第三单元 细胞的能量供应和利用（教师用书）-【新高考方案】2026年高考生物Ⅰ一轮总复习

第三单元|细胞的能量供应和利用 第1讲　降低化学反应活化能的酶 明确目标 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 (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。 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物。(×) (2)酶、抗体、激素都是由氨基酸通过肽键连接而成的。(×) (3)胰蛋白酶和胰岛素发挥作用后都立即被灭活。(×) (4)脲酶能将尿素分解为氨和二氧化碳，萨姆纳从刀豆种子中提取到了脲酶，并证明脲酶是蛋白质。(√) (5)活化能是分子在活跃状态所具有的能量。(×) 2．事理分析 (1)(人教版教材必修1 P79“思考·讨论”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。 (2)(人教版教材必修1 P80“拓展应用”分析) 萨姆纳很难鉴定酶本质的原因是细胞中的酶的提取和纯化非常困难。 题点(一)　酶的本质 1．(2025·九江一模)1982年切赫领导的团队首先发现四膜虫核糖体RNA具有自我催化功能，之后奥尔特曼实验室也进一步证明了RNA的催化功能。1994年某些科学家利用SELEX技术合成了一种以单链DNA为基础成分的核酶，它能在Pb2＋的辅助下水解RNA特定位置的磷酸二酯键。结合上述信息，下列有关叙述正确的是(　　) A．酶都是在细胞内发挥作用 B．酶的功能是催化物质的分解 C．酶的化学本质是蛋白质或RNA D．DNA核酶是通过人工合成的 解析：选D　酶可以在生物体内、外发挥作用，A错误；酶既能催化物质的合成又能催化物质的分解，B错误；由题意可知，利用SELEX技术合成的一种核酶是以单链DNA为基础成分的，C错误；由题干可知，DNA核酶是通过人工合成的，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，也不在核糖体上合成，如性激素，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。 [归纳拓展]　对比分析酶与动物激素的异同 (1)一同：都具有微量、高效的特点，也都具有一定特异性。 (2)三不同 ①产生部位不同：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。 ②化学本质不同：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。 ③作用机制不同：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。 题点(二)　酶的作用及应用 3．(苏教版必修1 P73“积极思维”素材分析)下图是多酶片的使用说明书，下列相关分析错误的是(　　) A．患者服用多酶片时应整片吞服，不宜捣碎或嚼碎后服用 B．蛋白质在胃中被彻底消化，淀粉在小肠中被彻底消化 C．肠溶衣在胰酶的外侧，肠溶衣在酸性环境中不易被分解 D．胃蛋白酶和胰酶的最适pH差异较大，但两者的最适温度相似 解析：选B　患者服用多酶片时应整片吞服，不宜捣碎或嚼碎后服用，避免嚼碎后释放的胰酶在胃中变性失活，A正确；淀粉的消化从口腔开始，蛋白质的消化是从胃开始的，且两者都最终会在小肠被消化，B错误；肠溶衣包裹着胰酶，糖衣包裹着胃蛋白酶，肠溶衣在酸性环境中不易被分解，可防止胰酶在胃中的酸性环境下变性失活，C正确；胃蛋白酶的最适pH为2.0左右，胰酶的最适pH为7.0左右，两者最适pH差异较大，但两者的最适温度相似，均在37 ℃左右，D正确。 4．在一个固定温度下，反应体系中不同能量底物分子的数量呈正态分布，其分布规律如图中实线所示。分子能量达到活化能的底物分子可以发生反应。下列相关叙述错误的是(　　) A．若反应体系原本没有酶，加入酶之后的活化能可以用①表示 B．若反应体系原本没有酶，加热之后不同能量底物分子的数量分布可以用③表示 C．若反应体系原本有酶，加入酶的抑制剂后，活化能可以用②表示 D．若反应体系原本有酶且处于最适温度，加热之后的活化能可以用①表示 解析：选D　酶的作用机理是能够降低化学反应的活化能，若反应体系原本没有酶，加入酶之后的活化能下降可以用①表示，A正确；加热可提高底物分子能量，故若反应体系原本没有酶，加热之后不同能量底物分子的数量分布可以用③表示，B正确；酶可以降低化学反应的活化能，加入酶的抑制剂后，活化能上升，可用②表示，C正确；若反应体系原本有酶且处于最适温度，加热后，虽然底物的分子能量上升，但酶的高效性对反应影响显著，加热后酶的活性下降，活化能上升，D错误。 [解题指导]　酶的作用机理曲线分析应用 解答第4题的关键：一是准确理解酶催化作用的原理——降低反应的活化能；二是正确解读图中曲线的含义：加酶使反应的活化能降低，活化能左移；加热使反应物分子能量升高；加酶的抑制剂，活化能升高右移；加热使酶的活性降低，活化能右移。　　　　 主题研习(二)　酶的特性及影响酶活性的因素 (一)酶具有高效性 ——比较过氧化氢在不同条件下的分解 1．实验原理 2H2O22H2O＋O2↑，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验O2的生成速率。 2．实验设计与现象分析 3．实验变量 4．实验结论 ①②对照，说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率； ①④对照，说明酶具有催化作用； ③④对照，说明酶具有高效性。 (二)酶的专一性 1．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 (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。 [微点拨]　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。 2．酶的专一性两种模型解读 (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 (三)酶的作用条件较温和 1．探究影响酶活性的条件 (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 2．温度和pH对酶活性影响的曲线分析 曲线解读：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高；高温、过酸、过碱等条件会使酶的空间结构遭到破坏而永久失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存。(×) (2)淀粉酶在一定pH范围内起作用，酶活性随pH升高而不断升高。(×) (3)“探究温度对酶活性的影响”实验中，室温下将淀粉溶液与淀粉酶溶液混合后，在设定温度下保温。(×) (4)麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。(×) 2．事理分析 (1)(人教版必修1 P84“相关信息”发掘)已知胃蛋白酶的最适pH为1.5，小肠液的pH为7.6，胃蛋白酶随食糜进入小肠后不能发挥作用的原因是没有了适宜的pH，胃蛋白酶活性大大下降甚至失活，不再发挥作用。 (2)(人教版必修1 P81“探究·实践”思考)在探究酶专一性实验中，淀粉和淀粉酶要预热到同一温度再混合的原因是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。 (3)(人教版必修1 P82“探究·实践”思考)在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中不能(填“能”或“不能”)用斐林试剂来检测，原因是斐林试剂与还原糖只有在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；不能(填“能”或“不能”)用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响，原因是探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而加热能促进过氧化氢分解，影响对实验结果的分析。 (4)(人教版必修1 P82“探究·实践”思考)在探究pH对酶活性的影响的实验中不能选用淀粉酶和淀粉作为实验材料，理由是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。 重难点(一)归纳探究酶特性的实验方法 1．“对照实验法”验证酶的高效性和专一性 (1)验证酶的高效性 项目 实验组 对照组 材料 等量的同一种反应物 与反应物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂 现象 反应速率很快，或反应用时短 反应速率缓慢，或反应用时长 结论 酶具有高效性 (2)验证酶的专一性 项目 实验组 对照组 材料 与酶相对应的反应物 另外一种反应物 同一种酶(等量) 现象 发生反应 不发生反应 结论 酶具有专一性 2．“梯度法”探究酶的最适温度或pH (1)探究酶的最适温度 (2)探究酶的最适pH [例1]　(2024·浙江1月选考)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸，进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液，测定PAL的活性，测定过程如表。 步骤 处理 试管1 试管2 ① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL ② HCl溶液(6 mol/L) — 0.2 mL ③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL ④ 试管1加0.2 mL H2O,2支试管置于30 ℃水浴1小时 ⑤ HCl溶液(6 mol/L) 0.2 mL — ⑥ 试管2加0.2 mL H2O，测定2支试管中的产物量 下列叙述错误的是(　　) A．低温提取以避免PAL失活 B．30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗 C．④加H2O补齐反应体系体积 D．⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应 [解析]　温度过高会使酶失活，因此本实验应在低温条件下对PAL进行提取，以避免PAL失活，A正确；因为试管2在步骤②中加入了HCl溶液，PAL已经变性失活，故试管2中的底物苯丙氨酸不会被PAL催化消耗，B错误；④加0.2 mL H2O，补齐了步骤②试管1中没有加入的液体(0.2 mL HCl溶液)的体积，C正确；pH过低或过高酶均会失活，故步骤⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应，D正确。 [答案]　B 重难点(二)　借助模型分析影响酶促反应的因素 1．模型构建 2．模型分析 (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。 [例2]　(2025·遵义一模)图中三条曲线分别表示酶促反应速率与温度、pH、反应物浓度的关系，其他条件适宜。下列相关分析正确的是(　　) A．在AB段增加酶的浓度，反应速率将加快 B．D点时因酶分子的空间结构被破坏导致其活性降低 C．人体内胰蛋白酶和胃蛋白酶的E点基本相同，H点不同 D．为绘制丙曲线，宜选用淀粉酶和淀粉作为实验材料 [解析]　甲曲线表示在最适温度下，某种酶促反应速率与反应物浓度之间的关系，其中曲线AB段，随着反应物浓度的增加，反应速率加快，因此该段影响酶促反应速率的因素是反应物浓度，在AB段增加酶浓度，反应速率不一定加快，A错误；低温条件下酶的活性受到抑制，但并不失活，据此判断乙曲线代表温度对酶促反应的影响，D点时，即低温条件下，酶的空间结构未破坏，B错误；E点表示最适温度，H点表示最适pH，人体内胰蛋白酶和胃蛋白酶的E点基本相同(37 ℃左右)，H点不同(胰蛋白酶接近中性，胃蛋白酶为酸性)，C正确；淀粉水解受酸的影响，故绘制丙曲线，不能选用淀粉酶和淀粉作为实验材料，D错误。 [答案]　C 题点(一)　与酶高效性和专一性有关的实验分析 1．(2025·龙岩一模)某兴趣小组对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验装置进行改造，如下图。下列相关叙述错误的是(　　) A．注射器同时向试管内注入等量液体，可对比不同催化剂的催化效率 B．由于酶降低活化能更显著，所以一开始时1号试管产生的气泡多 C．过氧化氢的浓度及所加剂量均为该实验的无关变量 D．反应结束后，U形管两侧液面高度为甲侧低于乙侧 解析：选D　肝脏研磨液中含有H2O2酶，据题图可知，注射器同时向试管内注入等量液体(猪肝研磨液和FeCl3溶液)，可对比不同催化剂的催化效率，加入的液体量相等是为了排除剂量不同对实验结果造成干扰，A正确；催化剂的作用机理是降低反应活化能，与无机催化剂相比，酶降低活化能的效果更显著，能更快地使过氧化氢分解，快速产生大量气泡，所以一开始时1号试管产生的气泡多，B正确；该实验的自变量为催化剂的种类，过氧化氢的浓度及所加剂量均为该实验的无关变量，C正确；反应加入的过氧化氢的浓度和剂量都一致，反应结束后，产生的气体总量相同，所以U形管左右两侧的压强相同，液面高度应该一致，D错误。 2．(2025·广州一模)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显紫色，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．(2025·哈尔滨质检)为探究“pH对酶活性的影响”，某同学对实验装置进行了改进，如图所示。只松开分止水夹H2O2溶液不会注入各试管中。下列叙述不正确的是(　　) A．水槽中滴几滴黑墨水的作用是便于观察量筒内的氧气体积读数 B．先打开总止水夹，再打开分止水夹可保证各组实验同时开始 C．各个试管中除了缓冲液的pH不同外，其他条件应相同且适宜 D．该实验装置也可用来验证酶具有高效性 解析：选B　水槽中滴几滴黑墨水，量筒中收集气体后可形成透明空气柱，便于观察量筒内的氧气体积读数，A正确；先打开分止水夹，再打开总止水夹才能使H2O2溶液同时注入各个试管，可保证各组实验同时开始，B错误；本实验是探究pH对过氧化氢酶活性的影响，除了自变量缓冲液的pH不同外，其他无关变量应保持相同且适宜，C正确；可用该装置进一步验证“过氧化氢酶的高效性”，则实验的自变量为催化剂的种类不同，即将某试管内新鲜肝脏研磨液换成等量的氯化铁溶液，其他条件均相同，D正确。 4．(2025·许昌模拟)某实验小组为探究影响胶原蛋白酶的酶活性的因素设计如下实验。下列相关叙述错误的是(　　) 试管1 试管2 试管3 试管4 底物 5 cm3 的蛋白块 5 cm3 的蛋白块 5 cm3 的蛋白块 5 cm3的 蛋白块 试剂 4 mL蒸馏水 ① 4 mL胶原 蛋白酶溶液 4 mL胶原 蛋白酶溶液 温度 37 ℃水浴 37 ℃水浴 37 ℃水浴 0 ℃水浴 pH pH＝7 pH＝7 pH＝2 ② 实验 现象 蛋白块无明显变化 蛋白块明显 减小 蛋白块无明显 变化 蛋白块无明显 变化 A．选择蛋白块为底物的原因是蛋白块较容易观察 B．表中①②分别为4 mL胶原蛋白酶溶液、pH＝7 C．单位时间蛋白块体积的变化可反映胶原蛋白酶活性大小 D．试管3实验一段时间后，将其pH上调至7，继续反应一段时间后发现蛋白块会明显减小 解析：选D　蛋白质被分解时，蛋白块较容易观察，故以蛋白块为底物，A正确；根据单一变量原则，表中①②分别为4 mL胶原蛋白酶溶液、pH＝7，B正确；蛋白块可以被胶原蛋白酶分解，因此单位时间蛋白块体积的变化可反映胶原蛋白酶的酶活性大小，C正确；强酸条件(pH＝2)下胶原蛋白酶已经变性失活，将试管3的pH上调至7，继续反应一段时间后会发现蛋白块大小仍无明显变化，D错误。 题点(三)　影响酶促反应因素的曲线分析 5．(2025·重庆一模)中间产物学说认为：酶(E)的活性中心部位首先与底物(S)结合，生成不稳定的中间产物(ES)，然后再产生产物(P)，同时释放出酶(E)。根据这一学说，在酶浓度、pH、温度一定的条件下，可以用米氏方程v＝表示底物浓度[S]与速率v之间的关系，其坐标曲线如图1，其中“vmax”表示该条件下最大反应速率，“Km”表示在该条件下达到1/2vmax时的底物浓度。图2表示竞争性抑制剂会与底物竞争结合酶的活性中心。下列叙述正确的是(　　) A．如果底物浓度足够大，反应速率可以达到vmax，由此可判断加入竞争性抑制剂后，Km值将变小 B．酶的活性可以用在一定条件下酶所催化的化学反应速率表示，即可以用P的产生速率，也可用E的消耗速率表示 C．通过竞争抑制(如图2)的事实，可以否定酶具有专一性的特性 D．如果要把反应速率控制在1/3vmax，则应该把底物浓度控制在1/2Km 解析：选D　竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性中心从而降低底物与酶结合的机会，加入竞争性抑制剂，Km值增大，A错误；酶的活性可以用在一定条件下酶所催化的化学反应速率表示，即可以用P的产生速率，也可用底物S的消耗速率表示，其中E在化学反应前后质量和性质不变，B错误；酶具有专一性的特点，通过竞争抑制(如图2)的事实并不能否定酶具有专一性的特性，C错误；由米氏方程计算可知，如果要把反应速率控制在1/3vmax，则应该把底物浓度控制在1/2Km，D正确。 6． (2025·江西模拟)酸性磷酸酯酶(ACPase)对生物体内的磷脂代谢有重要作用。白玉菇生长环境中的某些金属离子可导致ACPase的酶活性发生变化，影响白玉菇的生长发育。某兴趣小组探究了pH、温度和4种金属离子对ACPase酶活性的影响，实验结果如图(图中OD420是指在波长420 nm时被检测物吸收的光密度，通常OD值越大，酶活性越高)。下列相关叙述错误的是(　　) A．酸性磷酸酯酶的作用机理是降低化学反应的活化能 B．据图分析，pH约为4.5时，ACPase酶的催化能力最高 C．Pb2＋、Cd2＋可能使酶的空间结构发生改变，导致酶活性降低 D．对白玉菇进行温室栽培时，室内温度应控制在50 ℃ 解析：选D　酸性磷酸酯酶的作用机理是降低化学反应的活化能，A正确；在pH与OD420关系曲线中，pH约为4.5时，OD420值最大，说明此时ACPase酶的活性最高，催化能力最强，B正确；在酶活力与不同金属离子的关系曲线中，与0浓度相比，不同金属离子均可抑制ACPase的酶活性，推测ACPase酶活性变化的机理是金属离子使酶的空间结构发生改变，使酶的活性降低，C正确；在温度与OD420关系曲线中，温度为40 ℃时，OD420值最大，说明此时酶的活性最高，所以从温度对酶活性影响的角度分析，温室栽培白玉菇的温度应控制在40 ℃，D错误。 [思维建模]　“四看法”分析酶促反应曲线 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．下列关于酶的叙述，正确的是(　　) A．低温和高温使酶活性降低的原理相同 B．解旋酶和DNA聚合酶均可作用于氢键 C．用淀粉酶、淀粉、蔗糖和碘液可探究酶的专一性 D．动物细胞传代培养时，需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理贴壁生长的细胞 解析：选D　低温和高温均会使酶活性降低，但原理不同，高温条件下会导致酶空间结构受到破坏进而使其失活，A错误；解旋酶可作用于氢键，而DNA聚合酶作用的部位是磷酸二酯键，B错误；若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性，则检测试剂宜选用斐林试剂，不宜选用碘液，因为碘液不能检测蔗糖是否被水解，C错误；动物细胞传代培养时，需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理贴壁生长的细胞制成单细胞悬液进行传代培养，D正确。 2．(2024·黄冈二模)原生动物四膜虫rRNA前体具有核糖核酸酶活性，核糖核酸酶能特异性地剪切RNA分子。下列相关叙述正确的是(　　) A．四膜虫细胞中的核糖核酸酶是在核糖体上合成的 B．核糖核酸酶可用于治疗由DNA病毒引起的肝炎 C．与无机催化剂相比，核糖核酸酶能够给所催化反应提供更多的活化能 D．应在最适温度和最适pH条件下保存核糖核酸酶 解析：选B　根据题意，四膜虫细胞中的核糖核酸酶是rRNA，主要在细胞核内合成，不在核糖体上合成，A错误；核糖核酸酶可用于特异性地剪切RNA分子，从而抑制病毒基因的表达，治疗由DNA病毒引起的肝炎，B正确；酶不能提供活化能，只能降低反应所需的活化能，C错误；应在低温和最适pH条件下保存核糖核酸酶，D错误。 3．(2025年1月·八省联考云南卷)酶不仅在生命活动中具有重要作用，还在日常生活中有广泛运用。下列说法正确的是(　　) A．植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植物细胞的细胞壁 B．能有效祛除奶渍的加酶洗衣粉，可用来洗涤蚕丝制品 C．食物中的淀粉和蔗糖在咀嚼过程中会被唾液淀粉酶催化水解 D．参与细胞内DNA复制的酶有解旋酶、DNA聚合酶和T4 DNA连接酶 解析：选A　植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，植物病原菌可通过分泌果胶酶降解植物细胞的细胞壁，A正确；能有效祛除奶渍的加酶洗衣粉，其中的酶是蛋白酶，蚕丝制品的主要成分是蛋白质，该洗衣粉不能用来洗涤蚕丝制品，B错误；唾液淀粉酶只能水解淀粉，不能水解蔗糖，C错误；DNA复制时，参与的酶有解旋酶、DNA聚合酶等，但没有T4 DNA连接酶，D错误。 4．自然界中的L酶能破坏塑料PET中的化学键，利于PET的降解、回收和再利用。研究人员对L酶进行改造，获得了一种M酶。研究人员测定L酶与M酶在不同条件下的催化活性如表所示。下列叙述正确的是(　　) 酶的种类 L酶 M酶 温度/℃ 72 72 72 72 75 酶的相对浓度(单位) 1 1 2 3 1 PET降解率/% 53.9 85.6 95.3 95.1 60.9 A．该实验的自变量有酶的种类、温度 B．温度由72 ℃升高到75 ℃，M酶的催化活性降低 C．随着酶浓度的增加，M酶对PET的降解率增加 D．M酶和L酶均为PET中化学键的破坏提供活化能 解析：选B　该实验的自变量有酶的种类、温度和酶的相对浓度，A错误；温度由72 ℃升高到75 ℃，PET降解率降低，可知M酶的催化活性降低，B正确；当酶的相对浓度从2增加到3时，M酶对PET的降解率有少量降低，C错误；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，不会提供活化能，D错误。 5．β­葡萄糖苷酶能催化纤维素水解，实验小组测定了温度对该酶活性的影响，实验结果如图所示。根据实验结果，不能得出的结论是(　　) A．高温保存会破坏酶的空间结构，降低其活性 B．42 ℃时，随着反应时间的延长，酶的稳定性逐渐下降 C．各温度条件下，酶的活性可用斐林试剂进行检测 D．37 ℃时，纤维素反应60 min的消耗量与反应120 min的不同 解析：选C　高温保存会破坏酶的空间结构，降低其活性，甚至使酶失活，A不符合题意；由图可知，在42 ℃时，随着反应时间的延长，酶的活性逐渐下降，酶的稳定性逐渐下降，B不符合题意；各温度条件下，斐林试剂可以检测生成物葡萄糖的存在，但不能检测浓度，并且斐林试剂检测还原糖时需要水浴加热，会影响实验结果，故酶的活性不可用斐林试剂进行检测，C符合题意；37 ℃时，纤维素反应60 min的消耗量与反应120 min的不同，因为两温度下酶活性差不多，反应时间越长底物消耗量越多，D不符合题意。 6．(2025·衡水模拟)多聚磷酸激酶(PPK2)可以利用多聚磷酸盐(PolyP)为磷酸基团供体，实现AMP、ADP、ATP、PolyP之间磷酸基团的高效定向转移，如下图所示。PPK2偏好长链的聚磷酸盐，短链聚磷酸盐[(PolyP)n－2]分子会阻断PPK2上的ADP结合位点SMc02148，科研人员通过在PPK2上构建一个替代的ADP结合位点SMc02148­KET来提高PPK2对短链聚磷酸盐的利用率。下列叙述正确的是(　　) A．PPK2可以催化AMP和ADP，说明PPK2酶不具有专一性 B．PPK2合成ATP的过程中不存在负反馈调节 C．在PPK2上构建一个替代的ADP结合位点属于蛋白质工程 D．ADP结合位点SMc02148­KET不会与短链聚磷酸盐结合 解析：选C　PPK2催化的是一类物质的合成，依然具有专一性，A错误；PPK2在合成ATP的过程中会生成短链聚磷酸盐[(PolyP)n－2]，短链聚磷酸盐会抑制PPK2与ADP的结合，抑制ATP的合成，存在负反馈调节，B错误；在PPK2上构建一个替代的ADP结合位点，合成了一种之前没有的蛋白质，属于蛋白质工程，C正确；ADP结合位点SMc02148­KET 可以提高对短链聚磷酸盐的利用率，说明其可以与短链聚磷酸盐结合，D错误。 7.(2025年1月·八省联考四川卷)生菜是一种在保存和运输过程中易发生褐变的蔬菜。多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下能催化酚类物质形成褐色的醌类物质,导致植物组织褐变。某团队研究生菜多酚氧化酶在不同条件下的特性,结果如图所示。下列叙述正确的是 (　　) A.低氧环境可促进褐变发生 B.喷洒柠檬酸可抑制褐变发生 C.保存和运输生菜的最适pH值为6 D.40 ℃时PPO活性最高,适于生菜保存 解析:选B　多酚氧化酶(PPO)在有氧条件下能催化酚类物质形成褐色的醌类物质,因此低氧环境可抑制褐变发生,A错误；由题图可知,柠檬酸可以减弱PPO相对活性,从而减少醌类物质的形成,即抑制褐变发生,B正确；结合图示可知,pH为6时吸光度最大,而吸光度与醌类物质含量呈正相关,说明pH为6时褐变易发生,不利于保存和运输生菜,C错误；结合图示可知,温度为40 ℃时吸光度最大,褐变易发生,不利于生菜的保存,D错误。 8．(2025·衡阳一模)物质P对酶A的活性具有抑制作用，如图模型A、B表示两种抑制剂影响酶催化活力的理论模型，曲线图是依据这两种理论得到的，其中曲线a表示不添加抑制剂时的正常反应速率。 为了探究物质P属于哪种类型的抑制剂，某同学进行如下相关实验(加入的底物为等量)： 试管甲：加入酶A和底物； 试管乙：加入酶A、底物和物质P(物质P的量少于酶A)； 试管丙：加入酶A和物质P，透析去除物质P后再加入底物(物质P的量少于酶A)； 分别检测三支试管中的酶活力。下列相关分析错误的是(　　) A．该实验以单位时间内底物的消耗量或产物生成量为检测指标，三支试管最终产物生成量相等 B．若物质P是符合模型B的抑制剂，则物质P会使酶的空间结构发生改变，这种抑制作用不可逆 C．若试管乙的酶活力与试管丙相同，则物质P作用后反应速率符合曲线b D．若试管丙的酶活力低于试管甲，则物质P作用符合理论模型B 解析：选C　酶活性是指酶对化学反应的催化效率，可用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示，由于底物的量相同，故三支试管最终产物生成量相等，A正确；若物质P是符合模型B的抑制剂，则物质P会使酶的空间结构发生改变，这种抑制作用不可逆，B正确；若试管乙的酶活力与试管丙相同，说明透析去除物质P后酶的活性不能恢复，故物质P为不可逆型抑制剂，则物质P作用后反应速率符合曲线c，C错误；若试管丙的酶活力低于试管甲，说明酶的活性不能恢复，故物质P为不可逆型抑制剂，则物质P作用符合理论模型B，D正确。 三、非选择题(除特别注明外，每空1分) 9．普鲁士蓝纳米酶(以下简称纳米酶)具有催化H2O2分解的能力，科学家利用该酶进行了一系列实验以研究其特性。 (1)实验发现，少量的纳米酶能够催化H2O2在短时间内大量分解，这说明其具有________，原因是酶具有___________________________的作用机制。 (2)为探究纳米酶在不同pH下的活性，科学家用溶解氧测定仪测定溶液中的溶氧量得到如图1 所示结果(△DO表示加入H2O2 5 min后的溶氧量变化)，可知纳米酶作用的适宜pH________(填“偏酸性”“偏碱性”或“偏中性”) 。 (3)为监测常用的一种除草剂草甘膦(GLY)对纳米酶的影响，科学家以添加草甘膦的△DO(△DOGLY ) 与不添加草甘膦的△DO(△DOO ) 的比值(y) 为纵坐标， GLY浓度 (x)为横坐标，绘制标准曲线如图2，说明草甘膦对纳米酶活性具有_______作用。该监测体系也可用于草甘膦浓度的定量检测，使用该监测体系测得某土壤样品△DOGLY与△DOO的比值为0.2，则该土壤样品的草甘膦浓度约为______μmol·L－1。 (4)科学家进一步检测在H2O2溶液加入了不同浓度 Cu2＋混合5分钟后溶液的△DO值，实验结果见图3，可得出的结论是__________________________________。通过查阅资料后发现Cu2＋对纳米酶的作用有影响，为研究 Cu2＋对纳米酶活性的影响，进行如下实验，请完善实验思路并预期实验结果。 ①A组：测定适宜(一定)浓度的 Cu2＋ 与_________反应5 min后的△DO值； ②B组：测定不同浓度纳米酶与30%H2O2反应5 min后的△DO值； ③C组：测定_________________________________与30%H2O2反应5 min后的△DO值。 实验结果表明，Cu2＋对纳米酶在催化H2O2分解的影响并非简单的物理叠加，而是具有协同作用，如图所示。 解析：(1)酶是活细胞(来源)所产生的具有催化作用的有机物，其作用机理为降低化学反应的活化能，提高化学反应速率。少量的纳米酶能够催化 H2O2在短时间内大量分解，说明其具有催化作用。(2)根据图1结果可知，当pH为8.0时的溶氧量高于其他组，证明纳米酶作用的适宜pH偏碱性。(3)根据图2结果可知，随着除草剂草甘膦(GLY)的浓度增大，添加草甘膦的△DO(△DOGLY ) 与不添加草甘膦的△DO(△DOO ) 的比值减小，说明草甘膦对纳米酶活性具有抑制作用。分析图2中数据可知，比值为0.2时，草甘膦浓度约为6～7μmol·L－1。(4)根据图3结果可知，在一定浓度范围内，随着 Cu2＋浓度增加，△DO增大，说明一定浓度范围内 Cu2＋促进H2O2分解。为研究 Cu2＋对纳米酶活性的影响，需要设置三组(A、B、C)实验。三组实验试管均加入等量30%H2O2，再分别测定加入适宜浓度的Cu2＋(A组)、不同浓度纳米酶(B组)、不同浓度纳米酶加A组浓度的Cu2＋的混合液(C组)分别与30%H2O2反应 5 min后的溶氧量(△DO)。 答案：(1)催化作用　降低化学反应活化能 (2)偏碱性　(3)抑制　6(6或7均可)　(4)一定浓度范围内 Cu2＋促进H2O2分解　 ①30%H2O2　③不同浓度纳米酶分别与A 组浓度的Cu2＋的混合液 第2讲　ATP和细胞呼吸 明确目标 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与细胞呼吸的原理 主题研习(一)　ATP的结构与功能 (一)ATP的结构及其与ADP的转化 1．ATP的组成结构 2．ATP的供能原理 3．ATP和ADP的转化图 4．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 (二)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 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)ATP由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。(×) (2)ATP必须在有氧条件下合成。(×) (3)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。(√) 2．事理分析 (1)(人教版必修1 P87正文挖掘思考)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，从生物进化的角度分析，这说明生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。 (2)(人教版必修1 P89楷体字内容拓展分析)萤火虫尾部发光的原理是萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，在ATP提供能量的前提下，荧光素酶可催化荧光素与氧气发生化学反应，形成氧化荧光素并发出荧光。 (3)(苏教版必修1 P79正文最后一段拓展)除ATP外，糖类、蛋白质和脂肪都可以作为能源物质，ATP是直接能源物质。可以把ATP比作现金，细胞中的能量转换都是“现金交易”。而糖类物质可以比作活期存款，脂肪比作定期存款，蛋白质作为最重要的结构物质可以比作不动产，细胞中这几种能源物质的利用顺序是糖类、脂肪、蛋白质。 题点(一)　ATP的结构与功能 1．(2024·全国甲卷)ATP可为代谢提供能量，也参与RNA的合成，ATP结构如图所示，图中表示高能磷酸键(特殊化学键)。下列叙述错误的是(　　) A．ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量 B．用α位标记的ATP可以合成带有的RNA C．β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)不能在细胞核中断裂 D．光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键) 解析：选C　 ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量，A正确；ATP脱去β和γ位磷酸基团后成为RNA的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，所以用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA，B正确；在细胞核中进行的某些生理活动，如DNA的复制、转录等都需要消耗ATP中β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)断裂所释放的能量，C错误；光合作用的光反应可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键(特殊化学键)，D正确。 2．ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，除了ATP，动物细胞中还含有dATP(脱氧腺苷三磷酸)，每个dATP由磷酸基团、脱氧核糖和腺嘌呤组成。下列叙述错误的是(　　) A．与皮肤表皮细胞相比，心肌细胞含有更多的ATP B．与ATP相比，dATP五碳糖2号碳上的羟基被单独的氢原子所取代 C．ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质磷酸化，改变蛋白质的活性 D．若1 mol ATP水解成ADP释放的能量为30.54 kJ，则1 mol ATP彻底水解释放的能量小于91.62 kJ 解析：选A　与皮肤表皮细胞相比，心肌细胞对能量需求更多，因而消耗的ATP更多，其中ATP和ADP相互转化的速度更快，但两者ATP含量基本相同，A错误；ATP的五碳糖为核糖，dATP的五碳糖为脱氧核糖，与ATP相比，dATP五碳糖2号碳上的羟基被单独的氢原子所取代，B正确；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，C正确；ATP的结构简式为A—P～P～P，含有2个特殊化学键，一个普通的磷酸键，1 mol ATP彻底水解会断裂两个特殊化学键，一个普通的磷酸键，若1 mol ATP水解成ADP释放的能量为30.54 kJ，则1 mol ATP彻底水解释放的能量小于3×30.54＝91.62 kJ，D正确。 [归纳拓展] (1)ATP与核苷酸的关系 (2)关于ATP的3个易错点 ①ATP≠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。 ②ATP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。　　　　 题点(二)　ATP与ADP的转化和ATP的利用 3．(2024·安徽高考)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是(　　) A．在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等 B．PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活 C．ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节 D．运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快 解析：选D　在细胞呼吸第一阶段，葡萄糖最终分解为丙酮酸，由题意可知，细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有活性，B错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。 4．(2025·辽阳模拟)蛋白激酶和蛋白磷酸酶是信号通路的“开关分子”，即蛋白激酶能催化蛋白质的磷酸化过程，蛋白磷酸酶能催化蛋白质的去磷酸化过程，其机理如下图。下列相关叙述正确的是(　　) A．蛋白质的磷酸化属于放能反应，反应过程伴有ATP水解 B．蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能 C．蛋白质发生磷酸化会导致细胞中ADP大量积累 D．载体蛋白磷酸化导致其构象发生不可逆的改变 解析：选B　通过图示可知，蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP，与ATP的水解相联系，属于吸能反应，A错误；酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能，因此图中蛋白磷酸酶的作用机理是降低蛋白质去磷酸化的活化能，B正确；细胞中ATP的含量较少但是相对稳定，是因为ATP与ADP相互转化处于动态平衡之中，因此蛋白质发生磷酸化不会导致细胞中ADP大量积累，C错误；由题图可知，在蛋白激酶与蛋白磷酸酶作用下，蛋白质发生磷酸化与去磷酸化的相互转变，具此推测载体蛋白磷酸化导致其构象发生的是可逆的改变，D错误。 [归纳拓展]　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。 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 1．呼吸作用的实质 细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。 2．有氧呼吸 (1)概念：是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)过程 ①总反应式 C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。 ②能量转化：1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2 870 kJ的能量，其中977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余能量则以热能形式散失。 3．无氧呼吸的类型和过程 (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。 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为酒精。(√) (2)酵母菌有氧呼吸在线粒体中进行，无氧呼吸在细胞质基质中进行。(×) (3)葡萄糖的有氧呼吸过程中，水的生成发生在线粒体外膜。(×) (4)癌细胞进行无氧呼吸时丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP。(×) (5)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。(×) 2．事理分析 (1)(人教版必修1 P93“思考·讨论”问题分析)与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说，意义是使能量逐步转移到ATP中，保证有机物中的能量得到充分利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。 (2)(苏教版必修1 P97“积极思维”拓展分析)微生物的无氧呼吸可分为乙醇发酵和乳酸发酵，发生两类无氧呼吸的主要原因不同生物能产生不同酶，其代谢过程不同。无氧呼吸两阶段释放能量的特点是第一阶段释放少量能量，第二阶段无能量释放。 (3)(人教版必修1 P94正文分析)所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量，细胞呼吸还被称为生物体代谢的枢纽，原因是细胞呼吸的中间产物可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质，非糖物质代谢产生的某些物质可以形成葡萄糖，糖类、脂质和蛋白质的代谢都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 重难点(一)　有氧呼吸中的电子传递链 |情|境|探|究| 高等动植物细胞进行有氧呼吸第三阶段时，NADH中的电子经UQ、蛋白复合体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)传递至O2和H＋并生成H2O。电子传递过程中释放的能量用于建立膜两侧H＋浓度差，使能量转换成H＋电化学势能。H＋经ATP合酶运回时释放能量用于ATP合成并缓慢产热；另一些H＋经UCP渗漏时H＋电化学势能将以热能形式释放。以上途径称为细胞色素途径，其过程如下图。 图中的AOX是一种在植物细胞中广泛存在的氧化酶。在AOX参与下，电子可以不通过蛋白复合体Ⅲ和Ⅳ，而是直接传递给O2和H＋并生成H2O，大量能量以热能的形式释放，此途径称为AOX途径。 (1)上图所示的生物膜是　　　　　膜；图中H＋经ATP合酶的跨膜运输方式是　　　　。 (2)有些植物在开花期能够在短期内迅速产生并积累大量热能，使花温度显著高于环境温度(即“开花生热现象”)，UCP的表达量也显著升高。开花生热可以促使植物生殖发育顺利完成。有氧呼吸的第一、二阶段也会释放热量，但不会引起开花生热。原因是经过这两个阶段，能量大部分储存在　　　　　中。 (3)在耗氧量不变的情况下，若上图所示的膜结构上AOX和UCP含量提高，则经ATP合酶催化形成的ATP的量　　(填“减少”“增加”或“不变”)，原因是　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。 (4)已知二硝基酚(DNP)不影响线粒体的电子传递，但能使H＋不经过ATP合酶进入线粒体基质。为研究短时低温对线粒体电子传递的影响，实验小组将水稻幼苗置于不同条件下处理，分组情况及实验结果如图所示： 产生等量ATP时，与25 ℃相比，4 ℃条件下有氧呼吸消耗葡萄糖的量　　　(填“较少”“较多”或“相等”)。根据实验结果推测：短时低温(4 ℃) 　　　　(填“影响”或“不影响”)线粒体的电子传递。低温条件下ATP合成减少，原因可能是 ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 答案：(1)线粒体内　协助扩散　(2)NADH(或[H])　(3)减少　NADH中的能量经AOX和UCP更多地被转换成了热能　(4)较多　不影响　低温使部分H＋不经过ATP合酶的协助而进入线粒体基质，降低了H＋浓度梯度，减少了H＋由ATP合酶协助的顺浓度梯度运输，从而使ATP的合成减少 |认|知|生|成| 1．有氧呼吸第三阶段电子传递过程分析 (1)[H](NADH)在酶的催化下释放电子和H＋，电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列蛋白质捕获和传递，最终与O2和H＋结合，生成了H2O。 (2)线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H＋泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H＋浓度梯度。 (3)H＋沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成(在一定范围内，线粒体内膜两侧的H＋浓度差越大，ATP合成的越多)。 2．有氧呼吸的三个注意点 (1)葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。 (2)有氧呼吸消耗O2的量不一定等于产生CO2的量，如果是以脂肪为反应物进行有氧呼吸，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。 (3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体，只能进行无氧呼吸。但线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，也能进行有氧呼吸。 重难点(二)　细胞呼吸中各物质间量的关系、细胞呼吸方式的判断 [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的量为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．(2025·哈尔滨模拟)线粒体是真核细胞有氧呼吸的主要场所，其内部发生的三羧酸循环、脂肪酸的β氧化和还原氢与O2的结合反应与细胞能量供应密切相关。下列有关叙述正确的是(　　) A．线粒体内的蛋白质大部分由线粒体自身基因编码 B．三羧酸循环产生的还原氢首先与NAD＋结合生成NADH C．线粒体将H＋运至细胞质为第三阶段的进行奠定了物质基础 D．线粒体内膜上合成ATP与H＋跨膜运输有关 解析：选D　线粒体内的蛋白质大部分由细胞核基因编码，少部分由线粒体自身基因编码，A错误；在三羧酸循环过程中，产生的还原氢为NADH，B错误；线粒体将H＋运至线粒体内膜与外膜的间隙为第三阶段的进行奠定了物质基础，C错误；当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶时，该酶催化ATP的合成，D正确。 2．(2025年1月·八省联考内蒙古卷)某酵母菌以葡萄糖为底物的3种呼吸途径中，部分物质变化如图，下列叙述正确的是(　　) A．途径二葡萄糖中的能量最终都转移到了乙醇和少量ATP中 B．途径二和途径三的存在，降低了酵母菌对环境的适应力 C．酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量 D．生物界中，途径一仅发生在具有线粒体的细胞中 解析：选C　途径二为无氧呼吸，无氧呼吸中的能量大部分储存在乙醇中，少部分能量转移到ATP中，还有一部分以热能散失，A错误；途径二和途径三的存在，使酵母菌在无氧环境中也能生存，提高了酵母菌对环境的适应力，B错误；途径三为无氧条件，产生的ATP较少，因此酵母菌仅通过途径三不能获得满足生长必需的能量，C正确；途径一也可发生在不含线粒体的细胞中，如蓝细菌等，D错误。 [易错提醒]　正确理解两种无氧呼吸的特点 ①无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中。 ②人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2生成。 ③不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。　　　　 题点(二)　细胞呼吸类型的判断 3．(2025·东营模拟)某研究小组用传感器精确测量了某绿色植物非绿色器官的O2吸收量(x)和CO2释放量(y)。下列关于x、y的关系与细胞呼吸方式的推论，正确的是(　　) A．当x＝y>0时，细胞一定存在有氧呼吸，且一定不存在无氧呼吸 B．当y>x>0时，有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸共同存在 C．当x>y>0时，有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸共同存在 D．当x＝0，y>0时，一定不存在有氧呼吸，且无氧呼吸有乳酸产生 解析：选B　当x＝y>0时，细胞一定存在有氧呼吸，一定不存在产生酒精的无氧呼吸，但可能存在产生乳酸的无氧呼吸，A错误；当y>x>0时，细胞一定存在有氧呼吸，也一定存在产生酒精的无氧呼吸，且y与x的差值表示无氧呼吸产生CO2的量，B正确；当x>y>0时，可能是有氧呼吸的底物中有脂肪，但不能判断是否存在无氧呼吸，C错误；当x＝0，y>0时，说明一定不存在有氧呼吸，且无氧呼吸有酒精产生，不能判断无氧呼吸是否有乳酸产生，D错误。 题点(三)　细胞呼吸与细胞代谢的关系 4．(2025·重庆模拟)下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述错误的是(　　) A．三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2并消耗O2 B．生物通过代谢中间物，将物质的分解代谢与合成代谢相互联系 C．乙酰CoA 在代谢途径中具有重要地位 D．物质氧化时释放的能量部分储存于 ATP中，部分以热能的形式散失 解析：选A　三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2，但不消耗O2，消耗O2的是呼吸链，A错误；代谢中间物(如丙酮酸、乙酰CoA等)将物质的分解代谢与合成代谢相互联系，B正确；由题图可知，丙酮酸、乙酰CoA在代谢途径中将蛋白质、糖类、脂质、核酸的代谢相互联系在一起，具有重要地位，C正确；物质氧化分解时释放的能量一部分储存于ATP中，绝大部分能量以热能的形式散失，D正确。 [科学备考]　教材边角知识不可忽视 第4题以图示的形式诠释了人教版教材必修1 P94正文楷体字部分细胞呼吸是生物体代谢的枢纽的含义；该题改编自2022年江苏高考第15题。说明了教材边角知识常会作为命题素材，复习时要多加关注。 教材内容再现如下： 细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。例如，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质；非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。　　　　 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．cAMP(环化腺苷一磷酸)是在腺苷酸环化酶的催化下，由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内信号分子。下列有关叙述正确的是(　　) A．组成cAMP与DNA分子的五碳糖相同 B．cAMP与ATP中的字母A均表示腺苷 C．接收cAMP信号的受体为糖被(糖萼) D．cAMP中含有一个特殊化学键 解析：选B　组成cAMP的五碳糖是核糖，DNA分子的五碳糖是脱氧核糖，A错误；cAMP与ATP中的字母A均表示腺苷，B正确；糖被在细胞表面，cAMP为细胞内信号分子，C错误；cAMP是ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的产物，因此cAMP中不含有特殊化学键，D错误。 2．(2025·衡阳模拟)马达蛋白能结合并催化ATP水解，利用其中特殊化学键的转移势能沿着细胞骨架定向行走，进而将其所携带的细胞器或大分子物质送到特定位置。下列叙述正确的是(　　) A．马达蛋白同时具有ATP合酶与水解酶的活性 B．人体成熟的红细胞、蛙的红细胞中均能合成ATP C．ATP依次水解三个磷酸基团均产生较高的转移势能 D．代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率远大于合成速率 解析：选B　马达蛋白能催化ATP水解，具有ATP水解酶的活性，A错误；一般来说，活细胞均能合成ATP，B正确；ATP末端的两个磷酸基团具有较高的转移势能，C错误；细胞代谢旺盛时，ATP的水解速率和ATP的合成速率都升高，两者处于动态平衡状态，D错误。 3．(2025·西安模拟)如图表示细胞呼吸的过程，其中①～③代表有关生理过程发生的场所，甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是(　　) A．甲、乙分别代表丙酮酸、[H] B．①和②都具有双层生物膜 C．①和②都能产生大量 ATP D．②和③所含酶的种类相同 解析：选A　图示表示细胞呼吸的过程，其中，甲是细胞呼吸第一阶段的产物，表示丙酮酸，乙在第一阶段和第二阶段均可产生，表示[H]，A正确。①表示细胞呼吸第一阶段的场所，即细胞质基质；②表示有氧呼吸第二阶段的场所，即线粒体基质，①和②都没有膜结构，B错误。①表示细胞呼吸第一阶段的场所，②表示有氧呼吸第二阶段的场所，两个阶段都产生少量ATP，C错误。②表示有氧呼吸第二阶段的场所，③表示有氧呼吸第三阶段的场所，两者所含酶的种类不同，D错误。 4．若作物种子呼吸作用所利用的物质是葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是(　　) A．若产生的CO2与消耗的O2的分子数之比大于1，则细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 B．若产生的CO2与酒精的分子数之比为4∶1,则有氧呼吸与无氧呼吸消耗等量的葡萄糖分子 C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放 D．若作物种子呼吸作用利用的物质还有脂肪，则释放CO2的分子数比吸收O2的分子数多 解析：选D　呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则消耗的O2量＝生成的CO2量，故若产生的CO2与消耗的O2的分子数之比大于1，则细胞同时进行有氧呼吸与产生酒精和CO2的无氧呼吸，A正确；若只进行无氧呼吸，当呼吸产物是酒精时，生成的酒精量＝生成的CO2量，若产生的CO2与酒精的分子数之比为4∶1，则有氧呼吸产生的CO2和无氧呼吸产生的CO2之比为3∶1，故有氧呼吸消耗的葡萄糖和无氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶1，B正确；若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放，C正确；若作物种子呼吸作用利用的物质还有脂肪，则释放CO2的分子数一般要比吸收O2的分子数少，D错误。 5．(2025·衡水模拟)真核细胞的有氧呼吸分为三个阶段，第一阶段是糖酵解、第二阶段是柠檬酸循环，第三阶段是电子传递链，具体过程如图所示(部分中间产物未标出)，其中丙酮酸脱去CO2的反应属于柠檬酸循环。有氧呼吸产生的许多中间产物可以参与蛋白质或脂肪的代谢。下列相关叙述错误的是(　　) A．糖酵解的场所内含有能降低化学反应活化能的酶 B．单糖中蕴含的能量可部分转移至ATP和丙酮酸中 C．有氧呼吸过程产生的丙酮酸有些可能不用于柠檬酸循环 D．柠檬酸循环不消耗水，而电子传递链会消耗水 解析：选D　糖酵解的场所是细胞质基质，该场所有反应所需的酶，而酶具有降低化学反应活化能的作用，A正确；单糖经糖酵解，一部分能量会以热能形式散失，还有一部分能量转移至ATP和丙酮酸等物质中，B正确；丙酮酸是有氧呼吸过程中产生的中间产物，而这些产物有些可参与蛋白质或脂肪的代谢，C正确；柠檬酸循环也就是有氧呼吸的第二阶段，该阶段消耗水，电子传递链会产生水，D错误。 6.(2025年1月·八省联考云南卷)激活沉默信息调节因子1(Sirt1)可延缓细胞衰老。Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关。下列说法正确的是 (　　) A.NADH转化为NAD+过程通常伴随O2产生 B.NADH转化成NAD+过程通常伴随磷酸产生 C.