第三单元 细胞的能量供应和利用（教师用书）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

第三单|元细胞的能量供应和利用 第1讲　降低活化能的酶 【学习目标】　1.说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质；　 2.阐明酶的高效性、专一性和作用条件的温和性； 3．通过酶的特性和影响酶活性因素的相关探究实验，掌握实验设计的基本思路及实验分析方法。 　建构知识体系 主题研习(一)　酶的本质和作用(基础·自学型) (一) 酶的本质 1．酶的本质和功能 本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 合成原料 氨基酸或核糖核苷酸等 合成场所 核糖体、细胞核等 来源 一般来说， 活细胞(哺乳动物成熟红细胞等除外)都能产生酶 功能 催化作用是酶的唯一功能 2．酶本质的探索历程(连线) (二) 酶在细胞代谢中的作用 1．细胞代谢和活化能 细胞 代谢 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢 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称为活化能 2．酶的作用机理分析 (1)模型图示 (2)模型分析 ①无酶催化的反应曲线是乙，有酶催化的反应曲线是甲。 ②ca段的含义是在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能；ba段的含义是酶降低的活化能。 ③该反应中，若将酶催化改为无机催化剂催化，则b点在纵轴上将向上移动。 ④酶的作用原理是降低化学反应的活化能。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。 [微点判断] (1)(2023·广东卷)具催化功能 RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。(√) (2)(2021·全国甲卷)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。(×) (3)酶在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。(×) (4)酶可降低过氧化氢分解反应的活化能，而无机催化剂不能。(×) (5)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。(√) (6)产生激素的细胞一定产生酶，但是产生酶的细胞不一定产生激素。(√) 题点(一)　酶的本质 1．(2024·合肥模拟)核酶是有催化作用的单链RNA，多进行自体催化，原生动物四膜虫rRNA前体的内含子序列中具有核糖核酸酶等5种酶的活性。它的发现意义重大，不但纠正了人们认为酶都是蛋白质的传统观念，而且对探索生命的起源很有启发意义。下列相关叙述正确的是(　 ) A．核酶的基本组成单位是脱氧核苷酸 B．核酶只能在细胞内起催化作用 C．大多数核酶具有多种酶的功能 D．在生命起源过程中RNA可能先于蛋白质和DNA产生 解析：选D　核酶是RNA，基本组成单位是核糖核苷酸，A错误；核酶和蛋白酶一样，既可以在细胞内起催化作用，也可以在细胞外起催化作用，B错误；由题干信息不能得出大多数核酶具有多种酶的功能，一般来说，酶具有专一性，C错误；RNA不仅可以充当遗传物质，还可以行使催化功能，即RNA同时具有DNA和蛋白质的功能，故在生命起源过程中RNA可能先于蛋白质和DNA产生，D正确。 2．下列有关生物体内酶和激素的叙述，正确的是(　 ) A．酶和激素都是在特定细胞的核糖体中合成的 B．某些激素的调节作用是通过影响酶的活性实现的 C．两者都是细胞结构的组成成分，都不能提供能量 D．一种酶只催化一种物质的反应，一种激素只作用于一种细胞 解析：选B　核糖体是合成蛋白质的场所，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，其中RNA不在核糖体上合成；有些激素也不是蛋白质类，如性激素，也不在核糖体上合成，A错误。激素不直接参与代谢，某些激素可以通过影响酶的活性来调节细胞代谢，B正确。激素不是细胞结构的组成成分，某些酶也不是细胞结构的组成成分，C错误。并不是每一种激素都只作用于一种细胞，如甲状腺激素的靶细胞几乎是全身组织细胞；一种酶可以催化一种或者一类化学反应，D错误。 题点(二)　酶的作用原理 3.(2024·安庆模拟)如图表示某化学反应在使用无机催化剂和酶催化条件下的能量变化过程。下列相关分析正确的是(　 ) A．曲线②表明催化化学反应的效率较低 B．上述实验验证了酶的催化具有专一性的特点 C．曲线①表示在酶催化条件下的能量变化 D．a与b的差值说明酶降低活化能的作用更显著 解析：选D　曲线②表示有酶催化条件下的能量变化，与使用无机催化剂(曲线①)相比，酶降低活化能的作用更显著，催化化学反应的效率更高，A、C错误，D正确；题述实验验证了酶的催化具有高效性的特点，B错误。 1．对比分析酶与动物激素的“一同三不同” 一同 都具有微量、高效的特点，也具有一定特异性 三不同 产生部位 几乎所有活细胞都产生酶，而只有内分泌细胞才能产生激素 化学本质 酶绝大多数是蛋白质，少数为RNA；激素的化学本质为多肽和蛋白质、类固醇、氨基酸衍生物等 作用机制 酶是催化剂，在化学反应前后，质量和性质不变；激素作为信号分子，在发挥完作用后被灭活 2.鉴定酶本质的实验原理和方法 (1)试剂鉴定法 实验原理 实验方案 双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应 (2)酶解鉴定法 ①实验原理 注意：检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，原因是蛋白酶本身也可与双缩脲试剂发生反应 ②实例分析 甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示： 观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶的化学本质为蛋白质。 主题研习(二)　酶的特性及影响酶活性的因素(深化·提能型) 一理解酶的特性 1．高效性 模型图示 分析 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 2．专一性 每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (1)物理模型——“锁钥学说” 模型图示 分析 图中A表示酶，B表示被A催化的底物，E、F表示B被酶催化分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质 (2)曲线模型 模型图示 分析 只有酶A可催化底物A参与的反应，说明酶具有专一性 3．酶的作用条件较温和 模型图示 分析 (1)在最适温度和pH条件下，酶的活性最高，温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会降低。 (2)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活 1．比较过氧化氢在不同条件下的分解——验证酶的高效性 (1)实验过程 (2)变量分析 2．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用——验证酶的专一性 (1)实验原理 ①淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖，还原糖能与斐林试剂反应，生成砖红色沉淀。 ②在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用斐林试剂鉴定溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。 (2)实验步骤 序号 操作步骤 1号试管 2号试管 1 注入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液 2 mL — 2 注入质量分数为3%的蔗糖溶液 — 2 mL 3 注入质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL 4 轻轻振荡，保温5 min 60 ℃ 60 ℃ 5 加斐林试剂，轻轻振荡 2 mL 2 mL 6 水浴加热 煮沸并保持1 min 7 观察溶液颜色 砖红色沉淀 蓝色 (3)实验结论：酶具有专一性，淀粉酶只能催化淀粉水解，而不能催化蔗糖水解。 [微提醒]　不能用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂，因为碘液只能检测淀粉是否被水解，而蔗糖分子无论是否被水解都不会遇碘液变色。 3．探究温度和pH对酶活性的影响 (1)探究温度对酶活性的影响 试管编号 试管1 试管1′ 试管2 试管2′ 试管3 试管3′ 实验步骤 一 1 mL淀粉 酶溶液 2 mL 淀粉溶液 1 mL淀粉 酶溶液 2 mL淀粉 溶液 1 mL淀粉 酶溶液 2 mL淀粉 溶液 二 放入0 ℃冰水中约5 min 放入60 ℃热水中约5 min 放入100 ℃热水中约5 min 三 将试管1与1′内的液体混合后继续在0 ℃冰水内放置10 min 将试管2与2′内的液体混合后继续在60 ℃热水内放置10 min 将试管3与3′内的液体混合后继续在100 ℃热水内放置10 min 四 取出试管各加入两滴碘液，振荡 实验现象 蓝色 无明显现象 蓝色 实验结论 淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响酶的活性 (2)探究pH对酶活性的影响 试管编号 试管1 试管2 试管3 实验步骤 一 2滴过氧化氢酶溶液 二 1 mL蒸馏水 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液 1 mL物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液 三 2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液 实验现象 有大量气泡产生 无气泡产生 无气泡产生 实验结论 pH会影响酶的活性，酶的活性有适宜的pH范围 4.“梯度法”探究酶的最适温度和pH (1)探究酶的最适温度 (2)探究酶的最适pH [思考探究] 1．同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？ 提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。 2．能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？为什么？ 提示：不能。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温时会自动分解，影响对实验结果的分析。 3．在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂来检测？为什么？ 提示：不能。因为斐林试剂与还原糖只有在水浴加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同温度。 4．在探究pH对酶活性的影响的实验中能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？为什么？ 提示：不能。因为淀粉在酸性条件下会发生水解反应，影响对实验结果的分析。 5．探究温度(或pH)对酶活性影响的实验设计思路与探究酶的最适温度(或pH)有什么不同？ 提示：二者的实验设计思路基本相同，只是前者无需设置一系列温度(或pH)梯度，设置几组温度(或pH)做自变量即可，其他操作过程基本相同。 [典例]　(2021·海南高考)某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述错误的是(　 ) 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，故该酶可以耐受一定的高温，A正确；据图可知，在t1时，酶促反应速率随温度升高而增大，B正确；由题图可知，在不同温度下，该酶达到最大催化反应速率(曲线变平缓)时所需时间不同，其中70 ℃时该酶达到最大催化反应速率所需时间最短，C正确；相同温度下，不同反应时间内该酶的催化反应速率可能相同，如达到最大催化反应速率(曲线变平缓)之后不同反应时间的催化反应速率相同，D错误。 [答案]　D |认|知|生|成| 借助模型建构法分析影响酶促反应的因素 (1)反应物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、图2) ①图1：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性的限制，酶促反应速率不再增加。 ②图2：在反应物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。 ③反应物浓度和酶浓度是通过影响反应物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。 (2)温度和pH与酶促反应速率的关系(图3) ①温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。 ②反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH。 (3)反应时间与酶促反应速率的关系(图4、图5、图6) ①图4、图5、图6的时间t0、t1和t2是一致的。 ②随着反应的进行，反应物的量因被消耗而减少，生成物的量因积累而增多。 ③t0～t1段，因反应物较充足，所以反应速率较高，反应物消耗较快，生成物生成速率较快。t1～t2段，因反应物含量减少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被消耗完，生成物不再增加，此时反应速率为0。 题点(一)　与酶高效性和专一性有关的实验分析 1．(2023·浙江6月选考)为探究酶的催化效率，某同学采用如图所示装置进行实验，实验分组、处理及结果如下表所示。 组别 甲中溶液 (0.2 mL) 乙中溶液 (2 mL) 不同时间测定的相对压强/kPa 0 s 50 s 100 s 150 s 200 s 250 s Ⅰ 肝脏提取液 H2O2溶液 0 9.0 9.6 9.8 10.0 10.0 Ⅱ FeCl3 H2O2溶液 0 0 0.1 0.3 0.5 0.9 Ⅲ 蒸馏水 H2O2溶液 0 0 0 0 0.1 0.1 下列叙述错误的是(　 ) A．H2O2分解生成O2导致压强改变 B．从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时 C．250 s时 Ⅰ 组和Ⅲ组反应已结束而 Ⅱ 组仍在进行 D．实验结果说明酶的催化作用具有高效性 解析：选C　H2O2分解生成O2导致Y型试管内压强增加，A正确；从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时，B正确；250 s时Ⅲ组反应没有结束，只是Ⅲ组没有催化剂参与，反应非常慢，导致200 s～250 s压强才没有变化，C错误；组别Ⅰ和组别Ⅱ的比较说明了酶的催化作用具有高效性，D正确。 2．(2024·广州二模)下表为某兴趣小组设计的实验及实验结果，该实验结果可以证明(　 ) 试管 淀粉溶液 2 mL 蒸馏水 2 mL 淀粉酶 蛋白酶 碘液 双缩脲 试剂 结果 1 √ √ √ 变蓝 2 √ √ √ 不变蓝 3 √ √ √ 变紫色 4 √ √ √ 变紫色 A.酶具有高效性 B．酶发挥催化作用需要温和的条件 C．酶具有专一性 D．多数酶是蛋白质，少数酶是RNA 解析：选C　本实验没有设置无机催化剂组别，不能证明酶具有高效性，A不符合题意；本实验没有设置其他实验条件(不同温度或不同pH等)作对比，不能证明酶发挥催化作用需要温和的条件，B不符合题意；根据1、2号试管实验结果可知，淀粉能被淀粉酶水解，不能被蛋白酶水解，说明酶具有专一性，C符合题意；蛋白质能与双缩脲试剂反应产生紫色，故可推测3、4号试管中的酶是蛋白质，但不能得出多数酶是蛋白质，少数酶是RNA的结论，D不符合题意。 题点(二)　探究影响酶活性的因素相关实验分析 3．(2022·重庆高考)植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37 ℃、不同pH下的相对活性，结果见表。下列叙述最合理的是(　 ) pH 相对活性 酶 3 5 7 9 11 M 0.7 1.0 1.0 1.0 0.6 L 0.5 1.0 0.5 0.2 0.1 A．在37 ℃时，两种酶的最适pH均为3 B．在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性不变 C．从37 ℃上升至95 ℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性 D．在37 ℃、pH为3～11时，M更适于制作肉类嫩化剂 解析：选D　在37 ℃时，M的最适pH为5～9，L的最适pH为5左右，A不合理。酶一般在低温条件下保存，在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性会发生改变，B不合理。在95 ℃时酶可能变性失活，因此从37 ℃上升至95 ℃，两种酶可能都已经失活，C不合理。在37 ℃、pH为3～11时，M的相对活性一般比L高(pH为5时，两种酶的活性相同)，因此该条件下M更适于制作肉类嫩化剂，D合理。 题点(三)　影响酶促反应因素的曲线分析 4．酶抑制剂能降低酶的活性，主要有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两大类。竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位；非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失。图1表示在不同的底物浓度下，两种酶抑制剂对某种消化酶的反应速率的影响；图2为最适温度下酶促反应曲线，Km表示最大反应速率(vmax)一半时的底物浓度。下列分析错误的是(　 ) A．图1中抑制剂Ⅰ为竞争性抑制剂，抑制剂Ⅱ为非竞争性抑制剂 B．底物浓度不变时，增大酶浓度会影响酶抑制剂Ⅰ的抑制作用 C．加入非竞争性抑制剂会使vmax降低，加入竞争性抑制剂会使Km值升高 D．Km值越大，酶与底物亲和力越低，Km值越小，酶与底物亲和力越高 解析：选A　非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失，导致最大酶促反应速率减小，所以图1中抑制剂Ⅰ为非竞争性抑制剂，抑制剂Ⅱ为竞争性抑制剂，A错误。底物浓度不变时，增大酶浓度会影响酶抑制剂Ⅰ(非竞争性抑制剂)的抑制作用，B正确。非竞争性抑制剂可与酶的非活性部位不可逆性结合，从而使酶的活性部位功能丧失，反应物不能与活性部位结合，故加入非竞争性抑制剂会使vmax降低；竞争性抑制剂与底物结构相似，可与底物竞争性结合酶的活性部位，从而降低底物与酶结合的机会，使反应速率降低，故加入竞争性抑制剂会使Km值升高，C正确。Km表示反应速率为1/2vmax时的底物浓度，酶与底物亲和力越高，酶促反应速率越大，则Km越小，反之Km值越大，酶与底物的亲和力越低，D正确。 [反思·收获]　“四看法”分析酶促反应曲线 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P82“探究·实践”发展演变)已知酸或碱能水解多糖和蛋白质，碘液在碱性条件下会发生歧化反应，请判断下列利用相关材料、试剂开展的实验，实验目的能够达成的是(　 ) A．利用淀粉、淀粉酶、斐林试剂探究pH对酶活性的影响 B．利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性 C．利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响 D．利用蛋清液、蛋白酶、双缩脲试剂探究pH对酶活性的影响 解析：选C　根据题意可知，酸或碱能水解多糖，所以在一定的酸碱度下，没有淀粉酶，淀粉也会水解，从而影响实验结果，A错误；蔗糖酶可以催化蔗糖水解产生葡萄糖和果糖，麦芽糖是由2分子葡萄糖组成的，而葡萄糖、果糖和麦芽糖都是还原糖，与斐林试剂在水浴加热的条件下反应呈现砖红色沉淀，因此不能判断麦芽糖是否发生水解，故而不能利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性，B错误；淀粉酶可以催化淀粉的水解，而淀粉遇碘液变蓝，可以检测淀粉是否被淀粉酶催化水解，可以利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响，C正确；根据题意可知，酸或碱能水解蛋白质，所以在一定的酸碱度下，没有蛋白酶，蛋白质也会水解，从而影响实验结果，D错误。 2．(必修1 P82“探究·实践”发展演变)为探究α­淀粉酶的失活温度，兴趣小组开展了下列探究实验，下列叙述正确的是(　 ) 试管 编号 1 1′ 2 2′ 3 3′ 4 4′ 5 5′ 淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL α­淀粉酶 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 保温温度 80 ℃ 85 ℃ 90 ℃ 95 ℃ 100 ℃ 保温时间 15 min 15 min 15 min 15 min 15 min 反应时间 将每种温度下的两支试管中的溶液混合均匀，再次在所设定的温度下保温15 min 碘液 往每组试管中滴加2滴碘液 现象 不变蓝 深蓝 深蓝 深蓝 深蓝 A.实验结果的检测试剂不能替换成斐林试剂 B．每支试管内的反应溶液需要设置相同的pH C．实验表明酶的催化作用具有高效性和专一性 D．加热至85 ℃是为酶的作用提供活化能来加快反应速率 解析：选B　α­淀粉酶可将淀粉水解产生还原糖，还原糖可与斐林试剂反应，若α­淀粉酶失活，则无法分解淀粉，而淀粉不与斐林试剂发生反应，则可根据是否出现砖红色沉淀判断α­淀粉酶是否失活，A错误；实验的自变量是温度，反应溶液的pH为无关变量，因而反应溶液的pH必须设置为相同且适宜，B正确；由题表可知，本实验没有设置无机催化剂组作为对照，也没有设置其他底物或酶，故不能证明酶的高效性和专一性，C错误；加热至85 ℃是测定该温度下酶是否失活，不是为酶的作用提供活化能，D错误。 (二)科学思维“融会通” 3．(必修1 P79“思考·讨论”类材拓展)设计简单的实验验证从大豆种子中提取的脲酶是蛋白质，请说明实验思路：向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入等量的双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质。 4．(必修1 P84“正文内容”关键提炼)举例说明细胞中的各类化学反应有序进行，与酶在细胞中的分布有关：在植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用可以在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．(2024·宜昌模拟)物质M能被酶N催化分解，Pb2＋能与酶N牢固结合而使酶失活。某研究小组做了如下两组物质M的分解实验： 实验一：在最适pH和温度条件下探究一定范围内酶N的浓度对酶促反应速率的影响； 实验二：各组均加入等量微量Pb2＋，其他条件与实验一相同，测定酶促反应速率。 下列有关说法错误的是(　 ) A．实验一和实验二中的物质M都应保持过量的状态 B．Pb2＋是通过与物质M竞争相同结合位点使酶失活 C．若略微升高实验一的反应温度，酶促反应速率会接近实验二反应速率 D．实验一和实验二的自变量和因变量都相同 解析：选B　实验一和实验二都是测定一定条件下酶的浓度对酶促反应速率的影响，为观察不同酶促反应速率，两组实验中的物质M都应保持过量的状态，A正确；Pb2＋能与酶N牢固结合而使酶失活，无法推知Pb2＋与N的结合位点是否与M和N的结合位点相同，也可能是通过与其他位点结合导致酶空间结构变化而失活，B错误；实验二的酶促反应速率低于实验一，实验一是在最适温度下进行的，若略微升高实验一的反应温度，酶活性降低，则酶促反应速率会接近实验二反应速率，C正确；实验一和实验二的自变量都是酶N的浓度，因变量都是酶促反应速率，D正确。 2．(2024·惠州期末)磷元素缺乏的环境会刺激酵母菌分泌酸性磷酸酶(P酶)。为探究A蛋白和P酶分泌的关系，科学家检测了两种酵母菌在不同条件下P酶分泌的相对量，结果如下图。电镜观察发现37 ℃下培养2小时后，与野生型相比，A基因缺失突变体细胞质中分泌泡大量积累。下列说法正确的是(　 ) A．P酶需要内质网、高尔基体加工，而细胞骨架蛋白一般不需要两种细胞器的加工 B．培养液中应加入适量磷酸盐以刺激酵母菌分泌P酶 C．与37 ℃相比，24 ℃条件下A蛋白促进P酶分泌的效果更显著 D．A蛋白的功能可能是抑制含P酶的分泌泡与细胞膜的融合 解析：选A　P酶属于分泌蛋白，需要内质网、高尔基体加工，细胞骨架蛋白属于胞内蛋白，一般不需要内质网、高尔基体加工，A正确；磷元素缺乏的环境会刺激酵母菌分泌酸性磷酸酶，B错误；由图可知，转入37 ℃培养时，野生型P酶分泌的相对量增加，而突变体P酶分泌的相对量减少，因此37 ℃条件下A蛋白促进P酶分泌的效果更显著，C错误；由题可知，A基因缺失突变体细胞质中分泌泡大量积累，则A蛋白的功能可能是促进含P酶的分泌泡与细胞膜的融合，导致P酶分泌的相对量增加，D错误。 [课时跟踪检测] 　一、选择题 1．(2024年1月·江西高考适应性演练)细胞代谢离不开酶的催化。下列关于酶的叙述，错误的是(　 ) A．低温和高温抑制酶活性的原因不同，高温可能导致酶变性 B．一般情况下，酶在反应前后的化学性质和含量不变 C．酶在催化反应的过程中不改变化学反应的活化能 D．pH会影响酶的空间结构，进而影响酶的活性 解析：选C　低温和高温抑制酶活性的原因不同，低温抑制酶的活性，而高温使酶发生空间结构的改变，可能导致酶变性，A正确；酶是生物催化剂，不参与化学反应，只是起催化作用，在反应前后的化学性质和含量不变，B正确；酶作用的原理是降低化学反应的活化能，C错误；pH过高或过低都会改变酶的空间结构，进而降低酶的活性，D正确。 2．(2024·日照模拟)有关探究温度或pH对酶活性影响的实验，下列叙述正确的是(　 ) A．探究酶的最适温度实验中需要设计空白对照 B．探究pH对酶活性的影响时，底物的量应保持充足 C．探究酶的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组 D．探究酶的最适温度时，进行预实验可以减小实验误差 解析：选B　探究酶的最适温度实验中设置一系列温度梯度进行比较，不需要设计空白对照，A错误；在一定范围内，随着底物浓度的升高，酶促反应速率会加快，因此探究pH对酶活性的影响时，底物的量应该足够多，B正确；探究酶的最适pH时，应设置一系列pH梯度，C错误；探究酶的最适温度时，设置预实验，可以为进一步的实验摸索条件，也可以检验实验设计的科学性和可行性，但不能减小实验误差，D错误。 3．酶是能催化生化反应的有机物，其活性会受到多种环境因素的影响。下列叙述正确的是(　 ) A．具有生物催化作用的RNA统称为核酶，具有生物催化作用的蛋白质统称为蛋白酶 B．随着温度升高酶变性的速率加快，因此随着温度的升高酶促反应速率也会逐渐降低 C．抑制剂甲会与底物竞争性结合酶的催化活性部位，从而阻碍酶与底物的结合，则通过增加底物浓度也不会减弱该抑制作用 D．抑制剂乙通过与酶的非催化活性部位结合从而改变了酶的构型，则反应体系中增加酶量有助于提高酶促反应速率 解析：选D　蛋白酶是水解蛋白质肽链的一类酶的总称，具有生物催化作用的蛋白质不能都称为蛋白酶，A错误；在未达到酶的最适温度前，酶的活性随温度的升高而升高，超过酶的最适温度，酶本身会随温度升高而发生热变性，温度越高酶变性速率越快，直到失去活性，B错误；抑制剂甲会与底物竞争性结合酶的催化活性部位，从而阻碍酶与底物的结合，则通过增加底物浓度会增大底物与酶的催化活性部位结合的概率，从而减弱抑制剂甲的抑制作用，C错误；抑制剂乙通过与酶的非催化活性部位结合从而改变了酶的构型，使酶不能与底物结合，导致酶促反应速率降低，则反应体系中增加酶量有助于提高酶促反应速率，D正确。 4．在探究pH对淀粉酶催化淀粉水解反应速率的影响时，某研究小组绘制了如图所示的曲线图， 其中曲线甲表示pH对淀粉分解速率的影响，曲线乙表示酶促反应速率与pH的关系。据图分析，酶促反应速率取决于(　 ) A．pH对酶结构的影响 B．pH对反应物的影响 C．pH对反应物及酶结构的共同影响 D．pH和温度的共同影响 解析：选C　由图示可知，曲线甲表示pH可影响反应物淀粉的分解速率，曲线乙表示pH可通过影响酶活性影响酶促反应速率，因此综合甲、乙曲线信息，说明酶促反应速率取决于pH对反应物及酶结构的共同影响。 5．某小组为研究温度对酶A活性的影响进行了相关实验，处理相同时间后所得结果如图所示。下列相关分析错误的是(　 ) A．该实验中，温度为自变量 B．20 ℃时反应速率慢的原因是酶的空间结构被破坏 C．该实验不能选择过氧化氢为底物 D．若增设70 ℃组，其底物剩余量可能高于60 ℃组的 解析：选B　本实验是研究温度对酶A活性的影响，自变量为温度，A正确；低温条件下酶的空间结构不被破坏，20 ℃时反应速率慢的原因是酶的活性较低，B错误；由于不同温度下过氧化氢自身分解速率不同，会影响实验结果，因此该实验不能选择过氧化氢为底物，C正确；该系列实验中，酶的最适温度不能确定，70 ℃时酶的活性可能低于60 ℃时，因此若增设70 ℃组，其底物剩余量可能高于60 ℃组的，D正确。 6．科学家提取到的第一份纯酶结晶是脲酶，与没有催化剂相比，适宜条件下，脲酶可以将尿素分解的速率提高1014倍。幽门螺杆菌是一种与胃部疾病密切相关的细菌，常寄生于胃黏膜组织中，通过分泌脲酶水解尿素产生氨。下列相关叙述错误的是(　 ) A．脲酶只能够催化尿素分解，说明脲酶具有专一性 B．幽门螺杆菌核糖体合成脲酶所需ATP来自细胞质 C．与没有催化剂相比，脲酶可以将尿素分解的速率提高1014倍，说明脲酶具有高效性 D．幽门螺杆菌产生的氨可以抵抗胃酸的杀灭作用，同时也会导致人“口气”重 解析：选C　脲酶只能够催化尿素分解，说明脲酶具有专一性，A正确；幽门螺杆菌是原核生物，只有核糖体一种细胞器，没有线粒体，故其呼吸作用发生在细胞质基质，即ATP直接来自细胞质基质，B正确；与没有催化剂相比，适宜条件下，脲酶可以将尿素分解的速率提高1014倍，说明脲酶具有催化功能，若要证明脲酶具有高效性，需与无机催化剂相比，C错误；幽门螺杆菌产生的氨可以中和胃酸而抵抗胃酸的杀灭作用，同时也会从口腔挥发出氨气的味道，导致人“口气”重，D正确。 7．为探究影响酶活性的因素、验证酶的专一性和高效性等，某同学设计了4套方案，如表所示。下列相关叙述正确的是(　 ) 方案 催化剂 底物 pH 温度 ① 胃蛋白酶、胰蛋白酶 蛋白块 中性 室温 ② 淀粉酶 淀粉、蔗糖 适宜 适宜 ③ 蛋白酶 蛋白质 适宜 不同温度 ④ 过氧化氢酶、 氯化铁溶液 过氧化氢 强酸性 室温 A.方案①的目的是探究pH对酶活性的影响，自变量是酶的种类 B．方案②的目的是验证淀粉酶的专一性，可用斐林试剂检测 C．方案③的目的是验证温度对酶活性的影响，可用双缩脲试剂检测 D．方案④的目的是验证酶的高效性，加酶的一组产生气泡数较多 解析：选B　在探究pH对酶活性的影响实验中，自变量是pH，A错误；淀粉酶能将淀粉水解为还原糖，不能将蔗糖水解为还原糖，利用斐林试剂可检测底物是否被水解，B正确；由于蛋白酶的化学本质是蛋白质，能够与双缩脲试剂发生紫色反应，故不能用双缩脲试剂检测蛋白质是否被分解，C错误；在高温、过酸或过碱的条件下，酶的空间结构遭到破坏，使酶变性失活，因此强酸性条件下，过氧化氢酶失活，不能用于验证酶的高效性，D错误。 8．