶的活性就是测定酶促反应的速率。酶催化的反应速率可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。 （1）绝大多数酶是蛋白质，蛋白质在温度过高或过酸、过碱条件下都会变性，空间结构遭到破坏，从而酶将永久失活；低温不会破坏蛋白质的空间结构，但会抑制其功能（如图）。 （2）曲线模型如图所示 · 最适温度：酶活性（即催化特定化学反应的能力）最高的温度。高于或低于最适温度，酶的活性都会降低，但原因不同。高温会影响酶的空间结构，从而导致酶活性降低；低温抑制酶的活性，但不破坏酶的空间结构，因此酶制剂应在低温环境下保存。不同酶的最适温度不同，一般来说，动物体内的酶最适温度在35～40℃，植物体内的酶最适温度在40～45℃。 · 最适pH：酶活性最高的pH。高于或低于最适pH，酶活性都会降低，过酸、过碱都会破坏酶的空间结构，从而影响酶活性。人体内绝大多数酶的最适pH接近中性，但胃蛋白酶的最适pH为1.5。【人体口腔内唾液淀粉酶进入胃后不能继续发挥作用，因为胃内pH很低，导致唾液淀粉酶失活】 （三）探究·实践——影响酶活性的条件 实验❶：探究温度对酶活性的影响 【实验原理】：淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可判断温度对淀粉酶活性的影响。 【实验设计】 取6支试管，分别编号为1与1'、2与2'、3与3'，并分别进行以下操作。 试管编号 1 1' 2 2' 3 3' 步 骤 ① 2mL 淀粉酶溶液 2mL 可溶性淀粉溶液 2mL 淀粉酶溶液 2mL 可溶性淀粉溶液 2mL 淀粉酶溶液 2mL 可溶性淀粉溶液 ② 在冰水中水浴5min 在60℃温水中水浴5min 在沸水中水浴5min ③ 1与1'试管内液体混合，摇匀 2与2'试管内液体混合，摇匀 3与3'试管内液体混合，摇匀 ④ 在冰水中水浴数分钟 在60℃温水中水浴相同时间 在沸水中水浴相同时间 ⑤ 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象 实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色 【实验结论】：酶发挥催化作用需要适宜的温度条件，温度过高和过低都将影响酶的活性。 实验❷——探究pH对酶活性的影响 【实验原理】 · 根据H₂O₂的分解速率，判断在不同pH条件下过氧化氢酶的活性大小，进而得出pH对酶活性的影响。 【实验设计】 步骤 实验操作内容 试管❶ 试管❷ 试管❸ 一 注入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴 二 注入不同pH的溶液 1mL蒸馏水 1mL物质的量浓度 为0.01mol/L的盐酸 1mL物质的量浓度为 0.01mol/L的NaOH溶液 三 注入等量的过氧化氢溶液 2mL 2mL 2mL 四 观察现象 有大量气泡产生 基本无气泡产生 基本无气泡产生 【实验结论】：酶的催化作用需要适宜的pH pH偏低或偏高都会影响酶的活性。 ❶ 与酶相关实验中选取实验材料（试剂）的“四宜”、“四不宜” · 用淀粉、蔗糖和淀粉酶来探究酶的专一性时，宜选用斐林试剂，不宜选用碘液。因为无论蔗糖是否发生水解，都不与碘液发生颜色反应。 · 用淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时，宜选用碘液，不宜选用斐林试剂。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度。 · 探究温度对酶活性的影响时，宜用淀粉和淀粉酶，不宜用H₂O₂和过氧化氢酶，因为H₂O₂易分解，加热条件下其分解会加快，O₂的产生速率增加并不能准确反映酶的活性增大。 · 探究pH对酶活性的影响时，宜用H₂O₂和过氧化氢酶，不宜选用淀粉和淀粉酶原因是在酸性条件下淀粉也会水解，影响实验观察效果。 ❷ 探究温度、pH对酶活性影响时的操作顺序 · 探究温度对酶活性影响时，一定要让反应物和酶分别在相应温度下保存一段时间，再进行混合。 · 探究pH对酶活性的影响时，必须先调pH，然后再将反应物与酶混合。否则反应物会在未调节好pH的情况下就在酶的作用下发生反应，影响实验的准确性。另外，本实验中也可将过氧化氢酶溶液和过氧化氢溶液分别调至同一pH再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。 （四）图解——影响酶活性的因素 曲线 解读 在一定温度范围内，随着温度升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用减弱直至完全丧失；但低温只是抑制酶的活性，并不会使酶失活（图甲曲线左端没有和横轴相交），温度升高可恢复其活性。 在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用都逐渐减弱直至完全丧失（曲线两端均与横轴相交） ①反应物溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度，反应物溶液温度的变化不影响酶作用的最适pH。 ②同种酶，不同温度条件下，最适pH相同；不同pH条件下，最适温度相同 在其他条件适宜且酶量一定的条件下，一定范围内酶促反应速率随反应物浓度的增大而加快，当反应物浓度达到一定值时，所有的酶与反应物结合，酶促反应速率达到最大，再继续增大反应物浓度，酶促反应速率不再增大 在反应物充足且其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关 1、研究发现酸可催化蛋白质、脂肪及淀粉的水解。研究人员以蛋清为实验材料进行了如下实验： 下列相关说法正确的是（ ） A．蛋清中的蛋白质分子比蛋白块a中的蛋白质分子更容易被蛋白酶水解 B．将盐酸与蛋白酶、蛋白块混合，可直接测定蛋白酶在此pH条件下的催化效果 C．①②③过程中，蛋白质的空间结构不变 D．处理相同时间，蛋白块b明显小于蛋白块c，可证明与无机催化剂相比，酶具有高效性 【解析】蛋白块a是经过加热后形成的，空间结构已破坏，因此更易被蛋白酶水解，A错误；测定蛋白酶在某pH下的催化效果，需先将蛋白酶和相应盐酸混合一段时间，B错误；蛋白质在高温、强酸或蛋白酶催化下，空间结构都会被破坏，C错误；酶的高效性是相对无机催化剂而言的，处理相同时间，由蛋白酶催化形成的蛋白块b明显小于由盐酸催化产生的蛋白块c，可证明与无机催化剂相比，酶具有高效性，D正确。 2、在用唾液淀粉酶、淀粉、蔗糖等材料证明酶的专一性实验中，下列错误的是（ ） A．鉴定试剂可用斐林试剂，不能用碘液 B．装有淀粉的试管最终会出现砖红色沉淀，而另一支呈现蓝色 C．本实验只需要进行一次温度处理即可出现明显的实验效果 D．若两支试管都出现砖红色沉淀，可能是试管没洗干净，也可能是蔗糖不纯混有还原糖等造成的 【解析】本题不能使用碘液为鉴定试剂、可用斐林试剂，∵碘液不能检测蔗糖是否被水解，A正确； 酶具有专一性，唾液淀粉酶能将淀粉水解为还原糖，但不能水解蔗糖，∴装有淀粉的试管最终会出现砖红色沉淀，而另一支呈现斐林试剂本身的颜色即蓝色，B正确； 本实验需进行2次水浴加热，第一次是60℃下酶与底物充分反应，第二次是煮沸1min，C错误； 若两支试管都出现砖红色沉淀，则说明两支试管中都有还原糖，可能是试管没洗干净，也可能是蔗糖不纯混有还原糖等造成的，D正确。 3、据表分析，下列说法错误的是（ ） 组别 ① ② ③ 质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 2mL 2mL 2mL 质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液 1mL 1mL 1mL 反应温度 0℃ 60℃ 100℃ 碘液 2滴 2滴 2滴 A．本实验探究的是温度对淀粉酶活性的影响 B．淀粉酶溶液的浓度是本实验的无关变量 C．可溶性淀粉溶液和淀粉酶溶液需分别在所需温度下保温后再混合 D．①③组结果为均出现蓝色，说明①③组淀粉酶均失活 【解析】温度是自变量，淀粉酶活性是因变量，∴本实验探究的是温度对淀粉酶活性的影响，A正确。 淀粉酶溶液的浓度是本实验的无关变量，B正确。 探究温度对淀粉酶活性影响时，应先将淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别在所需温度下保温后再混合，C正确。 0℃条件下淀粉酶活性很低，100℃条件下淀粉酶失活，D错误。 4、为验证pH对过氧化氢酶活性的影响，某学生设计了如表所示实验。下列叙述错误的是（ ） 实验步骤 具体操作 试管❶ 试管❷ 1 加入体积分数为3%的H₂O₂溶液 2mL 2mL 2 加入新鲜肝脏研磨液 1mL 1mL 3 加入物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸溶液 － 1mL 加入物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液 1mL － 4 置于37℃水浴中 5min 5min A．缺少加入蒸馏水的对照组 B．将试管都置于37℃水浴中可排除温度对酶活性影响 C．表中未列出实验现象 D．操作步骤设计合理 【解析】该实验只进行了酸性和碱性两种条件下的操作，缺少加入蒸馏水的对照组，A正确。 本实验中pH为自变量，温度为无关变量，将试管都置于37℃水浴中可排除温度【先保证酸的最适温度（排除温度干扰）】对酶活性的影响，B正确。表中未列出实验现象，C正确。 验证pH对过氧化氢酶活性的影响，应先调节过氧化氢酶的pH，再加入H₂O₂溶液【未达到预设pH前，不能让反应物与酸接触】，故该实验操作步骤设计不合理，D错误。 5、甲图表示反应物浓度对酶促反应速率的影响；乙图表示将A、B两种物质混合，再在T1时加入某种酶后，A、B两种物质的浓度变化曲线。实验均在最适温度和最适pH条件下完成，下列叙述错误的是（ ） A．若乙图中A是淀粉，则B可以是麦芽糖，该酶可以是唾液淀粉酶 B．当甲图中反应速率最大时，限制酶促反应速率的主要因素是酶活性 C．乙图中T₂时刻后限制酶促反应速率的主要因素是反应物浓度 D．甲、乙两图所示的实验中，温度和pH都属于无关变量 【解析】淀粉可以被唾液淀粉酶分解成麦芽糖，淀粉分解后，麦芽糖浓度升高，A正确； 甲图中反应速率达到最大后，限制酶促反应速率的主要因素是酶的数量，B错误； 乙图中T₂时刻，反应物已经大量消耗，此时限制酶促反应速率的主要因素是反应物浓度，C正确； 图甲的自变量是反应物浓度，图乙说明酶催化物质A生成物质B，两图所示的实验均在最适温度和最适pH条件下完成，温度和pH都属于无关变量，D正确。 6、二氧化锰（MnO2）和过氧化氢酶都能催化过氧化氢（H2O2）分解成H2O和O2。某生物小组在试管中进行了三组相关实验，实验结果如表所示。下列相关叙述错误的是（ ） 试管 反应物 加入物质 反应条件 实验现象 1 体积分数为2%过氧化氢溶液2mL 二氧化锰 室温 少量气泡 2 体积分数为2%过氧化氢溶液2mL 土豆浸出液 室温 大量气泡 3 体积分数为2%过氧化氢溶液2mL 人新鲜唾液 室温 没有气泡 A．本实验说明酶的催化作用具有高效性 B．能证明酶在细胞外也具有催化作用的是试管2 C．若试管2结果为出现少量气泡，原因可能是土豆浸出液中过氧化氢酶活性较低 D．若将反应条件改为80℃热水浴，则试管2的气泡产生速率一定会减慢 【解析】对比试管1、2，自变量为催化剂的种类，说明酶具有高效性，A正确。 试管2加入的物质是土豆浸出液，证明酶在细胞外也具有催化作用，B正确。 若试管2结果为出现少量气泡，原因可能是土豆浸出液中过氧化氢酶的活性较低，C正确。 若将反应条件改为80℃热水浴，酶会在高温下变性失活，但水浴温度较高时，过氧化氢也会分解，则试管2的气泡产生速率不一定会减慢，D错误。 对比法验证酶的催化作用、高效性、专一性（解题通法） （一）验证酶的催化作用 · 设计思路：通过对比酶和蒸馏水催化反应物分解的速率，得出结论。 · 设计方案 项目 实验组 对照组 材料 （等量）同种反应物 试剂 相应酶溶液 （等量）蒸馏水 现象 反应物被分解 反应物不被分解/基本不分解 结论 酶有催化作用 （二）验证酶的高效性 · 设计思路：通过对比酶与无机催化剂催化反应物分解的速率，得出结论。实验中自变量是不同的催化剂，因变量是反应物的分解速率。 · 设计方案 项目 实验组 对照组 材料 （等量）同种反应物 试剂 与反应物对应的酶溶液 （等量）无机催化剂 现象 反应速率快或反应时间短 反应速率缓慢或反应时间长 结论 酶具有高效性 （三）验证酶的专一性 · 设计思路：反应物不同但酶相同，通过检测反应物是否被分解得出结论。 · 设计方案 项目 方案一 方案二 实验组 对照组 实验组 对照组 材料 底物相同(等量) 与酶相对应的底物 另外一种底物 试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶 同一种酶(等量) 现象 发生反应 不发生反应 发生反应 不发生反应 结论 酶具有专一性 【变式演练】7、为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是（ ） 组别 ① ② ③ ④ ⑤ 酶 蛋白酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶 反应物 蛋白质 淀粉 蛋白质 淀粉 麦芽糖 A．①和③对比，用双缩脲试剂检测 B．③和④对比，用碘液检测 C．④和⑤对比，用斐林试剂检测 D．③和④对比，用双缩脲试剂检测 【解析】①和③对照的自变量是酶的种类不同，但蛋白酶和淀粉酶的成分都是蛋白质，在反应前后不变，用双缩脲试剂检测均变成紫色，A不合理； ③和④对照的自变量是酶的种类不同，淀粉遇碘变蓝，淀粉酶能水解淀粉，淀粉酶不能水解蛋白质，故可用碘液根据两组颜色反应的不同证明酶的专一性，B合理； ④和⑤对照的自变量是底物的种类不同，淀粉酶使淀粉水解生成还原糖，麦芽糖也属于还原糖，故用斐林试剂检测都会出现砖红色沉淀，C不合理； ③和④对照的自变量是底物的种类不同，但淀粉酶的本质是蛋白质，在反应前后不变，无论底物是否被分解，用双缩脲试剂检测均变成紫色，D不合理；答案B。 8、（2022·湖南）下表分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤和探究过氧化氢酶作用的最适pH的实验结果，已知α-淀粉酶作用的最适温度为60℃。据此回答下列问题： 探究温度对酶活性影响的实验（实验一） 实验 步骤 分组 甲组 乙组 丙组 ①新鲜的α-淀粉酶溶液 1mL 1mL 1mL ②可溶性淀粉溶液 5mL 5mL 5mL ③将新鲜的α-淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温处理 ④控制温度 0℃ 60℃ 90℃ ⑤测定单位时间内淀粉的　　　　　　 探究过氧化氢酶的最适pH的实验（实验二） 组别 A组 B组 C组 D组 E组 pH 5 6 7 8 9 H2O2溶液完全分解所需时间（s） 300 180 90 192 284 （1）pH在实验一中属于　　　　　变量，而在实验二中属于　　　　　　变量。 （2）实验一的步骤③操作错误，正确的操作应该是　　　　　　　　　　　　　　　　。实验一的步骤⑤最好选用　　　　　　　　　　　　（填试剂名称）来测定单位时间内淀粉的　　　　　　　　　　　　。 （3）如将实验一中新鲜的α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H₂O₂溶液，你认为是否科学？　　　　　　　　　　　　。为什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （4）分析实验二的结果，可得到的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适pH，可在pH为　　　　　　范围内设置梯度。 【答案】（1）无关 自； （2）使新鲜的α-淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别达到预设温度后再混合（其他合理答案也可）；碘液 剩余量； （3）不科学 因为温度会影响H₂O₂的分解； （4）该过氧化氢酶的最适pH约为7，pH降低或升高，酶活性均降低（或在pH为5～7的范围内，随pH升高，该过氧化氢酶活性升高；在pH为7～9的范围内，随pH升高，该过氧化氢酶活性降低） 6～8。 梯度法探究酶发挥催化作用的最适温度和pH（解题通法） （1）设计思路：设置一系列不同温度（或pH）的实验组进行相互对照，最后根据实验现象得出结论。 （2）设计方案 组别编号 1 2 …… n 实验材料 等量的 同种反应物和等量的同种酶 温度（或pH） T1（a1） T2（a2） …… Tn（an） 检测指标 测定相同时间内，各组生成物的量，或反应物的剩余量 实验结论 生成物的量最多的一组，或反应物剩余量最少的一组 所对应的温度（或pH）最接近最适温度（或pH） 9、（2022·福建）耐热脂肪酶在工业上具有广泛应用，科研人员从小笼包蒸笼的垫布中分离到脂肪酶高产菌株，大量培养后提取获得脂肪酶液，以橄榄油为底物设置系列实验以研究该酶特性，回答下列问题。 （1）科研人员从细菌中分离的耐热脂肪酶（化学本质是蛋白质）是细菌在细胞的　　　　　　上以　　　　 　　　　　　为原料合成的，脂肪酶能水解橄榄油但不能水解淀粉，说明酶具有　　　　　　　　。脂肪酶起催化作用的机理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）实验①：每组试管中加入等量的酶和底物，分别置于30、35、40、45、50、55、60℃水浴环境中20分钟后，测量底物量的变化，该实验的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （3）实验②：若要测定酶液分别在40、50、60℃温度下保存2小时后的酶活性变化，实验思路是　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。 （4）实验③：研究一定浓度的Mg2+（10-4mol/L）对酶活性的影响，已知该酶的最适pH范围为7.0～8.0，实验结果如表，结果说明：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 pH级别 酶相对活性 7.0 7.5 8.0 对照组 20.54 20.67 20.62 实验组 24.89 25.78 26.67 【答案】（1）核糖体 游离的氨基酸（或氨基酸） 专一性 降低脂肪水解所需的活化能；（2）探究脂肪酶的最适温度；（3）设置三组实验，每组加入等量脂肪（橄榄油），分别加入在40、50、60℃温度下保存2小时后的脂肪酶，其他条件适宜且相同，一定时间后测量各组酶活性（测量各组底物剩余量等）；（4）在pH为7.0～8.0范围内，一定浓度的Mg2+能提高该脂肪酶的活性。 10、图中曲线b表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。下列正确的是（ ） A．增大pH，重复该实验，A、B点位置都不变 B．酶量增加后，反应速率可用曲线a表示 C．反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素 D．B点条件下升高温度，将呈现曲线c所示变化 【解析】题干中提出“曲线b表示在最适温度、最适pH条件下”，因此若增大pH，酶活性会下降，A、B点位置都会下移，A错误；增加酶量后，反应速率会加快，反应速率不可用曲线a表示，B错误；从图中可看出，在曲线AB段反应速率与反应物浓度呈正相关，因此反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素，C正确；由题意知，曲线b表示在最适温度条件下反应物浓度与酶促反应速率的关系，若升高温度，酶活性会下降，不会呈现曲线c所示变化，D错误；答案C。 11、图甲表示过氧化氢酶活性随pH变化的曲线，图乙表示在最适温度下，pH=b时H₂O₂分解产生的O₂量随时间的变化。下列叙述正确的是（ ） A．温度降低时，图乙中的e点不变，d点右移 B．