科学运动增加NADH相对含量,可以延缓衰老 D.适度寒冷增加NAD+相对含量,可以延缓衰老 解析:选D　有氧呼吸第一、二阶段均会生成NADH,并合成少量ATP,NADH的消耗是在有氧呼吸的第三阶段完成的,该阶段NADH转化为NAD+过程通常伴随ATP的生成与O2消耗,ATP的合成需要消耗磷酸,因此该过程通常伴随磷酸消耗,A、B错误；根据题意可知Sirt1激活程度与NAD+/NADH的比值呈正相关,增加NADH相对含量时,NAD+/NADH的比值会减小,则Sirt1激活程度就会降低,减缓细胞衰老的作用就会较弱,C错误；适度寒冷增加NAD+相对含量,可以延缓衰老,D正确。 7．(2025·菏泽一模)可立氏循环是指在激烈运动时，肌肉细胞有氧呼吸产生NADH的速度超过其再形成NAD＋的速度，这时肌肉中产生的丙酮酸由乳酸脱氢酶转变为乳酸，使NAD＋再生，保证葡萄糖到丙酮酸能够继续产生ATP。肌肉中的乳酸扩散到血液并随着血液进入肝细胞，在肝细胞内通过葡萄糖异生途径转变为葡萄糖。下列说法正确的是(　　) A．机体进行可立氏循环时，肌细胞消耗的氧气量小于产生的二氧化碳量 B．有氧呼吸过程中，NADH在细胞质基质中产生，在线粒体基质和内膜处被消耗 C．肌细胞产生的乳酸需在肝细胞中重新合成葡萄糖,根本原因是相关基因的选择性表达 D．丙酮酸被还原为乳酸的过程中，产生NAD＋和少量ATP 解析：选C　人体激烈运动时，肌细胞中既存在有氧呼吸，也存在无氧呼吸，有氧呼吸产生二氧化碳的量与消耗氧气的量相等，无氧呼吸不消耗氧气，也不产生二氧化碳，因此总产生的二氧化碳与总消耗的氧气的量相等，A错误；有氧呼吸过程中，NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生，在线粒体内膜处被消耗，B错误；肌肉中的乳酸扩散到血液并随着血液进入肝细胞，在肝细胞内通过葡萄糖异生途径转变为葡萄糖，根本原因是葡萄糖异生途径相关基因的选择性表达，C正确；丙酮酸被还原为乳酸为无氧呼吸的第二阶段，该阶段生成NAD＋，不产生ATP，D错误。 8．(2024·济南期末)底物A(一种蛋白质)在蛋白激酶作用下可发生磷酸化：ATP分子某一个磷酸基团脱离下来并与底物A相结合，其在细胞信号转导的过程中起重要作用。ADP­GLO可用于检测蛋白激酶活性，具体过程如下图所示。下列叙述正确的是(　　) A．底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程属于放能反应 B．底物 A发生磷酸化后，其空间结构和活性不会改变 C．在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉，以避免干扰实验结果 D．在荧光素酶的催化作用下，荧光素接受 ATP提供的能量后即可发出荧光 解析：选C　据题图判断，底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程需要ATP的参与，属于吸能反应，A错误；底物A发生磷酸化后，其空间结构发生改变，B错误；步骤2会产生ATP，所以在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉，避免对实验的干扰，C正确；在荧光素酶的催化作用下，荧光素接受ATP提供的能量后与氧发生反应形成氧化荧光素后发出荧光，D错误。 二、非选择题(除特别注明外，每空1分) 9．(2025·重庆模拟)图1表示葡萄糖的部分代谢过程。图2表示NADH脱去氢并释放电子，电子最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合酶内部的通道流回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。请回答下列问题： (1)图1中a代表的物质是________，反应过程①②③④中，不能在人体细胞中进行的过程是______。 (2)若剧烈运动时人体肌细胞无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶5，则消耗的氧气与产生的二氧化碳之比为______。消耗同样多葡萄糖，①④过程比①②过程释放能量少的原因是______________________________________________。 (3)图2中的NADH来自有氧呼吸的第________阶段，膜上蛋白质的功能有____________ (答出2点即可)。由图2可知，H＋以________的方式由线粒体内外膜间隙运回线粒体基质，同时伴随ATP合成。 解析：(1)图1中①代表细胞呼吸的第一阶段，葡萄糖氧化分解生成丙酮酸和NADH，并产生少量ATP，故a代表的物质为丙酮酸，不能在人体细胞中进行的过程是③，③为大部分植物细胞或一些微生物(如酵母菌)无氧呼吸产生酒精和二氧化碳的过程。 (2)人体细胞无氧呼吸过程既无氧气参与，也无二氧化碳生成，因此只考虑人体肌细胞的有氧呼吸。有氧呼吸过程，消耗的氧气与产生的二氧化碳之比为1∶1，故即使人体肌细胞无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶5，但消耗的氧气与产生的二氧化碳之比仍为1∶1。①④过程为无氧呼吸产生乳酸的过程，葡萄糖不能进行彻底氧化分解，大部分能量仍储存在有机物乳酸中，因此比①②过程释放能量少。 (3)有氧呼吸第一、二阶段均能产生NADH；图2中膜上的蛋白质如ATP合酶，既能起催化作用，催化ATP的生成，也起到了运输物质(运输H＋)的作用。由题干信息和图2可知，线粒体内外膜间隙的H＋浓度高于线粒体基质，运往线粒体基质的过程为顺浓度梯度，且H＋的转运需要ATP合酶内部的通道的参与，因此H＋的运输方式为协助扩散。 答案：(1)丙酮酸　③　(2)1∶1　①④过程氧化分解有机物不彻底，还有大量的能量存在于乳酸中未释放出来　(3)一、二　运输、催化　协助扩散 10．奔跑时，骨骼肌细胞参与运动。当氧气供应不足时，骨骼肌细胞可通过无氧呼吸分解葡萄糖获得能量，无氧呼吸产生的乳酸运输至肝脏中经过糖异生作用重新生成葡萄糖。下图为上述代谢过程的示意图。 (1)据图判断，骨骼肌细胞中1,6­二磷酸果糖生成乳酸的场所是____________。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是________________。 (2)据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是____________________________________ (答出两点)。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是_____________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)研究发现，氰化物对于动物是剧毒物质，因为氰化物能抑制细胞线粒体内膜上的细胞色素氧化酶(COX)的活性，会导致有氧呼吸第______阶段受到影响。但是某些植物线粒体内膜上的交替氧化酶(AOX)的活性不受氰化物影响，AOX参与的呼吸方式称为抗氰呼吸。氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是_____________________________________ ____________。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量________(填“更多”或“更少”)。 解析：(1)由图可知，1,6­二磷酸果糖是生成乳酸的中间产物，完成的是无氧呼吸，场所是细胞质基质。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是降低化学反应的活化能。 (2)据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3。 (3)氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同。细胞呼吸产生的能量一部分用于合成ATP，一部分以热能形式散失。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量更少。 答案：(1)细胞质基质　降低化学反应的活化能　(2)防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应　骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3　(3)三　COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同　更少 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） 1．实验原理 2．实验步骤 (1)配制酵母菌培养液(酵母菌＋5%葡萄糖溶液)。 (2)检测CO2的产生，装置如图所示 ①甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是去除空气中的CO2。 ②实验装置中的澄清石灰水还可换成溴麝香草酚蓝溶液。 (3)检测酒精的产生 3．实验现象 条件控制 澄清石灰水的变化 1、2两试管的变化 有氧条件 变浑浊快 1号试管无变化 无氧条件 变浑浊慢 2号试管出现灰绿色 4．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) “液滴移动法”探究细胞呼吸的方式 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 实验结果预测 结论 装置一液滴 装置二液滴 不动 不动 只进行产生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生乳酸的无氧呼吸 (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.实验误差的校正 (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的实验分析 1．(2025·重庆九龙坡一模)某校生物兴趣小组研究酵母菌的细胞呼吸过程，绘制出酵母菌在密闭容器内以葡萄糖为底物的呼吸速率变化过程的坐标图。下列分析错误的是(　　) A．在6～8 h时段可用酸性重铬酸钾溶液来检测无氧呼吸是否产生了CO2 B．在9 h时酵母菌无氧呼吸分解葡萄糖释放了部分能量 C．在7 h时有氧呼吸产生的ATP的数量大于无氧呼吸产生的 D．在0～6 h时段容器内气体的体积基本不变，培养液的pH变小 解析：选A　酸性重铬酸钾溶液可用来检测酒精，A错误；在9 h时酵母菌只进行无氧呼吸，酵母菌无氧呼吸分解葡萄糖释放了部分能量，大部分能量储存在酒精中，B正确；7 h时，有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率，此时有氧呼吸产生的ATP的数量大于无氧呼吸产生的，C正确；0～6 h，酵母菌只进行有氧呼吸，消耗的氧气量和释放的二氧化碳量相等，容器内气体的体积保持不变，培养液的pH变小，D正确。 2． (2025·石家庄期中)在探究酵母菌的呼吸类型和强度时，有同学设计了如下的实验装置。下列分析错误的是(　　) A．右图利用稀盐酸和大理石颗粒反应产生的CO2充满烧瓶，进而营造无氧环境 B．为排除物理因素可能造成的影响，需要另设加入等量死亡酵母菌的对照实验 C．左图中蘸有NaOH的脱脂棉的作用是吸收CO2，保证左侧U形管中液面的变化是酵母菌有氧呼吸消耗O2导致的 D．可以用溴麝香草酚蓝溶液检测是否有酒精产生进而判断呼吸类型 解析：选D　本实验右图利用稀盐酸和大理石颗粒反应产生的CO2充满烧瓶，可以营造烧瓶内的无氧环境，A正确；红色液面的移动受烧瓶中气体体积变化的影响，若因物理因素(如温度)的变化导致气体体积发生改变，实验结果不准确，所以应设对照组进行排除，B正确；本实验左图中蘸有NaOH的脱脂棉的作用是吸收CO2，保证左侧U形管中液面的变化是酵母菌有氧呼吸消耗O2导致的，C正确；检测是否有酒精产生应用酸性重铬酸钾溶液，D错误。 题点(二)　探究酵母菌细胞呼吸的方式的拓展应用 3．某研究小组为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，设计了如下图所示的实验装置(不考虑其他因素的影响)。以下说法错误的是(　　) A．甲装置有色液滴不动，乙装置中有色液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸 B．甲装置有色液滴左移，说明酵母菌只进行有氧呼吸 C．甲装置有色液滴左移，乙装置有色液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸 D．乙装置有色液滴右移，说明酵母菌中一定存在无氧呼吸 解析：选B　因为甲装置中有NaOH溶液，所以该装置中酵母菌产生的CO2全部被吸收，有色液滴的移动表示O2的消耗量，有色液滴不动说明没有O2的消耗，即没有进行有氧呼吸；乙装置中有清水，清水既不吸收气体也不释放气体，若乙装置中有色液滴右移，说明进行了无氧呼吸，A正确。只要甲装置中的酵母菌进行有氧呼吸，则其中的O2含量就会减少，有色液滴一定左移，因此甲装置有色液滴左移，说明酵母菌进行了有氧呼吸，但不能说明没有进行无氧呼吸，B错误。若乙装置有色液滴不动，说明其中的酵母菌吸收的O2体积和产生的CO2体积相等，甲装置有色液滴左移，说明消耗了O2，即酵母菌只进行有氧呼吸，C正确。乙装置有色液滴右移，说明酵母菌产生的CO2体积大于消耗的O2体积，因此一定存在无氧呼吸，D正确。 4．(2025·洛阳一模)呼吸熵(RQ＝释放的二氧化碳体积/消耗的氧气体积)可表示生物用于细胞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 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 通常，旱生植物的呼吸速率小于水生植物，阴生植物的呼吸速率小于阳生植物 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 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)酿酒过程的早期需要不断通气的目的是促进酵母菌有氧呼吸产生酒精。(×) (2)破伤风芽孢杆菌易在被锈钉扎过的伤口深处繁殖，原因是伤口深处缺乏氧气。(√) (3)中耕松土、适时排水都是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用。(√) (4)慢跑时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸。(×) (5)粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏。(×) 2．事理分析 (1)(必修1 P95“思考·讨论”拓展)简述包扎伤口时，选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料的理由是为伤口创造透气的环境，避免厌氧病菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。 (2)(必修1 P96“拓展应用1”分析)松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响：松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致农田局部大气CO2浓度上升。 重难点(一)　环境因素对细胞呼吸的影响 [例1]　(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O2浓度下细胞呼吸强度较小，消耗葡萄糖较慢 [解析]　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，O2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。 [答案]　A |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：CO2释放总量最小，细胞呼吸作用最弱 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]　 (2024·山东高考，改编)种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH被氧化。下列说法错误的是(　　) A．p点为种皮被突破的时间点 B．Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸 C．Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加 D．q处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多 [解析]　种皮会限制O2进入种子，p点是子叶耗氧量下降后突然上升的时间点，推测p点是种皮被突破的时间点，A正确。Ⅱ阶段子叶耗氧量下降，原因是种皮限制O2进入种子，且Ⅰ阶段种子不断消耗O2导致其内O2浓度降低，故Ⅱ阶段种子内O2浓度降低导致有氧呼吸被限制，B正确。结合题图可知，Ⅲ阶段乙醇脱氢酶活性逐渐降低，无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐减小，C错误。q处种子有氧呼吸和无氧呼吸氧化的NADH相等，产生等量NADH时无氧呼吸需要消耗更多的葡萄糖，故q处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多，D正确。 [答案]　C |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．(2025·辽阳模拟)将一批刚采摘的大小及生理状况均相近的新鲜蓝莓均分为两份：一份用高浓度的CO2处理48 h后，贮藏在温度为1 ℃的冷库内；另一份则直接贮藏在1 ℃的冷库内。从采后算起每10天定时定量取样一次，测定其单位时间内CO2释放量和O2吸收量，计算二者的比值，得到如图所示曲线。下列相关叙述正确的是(　　) A．本实验的自变量是贮藏天数，因变量是CO2和O2的比值 B．第10天时，对照组和CO2处理组的有氧呼吸强度相同 C．第40天，对照组蓝莓有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多 D．