(2024·漳州期末)某研究小组在过氧化氢溶液中加入一定量的过氧化氢酶，收集产生的氧气，每隔30秒进行一次测定，结果如图。下列叙述合理的是(　 ) A．过氧化氢酶为过氧化氢的分解提供了所需的活化能 B．氧气产生速率随时间变化逐渐减慢是由于酶的活性降低 C．适当增加酶的初始加入量不会改变产生的氧气总量 D．低温条件下氧气产生速率低是由于酶的空间结构被破坏 解析：选C　过氧化氢酶降低过氧化氢水解所需的活化能，催化过氧化氢水解，A错误；氧气产生速率随时间变化逐渐减慢是由于底物含量不足，B错误；酶催化化学反应只改变反应速率，不改变反应程度，反应产生的氧气总量由底物决定，适当增加酶的初始加入量不会改变产生的氧气总量，C正确；低温条件不改变酶的空间结构，但会抑制酶的活性，因此低温条件下氧气产生速率低是由于酶的活性被抑制，D错误。 9．(2024·东莞期末)植物受到低温胁迫，过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，导致活性氧积累，膜透性增加。有学者对盆栽龙眼分别喷施赤霉素(GA3)和油菜素内酯(BR)，低温条件培养一段时间，测定酶活性(相对值)，结果如下表。下列叙述错误的是(　 ) 实验操作 过氧化物酶活性 超氧化物歧化酶活性 蒸馏水 8 348 GA3　208 μM 3 285 BR　0.5 μM 20 486 BR　1.0 μM 26 441 A.低温处理时间、温度及龙眼树龄均属于该实验的无关变量 B．一定量的GA3可影响细胞代谢，增加细胞内的活性氧含量 C．一定量BR可通过提高相关酶活性降低低温对膜透性的影响 D．通过本实验可确定提高SOD活性和POD活性的BR最适剂量 解析：选D　本实验中的低温处理时间、温度及龙眼树龄均属于该实验的无关变量，无关变量的处理应该保持相同且适宜，A正确；结合实验结果可推测，一定量的GA3处理会导致过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，进而影响细胞代谢，进一步增加细胞内的活性氧含量，B正确；结合实验结果可推测，一定量BR可通过提高相关酶活性，降低活性氧积累，进而降低膜通透性，因而可以降低低温对膜透性的影响，C正确；通过本实验不能确定提高SOD活性和POD活性的BR最适剂量，因为本实验中对BR剂量的使用设计的组别太少，同时设置的浓度梯度较大，D错误。 二、非选择题 10．(2024·广州一模)涤纶是一种常用作包装材料和纺织用品的高分子化合物。提高涤纶的生物降解效率，回收水解产物对苯二甲酸(PTA)，能有效减少涤纶对环境的污染。科研工作者以能降解涤纶的ICCG(一种角质酶)为研究对象开展相关实验。在一定数量的三角瓶中加入适量的涤纶和磷酸缓冲液、一定浓度的ICCG溶液，设置6个温度组别，在适宜条件下反应8 h，根据PTA的浓度来判断ICCG的活性大小，结果如图。回答下列问题。 (1)ICCG能催化涤纶水解却不能催化橡胶水解，这体现了酶具有 ________性。 (2)为探究ICCG水解涤纶的适宜温度，科研工作者先在40～90 ℃进行 ________，再选取60～80 ℃进行实验。反应体系中加入磷酸缓冲液的目的是 _______________________。 (3)附着在涤纶表面的重金属污染物可降低ICCG活性，原因是 ______________ ______________________________________________________________________。 (4)为进一步研究不同浓度的铜离子对ICCG活性的影响，完善以下实验步骤。实验试剂：一定浓度的ICCG溶液、三种不同浓度的铜离子溶液、涤纶、磷酸缓冲液等。 步骤一：向等量的三种浓度的铜离子溶液中分别滴加 _______________________，随后在 ______ ℃下处理30 min获得孵育液。 步骤二：各组在三角瓶中加入适量的涤纶、磷酸缓冲液，再分别加入等量的上述三组孵育液，在适宜条件下反应8 h，检测并比较 __________。 答案：(1)专一　(2)预实验　维持反应体系中pH的相对稳定　(3)ICCG本质是蛋白质，重金属可使蛋白质变性　(4)等量一定浓度的ICCG溶液　72　PTA的浓度 11．生物体内的生化反应几乎都离不开酶的催化作用，酶在提高反应速率的同时需要温和的作用条件。 (1)酶促反应中，酶的催化效率可用 ________________________________________表示。 (2)设置若干酶促反应实验组，每组设置特定温度。当酶浓度及其他实验条件一定时，该蛋白酶的催化效率(酶促反应速率)与温度的关系如图所示，则t1上升到t3、t5下降至t3这两个温度变化过程中，该蛋白酶活性的变化________(填“一样”或“不一样”)，原因是 _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)可逆型抑制剂通过和酶形成复合物降低酶活性，但这种复合物可通过透析或超过滤等方法分离开来，分离后的酶活性不变，仍然可以催化反应。不可逆型抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶蛋白中的基团结合，使酶活性降低，且酶活性降低后不能恢复。不可逆型抑制剂与酶结合后不分离，因此不能通过透析或超过滤等物理方法除去抑制剂。物质P会对酶A的活性产生抑制作用，为了探究物质P的抑制剂类型，某实验小组进行了相关实验，请将实验补充完整并讨论实验结果。 ①实验设置：试管一中加入酶A和底物；试管二中加入酶A和物质P，放置一段时间后加入底物；试管三中加入酶A和物质P，______________________________；分别检测三支试管中酶A的活性。 ②实验结果：若 ________________________________________________________，则物质P为不可逆型抑制剂。 解析：(1)酶促反应中，酶对化学反应的催化效率可用单位时间内反应底物的消耗量或产物的生成量表示。(2)低温状态下，酶的活性被抑制，但空间结构未被破坏，当温度上升，酶的活性可升高；在高温状态下，酶因空间结构被破坏而失活，温度下降，酶的活性不能恢复，因此t1(低温)上升到t3和t5(高温)下降到t3这两个温度变化过程中，该蛋白酶活性的变化不一样。(3)若物质P为不可逆型抑制剂，则酶A和物质P不可分离，若物质P为可逆型抑制剂，则酶A和物质P可通过透析或超过滤等物理方法分离，因此试管三的实验设置为加入酶A和物质P，放置与试管二相同时间后进行透析或超过滤，再加入底物。试管一为对照组，若酶A和物质P可分离，则酶A的活性为试管一＝试管三>试管二；若酶A和物质P不可分离，则酶A的活性为试管一＞试管三＝试管二。 答案：(1)单位时间内反应底物的消耗量或产物的生成量　(2)不一样　t1时该蛋白酶活性受到抑制，但空间结构未被破坏，当温度由t1上升到t3时，酶的活性会上升；t5时该蛋白酶的空间结构被破坏，活性丧失，当温度由t5下降至t3时，酶的活性不能恢复　(3)①放置与试管二相同时间后进行透析或超过滤，再加入底物　②试管二中酶A的活性与试管三中的相同，且两者的酶活性均低于试管一中的 第2讲　ATP和细胞呼吸 【学习目标】　1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质； 　2.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，说出细胞呼吸的类型；　 3.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机物中的能量转化为生命活动可以利用的能量； 　4.分析影响细胞呼吸的因素及应用。 　建构知识体系 第一课时　ATP的结构与功能和细胞呼吸的原理 主题研习(一)　ATP的结构与功能(基础·自学型)　 (一)ATP的结构 1．ATP的组成结构 2．ATP的供能原理 (二)ATP和ADP的相互转化 1．ATP和ADP的转化图 2．ATP的合成和水解的区别 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 反应 场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 能量 来源 光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸) 储存在特殊化学键中的化学能 能量 去路 储存在ATP中形成末端的特殊化学键 可直接转化成其他形式的能量用于生命活动 (三)ATP的利用 1．ATP为主动运输供能 (1)相关图示 (2)图示分析 ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与相应化学反应。 2．细胞内的吸能反应和放能反应 [微点判断] (1)(2022·浙江1月选考)ATP由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。(×) (2)(2021·北京卷)ATP必须在有氧条件下合成。(×) (3)(2019·全国卷Ⅲ)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。(×) (4)ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少，ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。(√) (5)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(√) 题点(一)　ATP的结构与功能 1．(2024·万州月考)如图是ATP分子的结构式，相关叙述正确的是(　 ) A．ATP水解的过程常伴随放能反应的发生 B．③脱离ATP后，挟能量可使载体蛋白等分子磷酸化 C．所有生物体都存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制 D．①②③脱离后，ATP剩下的部分成为RNA分子的基本单位之一 解析：选B　ATP水解的过程中，远离A的特殊化学键会断裂，并释放大量能量，供生命活动需要，故常伴随吸能反应的发生，A错误；在主动运输过程中，需要ATP水解提供能量，磷酸基团③脱离ATP后，挟能量可使载体蛋白等分子磷酸化，并引起载体蛋白空间结构的改变，B正确；ATP和ADP的相互转化，是植物、动物、细菌和真菌细胞共有的能量供应机制，病毒不存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制，C错误；磷酸基团②③脱离后，ATP剩下的部分为腺嘌呤核糖核苷酸，成为RNA分子的基本单位之一，D错误。 2．除了ATP以外，生物体内还存在其他可以供能的核苷三磷酸。例如UTP用于多糖合成，CTP用于磷脂合成，GTP用于蛋白质合成等。UTP、CTP或GTP分子中的特殊的化学键不是直接由物质氧化获能产生的。物质氧化时释放的能量都必须先合成ATP，然后ATP将磷酸基团转移给相应的核苷二磷酸，生成核苷三磷酸：ATP＋UDP→ADP＋UTP。下列叙述正确的是(　 ) A．生物体内并非所有生命活动都由ATP直接供能 B．有氧呼吸也能产生其他核苷三磷酸 C．作为高能磷酸化合物，ATP中的能量主要储存在磷酸基团中 D．各种物质的吸收均依靠ATP供能 解析：选A　除了ATP以外，生物体内还存在其他可以供能的核苷三磷酸，因此生物体内并非所有生命活动都由ATP直接供能，A正确；UTP、CTP或GTP分子中的特殊的化学键不是直接由物质氧化获能产生的，物质氧化时释放的能量都必须先合成ATP，然后ATP将磷酸基团转移给相应的核苷二磷酸，生成核苷三磷酸，因此有氧呼吸不能产生其他核苷三磷酸，B错误；作为高能磷酸化合物，ATP中的能量主要储存在特殊化学键中，不是在磷酸基团中，C错误；除了ATP以外，生物体内还存在其他可以供能的核苷三磷酸，因此各种物质的吸收并非都依靠ATP供能，且有些物质的吸收是被动运输，不消耗能量，D错误。 题点(二)　ATP与ADP的转化和ATP的利用 3．(2024·邵阳一模)蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化与其活性的关系如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．伴随蛋白质磷酸化形成的ADP进一步水解可产生构建RNA分子的单体 B．蛋白质分子磷酸化的过程，短时间内会导致周围局部环境中ADP含量增多 C．某物质通过磷酸化的载体蛋白来运输，其通过细胞膜的方式是协助扩散 D．Ca2＋逆浓度梯度进入细胞需要蛋白激酶作用，使载体蛋白的空间结构发生变化 解析：选C　伴随蛋白质磷酸化形成的ADP可进一步水解形成腺嘌呤核糖核苷酸，是构建RNA分子的单体，A正确；蛋白质被磷酸化激活的过程中，ATP水解产生ADP和磷酸，其中的磷酸分子转移到蛋白质上，短时间内周围局部环境中ADP含量增多，B正确；蛋白质被磷酸化激活的过程需要消耗ATP，某物质通过磷酸化的载体蛋白来运输，其通过细胞膜的方式是主动运输，C错误；Ca2＋逆浓度梯度进入细胞需要能量和载体蛋白，因此需要蛋白激酶作用使ATP水解供能，同时无活性载体蛋白变成有活性载体蛋白，空间结构发生变化，D正确。 1．关于ATP的3个易错点 (1)ATP≠ 能量，ATP是直接能源物质，但不是唯一的，生物体内还存在CTP、GTP、UTP等直接能源物质。 (2)ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。 (3)细胞中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中，由于ADP、Pi 可重复利用，只要提供能量，生物体就可不断合成ATP，满足生命活动的需要。 2．磷酸化和去磷酸化 (1)在相应的位置上，加上磷酸基团称为磷酸化，将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内，称光合磷酸化；腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内，称氧化磷酸化。这两种磷酸化过程中，都伴随着能量向ATP的转移。若蛋白质分子加上磷酸基团，称蛋白质分子的磷酸化，已磷酸化的蛋白质分子去除磷酸基团，称蛋白质分子的去磷酸化。 (2)磷酸化和去磷酸化，一般指的是蛋白质分子的磷酸化和蛋白质分子的去磷酸化。蛋白质分子的磷酸化过程，往往伴随着ATP水解，提供磷酸基团，在蛋白激酶的作用下完成。蛋白质分子的去磷酸化，在蛋白磷酸酶的作用下完成。 主题研习(二)　细胞呼吸的方式和过程(深化·提能型) (一)完善有氧呼吸和无氧呼吸的原理和过程 1．有氧呼吸 (1)概念：指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 (2)有氧呼吸过程 ①总化学反应式 C6H12O6＋6H2O＋6O2酶,6CO2＋12H2O＋能量。 ②能量转化：少量能量转移至ATP中，大部分能量则以热能形式散失。 2．无氧呼吸 (1)场所：全过程是在细胞质基质中进行的。 (2)过程 (3)化学反应式 ①产物为酒精和CO2 C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。 ②产物为乳酸 C6H12O62C3H6O3＋少量能量。 (4)能量转化 ①只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。 ②葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 3．细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路分析 物质 来源 去路 [H] 有氧呼吸：C6H12O6和H2O； 无氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：与O2结合生成H2O； 无氧呼吸：还原丙酮酸 ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生； 无氧呼吸：只在第一阶段产生 用于绝大多数生命活动 (二)细胞呼吸中各物质间量的关系、细胞呼吸方式的判断及细胞呼吸的作用 [典例]　(2024·长沙模拟)细胞呼吸的呼吸熵为细胞呼吸产生的CO2量与细胞呼吸消耗的O2量的比值。现有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合液，培养条件适宜。据此做出的相关分析错误的是 (　 ) A．若测得酵母菌的呼吸熵为1，则混合液中的酵母菌只进行有氧呼吸 B．若测得酵母菌的呼吸熵大于1，则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 C．根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，无法确定酵母菌的呼吸方式 D．若测得CO2产生量为15 mol，酒精的产生量为6 mol，可推测有2/3的葡萄糖用于有氧呼吸 [解析]　若测得酵母菌的呼吸熵为1，说明酵母菌呼吸产生的CO2和消耗的O2的量相等，可说明酵母菌只进行有氧呼吸，不进行无氧呼吸，A正确；若测得酵母菌的呼吸熵大于1，说明酵母菌呼吸产生的CO2的量大于消耗的O2的量，则混合液中的酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，B正确；CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2，所以不能根据放出的气体是否能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄来确定酵母菌的呼吸方式，C正确；根据无氧呼吸的反应式可知，当无氧呼吸产生酒精的量是6 mol时，无氧呼吸产生CO2的量为6 mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量是3 mol，细胞呼吸中CO2总产生量为15 mol，说明有氧呼吸产生CO2量为9 mol，根据有氧呼吸反应式可知，有氧呼吸消耗葡萄糖为1.5 mol，可推测有1.5÷(1.5＋3)＝1/3的葡萄糖用于有氧呼吸，D错误。 [答案]　D |认|知|生|成| 1．有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸各物质间的比例关系(以葡萄糖为呼吸底物) (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)消耗等量的葡萄糖时，产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1∶3。 (4)同时进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸，且两种呼吸方式消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为3∶4。 2．细胞呼吸方式的判断(以真核生物分解葡萄糖为例) 题点(一)　细胞呼吸的原理和过程 1．(2023·山东高考)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(　 ) A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质 B．检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成 C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足 D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒 解析：选B　玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为逆浓度梯度的主动运输，即液泡中H＋浓度高，故正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A错误；玉米根部短时间水淹时，根部氧气含量少，但部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，因此检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B正确；丙酮酸产乳酸途径和丙酮酸产酒精途径均无ATP的产生，C错误；丙酮酸产酒精途径消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径消耗的[H]的量相同，D错误。 2．(2024·南京模拟)细胞呼吸过程中形成的NADH等物质通过电子传递系统将电子传递给氧生成水，并偶联ATP合成的过程称为氧化磷酸化，如图为细胞呼吸过程中电子传递和氧化磷酸化过程。已知人体棕色脂肪细胞线粒体内膜上有一种特殊的通道蛋白UCP。ATP合成酶竞争性地将膜间隙高浓度的H＋回收到线粒体基质。下列说法不正确的是(　 ) A．膜间隙高浓度的H＋全部来自有机物的分解 B．NADH中的能量可通过H＋的电化学势能转移到ATP中 C．蛋白质复合体运输H＋和ATP合成酶复合体运输H＋的方式分别为主动运输和协助扩散 D．寒冷条件下棕色脂肪细胞被激活时，线粒体有氧呼吸释放的能量中热能所占比例明显增加 解析：选A　膜间隙高浓度的H＋来自细胞呼吸第一阶段和有氧呼吸第二阶段，即来自有机物和水，A 错误；图中NADH 中电子被电子载体所接受，使得线粒体膜间隙的H＋浓度升高，在线粒体内膜两侧形成一个质子跨膜梯度，NADH 中的能量变为H＋电化学势能，再通过H＋向膜内运输变为ATP中的能量，B正确；H＋由线粒体基质进入线粒体膜间隙的过程为逆浓度梯度，且需要能量，运输方式为主动运输；ATP合成酶复合体运输H＋是顺浓度的，运输方式为协助运输，C正确；结合题图可知，棕色脂肪细胞被激活时，通过UCP转运减低了线粒体内膜两侧的H＋浓度差，使得有氧呼吸合成ATP减少，以热能形式散失的能量所占比例明显增加，D正确。 题点(二)细胞呼吸中物质量的变化和细胞呼吸方式的判断 3．葡萄糖和脂肪是细胞呼吸常用的物质，葡萄糖中的氧含量远多于脂肪，科学研究中常用RQ(释放的CO2体积/消耗的O2体积)来推测生物的呼吸方式和用于呼吸的能源物质。下列叙述错误的是(　 ) A．水淹时植物根细胞的RQ>1，该植物根细胞呼吸的产物可能有酒精 B．若测得酵母菌在葡萄糖培养液中的RQ＝1，说明进行的是有氧呼吸 C．若测得某植物种子在萌发初期的RQ<1，该植物种子可能富含脂肪 D．人体在剧烈运动的时候，若呼吸底物只有葡萄糖，RQ会大于1 解析：选D　水淹时，根细胞可进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，释放的CO2体积/消耗的O2体积会大于1，A正确；酵母菌既可以进行有氧呼吸，又可以进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，在葡萄糖培养液中RQ＝1，说明释放的CO2体积与消耗的O2体积相等，则酵母菌进行的是有氧呼吸，B正确；若呼吸底物为葡萄糖，则有氧呼吸消耗的O2和产生的CO2一样多，由于相同质量的脂肪氧化分解时，消耗的O2量大于产生的CO2的量，所以若测得某植物种子在萌发初期的RQ<1，说明该植物种子可能富含脂肪，C正确；人体在剧烈运动的时候，既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸，但无氧呼吸的产物是乳酸，若呼吸底物只有葡萄糖，则有氧呼吸消耗的O2和产生的CO2一样多，故RQ＝1，D错误。 题点(三)　细胞呼吸与细胞代谢的关系 4．(2024·福州模拟)糖类、脂肪和蛋白质是细胞的主要营养物质，如图是人体有机物代谢过程模式图。图中字母表示物质，数字表示代谢过程。下列叙述错误的是(　 ) A．①过程发生在细胞质基质中，A为丙酮酸 B．D为脂肪酸，大多数是饱和的，熔点较高 C．图中三大类营养物质氧化分解过程中形成ATP最多的过程是④ D．⑥和⑪过程能产生人体所需的8种必需氨基酸 解析：选D　①过程是糖酵解过程，即葡萄糖经一系列氧化分解转变为丙酮酸的过程，故A是丙酮酸，该过程发生的场所是细胞质基质，A正确；D是脂肪酸，脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，大多数动物脂肪含饱和脂肪酸，熔点较高，室温下呈固态，B正确；图中④过程，即[H]和O2生成水的过程会产生大量的ATP，较其他氧化分解过程释放的ATP多，C正确；必需氨基酸是人体不能自己合成的，必须从外界环境获取的，故⑥和⑪过程均不能产生人体的必需氨基酸，D错误。 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P86“相关信息”拓展分析)如图是ATP的结构式，图中A、B、C表示构成ATP分子的物质，①～④表示连接各小分子的化学键。下列叙述正确的是(　 ) A．图中A代表腺苷，ATP的元素组成与RNA的元素组成相同 B．少数酶中也可能含有A、B、C C．无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成 D．代谢越旺盛的细胞，②的水解和形成速率越快 解析：选B　图中A代表腺嘌呤，ATP的元素组成与RNA的元素组成相同，都是C、H、O、N、P，A错误；少数酶也可能是RNA，RNA中含有A(腺嘌呤)、B(核糖)、C(磷酸基团)，B正确；无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中没有能量的释放，故不会伴随有ATP的合成，C错误；代谢越旺盛的细胞，④的水解和形成速率越快，D错误。 (二)科学思维“融会通” 2．(必修1 P86“正文内容”关键点拨)ATP中含有3个磷酸基团，磷酸基团带有负电荷。请从电荷间的相互作用角度解释ATP分子中远离腺苷的那个特殊的化学键容易水解的原因：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，因而远离腺苷的那个特殊的化学键容易水解。 3．(必修1 P94“相关信息”拓展分析)1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖分解生成乳酸，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向是无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中没有释放出来；而氧化分解释放的能量主要以热能形式散失了。 4．(必修1 P93“图5­9”分析解读)据生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解回答问题。 (1)图中A是丙酮酸，其产生的部位是细胞质基质。 (2)反应①②③④中，必须在有氧条件下进行的是②，可在人体细胞中进行的是①②④。(均填图中序号) (3)苹果储藏久了，会有酒味产生，其原因是发生了图中①③过程；而马铃薯块茎储藏久了却没有酒味产生，其原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中①④过程。(均填图中序号) (4)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是种子在有氧呼吸过程中产生了水。 (5)如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸，消耗O2的量要大于产生CO2的量，其原因是与葡萄糖相比，脂肪含H量高，因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．(2024·汕头二模)研究证实ATP既是“能量通货”，也可作为一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．图中神经细胞释放ATP的过程需要相关蛋白质参与并且耗能 B．ATP作为信号分子发挥作用的过程能体现细胞间的信息交流 C．靶细胞膜上存在ATP的受体能成为ATP作为信号分子的证据 D．细胞间隙中的ATP在有关酶作用下脱去磷酸基团生成腺嘌呤 解析：选D　神经细胞释放ATP的方式为胞吐，胞吐过程需要消耗能量，需要相关蛋白质参与，A正确；ATP作为信号分子与P2X受体特异性结合，调节细胞的生命活动，可见ATP发挥作用的过程能体现细胞间的信息交流，B正确；信息分子需要与相应的受体特异性结合才能完成信息交流过程，故靶细胞膜上存在ATP的受体能成为ATP作为信号分子的证据，C正确；细胞间隙中的ATP在有关酶作用下脱去三个磷酸基团生成的物质为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，D错误。 2．(2024·揭阳期末)随着对乳酸研究的不断深入，乳酸在代谢中的积极意义不断被揭示。下图是真核细胞内与乳酸有关的代谢示意图(数字表示场所，LDH表示乳酸脱氢酶)。下列相关叙述正确的是(　 ) A．数字①②分别表示细胞质基质和线粒体外膜 B．据图可确定乳酸跨膜运输的方式是主动运输 C．细胞内O2充足时丙酮酸也可能转化为乳酸 D．图中的NADH在线粒体基质与O2结合生成水 解析：选C　葡萄糖分解成丙酮酸，并进一步转化为乳酸发生在细胞质基质(①)，丙酮酸转化成CO2和H2O发生在线粒体基质和线粒体内膜(②)，A错误；据图可知，乳酸通过单羧酸转运蛋白进入细胞和线粒体，并没有消耗能量，推测其运输方式为协助扩散，B错误；分析图可知，细胞内O2充足时丙酮酸也可能转化为乳酸，乳酸再进入线粒体转化为CO2和H2O，C正确；NADH在线粒体内膜与O2结合形成H2O、NAD＋，D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2024·南阳模拟)ATP被称为细胞中的能量“货币”，其合成和水解与多种生理过程有关。下列关于ATP的叙述，正确的是(　 ) A．ATP水解掉两个磷酸基团后可用于RNA的合成 B．ATP中的“A”与DNA和RNA中的“A”为同一种物质 C．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATPADP＋Pi的转化 D．运动员在比赛时，因过多消耗ATP而导致ADP大量积累 解析：选A　ATP水解掉两个磷酸基团后为腺嘌呤核糖核苷酸，可用于RNA的合成，A正确；ATP中的“A”是腺苷，DNA和RNA中的“A”是腺嘌呤，二者为不同的物质，B错误；淀粉水解成葡萄糖不消耗ATP，C错误；运动员比赛时，细胞内ATP 和ADP 迅速转化，以满足机体对能量的需求，细胞内不会大量积累ADP，D错误。 2．腺苷三磷酸二钠片或注射液主要用于心功能不全、进行性肌萎缩、脑出血等后遗症的辅助治疗。其药理是腺苷三磷酸作为一种辅酶，不仅能改善机体代谢，而且还参与体内脂肪、蛋白质、糖、核酸以及核苷酸的代谢。下列说法错误的是(　 ) A．腺苷三磷酸中的腺苷即结构简式中的A B．ATP去掉所有磷酸基团后，为某些病毒遗传物质的单体 C．进行性肌萎缩患者口服腺苷三磷酸二钠片可改善运动能力 D．生物体内腺苷三磷酸与腺苷二磷酸的相互转化体现了生物界的统一性 解析：选B　腺苷三磷酸的结构简式是A—P～P～P，其中A代表腺苷，A正确；ATP去掉所有磷酸基团后得到的是腺苷，加上一个磷酸基团，可成为RNA的基本组成单位，即腺嘌呤核糖核苷酸，B错误；由题意可知，腺苷三磷酸二钠片主要用于进行性肌萎缩等后遗症的辅助治疗，腺苷三磷酸可改善机体代谢，所以进行性肌萎缩患者口服腺苷三磷酸二钠片可改善运动能力，C正确；生物体内腺苷三磷酸与腺苷二磷酸的相互转化几乎存在于所有生物体内，体现了生物界的统一性，D正确。 3．(2024·南宁二模)ATP的合成是生物有机体中主要的化学反应之一，而合成ATP需要ATP合成酶的参与，该酶的作用机理是参与生物体的氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子(H＋)动力势能的推动下合成ATP，下列说法错误的是(　 ) A．该酶广泛分布于线粒体、叶绿体的内外膜和原核细胞的质膜上 B．ATP合成酶跨膜部位呈疏水性，有利于与膜结合部位的稳定 C．H＋跨膜驱动ATP合成的运输方式是协助扩散，需要载体协助 D．