H₂O₂量增加时，图乙中的e点上移，d点左移 C．最适温度下，pH=c时，图乙中e点的值为0 D．最适温度下，pH=a时，图乙中e点下移，d点左移 【解析】图乙表示在最适温度和pH条件下，H₂O₂分解产生的O₂量随时间变化。温度降低时，酶活性下降，酶促反应速率减慢，O₂量达到最大值所需时间延长，但O₂量最大值不变，所以e点不变，d点右移，A正确；反应物（H₂O₂）的量增加时，O₂量的最大值增加，O₂量达到最大值所需的时间延长，即e点上移，d点右移，B错误；pH=c时，酶变性失活，但H₂O₂在常温下也能缓慢分解，所以e点的值不为0，C错误；pH=a时，酶活性较低，O₂量达到最大值所需时间延长，但O₂量的最大值不变，所以e点不变，d点右移，D错误；答案A。 12、（2021海南）某酶的催化反应速率随温度和时间变化趋势如图所示。下列叙述错误的是（ ） A．该酶可耐受一定的高温 B．在t₁时，该酶催化反应速率随温度升高而增大 C．不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同 D．相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率不同 【解析】据图可知，该酶在70℃条件下仍具有一定的活性，推测该酶可耐受一定的高温，A正确；在t₁时，70℃的反应速率＞60℃时的反应速率＞50℃的反应速率＞40℃的反应速率，即在t₁时酶促反应速率随温度升高而增大，B正确；在不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同，其中70℃条件下该酶达到最大催化反应速率所需时间最短，60℃条件下次之，50℃条件下再次之，40℃条件下所需时间最长，C正确；相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率可能相同，如达到最大反应速率后，继续增加反应时间，该酶的催化反应速率不发生改变，D错误。 13、类题②（全国Ⅱ卷）为研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组（20℃）、B组（40℃）和C组（60℃），测定各组在不同反应时间内的产物浓度（其他条件相同），结果如图。回答下列问题： （1）三个温度条件下，该酶活性最高的是　　　　　　组。 （2）在时间t₁之前，若A组温度提高10℃，则A组酶催化反应的速度会　　　　　　　。 （3）若在t₂时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，则在t₃时，C组产物总量　　　　　，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （4）生物体内酶的化学本质是　　　　　　，其特性有　　　　　　　　　　　　　　　（答出两点即可）。 【答案】（1）B；（2）加快；（3）不变 60℃条件下，t₂时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加；（4）蛋白质或RNA 高效性和专一性（答案合理即可） 14、（2021湖北）使酶活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两类：一类是可逆抑制剂（与酶可逆结合，酶的活性能恢复）；另一类是不可逆抑制剂（与酶不可逆结合，酶的活性不能恢复）。已知甲、乙两种物质（能通过透析袋）对酶A的活性有抑制作用。 实验材料和用具：蒸馏水，酶A溶液，甲物质溶液，乙物质溶液，透析袋（人工合成半透膜），试管，烧杯等。 为探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型，现提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路，并写出实验预期结果。 （1）实验设计思路：取　　　支试管（每支试管代表一个组），各加入等量的酶A溶液，再分别加入等量　　　　　　　　　　，一段时间后，测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋，放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液，再测定各自的酶活性。 （2）实验预期结果与结论 若出现结果①：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。结论①：甲、乙均为可逆抑制剂。 若出现结果②：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。结论②：甲、乙均为不可逆抑制剂。 若出现结果③：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。结论③：甲为可逆抑制剂，乙为不可逆抑制剂。 若出现结果④；　　　　　　　　　　　　　　　　　　。结论④：甲为不可逆抑制剂，乙为可逆抑制剂。 【答案】（1）2 甲物质溶液、乙物质溶液； （2）透析后，两组的酶活性均比透析前酶的活性高； 透析前后，两组的酶活性均不变； 加甲物质溶液组，透析后酶活性比透析前高，加乙物质溶液组，透析前后酶活性不变； 加甲物质溶液组，透析前后酶活性不变，加乙物质溶液组，透析后酶活性比透析前高 15类题③、若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力实验中，下列操作顺序合理的是（ ） A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量 B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量 D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 【解析】依题可知，该实验的pH为无关变量，为排除pH的干扰，应在酶和底物混合之前加入缓冲液，为酶促反应提供稳定的pH环境，A、B、D错误，C正确。 知识点四 与酶的专一性相关的模型 （一）锁钥学说 酶与底物结合时，底物的结构和酶的活性部位结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是“锁钥学说”。此学说可以较好地解释酶的专一性，但不能解释酶的多底物现象、酶能够催化同一生化反应中正逆两个方向的反应等。“锁钥学说”把酶的结构看成是固定不变的，这是不符合实际的。 （二）诱导契合学说 该学说认为酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补，而是在酶和底物结合过程中，底物分子或酶分子，有时是两者的构象同时发生了一定变化后才互补的，这时催化基团的位置也正好在所催化底物键的断裂和即将生成键的适当位置。这个动态的辨认过程称为诱导契合。反应结束后，产物从酶上脱落下来，酶的活性部位又恢复原来的构象。 （三）酶的抑制剂 （1）概念：特异性作用于酶，从而降低酶的活性，甚至使酶完全丧失活性的物质。 （2）分类：常分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂。 ①竞争性抑制剂：是与酶的正常底物相似的化学物质，它与底物分子竞争酶的活性部位。酶的活性部位不能同时既与底物结合又与抑制剂结合，因而在底物和抑制剂之间产生竞争，抑制剂占据了酶的活性部位，底物分子被排斥在外（如图1所示），这种抑制作用可以通过增大底物浓度而解除。 ②非竞争性抑制剂：并不占据活性部位，它与酶分子结合部位不是活性部位。有些酶与非竞争性抑制剂结合后，会使酶的活性部位空间结构改变，使之不能与底物结合（如图2所示）。当然，非竞争性抑制剂的作用机制也有其他情况。如有些抑制剂与酶结合后，还可以与底物结合，酶与底物结合后，也可以与抑制剂结合。这种情况下形成的抑制剂一酶—底物复合物不能进一步分解为产物，从而降低酶活性。非竞争性抑制剂与酶的活性部位以外的基团相结合，其结构与底物无共同之处，增大底物浓度不能解除该种抑制作用。 1、如图为蔗糖酶作用机理示意图，下列叙述正确的是（ ） A．该图可说明蔗糖酶具有高效性 B．该图可说明蔗糖酶是蛋白质 C．蔗糖酶在催化蔗糖水解的过程中形状没有发生改变 D．蔗糖酶不能催化麦芽糖水解是因为它们不能结合形成酶—底物复合物 【解析】图中只体现了酶具有专一性，A错误； 据图无法判断酶的化学本质，B错误； 酶在催化蔗糖水解过程中形状发生了改变，C错误；答案D。 2、科研小组通过实验探究两种抑制剂对某消化酶酶促反应速率的影响，对实验结果进行分析并绘图如下： （1）该实验自变量是　　　　　　，该实验无关变量有　　　　　　　　　　　（答出两点即可）等。 （2）抑制剂I与抑制剂Ⅱ对酶活性的抑制作用更强的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （3）据图分析，随着底物浓度升高，　　　　　　（填"抑制剂I"或"抑制剂Ⅱ”）的作用逐渐减小甚至消失。从活化能角度分析，推测抑制剂能降低酶促反应速率的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）抑制剂种类和底物浓度 温度、pH、酶浓度、抑制剂的使用量（答出两点即可）； （2）抑制剂Ⅱ；（3）抑制剂I 在抑制剂作用下，酶活性降低，其降低化学反应活化能的能力下降 第 2 节 细胞的能量“货币”ATP 知识点一 ATP是一种高能磷酸化合物 一、ATP的结构和功能 二、ATP的结构式 有关ATP的4点提醒 · ATP结构中的“1”“2”“3” “1”指一个腺苷，“2”指两个特殊的化学键，“3”指三个磷酸基团。 · ATP是一种高能磷酸化合物，1mol ATP水解释放的能量高达30.54KJ · ATP≠能量，ATP是一种物质，不是能量，能量储存在ATP中。 · ATP脱去一个磷酸基团成为ADP，再脱去一个磷酸基团就成为RNA的基本组成单位之腺嘌呤核糖核苷酸，简称AMP。 不同化合物中“A”的含义 物质结构 物质名称（简称） “A”的含义 A—P~P～P ATP 腺苷（腺嘌呤+核糖） ATP 腺嘌呤 核苷酸 腺嘌呤 DNA 腺嘌呤脱氧核苷酸 RNA 腺嘌呤核糖核苷酸 上述物质中所有的“A”都含有腺嘌呤 1、下列有关ATP的叙述，正确的是（ ） A．图中的a是构成DNA的基本组成单位之一 B．图中的A代表腺苷，b、c代表特殊的化学键 C．ATP中的“A”与RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质 D．ATP与ADP的化学元素组成不同 【解析】图中a表示腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本组成单位之一，A错误；图中A代表腺嘌呤，b、c代表特殊的化学键，B错误；ATP分子中的“A”表示腺苷，RNA中的碱基“A”表示腺嘌呤，二者表示的不是同一种物质，C正确；ATP与ADP的化学元素组成相同，都是C、H、O、N、P，D错误。 2、如图是腺苷三磷酸的结构示意图，α、β表示化学键，γ表示物质，下列说法正确的是（ ） A．当β键断裂后，生成的产物腺苷二磷酸比腺苷三磷酸更稳定 B．α、β都是特殊的化学键，在为细胞生命活动供能时α键更容易断裂 C．运动时需要消耗大量的ATP，ATP在肌肉细胞中含量很多 D．γ中含有C、H、O、N、P五种元素 【解析】ATP中远离腺苷的特殊化学键很容易断裂和形成，化学性质不稳定，因此当β键断裂后，生成的产物腺苷二磷酸比腺苷三磷酸更稳定，A正确；α、β都是特殊化学键，在为细胞生命活动供能时远离腺苷的β键更易断裂，B错误；运动时需消耗大量ATP，事实上ATP在肌肉细胞中含量不高，但由于ATP和ADP转化速度较快，可保证能量供应，C错误；据图可知，γ表示腺苷，腺苷的元素组成是C、H、O、N，没有P，D错误。 ATP 的结构模型构建及分析（解题通法） 3、如图为ATP结构示意图，①③④表示组成ATP的物质或基团，②表示化学键。下列正确的是（ ） A．①为腺嘌呤，即ATP分子结构简式中的“A” B．①和④构成RNA分子的基本组成单位之一 C．化学键②为普通磷酸键 D．在ATP与ADP之间的相互转化中，③可重复利用 【解析】①为腺嘌呤，ATP结构简式中的“A”是腺苷，A错误；①和④组成腺苷，ATP脱去2个磷酸基团是RNA分子的基本组成单位之一，B错误；化学键②为特殊化学键，C错误；③是磷酸基团，其在ATP与ADP间的相互转化中可重复利用，D正确。 4、（2022·浙江）下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是（ ） A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为特殊的化学键 C．在水解酶的作用下不断地合成和水解 D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带 【解析】ATP中的五碳糖是核糖，A错误；腺苷和磷酸基团之间的化学键是普通化学键，磷酸基团间的化学键是特殊化学键，B错误；ATP合成时不需要水解酶，C错误；ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带，D正确。 5、类题①（2021·北京）ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是（ ） A．含有C、H、O、N、P B．必须在有氧条件下合成 C．胞内合成需要酶的催化 D．可直接为细胞提供能量 【解析】ATP由C、H、O、N、P五种元素组成，A正确；细胞在无氧条件下进行无氧呼吸也能合成ATP，B错误；细胞内合成ATP需酶的催化，C正确；细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接提供能量，D正确。 6、类题②（2021·海南）研究人员将”P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是（ ） A．该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP B．32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性 C．32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等 D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内 【解析】该实验只能说明被32P标记的磷酸中的磷可以进入ATP，不能说明细胞内全部ADP都转化成了ATP，A错误；据题干“结果发现……几乎一致”，可推出32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性，B正确、C错误；ATP与ADP之间的相互转化主要发生在细胞质中，D错误。 知识点二 ATP与ADP可以相互转化 一、转化基础 二、相互转化过程 （一）转化示意图 （二）转化关系式 【 】 ①释放能量：ATP 酶 ADP + Pi + 能量 ②储存能量：ADP + Pi + 能量 酶（与上面酶不同） ATP （三）转化的特点 · 转化迅速：ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可重复利用，能满足生命活动对能量的需要。 · 时刻不停地进行：ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中，这对于细胞内生命活动的稳定进行具有重要意义。 · ATP和ADP相互转化的能量供应机制在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。 · ATP与ADP的相互转化，并非可逆反应：从物质方面来看是可逆的，从酶反应进行的场所、能量等方面来看是不可逆的。 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP + Pi + 能量 酶 ATP ATP 酶 ADP + Pi + 能量 酶 酶 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 反应场所 叶绿体、线粒体、细胞质基质 生物体的需能部位 能量来源 光合作用（光能）、细胞呼吸（化学能） 储存在ATP中的能量 能量去路 形成特殊化学键 用于各项生命活动 1、生物体内能量代谢中ATP的合成和利用过程如图所示。以下说法错误的是（ ） A．动植物体内都有呼吸作用为ATP的合成提供能量 B．①过程和②过程的酶和场所不相同 C．c表示吸收的能量，d表示释放的能量，两者形式相同 D．ATP在活细胞中含量很少，但转化速度很快 【解析】动植物体内都能进行呼吸作用，从而为ATP的合成提供能量，A正确。①过程是ATP的合成，②过程是ATP的水解，所需的酶和场所不相同，B正确。ATP合成过程中吸收的能量形式主要有光能和有机物中的化学能；ATP水解过程中释放的能量用于生物体的各项生命活动，能量的式很多，有电能、光能、机械能等，C错误。ATP是高能磷酸化合物，化学性质不稳定，在活细胞中含量很少，但转化速度很快，D正确。 2、如图是生物界中能量“通货”——ATP的循环示意图。下列相关叙述正确的是（ ） A．图中的M指腺苷，N指核糖 B．食物为ATP“充电”指的是呼吸作用分解有机物 C．运动时肌肉细胞中ATP的“充电”速率远高于其“放能”速率 D．ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要 【解析】图中M指腺嘌呤，N指核糖，A错误；食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，B正确；运动时肌肉细胞中ATP的“充电”和“放能”速率处于动态平衡之中，C错误；ATP的合成和分解均需要酶的催化，D错误。 【易错】无论是安静还是剧烈运动，是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡——ATP消耗多时，其合成也多；ATP消耗少时，其合成也少. 3、夏季夜晚，萤火虫在夜空中发着亮光翩翩起舞，发光过程中存在着如图所示的ATP与ADP的相互转化。图中A、B代表化合物，a、b代表相关酶；下列叙述正确的是（ ） A．萤火虫发光过程所需的能量来自能量2 B．图中的A代表AUP C．能量1来自体内细胞的吸能反应 D．a、b是同一种酶 【解析】据图分析，A表示ATP，B代表ADP，B错误；萤火虫发光过程所需能量直接来自ATP水解释放的能量2，A正确；萤火虫合成ATP的能量1来自体内细胞的呼吸作用，C错误；a、b不是同一种酶，D错误。 知识点三 ATP的利用 一、细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的 · 【GTP（鸟苷三磷酸）等也可直接为部分生命活动提供能量】 ATP中的化学能 转化 各种形式的能量 用于 各项生命活动 化学能 电能 用于大脑思考、神经传导和生物发电 化学能 化学能 用于细胞内各种吸能反应（如物质合成） 化学能 机械能 用于肌肉收缩 化学能 光能 用于生物发光 化学能 热能 维持体温 二、ATP的供能过程——以Ca²+主动运输为例 · 除钠——钾泵外，参与Ca²+运输的载体蛋白也是一种催化ATP水解的酶。 ❶ATP水解 ❷载体蛋白磷酸化（磷酸基团与载体蛋白结合、伴随能量转移） ❸载体蛋白空间结构改变 ❹完成物质运输。 能源或能源物质总结 1．细胞中主要能源物质：葡萄糖。 2．植物细胞中特有的储能物质：淀粉。 3．动物细胞中特有的储能物质：糖原。 4．生物体内良好的储能物质：脂肪。 5、生物体进行各项生命活动所需的直接能源物质：ATP。 6．生物体进行各项生命活动的最终能源：太阳能。 三、ATP——细胞内流通的能量“货币” 细胞内的化学反应可分为：吸能反应和放能反应两大类。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，及时而持续地满足细胞各项生命活动对能量的需求。 （一）吸能反应和放能反应 类型 能量变化 实例 与ATP关系 吸能反应 吸收能量 蛋白质的合成等 多与ATP水解的反应相联系 放能反应 释放能量 葡萄糖的氧化分解等 多与ATP合成相联系 （二）细胞内流通的能量"货币"ATP 四、细胞内产生与消耗ATP的常见生理过程 转化场所 常见的生理过程 细胞膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐 细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸第一阶段 叶绿体 产生ATP：光反应 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等 线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段 消耗ATP：自身DNA复制、转录、翻译等 核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成 细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等 1、ATP可将蛋白质磷酸化，磷酸化的蛋白质会改变形状做功，从而推动细胞内系列反应的进行（机理如图所示）。下列说法错误的是（ ） A．蛋白质磷酸化时，蛋白质蕴含的能量增加 B．ATP推动细胞做功的过程存在吸能反应与放能反应 C．磷酸化的蛋白质做功，失去的能量主要用于再生ATP D．ATP水解与磷酸化的蛋白质做功均属于放能反应 【解析】分析题图可知，蛋白质磷酸化后，分子势能增大，即蛋白质蕴含能量增加了，A正确。ATP推动细胞做功的过程中，ATP水解属于放能反应，蛋白质磷酸化属于吸能反应，即该过程存在吸能反应和放能反应，B正确。磷酸化的蛋白质做功时，化学能转变成了机械能等，而不是用于合成ATP，C错误。ATP水解属于放能反应，磷酸化的蛋白质做功也属于放能反应，D正确。 借 题 发 挥 （1）ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质中的能量需转移到ATP中才能为生命活动供能。 （2）在生命活动中，ATP中的能量可转化为多种能量形式，包括热能、电能、光能、化学能等。 2、（2020·海南）ABC转运蛋白是一类跨膜转运蛋白，参与细胞吸收多种营养物质，每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性。ABC转运蛋白的结构及转运过程如图所示。 下列有关叙述正确的是（ ） A．ABC转运蛋白可提高O₂的跨膜运输速度 B．ABC转运蛋白可协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞 C．Cl-和氨基酸依赖同一种ABC转运蛋白跨膜运输 D．若ATP水解受阻，ABC转运蛋白不能完成转运过程 【解析】O₂的跨膜运输方式为自由扩散，不需要载体蛋白协助，A错误；据图可知，ABC转运蛋白发挥作用的过程伴随着ATP水解并释放能量，而葡萄糖顺浓度梯度进入细胞不需要消耗能量，因此ABC转运蛋白不能协助葡萄糖顺浓度梯度进入细胞，B错误；每一种ABC转运蛋白对物质运输具有特异性，故Cl-和氨基酸跨膜运输依赖的ABC转运蛋白不同，C错误；ABC转运蛋白发挥作用的过程伴随着ATP的水解，若ATP水解受阻，ABC转运蛋白不能完成转运过程，D正确。 3、类题③（2021·湖南）某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是（ ） A．这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点 B．这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递 C．作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递 D．蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响 【解析】某些蛋白质在特定氨基酸位点发生磷酸化后可作为信号分子参与细胞信号传递，去磷酸化后蛋白质又可以重新恢复，该过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；磷酸化和去磷酸化发生在特定氨基酸位点上，该位点的氨基酸一旦缺失，将会影响细胞信号传递，B错误；由图可知，蛋白质在发生磷酸化的过程中有ATP参与，C正确；蛋白质磷酸化和去磷酸化反应都由酶催化，酶活性受温度的影响，D正确。 4、类题④（2019·全国）某种H+-ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H+。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中（假设细胞内的pH高于细胞外），置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H+-ATPase的抑制剂（抑制ATP水解），再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是（ ） A．H+-ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H*转运到细胞外 B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H+-ATPase发挥作用导致H*逆浓度梯度跨膜运输 C．H+-ATPase逆浓度梯度跨膜转运H+所需的能量可由蓝光直接提供 D．溶液中的H+不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞 【解析】用蓝光照射后，含有保卫细胞的溶液pH下降，可推测细胞内H+被转运到了细胞外，再结合题干信息可推测H+-ATPase位于保卫细胞质膜上，A不符合题意；细胞内pH高于细胞外，即细胞内H+浓度低于细胞外，用蓝光照射后，溶液的pH明显降低，推测蓝光可通过保卫细胞质膜上的H+-ATPase发挥作用使细胞内的H+逆浓度梯度转运到细胞外，B不符合题意；H+-ATPase逆浓度梯度跨膜转运H+所需的能量来自ATP水解，不是由蓝光直接提供，C符合题意；溶液中的H+不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞，D不符合题意。 第 3 节 细胞呼吸的原理和应用 知识点一 探究酵母菌细胞呼吸的方式 一、呼吸作用（也称细胞呼吸） · 概念：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。   对细胞呼吸概念的理解 （1）场所：活细胞内。 （2）分解底物：有机物（糖类、脂质和蛋白质等） 【 不要误认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖，葡萄糖只是主要分解底物】。 （3）产物：CO₂或其他产物（因呼吸类型而异）。 （4）实质：有机物氧化分解、释放能量。 （5） · 意义 ①为生物体提供能量。 ②生物体代谢的枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 二、探究·实践——探究酵母菌细胞呼吸的方式 （一）实验材料——酵母菌 生物类型 · 单细胞真菌 代谢类型 · 兼性厌氧型 有氧呼吸（产生大量CO₂和水）和无氧呼吸（产生酒精和CO₂） 形态 · 椭圆形，内有细胞壁、大液泡（可发生质壁分离与复原） 营养方式 · 不含叶绿素，营腐生生活，可用来酿酒，做面包和馒头 生殖 孢子生殖 不利环境中，酵母菌细胞形成子囊，子囊成熟后释放出孢子，最终发育成新个体 出芽生殖 成熟酵母菌细胞，向外生出芽体，芽体长大后与母体脱离，成为一个新个体 （二）实验原理★ · 酵母菌细胞呼吸以葡萄糖作为底物时，通过测定在有氧条件和无氧条件下细胞呼吸的产物来确定细胞呼吸的类型。 物质 试剂 实验现象 CO2 澄清石灰水 变混浊 溴麝香草酚蓝溶液 蓝→绿→黄 乙醇（俗称酒精） 酸性重铬酸钾溶液（橙色的） 橙色→灰绿色【用此法也可检测司机是否酒驾】 （判断）在厌氧发酵的果汁中加入酸性重铬酸钾溶液，混匀后由蓝色变成灰绿色。（ ） （三）设计思路——设计对比实验 （四）实验设计 探究过程 具体步骤 提出问题 酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧条件下还是在无氧条件下进行的？酵母菌在有氧和无氧条件下分解等量葡萄糖产生的CO2是否一样多 作出假设 针对上述问题，根据已有知识和生活经验（如酵母菌可用于酿酒、发面等）作出合理假设 实验步骤 配制酵母菌培养液 10g新鲜食用酵母菌 + 240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液 检测CO2的产生 检测 酒精的产生 ①A、B中各取2mL滤液 ②分别注入1、2两支干净的试管中 ③分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液 （质量分数为95%～97%），并轻轻振荡，混合均匀 ④观察溶液颜色的变化 说明 （1）浓硫酸有腐蚀性，向试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。 （2）由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 实验现象 ❶甲、乙两装置中澄清的石灰水都变混浊，且甲装置中混浊程度高、反应速度快 ❷2号试管中：溶液由橙色变成灰绿色； 1号试管中：溶液不变色 现象分析 ❶酵母菌在有氧条件下产生的CO2更多些 ❷酵母菌在无氧条件下会产生酒精 实验结论 · 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 · 在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生的CO2多且快； · 在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的CO2   “探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中的变量分析 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 变量控制 通入空气，保证充足的O2供应 先将锥形瓶内O2消耗完， 再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶 无关变量的控制 空气先通入NaOH溶液中，除去CO2 排除有氧呼吸的干扰 自变量 O2的有无 因变量 酵母菌的细胞呼吸产物，即产生CO₂的多少、酒精的有无 无关变量 温度、营养物质的浓度和总量等 1、某同学用如图所示①~⑤号锥形瓶进行“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验，实验中通过挤压⑤号 锥形瓶口胶头滴管向瓶中加入FeCl₃溶液。请回答下列问题： （1）图中③号锥形瓶接橡皮球与⑤号锥形瓶的作用都是　　　　　　　　　　　；若实验中用⑤号锥形瓶而不用③号锥形瓶，写出用⑤号锥形瓶的一组实验装置的连接方式为　　　　　　（填序号），若与用③号锥形瓶相比，此装置中反应速度较快，则观察到的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　。 （2）结合本实验目的，需设置的另一组实验装置是　　　　　（填序号），该装置中的反应瓶需封口放置一段时间再进行检测，目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。为鉴定该装置中酵母菌细胞呼吸的产物，除了图中检测的物质外，还需要检测　　　　　　　　　　　　　。 【解析】（1）③号锥形瓶接橡皮球目的：持续提供O2，⑤号中H₂O₂在FeCl₃催化作用下可产生O2，故③和⑤号均可为酵母菌提供O2；⑤可替代③，然后连接②（发生反应），最后连接④（检测CO2）；若⑤中反应快，说明O2供应充足，酵母菌有氧呼吸速率加快，产生CO2更多、更快，④号石灰水变混浊时间更短。 【答案】（1）为酵母菌提供O2 ⑤②④ ④号锥形瓶中石灰水变混浊的时间较短（或单位时间内石灰水混浊程度较大）； （2）①④ 消耗完①中的O2，形成无氧环境 ①中有无酒精生成 （1）配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入酵母菌【防止高温杀死】。 （2）在有氧呼吸装置中，让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶，在通入③之前先用NaOH溶液处理，这样既能保证O₂的充分供应，又能排除空气中的CO₂对实验结果的干扰。 （3）在无氧呼吸装置中，①应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，其目的是先让酵母菌①中的O₂消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO₂来自无氧呼吸。 2．以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置如图所示。下列叙述错误的是（ ） A．将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀 B．在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境 C．乙试管中澄清的石灰水变混浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO₂ D．拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味 【解析】A正确：目的是使酵母菌与底物充分接触，有利于发生反应。 在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，利于乙醇发酵，B错误。 酵母菌无氧呼吸的产物是酒精和CO₂，酒精具有挥发性，D正确。 3．类题：为探究酵母菌呼吸方式，在连通CO₂和O₂传感器的100mL锥形瓶中，加入40mL活化酵母菌和60mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中O₂和CO₂相对含量变化如图。分析错误的是（ ） A．t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降 B．t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快 C．若降低10℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短 D．实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色 【解析】t1~t2时：O2含量下降得越来越慢，A正确； 酵母菌在进行有氧呼吸时可大量增殖，t1时O2消耗大，产生能量多，酵母菌增殖产生后代数目多。 t3时O2含量少，酵母菌主要进行无氧呼吸，∵消耗葡萄糖量相等情况下，有氧呼吸比无氧呼吸产生更多的CO2，又t3时酵母菌产生CO₂的速率与t1时几乎一致，∴ t3时葡萄糖的消耗速率比t1时快，B正确； 酵母菌在最适温度下培养，降低温度则酶活性下降，O₂相对含量达到稳定所需时间延长，C错误； 实验中∵O₂含量下降，∴酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，D正确。 知识点二 有氧呼吸（细胞呼吸的主要形式） 一、概念 · 概念：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，产生和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 · 实质：在O₂的参与下，细胞内有机物彻底氧化分解，释放大量能量。 二、主要场所——线粒体【场所不唯一】 三、总反应式 6 + + 酶 + 能量 书写有氧呼吸反应式的4个“不能” 1．反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。 2．反应式前后的H2O不能消去。反应过程中，第二个阶段消耗了H₂O，而第三个阶段生成了H₂O。 3．反应式中间不能用等号，要用箭头。 4．反应条件“酶”不能省去。 四、过程（以最常利用的物质葡萄糖为底物）   有氧呼吸过程中物质和能量的变化 （1）各反应物参与的阶段：葡萄糖在第一个阶段参与，H₂O在第二个阶段参与，O₂在第三个阶段参与。 （2）各生成物产生的阶段：CO₂在第二个阶段产生，H₂O在第三个阶段产生。 （3）[H]产生和消耗的阶段：[H]在第一个阶段和第二个阶段产生，但是第二个阶段产生的多，在 第三个阶段[H]和氧结合。 （4） 能量的产生：有氧呼吸三个阶段都释放能量，前两个阶段释放少量能量，第三个阶段释放大量能量 · 葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。 · 葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能在线粒体中进一步分解。 · 真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体，只能进行无氧呼吸。线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如：蓝细菌（原核生物）无线粒体，但能进行有氧呼吸。 （1）葡萄糖是有氧呼吸唯一能利用的物质（ ） （2）真核细胞都进行有氧呼吸（ ） （3）没有线粒体的细胞一定不能进行有氧呼吸（ ） （4）有氧呼吸的实质是葡萄糖在线粒体中彻底氧化分解，并且释放大量能量的过程（ ） 五、能量利用特点 六、特点 · 同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有不同的特点： （1）有氧呼吸过程温和。 （2）有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放。 （3）有相当一部分能量储存在ATP中。 1、如图为线粒体的结构示意图，①~③表示相关结构，下列叙述正确的是（ ） A．葡萄糖可通过①③进入线粒体 B．有氧呼吸过程释放能量最多阶段发生在②处 C．有氧呼吸有关的酶全部分布在②③处 D．[H]与O₂的结合发生在③处 【解析】①外膜，②线粒体基质，③内膜。葡萄糖不能直接进入线粒体，A错误；有氧呼吸过程释放能量最多的阶段是第三阶段，发生在③（线粒体内膜）处，B错误；与有氧呼吸有关的酶分布在细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜，并不是全部分布在②③处，C错误；[H]与O₂结合发生在③（线粒体内膜）处，D正确。 2、用含18O的葡萄糖追踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是（ ） A．葡萄糖→丙酮酸→H₂O B．葡萄糖→丙酮酸→O₂ C．葡萄糖→O₂→H₂O D．葡萄糖→丙酮酸→CO₂ 【解析】在有氧呼吸的第一阶段：葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，含18O的葡萄糖中的18O到了丙酮酸中；第二阶段：丙酮酸和H₂O反应生成CO₂和[H]，含18O的丙酮酸中的⁸0到了CO₂中，即葡萄糖中18O的转移途径是葡萄糖→丙酮酸→CO₂，D符合题意。 【点拨】有氧呼吸过程中氧原子的去向，如虚线箭头所示：。 （1）若用含18O的O₂追踪有氧呼吸过程中O₂中的氧原子，18O的转移途径是　　　　　　　　　　　。 （2）若用含18O的H₂O追踪有氧呼吸过程中反应物H₂O中的氧原子，18O的转移途径是　　　　　　　　　　。 （3）若用含3H的H₂O追踪有氧呼吸过程中反应物H₂O中的氢原子，3H的转移途径是　　　　　　　　　　。 （4）若用含14C的葡萄糖来追踪有氧呼吸过程中的碳原子，则14C的转移途径是　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）O₂→H₂O；（2）H₂O→CO₂；（3）H₂O→[H]→H₂O；（4）葡萄糖→丙酮酸→CO₂ 知识点三 无氧呼吸 一、概念 · 概念：在没有O2参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 · 实质：细胞内有机物不彻底氧化分解，释放能量。 二、场所：全过程是在细胞质基质中发生的 （判断）细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶和线粒体嵴上进行。（ ） 三、反应过程【与有氧呼吸的第一个阶段完全相同】 项目 反应过程 第❶阶段 第❷阶段 产生酒精 · 大多数植物、酵母菌等 产生乳酸 · 高等动物、乳酸菌和少数植物器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等） 总反应式 酒精发酵 乳酸发酵 【注意】酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。 【注意】人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖。 四、能量转化（以产生乳酸为例）   有关无氧呼吸的几点总结 （1）无氧呼吸产物不同的原因：不同生物体内催化反应进行的酶的种类不同。 （2）无氧呼吸并不是只在绝对无氧条件下才能进行，有氧但O2浓度较低条件下同样可进行无氧呼吸。 （3）无氧呼吸只在第一阶段生成少量ATP，第一阶段产生的[H]中所含能量又转移到酒精或乳酸中。 （4）能量变化的特点：有机物中稳定的化学能转变成不彻底氧化产物（乳酸或乙醇）中的能量、热能和ATP中活跃的化学能，其中不彻底氧化产物中的能量＞热能＞ATP中活跃的化学能。 · 不是所有植物细胞无氧呼吸产物都是酒精和CO2，玉米胚、甜菜块根、马铃薯块茎等植物细胞无氧呼吸的产物是乳酸。人体细胞无氧呼吸产物是乳酸，因此人体细胞产生CO2只能通过有氧呼吸。 · 无氧呼吸只有第一阶段释放能量，第二阶段不释放能量。 · 有氧条件下葡萄糖中能量的去向有两个：大部分以热能的形式散失 + 少部分储存在ATP中。 · 无氧条件下葡萄糖中能量的去向有三个： ①未释放的能量储存在酒精或乳酸中； ②释放的能量大部分以热能的形式散失； ③释放的能量少部分储存在ATP中。 （1）细胞呼吸可以把蛋白质、糖类和脂质的代谢联系起来（ ） （2）无氧呼吸过程中没有O2参与，所以有[H]的积累（ ） （3）水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和CO2（ ） （4）人体产生CO2的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸（ ） （5）和有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少（ ） （6）在有氧和无氧条件下，葡萄糖中能量的去向都是大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中（ ） 五、有氧呼吸和无氧呼吸的比较 ❶有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解 ❷细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去路 项目 来源 去向 [H] ①有氧呼吸：6和H₂O； ②无氧呼吸：6 ①有氧呼吸：与O₂结合生成H₂O； ②无氧呼吸：还原丙酮酸 ATP ①有氧呼吸：三个阶段都能产生； ②无氧呼吸：只在第一个阶段产生 用于各项生命活动 ❸真核生物有氧呼吸与无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 需O₂、酶和适宜的温度 不需O₂，需酶和适宜温度 反应场所 第一阶段：细胞质基质 第二阶段：线粒体基质 第三阶段：线粒体内膜 第一阶段：细胞质基质 第二阶段；细胞质基质 分解产物 CO₂和H₂O 乳酸或CO₂和酒精 能量转化 特点 有机物彻底氧化分解，能量完全释放 有机物没彻底氧化分解，能量没完全释放 相同点 实质 分解有机物，释放能量，生成ATP 意义 ①为生物体提供能量；②生物体代谢的枢纽 联系 第一阶段（从葡萄糖到丙酮酸）完全相同，之后在不同条件、不同场所和不同酶的作用下沿不同途径形成不同的产物 判断细胞呼吸方式的方法（解题通法） （一）“三依据法”判断细胞呼吸的方式（以葡萄糖为底物） （二）有氧呼吸与无氧呼吸各物质间的关系比（以葡萄糖为底物，以物质的量为单位） （1）有氧呼吸中 葡萄糖：O₂：CO₂=1：6：6。 （2）产生酒精的无氧呼吸中 葡萄糖：CO₂：酒精=1：2：2。 （3）产生乳酸的无氧呼吸中 葡萄糖：乳酸=1：2。 （4）消耗等量葡萄糖时，产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO₂的物质的量之比为1：3。 产生等量CO₂时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为3：1。 （5）在有氧呼吸与无氧呼吸同时进行的过程中： · 若＝，说明：有氧呼吸消耗的葡萄糖量＝无氧呼吸消耗的葡萄糖量； · 若0＜＜，说明：无氧呼吸占优势； · 若＜＜1，说明：有氧呼吸占优势。 题目中有时给出的条件是质量，此时需要根据化学反应方程式和相对分子质量先换算，再比较。 1、如图表示呼吸作用过程中葡萄糖分解的两个途径。下列叙述正确的是（ ） A．若发生图中所示的呼吸作用过程，则个体必须生活在无氧环境中 B．葡萄糖丙酮酸乳酸分解途径仅存在于动物细胞中 C．酶1、酶2、酶3都位于细胞质基质中 D．葡萄糖丙酮酸仅存在于无氧呼吸过程中 【解析】个体可生活在无氧环境中进行无氧呼吸，也可生活在有氧环境中，但机体部分组织细胞缺氧，进行无氧呼吸，A错误；葡萄糖丙酮酸乳酸分解途径既存在于动物细胞中，也存在于乳酸菌或部分植物细胞（如马铃薯块茎细胞）中，B错误；葡萄糖丙酮酸是无氧呼吸和有氧呼吸共有的过程，D错误。 2、细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽，以下说法正确的是（ ） A．细胞中的物质都可作为细胞呼吸的底物，为生物代谢提供能量 B．脂类物质转化为葡萄糖时，元素组成和比例均不发生改变 C．与燃烧相比，有氧呼吸释放的能量有相当一部分储存在ATP中 D．在人体细胞中，细胞呼吸的中间产物可能转化为必需氨基酸 【解析】细胞中并非所有物质都可作为细胞呼吸的底物，如核糖、脱氧核糖等有机物不能作为底物，A错误；与糖类相比，脂类物质中氧含量低，而碳、氢含量高，且糖类分子一般由C、H、O三种元素构成，而脂类中不仅含有C、H、O，有的还含有N、P，故脂类物质转化为葡萄糖时，元素组成和比例均发生改变，B错误； 必需氨基酸是人体细胞不能合成的，必须从食物中获取，D错误。 3、如图为酵母菌和人体细胞呼吸流程图，下列叙述正确的是（ ） A．物质a、b、c、d分别为水、CO₂、酒精、乳酸 B．条件X下酵母菌进行细胞呼吸时，葡萄糖中的能量一共有3条去路 C．人在马拉松运动中所需能量主要来自条件Y下葡萄糖在线粒体中的氧化分解 D．若用18O标记葡萄糖，则产物a中会检测到18O 【解析】a、b、c、d分别为水、CO₂、乳酸、酒精，A错误。条件X下酵母菌进行无氧呼吸，有机物不能彻底氧化分解，∴葡萄糖中能量去向有3处，即储存在酒精中、以热能形式散失、储存在ATP中，B正确。 人在马拉松运动中所需能量主要来自有氧呼吸第三个阶段，葡萄糖不能直接进入线粒体被氧化分解，C错误。 有氧呼吸的产物a（水）中的氧原子来自O₂，用18O标记葡萄糖，不能在a（水）中检测到18O，D错误。 4、如图表示萌发的小麦种子中发生的相关生理过程，a～e表示物质，①~④表示过程，正确的是（ ） A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中 B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生 C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为ATP D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O₂ 【解析】①②表示无氧呼吸，①④③表示有氧呼吸，a、b、c、d、e分别表示丙酮酸、CO₂、[H]、O₂、酒精，催化②过程和④过程的酶分别在细胞质基质和线粒体基质中，A错误、D正确。 无氧呼吸的第一阶段也产生[H]，B错误。 小麦种子萌发早期，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，e为酒精，C错误。 5、（★★）某兴趣小组以酵母菌为实验材料，以葡萄糖为能量来源，在一定条件下，通过控制O2浓度变化，得到了酵母菌进行细胞呼吸时CO2产生速率（Ⅰ）、O2消耗速率（Ⅱ）及酒精产生速率（Ⅲ）随时间变化的三条曲线，结果如图所示，t1时刻Ⅰ、Ⅱ两条曲线重合，S₁、S₂、S₃、S₄分别表示各曲线围成的面积，即对应物质的量。该兴趣小组还利用乳酸菌作为实验材料进行相同实验，实验装备和条件不变，得到乳酸产生速率（Ⅳ）的曲线。下列叙述错误的是（ ） A．在t1时刻，由于O2浓度较高，无氧呼吸消失 B．若改变温度条件，t1会左移或右移，但S₁和S₂的值始终相等 C．若S₂：S₃=2：1，S₄：S₁=8：1时，0～t₁时间段有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖量的比为2：1 D．若曲线Ⅳ和曲线Ⅲ两者完全重合，则0～t₁时间段酵母菌和乳酸菌细胞呼吸消耗的葡萄糖量相等 【解析】 · t1时：酒精产生速率为0，Ⅰ、Ⅱ两条曲线重合，即只进行有氧呼吸，无氧呼吸消失，A正确。 · 若改变温度，酶活性会升高或降低，t1会左移或右移，0～t1产生的CO2量＝S₁+S₂+S3+S₄： · 无氧呼吸产生的酒精量＝产生的CO2量即无氧呼吸产生的CO2＝S₂+S₃； · 有氧呼吸消耗的O2量＝产生的CO2量即有氧呼吸产生的CO2＝S₂+S₄，即S₁+S₂+S₃+S₄＝S₂+S₃+S₂+S₄， S₁和S₂的值始终相等，B正确。 · ∵S₁＝S₂（由B可知），若S₂：S₃＝2：1、S₄：S₁＝8：1，则S₄：S₂＝8：1， ∴有氧呼吸产生的CO2量＝S₂+S₄＝9S₂，无氧呼吸产生的CO2量＝S₂+S₃＝1.5S₂， ∴有氧呼吸产生的CO2量：无氧呼吸产生的CO2量＝6：1。 ∵有氧呼吸消耗1mol葡萄糖产生6molCO2，无氧呼吸消耗1mol葡萄糖产生2molCO2，∴0～t1，有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖量的比为2：1，C正确。 · 乳酸菌进行无氧呼吸消耗1mol葡萄糖产生2mol乳酸，酵母菌进行无氧呼吸消耗1mol葡萄糖产生2mol酒精，若曲线Ⅳ和曲线Ⅲ两者完全重合，说明酵母菌和乳酸菌进行无氧呼吸且乳酸和酒精的产生速率相等，但酵母菌同时进行有氧呼吸，则0～t1，酵母菌细胞呼吸消耗的葡萄糖量＞乳酸菌，D错误。 6、变式演练、如图表示某植物非绿色器官在不同O₂浓度下O₂的吸收量和CO₂的释放量，N点后O₂的吸收量大于CO₂的释放量，下列判断正确的是（ ） A．M点时的O₂浓度最适合储藏该器官，此时无氧呼吸的强度最低 B．该器官呼吸作用过程中不只是氧化分解糖类物质 C．N点时，该器官O₂的吸收量和CO₂的释放量相等，说明其只进行有氧呼吸 D．O₂浓度为0时，该器官产生CO₂的场所是细胞中的线粒体基质 【解析】M点时CO₂释放量最少，此条件下最适合储藏该器官，此时有氧呼吸和无氧呼吸都较低，但无氧呼吸强度不是最低的，A错误。N点后，O₂吸收量大于CO₂释放量，说明该器官呼吸作用过程中氧化分解的底物不是只有糖类【以脂肪为底物进行有氧呼吸时消耗O₂的量≠产生CO₂的量。脂肪与葡萄糖相比，含H量高，∴以脂肪为底物进行有氧呼吸时消耗O₂的量＞产生CO₂的量】，N点时，O₂的吸收量和CO₂的释放量虽然相等，但此时不一定只进行有氧呼吸，B正确、C错误。O₂浓度为0时，细胞只进行无氧呼吸，无氧呼吸的场所是细胞质基质，D错误。 7、种子储藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是（ ） A．若产生的CO₂与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸 B．若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O₂的分子数与释放CO₂的相等 C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O₂吸收也无CO₂释放 D．若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O₂的分子数比释放CO₂的多 【解析】若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，若无氧呼吸产乙醇，则消耗的O₂量小于CO₂的生成量，若无氧呼吸产乳酸，则消耗的O₂＝CO₂的生成量，D错误。 8、类题①：某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是（ ） A．该菌在有氧条件下能够繁殖 B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生 C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇 D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO₂ 【解析】酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，有氧呼吸产生CO₂、H₂O和大量能量，有利于其生长繁殖，酵母菌在无氧呼吸过程中先将葡萄糖转化为丙酮酸，再将丙酮酸转化为乙醇和CO₂，综上，B符合题意。 9、类题②：苹果果实成熟到一定程度，呼吸作用突然增强，然后又突然减弱，这种现象称为呼吸跃变，呼吸跃变标志着果实进入衰老阶段。下列叙述正确的是（ ） （注：乙烯能促进果实成熟和衰老，糖酵解属于细胞呼吸的第一个阶段） A．呼吸作用增强，果实内乳酸含量上升 B．呼吸作用减弱，糖酵解产生的CO₂减少 C．用乙烯合成抑制剂处理，可延缓呼吸跃变现象的出现 D．果实贮藏在低温条件下，可使呼吸跃变提前发生 【解析】苹果果实细胞无氧呼吸不产生乳酸，产生的是酒精和CO₂，A错误； 糖酵解过程中，1个葡萄糖分子被分解成2个丙酮酸，此过程释放少量能量，形成少量ATP，糖酵解过程中没有CO₂产生，B错误； 乙烯能促进果实成熟和衰老，因此用乙烯合成抑制剂处理，可延缓细胞衰老，从而延缓呼吸跃变现象，C正确； 果实贮藏在低温条件下，酶的活性比较低，细胞更不容易衰老，能延缓呼吸跃变现象的出现，D错误。 10、类题③：癌细胞即使在O₂供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是（ ） A．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖 B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用 D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少 【解析】无氧呼吸消耗1分子葡萄糖只产生少量ATP，∴癌细胞要满足其生命活动，需大量吸收葡萄糖，A正确；无氧呼吸只在第一个阶段产生少量ATP，癌细胞中进行无氧呼吸时，第二个阶段由丙酮酸转化为乳酸的过程不会生成ATP，B错误； 癌细胞主要进行无氧呼吸，无氧呼吸只在第一个阶段产生少量的NADH， 而有氧呼吸的第一个阶段和第二个阶段都能产生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少，D正确。 知识点四 细胞呼吸原理的应用 一、细胞呼吸原理的应用 类型 应用 原理 有氧 呼吸 提倡慢跑等有氧运动 避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸积累过多乳酸而使肌肉酸胀乏力 农作物栽培时 及时松土透气 根对无机盐的吸收是主动运输过程，消耗能量；农作物栽培时及时松土透气，增加土壤中O₂浓度，使根的有氧呼吸加强，产生大量能量，从而促进植物根对无机盐的吸收 稻田定期排水 避免根因无氧呼吸产生大量酒精，对细胞产生毒害作用，造成烂根 生产醋酸、味精等 利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌【好氧菌】的有氧呼吸 发面 在馒头、面包的制作过程中，利用酵母菌的有氧呼吸产生CO₂，使馒头、面包变得松软可口 无氧 呼吸 选用透气创可贴、 消毒纱布包扎伤口 为伤口创造有氧环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口的愈合 伤口过深或被锈钉扎伤后，需及时到医院治疗 避免破伤风芽孢杆菌的大量繁殖而引发破伤风厌氧菌 制作酸奶、泡菜等 利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 酿酒 酿酒早期要通气，有利于酵母菌进行有氧呼吸，从而快速繁殖；后期密闭，有利于酵母菌进行无氧呼吸产生酒精 二、细胞呼吸的影响因素 （一）内部因素——遗传因素 项目 规律 举例 植物种类 不同种类的植物呼吸速率不同 旱生植物＜水生植物，阴生植物＜阳生植物 生长发育期 同一植物在不同生长发育期呼吸速率不同 幼苗、开花期呼吸速率较高，而成熟期的较低 器官类型 同一植物的不同器官，呼吸速率不同 生殖器官＞营养器官 （二）外部因素 因素 曲线 原理 应用 温度 影响与细胞呼吸 有关酶的活性 在零上低温下【抑制呼吸作用，减少有机物消耗，同时避免将蔬菜、水果的组织细胞冻伤】储藏蔬菜、水果；在大棚蔬菜栽培过程中，增加昼夜温差以减少有机物消耗，提高产量 O2 浓度 O2是有氧呼吸必需的， 且O2对无氧呼吸 有抑制作用 稻田期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止烂根死亡；作物栽培中，进行中耕松土，保证根的正常有氧呼吸 CO2 浓度 CO2是细胞呼吸最终产物， 积累过多会抑制细胞呼吸 的进行 在水果、蔬菜保鲜中，增加CO2浓度 （或充入N2）可抑制细胞呼吸， 减少有机物消耗 水 水作为有氧呼吸原料 和环境因素影响 细胞呼吸的速率 粮食储藏要求干燥，减少有机物的消耗；干种子萌发前进行浸泡处理 1、（不定项）家庭制作绿豆芽方法：将绿豆浸泡24h后平铺在铺有厨房用纸的蒸笼上（下有可漏水孔洞，防止积水使种子霉烂），盖上湿毛巾，每天淋水2～3次，放在一定温度下培养。下列正确的是（ ） A．水的作用是作为原料参与葡萄糖分解为丙酮酸的过程 B．温度越高，种子的萌发速率越快 C．绿豆培养成绿豆芽的不同时期细胞呼吸速率可能不相同 D．积水部位易缺氧，种子进行无氧呼吸产生的酒精对种子有毒害作用 【解析】种子萌发过程会进行细胞呼吸，有氧呼吸的第一阶段——葡萄糖分解为丙酮酸的过程不消耗水，A错误；温度通过影响酶的活性来影响种子的萌发速率，当温度高于最适温度一定范围时，随温度的升高，萌发速率降低，B错误；答案CD。 2、如图表示豌豆种子萌发过程中吸水和呼吸的变化。图中曲线1代表种子吸水过程的变化，曲线2表示CO₂释放速率的变化，曲线3表示O₂吸收速率的变化。已知种子萌发初期主要依靠亲水性物质对水的亲和力吸水。据图分析，下列相关说法错误的是（ ） A．种子萌发初期与萌发48h之后，种子吸水的主要方式不同 B．