若实验在光照条件下进行，则对实验结果不会产生显著影响 解析：选D　由题意可知，该实验的自变量是贮藏天数和是否用高浓度的CO2处理，A错误；第10天时，对照组和CO2处理组的CO2释放量和O2吸收量的比值均等于1，只能说明此时两组蓝莓只进行有氧呼吸，但不能说明两组蓝莓的呼吸强度相同，B错误；第40天，对照组CO2释放量和O2吸收量的比值约为2，设有氧呼吸消耗的葡萄糖为x，无氧呼吸消耗的葡萄糖为y，则有关系式(6x＋2y)÷6x＝2，解得x∶y＝1∶3，无氧呼吸消耗的葡萄糖多，C错误；新鲜蓝莓几乎没有光合色素，如果实验在光照条件下进行，不会对实验结果产生显著影响，D正确。 2． (2025·长春模拟)有些植物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来适应缺氧环境。如图表示玉米根部细胞在无氧条件下细胞呼吸产生CO2的相对速率随时间变化的曲线。下列相关叙述错误的是(　　) A．在a～b段玉米的根细胞可能只进行了产乳酸的无氧呼吸 B．出现c～d段的原因可能与酒精等代谢产物的积累抑制了细胞呼吸有关 C．每摩尔葡萄糖经无氧呼吸产生乳酸时储存在ATP中的能量比散失的热能多 D．检测到长期水淹的玉米根有CO2产生能判断它进行了产酒精的无氧呼吸 解析：选C　植物进行有氧呼吸或产酒精的无氧呼吸时都有CO2释放，图示在时间b之前，植物根细胞无CO2释放，分析题意可知，植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境，据此推知在时间b之前，只进行产乳酸的无氧呼吸，A正确；c～d段产生CO2的速率降低，出现c～d段的原因可能与酒精等代谢产物的积累抑制了细胞呼吸有关，B正确；每摩尔葡萄糖经无氧呼吸产生乳酸时储存在ATP中的能量比散失的热能少，C错误；检测到长期水淹的玉米根有CO2产生能判断它进行了产酒精的无氧呼吸，因为产生乳酸的无氧呼吸无CO2的生成，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．细胞呼吸的原理在生产和生活中得到了广泛的应用。下列说法错误的是(　　) A．中耕松土：促进根细胞有氧呼吸，利于根系吸收无机盐 B．睡前刷牙：抑制细菌无氧呼吸产生大量酸性物质侵蚀牙齿 C．保存果蔬：在低温、低氧条件下降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗 D．稻田定期排水：避免水稻根细胞长时间无氧呼吸产生乳酸导致烂根 解析：选D　中耕松土：增加土壤中氧气的含量，促进根细胞有氧呼吸，为吸收矿质元素供应能量，利于根系吸收无机盐，A正确；睡前刷牙：清除食物残渣，减少细菌营养来源，可抑制细菌无氧呼吸产生大量酸性物质侵蚀牙齿，B正确；在低温、低氧条件下细胞呼吸有关酶的活性降低，从而降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗，C正确；稻田定期排水是为了避免根细胞长时间无氧呼吸产生酒精而中毒、烂根，D错误。 [课时跟踪检测] （本课时配有重难点加练题，以电子文档形式推送，供学优生选用） 一、选择题 1．(2025·黄冈模拟)在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中，为了对酵母菌进行无氧呼吸产生的酒精进行检测，可使用的化学物质是(　　) A．澄清的石灰水 B．溴麝香草酚蓝溶液 C．酸性重铬酸钾溶液 D．氢氧化钠溶液 解析：选C　澄清的石灰水和溴麝香草酚蓝溶液用于检测细胞呼吸产生的二氧化碳，A、B错误；酒精可以与酸性重铬酸钾溶液发生反应由橙色变成灰绿色，C正确；氢氧化钠溶液可以用于吸收二氧化碳，D错误。 2．(2025·深圳模拟)细胞呼吸除了能为生物体提供能量外，还是生物体代谢的枢纽。下列有关细胞呼吸的方式、原理及其在生产和生活中应用的叙述，错误的是(　　) A．人体细胞呼吸产生的CO2均来自线粒体基质 B．小白兔成熟的红细胞逆浓度梯度吸收K＋受氧气浓度的影响 C．包扎伤口时，选用透气的消毒纱布是为了避免厌氧菌大量繁殖 D．蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来 解析：选B　人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，仅有氧呼吸第二阶段产生CO2，有氧呼吸第二阶段场所在线粒体基质，A正确；小白兔成熟的红细胞没有线粒体，只进行无氧呼吸，所以小白兔成熟的红细胞逆浓度梯度吸收K＋不受氧气浓度的影响，B错误；包扎伤口时，选用透气的消毒纱布是为了避免厌氧菌大量繁殖，C正确；细胞呼吸是生物体代谢的枢纽，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质，蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来，D正确。 3．(2025·赣州模拟)缺氧会抑制植物根系细胞的有氧呼吸，导致ATP合成受阻，从而影响植物正常的生长。若呼吸底物仅为葡萄糖，下列叙述正确的是(　　) A．若马铃薯的细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等，则细胞只进行有氧呼吸 B．有氧呼吸和无氧呼吸过程中葡萄糖的能量转化为热能和储存在ATP中 C．缺氧条件下，有氧呼吸三个阶段产生的NADH均减少 D．酒精发酵的过程中，产生的[H]能用于酒精的生成 解析：选D　马铃薯块茎无氧呼吸产生乳酸，不释放CO2，其细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等，则细胞可能只进行有氧呼吸或有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，A错误；无氧呼吸过程中葡萄糖的能量转化为热能、储存在ATP和存留在乳酸或酒精中，B错误；有氧呼吸第三阶段消耗NADH，C错误；酒精发酵的过程中，产生的[H]能用于分解丙酮酸生成酒精和CO2，D正确。 4．(2025·聊城一模)用酵母菌作为实验材料探究细胞呼吸时，首先对酵母菌培养液离心处理，然后将获取的酵母菌沉淀破碎并再次离心，把含酵母菌细胞质基质的上清液、只含酵母菌细胞器的沉淀物及未离心处理过的酵母菌培养液分装在甲、乙、丙3支试管内，同时向各试管中加入等量、等浓度的葡萄糖溶液，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。下列说法正确的是(　　) A．图1对应试管甲，其产生的CO2中氧元素来自葡萄糖和水 B．图2对应试管丙，反应结束后可用酸性重铬酸钾溶液检测酒精 C．图3对应试管乙，实验结果表明葡萄糖不能进入线粒体分解 D．图1和图2对应的试管中消耗等量的葡萄糖释放的能量相等 解析：选C　试管甲含有酵母菌细胞质基质的上清液，可进行无氧呼吸，对应图2，A错误；试管丙中含有未离心处理过的酵母菌培养液，供氧充足，可进行有氧呼吸，对应图1，B错误；试管乙只含酵母菌细胞器的沉淀物，对应图3，乙试管葡萄糖无消耗，实验结果表明葡萄糖不能进入线粒体分解，C正确；图1对应的试管进行有氧呼吸，图2对应的试管进行无氧呼吸，消耗等量的葡萄糖，前者释放的能量多与后者，D错误。 5．(2025·衡水模拟)如图表示运动员运动强度与其细胞呼吸产生的乳酸含量和氧气消耗速率的关系(底物为葡萄糖)。下列相关分析正确的是(　　) A．a～b范围内，随运动强度增加，细胞的有氧呼吸减弱 B．运动强度为c时，运动员消耗的能量主要由无氧呼吸提供 C．根据图中的氧气消耗速率可以推导出二氧化碳的产生速率 D．无论是有氧呼吸还是无氧呼吸，葡萄糖中能量的主要去向都是以热能形式散失 解析：选C　a～b范围内，随运动强度增加，氧气消耗速率增加，细胞的有氧呼吸增强，A错误；运动强度为c时，运动员消耗的能量主要由有氧呼吸提供，B错误；人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，没有CO2，因此根据图中的氧气消耗速率可以推导出二氧化碳的产生速率，C正确；人体细胞无氧呼吸时葡萄糖中的能量主要储存在乳酸中，D错误。 6．(2025·潍坊一模)将酵母菌破碎后，离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，取以上材料进行实验，结果如表。下列说法正确的是(　　) 试管 有氧条件下 呼吸产物 Ⅰ 上清液＋葡萄糖溶液 少量CO2、酒精 Ⅱ 上清液＋沉淀物＋丙酮酸溶液 ？ Ⅲ 上清液＋沉淀物＋葡萄糖溶液 CO2、H2O A．上清液中不含与有氧呼吸有关的酶 B．O2的存在会导致与无氧呼吸有关的酶失活 C．“？”处的产物应该是CO2和H2O D．有氧呼吸和无氧呼吸不能在酵母菌细胞内同时进行 解析：选C　有氧呼吸、无氧呼吸第一阶段都是在细胞质基质中进行，故含有酵母菌细胞质基质的上清液中含有有氧呼吸有关的酶，A错误；有氧呼吸和无氧呼吸的酶不同，O2的存在会抑制与无氧呼吸有关酶的活性，但不会导致其活性丧失，B错误；沉淀物中含有与有氧呼吸第二、三阶段有关的酶，丙酮酸进入线粒体进行有氧呼吸的第二、三阶段，产物是CO2和H2O，C正确；在特定条件下，如氧气浓度较低时，酵母菌可以在同一细胞中同时进行无氧呼吸和有氧呼吸，D错误。 7．(2025·大连模拟)将等量且足量的银杏种子分别放在O2浓度不同的密闭容器中，一段时间后，测定O2的吸收量和CO2的释放量，结果如下表。下列有关叙述正确的是(　　) 变化量 O2浓度 0 1% 2% 3% 5% 7% 10% 15% 20% 25% O2吸收量/mol 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.8 CO2释放量/mol 1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.8 A．银杏种子细胞在O2浓度为0～3%和3%～25%时，分别进行无氧呼吸和有氧呼吸 B．当O2浓度为3%时，该种子细胞进行无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的3倍 C．O2浓度越高，银杏种子细胞有氧呼吸越旺盛，产生ATP越多 D．银杏种子细胞进行无氧呼吸时，产生酒精和CO2 解析：选D　根据题意和题表分析可知，当O2浓度≥5%时，O2的吸收量与CO2的释放量相等，说明细胞只进行有氧呼吸；O2浓度在小于5%大于0时，CO2释放量大于O2的吸收量，说明细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸；当O2浓度为0时，细胞只进行无氧呼吸，A错误。O2浓度为3%时，根据细胞呼吸反应式可知，有氧呼吸消耗葡萄糖为0.05 mol，无氧呼吸释放的CO2量为0.5－0.3＝0.2(mol)，则无氧呼吸消耗葡萄糖为0.1 mol，故无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的2倍，B错误。从表格中可以看出，当O2浓度达到20%时，即使再增加O2浓度，有氧呼吸强度也不再增加，产生的ATP不再增多，C错误。银杏种子细胞进行无氧呼吸时，产物是酒精和CO2，D正确。 二、非选择题(除特别注明外，每空1分) 8．(2024·贵州高考)农业生产中，旱粮地低洼处易积水，影响作物根细胞的呼吸作用。据研究，某作物根细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关，水淹过程中其活性变化如图所示。回答下列问题。 (1)正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，从物质和能量的角度分析，其代谢特点有________________________________________________；参与有氧呼吸的酶是____(选填“甲”或“乙”)。 (2)在水淹0～3 d阶段，影响呼吸作用强度的主要环境因素是________；水淹第3 d时，经检测，作物根的CO2释放量为0.4 μmol·g－1·min－1，O2吸收量为0.2 μmol·g－1·min－1，若不考虑乳酸发酵，无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的________倍。 (3)若水淹3 d后排水，植物长势可在一定程度上得到恢复，从代谢角度分析，原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (答出2点即可)。 解析：(1)正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，有氧呼吸是在氧气充足的情况下，将葡萄糖彻底氧化分解产生CO2和H2O，将能量释放出来，并产生大量ATP。随着水淹天数的增多，乙的活性降低，说明乙是与有氧呼吸有关的酶。 (2)在水淹0～3 d阶段，随着水淹天数的增加，氧气含量减少，有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强。有氧呼吸中O2吸收量等于CO2释放量，因此水淹第3 d时，作物经有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等，无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3倍。 (3)若水淹3 d后排水，植物长势可在一定程度上得到恢复，一方面是排水后氧气含量上升，有氧呼吸增强，产生的能量增多；另一方面，无氧呼吸产生的酒精对植物有毒害作用，3天后排水可以使无氧呼吸减弱，酒精产生减少，毒害减轻。 答案：(1)有氧条件下，将葡萄糖彻底氧化分解产生CO2和H2O，释放能量，并产生大量ATP　乙　(2)O2的含量　3　(3)无氧呼吸产生酒精对植物有毒害作用，3 d后排水可以使无氧呼吸减弱，酒精产生减少，减轻毒害作用；3 d后排水可以使有氧呼吸增强，增加产能(合理即可) 9．(2025·南昌一模)种子萌发时的呼吸速率是衡量种子活力的重要指标。小麦种子胚乳中贮存着大量的淀粉，在种子萌发时水解为葡萄糖，作为小麦种子胚细胞呼吸的主要底物。研究人员测得冬小麦播种后到长出真叶(第10天，开始进行光合作用)期间的部分数据如下表。回答下列问题： 时间/d 0 2 4 6 8 种子干重/g 10.0 11.2 9.8 8.4 7.1 O2吸收量/mmol 3.2 18.6 54.3 96.5 126.0 CO2释放量/mmol 4.1 172.7 154.5 112.8 126.0 (1)表中的数据是冬小麦种子在______________(填“光照”“黑暗”或“光照或黑暗”)条件下测定的。冬小麦种子播种后的第2天，种子干重略有增加，原因是___________________ _______________________________________。 (2)冬小麦种子播种后2天，种子释放的CO2量明显大于吸收的O2量，表明此阶段种子主要以______呼吸为主，此时种子胚细胞产生CO2的场所是_____________________________ __________。 (3)NADH氧化呼吸链是有氧呼吸的重要呼吸链。在吸收2个电子后，NAD＋能与H＋结合生成NADH；而NADH在有氧条件下分解为NAD＋和H＋，释放出2个电子，使H＋和电子与O2结合生成水。据此推测，冬小麦种子播种后第8天，NADH分解发生在有氧呼吸第______阶段，种子胚细胞线粒体中合成NADH的H＋来自________________(填物质)。 (4)氧化态的TTC呈无色，被NADH还原后呈红色，因此TTC可用于测定种子的活力。将播种后4天的冬小麦种子经不同处理后沿胚中央切开，用TTC处理并观察胚的颜色，结果如下： 项目 甲组 乙组 丙组 丁组 种子处理方式 晒干 适温的水浸泡8 h 沸腾的水浸泡30 min 不做处理 实验结果 ＋ ＋＋＋＋ － ？ 注：“＋”表示出现红色，“＋”越多代表颜色越深，“－”表示未出现红色。 理论上，丁组的实验结果可能为________。丙组未呈现红色，原因是_________________ ___________________________________________________________________________。 解析：(1)根据题意，研究人员测得冬小麦播种后到长出真叶(第10天，开始进行光合作用)期间的部分数据，表中测得的是冬小麦播种后8天内的细胞呼吸的数据，该过程中冬小麦还不能进行光合作用，因此表中的数据在光照或黑暗下测量均不受影响，即表中的数据是冬小麦种子在光照或黑暗条件下测定的。冬小麦种子播种后的第2天，冬小麦种子胚乳中淀粉大量水解为葡萄糖，需要消耗水分，使种子干重略有增加。 (2)葡萄糖作为冬小麦种子胚细胞呼吸的主要底物，若种子只进行有氧呼吸，释放的CO2与吸收O2的量相同；若进行无氧呼吸，不消耗O2，产物是CO2和酒精。根据题意冬小麦种子播种后2天，种子释放的CO2量明显大于吸收的O2量，表明此阶段种子主要以无氧呼吸为主，但也进行有氧呼吸，故种子胚细胞产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体基质。 (3)根据表中数据可知，冬小麦种子播种后第8天，种子释放的CO2量等于吸收的O2量，因此此时种子只进行有氧呼吸，NADH分解发生在有氧呼吸第三阶段，有氧呼吸过程中第一、二阶段合成NADH，由于葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸，故种子胚细胞线粒体中合成NADH的H＋来自丙酮酸和水。 (4)根据题意和表中信息可知，丁组不做处理，其呼吸作用产生的NADH比乙组少，比甲组多，所以实验结果可能是＋＋或＋＋＋。丙组种子经沸腾的水浸泡30 min，未呈现红色，原因是高温将细胞杀死，不能进行呼吸作用，因此没有NADH产生，TTC没有被NADH还原。 答案：(1)光照或黑暗　冬小麦种子胚乳中淀粉大量水解为葡萄糖，需要消耗水分　(2)无氧　细胞质基质和线粒体基质　(3)三　丙酮酸和水 (4)＋＋或＋＋＋　高温将细胞杀死，不能进行呼吸作用，没有NADH产生，不能将TTC还原为红色 第3讲　光合作用与能量转化 明确目标 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　光合作用的结构与原理 主题研习(一)　捕获光能的色素和结构 (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 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)可用月季花瓣大量提取叶绿素。(×) (2)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢。(×) (3)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(√) (4)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(×) (5)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,对其他波段的可见光并非不吸收,只是吸收量较少。