ATP的合成在细胞中时刻进行并与ATP的水解处于动态平衡 解析：选A　呼吸作用和光合作用都能利用ATP合成酶产生ATP，在真核细胞中，ATP合成酶广泛分布于线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜上，线粒体的外膜、叶绿体的内外膜上并没有该酶附着，A错误；磷脂双分子层内部为疏水性质，ATP合成酶跨膜部位呈疏水性，有利于与膜结合部位的稳定，B正确；H＋顺浓度梯度穿过ATP合成酶，释放出化学势能用于ATP的合成，H＋以协助扩散的方式进行跨膜运输，需要载体协助，C正确；ATP在细胞中含量很少，但可通过与ADP的快速转化为细胞供能，ATP的合成与ATP的水解处于动态平衡，D正确。 4．(2024·成都模拟)下列关于几种细胞进行呼吸作用时，几种产物的产生场所对应正确的是(　 ) A．酵母菌产生酒精的场所是线粒体基质 B．乳酸菌产生CO2的场所是细胞质基质 C．肌肉细胞产生H2O的场所是线粒体内膜 D．叶肉细胞产生CO2的场所是细胞质基质 解析：选C　酵母菌无氧呼吸产生酒精和CO2，产生酒精的场所是细胞质基质，A错误；乳酸菌只能进行无氧呼吸产生乳酸，不能产生CO2，B错误；肌肉细胞进行有氧呼吸第三阶段能产生水，场所在线粒体内膜，C正确；叶肉细胞进行有氧呼吸时产生CO2的场所是线粒体基质，若进行无氧呼吸，产生 CO2的场所在细胞质基质，D错误。 5．(2024·梅河口模拟)糖酵解途径是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应。研究发现，在肿瘤细胞中，无论氧气供应是否充足，肿瘤细胞都优先通过无氧呼吸的糖酵解途径供能。下列说法错误的是(　 ) A．有氧呼吸和无氧呼吸过程都会发生糖酵解途径 B．糖酵解途径在细胞质基质中发生，产物有丙酮酸、ATP和[H] C．肿瘤细胞进行无氧呼吸时，葡萄糖中的能量主要以热能的形式散失 D．肿瘤细胞进行无氧呼吸时，糖酵解途径产生的[H]与丙酮酸反应生成乳酸 解析：选C　有氧呼吸和无氧呼吸的第一个阶段相同，都会发生糖酵解途径，A正确；糖酵解途径即细胞呼吸的第一阶段，在细胞质基质中发生，产物有丙酮酸、ATP和[H]，B正确；肿瘤细胞进行无氧呼吸时，葡萄糖中的能量主要储存在不彻底分解产生的有机物中，C错误；动物进行无氧呼吸的产物是乳酸，则肿瘤细胞进行无氧呼吸时，糖酵解途径产生的[H]与丙酮酸反应生成乳酸，D正确。 6．(2024年1月·贵州高考适应性演练)用酵母菌做实验材料探究细胞呼吸，将酵母菌(甲)、细胞质基质(乙)及线粒体(丙)分别放入3支试管，向试管中加入等量、相同浓度的葡萄糖溶液，均供氧充足，一段时间后，得到葡萄糖和CO2的相对含量变化如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．甲中产生的CO2其氧元素来自葡萄糖和水 B．乙反应结束后可用酸性重铬酸钾溶液检测酒精 C．甲和乙消耗等量的葡萄糖释放的能量相等 D．实验结果表明葡萄糖不能进入线粒体或不能在线粒体中分解 解析：选C　由于供氧充足，甲进行有氧呼吸，有氧呼吸产生的CO2其氧元素来自葡萄糖和水，A正确；由题意可知，乙只能进行无氧呼吸，乙反应结束后产生的酒精可用酸性重铬酸钾检测，检测后乙所在试管溶液呈灰绿色，B正确；甲(进行有氧呼吸)和乙(只进行无氧呼吸)消耗等量的葡萄糖，前者释放的能量多于后者，C错误；丙中葡萄糖无消耗，说明葡萄糖不能进入线粒体或不能在线粒体中分解，D正确。 7．(2024·衡阳模拟)好氧生物在进行有氧呼吸第二阶段时，丙酮酸首先会分解成乙酰辅酶A和CO2。研究发现，在厌氧细菌H中有利用乙酰辅酶A和CO2合成丙酮酸，进而生成氨基酸等有机物的代谢过程。科研人员利用13C标记的13CO2和酵母菌提取物培养基培养H菌，检测该菌中谷氨酸的13C比例，结果如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．有氧呼吸第二阶段的产物是CO2和H2O，场所在线粒体基质 B．可推测CO2浓度升高，有利于乙酰辅酶A和CO2生成丙酮酸 C．H菌中乙酰辅酶A和丙酮酸间的转化方向取决于CO2的浓度 D．由实验结果可推测H菌可以固定CO2，其代谢类型为自养型 解析：选B　有氧呼吸第二阶段的产物是CO2和[H]，原核细胞有氧呼吸第二阶段的场所在细胞质基质，A错误；由图中信息可知，在一定范围内，随13CO2浓度增大，厌氧细菌H中谷氨酸的13C 所占的比例增大，谷氨酸是由乙酰辅酶A和CO2合成丙酮酸进而生成的代谢产物，所以CO2浓度升高有利于乙酰辅酶A和 CO2生成丙酮酸，B正确；由题干信息可知，好氧生物在进行有氧呼吸第二阶段时，丙酮酸首先会分解成乙酰辅酶A和CO2，在厌氧细菌H中有利用乙酰辅酶A和CO2合成丙酮酸，进而生成氨基酸等有机物的代谢过程，由此可见乙酰辅酶A和丙酮酸间的转化方向取决于O2的浓度，C错误；自养生物是指能利用 CO2和 H2O等无机物合成有机物的生物，而H菌利用乙酰辅酶A和 CO2合成丙酮酸，进而生成氨基酸等有机物，是进行有机物的转换，因此它不属于自养生物，D错误。 8．(2024·柳州二模)抗氰呼吸是指当植物体内存在影响细胞色素氧化酶COX(复合体Ⅳ)活性的氰化物时，仍能继续进行的呼吸，该过程产生的ATP较少，抗氰呼吸与交替氧化酶(AOX)密切相关，其作用机理如图所示。不能进行抗氰呼吸的植物缺乏 AOX。研究发现，生长在低寒地带的沼泽植物臭菘的花序中含有大量的AOX。下列相关叙述错误的是(　 ) A．抗氰呼吸是一种不彻底的氧化分解，因此该过程生成的ATP较少 B．COX和AOX均能催化O2与NADH结合生成水 C．与COX相比，AOX对氰化物的敏感性较低 D．臭菘花序可能产生更多的热量促进挥发物质挥发，吸引昆虫传粉 解析：选A　由题意可知，生长在低寒地带的臭菘的花序中含有大量AOX，结合题图推测抗氰呼吸也是彻底的氧化分解，抗氰呼吸比正常呼吸产生的热量更多，则合成的ATP就更少，A错误；COX和AOX均参与细胞呼吸的第三阶段，能催化O2与NADH结合生成水，B正确；抗氰呼吸与AOX密切相关，说明存在氰化物时在AOX的作用下仍能进行呼吸作用，所以AOX对氰化物的敏感性较低，C正确；生长在低寒地带的沼泽植物臭菘的花序中含有大量的交替氧化酶，可通过抗氰呼吸产生更多的热量促进挥发物质挥发，吸引昆虫传粉，D正确。 9．(2024·北京大兴期末)葡萄糖进入细胞后在己糖激酶的作用下磷酸化，然后才能分解成丙酮酸。脱氧葡萄糖(2­DG)可与葡萄糖竞争己糖激酶，但不生成丙酮酸。下列说法错误的是(　 ) A．己糖激酶可以降低葡萄糖磷酸化所需的活化能 B．2­DG进入细胞时不需要细胞膜上的蛋白质协助 C．2­DG在细胞内的大量积累可抑制细胞呼吸 D．2­DG可使癌细胞“挨饿”，进而抑制其增殖 解析：选B　酶起催化作用的实质是降低化学反应所需活化能，己糖激酶可以降低葡萄糖磷酸化所需的活化能，A正确；脱氧葡萄糖(2­DG)可与葡萄糖竞争己糖激酶，可知2­DG与葡萄糖结构相似，则推测2­DG进入细胞时需要细胞膜上的转运蛋白协助，B错误；依题意，脱氧葡萄糖(2­DG)可与葡萄糖竞争己糖激酶，但不生成丙酮酸，故2­DG在细胞内大量积累可抑制细胞呼吸，可使癌细胞“挨饿”，进而抑制其增殖，C、D正确。 10．(2024·郑州一模)乙醇脱氢酶(ADH)和乳酸脱氢酶(LDH)分别是催化产酒精的无氧呼吸、产乳酸的无氧呼吸过程中的关键酶，下图表示某花生品种在水淹条件下根细胞内ADH和LDH的活性变化，相关描述错误的是(　 ) A．ADH和LDH均存在于细胞质基质中 B．每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP与产生乳酸时生成的一样多 C．花生根细胞既能进行产酒精的无氧呼吸，也能进行产乳酸的无氧呼吸 D．第3天后ADH和LDH活性均下降，说明花生植株已经适应无氧环境 解析：选D　ADH和LDH均是参与无氧呼吸的酶，无氧呼吸发生在细胞质基质中，故二者都存在于细胞质基质中，A正确；产生酒精的无氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸第一阶段相同，且只有第一阶段产生ATP，故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP与产生乳酸时生成的一样多，B正确；根据图示信息，在水淹条件下，花生根细胞中两种酶的活性均增强，说明可进行两种无氧呼吸，C正确；第3天后ADH和LDH活性均下降，说明花生植株在长时间无氧环境下可能无法生活，D错误。 二、非选择题 11．(2024·沈阳模拟)如图1表示酵母菌细胞呼吸过程中相关物质的代谢过程，请回答以下问题： (1)有些人认为，细胞呼吸过程中有氧气存在会抑制第一阶段中相关酶的活性。为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取__________(填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”)均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液，立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中滴加等量的酸性重铬酸钾溶液进行检测。按照上述实验过程，观察到 ____________________________，说明假说不成立。后来研究发现O2的存在并不能直接抑制第一阶段的相关酶的活性，而是在有氧条件下线粒体中产生较多的ATP和柠檬酸抑制了第一阶段中相关酶的活性。 (2)图1中酶2催化产生的CO2中的氧来自 ____________________，酶3催化产生的H2O中的氧来自 ________。 (3)酵母菌细胞内ATP在____________________________________(填场所)合成。为了研究酵母菌细胞中ATP的合成机制，科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建ATP体外合成体系，如图2所示。相关实验结果如下表： 组别 大豆磷脂 构成的囊泡 人工体系 H＋通过Ⅰ的转运 H＋通过Ⅱ的转运 ATP Ⅰ Ⅱ 1 ＋ ＋ ＋ 有 有 产生 2 ＋ － ＋ 无 无 不产生 3 ＋ ＋ － 有 无 不产生 注：“＋”“－”分别表示人工体系中组分的“有”“无”。 进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度 ________囊泡外，膜蛋白(Ⅰ)转运H＋________(填“需要”或“不需要”)消耗能量。H＋通过ATP合成酶(Ⅱ)向外转运过程中，ATP合成酶(Ⅱ)除了有催化作用之外，还有 __________________________________功能。上述实验表明，人工体系模拟产生ATP，能量的直接来源是 __________________________。 解析：(1)细胞呼吸第一阶段是葡萄糖转变形成丙酮酸，场所是细胞质基质，说明第一阶段中相关酶位于细胞质基质，所以酵母菌破碎后高速离心，取上清液(主要成分是细胞质基质，含有第一阶段中相关酶)分为甲、乙两组，向两支试管加入等量葡萄糖，向甲试管通入O2，所以甲是实验组，乙是对照组。一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的酸性重铬酸钾溶液进行检测。按照上述实验过程，观察到甲、乙试管都显灰绿色且颜色深浅相同，说明两支试管产生了等量的酒精，即假说不成立。(2)酶2参与有氧呼吸第二阶段，酶3参与有氧呼吸第三阶段，所以酶2催化产生的CO2中的氧来自丙酮酸和H2O，酶3催化产生的H2O中的氧来自O2。(3)酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生ATP，因此酵母菌细胞内ATP在细胞质基质、线粒体合成。第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度高。据图可知，膜蛋白(Ⅰ)转运H＋是从低浓度到高浓度，属于主动运输，需要消耗能量。H＋通过ATP合成酶(Ⅱ)向外转运过程中，属于协助扩散，需要转运蛋白参与，据此可知，ATP合成酶(Ⅱ)除了有催化作用之外，还有H＋运输通道(或物质运输)功能。人工体系模拟产生ATP，能量的直接来源是H＋电化学势能(或浓度差)。 答案：(1)上清液　甲、乙试管都显灰绿色且颜色深浅相同　(2)丙酮酸和H2O　O2　(3)细胞质基质、线粒体　高于(或大于)　需要　H＋运输通道(或物质运输)　H＋电化学势能(或浓度差) 第二课时　影响细胞呼吸的因素及应用 主题研习(一)　探究酵母菌细胞呼吸的方式及相关实验拓展(实验·探究型) 1．实验原理 2．实验步骤 (1)配制酵母菌培养液：酵母菌＋葡萄糖溶液。 (2)检测CO2的产生(装置如图所示) 注：澄清石灰水也可以换为溴麝香草酚蓝溶液。 (3)检测酒精的产生 3．实验结论 (1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 (2)在有氧条件下产生CO2多而快，在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。 [思考探究] 1．装置乙中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶？ 提示：B瓶刚封口后，有O2存在，酵母菌进行有氧呼吸。一段时间后，B瓶中的O2消耗完，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。 2．葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色反应，在鉴定酒精时，如何避免葡萄糖对颜色反应的干扰？ 提示：将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 3．对比实验中两组都是实验组，两组之间相互对照。教材中对比实验的实例有①②③(填序号)。 ①探究酵母菌细胞呼吸的方式； ②鲁宾和卡门用同位素示踪的方法研究光合作用中氧气来源的实验； ③赫尔希和蔡斯采用放射性同位素标记T2噬菌体侵染细菌的实验； ④比较过氧化氢在不同条件下的分解。 (一)探究细胞的呼吸方式 1．实验设计 欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子分解葡萄糖为例)。 2．实验结果预测和结论 实验现象 结论 装置一液滴 装置二液滴 不动 不动 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸 (二)种子萌发时呼吸速率的测定 1．实验装置[见(一)1.中装置一] 2．指标及原理 指标 细胞呼吸速率常用单位时间内CO2释放量或O2吸收量来表示 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，刻度管内的着色液左移。单位时间内着色液左移的距离即表示呼吸速率 3.物理误差的校正 (1)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。 (2)如果实验材料是种子，为防止微生物的细胞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。 (3)为防止气压、温度等物理因素引起误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将发芽的种子煮熟)，其他条件均不变。 题点(一)　探究酵母菌细胞呼吸的方式 1．(2023·浙江1月选考)为探究酵母菌的细胞呼吸方式，可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述，正确的是(　 ) A．酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量 B．酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量 C．可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标 D．不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等 解析：选C　在探究酵母菌的细胞呼吸方式实验中，酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是无关变量，A错误；酵母菌可利用的氧气量是该实验的自变量，B错误；1分子葡萄糖经有氧呼吸可产生6分子CO2,1分子葡萄糖经无氧呼吸可产生2分子酒精和2分子CO2，故可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标，C正确；消耗等量的葡萄糖，有氧呼吸释放的能量比无氧呼吸释放的能量多，D错误。 2．(2024·湘潭模拟)某中学教师在“探究酵母菌细胞呼吸方式”的“有氧呼吸组”的实验装置设置时，尝试进行了如图所示的实验改进(阀门A适时打开，阀门B、C均打开)，下列叙述错误的是(　 ) A．可先关闭阀门A使1号注射器充分反应后再开始实验 B．实验开始时，2号和3号注射器的推进器均不移动 C．4号注射器内的溶液将会迅速由橙色变成灰绿色 D．2号注射器内酵母菌的线粒体基质会消耗水产生CO2 解析：选C　在1号注射器中，Fe3＋会催化H2O2分解产生氧气，若先关闭阀门A可使1号注射器中氧气含量升高，有利于实验的进行，A正确。实验开始时，2号注射器内酵母菌会发生有氧呼吸，有氧呼吸吸收氧气的量等于放出CO2的量，因而注射器的压强不变，其推进器不发生移动；3号注射器中CO2体积不变，则3号注射器的推进器也不移动，B正确。细胞呼吸产生的CO2会与4号注射器内的溴麝香草酚蓝溶液反应，其颜色会由蓝变绿再变黄，C错误。线粒体基质进行有氧呼吸第二阶段时，会消耗水产生CO2，D正确。 题点(二)　探究其他生物细胞呼吸的方式 3．(2024·洛阳一模)呼吸熵(RQ＝释放二氧化碳体积/消耗的氧气体积)可表示生物用于有氧呼吸的能源物质的不同。测定发芽种子呼吸熵的装置如图。实验开始前，着色液滴均停留在初始位置，然后关闭活塞，在25 ℃下经20 min读出刻度管中着色液滴移动距离，设装置1和装置2的着色液滴分别向左移动x mm和y mm。下列说法错误的是(　 ) A．若测得x＝50 mm，y＝－50 mm，则该发芽种子的呼吸熵是2 B．若发芽种子仅进行有氧呼吸，且呼吸熵小于1，则分解的有机物中可能有脂肪 C．若呼吸底物为葡萄糖，装置1液滴右移、装置2液滴左移 D．为保证数据的科学性，可增加放入灭活发芽种子的装置，其他条件不变 解析：选C　若测得x＝50 mm，y＝－50 mm，则细胞既进行有氧呼吸也进行产酒精的无氧呼吸，细胞呼吸消耗的氧气相对量是50，产生的二氧化碳相对量是50＋50＝100，呼吸熵是100÷50＝2，A正确；由于脂肪中的氢比例高，若发芽种子仅进行有氧呼吸，且呼吸熵小于1，则分解的有机物中可能有脂肪，B正确；若呼吸底物为葡萄糖，装置1液滴不会右移，装置2液滴也不会左移，C错误；为保证数据的科学性，增加放入灭活发芽种子的对照装置，排除物理因素对实验结果的影响，D正确。 主题研习(二)　影响细胞呼吸的因素及应用(深化·提能型) 1．影响细胞呼吸的内部因素 影响因素 规律 举例 遗传特性 不同种类的植物呼吸速率不同 旱生植物的呼吸速率弱于水生植物，阴生植物的呼吸速率弱于阳生植物 生长发育 时期 同一植物在不同生长发育时期呼吸速率不同 幼苗期、开花期呼吸速率大于成熟期 器官类型 同一植物的不同器官呼吸速率不同 生殖器官的呼吸速率大于营养器官 2．影响细胞呼吸的外部因素及应用 影响因素及图示 原理 应用 温度 影响酶 的活性 低温下储藏水果、粮食，减少有机物消耗；温室中增大昼夜温差，增加有机物积累 O2 浓度 O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有抑制作用 稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止烂根死亡；进行中耕松土，保证作物根的正常有氧呼吸 CO2 浓度 CO2是细胞呼吸的产物，积累过多会抑制细胞呼吸 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 水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率 粮食储藏要求干燥，减少有机物消耗；干种子萌发前进行浸泡处理 [例1]　如图甲、乙都表示单位时间内细胞呼吸强度与O2浓度的关系(呼吸底物为葡萄糖)。据图分析回答下列问题： (1)图甲所示细胞的呼吸方式最可能是_________，如果某生物的细胞呼吸强度不能用CO2释放量表示，原因可能是____________________________。对于人体来说，安静状态时，______________(填细胞名称)的呼吸方式与图甲相类似。 (2)图乙中E点对应的CO2释放量来自_________(填呼吸方式)，当O2浓度达到e以后，CO2释放量不再继续增加的内因主要是__________________。 (3)图乙中O2浓度为b时，细胞呼吸CO2释放量为O2吸收量的5倍，则有氧呼吸消耗的葡萄糖量占总消耗的葡萄糖量的______。图乙中EF区段CO2释放量急剧减少的原因是______________________________________________________________________________。 (4)图乙中无氧呼吸消失点对应的O2浓度是_____；O2调节到______浓度，更有利于蔬菜的储存。 [解析]　(1)图甲中，细胞呼吸强度不受O2浓度的影响，因此只能是无氧呼吸，若某生物的细胞呼吸强度不能以CO2的释放量表示，原因可能是该生物的无氧呼吸不产生CO2。对于人体来说，安静时成熟红细胞进行的就是不产生CO2的无氧呼吸。(2)图乙中E点对应的O2浓度为0，该点对应的CO2释放量只能来自无氧呼吸；细胞呼吸是在呼吸酶的催化下进行的，当O2浓度达到e以后，CO2释放量不再继续增加的内因主要是呼吸酶的数量有限。(3)图乙中O2浓度为b时，细胞呼吸CO2释放量为O2吸收量的5倍，根据细胞呼吸的反应式，设有氧呼吸O2吸收量为1 mol，则有氧呼吸释放CO2量为1 mol，无氧呼吸释放CO2量为4 mol，由此计算有氧呼吸消耗的葡萄糖的量为1/6 mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖的量为2 mol，故有氧呼吸消耗的葡萄糖量占总消耗的葡萄糖量的1/6÷(2＋1/6)＝1/13。图乙中EF区段CO2释放量急剧减少的原因是O2浓度增加，无氧呼吸受抑制，此时O2浓度仍较低，有氧呼吸强度较弱。(4)由图乙可知，当O2浓度为d时，细胞呼吸的O2吸收量等于CO2释放量，即细胞只进行有氧呼吸。当单位时间内CO2释放量最少时，消耗有机物相对较少，是储存果蔬的最佳O2浓度，即图乙中c对应的O2浓度。 [答案]　(1)无氧呼吸　该生物无氧呼吸不产生CO2　成熟的红细胞　(2)无氧呼吸　呼吸酶的数量有限　(3)1/13　O2浓度增加，无氧呼吸受抑制，O2浓度较低，有氧呼吸强度较弱　(4)d　c |认|知|生|成| O2浓度影响细胞呼吸的“四点、三线”解读 模型图示 大多数植物细胞的无氧呼吸产生酒精和CO2，环境O2浓度对它们的呼吸强度有明显的影响。以单位时间内CO2的释放量为指标，可以构建O2浓度影响细胞呼吸的“四点、三线”模型，如图： 四点 ①A点：O2浓度为零，细胞只进行无氧呼吸； ②B点：有氧呼吸和无氧呼吸CO2释放量相等，无氧呼吸的强度是有氧呼吸的3倍(以消耗葡萄糖为指标)； ③C点：无氧呼吸停止，细胞只进行有氧呼吸； ④D点：细胞呼吸消耗有机物的速率较小，有利于种子、蔬菜和水果的储存 三线 ①在同一坐标系中画出细胞呼吸CO2释放总量、无氧呼吸CO2释放量和有氧呼吸CO2释放量(等于O2吸收量)三条曲线。 ②变化规律：随O2浓度的升高，细胞呼吸速率先减慢后加快，最后趋于稳定 [例2]　将玉米种子置于25 ℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发，每天定时取相同数量的萌发种子，一半直接烘干称重，另一半切取胚乳烘干称重，计算每粒的平均干重，结果如图1所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳，回答下列问题。 (1)种子萌发过程中在 ________时种子的呼吸速率最大，在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为 ________mg。 (2)种子萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质，其最大转化速率为 ________mg·粒－1·d－1。 (3)若保持实验条件不变，120 h后萌发种子的干重变化趋势是 ________，原因是 _______________________________________________________________________________。 (4)种子萌发时的吸水过程和细胞呼吸可以分为几个阶段(如图2)，图中曲线1表示种子吸水过程的变化，曲线2表示CO2的释放变化，曲线3表示O2的吸收变化。在胚根长出前，CO2的释放量明显 ________(填“大于”“等于”或“小于”)O2的吸收量，胚根长出后，O2的消耗量则大大增加。这说明种子萌发初期的细胞呼吸方式主要是________。在胚根长出后，细胞呼吸速率迅速增加，因为胚根突破种皮后，______________________________，且线粒体以及与呼吸作用有关的酶已大量形成。 [解析]　(1)图1中曲线表明72～96 h时胚乳干重明显下降，说明在此时间段内种子的呼吸速率最大，该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为204.2－177.7＝26.5(mg)。(2)呼吸作用所消耗的有机物量＝胚乳减少的干重量－转化成幼苗的组成物质，据此可知，96～120小时转化速率最大，为27－5＝22(mg·粒－1·d－1)。(3)若保持实验条件不变，由于幼苗呼吸作用消耗种子储存的有机物，且不能进行光合作用，所以120 h后萌发种子的干重下降。(4)由图2可知，在胚根长出前，CO2的释放量明显大于O2的吸收量，说明种子萌发初期主要进行无氧呼吸。当胚根突破种皮后，氧气供应得到改善，且线粒体以及与呼吸作用有关的酶已大量形成，有氧呼吸速率增加。 [答案]　(1)72～96 h　26.5　(2)22　(3)下降　幼苗呼吸作用消耗有机物，且不能进行光合作用　(4)大于　无氧呼吸　氧气供应得到改善 |认|知|生|成|　种子萌发过程中的相关变化 (1)物质变化：有机物质量减少，种类增加。 (2)呼吸方式和速率的变化：种子的呼吸作用是与种子的吸水过程紧密联系的，大致分为三个阶段。第一阶段种子通过吸胀作用吸水，呼吸作用迅速增强，此时主要是进行无氧呼吸；第二阶段吸水停滞，呼吸作用减弱；第三阶段，种子再次大量吸水，呼吸作用增强，胚根突破种皮，进入有氧呼吸阶段。 题点(一)　影响细胞呼吸的因素分析 1．(2023·全国乙卷)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。 在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(　 ) A．在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧呼吸产生乳酸 B．a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程 C．每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多 D．植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP 解析：选C　在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，说明此时段植物根细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸，A正确；在无氧条件下，a～b时间内植物根细胞释放CO2，推测该时段植物根细胞存在产生酒精和CO2的无氧呼吸过程，B正确；在葡萄糖经无氧呼吸产生酒精或乳酸的过程中，只有第一阶段释放能量，这两个过程的第一阶段相同，故消耗1分子葡萄糖，这两个过程生成的ATP相同，C错误；酒精跨膜运输的方式为自由扩散，不需要消耗ATP，D正确。 2．(2023·山东高考改编)某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下，单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，下列说法错误的是(　 ) A．甲曲线表示O2吸收量 B．O2浓度为b时，该器官不进行无氧呼吸 C．O2浓度由0到b的过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加 D．O2浓度为a时较适合保存该器官，该浓度下细胞呼吸强度较小，消耗葡萄糖较慢 解析：选A　图中横坐标是O2浓度，当O2浓度为0时，甲曲线相对值不为0，说明甲曲线表示CO2释放量，乙曲线表示O2吸收量，A错误。O2浓度为b时，两曲线相交，说明此时O2吸收量和CO2释放量相等，已知细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，故此时植物只进行有氧呼吸，不进行无氧呼吸，B正确。O2浓度由0到b的过程中O2吸收量逐渐增加，有氧呼吸速率逐渐增加，则有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加，C正确。据图可知，O2浓度为a时，氧气对无氧呼吸抑制较强，此时有氧呼吸和无氧呼吸均较弱，消耗葡萄糖较慢，适宜保存该器官，D正确。 题点(二)　影响细胞呼吸的因素在生产生活中的应用 3．(2024年1月·安徽高考适应性演练)下列有关细胞呼吸及其原理应用的叙述，错误的是(　 ) A．乳酸发酵会产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的物质 B．酵母菌无氧呼吸会产生使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色的物质 C．黏土掺沙有利于农作物根细胞有氧呼吸，促进根系生长 D．地窖中甘薯的呼吸作用会增加密闭环境内CO2浓度，有利于贮藏 解析：选A　二氧化碳会使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，乳酸发酵不会产生二氧化碳，A错误；酵母菌无氧呼吸会产生酒精，使酸性重铬酸钾溶液变为灰绿色，B正确；黏土掺沙会增加氧气含量，有利于农作物根细胞有氧呼吸，从而促进根系生长，C正确；地窖中甘薯的呼吸作用会增加密闭环境内CO2浓度，可以抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗，有利于贮藏，D正确。 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P95“思考·讨论”实践应用)细胞呼吸是细胞重要的生命活动，细胞呼吸的原理广泛应用于生产生活中，下列有关说法错误的是(　 ) A．种子晾干储存，降低自由水含量并减缓细胞呼吸 B．制作酸奶时，先通气后密封有利于乳酸菌快速增殖并发酵 C．用慢跑等有氧运动代替无氧运动可有效避免肌肉酸胀 D．水稻田间歇性换水，避免无氧呼吸产物对根产生毒害作用 解析：选B　种子晾干可降低自由水的含量，进而减缓细胞呼吸，减少有机物消耗，便于储存，A正确；乳酸菌为严格厌氧型生物，需密封发酵，B错误；慢跑等有氧运动可有效避免肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸带来的肌肉酸胀无力，C正确；水稻田间歇性换水可避免水稻根细胞无氧呼吸产生酒精，进而避免对根产生毒害作用，D正确。 2．(必修1 P95“正文”拓展应用)采摘后的梨常温下易软化。果肉中的酚氧化酶与底物接触发生氧化反应，逐渐褐变。密封条件下4 ℃冷藏能延长梨的储藏期。