第三章 细胞的代谢（期末复习课件）高一生物上学期浙科版

能进行光合作用的动物绿叶海蛞蝓 一、ATP的分子结构与功能 1.中文名称:腺苷三磷酸。 2.元素组成:C、H、O、N、P。(注：DNA、RNA、磷脂、ATP组成元素：C H O N P) 3.化学组成:一分子腺嘌呤、一分子核糖、三分子磷酸基团；或者一个腺苷，三个磷酸基团。 4.结构简式:A-P~P~P。 注：ATP中,A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖构成；T代表三,P代表磷酸基团；一代表普通化学键， ∽代表一种特殊的化学键。 第一节 ATP是细胞内的“能量通货” 4.ATP特点 （1）ATP是一种高能磷酸化合物,1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。 （2）ATP在细胞中含量  少   ，容易水解和合成。 （3）两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥,使得“~”不稳定,先水解末端磷酸基团。ATP去掉1个磷酸基团后叫 ADP ；ATP去掉2个磷酸基团后叫 AMP    ，是组成  RNA  的基本单位之一。 5. 功能： ATP  是细胞生命活动的直接能源物质。 拓展：①细胞中生命活动所需的绝大多数能量都是由ATP 直接提供的。 ②ATP并非细胞新陈代谢唯一的直接能源物质,NTP家族如CTP、GTP、 UTP等也可以直接为生命活动供能。 拓展：A在不同情况下表示意义不同       植物在太空中是如何完成生命活动？有那些我们熟悉的过程，一直走进生物太空课堂？ 第四节   细胞呼吸为细胞生活提供能量 呼吸是指人体从周围环境中吸入空气，利用其中的氧气，呼出二氧化碳的气体交换过程。 细胞呼吸(cell respiration)是指在细胞内进行的将糖类等有机物分解成无机物或者小分子有机物，并且释放出能量的过程。 一、区别呼吸与细胞呼吸 二、细胞呼吸的方式探究 1、呼吸作用(细胞呼吸)： 细胞内的有机物氧化分解，并释放能量 2、酵母菌 ① 酵母菌是一类单细胞真核生物，它与人类的生活息息相关，做馒头、面包，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。 ② 分布：广泛分布于自然界，尤其是葡萄等水果蔬菜 ③ 特性：是兼性厌氧菌(在有氧、无氧条件下都能生存) 3、实验设计：探究酵母菌的呼吸方式 ①自变量：氧气有无 ②因变量：CO2产生速率及是否产生酒精 4、实验原理 4、实验装置及过程分析 ①10%NaOH 溶液应放在 A 瓶中，作用是除去空气中的CO2/排除空气中 CO2对实验结果的干扰 。 ②酵母菌培养液应放在 B、D 瓶中。 ③澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液应放在 C、E 瓶中。 ④D 瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，以保证检测出的CO2,都是酵母菌无氧呼吸产生的。目的是 消耗瓶中的O2，防止酵母菌的有氧呼吸对实验结果的干扰 。 ⑤CO2检测时， C 瓶的石灰水浑浊度高， C 瓶的溴麝香草酚蓝水溶液变色快。 ⑥酒精检测时检测液应取自 B、D 瓶，其中只有取自D 瓶的检测液加入重铬酸钾后呈灰绿色。 6.实验结论：在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的 二氧化碳 和水 。 在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精 和少量的二氧化碳 。 三、细胞呼吸的类型及过程 1、需氧呼吸 概念：细胞在O2 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，产生二氧化碳(CO2) 和水(H2O) ，释放能量 ，生成大量ATP 的过程。 ①需氧呼吸场所：细胞溶胶和线粒体(主要)。 线粒体结构：双层膜，内膜折叠形成嵴，扩大了膜面积。内膜和线粒体基质中含有与需氧呼吸有关的酶。线粒体基质中还含有少量DNA、RNA和核糖体。 ②需氧呼吸：指的是细胞在O2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，产生二氧化碳(CO2)和水(H2O)，释放能量，生成大量ATP的过程。 