2025届高中生物专题复习：专题三 细胞的能量供应和利用

高中生物专题复习 专题三 细胞的能量供应和利用 目 录 一、知识提炼 1 1.影响酶促反应的因素 1 2.影响呼吸速率的因素及实践应用 2 3.光合作用中光反应与暗反应的比较 4 4.外界因素对光合作用的影响及其应用 5 5.光照和CO₂浓度变化对光合作用物质含量变化的影响 9 二、考点突破 10 1.易错提醒 10 2.解题技巧 12 三、典例精析 14 专题三 细胞的能量供应和利用 一、知识提炼 1.影响酶促反应的因素 （1）温度和pH（如图1、图2） ①低温时，酶分子活性受到抑制，但并未失活，若恢复到最适温度，酶的活性也升至最高；高温、过酸、过碱都会导致酶分子结构被破坏而使酶失活。 ②温度或pH是通过影响酶的活性来影响酶促反应速率的。 （2）底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触来影响酶促反应速率的。（如图3、图4） ①图3中OP段的限制因素是底物浓度，而P点之后的主要限制因素是酶浓度。 ②底物浓度和酶浓度不改变酶的活性。 2.影响呼吸速率的因素及实践应用 （1）内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量） ①不同种类的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 ②同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。 ③同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。 （2）外部因素 因素 影响机理 曲线模型 实践应用 温度 影响呼吸酶的活性：最适温度时，细胞呼吸最强；超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，呼吸受抑制 ①低温下储藏蔬菜、水果；②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，以降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量 氧气 氧气作为有氧呼吸的原料而影响细胞呼吸的速率和性质（在O₂浓度为零时只进行无氧呼吸；浓度为大于零、小于10%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为10%以上时，只进行有氧呼吸） 适当降低O₂浓度能够抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，以延长蔬菜、水果的保鲜时间 CO₂浓度 增加CO₂的浓度对细胞呼吸有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释 在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度，可提高保鲜效果 H₂O 在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱 将种子风干，以减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，延长作物种子储藏时间 （3）实践应用 ①根据外部因素对细胞呼吸的影响，若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度，可采取供水、升温、供氧等措施；若需减弱细胞呼吸强度，可以采取干燥、低温、低氧等措施。 ②蔬菜、水果在储藏时都应在低温低氧条件下，种子应保持干燥，而蔬菜、水果应保持一定的湿度。低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温。 3.光合作用中光反应与暗反应的比较 项目 光反应 暗反应 区别 条件 需要叶绿体上的色素、光、酶 不需要色素和光，需要多种酶 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 物质变化 ①水的光解：2H₂O→4+O₂+4 +NAP+2→NADPH ②ATP的形成：ADP+Pi+能量→ATP ①CO₂的固定：CO₂+C₅→2C₃ ②C₃的还原：2C₃→（CH₂O）+C₅ 能量变化 叶绿体中的色素把光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能转化成（CH₂O）中稳定的化学能 实质 把CO₂和水转变成有机物，同时把光能转变为化学能储存在有机物中 联系 光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反应为光反应提供ADP、Pi、NAD;没有光反应，暗反应无法持续进行，没有暗反应，有机物无法合成 4.外界因素对光合作用的影响及其应用 （1）光照——光合作用的动力 ①光照时间越长，产生的光合产物越多。 ②光质：由于色素吸收可见光中的红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同波长的光对光合作用的影响不一样，建温室时，选用无色透明的玻璃（或塑料薄膜）做顶棚，能提高光能利用率。 ③光照强度：在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用效率。 图1曲线分析：A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸，释放CO量表示此时的呼吸强度。AB段表明光照强度加大，光合作用速率逐渐加强，CO₂的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用。而到B点时，细胞呼吸释放的CO₂全部用于光合作用，即光合作用强度=细胞呼吸强度，B点对应的光照强度称为光补偿点。BC段表明光合速率随着光照强度不断加大而加强，C点以后光合作用速率不再加强。