种子萌发12～36h，吸水缓慢，推测此时种子代谢较低，处于“休眠”状态 C．种子萌发初期，无氧呼吸较为剧烈，而随后有氧呼吸逐渐加强，此项变化与胚根的生长有关 D．种子萌发后期，种子O₂吸收量与CO₂释放量的差异表明，此时呼吸作用的底物不仅是糖类 【解析】种子萌发初期，吸水方式主要为吸胀吸水，即主要依靠亲水性物质对水的亲和力吸水，此时只要种子含有亲水性物质（如淀粉、蛋白质等）就可吸水；但在48h后，胚根已经长出，种子的主要吸水方式变为渗透吸水，需借助半透膜及膜两侧的浓度差，此时必须依赖种子的活性，A正确。种子萌发12～36h，吸水缓慢，此时细胞内部代谢较为旺盛，正进行活跃的物质转化，B错误。由曲线2和曲线3可知，萌发初期，无氧呼吸较为剧烈，种子萌发过程中会经历自无氧呼吸至有氧呼吸的转化，胚根突破种皮后，有氧呼吸加剧，此项变化与胚根的生长有关，C正确。种子萌发后期，O₂吸收速率高于CO₂释放速率，这说明呼吸作用底物可能含有脂质等非糖物质，导致耗氧增加，D正确。 3、（不定项选择）（2021·河北）《齐民要术》中记载了利用荫坑贮存葡萄的方法（如图）。目前我国果蔬主产区普遍使用大型封闭式气调冷藏库（充入氮气替换部分空气），延长了果蔬保鲜时间、增加了农民收益。下列叙述正确的是（ ） A．荫坑和气调冷藏库环境减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解 B．荫坑和气调冷藏库贮存的果蔬，有氧呼吸中不需要氧气参与的第一、二阶段正常进行，第三阶段受到抑制 C．气调冷藏库中的低温可以降低细胞质基质和线粒体中酶的活性 D．气调冷藏库配备的气体过滤装置及时清除乙烯，可延长果蔬保鲜时间 【解析】荫坑和气调冷藏库都能降低环境中的温度和O₂含量，在低温、低氧环境中细胞的有氧呼吸强度会减弱，因此荫坑和气调冷藏库环境减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解，A正确；有氧呼吸三个阶段都需要酶的参与，荫坑和气调冷藏库贮存中的低温可以降低呼吸作用相关酶的活性，其中酶的活性降低对有氧呼吸的三个阶段均有影响，B错误；低温会降低酶活性，C正确；气调冷藏库配备的气体过滤装置应起到除去空气中氧气的作用，而不是去除乙烯的作用，以抑制果蔬的有氧呼吸，D错误，答案AC。 4、类题④（2021·湖南）下列有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是（ ） A．南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和O₂ B．农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长 C．油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气 D．柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用 【解析】早稻浸种后催芽过程中，用40℃左右温水淋种并时常翻种，可为种子的呼吸作用提供水分、氧气和适宜的温度，从而利于种子萌发，A正确；农作物种子入库贮藏时，在低氧和低温条件下呼吸速率降低，有利于延长种子贮藏寿命，而无氧条件下种子呼吸作用消耗有机物多，不利于种子贮藏，B错误；油料作物种子富含脂肪，脂肪中C、H含量较高，脂肪氧化分解消耗的氧气较多，为满足油料作物种子萌发时对氧气的需求，播种时宜浅播，C正确；柑橘用塑料袋密封保存，可减少水分散失，同时提供低氧环境，降低呼吸速率，起到保鲜作用，D正确。 对比实验与对照实验 （一）对照实验类型 空白对照 对照组为自然状态下不进行处理的对象组，实验组为施加实验变量处理的对象组 自身对照 实验处理前的对象组为对照组，实验处理后的对象组为实验组 相互对照 不单设对照组，而是几个实验组相互对照。如探究温度对酶活性的影响时，要用热水、正常温度的水、冰水三个实验组进行相互对照，以得出相应的实验结论 条件对照 给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，但更能充分说明实验变量的对照。 （二）对比实验 · 概念：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。 · 实例：探究酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的方式，两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。 （三）对比实验与对照实验的比较 （1）对照实验不仅包括对照组和实验组的对照，还包括多个实验组之间的对比（即通常说的相互对照实验）。所以，是对比实验，也一定是对照实验，因为它符合单一变量原则，但是，对照实验不一定是对比实验，因为它还可能是对照组与单个实验组之间的对照。 （2）在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，1号试管与2号、3号、4号试管之间形成对照，2号、3号、4号试管之间形成对比。 （3）在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，未单独设置对照组，两个实验组形成对比。 1、苹果含有丰富营养成分，既可作为日常水果食用也可用来酿造果酒。为保持苹果口感和营养以及满足持续供应，通常将苹果采摘后放在气调保鲜库中保鲜。某同学在网上查询了苹果气调保鲜库的参数如表所示： 温度／℃ 湿度／% O₂／% CO₂／% 20～25 85～95 2～5 2～5 （1）为探究苹果细胞在不同条件下细胞呼吸的方式，需设置有氧条件和无氧条件两个实验组，通过比较分析实验结果来探究氧气对细胞呼吸的影响，这样的实验叫　　　　　　　　。用苹果酿造果酒时涉及的化学反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）表中有一项参数的数值明显有误，请指出来并加以纠正：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）对比实验（或相互对照实验） ；6 酶 + 能量 （2）温度太高，应改为0℃以上的低温。 第 4 节 光合作用与能量转化 知识点一 绿叶中色素的提取和分离实验 一、提取绿叶中的色素 ❶实验原理 光合色素位于叶绿体中，要提取出来必须破坏细胞，因此需要研磨使色素流出，再溶解于无水乙醇或丙酮（相似相溶）之中来提取各种光合色素。研磨时由于细胞破碎，内含的许多酸性物质流出，为避免色素遭到破坏应该加入碳酸钙（CaCO₃）来调节pH。 ❷实验步骤 ❸加 a．二氧化硅（SiO2） 有助于充分研磨 b．碳酸钙（CaCO₃） 防止研磨中色素（尤其是叶绿素）被破坏 c．无水乙醇 溶解色素 ❹磨 迅速、充分地研磨（防止乙醇挥发，充分溶解色素，使色素从细胞内充分释放出来） ❶称 称取5g新鲜绿叶（选菠菜叶，白菜叶不行） ❷剪 的 剪去主叶脉，剪碎 ❺滤 离 将研磨液迅速倒入玻璃漏斗(漏斗基部放一块单层尼龙布) 【不能用纱布或滤纸，因为它们易吸附色素】进行过滤，收集滤液 ❸实验结果：得到多种光合色素的混合液。 （一）色素提取液呈淡绿色的原因可能是： ①没有加二氧化硅（SiO2），研磨不充分，色素未能充分提取出来； ②称取的绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小； ③画线次数少。 （二）色素提取液发黄的原因可能是： ①未加入碳酸钙（CaCO₃）或加入的量过少，色素分子部分被破坏； ②叶片不新鲜，使用放置数天的叶片，叶绿素已降解； ③在强光下进行，叶绿素见光分解。 二、分离绿叶中的色素 ❶实验原理 绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同：溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢；这样，滤液中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 ❷实验步骤 a．将适量层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中【不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散】 b．用棉塞塞紧试管口【防止层析液挥发】 ❶制 制备滤纸条：将滤纸条一端剪去两角【保证色素在滤纸上均匀扩散，防止出现弧形带】， 并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线 ❷画 的 —画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线 【保证滤液细线：细、齐、直】待滤液干后，再重画1~2次 【使滤液细线含有较多色素】 ❸析 —纸层析色素 ❸实验结果 ❹结果分析 · 色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明：有四种色素 · 色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明：此种色素含量越多 · 色素带扩散速度与其在层析液中的溶解度有关，扩散速度越快说明：色素在层析液中的溶解度越高。 实验步骤 注意事项 提取 色素 研磨 ①新鲜绿叶（选菠菜叶，白菜叶不行） ②无水乙醇：溶解色素 ③SiO₂：充分研磨 ④CaCO₃：防止色素（尤其是叶绿素）被破坏 ⑤迅速充分研磨：防止乙醇挥发，充分溶解色素 过滤 用单层尼龙布过滤，不用滤纸过滤，因为滤纸会吸附色素 收集滤液 （1）盛放滤液的试管管口加棉塞：防止乙醇挥发和色素氧化 （2）滤液颜色浅的原因：研磨不充分；没有加CaCO₃；乙醇太多 制备滤纸条 （1）干燥定性滤纸条：使层析液在滤纸上快速均匀扩散 （2）一端剪去两角：保证色素带整齐 （3）距剪去两角一端底部1cm处用铅笔画一条细线 画滤液细线 ①要求：细、直、齐 ②干燥后重复几次：使滤液细线含有一定量色素，使分离出的色素带清晰分明 ③滤液线太粗的后果：色素带部分重叠 分离 色素 插入层析液：层析液不能触及滤液细线：防止色素溶于层析液，导致实验失败 盖培养皿或将试管口封堵：防止层析液挥发 （判断） （1）提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂。（ ） （2）研磨时加入CaO【CaCO₃】可以防止叶绿素被氧化破坏。（ ） （3）研磨时添加石英砂有助于色素提取。（ ） （4）画滤液细线时应尽量减少样液扩散。（ ） （1）色素带不整齐的原因可能是： · 画滤液细线时，细线没有做到细、齐、直，使色素带彼此重叠； · 滤纸条一端两角剪的不对称。 （2）滤纸条上不出现色素带的原因可能是： · 滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中； · 错把自来水作为层析液等。 （3）圆形滤纸层析分离色素的方法 用圆形滤纸进行层析实验时，应在圆心处点样，滤液在圆形滤纸上的扩散原理与在滤纸条上是一样的，看到的结果是圆形滤纸上出现4个同心圆，最外面的是胡萝卜素，接下来依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b（如图所示）。 1、下列关于用新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素提取、分离实验的叙述，正确的是（ ） A．应该在叶片研磨后立即加入CaCO₃，防止色素被破坏 B．即使菠菜叶剪得不够碎，也可以提取出4种色素 C．为获得10mL提取液，研磨时一次性加入10mL无水乙醇的提取效果最好 D．将研磨液迅速倒入基部放有滤纸的玻璃漏斗中进行过滤，将滤液收集到试管中 【解析】提取色素时，应在叶片研磨前加入CaCO3，防止色素被破坏，A错误；菠菜叶剪得不够碎，会造成提取液中色素的含量较少，分离出的色素带变窄，但分离得到的色素的种类不变（4种），B正确；在研磨时，分次加入10mL无水乙醇比一次性加入10mL无水乙醇的提取效果好，C错误；色素容易吸附在滤纸上，故过滤研磨液时不能用滤纸，可用单层尼龙布，D错误。 2、某兴趣小组在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，为确定无水乙醇、CaCO3和SiO₂的作用，进行了4组实验来验证，4组实验结果如图所示，第④组是进行了正确操作的对照组。下列分析错误的是（ ） A．①可能是未加CaCO3，而得到的实验结果 B．②可能是用水取代了无水乙醇而得到的实验结果 C．③可能是未加SiO2而得到的实验结果 D．叶绿体中的色素都能够溶解在层析液中，4种色素的溶解度相同 【解析】 。 3、采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（ ） A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂 B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏 C．研磨时添加石英砂有助于色素提取 D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散 【解析】叶绿体的色素易溶于有机溶剂，所以常用无水乙醇提取，A正确；为了防止叶绿素被破坏，在研磨时应加入CaCO3，而不是CaO，B错误；石英砂的主要成分为SiO₂，加入石英砂有助于研磨得更充分，C正确；画滤液细线要求细、齐、直，尽量减少样液的扩散，D正确。 （一）酶的探索过程 知识点二 捕获光能的色素 光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 一、绿叶中色素的种类 · 色素分布：在绿色植物中，光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上。 二、叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 · 这4种色素吸收的光波长有差别，但都可用于光合作用★。 （1）一般情况下，叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。 （2）叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大【对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少】 三、绿叶中色素的功能——吸收、传递和转化光能 ❶吸收、传递光能：绝大多数叶绿素a、全部叶绿素b、叶黄素和类胡萝卜素可以直接吸收并传递光能。 ❷转换光能：少数处于特殊状态的叶绿素a具有吸收和转化光能的作用（能接受光能并将其转化成电子能）。 四、色素与叶片颜色的关系 · 正常绿色：正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3：1，且对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以正常叶片总是呈现绿色。 · 叶色变黄：寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄。 · 叶色变红：秋天降温时，植物体为适应寒冷，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色。 五、影响叶绿素合成的因素 （1）光照：光照是影响叶绿素合成的主要因素，植物在黑暗中一般不能合成叶绿素，因而叶片发黄。 （2）温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成；另外，低温时，叶绿素分子易被破坏，而类胡萝卜素分子较为稳定，因而秋天叶片变黄。 （3）矿质元素：类胡萝卜素中不含N，叶绿素中含N、Mg，若缺乏N、Mg，将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄；Fe是叶绿素合成过程中相关酶的必需成分，缺Fe也会导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。 1、为探究土鸡蛋蛋黄颜色一般比饲料鸡蛋蛋黄深的原因，有人做了绿叶和两种蛋黄中色素提取与分离的实验，另外还比较了两种蛋黄中色素提取物的吸收光谱，结果如图所示。据此可知土鸡蛋与饲料鸡蛋蛋黄中所含有的色素种类及含量的关系是（ ） A．色素种类不同，但总含量相同 B．色素种类相同，但总含量不同 C．色素种类和含量均不相同 D．色素种类和含量均相同 【解析】图甲中色素带由下到上分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，图乙、图丙中色素带对应图甲中叶黄素位置，且色素带的宽度不一样，说明其含量不同；结合图丁、图戊可知两种色素种类相同，B正确。 2、北方秋季，银杏、黄栌、红枫等树种的叶片由绿变黄或变红，一时间层林尽染，分外妖娆。叶肉细胞中由于低温而含量下降最明显的色素是（ ） A．叶黄素 B．叶绿素 C．花青素 D．胡萝卜素 【解析】叶绿素不稳定，低温时易被破坏，B符合题意。 知识点三 叶绿体的结构适于进行光合作用 一、叶绿体的分布和形态 （1）分布：主要分布在绿色植物叶肉细胞中，而非遍布所有植物细胞【叶片表皮细胞、根尖细胞等无叶绿体】。 （2）形态：在光学显微镜下观察，一般呈扁平的椭球形或球形【DNA，为半自主性细胞器】。 二、叶绿体的结构 · 根据电子显微镜下观察到的叶绿体结构绘制的结构模式图如下。 注意：在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 叶绿体、色素与光合作用 （1）并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，只有进行光合作用的植物细胞才含有叶绿体，如：根尖细胞不含叶绿体。 （2）色素不只分布于叶绿体，也可分布于液泡中，如花青素，但液泡中的色素不能用于光合作用。 （3）叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，没有叶绿体的细胞也可能会进行光合作用。如：蓝细菌是原核生物，体内没有叶绿体，它进行光合作用的场所是细胞质。 三、叶绿体的功能及实验验证 （一）恩格尔曼的第一个实验 ①实验材料选：水绵和需氧细菌 水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；需氧细菌可确定释放O2的部位。 ②制备水绵和需氧细菌临时装片进行实验时应给予条件：光照、无空气、有NaHCO3稀溶液【提供CO2】。 ③恩格尔曼将临时装片放在黑暗且没有空气的环境中 排除了光线和O2的的干扰。 ④用极细的光束照射，叶绿体上可分为：有光照和无光照部位，相当于一组对照实验。 通过对照实验，可明确实验结果完全是由光照引起的。 ⑤本实验中自变量为光照范围 因变量为需氧细菌分布（从而能准确地判断出释放O2的部位）。 （二）恩格尔曼的第二个实验 · 实验过程：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，观察需氧细菌的分布。 · 实验现象：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光照射的区域。 · 实验结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，用于光合作用，放出O2。 （三）结合其他实验证据，科学家们得出结论：叶绿体是绿色植物光合作用的场所。 1、图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列叙述正确的是（ ） A．图乙所示结构取自图甲中的①或③ B．与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上 C．吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上 D．叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积 【解析】图甲表示叶绿体结构，①内膜，②外膜，③类囊体，④叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③薄膜上，图乙所示结构是类囊体薄膜，来自③，A、C错误。光合作用所需酶分布在类囊体膜上和叶绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大膜面积，D正确。 2、科学家恩格尔曼利用水绵和需氧细菌等做了如下实验。甲组：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境中，再用极细光束照射水绵；乙组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片完全暴露在光下；丙组：用透过三棱镜的光照射载有水绵和需氧细菌的临时装片。下列实验分析，错误的是（ ） A．选择水绵和需氧细菌作实验材料的优点是便于观察和确定释放O2的部位 B．将临时装片置于没有空气的黑暗环境中的目的是消耗完水绵中的有机物 C．丙组的实验结果可证明水绵进行光合作用主要利用的是红光和蓝紫光 D．设置乙组实验的目的是对甲组实验结果进行进一步验证 【解析】需氧细菌会聚集在O2多的部位，水绵具有带状叶绿体，且在细胞中呈螺旋带状分布，A正确。没有空气的黑暗环境可排除自然光和空气中O2对实验的干扰，B错误。丙组的实验结果为需氧细菌集中分布在红光和蓝紫光照射的区域，可知水绵进行光合作用主要利用的是红光和蓝紫光，C正确。乙组实验是对甲组实验结果的进一步验证，证明光合作用发生在叶绿体的受光部位，D正确。 知识点四 光合作用的原理 一、探索光合作用原理的部分实验 时间 实验结论 1771年[英国] 普利斯特利 ；点燃蜡烛 + 绿色植物 密闭 蜡烛不熄灭 小鼠 + 绿色植物 密闭 小鼠不易窒息死亡 植物可更新空气，没有意识到光在其中的作用，没有明确植物更新空气的成分 19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，且甲醛不能通过光合作用转化成糖 1937年[英] 希尔发现离体叶绿体在适当条件下可发生水的光解，产生O2——希尔反应 1941年[美] 美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法（标记法），证明：光合作用释放的O2来自水 1954、1957年 [美]阿尔农1954年发现在光下叶绿体可合成ATP；1957年发现这一过程总是与水的光解相伴随 20世纪40年代 [美]卡尔文：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径——卡尔文循环 分析鲁宾、卡门实验 · 实验a： 实验b：。 （1）本实验采用了同位素标记法：用同位素标记的化合物，化学性质不会改变 可用于追踪物质的运行和变化规律 从而可弄清化学反应的详细过程。【探索分泌蛋白的合成、加工、分泌过程】 （2）本实验为相互对照，自变量为：标记物质H₂18O与C18O₂；因变量为：试管内产生O₂的质量差异。 二、光合作用的概念与反应式 1．概念：光合作用：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和水转化成储存着能量的有机物，并且 释放出O2的过程（蓝细菌、光合细菌也能进行光合作用）。 2．场所：植物的光合作用过程都是在叶绿体中进行的。部分原核细胞无叶绿体，但细胞内有叶绿素、 藻蓝素及相应的酶，也可以进行光合作用。绿色植物进行光合作用的基本单位：叶绿体。 3．反应式： 三、光合作用的过程 （一）光合作用的过程图解 （二）光反应和暗反应的区别与联系 光反应阶段（Ⅰ） 暗反应（卡尔文循环）（Ⅱ） 类囊体薄膜 场所 叶绿体基质 条件 光照、光合色素和酶 多种酶，有无光照均可 水的光解 NADPH的合成 物 质 转 变 CO2的固定 NADPH的分解 ATP的分解 C3的还原 ATP的合成 能量转换 · ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP；暗反应为光反应提供NADP+、 ADP和Pi； · ②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成； · ③光合作用光反应阶段生成的ATP一般只用于暗反应中C3的还原。 （判断）光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O。（ ） ❶大豆与根瘤菌是互利共生关系，下图为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，回答下列问题： ①在叶绿体中，光合色素分布在　　类囊体（薄）膜上　　；在酶催化下直接参与CO₂固定的化学物质是H₂O和　　　C5　　。 ②上图所示的代谢途径中，催化固定CO₂形成3－磷酸甘油酸（PGA）的酶在　　叶绿体基质　　中， PGA还原成磷酸丙糖（TP）运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于　细胞质基质　。 ❷围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。 反应部位 叶绿体的类囊体膜 反应物 － 反应名称 光合作用的光反应 合成ATP的能量来源 （3）　光能　 终产物（除ATP外） （4）　O₂ 、NADPH　 ❸在暗反应阶段，CO₂不能直接被还原。（ ） （一）化能合成作用 ①概念：某些细菌（如：硝化细菌等）可利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量，将CO₂等 无机物转变成有机物。 ②实例：硝化细菌的化能合成作用 （二）光合作用和化能合成作用的比较 项目 光合作用 化能合成作用 不同点 生物类型 绿色植物和光合细菌 硝化细菌等 能量来源 光能 体外物质氧化时释放的能量 相同点 代谢类型 自养需氧型 物质变化 将无机物转化为储存能量的有机物 （三）光合作用过程分析：外界条件突然改变，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何变化？ 条件 光照由强到弱，CO2供应不变 光照由弱到强，CO2供应不变 CO2供应由充足到 不足，光照不变 CO2供应由不足到充足，光照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 C5含量 减少 增加 增加 减少 NADPH和ATP 的含量 减少 增加 增加 减少 (CH2O)的合成量 减少 增加 减少 增加 1、下列关于科学家对光合作用的探索历程的叙述，错误的是（ ） A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用发生在叶绿体的受光部位 B．希尔以离体叶绿体为实验材料，发现其在适当条件下可以发生水的光解并产生O2 C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的O2来自CO2 D．阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随 【解析】鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的O2来自水，C错误。 2、如图是光合作用的光反应示意图，据图分析下列叙述错误的是（ ） A．由图可知PSI和PSⅡ位于类囊体的薄膜上 B．从物质变化的角度分析，光反应为暗反应提供了ATP、NADPH C．由图可知电子（e-）的最初供体为H₂O D．从图中ATP的产生机制可判断膜内H+浓度小于膜外 【解析】图中PSI和PSⅡ可吸收光能，说明二者分布于类囊体的薄膜上，A正确；光反应为暗反应提供了NADPH和ATP，B正确；由图可知，电子（e-）来自H₂O的分解，C正确；由图可知，H+由膜内向膜外运输的同时合成ATP，说明膜内H+浓度高于膜外，膜两侧H+的电化学梯度为合成ATP提供能量，D错误。 3、光合作用与硝化细菌的化能合成作用的区别不包括（ ） A．进行这两类作用的生物种类不同 B．用以合成有机物的无机物原料不同 C．由无机物合成有机物的过程中所需的酶不同 D．所需能量的来源不同 【解析】A、C正确；光合作用和硝化细菌的化能合成作用中，合成有机物的无机物原料相同，都是CO2和水，B错误；光合作用能量来源是光能，硝化细菌化能合成作用的能量来源是化学能，D正确。 4、（2021·天津）Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。 （1）蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 据图分析，CO2依次以　自由扩散　和　主动运输　方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进　CO2固定　和抑制　O2与C5结合　提高光合效率。 （2）向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的　　叶绿体　　中观察到羧化体。 （3）研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO3-和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应　提高　，光反应水平应　　提高　　，从而提高光合速率。 【解析】（1）由图可知，CO2通过细胞膜不需载体蛋白协助，也不需消耗能量，故CO2通过细胞膜方式为自由扩散；CO2通过光合片层膜需CO₂转运蛋白，同时需耗能，故CO2通过光合片层膜方式为主动运输。蓝细菌的CO₂浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO₂浓度，进而促进CO2固定，抑制O2与C5结合，从而提高光合效率。 （2）烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体，若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，说明蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达，形成羧化体。 （3）转基因烟草的光合速率并未提高，可能是受CO2浓度的限制。若再转入HCO3-和CO₂转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，则可以提高叶绿体中的CO2浓度，理论上，该转基因植株的暗反应水平应提高，暗反应为光反应提供更多的ADP和NADP+，光反应水平也提高，从而提高光合速率。 5、类题①（2021·全国）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： （1）白天叶肉细胞产生ATP的场所有　叶绿体（类囊体薄膜）、细胞质基质、线粒体　。光合作用所需CO2来源于苹果酸脱羧和　　细胞呼吸　　释放的CO2。 （2）气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止　　蒸腾作用过强导致植物失水　　，又能保证　　光合作用　　正常进行。 （3）若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。（简要写出实验思路和预期结果） 【答案】（3）实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。 【解析】（1）白天植物的叶肉细胞既可进行光合作用，又可进行呼吸作用，光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，此时叶肉细胞也进行呼吸作用，经呼吸作用释放出的CO2也可用于光合作用。（2）干旱环境中，白天气孔关闭，可降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水而死亡，夜间气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭时，储存在液泡中的苹果酸脱羧释放的CO₂可为光合作用提供原料，保证了光合作用的正常进行。 （3）该实验目的是：验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式，根据题干信息“晚上气孔打开吸收CO₂，吸收的CO₂通过生成苹果酸储存在液泡中”，推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性，由"白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO₂可用于光合作用”，可判断苹果酸分解释放出CO₂后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中需检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。 6、类题②（2020·山东）人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。 （1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是　　模块1和模块2　　，模块3中的甲可与CO2结合， 甲为　　五碳化合物（或C5）　　。 （2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙含量将　　减少　　（填“增加”或“减少”）。若气泵停转时间较长，模块2中能量转换效率也会发生改变，原因是　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足　。 （3）在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量（填“高于""低于"或"等于"）　高于 　植物，原因是　　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类（或植物呼吸作用消耗糖类）　　。 （4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是　　叶片气孔开放程度降低，CO₂的吸收量减少　。 人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。 【解析】（1）根据题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块2利用电能电解水生成H+和O₂，并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模块2相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO₂转换为糖类，相当于光合作用的暗反应。暗反应中的CO₂的固定为CO₂和C5结合生成C₃，C₃在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物（C5），乙为三碳化合物（C₃）。 （2）若正常运转过程中气泵突然停转，则CO₂浓度突然降低，CO₂的固定受阻，而三碳化合物（C₃）的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物（C₃）含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。 （3）植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量，与植物相比，该系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO₂量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。 （4）干旱条件下，土壤含水量低，导致植物叶片气孔开放程度降低，CO₂的吸收量减少。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。 知识点五 探究环境因素对光合作用强度的影响 一、光合作用的强度 · 概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 · 表示方法： · ①单位时间内光合作用产生有机物的量。 · ②单位时间内光合作用利用CO2的量。 · ③单位时间内光合作用产生O2的量。 二、探究光照强度对光合作用强度的影响 ❶实验原理：叶片含有空气，上浮 抽气 细胞间隙充满O2，叶片上浮 叶片下浮 光合作用 产生O2 ❷实验装置： ❸变量分析 自变量 光照强度 控制方法：通过调节光源与实验装置间的距离来设置 因变量 光合作用强度 观察指标：相同时间内圆形小叶片浮起的数量 无关变量 如温度、CO2浓度等需相同且适宜 如：温度，用中间盛水的玻璃柱吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响 ❹实验流程 观察、记录 观察并记录同一时间内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量 抽出圆形小叶片内的气体 将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出 圆形小叶片沉到水底 将内部气体逸出的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用；叶片因细胞间隙充满水，所以全部沉到水底 强、中、弱三种光照处理 取3只小烧杯，分别倒入富含CO₂【可事先用吹气的方法补充CO2，也可用质量分数为1%~2%的NaHCO3溶液来提供CO2】的清水，再各放入10片圆形小叶片，然后分别进行强、中、弱三种光照处理 打出圆形小叶片（30片） 用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出直径0.6cm的圆形小叶片（避开大叶脉） ❺实验结果（如表所示） 编号 圆形小叶片数量 加入富含CO2的清水 光照强度 单位时间内圆形小叶片浮起数量 甲 10片 20mL 强 多 乙 10片 20mL 中 中 丙 10片 20mL 弱 少 ❻实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强，单位时间内圆形小叶片中产生的O₂多，浮起的圆形小叶片多。 三、影响光合作用强度的因素 （1）影响原料、能量供应的因素：水、CO₂、光能。 （2）影响叶绿体的形成和结构的因素：无机营养、病虫害等。 （3）影响酶活性的因素：温度等。 1、图甲所示为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至不同浓度的NaHCO₃溶液中，给予一定光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间（如图乙所示），以研究光合作用速率与NaHCO₃溶液浓度的关系。下列有关分析正确的是（ ） A．在ab段，随着NaHCO₃溶液浓度的增大，光合作用速率逐渐减小 B．在bc段，单独增加光照或提高温度，都可以缩短叶圆片上浮至液面所用的时间 C．在c点以后，因NaHCO₃溶液浓度过高，叶肉细胞失水，导致代谢水平下降 D．因配制的NaHCO₃溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶圆片不能进行呼吸作用 【解析】据本实验原理可知，叶圆片上浮至液面所用时间可表示光合作用强度，两者呈负相关。ab段：随着NaHCO₃溶液浓度的增大，光合作用速率逐渐增大，A错误。