下列叙述正确的是(　 ) A．密封主要是为了防止害虫或者细菌等微生物接触到梨，有利于保鲜 B．4 ℃冷藏时，低温使酚氧化酶永久失活，果肉褐变减缓 C．储藏时尽量保持干燥环境，有利于降低梨细胞内自由水的含量，减缓代谢 D．常温下，梨不耐储藏的原因主要是因为细胞代谢旺盛 解析：选D　密封主要是为了降低氧气浓度，减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，A错误；低温不会使酶变性失活，只能抑制酶的活性，B错误；储藏水果时要有一定的湿度，利于水果保鲜，C错误；常温下鲜梨含水量大，环境温度较高，呼吸代谢旺盛，细胞消耗的有机物较多，不耐储藏，D正确。 (二)科学思维“融会通” 3.(必修1 P96“概念检测T2”拓展挖掘)结合O2浓度影响单位时间内O2吸收量和CO2释放量的曲线分析： (1)O2浓度为C时，AB＝BC，此时有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖不是(填“是”或“不是”)一样多，理由是根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可以看出，当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。 (2)在保存蔬菜、水果时，应选择点对应的O2浓度，理由是细胞呼吸强度较小，单位时间内有机物的损耗较少。 (3)低氧环境下，有机物消耗少的原因是在低氧条件下，无氧呼吸受到抑制，呼吸强度较弱，有氧呼吸因氧气不足，呼吸强度也比较小，故总的CO2释放量少，呼吸强度弱，单位时间内有机物消耗少。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．果实采收后放置一段时间会出现呼吸高峰，这是果实成熟的标志。 右图为不同温度条件下果实呼吸速率与储藏时间的关系，下列叙述错误的是(　 ) A．图中涉及的自变量是储藏时间和温度 B．果实有氧呼吸的主要场所是线粒体 C．若想让果实尽快成熟，则采摘后应在20 ℃条件下储藏 D．若想延长果实的储藏时间，则采摘后应在6 ℃且无氧条件下储藏 解析：选D　本图表示不同温度条件下果实呼吸速率与储藏时间的关系，故自变量为储藏时间和温度，A正确；有氧呼吸的主要场所是线粒体，B正确；分析题图可知，与其他温度相比，在20 ℃条件下，果实储藏到大约第6天呼吸速率最先达到最高峰，因此在20 ℃条件下储藏的果实最先成熟，C正确；与题干其他温度相比，在6 ℃条件下，果实的平均呼吸速率最低，有利于果实的长期储藏，但应为低氧条件下储藏，D错误。 2．(2024·天津二模)为研究低氧状态对青瓜根细胞呼吸的影响，某研究小组用A、B两个 青瓜品种进行实验研究，图示结果为一周后测得的根系中乙醇的含量。据图分析，下列说法正确的是(　 ) A．在低氧条件下A品种的根细胞只可能进行无氧呼吸 B．根细胞中丙酮酸分解为乙醇的过程也要产生ATP C．正常通气时青瓜根细胞产生的CO2来自线粒体和细胞质基质 D．低氧时B品种根细胞通过无氧呼吸产生的CO2比A品种多 解析：选C　在低氧条件下A品种的根细胞进行无氧呼吸产生的乙醇比B品种多，但不能确定A品种的根细胞只能进行无氧呼吸，A错误；根细胞中丙酮酸分解为乙醇的过程发生在无氧呼吸第二阶段，不会产生ATP，B错误；正常通气时，测得的根系中有少量的乙醇，说明此时青瓜根细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，所以产生的CO2来自线粒体和细胞质基质，C正确；低氧时B品种根细胞进行有氧呼吸产生的乙醇比A品种少，说明在低氧时，B品种的根细胞进行无氧呼吸产生的CO2比A品种少，D错误。 3．(2024·重庆一模)某科学兴趣小组以酵母菌作为实验材料，以葡萄糖作为能量来源，在一定条件下，通过控制氧气浓度的变化，得到了酵母菌进行细胞呼吸时二氧化碳产生速率(Ⅰ)、氧气消耗速率(Ⅱ)以及酒精产生速率(Ⅲ)随着时间变化的三条曲线，实验结果如图所示，t1时刻Ⅰ、Ⅱ两条曲线重合，S1、S2、S3、S4分别表示图示面积。该兴趣小组还利用乳酸菌作为实验材料进行相同的实验，实验装置和条件不变，得到乳酸产生速率(Ⅳ)的曲线。下列相关叙述错误的是(　 ) A．t1时刻，氧气浓度较高，无氧呼吸消失 B．如果改变温度条件，t1会左移或右移，但是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值为2∶1 D．若曲线Ⅳ和Ⅲ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：选D　t1时刻，酒精产生速率为0，Ⅰ、Ⅱ两条曲线重合，只进行有氧呼吸，无氧呼吸消失，A正确；如果改变温度条件，酶的活性会升高或降低，t1会左移或右移，0～t1产生的CO2＝S1＋S2＋S3＋S4，无氧呼吸产生的酒精量与无氧呼吸产生的二氧化碳量相同，即无氧呼吸产生的CO2＝S2＋S3，有氧呼吸消耗的氧气量等于有氧呼吸产生的二氧化碳量，即有氧呼吸产生的CO2＝S2＋S4，即S1＋S2＋S3＋S4＝S2＋S3＋S2＋S4，即S1和S2的值始终相等，B正确；由B选项可知，S1＝S2，若S2∶S3＝2∶1，S4∶S1＝8∶1时，则S4∶S2＝8∶1，有氧呼吸产生的CO2＝S2＋S4＝9S2，无氧呼吸产生的CO2＝S2＋S3＝1.5S2，有氧呼吸产生的CO2∶无氧呼吸产生的CO2＝6∶1，有氧呼吸消耗1 mol葡萄糖产生6 mol二氧化碳，无氧呼吸消耗1 mol葡萄糖产生2 mol二氧化碳，因此0～t1时间段有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖量的比值为2∶1，C正确；乳酸菌进行无氧呼吸消耗1 mol葡萄糖产生2 mol乳酸，酵母菌无氧呼吸消耗1 mol葡萄糖产生2 mol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无氧呼吸中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时间段酵母菌细胞呼吸消耗的葡萄糖量大于乳酸菌，D错误。 　　　　　　　　　　　　　　　　[课时跟踪检测] 一、选择题 1．关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验，下列叙述正确的是(　 ) A．用市场销售的干酵母进行实验时，一般需经活化处理 B．5%的葡萄糖溶液可用于培养酵母菌，酵母菌在5%的葡萄糖溶液中的增长属于指数增长 C．可通过溴麝香草酚蓝溶液检测二氧化碳，判断标准为溶液是否变浑浊 D．可用重铬酸钾检测溶液中的酒精，并根据橙色的深浅推测酒精含量 解析：选A　由于资源和空间有限，酵母菌在5%的葡萄糖溶液中的增长不属于指数增长，B错误；二氧化碳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，C错误；酒精可使酸性条件下的重铬酸钾溶液由橙色变成灰绿色，D错误。 2．(2024·海口模拟)在马拉松比赛中，运动员的肌细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。下列有关分析正确的是(　 ) A．无氧呼吸时，葡萄糖分子中的大部分能量以热能形式散失 B．有氧呼吸时，葡萄糖分子直接进入线粒体与O2反应生成H2O C．马拉松比赛中，运动员肌细胞产生的CO2量多于消耗的O2量 D．马拉松比赛中，运动员主要是以有氧呼吸方式获得所需能量的 解析：选D　人体细胞无氧呼吸时，葡萄糖分子中的大部分能量储存在乳酸中，A错误；葡萄糖不能进入线粒体，B错误；人体细胞有氧呼吸吸收的氧气量等于释放的二氧化碳量，而无氧呼吸既不吸收氧气，也不释放二氧化碳，因此马拉松比赛中，运动员肌细胞产生的CO2量等于消耗的O2量，C错误；有氧呼吸释放大量的能量，而无氧呼吸只能释放少量的能量，因此马拉松比赛中，运动员主要是以有氧呼吸方式获得所需能量的，D正确。 3．“自动酿酒综合征(ABS)”是由肠道微生物紊乱引起的罕见疾病，患者消化道内微生物发酵产生的高浓度酒精能致其酒醉，长期持续会导致肝功能衰竭。下列叙述错误的是(　 ) A．ABS患者肠道内产酒精微生物比例较高 B．肠道微生物通过无氧呼吸产生酒精 C．肠道内的大多数酒精进入人体骨骼肌细胞被氧化分解成水和CO2 D．减少糖类物质的食用可在一定程度上缓解ABS的病症 解析：选C　人体分解酒精的器官主要是肝脏，C错误；呼吸作用最常利用的物质是葡萄糖，所以减少糖类物质的摄入可缓解ABS的病症，D正确。 4．(2024·广州一模)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力，TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后，取种胚浸于0.5%的TTC溶液中，30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是(　 ) A．[H]仅能在细胞质基质中生成 B．该反应是在光下才能进行的放能反应 C．台盼蓝染色法和TTC法原理一致 D．胚红色越深说明种子活性越强 解析：选D　[H]可以通过细胞呼吸的第一阶段产生，发生在细胞质基质中，除此之外，有氧呼吸的第二阶段也能产生[H]，发生在线粒体基质，A错误；大豆种子吸胀后，此时未形成叶绿体，不能进行光合作用，不需要在光下进行，B错误；TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)，故TTC用来检测活细胞的活力，而台盼蓝染色法是用来区分细胞的死活，台盼蓝染液可进入死细胞中，将细胞染成蓝色，原理不一致，C错误；相同时间内，种胚出现的红色越深，说明种胚代谢越旺盛，据此可以判断种子活力的高低，D正确。 5．(2024·沙坪坝二模)乳酸脱氢酶(LDH)有多种类型。人的心肌细胞中主要是LDH1，催化乳酸转化为丙酮酸，生成的丙酮酸继续进行有氧氧化；骨骼肌细胞中主要是LDH5，缺氧条件下，催化丙酮酸转化为乳酸。下列叙述正确的是(　 ) A．LDH1为乳酸转化为丙酮酸提供活化能 B．丙酮酸转化为乳酸时，释放少量能量，生成少量ATP C．LDH5分布在骨骼肌细胞的线粒体内膜上 D．丙酮酸的有氧氧化过程有水的参与 解析：选D　LDH1(酶)具有催化作用，不能提供能量，A错误；丙酮酸转化为乳酸时不释放能量，B错误；LDH5缺氧条件下，催化丙酮酸转化为乳酸，场所是细胞质基质，C错误；丙酮酸的有氧氧化过程第二阶段有水参与，第三阶段有水生成，D正确。 6．(2024·永州二模)如图中甲、乙、丙三条曲线为某滑雪运动员在高强度运动过程中肌肉消耗能量的情况，其中甲表示存量ATP变化、乙和丙表示两种类型的细胞呼吸。下列叙述正确的是(　 ) A．肌肉收缩最初所耗的能量主要来自细胞中的线粒体 B．曲线乙表示有氧呼吸，曲线丙表示无氧呼吸 C．曲线乙表示的呼吸类型发生在细胞质基质，最终有[H]的积累 D．曲线丙表示的呼吸类型的能量转化效率大于曲线乙表示的呼吸类型 解析：选D　由题图可知，肌肉收缩最初的能量主要来自存量ATP的直接水解，A错误。曲线乙表示的细胞呼吸类型在较短时间提供大量能量，但随运动时间的延长无法持续提供充足能量，为无氧呼吸；曲线丙表示的细胞呼吸类型可以持续为人体提供稳定的能量供应，为有氧呼吸，B错误。曲线乙表示无氧呼吸，发生在细胞质基质中，最终没有[H]的积累，C错误。曲线丙表示的呼吸类型(有氧呼吸)的能量转化效率大于曲线乙表示的呼吸类型(无氧呼吸)，D正确。 7. 人体运动强度与血液中乳酸含量、氧气消耗速率之间的关系如图。下列叙述正确的是(　 ) A．a～b段肌细胞中产生ATP最多的场所是线粒体基质 B．b～c段肌细胞无氧呼吸速率上升有氧呼吸速率下降 C．c～d段骨骼肌细胞中CO2的产生量等于O2的消耗量 D．运动强度超过c后人体所需ATP主要由无氧呼吸提供 解析：选C　a～b段肌细胞中产生ATP最多的场所是线粒体内膜(有氧呼吸第三阶段场所)，A错误；由图中氧气消耗速率和血液中乳酸水平可知，b～c段肌细胞无氧呼吸速率、有氧呼吸速率均上升，B错误；运动状态下，肌肉细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，其中有氧呼吸产生的CO2量等于消耗的O2量，而无氧呼吸既不消耗O2也不产生CO2，因此肌肉细胞CO2的产生量等于O2的消耗量，C正确；运动强度超过c后，机体氧气消耗速率达到最大，人体所需ATP主要由有氧呼吸提供，D错误。 8．(2024·琼海一模)某实验小组为探究酵母菌的呼吸方式，做了以下两组实验：用注射器A缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖培养液，倒置，排尽注射器中的气体，再吸入25 mL无菌氧气，密封；用注射器B缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液，倒置，排尽注射器中的气体，密封。将两注射器置于25 ℃的水浴锅中保温一段时间，据图分析以下说法错误的是(　 ) A．当观察到注射器A中的总体积大于50 mL时，说明酵母菌进行了无氧呼吸 B．取注射器B中的适量液体，滴加少量酸性重铬酸钾溶液，溶液颜色由橙色变为灰绿色 C．将注射器A中的气体通入溴麝香草酚蓝溶液中，可观察到溶液颜色由蓝变绿再变黄 D．当注射器A、B中的总体积均为50 mL时，两注射器中酵母菌消耗的葡萄糖的量相同 解析：选D　当观察到注射器A中的总体积大于50 mL时，说明酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳量多于消耗的氧气量，因此可以说明酵母菌进行了无氧呼吸，A正确；注射器B中酵母菌进行的是无氧呼吸，会产生酒精，酒精可用酸性重铬酸钾溶液检测，溶液颜色由橙色变为灰绿色，B正确；注射器A中酵母菌细胞呼吸会产生二氧化碳，二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，C正确；当注射器A、B中的总体积均为50 mL时，注射器A中酵母菌进行的是有氧呼吸且有氧呼吸产生的二氧化碳量≤25 mL，注射器B中的酵母菌进行的是无氧呼吸(产生了25 mL二氧化碳)，两者消耗葡萄糖的量不同，D错误。 9．图1所示装置可用于测定酵母菌细胞呼吸的方式，其中三个烧瓶口分别连接氧气传感器、二氧化碳传感器、酒精传感器，可用于测定相应物质的含量，相关数据的测定结果如图2所示。下列相关叙述错误的是(　 ) A．若图1所示装置的温度改变，则图2中的相关数据可能会发生改变 B．300 s时，酵母菌只进行无氧呼吸，在细胞质基质中产生酒精 C．图2中200～300 s，酵母菌产生ATP的场所包括细胞质基质和线粒体 D．在图2中a、b两条线交点之前，酵母菌主要进行无氧呼吸，此过程无NADH产生 解析：选D　酶活性受温度影响，故若图1所示装置的温度改变，则图2中的相关数据可能会发生改变，A正确；300 s时，装置中氧气量为0，则酵母菌只进行无氧呼吸，产生酒精的场所为细胞质基质，B正确；图2中200～300 s，氧气浓度逐渐减小，酒精产生量逐渐增加，因此酵母菌可进行有氧呼吸和无氧呼吸，此时酵母菌产生ATP的场所包括细胞质基质和线粒体，C正确；在图2中a、b两条线交点之前，酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸前两个阶段和无氧呼吸的第一个阶段均会产生NADH，D错误。 10．(2024·天津河西区高三期末)药物X和Y可能会抑制涉及有氧呼吸第一、二、三阶段的酶。为了研究这些药物的效应，分离了一些肌肉细胞，然后在有氧气供应的条件下分别给予这两种药物处理，并测定细胞内ATP、NADH及丙酮酸的含量，实验结果见下表，下列叙述正确的是(　 ) ATP NADH 丙酮酸 对照组(没有药物处理) 100% 100% 100% 药物X处理组 2% 3% 5% 药物Y处理组 20% 15% 150% 注：对照组的数据定为100%，以便与其他组进行比较 A．药物X可能只抑制有氧呼吸第二、三阶段的酶 B．药物Y可能是抑制细胞质基质内的酶 C．药物X和Y同时处理肌肉细胞后，可能不会直接影响钠离子运进细胞过程 D．若将对照组的有氧条件改为无氧条件，则ATP的含量将会上升 解析：选C　药物X处理组与对照组进行对比，ATP、NADH、丙酮酸的含量均下降，说明药物X可能抑制有氧呼吸第一阶段的酶，A错误；药物Y处理组与对照组进行对比，ATP、NADH的含量均下降，丙酮酸的含量上升，说明药物Y可能抑制有氧呼吸第二阶段的酶，有氧呼吸第二阶段的场所是线粒体基质，故药物Y可能抑制线粒体基质内的酶，B错误；钠离子运进细胞是顺浓度梯度的运输，不需要能量，故用药物X和Y同时处理肌肉细胞后，可能不会直接影响钠离子运进细胞过程，C正确；肌肉细胞无氧呼吸中的能量大部分储存在乳酸中，若将对照组的有氧条件改为无氧条件，则ATP的含量将会下降，D错误。 二、非选择题 11．(2024·菏泽模拟)涝害是制约牡丹生长发育的重要因素，为提高牡丹涝害下的抗逆性，科研人员利用甲、乙两个品种的牡丹进行实验，研究了淹水胁迫下外源钙对这两种牡丹呼吸代谢的影响，其部分结果如表所示(测定数值为根细胞的酒精含量，单位：μmol·L－1)。回答下列问题： 处理时间/天 1 8 16 24 甲 淹水 0.10 0.70 1.62 2.86 淹水＋CaCl2 0.09 0.61 1.18 2.35 乙 淹水 0.09 1.30 2.20 3.21 淹水＋CaCl2 0.11 1.05 1.73, 2.74 (1)牡丹的根细胞在未遭遇淹水胁迫时，其能量主要来源于____________(填场所)，而遭遇了淹水胁迫后，牡丹根细胞会产生酒精和CO2，可使用澄清石灰水或者__________________溶液来检测CO2。 (2)据表分析，在淹水胁迫下，甲、乙两个品种的牡丹根细胞的酒精含量与处理时间之间最可能呈现的关系均为____________________________________________________。 (3)施加CaCl2________(填“能”或“不能”)改善淹水胁迫下无氧呼吸产物对甲、乙两个品种牡丹的毒害。做出此判断的理由是__________________________________________ ______________________________________________________________________。 (4)现欲进一步研究外源物质X和外源钙对乙品种牡丹的影响，请完善下列实验的设计思路。 组别 实验处理 1 一定量的蒸馏水＋乙 2 等量的外源钙＋乙 3 a.________________________________ 4 b.________________________________ 培养一段时间后，检测各组的___________并做记录。 解析：(1)牡丹的根细胞在未遭遇淹水胁迫时，细胞进行有氧呼吸，能量主要来源于线粒体内膜，而遭遇了淹水胁迫后，牡丹根细胞会进行无氧呼吸产生酒精和CO2，可使用澄清石灰水或者溴麝香草酚蓝溶液来检测CO2。(2)据表分析，在淹水胁迫下，甲、乙两个品种的牡丹根细胞随着处理时间的延长，酒精含量逐渐增加。(3)与未施用CaCl2相比，施用CaCl2后，甲、乙两个品种牡丹根细胞内的酒精含量均有不同程度的下降，说明施加CaCl2能改善淹水胁迫下无氧呼吸产物对甲、乙两个品种牡丹的毒害。(4)为了排除无关变量的影响，保持单一变量，表中a处的实验处理是等量的外源物质X＋乙，b处的实验处理是等量的外源钙和(等量的)外源物质X＋乙；培养一段时间后，检测因变量，即各组的根细胞的酒精含量并记录。 答案：(1)线粒体内膜　溴麝香草酚蓝　(2)随着处理时间的延长，牡丹根细胞的酒精含量逐渐增加　(3)能　与未施用CaCl2相比，施用CaCl2后，甲、乙两个品种牡丹根细胞内的酒精含量均有不同程度的下降　(4)a.等量的外源物质X＋乙　b．等量的外源钙和(等量的)外源物质X＋乙　根细胞的酒精含量 第3讲　光合作用与能量转化 【学习目标】　1.了解植物捕获光能的色素的种类和作用，掌握绿叶中色素提取和分离的原理和方法；　 2.阐明光合作用的过程，并从物质与能量观视角理解光合作用的原理； 3.掌握探究环境因素对光合作用强度的影响实验的基本方法；　 4.分析影响光合作用的因素，关注光合作用原理在生产上的应用。 建构知识体系 第一课时　捕获光能的色素和结构及光合作用的原理 主题研习(一)　捕获光能的色素和结构(基础·自学型)　　　 (一)绿叶中色素的提取和分离实验 1．实验原理 提取 有机溶剂(如无水乙醇)能溶解色素 分离 不同的色素在层析液中溶解度不同，在滤纸上扩散的速度不同 2.实验步骤 3．实验结果及分析 4．实验异常现象分析 异常现象 原因分析 色素提取 收集的滤液颜色过浅 ①未加二氧化硅，研磨不充分； ②使用放置数天的绿叶，滤液中色素(叶绿素)太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)； ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏 色素分离 滤纸条色素带重叠 ①滤纸条没经干燥处理； ②滤液细线没有达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致 滤纸条看不见色素带 ①忘记画滤液细线； ②滤液细线接触层析液且时间较长，色素全部溶解到层析液中 (二)分析叶绿体色素的吸收光谱图 由图可以看出： (三)理解叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体的结构模式图 2．叶绿体的功能 [微点判断] (1)在菠菜的叶肉细胞内，含量最多的光合色素是叶绿素a。(√) (2)叶绿体中的色素分布在类囊体膜和叶绿体内膜上。(×) (3)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。(×) (4)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。(×) (5)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。(×) (6)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(×) (7)叶绿体中的色素主要吸收红外光和蓝紫光。(×) (8)叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积。(√) 题点(一)　绿叶中色素的提取和分离 1．(2023·江苏高考)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(　 ) A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 解析：选B　用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；画滤液细线时要等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C错误；花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有机溶剂，故用红色苋菜叶进行实验不能得到5条色素带，D错误。 2．(2024·广州二模)以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。下列关于该结果的分析，正确的是(　 ) A．是正确操作后得到的理想结果 B．可能研磨时未加入CaCO3导致 C．可能研磨时未加入SiO2导致 D．可能提取时加入过量的无水乙醇 解析：选B　图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，新鲜菠菜叶中叶绿素含量高于类胡萝卜素，图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，不是正确操作后得到的理想结果，可能是研磨时未加入CaCO3导致叶绿素被分解，A错误，B正确；研磨时未加入SiO2导致研磨不充分，各种色素含量均下降，但叶绿素含量应高于类胡萝卜素，C错误；提取时加入过量的无水乙醇使各种色素浓度下降，但叶绿素浓度应高于类胡萝卜素，D错误。 题点(二)　光合色素与叶绿体的功能 3．(2024·泰州期末)叶绿体内的类囊体薄膜上色素可以分为两类：一类是绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素，主要是完成吸收和传递光能的作用；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a能够捕获光能，并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。下列相关叙述错误的是(　 ) A．通常用无水乙醇提取叶绿体内的色素 B．叶黄素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光 C．处于特殊状态的叶绿素a实现了光能的转变 D．植物生长过程中缺P会导致光合速率下降 解析：选B　叶绿体中的色素能溶于有机溶剂，但不溶于水，因此实验中常用无水乙醇提取叶绿体中的色素，A正确；叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误；少数处于特殊状态的叶绿素a能捕获光能，将光能转换为电能，实现了光能的转变，C正确；植物生长过程中缺P会影响ATP和NADPH的合成，光合速率下降，所以在生产中应适时追施磷肥，D正确。 4．叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是(　 ) A．图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴 B．图乙来自甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子 C．④中CO2固定过程要消耗③上产生的ATP中的化学能 D．恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 解析：选D　图甲表示叶绿体结构模式图，叶绿体中，类囊体堆叠形成基粒，增大了膜面积，A错误；图乙中含有光合色素，来自图甲中的③(基粒)，上面除了色素分子外，也有与光合作用有关的酶，B错误；图甲中，④为叶绿体基质，光合作用过程中CO2的固定在叶绿体基质中完成，该过程不需要消耗ATP中的能量，C错误；恩格尔曼利用需氧细菌和水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，D正确。 主题研习(二)　光合作用的原理和应用(深化·提能型) (一)探索光合作用的部分经典实验 (二)光合作用的过程 1．光合作用的概念及反应式 概念 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程 反应式 CO2＋H2O(CH2O)＋O2 2．光合作用的基本过程 图中序号代表的物质：①NADPH，②，③ADP＋Pi，④，⑤(CH2O)。 3．比较光反应与暗反应 (1)二者的区别 项目 光反应 暗反应 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋等 酶、CO2、ATP、NADPH、C5等 物质 变化 ①水的光解： 2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋PiATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3(CH2O)＋C5 能量 变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 (2)二者的联系 图示 分析 光反应为暗反应提供NADPH、ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi 没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，光反应也会受到抑制 4．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 区别 能量来源 光能 无机物氧化释放的能量 代表生物 绿色植物 硝化细菌 相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物 (一)光反应和暗反应中物质和能量的转化 |情|境|探|究| 高等植物和藻类植物含有两个不同的光系统，分别为光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合体，它们是以串联方式起作用的。如图表示某种植物光反应过程。回答下列问题： (1)高等植物光反应发生的场所是______________，在光反应过程中，PSⅡ利用光能将水分解成________________，最终传递给NADP＋的电子来源于________。 (2)图中复合体CF0—CF1的功能是____________________________(答出两点)。 (3)研究发现，类囊体膜两侧的pH梯度是ATP合成的驱动力，请设计实验证明(写出实验思路即可，具体pH梯度建立不做要求)_________________ _________________________ __________________________________________________________________________。 答案：(1)类囊体薄膜　氧、H＋、电子(e－)　H2O　(2)转运H＋、催化ATP合成　(3)在黑暗的条件下，在低pH缓冲液(pH＝4)中保育叶绿体一段时间，使类囊体腔pH降低，加入ADP和Pi，并将叶绿体培养液的pH(pH＝8)升高，检测有无ATP生成 |认|知|生|成| 1．光系统及电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导NADPH的产生。 (2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立：①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)。③在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH。 (3)类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 2．光合作用中元素的去向分析 (二)环境改变时短时间内光合作用各物质含量变化分析 1．“过程法”分析各物质含量变化 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，相关物质含量在短时间内的变化如下： 2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化 注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。 [典例]　(2024·泉州质检)如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是(　 ) A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度 C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累 D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低 [解析]　根据相对浓度初始值可知，物质甲是C5，物质乙是C3，CO2的固定不需要消耗光反应提供的ATP，A错误；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。 [答案]　D 题点(一)　光合作用探究历程的相关分析 1．