C点对应的光照强度称为光饱和点。 应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如图1虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置等都与光补偿点有关。 （2）光照面积 图2曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。A点后随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。OB段表明干物质量随叶面积增大而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量（OC段）不断增加，所以干物质积累量不断降低（BC段）。 应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。 （3）CO₂浓度 图3、图4曲线分析：图3中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO₂浓度，即CO₂补偿点；图4中 的A'点表示进行光合作用所需CO₂的最低浓度。两图中的B和B'点都表示CO₂饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO₂浓度增加而增大。 应用：田间要“正其行，通其风”,多施有机肥；温室内可适当补充CO₂,即适当提高CO₂浓度可提高农作物产量。 （4）必需矿质元素 图5曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。 应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料可以提高作物的光合速率。 （5）温度 图6曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。 应用：冬天温室栽培可适当提高温度；夏天温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 （6）外界综合因素对光合作用速率的影响 图7、图8、图9曲线分析：0～P段限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随0~P段不断加强，光合速率不断提高。P～~Q段，图中标出的双因子共同起作用。当到Q点之后，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的另一因子的方法。 应用：温室栽培时在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO₂,进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO₂浓度以提高光合速率。总之可根据具体情况，通过提高光照强度、调节温度或增加CO₂浓度等来充分提高光合速率，以达到增产的目的。 5.光照和CO₂浓度变化对光合作用物质含量变化的影响 当外界条件改变时，光合作用中C₃、C₅、NADPH、ATP的含量变化可以根据左下图分析。 条件 过程变化 C₃ C₅ NADPH和ATP 光照由强到弱，CO₂供应不变 ①过程减弱 ②③过程减弱 ④过程正常进行 增加 减少 减少 光照由弱到强，CO₂供应不变 ①过程增强 ②③过程增强 ④过程正常进行 减少 增加 增加 光照不变，C O₂由充足到不足 ④过程减弱 ①②③过程正常进行，随C₃减少，②③减弱，①过程正常 减少 增加 增加 光照不变，C O₂由不足到充足 ④过程增强 ①②③正常进行，随C₃增加，②③增强，①过程正常 增加 减少 减少 二、考点突破 1.易错提醒 （1）探究温度对酶活性的影响时，要确保反应在设定温度下进行，实验材料不能选H₂O₂（因为温度会影响H₂O₂的分解）,实验结果不能用斐林试剂检测还原糖；探究pH对酶活性的影响时要确保反应在设定pH条件下进行，实验材料一般不选用淀粉（因为淀粉在酸性条件下会分解）。 （2）探究酵母菌细胞呼吸方式的实验 ①CO₂的检测：CO₂可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养过程中CO₂的产生情况。 ②酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件（95%～97%的浓硫酸）下与乙醇（酒精）发生反应，变成灰绿色。 ③检测无氧呼吸的装置必须封口一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是确保通入澄清石灰水的CO₂是酵母菌无氧呼吸产生的。 ④不能依据澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的细胞呼吸方式，但可依据澄清石灰水的浑浊程度来判断酵母菌的细胞呼吸方式。 （3）绿叶中色素的提取和分离实验 ①原理：叶绿体中的色素能溶解于有机溶剂；色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。 ②实验操作中要点分析 过程 操作要求 操作目的 提取色素 取材 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高 研磨 研磨时加无水乙醇 溶解叶片中的色素 加少量SiO₂和CaCO₃ SiO₂有助于研磨充分；CaCO₃可防止研磨中色素被破坏 迅速、充分研磨 防止乙醇挥发，充分溶解色素 收集 盛放滤液的试管管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化 制备滤纸条 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散 画滤液细线 滤液细线要细、直、齐 使分离后的色素带平整不重叠 滤液细线干燥后再画1～2次 增加色素的含量，使分离后的色素带清晰，便于观察 分离色素 滤液细线不能触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中 用棉塞塞紧试管口 防止层析液挥发 2.