(√) 2．事理分析 (1)(人教版必修1 P97“问题探讨”探究思考)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、蓝紫色和白色的光源，选择这些光源的原因是红色光源、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光，光合色素对红光、蓝紫光吸收最多；白光是复合光，含有不同波长的光，光合色素能吸收其中的光。 (2)(人教版必修1 P101“拓展应用T1”素材分析)海洋中绿藻、褐藻、红藻在海水中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层，从水层透光与植物光能捕获两个层面解释其中的原因：藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的深层。 题点(一)　绿叶中色素的提取和分离 1．(2024·广东高考)银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是(　　) A．选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B．研磨时用水补充损失的提取液 C．将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D．用过的层析液直接倒入下水道 解析：选C　本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，应选择新鲜程度相同的绿叶和黄叶分开研磨，A错误；光合色素不溶于水而溶于有机溶剂，提取液可为无水乙醇，不能用水补充损失的提取液，B错误；由于滤纸条不会相互影响，且层析液的成分及浓度等需相同，故两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚等，不能直接倒入下水道，D错误。 2．(2025·苏州模拟)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。下列分析正确的是(　　) A．色素4在层析液中的溶解度最大 B．用发黄叶片色素1、2可能缺失 C．缺Mg会影响色素1和2的含量 D．色素5可能存在于植物的液泡中 解析：选D　根据层析的结果，色素1距离起点最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A错误；根据在层析液中的层析结果说明色素1、2、3、4依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，发黄叶片或缺Mg叶片均会缺乏叶绿素，色素3、4可能缺失，B、C错误；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色素，D正确。 题点(二)　光合色素的种类与功能 3．(2025·泰州期中)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．不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占利用光能百分比增加，叶绿素a/叶绿素b的值会降低。下列叙述错误的是(　　) A．植物叶片呈现绿色主要是由于②③吸收绿光最少 B．①表示类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光 C．②表示叶绿素a，遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b D．③表示叶绿素a，强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a 解析：选C　植物叶片呈现绿色主要是由于②(叶绿素b)③(叶绿素a)吸收绿光最少，因此在光下呈绿色，A正确；根据吸收光谱，①只吸收蓝紫光，属于类胡萝卜素，B正确；根据吸收光谱，曲线③表示叶绿素a，②表示叶绿素b，遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b，叶绿素a/叶绿素b的值会降低,强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a，C错误，D正确。 [归纳拓展]　植物体内色素的种类、分布及特点归纳 植物体内的色素主要有光合色素和非光合色素两类，光合色素参与植物的光合作用，而非光合色素不参与光合作用。 ①植物叶片呈现绿色的主要原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。 ②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素，而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体，也不含吸收光能的色素。 ③植物细胞的液泡中的色素(花青素，为水溶性色素)不参与光合作用。 ④植物体内的另一种特殊的“色素”——光敏色素，其分布于植物体的各部位，在分生组织细胞内比较丰富，是一种接收光信号的信息分子。 主题研习(二)　光合作用的原理和应用 (一)探索光合作用的部分经典实验 (二)光合作用的过程 1．写出图中序号代表的物质 ①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2， ⑤(CH2O)。 2．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 3．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 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上。(√) (2)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(×) (3)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(×) (4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(×) (5)光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。(×) 2．事理分析 (1)(人教版必修1 P102“思考·讨论”分析)希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，请说明理由：水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 (2)(人教版必修1 P103“图5­14”拓展)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，但叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间；过了这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行；CO2不足导致暗反应减弱后，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。 (3)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是黑暗条件下，光反应无法进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH。 重难点(一)光反应和暗反应中物质和能量的转化 |情|境|探|究| 1．叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。 注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合酶蛋白复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，以及电子传递、H＋输送和ATP合成等过程。 据图回答下列问题： (1)光反应过程中，ATP的形成与光系统　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。 (2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体(供给电子的物质)是　　　。通过光合电子传递链，光能最终转化为　　　　　　　中的化学能。 (3)图中ATP合酶的作用是　　　　　　　　　　　　　；据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答三点)。 (4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降，其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)Ⅱ　(2)水　ATP和NADPH　(3)催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输　水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋　(4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋和H＋从A侧运输到B侧，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失 2．卡尔文供给小球藻持续的光照和CO2，使其光合作用稳定，然后，在短时间内加入放射性同位素标记的14CO2。在光照处理30 s后，杀死小球藻，卡尔文发现小球藻细胞内含有14C的产物是C3、C5和葡萄糖；在光照处理5 s后，杀死小球藻，14C出现在C3和C5中；在光照处理0.5 s后，杀死小球藻，小球藻细胞中含有14C的产物只有C3。 根据材料可确定物质转化的顺序是　　　　　　　　　　　　，若要探究CO2转化成的第一个产物是什么，请写出可能的实验思路。 ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 答案：C3、C5、葡萄糖　继续缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物 |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＋)逆浓度从类囊体的外侧泵入囊腔侧。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在类囊体的外侧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合酶顺浓度梯度流出，而ATP合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 重难点(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。 3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 分组 A组：全光照 B组：光暗交替 现象 光合效率：100% 原理：其全时段均进行光反应与暗反应 光暗处理频度较高，单位光照时间有机物合成量较全光照时高(其所用光照时间仅为A组一半，但有机物合成量却远高于一半)，此表明在其全时段，暗反应几乎未停止 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、总黑暗时间均相同的条件下，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 [典例]　为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下： A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。 B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。 C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。 D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。 回答下列问题： (1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量______(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是____________________________________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不直接依赖________。 (2)比较A、B、C三组处理可以推知，随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的__________________________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中______________。 解析：(1)C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，所以单位光照时间内，C组植物合成有机物的量高于D组植物合成有机物的量，C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不直接依赖光照。 (2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，产生ATP和NADPH用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。 答案：(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%　光照　(2)ATP和NADPH　CO2的同化量 题点(一)　光合作用探究历程的相关分析 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；离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应被称为希尔反应，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。 2．(2025·抚州模拟)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如表。根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是(　　) 实验组别 光照时间/s 放射性物质分布 1 2 大量3­磷酸甘油酸(三碳化合物) 2 20 12种磷酸化糖类 3 60 除了上述12种磷酸化糖类，还有氨基酸、有机酸等 A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段 B．每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布 C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类 D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等 解析：选C　由题干信息“往小球藻培养液中通入14CO2”可知，本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，A正确；每组照光相应时间后，为防止细胞内化学反应继续进行而使碳元素转移干扰实验结果，所以要先使酶失活，才能测定放射性物质分布，B正确；由题表可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是3­磷酸甘油酸(三碳化合物)，C错误；由题表可知，光照60 s，放射性物质分布除了12种磷酸化糖类，还有氨基酸、有机酸等，说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，D正确。 [归纳拓展] 光合作用探究历程中的经典结论和方法 ①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 ②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。 ③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能通过检测放射性的方式进行检测；而14C有放射性，可追踪放射性对其进行检测。　　　　 题点(二)　光合作用的原理和过程 3．磷酸丙糖不仅是光合作用中较早出现的糖，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可表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成 B．叶绿体基质中的CO2能直接被NADPH还原 C．磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质中合成淀粉 D．若图中所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　题图中a是光反应为暗反应提供的物质，是NADPH和ATP，在叶绿体类囊体薄膜上合成，A错误；叶绿体基质中的CO2先与C5结合形成C3，再被NADPH还原，B错误；磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的，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，导致光合速率降低，D正确。 4．(2025·哈尔滨一模)如图是叶绿体中光合作用部分过程的简化示意图(①和②是可移动载体，e－表示电子)。下列叙述错误的是(　　) A．ATP生成所需的能量直接来源于脂双层两侧H＋浓度差，最终来源于光能 B．可移动载体①②和复合物Ⅱ使脂双层两侧的H＋浓度差变小 C．图示反应中，e－的最终供体是H2O，最终受体是NADP＋ D．