(2024·华南师大附中模拟)希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应式：H2O＋氧化态电子受体―→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下面关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是(　 ) A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2 B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上 C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程 D．光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH 解析：选B　由希尔反应式可知，光合作用过程中产生的O2来自参加反应的水，A正确；由题干信息不能得出NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上，B错误；希尔反应和有机物的合成过程可以分别进行，在光下积累NADPH和ATP，在暗处可以进行有机物的合成，因此属于两个过程，C正确；希尔反应只有在光下才能进行，在暗处不能进行，但在光下积累的NADPH和ATP，在暗处进行有机物的合成过程中被消耗，D正确。 题点(二)　光合作用的过程分析 2．(2023·湖北高考)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　 ) A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B．Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 解析：选C　据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获，避免强光造成损伤；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获，有利于弱光条件下吸收足够的光能。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上LHCⅡ不能与PSⅡ分离，PSⅡ与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。Mg是构成叶绿素的元素，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。弱光下PSⅡ与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。 3．植物光合作用过程(A)和人工合成淀粉过程(B)如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．植物光合作用和人工合成淀粉过程中所需的酶都是在细胞内合成的 B．植物光合作用与人工合成淀粉新途径中，能量转换方式和还原剂作用对象都不同 C．叶肉细胞内类似于CO2―→有机C1―→C3中间体的过程需光反应提供NADPH和ATP D．与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程积累的淀粉的量大于植物积累的淀粉的量 解析：选C　酶是活细胞产生的，题图所示合成淀粉过程中所需的酶来自生物体内，是在细胞内合成的，A正确。光合作用中能量转换过程为光能―→ATP和NADPH中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能，还原剂作用对象为C3；人工合成淀粉新途径中能量转换过程为光能―→电能―→有机物中稳定的化学能，还原剂作用对象为CO2，B正确。人工合成淀粉新途径中由CO2―→有机C1―→C3中间体的过程，与绿色植物叶肉细胞内CO2的固定过程类似，不需要光反应提供NADPH和ATP，C错误。在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，光合作用、人工合成淀粉两种途径合成糖类的量相等，而人工合成淀粉的过程中没有呼吸作用消耗糖类，因此人工合成淀粉过程中积累的淀粉量更多，D正确。 题点(三)　光合作用中物质含量的变化分析 4．光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是(　 ) A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小 B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增加 C．突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 解析：选B　突然中断CO2供应，使暗反应中CO2固定停止，而C3还原仍在进行，因此导致C3减少、C5增多，会暂时引起叶绿体基质中C5与C3比值增大，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，B正确；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将使暗反应中C3的还原减弱，导致C5减少、C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3与C5比值增大，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，D错误。 5．科学家以生长状态相同的某种植物在适宜且稳定的条件下开展下列实验。请回答下列问题： 组别 A B 处理 光照时间为135秒 先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间各为3.75毫秒，总时间为135秒 光合产物 相对含量 100% 94% (1)上述实验表明，光合作用中包含需要光的阶段和__________的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂闭光，并提供______，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。 (2)分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组________，依据是____________________________________________________________________________。 (3)科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中提供NADP＋时，体系中就会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生__________。 解析：(1)A组只进行光照，B组光暗交替，两组处理时间相同，B组光合产物相对含量大于A组的50%，说明光合作用中包含需要光的阶段和不需要光的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂闭光，并提供14CO2，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。(2)分析表格可知，B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94%，所以B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组多。(3)科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中提供NADP＋时，体系中就会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生H＋和 e－。 答案：(1)不需要光　14CO2　(2)多　B组总光照时间为A组的一半，其光合产物相对含量却是A组的94%　(3)H＋和 e－ [反思·收获] 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 (1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。 (2)在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。 (3)应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P102“思考·讨论”素材分析)1937年，植物学家希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光下可以释放出O2，该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心，分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分，绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法正确的是(　 ) A．绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素b B．希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜 C．铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂 D．在无色上清液中加入CO2不能合成C3 解析：选B　绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素a，A错误；水在光下裂解可以产生氧气，该实验被称为希尔反应，场所是叶绿体类囊体薄膜，B正确；铁盐等氧化剂是氢受体，接受H＋，参与反应，不是催化剂，C错误；叶绿体破碎离心获得无色上清液，其中含有C5及相关的酶，因此在无色上清液中加入CO2能合成C3，D错误。 (二)科学思维“融会通” 2．(必修1 P97“问题探讨”原理应用)有的植物工厂在种植蔬菜等植物时，完全依靠LED 灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源，请说明选择这些光源的原因：红色光源、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光，光合色素对红光、蓝光吸收量多；白光是复合光，含有不同波长的光。选择上述光源有利于植物进行光合作用。 3．(必修1 P103“图5­14”拓展分析)光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间；但是过一段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行；CO2不足使暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．研究人员从菠菜中分离出叶绿体的类囊体，并将其和CETCH循环(一种人工固定CO2的方法体系)一起包裹在类似膜泡的小液滴中，成功研制出了半天然半合成的人造叶绿体，其技术途径如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．光照越强，CETCH循环的速率就越快 B．可使用差速离心法从菠菜叶肉细胞中分离出叶绿体 C．人造叶绿体的研制体现了结构与功能相适应的原理 D．若上述技术得到广泛应用，则在一定程度上有助于抵消碳排放的影响 解析：选A　由题图可知，CETCH循环需要消耗来自光反应的NADPH和ATP，因此在一定光照强度范围内，光照越强，CETCH循环的速率越快；若光照强度超过了光饱和点，CETCH循环的速率可能不再随光照的增强而加快，A错误。分离细胞器的方法是差速离心法，故可使用差速离心法从菠菜叶肉细胞中分离出叶绿体，B正确。根据叶绿体结构特点，人造叶绿体可进行光合作用，体现了结构与功能相适应的原理，C正确。CETCH循环能将CO2转化为有机物，在一定程度上可抵消碳排放的影响，D正确。 2．(2024·重庆模拟)当植物吸收了超出其自身所需的光能时，会出现光抑制现象，导致光合结构受到破坏，进而影响光合作用。PsbS蛋白是一种在光系统Ⅱ(PSⅡ)中与叶绿素结合的蛋白质，也是PSⅡ的一种结构成分，在高等植物光保护方面有着重要的作用。科研人员将棉花光系统Ⅱ的PsbS基因导入烟草细胞内，培育了转基因PsbS烟草植株，并在强光照处理下测定了野生型烟草植株(WT)与转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率(如图)。下列有关叙述错误的是(　 ) A．电子(e－)的最终受体物质是NADP＋ B．类囊体膜内外的H＋浓度差只是通过H＋转运形成的 C．在强光照条件下转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率高于野生型烟草植株 D．棉花PsbS基因可能参与调控烟草植株的光合作用 解析：选B　NADP＋和电子(e－)、H＋生成了NADPH，故电子(e－)的最终受体物质是NADP＋，A正确；除H＋转运外，类囊体膜内外的H＋浓度差还与水的光解有关，B错误；在强光照处理下，转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率高于野生型烟草植株(WT)，因此棉花PsbS基因可能参与调控烟草植株的光合作用，C、D正确。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2024·襄阳高三期末)叶绿素a(C55H72MgN4O5)是由谷氨酸经一系列酶的催化作用合成的，其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列说法正确的是(　 ) A．镁元素在细胞中主要以化合物的形式存在 B．叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中 C．可用无水乙醇作层析液分离出绿叶中的叶绿素a D．叶绿素a呈黄绿色，主要吸收蓝紫光和红光 解析：选B　镁元素在细胞中主要以离子的形式存在，A错误；叶绿素a的尾部具有亲脂性特点，而生物膜的基本支架由磷脂双分子层构成，故叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中，B正确；叶绿素a易溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇提取，而不是用无水乙醇作为层析液将其分离，C错误；叶绿素a呈蓝绿色，D错误。 2．羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是(　 ) A．色素1在层析液中的溶解度最大 B．色素1、2、3、4难溶于蒸馏水 C．色素5可能存在于植物的液泡中 D．缺Mg会影响色素1和2的含量 解析：选D　根据层析的结果，色素1距离起点(色素点样)最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A正确；根据在蒸馏水中的层析结果说明色素1、2、3、4难溶于蒸馏水，因此在滤纸上不进行扩散，B正确；根据在蒸馏水中的层析结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的水溶性色素，C正确；镁参与构成叶绿素，故缺Mg会影响色素3(叶绿素a)和4(叶绿素b)的含量，D错误。 3．(2024·东莞期末)某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体，将其叶片进行了红光照射，光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常叶片相比，实验结果是(　 ) A．光吸收差异显著，色素带缺第2条 B．光吸收差异不显著，色素带缺第2条 C．光吸收差异显著，色素带缺第1条 D．光吸收差异不显著，色素带缺第1条 解析：选B　叶绿体色素有四种，经纸层析法得到的色素带从上至下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，而叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以将叶黄素缺失突变体叶片进行红光照射，测定光吸收差异不显著，而色素带缺叶黄素这个条带，位于第2条。 4．研究表明：绿色植物在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，植物的光合作用下降。其原因是(　 ) A．光反应强度升高，暗反应强度降低 B．光反应强度降低，暗反应强度不变 C．光反应强度不变，暗反应强度降低 D．光反应强度降低，暗反应强度降低 解析：选D　镁是合成叶绿素的必需元素，绿色植物在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，叶肉细胞内叶绿素含量较低，光反应强度降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，暗反应强度也随之降低，导致叶片光合作用强度下降。故选D。 5．(2024·成都模拟)如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是(　 ) A．供给14CO2，放射性出现的顺序可为CO2→C3→甲 B．结构A释放的O2可进入线粒体中 C．在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并被NADPH还原 D．如果突然停止CO2的供应，短时间内C3的含量将会增加 解析：选D　在光合作用暗反应中，供给14CO2，CO2中的碳通过CO2的固定进入C3，再通过C3的还原可进入甲(有机物)中，A正确；图中的结构A为基粒，其包含的类囊体膜是光合作用光反应的场所，光反应释放的O2可进入线粒体被有氧呼吸利用，B正确；暗反应过程中，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并被NADPH还原成C5和有机物，C正确；如果突然停止CO2的供应，CO2的固定停止，会导致C3的来源减少，而去路正常，所以短时间内C3的含量将会降低，D错误。 6．(2024·宣城月考)人工光合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。下列叙述错误的是(　 ) A．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 B．模块3中的甲为五碳化合物，乙为三碳化合物 C．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与植物的相等 D．若气泵停转较长时间，模块2中的能量转换效率也会发生改变 解析：选C　由图可知，模块1吸收光能，模块2进行水的电解，故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，A正确；模块3中的反应过程与暗反应过程相同，故模块3中的甲是C5，乙是C3，B正确；在与植物的光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量应大于植物，因为植物进行呼吸作用消耗糖类，C错误；若气泵停转较长时间，则不能进行CO2的固定，暗反应进行受阻，进而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变，D正确。 7．(2024·厦门期末)如图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统，下列叙述错误的是(　 ) A．光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中 B．在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP C．自然界中能发生光合作用的生物，一定都具备吸收、传递和转化光能的能力 D．有些生物可以进行光合作用但不具备PSⅡ和PSⅠ系统结构 解析：选A　光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，A错误；由图可知，在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP，B正确；自然界中能发生光合作用的生物，一定具有吸收、传递和转化光能的能力，否则无法利用光能，C正确；PSⅡ和PSⅠ分布在类囊体膜上，自然界中能发生光合作用的生物，不一定具有叶绿体，如蓝细菌，故可进行光合作用的生物不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统，D正确。 8．(2024·重庆高三统考)纸层析法分离叶绿体色素时，迁移率(Rf)可用于各色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中色素层析结果(部分数据)。相关叙述正确的是(　 ) 溶剂 色素1 色素2 色素3 色素4 实验组1 7.8 ？ ？ 1.9 ？ 实验组2 8.2 ？ ？ 1.5 ？ 实验组3 8.0 ？ ？ 1.4 ？ 平均移动距离/cm 8.0 7.6 ？ ？ 0.8 迁移率(Rf) 无 0.95 0.53 ？ 0.10 A.色素3的迁移率(Rf)为0.2，若植物体缺镁，该色素含量会增加 B．在层析液中的溶解度最小的是色素1，在滤纸条上扩散速度最快的是色素4 C．能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2，能够吸收红光的只有色素3和色素4 D．该实验所用的层析液中包含苯、丙酮、石油醚等成分 解析：选D　根据实验1、2、3三组数据可求出，色素3平均移动距离为(1.9＋1.5＋1.4)÷3＝1.6 cm，所以色素3的Rf值为1.6÷8.0＝0.2；根据Rf的大小可知，色素3是叶绿素a，其化学元素组成含有镁，若植物体缺镁，该色素含量会减少，A错误。根据Rf的大小可知，色素1移动距离最远，扩散最快，在层析液中溶解度最大，B错误。根据Rf的大小可知，色素1是胡萝卜素，色素2是叶黄素，色素3是叶绿素a，色素4是叶绿素b。叶绿素(色素3和4)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素(色素1和2)主要吸收蓝紫光，C错误。该实验所用的层析液由20份在60～90 ℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成，D正确。 9．磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是(　 ) A．a表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成 B．磷酸丙糖应该是一种五碳化合物 C．磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质中合成淀粉 D．若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合速率下降 解析：选D　图中a是光反应为暗反应提供的物质，a表示NADPH和ATP，在叶绿体类囊体薄膜上合成，A错误；磷酸丙糖是三碳化合物，B错误；磷酸丙糖合成淀粉的过程在叶绿体基质中进行，C错误；磷酸转运器活性受抑制，不能将磷酸丙糖运出叶绿体，也不能将磷酸运入叶绿体，造成叶绿体中光合产物积累和缺少磷酸，导致光合速率降低，D正确。 二、非选择题 10．(2024·潍坊模拟)淀粉是粮食主要的组分，也是重要的工业原料。中国科学院实现了人工合成淀粉，其途径如图1所示，该成果不依赖植物光合作用，在实验室人为提供能量的基础上，实现了从CO2和H2到淀粉分子的人工全合成。图2表示光合作用合成葡萄糖的过程。 (1)光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的____________(用“C1模块”“C3模块”“C6模块”或“Cn模块”及箭头表示)。图1中Cn是由C6组成的淀粉，以C6为单位组成的生物大分子还有________________________(答出两种)。 (2)图2所示过程为18O的转移路径和实验结果，据此推测用18O标记二氧化碳的实验目的是______________________________________________。光合作用过程既能分解水也能产生水，结合图2分析光合作用的__________(填“光反应”或“暗反应”)过程产生水，判断的依据是____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 (3)从能量的角度看，光合作用的本质是将太阳能转化为___________________________。 人工合成淀粉的成功能否表明是对光合作用的完全替代，请从能量的角度阐述你的理由：________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 解析：(1)NADPH和ATP参与光合作用暗反应过程中C3的还原，相当于图1中的C3模块→C6模块。以C6为单位组成的生物大分子除淀粉外，还有糖原、纤维素等。(2)图2所示过程是18O的转移路径和实验结果，则用18O标记二氧化碳的实验目的是探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径。由图2可知，合成ATP时，也产生了水，场所为叶绿体类囊体膜，因此光合作用的光反应过程产生水。(3)光合作用的本质是将太阳能转化为有机物中储存的化学能。人工合成淀粉的成功不能表明是对光合作用的完全替代，理由见答案。 答案：(1)C3模块→C6模块　糖原、纤维素 (2)探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径　光反应　产生水的场所为类囊体膜，与ATP同时生成　(3)有机物中储存的化学能　不能，人工合成淀粉所需能量是人为提供的能量，而光合作用合成淀粉所需能量是生产者直接固定的太阳能 11．科研人员对绿色植物光暗转换中的适应机制开展下列研究。 (1)科研人员测定绿色植物由暗到亮过程中，CO2吸收速率的变化，结果如图1。 ①结果显示，未开始光照时，CO2吸收速率低于0，这是由于植物细胞进行____________释放CO2的结果。0.5 min后，CO2吸收速率才迅速升高，说明此时光合作用______反应才被激活。 ②光照后，绿色植物光合作用中的能量变化：光能→_____________________________。 (2)科研人员进一步检测了上述时间段中光反应相对速率和热能散失比例(是指叶绿体中，以热能形式散失的能量占光反应捕获光能的比例)，结果如图2。 ①图2中两条曲线变化趋势的差异为______________________；0.5～2 min，与之前的变化相反。 ②结合图1及光合作用过程推测，0～0.5 min，光反应速率变化的原因是_____________。 (3)请从物质与能量、结构与功能的角度分析，0～2 min，图2中热能散失比例变化的生物学意义： ___________________________________________________________________________。 解析：(1)①植物进行光合作用需要消耗CO2，据图1可知，未开始光照时，CO2吸收速率低于0，这是由于植物细胞进行细胞呼吸释放CO2的结果；CO2在暗反应过程中参与CO2的固定过程，图1中曲线变化说明0.5 min后暗反应过程才被激活，CO2吸收速率迅速升高。②光照后，绿色植物光合作用中的能量变化：光能→NADPH和ATP中活跃的化学能(光反应过程)→糖类等有机物中稳定的化学能(暗反应过程)。(2)①据图2可知，图2中两条曲线变化趋势的差异为0～0.5 min，光反应相对速率下降，热能散失比例上升；0.5～2 min，与之前的变化相反。②光反应可为暗反应提供ATP和NADPH，由(1)分析可知，0.5 min后暗反应被激活，CO2吸收速率迅速升高，图2中0～0.5 min，光反应速率降低，原因是暗反应未被激活，光反应产生的NADPH和ATP积累导致光反应被抑制。(3)生物学意义见答案。 答案：(1)①细胞呼吸　暗　②NADPH和ATP中(活跃)的化学能→糖类等有机物中(稳定)的化学能　(2)①0～0.5 min，光反应相对速率下降，热能散失比例上升　②暗反应未被激活，光反应产生的NADPH和ATP积累导致光反应被抑制　(3)0～0.5 min(暗反应未启动时)，吸收的光能未被利用，热能散失比例上升，可保护光合色素、相关蛋白和叶绿体结构等免受(光)损伤；0.5～2 min(暗反应启动后)，热能散失比例减少，吸收的光能可有效转化为化学能 第二课时　影响光合作用的因素及应用 主题研习(一)　探究环境因素(光照强度)对光合作用强度的影响(实验·探究型) 1．实验原理 (1)抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。 (2)光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 2．实验流程 3．实验装置分析 (1)自变量：光照强度。通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 (2)因变量：光合作用强度。可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用时间的长短来衡量光合作用的强弱。 (3)盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。 [思考探究] (1)叶圆片上浮的原因是什么？ 提示：植物光合作用产生的O2多于细胞呼吸消耗的O2，气体充满细胞间隙，叶片上浮。 (2)结合上述实验结果，尝试在下图中绘制光照强度对光合作用强度影响的曲线图。 提示： 1．(2024·海口模拟)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置，氧气传感器可监测O2量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是(　 ) A．NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2 B．单色光照射时，相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多 C．氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻光合作用产生的O2量 D．拆去滤光片，改变光照强度，并将所得数据绘制成曲线可推知其光饱和点 解析：选C　氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻净光合作用产生的O2量，即总光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值，C错误。 2.(2022·海南高考)某小组为探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是(　 ) A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C．四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 解析：选B　本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现)，温度、光照等属于无关变量，应相同且适宜，A错误；实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需时间越短，B正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长，表明其光合速率最低，C错误；本实验是在适宜温度下进行的，若从适宜温度降低到4 ℃，与光合作用相关的酶的活性降低，导致光合速率降低，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长，D错误。 