bc段：若在最适光照或最适温度的基础上单独增加光照或提高温度，则不能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，B错误。c点以后，因NaHCO₃溶液浓度过高，叶肉细胞失水，导致代谢水平下降，产生的O2量减少，叶圆片上浮至液面所用平均时间增加，C正确。叶圆片光合作用产生O2，叶圆片能进行呼吸作用，D错误。 知识点六 影响光合作用的因素及其应用 一、内部因素 1．植物自身的遗传特性（如植物品种不同）以阴生植物、阳生植物为例，一般阳生植物的光补偿点和光饱和点均比阴生植物的高；如图所示。 2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 二、外部因素（光气水温肥） （一）光照强度 ❶原理：光照强度通过影响植物的光反应，制约NADPH和ATP的产生，进而影响暗反应。 注：总光合速率＝呼吸速率（消耗的）＋净光合速率（生产的） · 光补偿点：是光合作用强度＝细胞呼吸强度时的光照强度，此时植物不能正常生长，只能维持生存。 · 光饱和点：是指在光合作用速率达到最大值时所需的最小光照强度。 一定范围内，光合速率随光照强度增强而加快，但光照强度增加到一定强度时，光合速率不再加快，甚至降低（细胞灼伤）。 项目 代谢 过程图解 A点 光照强度为0，只进行呼吸作用，植物释放CO2吸收O2 AB段 呼吸速率＞总光合速率，植物释放CO2吸收O2 B点 对应的光照强度为光补偿点， 呼吸速率＝总光合速率，植物整体上表现为与外界无气体交换 B点后 呼吸速率＜总光合速率，植物释放O2，吸收CO2 C点 对应的光照强度为光饱和点，限制C点以后光合作用速率不再增加的内部因素：是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素：是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。 ❷应用 · 阴雨天，温室大棚中适当提高光照强度可以增加光合作用强度，使作物增产； · 一般阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低，间作套种时应注意农作物种类搭配，合理利用光能。 （二）CO₂浓度 ❶原理：影响暗反应阶段，制约C₃的形成。 · 走势分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO₂浓度的增加而增大，但当CO₂浓度增加到 一定值后，光合作用速率不再随CO₂浓度的增加而增大。 · 关键点分析： （1）图1中A点和图2中A'点：CO₂补偿点；总光合作用速率＝细胞呼吸速率。 （2）图1中B点和图2中B'点：CO₂饱和点；限制因素：B点前为CO₂浓度；B点及以后可能为温度、光照强度等。 （3）若光照适当增强至光饱和点，则A点左移，B点右移 若光照适当减弱，则A点右移，B点左移。 ❷应用 · 大田生产时“正其行，通其风” 【译：在播种植物时，要保持一定行距和株距，使植物受到充足阳光照射，并使农田中空气流通加强】； · 在农业生产上增施有机肥，增大CO₂浓度； · 温室栽培农作物可以投放干冰或与鸡舍等相连。 （三）温度 ❶原理：温度通过影响与光合作用有关的酶的活性影响光合作用。 项目 分析 OD段 在D点之前，随着温度升高，光合速率增大 D点 D点对应温度为光合作用相关酶的最适温度，光合速率最大 DE段 随着温度升高，光合作用相关酶的活性下降，光合速率减小 ❷应用 · 适时播种； · 温室栽培植物时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸消耗，保证植物有机物的积累。 （四）其他因素对光合作用的影响 影响光合作用的因素除光照强度、CO₂浓度、温度外，还有光质、水分（干旱、空气湿度）、气孔开度、矿质元素、种植密度（或叶面积系数）等。 ❶光质 · 原理：光合作用强度与光质（不同波长的光）有关，在可见光光谱范围内，不同波长的光下，光合作用效率不同。白光是复合光，红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 · 应用：无色透明的塑料大棚，日光中各色光均能透过，有色塑料大棚主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此用绿色塑料大棚，植物的光合效率最低。实验中黑暗处理以消耗植物体内的有机物时，若需在有光条件下进行操作和观察，最好选用发绿光的灯照明，而不选发红光的灯或发其他光的灯，这样对实验影响最小。 ❷水和矿质元素 · 水：既是光合作用原料，又是体内多种化学反应的介质，如：植物体内自由水减少会导致包括光合作用在内的代谢水平下降；另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO₂进入叶肉细胞，进而影响光合作用。 · 矿质元素：主要通过影响与光合作用有关的化合物的合成，直接或间接地影响光合作用。如：Mg可以影响叶绿素的合成，N可以影响叶绿素、酶等物质的合成。 环境改变时光合作用各物质含量的变化 ❶“过程法” CO2含量：是C5→C3的主要限制条件，CO2含量增加时C3含量升高，C5含量降低。 光照强度：是C3→C5的主要限制条件，光照减弱时，C3→C5减慢，C5含量减少，C3含量增加。 ❷“模型法” · 图1中：曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。 · 图2中：曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。 · 图3中：曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。 · 图4中：曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。 ❸光合作用过程分析：外界条件突然改变，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何变化？ 条件 C3含量 C5含量 NADPH和ATP含量 (CH2O)合成量 图示 光照由强到弱 CO2供应不变 增加 减少 减少 减少 光照由弱到强 CO2供应不变 减少 增加 增加 增加 CO2由充足到不足 光照不变 减少 增加 增加 减少 CO2由不足到充足 光照不变 增加 减少 减少 增加 知识点七 光合作用与呼吸作用的综合分析其应用 一、光合速率与呼吸速率的关系 · A点：只进行呼吸作用，不进行光合作用→吸收O2释放CO2。 · AB段：细胞呼吸＞光合作用，细胞呼吸所需的O2，一是来自光合作用，二是从外界吸收；细胞呼吸产生的CO2，一部分供给光合作用利用，一部分释放到外界环境中。 · B点：光合作用强度=细胞呼吸强度，细胞呼吸产生的CO2全部用于光合作用，光合作用产生的O2全部用于细胞呼吸。 · BC段：强光照时，光合作用＞细胞呼吸，此时，光合作用所需CO2，一是由细胞呼吸产生，二是从外界环境吸收；光合作用产生的O2，一部分供给细胞呼吸利用，一部分释放到外界环境中。 ◎总（真正）光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 · 绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得的数据为呼吸速率（A点）。 · 绿色组织在有光条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 · 光合作用产氧量＝O₂释放量+细胞呼吸耗氧量。 · 光合作用固定CO₂量＝CO₂吸收量+细胞呼吸产生CO₂量。 · 光合作用葡萄糖产生量＝葡萄糖积累量+细胞呼吸消耗葡萄糖量。 二、光合作用与细胞呼吸的区别 项目 光合作用 细胞呼吸（有氧呼吸） 发生部位 含光合色素的细胞（主要是叶肉细胞） 所有活细胞 反应场所 主要在叶绿体 细胞质基质和线粒体 条件 光、水、CO2、适宜的温度、酶、色素 有光无光都可，适宜的温度、O2、酶 能量代谢 光能转变为化学能，贮存在有机物中 有机物中化学能释放出来，部分转移到ATP中 物质代谢 将无机物（CO2+H2O）合成有机物（葡萄糖） 将有机物（葡萄糖）分解为无机物（H2O+CO2） 联系 1、将桑树和大豆分别单独种植（单作）或两种隔行种植（间作），测得两种植物的光合速率如图所示。 据图分析，下列叙述正确的是（ ） A．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响 B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大 C．某些光照强度下间作提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率 D．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作小于间作 【解析】由图可知，桑树的呼吸强度在间作时＞单作，大豆的呼吸强度在间作时＜单作，说明间作或单作会影响两种植物的呼吸强度，A错误；桑树间作时的光饱和点＞单作，而大豆在间作时的光饱和点＜单作，B错误；间作虽提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率，C正确；当光照强度＞光补偿点时植株开始积累有机物，大豆在单作时的光补偿点＞间作，说明大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作＞间作，D错误。 2、图甲表示某植株在适宜CO₂浓度下，测得的不同温度和光照强度下的光合速率。图乙表示植株放置在密闭的容器中，改变光合作用的环境条件，测得的光合作用强度。回答下列问题： （1）图甲中，当光照强度为n时，限制植株光合速率的主要因素是　光照强度　。P点对应光照强度下，植株在25℃条件下比在15℃条件下光合速率高，原因是　　温度升高，与光合作用有关的酶的活性增强　　。 （2）若环境中CO₂浓度降低，则图甲植株的叶绿体中NADPH合成速率将会　变小　（填“变大”“不变”或“变小”），曲线上的P点将向　　左下方　　移动。 （3）若将环境条件由图乙中b点变为c点，则短时间内植株叶绿体内C₃含量变化为　增加　。在图乙c点时，增强光照，光合作用强度增大的原因是　光照增强，光反应产生的NADPH和ATP增多，有利于暗反应的进行　。 （4）在农业生产中，可通过　　增大光照强度、提高CO₂浓度、适当升高温度　　来达到增产目的。 【解析】（2）若环境中CO₂浓度降低，则图甲植株的叶绿体中CO₂的固定减弱，暗反应减弱，消耗的NADPH减少，NADPH合成速率变小，光合作用强度降低，P点向左下方移动。 （3）若将b点变为c点，即CO₂浓度增加，CO₂固定增加，故短时间内植株的叶绿体内C₃的含量增加。图乙c点时，增强光照，光反应产生的NADPH和ATP增多，有利于暗反应的进行，最终导致光合作用强度增大。 3、为研究光合作用碳反应过程，卡尔文在光照充足条件下，用14CO2和小球藻作为实验材料进行相关研究，发现在改变CO2浓度时，两种物质（C3、C5）含量呈规律性变化（如图所示）。下列错误的是（ ） A．x只能为1 B．曲线1表示C3的含量变化，曲线2表示C5的含量变化 C．由实验可推测最初与CO₂发生反应的可能为C5 D．通过检测小球藻中含C物质出现的顺序可推测CO₂固定的最初产物 【解析】B点处，当CO2浓度由1%降为0.003%时，碳反应过程中，CO2固定减弱，生成的C3减少，而C₃的还原仍在进行，这会导致C3含量下降，C5含量上升，故曲线1表示C₃含量变化，曲线2表示C5含量变化，B正确。DE段CO2浓度升高了，但是不一定只能为1%，A错误。CO2浓度增加会导致C5含量减少，据此可推测最初与CO2发生反应的可能是C5，C正确。通过检测小球藻中含14C的物质出现顺序（同位素示踪法追踪碳元素的变化），可推测CO2固定的最初产物，D正确。 4、变式演练①：如图为某阳生植物细胞在夏季某一晴天内的光合作用过程中，C3、C5的含量变化。若第二天中午天气由晴转阴，叶绿体中C3、C5含量的变化分别相当于曲线中的（ ） A．c→d段（x）、b→c段（y） B．d→e段（x）、d→e段（y） C．d→e段（y）、c→d段（y） D．b→c段（y）、b→c段（x） 【解析】光照增强时，光反应增强，ATP、NADPH生成量增加，C3被还原成（CH2O）和再生C3的过程增强，而CO2供应量不变，CO2固定消耗C5的量基本不变，所以C3减少、C5增加。光照减弱时则相反。由此判断x曲线表示的是C3在一天中的含量变化，y曲线表示的是一天中C5含量的变化。与晴天相比，阴天光照强度减弱，所以C3含量的变化如x曲线的d→e段，C5含量的变化如y曲线的d→e段，故B符合题意。 5、将某一植株放在密闭玻璃罩内，在夏季晴朗的一天置于室外一昼夜，获得实验结果如图1（C点开始有光照）、2所示。下列说法错误的是（ ） A．图1中BC段较AB段CO2浓度增加减慢，是因为低温使植物呼吸作用减弱 B．图1、图2中分别出现FG段与ef段的变化，原因是部分气孔关闭，叶片吸收CO2的量减少 C．图2中gh段O2含量增加，且到达i点时，该植株积累的有机物最多 D．图示结果表明，该植株经过这一昼夜之后，植物体内有机物含量有所增加 【解析】图1中的B点为凌晨，此时植物只进行呼吸作用，凌晨气温下降，植物呼吸作用减弱，因此BC段较AB段CO2浓度增加减慢的原因是低温使植物呼吸作用减弱，A正确；图1、图2中分别出现FG段与ef段的变化，原因是此时处于中午，光照较强，温度较高，部分气孔关闭，叶片吸收CO2的量减少，B正确； 图2中gh段仍表现为吸收CO2，说明O2含量仍在增加，且到达h点时，该植株积累的有机物最多，C错误； 图1中比较A点和J点，J点的CO2浓度低于A点，说明该植物一昼夜总体表现为吸收CO2用于合成有机物，因此经过这一昼夜之后，植物体内有机物含量会有所增加，D正确。 6、变式演练②：如图表示天气晴朗、阳光明媚的上午10时某植物枝条上不同位置叶片的净光合速率。以下表述正确的是（ ） A．由图可看出第5片叶和第15片叶的总光合速率相等 B．第10片叶叶绿体利用的CO₂来自线粒体内膜和外界环境 C．限制第15片叶光合速率的主要因素是光照强度 D．若突然出现多云天气，则短时间内叶片叶绿体内的C5含量将降低 【解析】总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图可看出第5片叶和第15片叶的净光合速率相等，但不代表总光合速率相等，A错误；图中显示第10片叶净光合速率最大且＞零，说明光合速率＞呼吸速率，因此，其叶绿体利用的CO2来自线粒体基质和外界环境，B错误；第15片叶接受的光照较强，可能该叶片的部分气孔关闭导致CO2吸收减少，进而导致叶片光合速率较低，C错误；若突然出现多云天气，光照强度下降，光反应产生的NADPH和ATP减少，会导致C3还原速率下降，C3生成减少，而CO2的固定正常进行，因此，短时间内叶片叶绿体内的C5含量将降低，D正确。 光合作用的日变化曲线分析（解题通法） ❶夏季一昼夜植物CO2吸收速率的变化分析 项目 图中曲线各段变化的主要原因 a点 黑暗时仅进行细胞呼吸 a～b 凌晨随温度降低，细胞呼吸减弱，CO₂释放速率降低 b点 细胞呼吸最弱，CO₂释放速率最低 b～c 随温度上升，细胞呼吸增强，CO₂释放速率增大 c点 开始进行光合作用 c～d 总光合速率＜呼吸速率 d点 总光合速率＝呼吸速率 d～e 光照增强，光合作用逐渐增强，且总光合速率＞呼吸速率 e点 中午某时刻，净光合速率较大 e~f 随温度升高，部分气孔关闭，CO₂供应量减少，出现午休现象 f点 温度过高，气孔关闭，CO₂供应不足 f~g 气孔张开，CO₂吸收速率增大 g点 下午某时刻，净光合速率较大 g～h 光照逐渐减弱，总光合速率＞呼吸速率 h点 总光合速率＝呼吸速率 h～i 光照较弱，总光合速率＜呼吸速率 i点 太阳落山，植物停止进行光合作用，只进行呼吸作用 ❷密闭环境中，植物一昼夜CO₂浓度变化曲线（C点开始有光照） 项目 图中曲线各段变化的主要原因 A点 黑暗时仅进行细胞呼吸 A～B 呼吸作用不断产生CO₂ B点 仅进行细胞呼吸，从此点开始，细胞呼吸开始减弱 B～C 随温度降低，细胞呼吸减弱，CO₂释放速率减慢 C点 开始进行光合作用 C～D 光合作用逐渐增强，但总光合速率＜呼吸速率 D点 总光合速率＝呼吸速率 D～H 总光合速率＞呼吸速率 F～G 随温度升高，部分气孔关闭，出现午休现象 H点 总光合速率＝呼吸速率 H~I 总光合速率＜呼吸速率 I点 太阳落山，植物停止进行光合作用，只进行呼吸作用 ❸甲、乙图曲线中要点对比 项目 甲图曲线 乙图曲线 总光合速率＝呼吸速率 净光合率为0时，d和h点 曲线最高点和最低点（D和H点） 积累有机物时间(光合速率＞呼吸速率) 净光合速率＞0时，d～h 曲线下降时，D～H 有机物积累最多时 h点 H点 开始进行光合作用的时间 c点 C点 题型：光合作用和细胞呼吸的相关计算 7、将某种绿色植物的叶片放在特定实验装置中，研究其在10℃、20℃的温度条件下分别置于5klx光照、10klx光照和黑暗条件下的光合作用强度和呼吸作用强度，结果如图；正确的是（ ） A．该叶片在20℃、10klx的光照下，每小时光合作用固定的CO₂量是8.25mg B．该叶片在5klx光照下，10℃时单位时间内积累的有机物比20℃时少 C．该叶片在10℃、5klx的光照下，每小时光合作用所产生的O₂量是3mg D．通过实验可知，该叶片单位时间的净光合作用量与温度和光照强度均呈正相关 【解析】据图可知，甲图O₂吸收量反映的是呼吸作用量，黑暗环境中10℃、20℃温度条件下，2h的O₂吸收量分别是1mg和2mg。乙图O₂释放量代表净光合作用量。在20℃、10klx光照下，经过2h，释放的O₂量为10mg，加上呼吸作用消耗的2mg，可得出该条件下每小时光合作用产生O₂量是6mg，根据光合作用反应式可知，该条件下每小时光合作用固定的CO₂量是6×44÷32=8.25（mg），A正确；分析乙图，5klx光照下，10℃时单位时间内释放O₂量比20℃时多，因此该叶片在5klx光照下，10℃时单位时间内积累有机物比20℃时多，B错误；10℃、5klx的光照下，经过2h，释放的O₂量为6mg，加上呼吸作用消耗的1mg，可得出该条件下每小时光合作用产生的O₂量是3.5mg，C错误；仅就图中曲线而言，不能得出净光合作用量与温度和光照强度均呈正相关的关系，D错误。 8、变式演练③：科研人员研究了温度对人工种植的蒲公英光合作用与呼吸作用的影响，其他条件相同且适宜，实验结果如图所示。据图分析，下列说法正确的是（ ） A．在光照条件下，30℃环境中蒲公英的实际光合速率比25℃环境中的小 B．昼夜时间相同且温度不变，则适合蒲公英生长的最适温度是25℃ C．P点时，叶表皮细胞产生ATP的场所为细胞质基质和线粒体 D．一直处于光照条件下，P点时蒲公英无法生长 【解析】实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，30℃环境中蒲公英实际光合速率为6.5mg/h，25℃环境中蒲公英的实际光合速率为6.0mg/h，A错误；若昼夜时间相同且温度不变，植物积累有机物最多的温度应对应净光合速率与呼吸速率的差值最大时，则由图可知，适合蒲公英生长的最适温度是20℃，B错误；P点时，净光合速率＞0，蒲公英既进行光合作用，又进行呼吸作用，但表皮细胞没有叶绿体，所以表皮细胞只进行呼吸作用，产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体，C正确；一直处于光照条件下，P点时蒲公英净光合速率＞0，蒲公英能生长，D错误。 三看法确定“三率”（解题通法） ①判断植物体能否生长，即判断植物有机物积累量是否大于＞0。 ②注意所求物质与已知物质是否一致，如：已知CO₂的量，求葡萄糖的量，则需借助反应式进行换算。 ③计算结果还应注意时间、面积、质量、物质的量等单位是否统一。 题型：光合速率曲线中关键点的移动问题 9、已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，如图表示30℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25℃（其他条件不变），理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是（ ） A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移 C．