希尔反应中的氧化剂可以是NADP＋、铁盐等 解析：选B　据题图可知，ATP的合成是利用H＋顺浓度梯度运输的势能，在ATP合酶的催化作用下，将ADP和Pi合成ATP，故ATP生成所需的能量直接来源于脂双层两侧H＋浓度差，而脂双层两侧H＋浓度差最终又是光能驱动形成的，因此，ATP生成所需的能量最终来源于光能，A正确；据图可知，在可移动载体①②及复合物Ⅱ的作用下，H＋由叶绿体基质进入类囊体腔中，使得H＋的浓度差变大，B错误；根据题图所示，H2O光解后产生O2、H＋和e－，故最终提供e－的物质为H2O，H2O光解后NADP＋被还原为NADPH，故最终接受e－的物质为NADP＋，C正确；希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP＋的作用相似，作为氧化剂与H2O光解产生的H＋反应，D正确。 5．(2025·天门模拟)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用CO2合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列相关分析正确的是(　　) A．①②过程与光反应的过程完全相同，③④过程与暗反应过程完全相同 B．该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储藏于有机物中 C．该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应 D．步骤①需要催化剂，②③④既不需要催化剂也不需要消耗能量 解析：选B　分析题图可知，①②过程模拟暗反应中CO2的固定，③④过程模拟暗反应中C3的还原，A错误；植物光合作用的本质是利用光能将无机物(CO2和H2O)转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，图示过程也将CO2和H2O转化为淀粉，同时储存能量，二者的本质是相同的，B正确；由题图可知，①过程是利用催化剂在一定条件下进行的化学反应，反应过程不一定温和，②③④是在酶的催化下完成的，反应较温和，C错误；分析图示可知，图中②③④需要在酶的催化下进行，是由小分子聚合成大分子的反应，为吸能反应，需要消耗能量，D错误。 题点(三)　外界条件改变时光合作用中物质含量的变化分析 6．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的值增大 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。 7．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：选D　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。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．某兴趣小组合作完成“绿叶中色素的提取和分离”实验，主要步骤：提取色素→制备滤纸条→画滤液细线→分离色素。下列叙述正确的是(　　) A．提取色素：用无水乙醇和层析液进行色素的提取 B．制备滤纸条：滤纸条一端剪去两角并在另一端底部画细线 C．画滤液细线：防止滤液细线过粗一般只画一次 D．分离色素：离滤液细线最远的是橙黄色的条带 解析：选D　光合色素易溶于有机溶剂中，常用无水乙醇提取光合色素，A错误；制备滤纸条时，将干燥的定性滤纸一端剪去两角，并在距此端底部1 cm处用铅笔画一条细横线，B错误；为保证更多的光合色素沉积在滤液细线处，画滤液细线时，应用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画一条滤液细线，待滤液干后，再重复画一到两次，C错误；色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，距离滤液细线最远的为溶解度最高的色素，是橙黄色的胡萝卜素，D正确。 2．(2025·吉林模拟)花青素是一类广泛存在于植物液泡中的水溶性天然色素，在植物细胞液不同的pH条件下，花青素可使花瓣呈现不同的颜色。实验室常用乙醇、丙酮、水或混合溶剂提取花青素。光合色素存在于叶绿体中。下列关于光合色素和花青素提取与分离的叙述，错误的是(　　) A．在研磨绿叶、花瓣时均可加入少许SiO2，以提高色素的提取率 B．液泡与叶绿体中的色素均可用无水乙醇或水作为溶剂进行提取 C．纸层析法能分离光合色素是因为不同色素在层析液中的溶解度不同 D．为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，分离色素时应在通风好的条件下进行 解析：选B　在研磨绿叶、花瓣时均可加入少许SiO2，可以使研磨更加充分，以提高色素的提取率，A正确；叶绿体中的色素不溶于水，不能用水提取，B错误；分离光合色素时采用纸层析法，原理是光合色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，结果可观察到四条色素带，C正确；为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，分离色素时应在通风好的条件下进行，D正确。 3．某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验，结果如图。下列叙述错误的是(　　) A．可用纸层析法来分离叶片中的光合色素 B．嫩叶与老叶的光合色素总含量无明显差别 C．相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等 D．不同时期的叶绿素相对含量变化比类胡萝卜素的大 解析：选C　各光合色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离光合色素，所以可用纸层析法来分离叶片中的光合色素，A正确；嫩叶中光合色素相对含量为6＋2＝8，老叶中光合色素相对含量为5＋3＝8，所以嫩叶与老叶的光合色素总含量无明显差别，B正确；嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同，所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等，C错误；不同发育阶段叶绿素相对含量的变化为6→12→5，类胡萝卜素的相对含量变化为2→4→3，所以不同时期的叶绿素相对含量变化比类胡萝卜素的大，D正确。 4．英国植物学家希尔发现，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)，在光照下可以释放出O2。离体叶绿体在适当条件下发生H2O的光解，产生O2的化学反应称为“希尔反应”。下列说法错误的是(　　) A．希尔反应不能说明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O B．可用放射性同位素标记法追踪H2O中氧原子的去路 C．希尔反应模拟了叶绿体光反应阶段的部分变化 D．希尔反应说明H2O的光解和糖的合成不是同一个化学反应 解析：选B　希尔反应证明了光合作用产生O2，但不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O，也可能来自其他有机物，A正确；氧原子的同位素18O是稳定性同位素，无放射性，B错误；希尔反应模拟的是光合作用光反应阶段的部分变化，发生在叶绿体中，C正确；希尔反应的悬浮液中只有H2O，没有CO2，不能合成糖类，说明H2O的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。 5．下图为光合作用过程示意图，其中P表示结构，①②③④表示有关物质。下列说法错误的是(　　) A．②③的产生发生在叶绿体基质中 B．CO2的固定是CO2与④在酶催化下结合的过程 C．(CH2O)中稳定的化学能来自ATP和NADPH D．P结构中光合色素吸收的光能全部转换成ATP中的化学能 解析：选D　图中P为类囊体薄膜，进行的反应过程为水光解产生NADPH和氧气，同时合成ATP，NADPH和ATP在叶绿体基质中参与暗反应，生成②(NADP＋)和③(ADP＋Pi)，A正确；CO2的固定是CO2与④(C5)在酶催化下结合成两分子C3的过程，B正确；光合作用的光反应产生的ATP、NADPH均可以为C3的还原提供能量，转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能，C正确；图中P为类囊体薄膜，进行光反应过程，在光反应中，叶绿素所吸收的光能会转化为不稳定的化学能储存到ATP和NADPH中，D错误。 6．卡尔文等研究发现，当植物所处环境由光照转为黑暗时，RuBP(C5)含量急剧下降，PGA(C3)含量迅速上升；当骤然降低CO2浓度时，PGA含量迅速下降，而RuBP含量上升。下列叙述错误的是(　　) A．CO2的固定过程在叶绿体的基质中进行 B．RuBP可以与CO2反应并消耗ATP C．PGA的还原阶段消耗NADPH和ATP并合成蔗糖或淀粉等有机物 D．叶绿体中RuBP含量不多，因为RuBP消耗后会再生 解析：选B　CO2的固定过程是暗反应的组成部分，在叶绿体的基质中进行，A正确；根据题干可知，RuBP是C5，而PGA是C3，RuBP可以与CO2反应但是不消耗ATP，B错误；PGA的还原阶段消耗光反应产生的NADPH和ATP并合成蔗糖或淀粉等有机物，C正确；在光合作用的卡尔文循环中，CO2与RuBP结合后，经过一系列反应，RuBP被消耗并生成PGA，PGA在光反应阶段的产物作用下，可被还原生成RuBP，D正确。 7．淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用，其过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．磷脂是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷元素 B．CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂 C．若光照骤减，C5含量短时间内减少 D．若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会立刻停止 解析：选C　磷脂构成生物膜的基本支架；中心体主要由蛋白质组成，不含磷元素；核糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元素，A错误。CO2形成三碳糖磷酸的过程中，需要NADPH作还原剂和提供能量，B错误。若光照骤减，短时间内光反应产生的ATP和NADPH减少，C3还原过程减慢，即C5的形成减少，且C5的消耗不变，导致C5的含量短时间内减少，C正确；若抑制磷酸转运器的功能，会导致叶绿体内Pi下降，进而影响卡尔文循环，但卡尔文循环不会立刻停止，D错误。 8．(2024·烟台期末)绿色植物叶肉细胞内的PSBS 是一种光保护蛋白，也是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，激活的PSBS 可抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，以防止强光对叶肉细胞造成损伤。ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H＋浓度差。下列说法错误的是(　　) A．光照过强会导致叶肉细胞类囊体腔内pH下降 B．激活PSBS后，光合作用产生的有机物会减少 C．PSBS的活性受H＋浓度、光照强度等因素的影响 D．PSBS功能的发挥可增加类囊体膜上ATP的合成 解析：选D　光照过强时，类囊体膜蛋白PSBS感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，说明光照过强时叶肉细胞类囊体腔内pH下降，A正确；激活PSBS后，使水的光解受到抑制，光反应阶段生成的NADPH减少，引起暗反应阶段C3的还原减弱，导致光合作用产生的有机物减少，B正确；光照强度会影响光反应阶段水的光解等过程，H＋是水光解的产物，PSBS能感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，因此PSBS 的活性受H＋浓度、光照强度等因素的影响，C正确；ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H＋浓度差，PSBS功能的发挥可最终将过量的光能转换成热能释放，抑制了H＋浓度差的进一步加大，因此PSBS功能的发挥不能增加类囊体膜上ATP的合成，D错误。 9．(2025·滨州模拟)在番茄幼苗叶片上喷施不同浓度的海藻糖(一种非还原性二糖)溶液，探究其在高温环境下(40 ℃处理9天)对植物光合作用的影响，观测并统计叶绿素含量，如表所示。下列叙述正确的是(　　) 注：*表示数据在统计学水平上存在显著差异。 A．可用斐林试剂检测海藻糖，产生砖红色沉淀 B．叶绿素a与叶绿素b是重要的光合色素，分布于叶绿体双层膜上 C．T1.0和T1.5处理组显著提高了番茄幼苗各光合色素的含量 D．番茄幼苗在高温逆境下通过利用海藻糖提高了光合作用的能力 解析：选D　海藻糖是一种非还原性二糖，不可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀，A错误；叶绿体中的光合色素分布于类囊体薄膜上，B错误；光合色素包括叶绿素a、b和类胡萝卜素，由表格数据可知，T1.0和T1.5处理组的叶绿素a含量有显著提高，但叶绿素b含量无显著差异，类胡萝卜素含量未测定，C错误；高温环境下，喷施1.0%和1.5%的海藻糖，叶绿素a的含量显著增多，光合作用能力得到提高，D正确。 二、非选择题(除特别注明外，每空1分) 10．(2025·苏州一模)光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”。光反应过程中光合电子传递链主要由几大复合体组成，包括光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素复合体(Cb6/f)、光系统Ⅰ(PSⅠ)等。有些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累，细胞内活性氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。研究人员利用拟南芥对光合电子传递进行了有关研究。 (1)光合作用的光反应发生在__________________上，光系统是由其上的蛋白质与光合色素结合形成的，具有____________________的功能。 (2)光反应中的电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。线性电子传递中，电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终产生NADPH和ATP；环式电子传递中，电子在PSⅠ和Cb6/f间循环，仅产生ATP不产生NADPH。Cb6/f复合体位于PSⅡ和PSⅠ之间，同时参与线性电子传递和环式电子传递(图1)。 ①在光照条件下，光系统Ⅱ(PSⅡ)吸收光能产生高势能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从________中夺取电子释放O2。 ②光系统Ⅰ(PSⅠ)吸收光能产生强还原剂，使____________还原，该还原剂在暗反应中的作用是______________________________________；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，在电子传递过程的同时形成跨膜的质子动力势，用于____________的合成，同时维持电子传递相对平衡。 ③环式电子传递与线性电子传递相比，能够______(填“提高”或“降低”)ATP/NADPH的值，提高暗反应的效率。 (3)野生型拟南芥能适应一定的强光胁迫，但C37缺失突变体不能。与图1相比，图2表明在强光胁迫下，C37缺失导致________受阻，传递效率显著下降，从而产生大量活性氧(ROS)。ROS积累到一定阶段会促进______________________并引发细胞凋亡，导致萎黄病。 (4)上述研究揭示出植物可以通过________________________________以适应强光胁迫。 解析：(1)真核细胞中，光反应需要的光合色素、酶等分布于叶绿体类囊体膜上，因此光合作用光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上；由图1可知，由相关蛋白质与光合色素结合形成的光系统具有吸收、传递和转化光能的作用。 (2)①由图1可知，光系统Ⅱ在强光下导致部分叶绿素a失去电子后，使水光解产生O2、H＋以及电子，即PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从H2O中夺取电子释放O2。②光系统Ⅰ吸收光能后产生的强还原剂是NADPH，它能使C3还原为(CH2O)和C5，同时也提供能量；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，在电子传递过程的同时形成跨膜的质子动力势，这部分势能为光反应过程中ATP的合成提供能量。③由图1可知，环式电子传递与线性电子传递相比，环式电子传递导致NADPH合成量减少，能够提高ATP/NADPH的值。 (3)由图1和图2可知，C37缺失突变体中电子积累在Cb6/f复合体前后，说明C37缺失导致的电子传递受阻，电子传递效率显著下降，从而产生大量活性氧(ROS)导致活性氧积累，活性氧积累到一定阶段可能会促进叶绿素分解，减少电子传递链中电子的来源，同时引发细胞凋亡，导致叶片枯萎发黄。 (4)上述研究表明，光合电子传递链中电子传递受阻会导致ROS积累引发细胞凋亡，对植物体造成损伤，因此，植物可通过调节光合电子传递链上的电子流动速率以适应强光胁迫。 答案：(1)叶绿体类囊体薄膜　吸收、传递、转化光能　(2)①H2O　②C3　作为还原剂使C3还原为(CH2O)和C5，提供能量　ATP　③提高　(3)电子传递　叶绿素分解　(4)调节光合电子传递链上的电子流动速率 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 (一)光合作用强度 1．概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 2．表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 (二)探究光照强度对光合作用强度的影响 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浮起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。 [思考探究] 1．该实验中叶片上浮的原因是什么？ 提示：光合作用产生O2的量大于有氧呼吸消耗O2的量，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 2．