主题研习(二)　影响光合作用的因素分析(深化·提能型) 1．内部因素对光合作用的影响 (1)植物自身的遗传特性 以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶(如图) (3)叶面积指数(如图) 2．外部因素对光合作用的影响 (1)光照强度 ①图示分析：光照强度影响光反应，制约ATP及NADPH的产生，进而制约暗反应。 ②应用：温室大棚阴天时补光可以提高光合速率。 (2)CO2浓度 (3)温度 (4)水分和矿质元素 (二)光(CO2)补偿点、饱和点的移动规律分析 [典例]　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 ℃，如图所示曲线表示该植物在恒温30 ℃、适宜CO2浓度时光合速率与光照强度的关系，下列叙述错误的是(　 ) A．若光照增强，则短时间内植物叶肉细胞中C3的含量降低 B．若CO2浓度降低，则d点向左下方向移动 C．d点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D．将温度调节到25 ℃(其他条件不变)，图中a点将向上移动，b点将向右移动 [解析]　若光照增强，光反应产生的ATP和NADPH增多，短时间内C3还原量增加，CO2固定量不变，导致C3含量减少，A正确；CO2参与暗反应，若CO2浓度降低，光合速率降低，d点向左下方向移动，B正确；处于d点时，细胞既进行细胞呼吸又进行光合作用，叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，C正确；其他条件不变的情况下，将温度调节到25 ℃，光合强度增强，呼吸强度减弱，a点将向上移动，b点将向左移动，D错误。 [答案]　D |认|知|生|成|　光合作用影响曲线中关键点的移动 (1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。 (2)B点与C点的变化 自变量 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大CO2 浓度(或光照强度) 左移 右移 适当减小CO2浓度 (或光照强度) 右移 左移 土壤缺Mg2＋ 右移 左移 提醒：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 (3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。 题点(一)　光合作用的影响因素及其应用 1．(2023·北京高考)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是(　 ) A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 解析：选C　CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性随温度的升高而增强，B正确；CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误；图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。 2.(2024·深圳调研)甲、乙两种植物在不同光照强度下的O2释放量(吸收量)如图所示，下列有关叙述错误的是(　 ) A．与甲植物相比，乙植物更适合在林下生长 B．与甲植物在B点相比，乙植物在A点时叶绿体产生O2的速率较小 C．与B点相比，D点时甲植物叶绿体中C3的消耗量增加 D．C点时，甲、乙两植物的实际光合作用强度相同 解析：选D　据图可知，乙植物的光补偿点和光饱和点都低于甲植物，因此乙植物更适合在光照弱的林下生长，A正确；A点和B点分别是乙植物和甲 植物的光补偿点，此时光合速率等于呼吸速率，由于乙的呼吸速率小于甲，所以乙植物在A点时的光合速率小于甲植物在B点时的光合速率，即乙植物在A点时叶绿体产生O2的速率比甲植物在B点小，B正确；与B点相比，D点对应的光照强度大，光反应产生的NADPH和ATP多，暗反应还原C3的速率快，C3的消耗量增加，C正确；C点时，甲、乙两植物的净光合速率相同，但由于呼吸速率不同，所以甲、乙两植物的实际光合强度不同，D错误。 题点(二)　补偿点和饱和点及其移动分析 3．将正在生长的黄豆的叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图。下列叙述正确的是(　 ) A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移 B．如果光照强度适当增强，a点左移，b点右移 C．如果光照强度适当增强，a点右移，b点左移 D．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移 解析：选B　如果光照强度适当降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，这将抑制暗反应的进行，而呼吸速率不变，因此需要更多的CO2进行补偿，但达到饱和点需要的CO2减少，则a点右移，b点左移，A、D错误；如果光照强度适当增强，光反应生成的ATP和NADPH增加，促进暗反应进行，而呼吸速率不变，因此在较低CO2浓度时便可进行光合作用，在最大光合作用强度下CO2吸收量也会增多，则a点左移，b点右移，B正确，C错误。 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P105“探究·实践”素材挖掘)图甲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圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的圆形小叶片转至不同温度的相同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关叙述错误的是(　 ) A．利用图甲装置，可研究CO2浓度对该植物光合速率的影响 B．圆形小叶片上浮至液面的时间可反映圆形小叶片释放O2的速率大小 C．图乙ab段说明随着水温的增加，净光合速率逐渐增大 D．通过图乙能确定影响总光合速率的最适温度在bc之间 解析：选D　图甲装置中可通过改变NaHCO3溶液的浓度来研究CO2浓度对圆形小叶片光合速率的影响，A正确；圆形小叶片上浮的原因是光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量，细胞释放O2越多，产生浮力越大，因此圆形小叶片上浮至液面所需时间可反映圆形小叶片净光合速率的大小，B正确；ab段曲线表示随着水温的增加，圆形小叶片上浮至液面所需要的时间缩短，说明O2产生速率加快，净光合速率逐渐增大，C正确；由图乙可知，在bc温度范围内，圆形小叶片的净光合速率最大，所以净光合作用对应的最适温度在bc段，但总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，而各温度下圆形小叶片的呼吸速率未知，所以无法确定总光合作用的最适温度，D错误。 (二)科学思维“融会通” 2．(必修1 P106“拓展应用T1”建模应用)下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题： (1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大。 (2)10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。 (3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。 (4)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施：可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．(2024·苏州模拟)薇甘菊是外来入侵物种，研究人员测量薇甘菊在不同光照强度下的ATP和淀粉含量变化。以12：00时的光照强度表示为100%,8：00时的光照强度为40%,17：00时的光照强度为20%,18：00时的光照强度为0，结果如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．17：00～18：00淀粉含量下降是因为呼吸作用大于光合作用 B．8：00～12：00薇甘菊ATP含量未提高，说明此时未进行光合作用 C．8：00时薇甘菊叶肉细胞中产生ATP的细胞结构有线粒体和叶绿体 D．薇甘菊长期在弱光下生长时，叶片厚度会变厚，有利于捕获更多光能适应弱光环境 解析：选A　17：00～18：00光照强度逐渐降低，光合作用逐渐减弱，淀粉合成量下降，此时细胞呼吸消耗量大于光合作用合成量，淀粉含量下降，A正确；图中8：00～12：00淀粉含量增加，说明此时存在光合作用，B错误；光照条件下，薇甘菊叶肉细胞可进行光合作用和有氧呼吸，产生ATP的结构有叶绿体、细胞质基质、线粒体，C错误；薇甘菊长期在弱光下生长时，叶片厚度会变薄，使叶片面积增大，有利于捕获更多光能适应弱光环境，D错误。 2．用密闭的培养瓶培养等量的绿藻(单细胞藻类)，将其置于4种不同温度下(t1＜t2＜t3＜t4)培养，分别测定光照和黑暗条件下培养瓶中氧气的含量变化如图所示。下列叙述正确的是(　 ) A．氧气消耗的场所为线粒体基质，产生的场所为叶绿体中的类囊体薄膜 B．温度逐渐升高的过程中，绿藻的光反应速率不变，暗反应速率增强 C．温度逐渐升高的过程中，绿藻的光合速率和呼吸速率均逐渐增强 D．温度为t3时，光照时间至少长于16小时绿藻才能正常生长 解析：选C　绿藻是真核生物，有氧呼吸的主要场所是线粒体，氧气消耗的场所为线粒体内膜，光合作用中O2产生的场所为叶绿体中的类囊体薄膜，A错误；图中光照条件下氧气增加量可代表净光合速率，黑暗条件下氧气消耗量可表示呼吸速率，温度逐渐升高的过程中，光合速率和呼吸速率均逐渐增加，此时绿藻的光反应速率和暗反应速率均增强，B错误，C正确；温度为t3时，假设光照时间至少为n小时绿藻才能正常生长，则应满足12n－8(24－n)＞0，可求得n>9.6，D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2024·南宁调研)下列关于生物学原理在农业生产上的应用，叙述错误的是(　 ) A．“一次施肥不能太多”，避免土壤溶液浓度过高，引起烧苗现象 B．“低温、干燥、无氧储存种子”，更能降低细胞呼吸，减少有机物的消耗 C．“正其行，通其风”，能为植物提供更多的CO2以提高光合作用速率 D．“轮作”是利用了不同作物根系对矿质营养元素吸收的差异，从而避免土壤肥力下降 解析：选B　一次施肥太多，会导致土壤溶液浓度过高，导致细胞失水，即烧苗现象，A正确；储存种子需要在低温、干燥、低氧的环境中，B错误；“正其行，通其风”，保证空气流通，能为植物提供更多的CO2以提高光合作用速率，C正确；“轮作”，即交替种植不同的作物，可以利用不同作物根系对矿质营养元素吸收的差异性，避免土壤肥力下降，D正确。 2.利用如图实验装置进行与光合作用有关的实验，下列叙述正确的是(　 ) A．试管中收集的气体量代表了光合作用产生的氧气量 B．在光下，如果有气泡产生，可说明光合作用产生氧气 C．为了探究二氧化碳浓度对光合作用的影响，可以用不同浓度的碳酸氢钠溶液进行实验 D．为了探究光照强度对光合作用的影响，用一套装置慢慢向光源靠近，观察气泡产生速率的变化 解析：选C　试管中收集到的气体总量小于光合作用产生的氧气总量，因为有一部分的氧气用于自身的呼吸作用消耗，A错误。在光下，如果有气泡产生，若该气泡是二氧化碳，则说明呼吸作用强度大于光合作用强度，产生了多余的二氧化碳；若该气泡是氧气，则说明光合作用强度大于呼吸作用强度，产生了多余的氧气，B错误。探究二氧化碳浓度对光合作用的影响，自变量是二氧化碳浓度，因此可用不同浓度的碳酸氢钠溶液进行实验，C正确。为了探究光照强度对光合作用的影响，应该用多套相同的装置，其他条件相同，只是距离光源的位置不同，D错误。 3．(2024·漳州模拟)将正常生长的绿萝在黑暗中放置24 h，取形态相近的枝条水培于1～4组烧杯中，按下表处理6 h。各处理组取1.5 g叶片，用无水乙醇水浴加热脱色后晾干，用研钵研碎并溶解淀粉，定量测定淀粉浓度，结果如下表。下列对该实验的推测不合理的是(　 ) 编号 处理组 淀粉浓度/(g/L) 1 黑暗、清水组 0 2 40 W光照，清水组 0.243 3 40 W光照、0.1%NaHCO3组 0.844 4 40 W光照、1.0%NaHCO3组 1.452 A．黑暗处理24 h的叶片呼吸作用会导致淀粉减少 B．自变量是光照的有无和水培液的不同 C．能检测到淀粉说明叶片净光合作用大于零 D．随NaHCO3溶液浓度增高淀粉合成量会增多 解析：选D　黑暗处理24 h目的是使叶片通过呼吸作用消耗原有的淀粉，A正确；观察各组处理的不同条件可知，自变量是光照的有无和水培液的不同，B正确；由1、2组可知，能检测到淀粉说明有光合产物积累，因此能检测到淀粉说明叶片净光合作用大于零，C正确；该实验的NaHCO3溶液浓度只有0.1%和1%两组数据，无法确定其他浓度情况下淀粉合成量的变化，D错误。 4．科研人员以梧桐叶为材料研究不同浓度的CO2对光合作用强度的影响。图1为实验装置示意图，图2为适宜光照条件下随NaHCO3浓度变化装置内O2浓度的变化曲线。下列说法不正确的是(　 ) A．各实验组中所用圆形小叶片数量和生理状况应该相同 B．为保证实验准确性，开始实验前需将装置遮光 C．和b点比较，a点叶绿体中C5消耗得更快，ATP生成更慢 D．NaHCO3相对浓度超过20后，曲线可能下降 解析：选C　圆形小叶片数量和生理状况为无关变量，故各实验组中所用圆形小叶片数量和生理状况应该相同，A正确；为保证实验准确性，开始实验前需将装置遮光，消耗原有的O2，B正确；和b点比较，a点CO2浓度较低，叶绿体中C5消耗得更慢，ATP生成更慢，C错误；NaHCO3相对浓度超过20后，可能由于浓度过高，导致细胞失水，使细胞的光合作用受到影响，导致曲线下降，D正确。 5.将如图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述正确的是(　 ) A．黑暗条件下，①④减小 B．光照强度低于光补偿点时，①③增大 C．光照强度等于光补偿点时，②③保持不变 D．光照强度等于光饱和点时，②④增大 解析：选C　黑暗条件下，细胞只有呼吸作用，呼吸作用消耗O2产生的CO2扩散至细胞外，因此①增大、④减小，A错误；光照强度低于光补偿点时，光合作用强度小于呼吸作用强度，此时①增大、③减小，B错误；光照强度等于光补偿点时，光合作用强度等于呼吸作用强度，②③保持不变，C正确；光照强度等于光饱和点时，光合作用强度大于呼吸作用强度，②减小、④增大，D错误。 6．图一表示甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势。图二表示将植物甲置于CO2浓度不同的环境条件下，其光合速率受光照强度影响的变化趋势。下列相关说法错误的是(　 ) A．甲、乙两种植物单独种植时，若种植密度过大，则净光合速率下降幅度较大的是植物乙 B．甲、乙两种植物光合作用过程中都可以通过水的光解为其细胞代谢提供O2和H＋ C．若图二中光照强度由D对应点升高至E对应点，则短时间内ATP/ADP的值会增大 D．与图二中的E点相比，限制F点光合速率的主要因素是CO2浓度 解析：选A　甲、乙两种植物中，植物乙的光补偿点和饱和点更低，更适合光线弱的环境，过度密植时植物甲受影响更大，A错误；当光照强度由D对应点升高至E对应点时，光反应增强，产生的ATP增多，短时间内ATP/ADP的值会增大，C正确。 7．(2024·黄山一模)为了探究光照强度和土壤含水量对密闭容器中某植株光合速率的影响，研究小组进行了相关实验，实验处理及其结果如图所示，其中20%、40%、60%为土壤含水量，弱、中、强为光照强度，光合速率的单位为mg CO2·dm－2·h－1。据图分析，下列叙述正确的是(　 ) A．相同土壤含水量下，随着图中光照强度的增加，光合速率随之增强 B．相同光照强度下，随着图中土壤含水量的增加，光合速率随之增强 C．中强度光照和土壤含水量为40%的条件最有利于该植株的生长 D．弱强度光照条件下，土壤含水量不是限制该植株光合作用的环境因素 解析：选B　相同土壤含水量下，随着图中光照强度的增加，光合速率先升高后降低，A错误；图中的实验条件中，中强度光照和土壤含水量为60%的条件该植株光合速率最高，若不考虑其他影响因素时，该条件下最有利于该植株生长，C错误；弱强度光照条件下，随着土壤含水量的增加，该植株光合速率随之增强，说明弱强度光照条件下，土壤含水量是限制该植株光合作用的环境因素，D错误。 8．如图甲表示水稻叶肉细胞在光照强度分别为0、4、8、12 klx时，单位时间释放的气体总量的变化，图乙表示用水稻叶片实验时光合速率与光照强度的关系。下列有关叙述正确的是(　 ) A．图甲中，光照强度为8 klx时，细胞的光合作用速率等于呼吸作用速率 B．图乙中，限制E、F、G点叶片光合速率的主要环境因素为光照强度 C．图乙中，如果增大CO2浓度，F点向右移动 D．图甲中，光照强度为12 klx时，单位时间内叶肉细胞固定了约12个单位的CO2 解析：选D　图甲中，光照强度为8 klx时，氧气释放量大于0，说明净光合量大于0，细胞的光合作用速率大于呼吸作用速率，A错误；图乙中，限制E、F点叶片光合作用速率的主要环境因素为光照强度，而G点达到光饱和点，光照强度不再是限制因素，B错误；图乙中，F点为光补偿点，增大CO2浓度，光合作用可能会增大，F点将左移，C错误；图甲中，光照强度为12 klx时，单位时间内叶肉细胞释放了约8个单位的O2，因光照强度为0时呼吸作用产生了约4个单位的CO2，则光照强度为12 klx时，根据光合作用化学反应式可知，一共固定了约8＋4＝12(个)单位的CO2，D正确。 9．如图表示叶片的光合作用强度与植物周围空气中二氧化碳含量的关系，图示中ce段是增大了光照强度后测得的曲线。下列有关叙述正确的是(　 ) A．植物鲜重增加量是光合作用强度的重要指标 B．在e点后再次增大光照强度，曲线有可能为eg段 C．叶绿体内a点时的C3的还原速率大于b点 D．bc段的限制因素主要是温度 解析：选B　植物鲜重增加的主要是水分，而光合作用合成有机物，因此植物干重的增加量是光合作用强度的重要指标，A错误；根据图示分析可知，在e点后再次增大光照强度，可能已超过了光饱和点，曲线有可能为eg段，B正确；b点时光合速率大于a点，此时C3的还原速率大于a点，C错误；分析题图可知，bc段的限制因素主要是光照强度，D错误。 10．为研究多种环境因子对马铃薯植株光合作用的影响，某生物兴趣小组做了实验研究，实验结果如图所示。据图分析正确的是(　 ) A．图中影响马铃薯植株光合作用速率的因素只有CO2浓度和温度 B．在弱光、CO2浓度为0.03%、20 ℃条件下，马铃薯植株叶肉细胞的叶绿体中无O2产生 C．马铃薯植株在适当遮阴、CO2浓度为0.03%、40 ℃条件下，光照强度不是限制光合作用速率的因素 D．据图分析，在光照充足的条件下适当增加CO2浓度有利于提高马铃薯CO2吸收速率 解析：选D　由图可知，图中影响马铃薯植株光合作用速率的因素有CO2浓度、温度和光照强度，A错误；弱光、CO2浓度为0.03%、20 ℃条件下的CO2吸收速率约为0，表示此时植物的光合作用速率约等于呼吸作用速率，即马铃薯植株叶肉细胞的叶绿体可以进行光合作用，因此其叶绿体中有氧气产生，B错误；CO2浓度为0.03%、40 ℃条件下，在弱光、适当遮阴以及全光照三种条件下，植物的CO2吸收速率不同，说明光照强度是限制光合作用速率的因素，C错误；由图可知，全光照条件下，CO2浓度为1.22%时的CO2吸收速率大于CO2浓度为0.03%时，故在光照充足的条件下适当增加CO2浓度有利于提高马铃薯CO2吸收速率，D正确。 二、非选择题 11．研究人员以植物甲(阳生植物)和乙(阴生植物)为材料进行实验，结果如图1和图2所示。请回答下列问题： (1)图1中，A点时，植物甲在有关酶的催化作用下，C3接受光反应提供的能量并且被NADPH还原后，形成__________。由A点对应的光照强度升高到B点对应的光照强度，并在此光照强度下光合速率达到稳定的过程中，植物乙光合作用中C3的相对含量变化是______________________。 (2)植物的光补偿点是植物CO2吸收量与释放量相等时对应的光照强度。由图1和图2可知，光补偿点的大小可能因______________________的不同而有差异。与阳生植物相比较，阴生植物呼吸速率低，很弱的光合作用就可以使植物CO2吸收量与释放量相等，从而可以在__________的环境中存活下来。 (3)图2中，为验证在92 μmol·m－2·s－1光强下生长的植物甲光补偿点降低是由环境因素引起的，而非遗传因素造成的，需在此基础上进一步实验，请写出实验思路：________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 解析：(1)图1中，A点植物甲可以进行光合作用，在光反应产生的ATP和NADPH的作用下，在相关酶的催化作用下，C3被还原生成C5和(CH2O)；由A点对应的光照强度升高到B点对应的光照强度，即光照强度增加，会导致光反应产生的ATP和NADPH增加，短时间内C3的还原增加，因此在此光照强度下光合速率达到稳定的过程中，植物乙光合作用中C3的相对含量变化是先下降后上升最后趋于相对稳定。(2)分析图1和图2可知，光补偿点的大小可能因植物种类和生长环境的不同而有差异。根据图1分析，阴生植物的呼吸速率较阳生植物低，且很弱的光合作用就可以使植物CO2吸收量与释放量相等，即弱光下就达到了光补偿点，这样可以使其在光照不足的环境中生存下来。(3)实验的目的是验证在92 μmol·m－2·s－1光强下生长的植物甲光补偿点降低是由环境因素引起的，而非遗传因素造成的，根据实验的单一变量原则和对照原则分析，具体实验思路见答案。 答案：(1)(CH2O)和C5　先下降后上升最后趋于相对稳定　(2)植物种类和生长环境　光照不足　(3)收获在92 μmol·m－2·s－1光强下生长的植物甲的种子种植，使其在920 μmol·m－2·s－1光强下生长，一段时间后，在与图2实验条件完全相同的条件下(重复上述实验)，测其光补偿点 12．油菜终花后叶片大量凋落，角果皮成为生育后期最主要的光合器官。某研究小组设置了3个钾肥梯度(0、60、120 kg/hm2)，分别表示不施钾肥处理(K0)、钾肥施用不足处理(K60)和推荐施钾肥量处理(K120)，研究了不同钾肥用量下油菜角果皮的光合特性，结果如下表所示。 施钾量对油菜角果皮CO2传输特征参数的影响 施钾 处理 A/(μmol· m－2·s－1) g5/(mol· m－2·s－1) Ci/(μmol· mol－1) Cc/(μmol· mol－1) K0 6.18 0.08 254.2 59.7 K60 7.68 0.11 272.4 135.9 K120 9.81 0.12 250.8 103.0 (A：净光合速率；g5：气孔导度；Ci：胞间CO2浓度；Cc：叶绿体CO2浓度) (1)用__________提取到油菜的光合色素后，为减少其他光合色素的干扰，可通过对比光合色素对________(填“红光”“蓝紫光”或“绿光”)的光吸收率来计算其叶绿素含量。原因是__________________________________________________________________________。 (2)据题表分析，推测增施钾肥可以提高角果皮的净光合速率的原因可能是_______________________________________________________________________________。 (3)大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合，这是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行。其原因是_______________________________________________________________________________。 (4)研究发现，蓝光可激活保卫细胞内的系列生理过程，引发其细胞膜上内向K＋通道打开，K＋大量内流，有利于气孔张开。科研人员培育出保卫细胞中能大量表达K＋通道蛋白的油菜突变体，试图提高气孔开合的动力，即光照增强时气孔打开的更快，光照减弱时关闭的也更快。请简要写出探究增加K＋通道蛋白能否提高气孔开合速率的实验设计思路。_______________________________________________________________________________。 解析：(1)用无水乙醇可以提取绿叶中的色素，由于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，通过比较对红光的光吸收率，能更准确地计算出叶绿素含量。(2)由表可知，随着钾肥浓度的增大，气孔导度不断增加，从而使叶绿体CO2浓度提高，暗反应速率加快，光合速率加快，进而使角果皮的净光合速率提高。(3)气孔既是CO2进出的场所，也是蒸腾作用的通道，气孔周期性的闭合既能降低蒸腾作用强度，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行，有利于植物对干旱条件的适应性。(4)实验设计思路见答案。 答案：(1)无水乙醇　红光　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，通过比较对红光的光吸收率，能更准确地计算出叶绿素含量　(2)增施钾肥能够提高角果皮的气孔导度，从而使叶绿体CO2浓度提高，暗反应速率升高　(3)既能降低蒸腾作用强度，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行　(4)将正常油菜和油菜突变体置于蓝光下照射，检测正常油菜和油菜突变体气孔开合所需时间随光照强度的变化 第4讲　细胞呼吸与光合作用的关系 细胞呼吸与光合作用相互联系的考题，可全面考查结构与功能观、物质与能量观等生命观念，常受到高考命题者的青睐，在高考命题中考查频次较高。命题多借助图示模型或情境信息等进行考查，选择题、非选择题都是常见题型。本讲从“细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系”“真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系”“自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化”三个角度进行剖析，提高考生对细胞呼吸与光合作用的关系综合分析能力。 主题研习(一)　细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系 [典例导析] (2023·天津高考)如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程示意图，关于此图说法错误的是(　 ) A．HCO经主动运输进入细胞质基质 B．HCO通过通道蛋白进入叶绿体基质 C．光反应生成的H＋促进了HCO进入类囊体 D．光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应 [解析]　据图分析可知，HCO进入细胞质基质需要消耗线粒体产生的ATP，方式为主动运输，A正确。HCO进入叶绿体基质需要消耗线粒体产生的ATP，方式为主动运输，通道蛋白介导的运输方式为协助扩散，B错误。据图可知，光反应阶段水光解产生的H＋促进了HCO进入类囊体，C正确。据图可知，光反应阶段生成的物质X为O2，O2浓度增大会使有氧呼吸增强，产生的ATP增多，有利于HCO进入叶绿体基质，HCO分解可产生CO2，从而保障暗反应的CO2供应，D正确。 [答案]　B [思维建模] 1．细胞呼吸和光合作用的联系(如图) (1)物质转化 C H O (2)能量变化 2．光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路 [应用体验] 1．科研人员用适宜光照条件下正常生长的水稻植株，进行同位素标记实验。下列有关叙述错误的是(　 ) A．提供HO，一段时间后，能在CO2中检测到18O B．提供HO，一段时间后，不能在有机物中检测到18O C．提供14CO2，则根细胞在缺氧状态下可能出现14C2H5OH D．提供14CO2，叶绿体中14C的转移途径大致是14CO2→14C3→(14CH2O) 解析：选B　给水稻提供HO，HO可参与有氧呼吸的第二阶段，所以生成的CO2中会有18O，含有18O的二氧化碳可参与光合作用暗反应过程，故能在有机物中检测到18O，A正确，B错误；给水稻提供14CO2，14C在水稻光合作用过程中的转移途径大致是14CO2→14C3→14C6H12O6(14CH2O)，根细胞在缺氧状态下进行无氧呼吸时，14C6H12O6会分解形成14C2H5OH，C、D正确。 2．(2024·阆中市一模)如图表示高等植物体内某些生理过程。据图分析，下列说法不正确的是(　 ) A．Ⅰ阶段生成ATP和NADPH所需要的能量可以是光能也可以是化学能 B．③和④过程进行的场所分别是叶绿体基质和细胞质基质 C．Ⅰ、Ⅱ阶段所示的过程是生态系统赖以维持的重要基础 D．④和⑤过程可发生在同一个体不同部位的组织细胞中 解析：选A　高等植物体内，Ⅰ阶段生成ATP和NADPH所需要的能量只能来自光能，不可以是化学能，A错误；③和④过程分别表示二氧化碳的固定和无氧呼吸，所以进行的场所分别是叶绿体基质和细胞质基质，B正确；Ⅰ、Ⅱ阶段所示的过程将无机物合成有机物，并储存能量，是生态系统赖以维持的重要基础，C正确；④和⑤过程分别表示有氧呼吸和无氧呼吸，可发生在同一个体不同部位的组织细胞中，如人体的心肌细胞和红细胞等，D正确。 3．线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图为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。 解析：(1)光合作用光反应的场所为类囊体薄膜，该过程将光能转化为化学能，参与该反应的光合色素是叶绿素、类胡萝卜素。(2)据题意并结合题图分析可知，为维持光合作用持续进行，暗反应中部分新合成的C3可以转化为C5继续被利用；一分子蔗糖含12个C原子，C5含有5个C原子，每固定1分子CO2会合成2分子C3，因为还要再生出C5，故需要12个CO2才能合成一分子蔗糖。(3)分析题图可知，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。 答案：(1)类囊体薄膜　叶绿素、类胡萝卜素　(2)C5　12　(3)NADPH　ATP 主题研习(二)　真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系 [典例导析] (2021·北京高考)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，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近3 mmol·cm－2·s－1，A正确。CO2吸收速率代表净光合速率，而真正(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。由图可知，35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误。由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明其能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明其不能积累有机物，C正确。在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境的适应性，D正确。 [答案]　B [思维建模] (一)构建光合作用与细胞呼吸关系的模型 1．建构模型 2．