第一阶段 第二阶段 第三阶段 物 质 变 化 葡萄糖→2丙酮酸＋ 4[H] 2丙酮酸＋6H2O→CO2＋20[H] 6O2＋24[H]→12H2O 产 能 情 况 少量能量 少量能量 大量能量 场 所 细胞溶胶 线粒体基质 线粒体内膜 过程： 需氧呼吸过程中：葡萄糖(C6H12O6)参与第一阶段，H2O参与第二阶段，O2参与第三阶段(作用：与[H]结合生成H2O，释放大量能量)；CO2生成于第二阶段，H2O生成于第三阶段；第三阶段释放能量最多。需氧呼吸产生的[H]实质是NADP(还原型辅酶Ⅰ)。 ⑦需氧呼吸各元素去向： a.研究元素去向的方法：同位素标记法。 b.产物CO2中的：C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水； C.产物H2O中的：H来自葡萄糖和水，O来自氧气。 （2）厌氧呼吸 ①厌氧呼吸指在没需氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 ②)过程：厌氧呼吸的全过程可概括地分为两个阶段，这两个阶段需要酶的催化，但都发生在细胞溶胶中。 第一阶段与需氧呼吸第一阶段相同。 第二阶段是丙酮酸在酶(与催化需氧呼吸的酶不同)的催化下，分解成酒精和CO2，或转化成乳酸。 厌氧呼吸只在第一阶段阶段释放出少量能量，底物中的大部分能量储存在酒精或乳酸中。 ③反应式： 高等植物水淹、酵母菌缺氧： C6H12O6→2C2H5OH＋2CO 2＋少量能量 马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、骨骼肌缺氧 C6H12O6→2C3H 6O3＋少量能量 3.细胞呼吸释放的能量 a.细胞呼吸的实质是分解有机物，释放能量。需氧呼吸有机物被彻底氧化分解，故释放能量多；厌氧呼吸有机物分解不彻底，大部分部分能量储存在酒精或乳酸中，故释放能量少。 b.细胞呼吸释放的能量，大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。 c.需氧呼吸三阶段都释放能量，第三阶段产能最多，厌氧呼吸两个阶段，只有第一阶段产生能量。 4.需氧吸中[H]和和ATP的作用 a.[H](NADH)的作用： 需氧呼吸：与O 2结合生成水，释放大量能量。 厌氧呼吸：将丙酮酸还原成酒精和CO 2或乳酸。 b.ATP的作用：用于除光合作用暗反应(暗反应所需ATP只能由光 反应提供)外的各项生命活动。 5.葡萄糖和丙酮酸代谢的具体场所 ①需氧呼吸：葡萄糖：细胞溶胶。丙酮酸：线粒体基质。 ②厌氧呼吸：葡萄糖：细胞溶胶。丙酮酸：细胞溶胶。 6.细胞生物需氧呼吸的场所： ①原核生物：细胞溶胶或细胞膜。 ②真核生物：细胞溶胶和线粒体 7.细胞呼吸原理的应用： ①用透气纱布或“创可贴”包扎伤口，以增加通气量， 抑制厌氧病原菌的厌氧呼吸。 ②酿酒过程：早期通气，促进酵母菌需氧呼吸，利于菌种繁殖； 后期密封发酵罐，促进酵母菌厌氧呼吸，利于产生酒精。 ③疏松土壤，促进植物根细胞的需氧呼吸。 ④种子、果蔬保鲜条件: a种子：低氧、零上低温、干燥。 b果蔬：低氧、零上低温、一定湿度。 ⑤提倡慢跑，促进肌细胞需氧呼吸，防止厌氧呼吸产生 乳酸使肌肉酸胀。 ⑥破伤风杆菌只能进行厌氧呼吸，伤口较深或被锈钉扎伤后， 病菌就容易大量繁殖，所以要打破上分抗毒血清。 注：破伤风芽胞杆菌为原核生物，只能进行厌氧呼吸。 8.细胞呼吸方式的判断: （1）消耗O 2、有H 2 O产生：存在需氧呼吸。 （2）有酒精或乳酸生成：存在厌氧呼吸。 （3）有CO 2生成：进行需氧呼吸或厌氧呼吸(酒精发酵)， 或两种呼吸并存。 （4）O2吸收量＝CO 2释放量：只进行需氧呼吸。 O 2吸收量＜CO 2释放量：厌氧呼吸＞需氧呼吸。 （5）酒精量＝CO2量：只进行厌氧呼吸。 酒精量＜CO 2量：需氧呼吸＞厌氧呼吸。 9.若消耗等量葡萄糖，需氧呼吸和厌氧呼吸CO 2总产生量 与O 2吸收量之比为4:3；若产生等量的CO 2， 需氧呼吸和厌氧呼吸消耗的葡萄糖量之比为1:3。 10. 细胞呼吸比较分析 (1)细胞呼吸过程中：葡萄糖只能在 细胞溶胶中被利用；丙酮酸在有氧条件下进入 线粒体 中被利用，无氧条件下在细胞溶胶  中被利用。 (2)细胞呼吸的实质是 氧化分解有机物，释放能量，合成ATP，其中大部分能量以热能形式散失，只有少部分能量储存在 ATP 中，用于生物体的各项生命活动。 (3)①有氧呼吸有机物 彻底 (彻底/不彻底)氧化分解，因此释放的能量 多 (多/少)。 ②无氧呼吸有机物 不彻底(彻底/不彻底)氧化分解，因此释放的能量 少(多/少)，大部分能量存留在 酒精或乳酸 中。  拓展：释放的能量中大部分以热能的形式丧失。 10.酵母菌、植物组织细胞呼吸曲线分析 （1）0点：细胞只进行厌氧呼吸。 （2）0～b段：需氧呼吸和厌氧呼吸同时进行，随O2浓度增加，厌氧 呼吸受到抑制而逐渐减弱，需氧呼吸逐渐增强。a点时，需氧呼吸和厌氧呼 吸CO2产生量相同，但两者呼吸强度不同，有机物消耗量之比为1:3。 （3）b点后：细胞只进行需氧呼吸。 （4）水果、蔬菜、粮食的储存应选择a点O2浓度，因为此浓度下细胞呼吸强度最低。 （5）mn段CO2释放量逐渐减少的原因：厌氧呼吸逐渐减弱，但由于O2浓度较低，需氧呼吸也比较弱。   （6）np段CO2释放量逐渐增多的原因：随O2浓度增高，需氧呼吸逐渐增强。 （7）需氧呼吸CO2释放量也可表示O2吸收量。 （8）两条实线间的距离可表示厌氧呼吸强度，当两曲线重合时(距离为0)，厌氧呼吸强度为0。 11.CO2浓度 在一定范围内,随CO2浓度的增加,细胞呼吸速率下降。   　利用降低温度的方法可以实现对蔬菜、水果等的长期保存,试分析原因。 提示:降低温度使植物细胞内酶的活性降低,从而减少了有机物的消耗。 在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,随含水量的减少而减慢。当含水量过多时,呼吸速率减慢,甚至死亡。 项目 应用 温度 ①冰箱中水果和蔬菜保鲜; ②蔬菜大棚夜间适当降温以降低呼吸消耗,提高产量 O2 浓度 ①中耕松土促进植物根部需氧呼吸; ②厌氧发酵过程需要严格控制无氧环境;③低氧储藏粮食、水果和蔬菜 CO2 浓度 在蔬菜和水果保鲜中,增加CO2浓度可抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗 水分 ①粮食在收仓前要进行晾晒处理; ②干种子萌发前进行浸泡处理 小结：在生产实践中的应用 五、细胞呼吸是细胞代谢的核心 拓展1： 探究酵母菌在不同条件下的呼吸产物,设计如图两套装置,图中注射器的作用是便于抽取样液用于检测,过氧化氢在二氧化锰催化下会产生氧气。 2.细胞呼吸速率的测定。 ①实验装置。 ②实验原理:组织细胞呼吸作用吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的距离也表示呼吸速率。装置乙为对照。 材料不同时装置的校正： a.如果实验材料是绿色植物,整个装置应遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 b.如果实验材料是种子,为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应对装置及所测种子进行消毒处理。   (1)ATP的合成：ADP＋Pi＋能量───→ATP。 能量来自 太阳能   或物质氧化分解释放的 化学能   ，能量去向是储存于ATP  高能磷酸键   中。 ①真核生物和大多数细菌合成ATP的生理过程：  呼吸作用         。                        二、ATP和ADP相互转化 ①真核生物和大多数细菌合成ATP的生理过程：  呼吸作用         。   绿色植物叶肉细胞中合成ATP的生理过程 光合作用、呼吸作用    。   绿色植物根尖细胞中合成ATP的生理过程：  呼吸作用           。 ②动物细胞中能合成ATP的场所是 细胞溶胶、线粒体          。   绿色植物叶肉细胞中能合成ATP的场所是  细胞溶胶、线粒体、叶绿体 。   绿色植物根尖细胞中能合成ATP的场所是  细胞溶胶、线粒体      。 (2)ATP的水解：ATP水解酶(───→)ADP＋Pi＋能量。能量来自ATP  远离A 的高能磷酸键   的水解，能量去向是用于  各项生命活动          。 (3)ATP与ADP的相互转化反应式    (属于/不属于)可逆反应，能量或反应场所 不同，酶    (相同/不相同)。 