上移、左移、右上移 D．上移、右移、上移 【解析】图中a点表示细胞呼吸作用强度，b、d两点对应的光照强度分别为光补偿点和光饱和点。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃”可知，当温度从30℃降到25℃时，细胞呼吸作用强度降低，a点上移；光合作用有关酶的活性增强，植物需要的光照强度增大，且光饱和点时吸收的CO₂增多，d点右上移。b点时光合作用强度=细胞呼吸作用强度，若温度降到25℃，则细胞呼吸作用强度降低，要使光合作用强度与细胞呼吸作用强度相等，需要降低光照强度，b点左移。 10、变式演练④：下列为相关环境因素对植物光合作用影响的曲线图，有关描述错误的是（ ） A．图1中，若光照强度适当增强，可使a点左移，b点右上移 B．图2中，若CO₂浓度适当增大，可使a点左移，b点右上移 C．图3中，由b点突然变为a点的短时间内，叶绿体中C₃含量增加 D．图4中，当温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 【解析】图1中，当光照强度适当增强时，光合作用增强，则a点（对应CO2补偿点）左移，b点（对应CO2饱和点）右上移，A正确；图2中，当CO2浓度适当增大，光合作用增强，所以a点（对应光补偿点）左移，b点（对应光饱和点）右上移，B正确；图3中，b点对应的CO2浓度＜a点对应的CO浓度，突然增大CO2浓度，短时间内叶绿体中C3含量增加，C正确；图4中“光照下CO2的吸收量”为植物净光合量（对应植物有机物积累量），“黑暗中CO2的释放量”为植物呼吸量，当温度高于25℃时，植物光合作用积累的有机物的量开始减少，而不是植物光合作用制造的有机物的量（植物总光合量）开始减少，D错误。 由“改变”对“净光合速率”影响的角度分析 点移动问题（解题通法） （1）图中△bcd对应植物的净光合速率。 （2）“改变”与点移动的关系： · 若“改变”导致“净光合速率”增大，则△bcd向外扩，即b点左移、c点右移、d点右上移； · 若“改变”导致“净光合速率”减小，则△bcd向内缩，即b点右移、c点左移、d点左下移。 （3）在例9中，温度变化后，呼吸速率下降、总光合速率上升，故净光合速率上升，则△bed向外扩，即b点左移、c点右移、d点右上移。 考向3：影响光合作用的因素及其在生产中的应用 11、（2022·浙江）不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料，研究不同光质对植物光合作用的影响，实验结果如图1，其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物叶片在持续红光照射条件下，用不同单色光处理（30s/次），实验结果如图2，图中“蓝光+绿光"表示先蓝光后绿光处理，"蓝光+绿光+蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。 回答下列问题： （1）高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素，常用　层析　法分离。光合色素吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能，可用于碳反应中　　3-磷酸甘油酸　　的还原。 （2）据图1分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2浓度低，其原因是　光合速率大，消耗的CO2多　。气孔主要由保卫细胞构成，保卫细胞吸收水分，气孔开放，反之关闭。由图2可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用可被　蓝　光逆转。由图1、图2可知蓝光可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多，也可促进K+、Cl-的吸收等，最终保卫细胞　溶质浓度升高　，细胞吸水，气孔开放。 （3）生产上选用　　不同颜色　　LED灯或滤光性薄膜获得不同光质环境，已用于某些药用植物的栽培。 【解析】（1）可用层析法分离光合色素。光反应产生的ATP和NADPH可用于碳反应中3-磷酸甘油酸的还原。 （2）由图1可知，蓝光条件下植物的光合速率远大于红光条件下的，因此会消耗更多的CO₂，导致胞间CO₂浓度降低。由图2可知，在一定时间范围内，蓝光+绿光组气孔导度明显低于蓝光组，表明绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用；而蓝光+绿光+蓝光组气孔导度比蓝光+绿光组的大，且比蓝光组更大，说明先蓝光再绿光后蓝光处理可逆转绿光的阻止作用。 （3）可采用不同颜色的LED灯或者利用滤光性薄膜来获得不同的光质环境。 12、类题③（2021·海南）植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。 （1）植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是　促进生菜根部细胞的有氧呼吸　；除通气外，还需更换营养液，其主要原因是　　营养液中的无机盐在培植生菜过程中会被大量吸收，更换营养液可为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长　　。 （2）植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是　　叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光可以提高植物的光合速率，从而提高生菜的产量　　。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在　　B　　点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO₂浓度，该条件下B点的移动方向是　　向右上方移动　　。 （3）将培植区的光照/黑暗时间设置为14h/10h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度　　低　　；若将培植区的温度从Ts调至T₆，培植24h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量　　减少　　。 【解析】（1）用营养液培植生菜过程中，要定时向营养液通入空气，这样可以促进生菜根部细胞的有氧呼吸，保证生菜正常生长。营养液中的无机盐在培植生菜过程中会被大量吸收，更换营养液可为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长。 （2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合速率，从而提高生菜的产量。B点对应的光照强度为光饱和点（达到最大光合速率所需的最小光照强度），因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度。CO₂是光合作用的原料，增大CO₂浓度，可使光合速率加快，达到光饱和点所需的光照强度增大，因此，在培植区适当提高CO₂浓度，B点将向右上方移动。 （3）据题图可知，光合速率的最适温度为T5，而在实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现，则光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低。若将培植区的温度从T5调至T6，则光合速率减小、呼吸速率增大，培植24h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量减少。 13、类题④（2021·河北）为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：（1）对照组；（2）施氮组，补充尿素（12g·m-2）；（3）水+氮组，补充尿素（12g·m-2）同时补水。检测相关生理指标，结果见表。 生理指标 对照组 施氮组 水+氮组 自由水/结合水 6.2 6.8 7.8 气孔导度（mmol·m-2·s-1） 85 65 196 叶绿素含量（mg·g-1） 9.8 11.8 12.6 RuBP羧化酶活性（μmol·h-1·g-1） 316 640 716 光合速率（μmol·m-2·s-1） 6.5 8.5 11.4 注：气孔导度反映气孔开放的程度回答下列问题： （1）植物细胞中自由水的生理作用包括　　　　　　　　　　　　　　　　　　等（写出两点即可）。补充水分可以促进玉米根系对氮的　　　　　　　　，提高植株氮供应水平。 （2）参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与　　　　　　离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动　　　　　　　　两种物质的合成以及　　　　　　　的分解；RuBP羧化酶将CO₂转变为羧基加到 　　　　　　分子上，反应形成的产物被还原为糖类。 （3）施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO₂供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO₂供应量增加的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】（1）反应介质、良好溶剂、参与物质运送和生化反应 吸收； （2）镁 ATP和NADPH 水 C5； （3）气孔导度增大，植株从外界吸收更多的CO₂ 【解析】（1）自由水是细胞内的良好溶剂，许多种物质溶解在这部分水中，细胞内的许多生物化学反应也都需要水的参与；水在生物体内流动，可以运送营养物质和代谢废物。分析题表数据可知，与施氮组相比，水+氮组各项生理指标都增大，说明补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收，提高植株氮供应水平。 （2）氮与镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，在光合作用的光反应阶段，吸收的光能可用于水的分解，产生O₂，还可促使ATP和NADPH的合成。在暗反应阶段，在RuBP羧化酶的催化下，CO₂和五碳化合物结合，生成三碳化合物。 （3）分析表格数据可知，与施氮组相比，水+氮组气孔导度明显增大，有利于植物从外界吸收CO₂。 14、类题⑤（2021·浙江）不同光强度下，无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响如图甲；16h光照、8h黑暗条件下，无机磷浓度对大豆叶片淀粉和蔗糖积累的影响如图乙。 回答下列问题： （1）叶片细胞中，无机磷主要贮存于　　　　　　，还存在于细胞质基质、线粒体和叶绿体等结构。光合作用过程中，磷酸基团是光反应产物　　　　　　　　的组分，也是卡尔文循环产生并可运至叶绿体外的化合物 　　　　　　　　　　　　　　的组分。 （2）图甲的0～A段表明无机磷不是光合作用中　　　　　　　　过程的主要限制因素。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是　　　　　　　　　　　　；不论高磷、低磷，24h内淀粉含量的变化是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （3）实验可用光电比色法测定淀粉含量，其依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。为确定叶片光合产物的去向，可采用　　　　　　　　法。 【答案】（1）液泡 ATP和NADPH 三碳糖磷酸； （2）光反应 较低、较高 光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少 （3）淀粉遇碘显蓝色，其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比 14CO₂的同位素示踪 【解析】（1）叶片细胞中，无机磷主要贮存于液泡、线粒体、叶绿体、细胞质基质等结构中。光反应的产物有氧气、ATP和NADPH，其中ATP和NADPH中含有磷酸基团。卡尔文循环产生的三碳糖磷酸也含有磷酸基团，其少部分会离开卡尔文循环，或在叶绿体内被利用，或运到叶绿体外合成蔗糖。 （2）光强度通过影响光反应过程来改变光合速率，由图甲可知，O～A段低磷和高磷曲线变化一致，说明无机磷不是光合作用中光反应过程的主要限制因素。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件下蔗糖含量较低、淀粉含量较高；无论低磷、高磷，24h内，光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少。 （3）光电比色法是通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法，这是利用有色物质对特定波长光的吸收特性来进行定量分析的一种方法。淀粉遇碘显蓝色，其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比，因此可采用光电比色法测定淀粉含量。可采用14CO₂的同位素示踪法来确定叶片光合产物的去向。 15、类题⑥（2021·北京）将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是（ ） A．两组植株的CO₂吸收速率最大值接近 B．35℃时两组植株的真正（总）光合速率相等 C．50℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D．HT植株表现出对高温环境的适应性 【解析】由图可知，两组植株的CO₂吸收速率最大值非常接近，A不符合题意；总光合速率=净光合速率+呼吸速率，CO₂吸收速率代表净光合速率，由图可知，35℃时两组植株的净光合速率相等，而两组植株的呼吸速率未知，故不能判断出两组植株的总光合速率是否相等，B符合题意；50℃时HT植株的净光合速率＞0，而CT植株的净光合速率＜0，即50℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能，C不符合题意；当叶片温度超过35℃时，HT植株的净光合速率＞CT植株的净光合速率，HT植株表现出对高温环境的适应性，D不符合题意。 16、类题⑦（2021·湖南）绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是（ ） A．弱光条件下植物没有O₂的释放，说明未进行光合作用 B．在暗反应阶段，CO₂不能直接被还原 C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降 D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度 【解析】绿色植物在光下可进行光合作用，弱光条件下植物没有O₂的释放，此时光合作用强度可能小于或等于呼吸作用强度，A错误；在光合作用的暗反应阶段，CO₂首先和C5结合形成C₃，C₃在NADPH和ATP的作用下被还原，B正确；植物开花期光合作用的产物优先供应生殖器官的生长，若剪掉部分花穗，光合产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可为农作物提供充足的光照和CO₂，增施的有机肥被微生物分解后可为农作物提供CO₂和无机盐，二者均能提高农作物的光合作用强度，D正确。 考向4：考向结合“模型”考查光合作用与细胞呼吸 17、（2021·江苏）线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要，如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。 （1）叶绿体在　　　　　上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是　　　　　　　　　　　　。 （2）光合作用时，CO₂与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C₃）。为维持光合作用持续进行，部分新合成的C₃必须用于再生　　　　　　；运到细胞质基质中的C₃可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了　　　　　　　　个CO₂分子。 （3）在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的　　　　　　中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为　　　　　　中的化学能。 （4）为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素（电子传递链抑制剂）处理大麦，实验方法是取培养10～14d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率（单位为μmolO₂·mg-1chl·h-1，chl为叶绿素）。请完成表。 实验步骤和目的 简要操作过程 配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液， 再用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中 设置寡霉素为单一变量的对照组 ①　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ②　　　　　　　　　　　　　　　 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片 光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧 ③　　　　　　　　　　　　　　　 称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定 【解析】（1）光合作用光反应场所为类囊体薄膜，将光能转变成化学能，参与该反应的两类色素是叶绿素、类胡萝卜素。 （2）为维持光合作用持续进行，部分新合成的C₃必须用于再生C5；蔗糖是二糖，含12个碳原子，C5含有5个碳原子，固定1个CO₂合成1个C3，因为还要再生出一个C5，故每运出一分子蔗糖相当于固定了12个CO₂分子。 （3）草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的NADPH中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为ATP中的化学能。 （4）设计实验应遵循单一变量原则、对照原则、等量原则等，对照组为在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮溶液。对照组和各实验组均测定多个大麦叶片的原因是减少叶片差异造成的误差。称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定其中叶绿素的含量。 【答案】（1）类囊体薄膜 叶绿素和类胡萝卜素；（2）C5 12；（3）NADPH ATP； （4）①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮 ②减少叶片差异产生的误差 ③叶绿素定量测定（或测定叶绿素含量） 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$