模型解读 数学模型 代谢过程 物理模型(对应过程) A点 只有细胞呼吸，无光合作用 c、d、g、h AB段 真正光合速率<呼吸速率 a、c、d、e、g、h B点(光补偿点) 真正光合速率＝呼吸速率 a、d、e、g B点以后 真正光合速率>呼吸速率 a、b、d、e、f、g C′点(光饱和点) 真正光合速率达到最大 a、b、d、e、f、g (二) 三种速率的判定方法及相关计算 1．判定方法 2．相关计算 (1)光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。 (2)光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。 (3)光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。 [应用体验] 题点(一)　光合速率和呼吸速率的关系 1．某生物兴趣小组测定了不同温度条件下，棉花植株在黑暗中单位时间内O2的消耗速率以及光照条件下单位时间内O2的释放速率，结果如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体基质 B．20 ℃时棉花植株的总光合速率最大 C．30 ℃时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的2倍 D．40 ℃时棉花叶肉细胞光合作用酶的活性丧失，光合作用停止 解析：选C　O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体内膜，A错误；图中O2的消耗速率表示呼吸速率，氧气的释放速率表示净光合速率，20 ℃时棉花植株的净光合速率最大，但呼吸速率较低，总光合速率不是最大(25 ℃时棉花植株的总光合速率大于20 ℃时)，B错误；30 ℃时棉花植株的净光合速率等于呼吸速率，故30 ℃时，棉花植株的总光合速率是呼吸速率的2倍，此时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的2倍，C正确；40 ℃时棉花净光合速率为0，光合作用并未停止，D错误。 2．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是(　 ) A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等 B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多 C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D．两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等 解析：选A　光照下CO2的吸收量表示净光合速率，黑暗下CO2的释放量表示呼吸速率。光照时间相同(假设为1 h)，30 ℃时光合作用制造的有机物的量等于35 ℃时光合作用制造的有机物的量，都为3.0＋3.5＝6.5(mg)，A正确；植物积累的有机物等于净光合积累量，光照相同时间，约26 ℃时植物积累的有机物的量最多，B错误；由图中数据计算可知，温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量并未减少，C错误；两曲线的交点表示绿色植物积累的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等，D错误。 题点(二)　三种速率在生产、生活中的应用 3．(2023·全国新课标卷)我国劳动人民在漫长的历史进程中，积累了丰富的生产、生活经验，并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下： ①低温储存，即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放　②春化处理，即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理　③风干储藏，即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏　④光周期处理，即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长　⑤合理密植，即栽种作物时做到密度适当，行距、株距合理　⑥间作种植，即同一生长期内，在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物关于这些措施，下列说法合理的是(　 ) A．措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系 B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗 C．措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用 D．措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度 解析：选A　有些植物在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花，措施②反映了低温与作物开花的关系；控制光照时间可以调控植物的花期，使植物提前或延后开花，措施④反映了昼夜长短与作物开花的关系，A合理。措施③可以降低种子中的自由水含量，使细胞呼吸速率降低，以降低有机物的消耗；措施⑤能够提高植物叶片对光能的利用率，进而提高光合速率，其主要目的是增加有机物的积累，B不合理。措施⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用；措施②的主要目的是调控植物的开花，C不合理。措施①③的主要目的是降低呼吸作用强度；措施④反映了昼夜长短与作物生长的关系，其主要目的不是降低呼吸作用强度，D不合理。 主题研习(三)　自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化 [典例导析] [例1]　(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　 ) A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率 B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定 C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率 D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率 [解析]　初期容器内CO2浓度较大，光合速率大于呼吸速率，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度逐渐下降，O2浓度逐渐上升，导致光合速率逐渐降低，A错误；密闭容器在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，说明植物光合速率大于呼吸速率，呼吸速率保持稳定，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合速率与呼吸速率相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。 [答案]　D [例2]　(2024·南京模拟)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图，下列关于该图的叙述错误的是(　 ) A．a点产生的原因是夜间温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少 B．开始进行光合作用的点是b点，结束光合作用的点是m点 C．光合速率与呼吸速率相等的点是c、h点，有机物积累量最大的点是m点 D．de段下降的原因是部分气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱 [解析]　a点释放CO2的速率减小的原因是夜间温度降低，呼吸酶活性降低，呼吸速率降低，CO2释放减少，A正确。由图可知，b点是光合作用开始的点，m点之后，CO2释放速率不变，说明m点之后不再进行光合作用，B正确。h点之后，光合速率小于呼吸速率，有机物减少，因此有机物积累量最大的点是h点，C错误。de段光照较强，温度较高致使部分气孔关闭，CO2通过气孔进入叶肉细胞间隙的量减少，光合速率降低；fh段光合速率下降的原因是光照减弱，D正确。 [答案]　C [思维建模] 1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线 MN和 PQ 夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少 N～P 光合作用与呼吸作用同时进行 NA和EP 清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少 A点和 E点 光合作用强度等于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变 A～E 光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加，环境中CO2量减少，O2量增加 BC 叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象 E点 光合作用产物的积累量最大 一昼夜有机物的积累量(用CO2表示)＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S3－(S1＋S2) 2.密闭小室内O2浓度、CO2浓度与时间的关系 [应用体验] 1．(2024·成都模拟)某禾本科植物有甲、乙两个品种，在夏季某晴朗的一天对这两个品种不同时间段的净光合速率进行测定，结果如图所示。下列分析错误的是(　 ) A．10～12时两种植物的净光合速率均有所下降的原因可能是气孔关闭影响了暗反应 B．16～18时两种植物的净光合速率均有所下降的原因可能是光照强度下降影响了光反应 C．8～18时两种禾本科植物叶肉细胞的光合速率均大于呼吸速率 D．由于16时两种植物的净光合速率达到最大，因此此时有机物积累量也达到最大 解析：选D　10～12时两种植物的净光合速率均有所下降的原因可能是光照过强、温度过高，植物气孔关闭降低蒸腾作用，但同时影响了二氧化碳进入植物体，从而影响了暗反应，A正确；16～18时可能是光照强度下降影响了光反应，导致两种植物的净光合速率均有所下降，B正确；8～18时两种禾本科植物的净光合速率均大于0，叶肉细胞的光合速率均大于呼吸速率，C正确；只要净光合速率大于0，植物体的有机物就可以积累，所以图中18时有机物积累量达到最大，D错误。 2．(2024·广州一模)为测定某植物的光合速率，某同学将该植物放入如图甲所示装置中，在光合作用最适温度下进行培养，然后测量不同时段密闭的透明玻璃罩内植物的O2释放速率，结果如图乙所示。下列说法不正确的是(　 ) A．若培养液中缺少镁元素，t1～t2时间段会延长 B．在t5时适当升高温度，植株光合速率将会进一步加快 C．在t4时向玻璃罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率 D．在t3～t4阶段，O2释放速率降低的主要原因是玻璃罩内CO2含量下降 解析：选B　镁是合成叶绿素的必需元素，所以用缺镁的培养液培养一段时间，叶肉细胞内叶绿素合成减少，导致光合速率降低，则t1～t2时间段会延长，A正确；该实验是在光合作用最适温度下进行的，因此t5时适当升高温度，植株光合速率将会减弱，B错误；由图乙可知，在t4时向玻璃罩内适量补充CO2，植株的光反应速率和暗反应速率都加快，C正确；在t4时向玻璃罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率，说明在t3～t4阶段，O2释放速率降低的主要原因是玻璃罩内CO2含量下降，D正确。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2024·南阳模拟)下列有关水稻叶肉细胞内NADH和NADPH的叙述，正确的是(　 ) A．有氧条件下，NADH在细胞质基质中产生，在线粒体中被消耗 B．无氧条件下，NADH在细胞质基质中产生，但不被消耗 C．光照条件下，NADPH在叶绿体的类囊体薄膜上产生 D．黑暗条件下，NADPH在叶绿体基质中产生 解析：选C　有氧条件下，NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生，在线粒体内膜上被消耗，A错误；无氧条件下，NADH在细胞质基质中产生和消耗，B错误；光照条件下，NADPH在叶绿体的类囊体薄膜上产生，C正确；黑暗条件下，叶绿体中不产生NADPH，D错误。 2．(2024·宁德一模)如图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径，其中①～⑥代表有关生理过程。下列叙述错误的是(　 ) A．过程①②③不在生物膜上进行 B．参与过程②③⑤的酶的种类不同 C．过程②③④⑤都有ATP产生 D．过程③产生的[H]全部来自丙酮酸 解析：选D　过程①为光合作用暗反应过程中C3的还原，发生在叶绿体基质中；过程②为有氧呼吸第一阶段，发生在细胞质基质；过程③为有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质，均不在生物膜上进行，A正确。酶具有专一性，过程②③⑤的反应物和生成物不相同，故参与过程②③⑤的酶的种类不相同，B正确。过程②③④为有氧呼吸的三个阶段，过程⑤为光反应阶段，均有ATP产生，C正确。过程③(有氧呼吸第二阶段)是丙酮酸和H2O反应产生CO2和[H]，释放少量能量，产生的[H]部分来自丙酮酸，部分来自H2O，D错误。 3．如图表示植物细胞代谢的过程，下列有关叙述正确的是(　 ) A．过程①可表示渗透吸水，对过程④⑤⑥⑦⑧研究，发现产生的能量大部分储存于ATP中 B．过程④发生在细胞质基质中，过程②产生的能量可用于矿质离子的吸收过程 C．过程③产生的C6H12O6的氧全部来自CO2，过程⑧可在根尖细胞线粒体内膜上进行 D．就叶肉细胞来说，若过程②O2的释放量大于过程⑧O2的吸收量，则该植物体内有机物的量将增加 解析：选C　过程①可表示渗透吸水，过程④⑤⑥⑦⑧产生的能量大部分以热能的形式散失，少部分储存于ATP中，A错误。过程④表示细胞呼吸第一阶段，发生在细胞质基质中；过程②表示光反应阶段，该阶段产生的能量只能用于暗反应阶段，不可用于矿质离子的吸收过程，B错误。过程③表示暗反应阶段，产生的C6H12O6中的氧全部来自CO2；过程⑧表示有氧呼吸第三阶段，可在根尖细胞线粒体内膜上进行，C正确。就叶肉细胞来说，若过程②O2的释放量大于过程⑧O2的吸收量，说明叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，但不一定大于整个植株所有细胞的呼吸速率，故该植物体内有机物的量不一定增加，D错误。 4．(2024·中山调研)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。在上述整个时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是(　 ) A．降低至一定水平时再升高 B．持续保持相对稳定状态 C．降低至一定水平时保持不变 D．升高至一定水平时保持相对稳定 解析：选C　根据题意，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变，说明密闭容器内的CO2浓度从照光开始就下降，当净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0时，密闭容器内的CO2浓度停止下降，然后净光合速率为0，保持不变，密闭容器内的CO2浓度也保持不变，C正确。 5．将植株置于透明密闭容器内，测量容器中CO2的浓度变化情况。在适宜温度条件下，用一定强度的光照处理30分钟，容器中CO2的浓度由2 000 ppm 降低到180 ppm。随后将装置置于相同温度的黑暗条件下30分钟，容器中CO2的浓度上升到600 ppm。下列叙述正确的是(　 ) A．前30分钟CO2减少量可表示该植株的实际光合速率大小 B．经过完整的1小时处理后，该植株的有机物含量会增加 C．光照条件下，提高环境温度会加快植物细胞对CO2的固定 D．若后30分钟继续光照会使容器中CO2含量持续下降直至为零 解析：选B　前30分钟密闭容器中CO2减少量可表示该植株的净光合速率大小，A错误；经过完整的1小时处理后，容器中CO2浓度由2 000 ppm 降到600 ppm，减少的CO2用于光合作用合成有机物，因此该植株的有机物含量会增加，B正确；根据题干可知，温度条件是适宜的，若提高环境温度会降低与光合作用有关酶的活性，从而减慢植物细胞对CO2的固定，C错误；由于密闭容器内的CO2含量有限，若后30分钟继续光照，随着光合作用的持续进行，CO2逐渐被消耗，进而光合作用强度随之降低，当CO2浓度降低到一定水平时，植物的光合作用和呼吸作用强度相等，则装置内的CO2浓度就保持相对稳定，即若后30分钟继续光照会使容器中CO2含量下降直至保持相对稳定，D错误。 6．(2024·达州质检)图甲为黑藻在适宜温度下O2释放速率随光照强度的变化。图乙是将黑藻放在适宜温度的密闭环境中测得的CO2浓度随时间的变化情况(不同时间内光照强度不同)。下列叙述错误的是(　 ) A．图甲中，当光照强度相对值为2时，黑藻的氧气产生速率相对值为0 B．图甲中，当光照强度相对值为7时，若要提高黑藻光合速率，可适当增加CO2浓度 C．图乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的时间段是4～6 h、8～10 h D．由图乙分析，黑藻在该密闭环境中经过12 h后有机物的含量上升 解析：选A　由图甲可知，光照强度相对值为2时，黑藻的氧气释放速率为0，其呼吸作用消耗氧气的速率相对值为2，所以其产生氧气的速率相对值为2，A错误；图甲中，当光照强度相对值为7时，继续增加光照强度黑藻光合速率不能提高，已知黑藻处于适宜温度下，故可通过增加环境中CO2浓度来提高光合速率，B正确；图乙中，在4～6 h、8～10 h内，黑藻光合作用固定CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等(即光合速率等于呼吸速率)，导致密闭环境中CO2浓度没有发生变化，C正确；由图乙可知，黑藻在该密闭环境中经过12 h后，密闭环境中的二氧化碳浓度比起始时的浓度低，所以黑藻有机物含量上升，D正确。 7．图甲表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化，图乙表示植物光合速率与光照强度的关系曲线。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列说法正确的是(　 ) A．若图甲代表水稻，图乙代表蓝细菌，则图甲的c光照强度下与图乙的C时细胞中产生ATP的场所都有细胞质基质、线粒体和叶绿体 B．若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的c光照强度下相当于图乙的B点 C．图甲植物的d光照强度下单位时间内细胞从周围环境吸收8个单位的CO2 D．图乙的A、B、C点光合作用限制因素只有光照强度 解析：选B　蓝细菌为原核生物，细胞中无线粒体和叶绿体，A错误。图甲中c光照强度下O2产生总量与无光照时CO2释放量相等，说明此时呼吸速率等于光合速率；图乙中的B点为光补偿点，光合速率等于呼吸速率，B正确。图甲植物d光照强度下O2的产生总量为8个单位，即光合作用需消耗8个单位的CO2，因为呼吸作用产生的CO2的量仍为6个单位，故细胞要从周围环境吸收2个单位的CO2，C错误。图乙中A、B点光合作用的限制因素有光照强度、CO2浓度、温度等，C点时光合作用的限制因素有CO2浓度、温度等，D错误。 8．连续48 h 测定温室内CO2浓度及植物CO2吸收(或释放)速率，得到如图所示曲线(整个过程中呼吸作用强度恒定)。下列有关叙述正确的是(　 ) A．实验的前3 h叶肉细胞产生 ATP的场所是线粒体内膜和线粒体基质 B．如改用相同强度绿光进行实验，c 点的位置将下移，48 h净积累量为负值 C．由图可知在植物叶肉细胞中，呼吸速率与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42小时 D．实验中该植物前24 h 有机物积累量小于后24 h有机物积累量 解析：选D　实验的前3 h CO2释放速率不变，说明叶肉细胞只进行呼吸作用，故叶肉细胞产生ATP的场所是细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质，A错误；如改用相同强度绿光进行实验，光合作用减弱，吸收的CO2减少，c点的位置将上移，B错误；由题图可知，植物呼吸速率与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42小时，但由于植物还有很多不进行光合作用的部位，故在这4个时刻，叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，C错误；分析曲线可知，实验中24 h与0 h相比室内CO2浓度无变化，48 h与24 h相比CO2浓度下降，故该植物前24 h有机物积累量小于后24 h有机物积累量，D正确。 9．科研人员研究不同光照条件对柑橘生长的影响，部分检测结果见下表。据此无法推断的是(　 ) 光照 强度 叶色 平均 叶面积/cm2 净光合速率/ (μmolCO2·m－2·s－1) 强 浅绿 13.6 4.33 中 绿 20.3 4.17 弱 深绿 28.4 3.87 A.三种光照条件下柑橘叶片均能将光能转化为NADPH和ATP中的化学能 B．与强光条件相比，弱光下柑橘叶片叶绿素含量虽高但CO2吸收速率较低 C．随光照强度减弱，平均叶面积增大可体现出柑橘对不同光照条件的适应 D．光照强度增强主要提高了柑橘叶片的真正光合速率并降低了呼吸速率 解析：选D　三种光照条件下的净光合速率均大于0，因此在三种光照条件下柑橘叶片均能将光能转化为NADPH和ATP中的化学能，A正确；在强光条件下，叶色为浅绿色，在弱光下叶色为深绿色，说明弱光下叶绿素含量多，但弱光下净光合速率较低，说明弱光下柑橘叶片叶绿素含量虽高但CO2吸收速率较低，B正确；随光照强度减弱，平均叶面积增大，因此可以判断，柑橘通过增加叶面积来吸收更多的光能，以适应弱光环境，C正确；光照强度增强提高了叶片的净光合速率，但从表格数据无法判断光照强度增强主要提高了柑橘叶片的真正光合速率并降低了呼吸速率，D错误。 10．如图表示植物叶肉细胞中光合作用、有氧呼吸的过程及两者之间的联系。其中甲～戊表示生理过程，a～d表示相关物质。下列有关说法正确的是(　 ) A．物质a表示ATP，物质c表示O2，物质d表示CO2 B．甲表示光合作用的光反应阶段，对光能的吸收不需要酶的参与 C．若物质c和物质d的量相等，则该植物的净光合速率为0 D．用18O同时标记H2O和CO2，可探究光合产物O2中O元素的来源 解析：选B　分析题图可知，图中物质a表示ATP和NADPH，物质c表示O2，物质d表示CO2，A错误；甲表示光合作用的光反应阶段，对光能的吸收不需要酶的参与，B正确；若物质c(O2)和物质d(CO2)的量相等，则该植物的叶肉细胞的净光合速率为0，但是还有一些细胞只进行细胞呼吸不进行光合作用，就整个植株而言，净光合速率小于0，C错误；用18O分别标记H2O和CO2，才可探究光合产物O2中O元素的来源，D错误。 11．(2024·天津河西区高三期末)农业生产中有多种因素影响作物生长，农业专家在光照充足，CO2浓度适宜的条件下，探究大棚种植西瓜的最适生长温度，得到在5～25 ℃温度区间，光合作用强度和呼吸作用强度的曲线图如下。下列相关叙述错误的是(　 ) A．15 ℃时，西瓜植株光合作用消耗的CO2来自外界和自身呼吸作用 B．根据图中实验数据不能确定西瓜生长的最适温度 C．25 ℃时突然降低光照强度，叶绿体中C3的含量会短暂升高 D．温度为10 ℃时，西瓜植株需要从外界环境吸收的CO2相对值为1.4 解析：选D　在温度为15 ℃时，光合作用大于呼吸作用，此时西瓜植株光合作用消耗的CO2的获得途径有从外界吸收和自身呼吸作用产生，A正确；据图可知，温度在5～25 ℃温度区间光合作用强度与呼吸作用强度的差值(净光合作用强度)一直在上升未出现峰值，因此根据图中实验数据不能确定西瓜生长的最适温度，B正确；25 ℃时突然降低光照强度，光反应速率减慢，产生的NADPH和ATP减少，C3还原减慢，C3的消耗减少，但C3的生成速率暂时不变，故叶绿体中C3的含量会短暂升高，C正确；在温度为10 ℃时，呼吸作用产生CO2的相对值为1，光合作用消耗的CO2的相对值为1.4，所以西瓜植株需要从外界环境吸收的CO2相对值为1.4－1＝0.4，D错误。 二、非选择题 12．某生物兴趣小组为研究环境因素对水稻突变型植株和野生型植株光合速率的影响，进行了相关实验，结果如图所示。图1是在30 ℃下测得的光照强度对两种植株光合速率的影响；图2是在光照强度为1 000 μmol·m－2·s－1下测得的温度对光合速率的影响。回答下列问题： (1)该实验的自变量是______________________。若在35 ℃下重复图1实验，则A、B点向________移动，且B的移动幅度比A______。若在1 200 μmol·m－2·s－1光照强度下重复图2实验，D点______(填“向右移动”“向左移动”或“不移动”)。 (2)给水稻提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O，是因为_____________________ ___________________________________________________________________________。 (3)由图可知，更适合在高温强光下种植的是__________植株，如果想要进一步研究其原因是不是由光合色素含量引起的，请写出简要实验思路：________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)根据图示可知，本实验的自变量有光照强度、温度、植株类型；结合图1和图2分析可知，35 ℃与30 ℃相比，突变型植株与野生型植株的净光合速率均增加，能利用的最大光照强度也增加，因此A、B点向右上移动，且B的移动幅度比A大；结合图1和图2，在1 200 μmol·m－2·s－1光照强度下重复图2实验，由于野生型植株在1 000 μmol·m－2·s－1和1 200 μmol·m－2·s－1光照强度下光合速率不变，故D点不移动。(2)给水稻提供C18O2和H2O，C18O2经暗反应过程：C18O2―→C3―→(CHO)＋HO，产生HO，然后光合作用利用HO产生含18O的氧气。(3)由图1、图2分析可知，相比野生型植株，突变型植株在高温及较强光照强度下仍具有较大的光合速率，因此更适合在高温强光下种植。若要进一步研究其原因是不是由光合色素含量引起的，可提取两种类型植株叶绿体中的光合色素，并用层析液对光合色素提取液进行层析分离，观察并比较色素带的宽度。 答案：(1)光照强度、温度、植株类型　右上　大　不移动　(2)C18O2经光合作用的暗反应过程产生HO，然后光合作用利用HO产生含18O的氧气　(3)突变型　提取两种类型植株叶绿体中的光合色素，并用层析液对光合色素提取液进行层析分离，观察并比较色素带的宽度 13．植物光合作用的速率受温度、CO2浓度等外界因素的影响，如图1表示某植物在不同温度条件下(适宜的光照和CO2浓度)的净光合速率和呼吸速率曲线，图2表示将该种植物叶片置于适宜的光照和温度条件下，叶肉细胞中C5的相对含量随细胞间隙CO2浓度的变化曲线。回答下列问题： (1)根据图1判断，该植物能正常生长所需要的温度不高于______℃，判断的依据是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。与M点相比较，N点的总光合速率______(填“大”或“小”)，判断的依据是____________________________ ___________________________________________________________________________。 (2)图2中，CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，据此推测，RuBP羧化酶分布在________中。图中A→B的变化是由于叶肉细胞吸收CO2的速率________(填“增加”或“减少”)，B→C保持稳定的内因是受到________________________限制。 (3)为探究其他因素对实验结果的影响，某科研所利用多株生长状况相同的该植物、完全培养液、多种缺素培养液，设计实验验证缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似，请补充下列实验步骤并对实验结果进行预测： ①将生长状况相同的该植物平均分为____组； ②_______________________________________________________________________ _________________________________________________________________________； ③将该植物在温度、阳光、二氧化碳浓度适宜的环境中培养一段时间； ④一段时间后，检测____________________________________________________。 预期实验结果：____________________________________________________________ _________________________________________________________________________。 解析：(1)据图分析，图1中曲线乙是呼吸速率，曲线甲表示净光合速率，植物能正常生长，其净光合速率必须大于0，当温度升高到40 ℃时，净光合速率等于0，高出该温度时，其净光合速率小于0，所以该植物的生长所需温度不超过40 ℃。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，M点和N点对应的净光合速率相等，而M点的呼吸速率小于N点，所以M点的总光合速率小于N点。(2)已知CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，该过程即CO2的固定过程，发生在叶绿体基质，据此推测，RuBP羧化酶分布在叶绿体基质中。图2中，A→B的变化是C5含量减少，是由于叶肉细胞吸收CO2速率增加所致。B→C保持稳定的内因是受到RuBP羧化酶数量(浓度)限制。(3)镁离子主要参与植物叶绿素的形成，进而影响植物的光合作用，若要验证缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似，则可将缺镁与缺铁的实验组与完全培养液组进行对照，并通过检测叶绿素含量和光合速率进行比较，缺少上述成分的实验组叶绿素含量和光合速率接近且均低于对照组，说明缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似。 答案：(1)40　根据图示信息可以判断，曲线甲表示为温度影响净光合速率曲线，只有在净光合速率大于0时植物才能正常生长，当温度升高到40 ℃时，净光合速率等于0，高出该温度时，净光合速率小于0　大　总光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和，M点和N点对应的净光合速率相等，而M点的呼吸速率小于N点　(2)叶绿体基质　增加　RuBP羧化酶数量(浓度)　(3)①3　②第1组用完全培养液培养，第2组用缺镁培养液培养，第3组用缺铁培养液培养　④叶片中叶绿素含量，测定光合速率　第2组与第3组叶片中叶绿素含量、光合速率相同(或接近)且都低于第1组 第5讲　细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析 与细胞呼吸和光合作用相关的实验探究类试题多以真实的科研实验为情境，以数据表格、实验装置图、柱形图、曲线图为命题信息，主要考查考生辨析“实验变量”、补充“实验步骤”、分析“实验数据”、预测“实验结果”、得出“实验结论”等的能力，其中写出实验思路并预期实验结果类试题是近年高考考查的热点和重点，考生要重点关注。 