解题技巧 （1）酶相关实验的解题技巧 ①探究酶的专一性时，应围绕底物设置对照，如相同酶作用于不同底物。 ②探究酶的高效性时，应围绕无机催化剂和酶设置对照。 ③探究温度（pH）对酶活性的影响时，应设置不同温度（pH）进行对照，并确保变量控制的有效性，即应在底物与酶混合之前，先进行同温处理（或先用pH缓冲液分别调节酶和底物的pH）。 （2）有氧呼吸和无氧呼吸的判断 根据O₂和CO₂的变化量判断细胞呼吸的类型（以葡萄糖为底物，且无氧呼吸只考虑产生酒精和CO₂的情况）。 ①不消耗O₂,释放CO₂（酒精量=CO₂量）,只进行无氧呼吸。 ②CO₂释放量=O₂吸收量，只进行有氧呼吸。 ③CO₂释放量>O₂吸收量，既进行无氧呼吸，又进行有氧呼吸。 ④CO₂吸收量，无氧呼吸消耗的葡萄糖量和有氧呼吸消耗的葡萄糖量相等。 （3）净光合速率与实际光合速率 ①净光合速率：常用一定时间内O₂释放量、CO₂吸收量或有机物积累量表示。 ②实际光合速率：常用一定时间内O₂产生量、CO₂固定量或有机物产生量表示。 ③测定净光合速率或呼吸速率可以用如图所示装置。 a.若测定呼吸速率，则玻璃瓶外加黑布遮光，小烧杯中加NaOH溶液（用于吸收玻璃瓶中的CO₂）,阀门关闭。玻璃管中液滴移动体现的是玻璃瓶中O₂的减少量。 b.若测定净光合速率，将玻璃瓶暴露在光下，在小烧杯中加NaHCO₃溶液（保证瓶内CO₂浓度的恒定）,玻璃管中液滴移动体现玻璃瓶内O₂的增加量。 ④判定净光合速率、实际光合速率的方法：一是根据文字信息，释放O₂的速率、吸收CO₂的速率、有机物积累速率都表示净光合速率，光合作用产生O₂的速率、光合作用消耗CO₂的速率、产生有机物的速率都表示实际光合速率；二是根据曲线上的点，光照强度为0时，光合作用强度为负值，说明此曲线表示净光合速率。 三、典例精析 例（2024吉林高考真题） 在光下叶绿体中的C₅能与CO₂反应形成当比值低时，C₅也能与O₂反应形成C₂等化合物。C₂在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 （1）反应①是 过程。 （2）与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。 （3）我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT）,得到转基因株系1和2,测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO₂的来源除了有外界环境外，还可来自 和 （填生理过程）。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 。据图3中的数据 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 （4）结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 答案（1）CO₂的固定（2）细胞质基质线粒体基质（3）光呼吸呼吸作用净光合速率=总光合速率—呼吸速率一光呼吸速率，7～1 0时，随着光照强度的增加，与WT相比，株系1、株系2因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度不能总光合速率=净光合速率十细胞呼吸速率十光呼吸速率，在图3中，能看到净光合速率和呼吸作用速率，但无法得知光呼吸速率（4）与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大。 解析（1）在光合作用的暗反应过程中，CO₂在特定酶的作用下，与C结合形成两个C₃,这个过程称作CO₂的固定，故反应①是CO₂的固定过程。（2）有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH,合成少量ATP;第二阶段是丙酮酸和水反应生成CO2和NADH,合成少量ATP,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。（3）由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生CO₂,因此植物光合作用CO₂的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。净光合速率=总光合速率一呼吸速率一光呼吸速率，7～10时，随着光照强度的增加，与WT相比，株系1、株系2,增强了总光合速率，降低了光呼吸强度。总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，随着CO₂浓度增加，光合速率增加，光呼吸速率减弱，图3中有净光合速率，该参数已知；当CO₂浓度为0时，不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，此时净光合速率是个负值，取正后相当于呼吸速率，图3曲线虽然没有与纵轴相交，但稍微延长即可见其与纵轴将交于—1 0的点，因此呼吸速率也可以大致确定；但公式中的最后一项参数光呼吸速率随CO₂的变化完全未知，导致总光合速率无法计算。（4）由图2、图3可知，与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。 【链接】：光合作用在高考中的地位举足轻重，各地历年考题中从不缺席。试题多以新情景材料或社会实际问题为背景，着重考查光合作用原理、过程的理解与分析；多涉及光反应、暗反应的场所、条件、物质变化和能量变化，以及影响光合作用的条件，特别是外界条件变化（生产实际中的“各种胁迫”）对光合作用的影响。这部分知识在选择题、非选择题中均有考查，需要厚实的知识基础，答题时需特别注意因果关系。 学科网（北京）股份有限公司 $$