拓展：①ATP 在生物体内含量少,但转化十分迅速,从而使细胞中的ATP和 ADP 总是处于一种动态平衡。 ②在安静状态或剧烈运动时，ATP和ADP的含量始终保持动态平衡。只是在剧烈运动ATP合成速率小于分解速率。 ③ATP与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。 丰富多彩的酶产品 1.酶的本质 (1)概念：酶是活细胞产生的一类生物催化剂，大多数是蛋白质，少数是RNA。 （2）酶的作用：  催化    作用；酶的作用机理： 降低反应的活化能   。  酶具有促使反应物发生化学变化，改变反应的速率，在催化学反应前后自身性质和数量        (改变/不变)。 (3)合成酶的原料：  氨基酸  或 核糖核苷酸     。 (4)合成酶的主要场所：  核糖体  。(注：还有细胞核、线粒体、叶绿体) (5)酶的作用场所：可以在  细胞内外  发挥催化作用。 2. 酶作用机理曲线分析 酶在细胞代谢中的作用是降低活化能。酶没有为反应提供能量，反应前后酶的性质和总量没有改变。 加热的作用不是降低活化能，是使反应分子得到能量，从常态转变为容易反应的活跃状态。 细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。如用1g淀粉酶在1min内催化多少克淀粉水解来表示。 二、酶的特性及实验 1.酶的高效性 高效性：酶的催化效率大约是  无机催化剂      的107～1013倍。同无机催化剂相比，酶 降低反应的活化能   的作用更显著，因而催化效率更高。 2.酶的专一性 （1）含义：一种酶只能催化 一种 或  相似几种  底物的反应。 三、酶的催化功能受多种条件的影响 1. 温度和PH ①在最适宜的 温度 和pH 条件下，酶的活性最高。温度和pH 偏高或偏低，酶活性都会明显 降低 。 ② 强酸 、强碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。 ③低温 抑制酶的活性，但酶的空间结构相对稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高 。 ④酶制剂适于在低温、最适pH下保存。 三、常见曲线分析 1.类型一   ①平衡点指 生成物总量 。 ②曲线 a 与c 对照，说明酶具有催化作用。 ③曲线 a 与b 对照，自变量是催化剂种类 ，说明酶具有高效性。 ④曲线 a、b、c 反应速率从快到慢依次是a＞b＞c ，说明催化剂只能改变达到平衡点的 时间 ，不能改变平衡点的高低。平衡点高低取决于 反应物的数量 ，增加反应物，平衡点 上移。 (2)乙图：OP 段限制因素是 反应物浓度(数量) ，P 点后限制因素是 酶的浓度(数量) 。 (3)丙图：在底物充足的前提下，反应速率与酶浓度呈 正比。 (4)丁图：表示酶的 专一性，其中 A 代表酶， B 代表反应物， C、D 代表生成物。 2.类型二 （1）图1中三个pH条件下,pH=7  时酶促反应速率相对较快。反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。 （2）图2中四个温度条件下,35℃  时酶促反应速率相对较快。反应溶液温度的变化不影响酶作用的最适pH。   第三节 物质通过多种方式出入细胞 一、被动转运不需要消耗能量 扩散是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象。 1、渗透现象 定义：水分子通过半透膜的扩散 渗透方向：从水的相对含量多的一侧向相对含量少的一侧 产生条件：①具有半透膜 ②半透膜两侧溶液存在浓度差  2、水进出动物细胞的原理：渗透作用 水进出动物细胞的原理也是通过渗透作用。 水进出的条件：①细胞膜相当于半透膜②细胞质与外界溶液可以存在浓度差 3、水进出植物细胞的原理 （1）细胞壁和原生质层 植物细胞细胞壁的特性是全透性的，即水分子、蔗糖等可以通过细胞壁。细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。 成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间将细胞质挤成一薄层，细胞内的液体环境主要是液泡里溶液称为细胞液 ，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，相当于渗透装置中的半透膜，伸缩性比较  大  。 （2）植物细胞的质壁分离现象 植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水： 外因：当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。 内因：由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。 （3）植物细胞复原现象 当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。此时可以判断细胞是活细胞。 （4）细胞能否发生质壁分离及复原的判断 成熟且具有中央大液泡的植物细胞易发生质壁分离现象，而未成熟的植物细胞(根尖分生区细胞)不具有大液泡，则不易发生质壁分离现象。 在一定浓度的某些溶液中植物细胞可发生质壁公离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、硝酸钾溶液等。但盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞,不适于作质壁分离实验的溶液。 在高浓度溶液中能质壁分离现象明显，但不能发生质壁分离复原因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。 细菌细胞能发生质壁分离现象，但现象不明显。死细胞、动物细胞不能发生质壁分离现象。 二、被动运输 物质由浓度高的一侧转运至浓度低的一侧，不需要消耗能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。 1.扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式叫扩散(小分子物质) 。 ①实例：氧气、二氧化碳、脂溶性小分子 ②条件：高浓度→低浓度，不需要载体蛋白，不需要消耗能量。 注意：渗透是特指水分子的扩散 2.易化扩散：借助细胞膜上的载体蛋白进出细胞的被动转运。 (离子和一些小分子化合物) ①实例：葡萄糖、氨基酸、K+ ②条件：高浓度→低浓度，需要载体蛋白，不消耗能量。 物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。 3.拓展：转运蛋白的作用和性质 ①载体蛋白：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变，需要与自身结合。 ②通道蛋白：只容许与自身通道的直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。如水分子更多借助易化扩散进出细胞。 ③ 载体(蛋白)的特性 特异性：一种载体只能转运一种特定结构的物质，不同细胞膜上载体的种类不同 。 饱和性：当细胞膜上的载体全部参与物质运输后，细胞运输该物质的速率达最大值 ，不再随物质浓度的增大而增大。 三、主动运输需要载体蛋白，并且消耗能量 1.主动运输 物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。 2. 条件： 低浓度→高浓度、需要载体蛋白，需要能量 3.过程 离子或分子与载体蛋白结合后，在细胞内化学反应释放的能量推动下载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧，并释放出来载体蛋白随后又恢复原状又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 4.意义 主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，是细胞最重要的吸收或排出代谢废物的方式。 四、模型分析 (1)图①表示： 扩散  图②表示： 易化扩散  图③表示： 主动运输。 四、模型分析 (2)图④表示： 扩散   图⑤表示： 易化扩散图⑥表示： 主动运输 。 四、模型分析 (3)图⑦表示 扩散，运输速率与物质浓度呈 正比 。 (4)图⑧可表示 易化扩散或主动运输，若表示协助扩散，OP 段限制因素是 物质浓度，P 点后限制 因素是 载体数量 ；若表示主动运输，OP 段限制因素是 物质浓度，P 点后限制因素是 载体数量或能量 。 (3)图⑨曲线运输速率与 O2浓度无关，说明不消耗能量，曲线表示 被动运输 。 (4)图⑩表示 主动运输 ，OP 段限制因素是 O2浓度 ，P 点后限制因素是 载体数量 。 五、有些物质通过胞吞、胞吐进出细胞 1、胞吞与胞吐 当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合从而引起这部分细胞膜内陷形成囊泡，包围着大分子，然后囊泡从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进人细胞内部，这种现象叫胞吞。 细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。 实例：在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们也需要消耗能量。如消化酶、抗体、蛋白质类激素等分泌蛋白的分泌。 2、特点 ①不需要载体蛋白需要特定膜蛋白参与 ②依赖细胞膜的流动性，通过膜的层数是0。 ③需要消耗能量 拓展：胞吞、胞吐的物质可以是固体、液体、大分子、小分子。虽然不需要载体蛋白，但仍然需要膜上蛋白质的参与，如识别作用的蛋白质。 3、意义 胞吞、胞吐是多糖、蛋白质等生物大分子进出细胞的形式。 能进行光合作用的动物绿叶海蛞蝓 一、光合作用概念及探究历程 (1)英国科学家普利斯特利证明植物可以 更新空气 ，但没有明确植物更新空气的 成分 。 (2)荷兰科学家英格豪斯 500 多次植物更新空气实验证明：植物体只有 绿叶 在阳光 照射下，才能更新空气。 (3)德国科学家梅耶，根据能量转化与守恒定律明确指出：植物在进行光合作用时，把 光能 转换成 化学能储存起来。 (4)萨克斯实验证明：植物叶片在光合作用中产生了 淀粉 ，光是绿色植物光合作用的必要条件。 (5)恩格尔曼实验证明：O2是 叶绿体 释放出来的， 叶绿体 是绿色植物进行光合作用的场所。 (6)鲁宾和卡门实验证明：光合作用释放的 O2全部来自 水，实验方式是同位素标记法。 (7)卡尔文用 14C 标记的14CO2供小球藻(一种绿藻，真核生物)进行光合作用，然后追踪检测其放射性。 实验探明了 CO2中的碳 在光合作用中转化成有机物中碳 的途径(即卡尔文循环)。 归纳：分泌蛋白研究、鲁宾和卡门实验、卡尔文实验实验方法都是放射性同位素标记法。 二、光合作用概念 绿色植物和蓝细菌等以二氧化碳和水为原料,利用光能合成糖类等有机物并释放氧气的过程。 三、绿叶中色素的提取和分离 (1)色素的提取：光合色素是脂溶性色素，能溶解在脂溶剂 95%乙醇(无水乙醇) 中。 (2)色素的分离：不同色素在 层析液 中的溶解度不同， 溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的快，反之则慢，这样，色素就会随着层析液 在滤纸上的扩散速率不同而分离开。分离方法：纸层析法。 (3)试剂及药品作用 ①95%乙醇作用：溶解、提取色素 ； ②层析液作用： 分离色素 ； ③SiO2作用：破坏细胞结构，使叶片研磨更充分； ④CaCO3作用：保护叶绿素/防止研磨中叶绿素被破坏（与研磨过程中破碎的液泡中的草酸反应，保护叶绿素。）。 (4)分离过程中不能让滤液细线触及层析液，原因是 避免滤液细线中的色素直接溶于层析液中。 (5)色素分离结果 滤纸条上观察到4 条色素带，自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 和叶绿素b 。可知胡萝卜素的溶解度最高，叶绿素b 的溶解度最低；叶绿素a 的含量最多。光合色素的功能是：吸收传递转化光能。 (6)提取和分离现象异常原因分析 1）收集到的滤液绿色过浅 原因：①未加 SiO2 ，研磨不充分；②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)含量 较低 ； ③一次加入大量的95%乙醇 ，提取浓度太低；④未加 CaCO3 或加入过少，色素分子被破坏。 7.光合色素的提取与分离实验操作 ①提取色素:光合色素是一类脂溶性物质,可利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来,本实验采用 95%的酒精进行提取。 ②分离叶绿体中色素:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的速度快,反之则速度慢,因而色素就会随着层析液在滤纸上扩散而分离开。 吸收可见光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 8. 吸收光谱 五、光合作用的过程 （1） 光反应 阶段，在 叶绿体类囊体膜上进行； 物质转化： 水的光解：2H2O→ 4[H]＋O2+4e-； ATP 的合成：ADP＋Pi＋能量 → ATP NADPH的形成：NADP++H++2e-→NADPH 能量转换：光能 → ATP 、NADPH 中活跃的化学能。  NADPH提供[H]和能量，ATP提供能量和磷酸基因。 （2） 碳反应 阶段，在 叶绿体基质 中进行。 物质转化：CO2固定：CO2＋C5→  2C3； C3的还原：C3→ (CH2O)＋C5＋H2O。              [H]、ATP、酶 能量转换：ATP NADPH中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能。 辨析碳反应过程中与三碳糖有关的“大多数”和“少数”： ①卡尔文循环中,3分子CO2进入卡尔文循环生成6分子三碳酸，再形成6个三碳糖,其中“大多数”(5分子)三碳糖仍然留在卡尔文循环中用于五碳糖的再生,“少数”(1分子)三碳糖离开卡尔文循环用于有机物的生成。 ②离开卡尔文循环的三碳糖,“大多数”运至叶绿体外合成蔗糖供植物细胞利用,“少数”留在叶绿体内作为淀粉、脂质和蛋白质的合成原料。 拓展1：利用“过程法”分析各物质变化： 如图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示三碳酸的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化。 五碳糖含量 三碳酸含量 三碳糖 ATP、NADPH CO2浓度下降、光照不变 上升 下降 下降 上升 CO2浓度升高、光照不变 下降 上升 上升 下降 光照减弱、CO2浓度不变 下降 上升 下降 下降 光照增强、CO2浓度不变 下降 下降 上升 上升 2.“模型法”表示三碳酸和五碳糖的含量变化。 拓展：①光反应为暗反应提供大量的 NADPH和 ATP ；碳反应为光反应提供ADP、Pi NADP+等。 ②[H]和 ATP 的移动方向 类囊体薄膜→叶绿体基质 。 ③光反应产生的 ATP 只能用于碳反应 。 4. 知识应用 ①图中阶段Ⅰ是 光反应 阶段，在叶绿体类囊体薄膜 上进行；阶段Ⅱ是 碳反应 阶段，在叶绿体基质 中进行。 ②A 是 H2O ，B 是 O2 ，C 是 [H]或NADPH ，D 是 ATP ，E 是 CO2 ，F 是 C3 ，G 是 (CH2O) 或有机物。 ③[H]和 ATP 的移动方向 类囊体薄膜→叶绿体基质 。 ④正午光照强烈，蒸腾作用旺盛，导致叶片部分气孔关闭，CO2 供应不足，则短时间内C3含量 减少 ，C5含量 增多 ，[H]和 ATP 含量 增多 。(增多/减少/不变) ⑤假如对正常进行光合作用的植物突然停止光照，CO2供应正常，则短时间内[H]和 ATP 含量 减少 ，C3含量 增多 ，C5含量 减少 。(增多/减少/不变) ⑥假如将正常进行光合作用的植物突然移到低浓度CO2环境中，而光照正常，则短时间内 C3含量 减少 ，C5含量 增多 ，[H]和 ATP 含量 增多 。(增多/减少/不变) ⑦影响光合作用强度的环境因素：空气中 CO2 的浓度、土壤中水分的多少、光照的 强弱、 光的 成分 、温度 的高低、矿质元素等。CO2 是碳反应的原料，温度会影响 酶的活性 。 ⑧在植物CO2吸收或释放速率的变化曲线中,当整个植物呼吸作用等于光合作用时,此时叶肉细胞光合作用也等于呼吸作用吗? 不等于,叶肉细胞等的光合作用强度大于呼吸作用强度。 若蔗糖或三碳糖的合成或输出受阻,会引起卡尔文循环会减慢吗？ 蔗糖等合成或输出受阻,三碳糖大量积累于叶绿体基质中,导致光反应中NADPH和ATP的合成受阻,进而造成卡尔文循环减弱。 光合速率(又称光合强度) (1)含义:一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用,如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。 (2)表示方法:产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。 (3)表观光合速率:光照条件下测得的植物从外界环境吸收的CO2总量。 (4)真正光合速率:植物在光照条件下,从外界环境中吸收的CO2的量,加上细胞呼吸释放的CO2的量。 六、影响光合作用的因素 六、植物体光合速率与光照强度的关系 六、植物体光合速率与光照强度的关系 (1)原理：影响 光反应 阶段，制约 [H]和 ATP 的产生，进而制约 碳反应 阶段。 (2)曲线分析 在一定范围内，光合速率随光照强度的升高而加快，超过这一范围后，光合速率达最大值并保持不变。 ①A 点： 黑暗环境，植物只进行呼吸 作用消耗有机物。此时，细胞从外界吸收O2 ，并放出CO2 。A 点 A 点叶肉细胞中合成 ATP 的场所 有 细胞质基质、线粒体 。A 点后有光照，植物光合作用和呼吸作用都进行，叶肉细胞中合成 ATP 的场所有 细胞质基质、线粒体、叶绿体。科网（北京）股份有限公司 ②AB 段：弱光，植物光合速率 小于 呼吸速率，即植物光合作用有机物制造量小于 呼吸作用有机物消化量，植物体不能积累有机物。细胞呼吸产生的CO2：一部分进入 叶绿体 中用于 光合作用，一部分释放到空气中；细胞呼吸消耗的O2：一部分由叶绿体的光合作用提供，一部分从空气中吸收，总体表现为植物从外界吸收 O2，并放出 CO2 。 ③B 点：对应光照强度称为 光补偿点 ，植物光合速率 等于 呼吸速率，即植物光合作用有机物制造量 等于 呼吸作用有机物消化量，植物体有机物总量保持不变。此时，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 呼吸 作用，植物不与外界进行气体交换。 ④B 点后：强光，光合速率 大于 呼吸速率，即植物光合作用有机物制造量大于呼吸作用有机物消化量，植物体能积累有机物。光合作用固定的CO2：一部分由 线粒体的呼吸 作用提供，一部分从空气中 吸收；光合作用产生的O2：一部分进入 线粒体中用于 呼吸 作用，一部分释放到空气中，总体表现为植物从外界吸收CO2 ，并放出 O2 。 ⑤E 点：称为 光饱和点，含义是光合速率达最大值时的最小光照强度 。 ⑥限制光合速率的环境因素(外因)：AB 段： 光照强度；C 点后：主要是 CO2浓度、温度 。 ⑦阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的 低 。 (3)当条件变化时，光(CO2)补偿点和光饱和点的移动规律 ①若改变某一因素(如光照、CO2浓度)，使光合作用增强，而呼吸作用不受影响，则光补偿点(B 点) 左 移，光饱和点(E 点) 右移，D 点 上 移。 ②若改变某一因素(如温度)，使呼吸作用速率增大，则光补偿点(B 点) 右 移，A 点 下 移。 甲图：光合速率＝呼吸速率的点： d、h 。 Oc 段：只进行 呼吸作用 。 cd 段：光合速率 ＜ 呼吸速率。 dh 段：光合速率 ＞呼吸速率。 hi 段：光合速率 ＜呼吸速率。 ij 段：只进行 呼吸作用。积累有机物最多的点：h 。 P点温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象。 乙图：光合速率＝呼吸速率的点： D、H 。 OC 段：只进行 呼吸作用。 CD 段：光合速率 ＜呼吸速率。 DH 段：光合速率 ＞呼吸速率。 HI 段：光合速率 ＜呼吸速率。 IJ 段：只进行 呼吸作用 。 积累有机物最多的点： H 。 f 点光合速率下降原因：气温过高，导致部分气孔 关闭，导致 CO2 供应不足。 乙图：J 点低于 O 点，植物体有机物总量增多 ；J 点高于 O 点，植物体有机物总量减少 ；J 点等于 O 点，植物体有机物总量 不变 。 [典例](2022·宁波高一期末)如图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程,其中运输H+的转运蛋白有两种类型,从而实现H+在膜两侧间的穿梭。下列叙述错误的是(　D　) A.光合色素吸收的光能将水分解为氧、H+和电子 B.H+由类囊体腔进入叶绿体基质的方式是易化扩散 C.NADPH是活泼的还原剂,同时也储存一部分能量 D.叶绿体基质的pH低于类囊体腔内的pH $$