主题研习(一)　光合速率与呼吸速率的测定 　　　　　　　　　　　　　　　　[典例导析] (2024·衡水调研)图1为测定植物细胞呼吸强度和光合作用强度的常用装置，图2表示在相同环境条件下，Ⅰ、Ⅱ两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题： (1)如果用图1中甲、乙装置测定植物光合速率，乙装置中X溶液为________________。X溶液的作用是__________________________。实验一段时间后，甲装置红色液滴右移距离为a，乙装置红色液滴右移距离为b，则这段时间内光合作用释放的氧气量为________(用液滴移动的距离表示)。 (2)图2中，光照强度为A时，植物Ⅰ净光合速率________(填“大于”“小于”或“等于”)植物Ⅱ真正光合速率，此时限制植物Ⅱ光合作用强度的内因有____________________(答两点)；若光照强度为B时，经12小时光照和12小时黑暗后植物Ⅰ比植物Ⅱ多吸收CO2______mg。 [解析]　(1)如果用图1中甲、乙装置测定植物光合速率，乙装置中X溶液应能保持容器中的CO2量基本不变，为碳酸氢钠溶液。实验一段时间后，甲装置红色液滴右移距离为a，表示环境因素变化导致的装置内气体体积的变化，乙装置红色液滴右移距离为b，则这段时间内光合作用释放的氧气量为b－a。(2)图2中，光照强度为A时，植物Ⅰ与植物Ⅱ的CO2吸收量相同，即它们净光合速率相同，植物Ⅰ净光合速率小于植物Ⅱ真正光合速率，此时植物Ⅱ已经达到光饱和点，限制植物Ⅱ光合作用强度的内因有光合色素的含量、酶的含量等；光照强度为B时，植物Ⅰ的净光合速率为8 mg/h，植物Ⅱ的净光合速率为6 mg/h，植物Ⅰ的呼吸速率为2 mg/h，植物Ⅱ的呼吸速率为1 mg/h，若光照强度为B时，经12小时光照和12小时黑暗后植物Ⅰ比植物Ⅱ多吸收CO2＝(8×12－2×12)－(6×12－1×12)＝12(mg)。 [答案]　(1)碳酸氢钠溶液　保持容器中的CO2基本不变　b－a　(2)小于　光合色素的含量、酶的含量　12 [思维建模] 1．光合速率与呼吸速率的测定方法 (1)液滴移动法 图 示 解读 ①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。 ②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。 ③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率 (2)叶圆片称重法 图 示 解 读 测定单位时间、单位面积叶片中有机物的变化量(S为叶圆片面积)。 ①净光合速率＝(z－y)/2S； ②呼吸速率＝(x－y)/2S； ③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S (3)黑白瓶法 图 示 解 读 “黑白瓶法”是通过净光合作用强度和呼吸作用强度推算总光合作用强度的方法，其中“黑瓶”不透光，测定的是呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下： ①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。 ②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量 (4)半叶法 图 示 解 读 ①将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不作处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。 ②一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率 2．实验设计中的注意点 变量的 控制手段 如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节 对照原则 的应用 不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照 相关数值 的判定 无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用速率”值 [应用体验] 1．在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，利用装置图甲，进行光合速率测定。图乙是利用装置图甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述不正确的是(　 ) A．从图乙可看出，F植物适合在较弱光照下生长 B．光照强度为1 klx时，装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴左移 C．光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率相等 D．光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短 解析：选C　根据图乙可知，F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比E植物低，则两植物中F适合在较弱光照下生长，A正确；光照强度为1 klx时，E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率，装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的O2，使液滴左移，B正确；光照强度为3 klx时，E、F两种植物叶圆片释放O2的速率相等，但E植物叶圆片的呼吸作用强度大于F植物叶圆片，故光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率不相等，C错误；光照强度为6 klx时，E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物叶圆片的净光合作用强度，E植物叶圆片释放的O2多，故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短，D正确。 2．(2024·厦门模拟)研究者将对称叶片一半遮光，另一半照光处理。经过一段时间后，在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片，烘干称重，用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，下列说法正确的是(　 ) A．遮光处理后，短时间内叶绿体基质中C3的含量比照光处理后低 B．照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP＋与电子和H＋结合 C．照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的 D．要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重 解析：选B　遮光后，光反应停止，短时间内C3被还原成C5的过程减弱乃至停止，而C5固定CO2的过程仍能继续，故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高，A错误；照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH，故可发生NADP＋与电子和H＋结合，B正确；不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，因此照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由光合作用引起的，C错误；照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真正光合作用速率，因此不需要测定同等面积叶片的初始干重，D错误。 3．下表是采用黑白瓶法测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度，并进行比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(　 ) 水深/m 1 2 3 4 白瓶中O2浓度/(g·m－3) ＋3 ＋1.5 0 －1 黑瓶中O2浓度/(g·m－3) －1.5 －1.5 －1.5 －1.5 A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3(g·m－3) B．水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原 C．水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体 D．水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用 解析：选C　白瓶透光，瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用，黑瓶不透光，瓶内水生植物只能进行呼吸作用。在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物呼吸作用所消耗的O2量，为1.5(g·m－3)，白瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值。综上分析可知，在水深1 m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为3＋1.5＝4.5(g·m－3)，A错误；水深2 m处白瓶中水生植物能进行光合作用，因此能进行水的光解和C3的还原，B错误；水深3 m处白瓶中水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量相等，因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体，C正确；在水深4 m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为－1＋1.5＝0.5(g·m－3)，能进行光合作用，D错误。 主题研习(二)　与光合作用、细胞呼吸有关的实验设计分析 [典例导析] (2023·全国甲卷)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。 (1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是__________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在__________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。 (2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是____________________________________________________ ____________________________________________________。 (3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。 [解析]　(1)一般采用差速离心法分离细胞器。叶绿体中吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上。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。(2)糖是在光合作用的暗反应阶段产生的，暗反应的进行需要光反应提供ATP和NADPH，而黑暗条件下，光反应不能正常合成NADPH和ATP，因此不能正常合成糖。(3)淀粉遇碘显蓝色。叶绿体呈绿色，要证明叶绿体中有淀粉存在，需要将叶绿体进行脱色处理，之后用碘液进行检测，实验设计思路及结果详见答案。 [答案]　(1)差速离心法　类囊体薄膜(或基粒)　蓝紫光　(2)黑暗条件下不能产生还原三碳化合物所需要的还原型辅酶Ⅱ(NADPH)和ATP　(3)实验思路：将照光和黑暗处理的叶绿体悬浮液离心得到叶绿体，分别记为A组和B组，之后将得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体滴加碘液，观察颜色变化。预期结果：A组叶绿体变为蓝色，B组叶绿体不变色。 [思维建模] 1．光合作用和细胞呼吸探究实验中常用条件的控制方法 实验条件 控制方法 增加水中O2 泵入空气或吹气或放入绿色水生植物 减少水中O2 容器密封或油膜覆盖或用凉开水 除去容器中CO2 NaOH溶液 维持容器内CO2浓度的恒定 适宜浓度的NaHCO3溶液 除去叶中原有淀粉 置于黑暗环境中 除去叶中叶绿素 酒精隔水加热 除去光合作用对细胞呼吸的干扰 植株遮光处理 得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光 2．实验思路设计、预测实验结果与结论的答题策略 (1)实验思路设计的一般书写模式 实验思路设计的书写模式一般为“分组＋施加自变量＋检测因变量”，题目中涉及的无关变量必写，题目未涉及的可略写或简写，具体如下： (2)倒推法预测实验结果与结论 基本思路为“根据已知条件找变量→描述变量间的关系作结论→倒推结论对应的结果→理清顺序，先结果后结论”。两类实验的结果和结论叙写关键点分析如下： ①探究性实验 结果的预测对应假设，常需分类讨论。可以先分析可能的结论，再假设某一结论成立，结合实验过程推测出应有的结果，最后正向表述为“若出现某结果，则假定的某结论成立”。 ②验证性实验 一般只有一个结果和一个相应的结论，且结论就在题目中，如“验证……”“证明……”等。故只要依据此结论，结合实验过程推测出应有的结果，再正向表述为“出现某结果，则某结论成立”即可。 [应用体验] 1．(2022·广东高考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。 回答下列问题： (1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量______________，原因可能是____________________________________________________ ____________________________________________________。 (2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的____________________________，因而生长更快。 (3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究： 实验材料：选择前期____________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。 实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以____________为对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。 结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。 分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是_____________________________________________________________________________。 解析：(1)分析图b可知，与A组相比，C组叶片叶绿素含量较高，原因可能是遮阴条件一方面减弱了叶绿素的降解，另一方面增加了叶绿素的合成。(2)由图b可知，B组的平均净光合速率大于A组和C组的，推测B组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物，因而生长更快。(3)结合题意可知，该实验的目的是探究B组条件可能会提高作物产量。因此，应选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组作为对照，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。然后比较各组玉米的平均单株产量。如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。 答案：(1)较高　遮阴条件减弱了叶绿素的降解，同时增加了叶绿素的合成　(2)糖类等光合产物　(3)光照等培养条件　A组　遮阴比例　探究能提高作物产量的最适遮阴比例 2．在适宜温度及CO2浓度条件下，某实验小组测得某森林中石栎和青冈幼苗叶片的生理指标如下表所示。请回答： 植物 光补偿点/ 光饱和点/ 种类 (μmol·m－2·s－1) (μmol·m－2·s－1) 石栎 29 980 青冈 23 930 (1)光照直接影响光合作用的____________阶段，当光照强度为39 μmol·m－2·s－1时，青冈叶肉细胞消耗ADP的场所有____________________________________________。 (2)研究的2种植物中，更适合在较弱的光照环境中生长的是________，判断的依据是__________________________________________________________________________。 (3)研究发现，空气中氧气浓度不同时，对受冷害的植物的光合速率的影响是不同的。某实验小组欲探究低氧浓度(1%)对受冷害青冈幼苗的光合速率的影响，请简要写出实验思路并预测实验结果及结论(实验所需材料及条件都充足)。 解析：(1)光照直接影响光合作用的光反应阶段；由表格数据可知，当光照强度为39 μmol·m－2·s－1时，超过了青冈的光补偿点，所以光合作用大于呼吸作用，则合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。(2)分析表格数据可知，青冈的光补偿点和光饱和点都低于石栎，在较弱光照强度下即可生长，所以更适合在较弱的光照环境中生长。(3)科学探究实验过程中，需要遵循对照原则、单一变量原则和平行重复原则，除了自变量以外，其他的无关变量都需要适宜且相同。实验目的是探究低氧浓度(1%)对受冷害青冈幼苗的光合速率的影响，自变量是氧气浓度，因变量是青冈的光合速率，实验思路、预测实验结果及结论见答案。 答案：(1)光反应　细胞质基质、线粒体和叶绿体　(2)青冈　青冈的光补偿点和光饱和点均较低，在较弱光照强度下即可生长　(3)实验思路：将受冷害的青冈幼苗植株均分成甲、乙两组，分别置于低氧浓度(1%)和正常氧浓度条件下培养，其他条件相同且适宜，一段时间后测定两组植株的平均光合速率。　预测实验结果及结论：若甲组的光合速率大于乙组，则低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定促进(保护)作用；若甲组的光合速率小于乙组，则说明低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定抑制作用；若甲组的光合速率等于乙组，则低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用无影响。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在室温25 ℃下进行了一系列的实验(装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸)，下列对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是(　 ) A．若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小 B．若要测真正光合强度，需另加设一X溶液为NaOH溶液并遮光处理的装置 C．若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移 D．若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移 解析：选C　当给予光照时，装置内植物既进行光合作用也进行呼吸作用，CO2缓冲液可保持装置内CO2浓度不变，那么液滴移动距离即表示净光合作用释放O2的多少，A正确；真正光合强度＝净光合强度＋呼吸强度，测呼吸强度需另设一装置，遮光处理(不能进行光合作用)，为排除有氧呼吸产生的CO2的干扰，将X溶液更换为NaOH溶液，那么测得的液滴移动距离即有氧呼吸消耗O2的量，B正确；若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，装置内植物光合作用吸收的CO2量＝释放的O2量，植物有氧呼吸吸收的O2量＝释放的CO2量，液滴不移动，C错误；若X溶液为清水并遮光处理，开始一段时间内，植物进行有氧呼吸，消耗的底物为脂肪时，其氧化分解需要O2的量大于产生CO2的量，液滴向左移动，D正确。 2．如图表示在不同温度下，测定某植物叶片重量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)的操作流程及结果，据图分析下列说法错误的是(　 ) A．从图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为X B．从图分析可知，该植物光合速率可表示为Y＋2X C．在13～16 ℃时，随着温度的升高，呼吸作用强度增强，光合作用先增后降 D．恒定在上述14 ℃温度下，维持10小时光照，10小时黑暗，该植物叶片增重最多，增重30 mg 解析：选C　无光时，植物只进行呼吸作用，呼吸速率为M－(M－X)＝X，A正确；该植物的呼吸速率可表示为X，而单位时间光照下叶片重量的增加量表示净光合速率，故光照1 h总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝Y＋2X，B正确；在13～16 ℃时，呼吸作用不断增强，光合作用(Y＋2X)也在增强，C错误；温度是14 ℃时，植物增重量＝10×净光合速率－10×呼吸速率＝10×(Y＋X)－10X＝10Y，Y为3时，植物增重量最大，为30 mg，D正确。 3．(2024·佛山高三期末)科研人员将两株长势相同的小麦幼苗放在两个密闭、透明、大小相同的容器内，分别在黑暗和适宜光照条件下，定时(秒)测定密闭容器中的CO2含量(mg)，结果如表所示。下列叙述正确的是(　 ) 条件 时间/秒 0 50 100 150 黑暗 340 347 354 361 光照 340 336 332 328 A.给幼苗黑暗处理，线粒体利用葡萄糖氧化分解释放CO2 B．给幼苗光照处理50秒，该植物进行光合作用消耗CO2 4 mg C．将幼苗先黑暗处理100秒，再光照处理100秒，装置内CO2的量增加6 mg D．将幼苗光照处理第150秒时幼苗光合作用强度小于呼吸作用强度 解析：选C　给幼苗黑暗处理，幼苗只能进行细胞呼吸，线粒体是有氧呼吸的主要场所，进入线粒体中进行氧化分解的是丙酮酸，不是葡萄糖，A错误；给幼苗光照处理50秒，此时的呼吸消耗的CO2为347－340＝7 mg，光照条件下50秒时CO2的吸收量为340－336＝4 mg，则该植物进行光合作用消耗的CO2的量＝呼吸作用产生的CO2量＋光合作用从外界吸收的CO2量＝7＋4＝11 mg，B错误；将幼苗先黑暗处理100秒，再光照处理100秒，装置内CO2的增加量为(354－340)－(340－332)＝6 mg，C正确；将幼苗光照处理第150秒时，密闭容器内的CO2的减少速率不变，说明幼苗从容器内吸收CO2，因而可知，幼苗此时净光合速率大于0，因此此时幼苗的光合作用强度大于呼吸作用强度，D错误。 4．下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和细胞呼吸过程中气体产生情况的实验示意图，给这两组实验提供相同的环境条件，下列相关叙述错误的是(　 ) A．装置中的碳酸氢钠溶液可使瓶内的CO2浓度维持在稳定水平 B．若装置甲和乙中水滴的移动方向相反，则装置甲中的绿色植物能正常生长 C．装置甲中的水滴可能不动，装置乙中的水滴左移 D．若装置甲中的水滴左移，则装置甲中绿色植物的叶绿体中不能产生NADPH和ATP 解析：选D　碳酸氢钠溶液可吸收多余的CO2，也可释放CO2，因此可使瓶内的CO2浓度维持在稳定水平，A正确；分析题图中装置乙可知，青蛙处于正常存活状态，就需要消耗容器内的O2，由于CO2浓度稳定，故装置乙中的水滴会左移，若装置甲和乙中水滴的移动方向相反，则装置甲中的水滴右移，说明植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物能正常生长，B正确；当装置甲中的绿色植物的光合作用强度等于细胞呼吸强度时，水滴可能不动，装置乙中的水滴左移，C正确；若装置甲中的水滴左移，可表示植物光合作用强度小于细胞呼吸强度，但不能说明绿色植物的光合作用不进行，在光照条件下，绿色植物叶绿体中能产生NADPH和ATP，D错误。 5．玉米固定CO2的能力比小麦强，这与其具有的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC，玉米等C4植物特有的固定CO2的关键酶)密切相关。将转玉米PEPC基因的高产小麦幼苗与普通小麦幼苗分别放置在相同的密闭小室中，在充足光照条件下，检测小室中的CO2浓度随时间的变化情况，结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　 ) A．曲线Ⅰ表示的是普通小麦幼苗CO2浓度随时间的变化 B．30～40 min，两种小麦幼苗的光合速率都与其各自的呼吸速率相等 C．若突然降低光照强度，则短时间内两种小麦幼苗叶肉细胞中C3的含量与合成速率都增大 D．将两种小麦幼苗放在同一小室中重复实验，一段时间后普通小麦幼苗先停止生长 解析：选C　结合题干可知，转玉米PEPC基因的高产小麦幼苗固定CO2的速率更大，相同时间内，CO2浓度下降幅度更大，如图中的曲线Ⅱ，则曲线Ⅰ表示的是普通小麦幼苗CO2浓度随时间的变化，A正确；30～40 min，两个容器内的CO2浓度都不变，说明两种小麦幼苗的光合速率都与其各自的呼吸速率相等，B正确；若突然降低光照强度，光反应减弱，短时间内两种小麦幼苗C3的还原减慢，C3的合成速率不变，C3含量增加，C错误；由于转基因小麦能利用更低浓度的CO2，因此将两种小麦幼苗放在同一小室中重复实验，一段时间后普通小麦幼苗先停止生长，D正确。 二、非选择题 6．小麦的叶绿体在白天进行光合作用制造淀粉，晚上可将淀粉降解。磷酸丙糖转运体(TPT)能将卡尔文循环中的磷酸丙糖不断运到叶绿体外，同时会将磷酸等量运回叶绿体。TPT的活性受光的调节，在适宜光照条件下活性最高。光合产物在叶肉细胞内转化成蔗糖后进入筛管，再转运至其他器官转化为淀粉储存或分解供能。相关过程如下图所示。 (1)卡尔文循环发生的场所是__________________(填具体部位)，该过程还需要光反应提供的物质是__________________。 (2)利用专一抑制剂抑制小麦TPT使其失去运输能力，导致________________受阻，从而在叶绿体中合成淀粉________(填“增加”或“减少”)，同时导致光合作用整体速率________。 (3)在小麦灌浆期，籽粒的干重在晚上也可能增加，原因是______________________ ________________________________________________________________________。 (4)科研人员测定小麦旗叶在自然条件下的真正光合速率(用有机物表示)，操作方法是：将小麦旗叶中间用刀片纵向切开，一半叶片用黑纸片遮光，另一半曝光，在自然条件下光照1 h后，将叶片摘下用打孔器从两半叶片各打下3个1 cm2的叶圆片迅速烘干称重，遮光组平均干重为M(g)，曝光组平均干重为N(g)。通过上述方案测定小麦旗叶在自然条件下的真正光合速率＝________[g/(h·cm2)]。 解析：(1)卡尔文循环发生在叶绿体基质中，该过程需要光反应提供的ATP和NADPH用于C3的还原。(2)磷酸丙糖转运体(TPT)能将卡尔文循环中的磷酸丙糖不断运到叶绿体外，利用专一抑制剂抑制小麦TPT使其失去运输能力，则会导致磷酸丙糖输出受阻，从而导致在叶绿体中合成淀粉增加，由于光合产物在叶绿体中的积累和Pi的供应不足，导致光合作用整体速率下降。(3)结合图示可以看出，叶绿体白天积累的淀粉在晚上可以降解为麦芽糖和葡萄糖运出，并在细胞质中合成蔗糖，通过筛管转运到籽粒中转化为淀粉储存起来，且淀粉储存量大于籽粒进行细胞呼吸消耗的有机物的量，因此，在小麦灌浆期，籽粒的干重在晚上也可能增加。(4)该过程中遮光组只进行呼吸作用，曝光组进行呼吸作用和光合作用，这里可以设实验前的干重为x，则呼吸消耗可表示为x－M，净光合速率可表示为N－x，真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝N－x＋x－M＝N－M。 答案：(1)叶绿体基质　ATP和NADPH　(2)磷酸丙糖输出　增加　下降　(3)叶绿体白天积累的淀粉在晚上可以降解为麦芽糖和葡萄糖运出，并在细胞质中合成蔗糖，通过筛管转运到籽粒中转化为淀粉储存，且淀粉储存量大于籽粒进行细胞呼吸消耗的有机物的量　(4)N－M 7．某学者为探讨干旱—高温交叉迫胁对水稻幼苗光合特性的影响，开展相关研究。该团队以水稻品种“N22”为试材，设置水稻幼苗正常生长(CK)、单一高温处理(H)、干旱—高温交叉处理(DH)的水培实验，一周后测定相关指标，结果如表所示(表中数据为相对值)： 处理 净光合 速率 气孔 导度 胞间 CO2浓度 蒸腾 速率 叶绿素 含量 CK 5.37 0.34 395.32 1.42 2.05 H 1.78 0.12 362.78 0.48 0.42 DH 4.75 0.39 425.65 1.66 1.93 (1)水稻细胞进行光合作用的色素分布在____________上，光合色素的作用是 ________________。叶绿素含量提取实验中，一般会加入一定量碳酸钙，其作用是__________________________________________________________________________。 (2)由上表可知，高温处理会影响叶绿素含量，从而影响光反应生成_______________________________________________________________________________。 (3)若叶肉细胞光反应产生氧气的速率为32 mg/(cm2·h)，则合成C3的速率为 ______mmol/(cm2·h)。 (4)据上表可知，水稻幼苗在单一高温处理胁迫下，气孔导度和胞间CO2浓度均下降，原因是 __________________________________。气孔因素引起的光合速率降低，是由于CO2直接影响了光合作用中 ________反应阶段的 ____________过程。 (5)有研究表明，在干旱条件下脱落酸会导致气孔导度减小，现用该植物的脱落酸缺失突变体为材料，设计实验证明上述结论，简述实验思路：_______________________________ __________________$$