在该实验中，若改用普通灯泡(钨丝)作为光源，应注意什么，怎样改进？ 提示：若改用普通灯泡作为光源应注意灯泡发热造成的温度变化对实验的影响，应在灯泡和光源之间加一玻璃水柱进行隔温处理。 3．该实验中，若NaHCO3溶液浓度过高会导致叶片上浮缓慢，分析可能的原因是什么？ 提示：在高浓度的无机盐溶液中，植物细胞失水，代谢减弱。 1．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．某实验小组利用菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片，在适宜条件下探究NaHCO3溶液浓度对光合作用强度的影响，结果如图。下列说法正确的是(　　) A．叶圆片上浮情况只与光合作用强度有关，与呼吸作用强度无关 B．②～⑤组幼叶叶圆片上浮的速度比成熟叶叶圆片上浮的速度快 C．若适当加大光照强度，⑥⑦组的叶圆片也会上浮 D．取叶圆片时应避开大的叶脉，以减少无关变量对实验的干扰 解析：选D　叶圆片的沉浮取决于气体是否在细胞间隙积累，与净光合速率有关，因此叶圆片上浮情况与光合作用强度和呼吸作用强度都有关，A错误；据题图可知，②～⑤组幼叶叶圆片上浮时间大于成熟叶叶圆片，说明②～⑤组幼叶叶圆片上浮的速度较慢，B错误；⑥⑦组叶圆片不上浮的原因可能是NaHCO3溶液浓度过高，导致细胞渗透失水过多而死亡，因此若适当加大光照强度，⑥⑦组的叶圆片不一定会上浮，C错误；叶脉上没有叶绿体，取叶圆片时应避开大的叶脉，以减少无关变量对实验的干扰，D正确。 主题研习(二)　影响光合作用的因素分析 (一)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) (二)外部因素对光合作用的影响 1．光照强度 2．CO2浓度 3．温度 4．水分和矿质元素 自我诊断 1．概念理解(判断正误) (1)当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应。(√) (2)镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。(√) (3)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用。(√) (4)实验中测得的O2产生量是植物光合作用实际产生的总O2量。(×) 2．事理分析 (1)(苏教版必修1 P108“练习T3”拓展分析)新疆产的哈密瓜特别甜，其原因是新疆地区白天的光照强度大、日照时间长，使其充分进行光合作用合成更多的糖类等有机物；同时新疆地区夜间温度低，能降低呼吸作用消耗糖类等有机物。 (2)农业生产中，玉米和大豆常间作种植(指同一块土地上，分行或分带相间种植两种作物)。请解释间作的意义：充分利用光能，提高光能的利用率；保持良好的通风等(写出两点)。 (3)(人教版必修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： ①7～10时的光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大。 ②10～12时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，进入叶片组织的CO2减少，致使光合作用暗反应受到限制。 ③14～17时的光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。 重难点(一) 多因子对光合速率的影响的曲线分析 [例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]　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。 [答案]　C |认|知|生|成|　　多因子对光合速率的影响 (1)曲线解读 P点：限制光合速率的因素应为横坐标表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高； Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线表示的其他因子。 (2)应用 温室栽培时，当光照强度适宜时，适当提高温度，同时增加CO2浓度或当温度适宜时，适当增加光照强度和CO2浓度都可以提高光合速率。 重难点(二)光(CO2)补偿点、饱和点的移动规律分析 [例2]　(2025·广东六校联考)如图表示植物CO2吸收速率随光照强度变化的曲线，请分析并选出错误的一项(　　) A．若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B应相应地向右移动 B．若增加CO2浓度，B点左移，C点左移，D点向右上方移动 C．D点时，ATP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动 D．若图为阳生植物，则换为阴生植物，B点向左移动，D点向左下方移动 [解析]　B点为光补偿点，此时光合作用与呼吸作用强度相等，若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B应相应地向右移动，A正确；若增加CO2浓度，则光合作用强度增加，B点左移，C点右移，D点向右上方移动，B错误；D点时的光合作用强度最大，其光反应产生的ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质，参与暗反应过程中三碳化合物的还原，C正确；阳生植物换为阴生植物后，光补偿点和光饱和点均降低，即B点、C点左移，D点向左下方移动，D正确。 [答案]　B |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) 适当增大光照强度(或CO2浓度) 左移 右移 适当减小光照强度(或CO2浓度) 右移 左移 土壤缺Mg2＋ 右移 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。 [思维建模]　巧记光合作用关键点的移动规律 口诀一　“条件好，两边跑；条件不好，中间跑” 即环境条件有利于光合作用进行时，B、C两点分别向左、右移动；环境条件不利于光合作用的进行时，B、C两点分别向右、左移动，如下图所示。 口诀二　“利大弊小画三角” “利”和“弊”指对植物的光合作用是有利还是有弊，“利”指使植物的光合作用强度变大，则图中△BCD的面积变大，即B点左移，C点右移，D点右上移。反之，三角形的面积变小，B点右移，C点左移，D点左下移。 注意：口诀法适用于判断同一种植物净光合作用曲线图中补偿点和饱和点的移动。 题点(一)　光合作用的影响因素分析 1．(2025·成都模拟)矿质离子主要由植物根系吸收，对光合作用有一定的影响。在适宜条件下，将黄瓜幼苗培养在完全培养液中，测定其光合速率与光照强度的关系，结果如图。若将黄瓜幼苗培养在缺镁培养液中(缺镁对呼吸速率影响不大)，下列分析错误的是(　　) A．缺镁会影响叶绿素的合成，使光合速率下降，C点向左下方移动 B．缺镁对呼吸速率影响不大，所以A点不会有明显移动 C．图中B点是光补偿点，在缺镁培养液培养后B点左移 D．图中D点是光饱和点，在缺镁培养液培养后D点左移 解析：选C　缺镁会影响叶绿素的合成，植物捕获光能的能力下降，导致光反应速率下降，对呼吸速率影响不大，所以在缺镁培养液中培养后，C点向左下方移动，A点不会有明显移动，A、B正确；B点为光补偿点，该点的呼吸作用强度与光合作用强度相等，植物体缺镁时，呼吸速率影响不大，而体内叶绿素合成减少，光合速率下降，植物在较强光照下光合速率才能与呼吸速率相同，故B点会右移，C错误；D点为正常植物的光饱和点，缺镁植物的光合速率下降，D点会向左移动，D正确。 2．光合作用是自然界最重要的化学反应之一，影响光合作用的外因主要包括温度、CO2浓度和光照强度，如图是实验人员测得的光吸收对单个叶片的光合速率的影响。下列相关叙述错误的是(　　) A．大田作物群体对光能的利用与单个叶片不同，对应的光极限范围应该更大 B．CO2极限时，限制光合作用增加的因素可能是CO2浓度或温度 C．在光合作用最适温度条件下适当升温，呼吸速率可能增大，光补偿点可能左移 D．实际生产中施肥过多或过少都可能影响到光合速率 解析：选C　大田作物群体对光能的利用更充分，光饱和点较单个叶片更大，所以光极限范围会更大，A正确；CO2极限时，曲线趋于水平，此时光照强度不再是限制因素，可能是其他外界因素，如温度和CO2浓度等，B正确；在光合作用最适温度条件下适当升温，光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致光补偿点右移，C错误；实际生产中，施肥过多会影响细胞吸水，施肥不足可能影响叶绿素和相关酶的合成，故施肥过多或过少都可能影响到光合速率，D正确。 题点(二)　光合作用在农业生产中的应用 3．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　措施②春化处理是为了促进花芽形成，反映了低温与作物开花的关系；措施④光周期处理，反映了昼夜长短与作物开花的关系，A正确。措施③风干储藏可以减少自由水，从而减弱细胞呼吸，降低有机物的消耗；措施⑤⑥合理密植的主要目的是提高能量利用率，B、C错误。措施①③的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度；措施④光周期处理，目的是促进或抑制植物开花，D错误。 4．(2025·安阳模拟)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作)，测得两种植物的光合速率如图所示(注：光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。据图分析，下列叙述正确的是(　　) A．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作 B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大 C．间作虽然提高了桑树的光合速率，但降低了大豆的光合速率 D．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响 解析：选A　据题图分析可知，曲线与横坐标的交点(即光补偿点)代表光合速率与呼吸速率相等，此点之后植物开始积累有机物，因此大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作，A正确；与单作相比，间作时桑树光合作用的光饱和点较大，而大豆的光饱和点小，B错误；由题图可知，大豆在弱光时，间作的光合速率比单作高，C错误；曲线显示大豆间作时呼吸强度比单作时小，D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．为提高甜椒产量，科研人员对温室栽培甜椒的光合作用特性进行了研究。下列叙述错误的是(　　) A．室内易形成弱光环境，弱光下，暗反应中C3还原不受影响 B．不同部位叶片光合速率存在差异，可能与叶片光合色素含量不同有关 C．晚上降低温室温度，可以抑制呼吸作用 D．可以通过人工调节温室内的温度、光照使甜椒避免出现“光合午休”现象，从而达到增产的目的 解析：选A　室内易形成弱光环境，弱光下，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，故暗反应中C3还原会受影响，A错误；叶绿素能够吸收、传递并转化光能，不同部位叶片光合速率存在差异，可能与叶片光合色素含量不同有关，B正确；晚上降低温室温度，可以抑制呼吸作用，有利于有机物的积累，C正确；由于中午温度高，蒸腾作用强，气孔部分关闭，进入叶片内的CO2量减少，光合速率下降，而出现“光合午休”现象，通过人工调节温室内的温度、光照等条件，抑制温室种植的甜椒出现“光合午休”现象，从而实现增产效果，D正确。 2．(2025·佛山调研)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。下列操作正确的是(　　) A．矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，体现了水的流动性 B．给农田施加尿素的主要目的是利于植物合成糖类、脂肪等化合物 C．向农田中施加农家肥，不仅可为植物的光合作用提供CO2，还可为植物的生长提供一定的无机盐 D．在酸化土壤中，无机盐多以离子形式存在，有利于农作物的生长和发育 解析：选C　农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的主要原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，体现了水是良好的溶剂，A错误；给农田施加尿素的主要目的是利于植物合成蛋白质、核酸、ATP等含氮化合物，糖类的元素组成一般是C、H、O，脂肪的元素组成是C、H、O，不含N，B错误；向农田中施加农家肥，农家肥中的有机物可被土壤微生物分解成CO2和无机盐，故其不仅可以为植物的光合作用提供CO2，还可以为植物的生长提供一定的无机盐，C正确；酸化土壤会影响植物根细胞的代谢活动，不利于农作物的生长和发育，D错误。 3．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形小叶片，再用气泵抽出气体直至圆形小叶片沉底，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，测量每个培养皿圆形小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释放O2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，所以净光合速率对应的最适温度在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速率的最适温度是否在bc之间，D错误。 4．(2024·西安期末)如图为植物吸收或释放O2随光照强度变化的坐标图。下列叙述错误的是(　　) A．A点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体 B．B点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等 C．已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示该植物处于25 ℃环境中，则将温度提高到30 ℃时，A点上移，B点左移，D点上移 D．当植物缺Mg时，B点将向右移 解析：选C　A点时叶肉细胞只进行呼吸作用，因此叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体，A正确。B点时O2的吸收量和释放量为0，表明叶绿体产生的O2刚好利用于呼吸作用，因此光合作用强度等于呼吸作用强度，B正确。根据题意可知，温度从25 ℃提高到30 ℃后，光合速率减慢，呼吸速率加快，图中A点代表呼吸速率，则A点上移；由于光合速率减慢，呼吸速率加快，因此B点右移；D点表示最大光合速率，现光合速率减慢，故D点上移，C错误。B点表示光合速率等于呼吸速率，当植物缺Mg时，光合速率降低，要想使光合速率与呼吸速率相等，需增大光照强度，即植物缺Mg时，B点将向右移动，D正确。 5．(2024·成都期末)研究发现，正在进行光合作用的叶片突然停止光照后，短时间内会释放出大量的 CO2(这一现象被称为 “CO2的猝发”)。下图为适宜条件下某植物叶片遮光前CO2吸收速率和遮光后 CO2释放速率随时间变化的曲线(单位：μmol·m－2·s－1) 。下列叙述正确的是(　　) A．突然遮光以后，短时间内叶绿体中 C5的含量会上升 B．除细胞呼吸外，叶肉细胞可能还有其他途径产生 CO2 C．遮光之前，该植物固定 CO2的速率为 7 μmol·m－2·s－1 D．若降低光照强度，则图中A、B区域的面积均会变小 解析：选B　当突然遮光，光照强度降低，光反应减弱，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原减弱，C5的生成减少，而CO2的固定依旧在进行，C5的消耗暂时不变，故C5减少，A错误；停止光照后，光反应立即停止，短时间内会释放出大量的CO2，并且超过了黑暗条件下的呼吸作用，说明除细胞呼吸外，该植物还存在其他途径产生CO2，B正确；据题图可知，该植物呼吸速率为3 μmol·m－2·s－1，光下CO2吸收速率为7 μmol·m－2·s－1，遮光前该植物在光照下固定CO2的速率为7＋3＝10 μmol·m－2·s－1，C错误；由于遮光后植物没有光合作用只有呼吸作用，所以B区域代表该植物呼吸作用释放CO2的量，降低光照强度，光合作用降低，A区域面积变小，B区域代表的是呼吸作用，其面积不会变小，D错误。 6．(2025·襄阳模拟)实验小组将某绿色植物置于密闭、透明的容器中，在T1时刻前后，分别给予X1、X2不同光照强度，容器内CO2浓度的变化情况如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．D点相对于A点，植物体中有机物减少 B．光照强度由X1到X2，短时间内叶绿体中C3减少 C．C～D段不再下降只受光照强度的限制 D．B～D段叶肉细胞产生NADH的场所有叶绿体、线粒体、细胞质基质 解析：选B　据题图可知，D点相对于A点，容器内CO2的浓度降低，说明植物体中有机物增加，A错误；X1、X2为不同光照强度处理，X2的光合速率高，说明光照强度较大，短时间内，光反应产生的NADPH和ATP较多，C3还原快，而生成速率暂时不变，则C3减少，B正确；C～D段不再下降是受到除光照强度之外的其他因素的限制，主要是CO2浓度，C错误；NADH是呼吸作用的产物，B～D段叶肉细胞产生NADH的场所有线粒体和细胞质基质，叶绿体产生的是NADPH，D错误。 7．(2025·武汉模拟)与水稻轮作的油菜常常会由于积水导致根系缺氧、光合速率下降，造成减产。对油菜进行淹水处理，测定有关指标并进行相关性分析，结果见下表。下列叙述错误的是(　　) 光合速率 叶绿素含量 气孔导度 胞间CO2浓度 光合速率 1.00 叶绿素含量 0.86 1.00 气孔导度 0.99 0.90 1.00 胞间CO2浓度 －0.99 －0.93 －0.99 1.00 注：气孔导度表示气孔张开程度。表中数值为相关系数(r)，当|r|越接近1，相关越密切。r>0时，两者呈正相关；r<0时，两者呈负相关。 A．淹水时，油菜根部细胞利用丙酮酸产酒精，酒精积累会对植株产生毒害 B．水稻根部部分细胞程序性死亡形成通气腔隙，利于植株进行有氧呼吸 C．气孔导度与光合速率呈正相关，气孔导度的增大是由于光合速率上升 D．综合分析表中数据，推测除CO2外还存在其他因素影响油菜光合速率 解析：选C　淹水时，油菜根部细胞由于缺乏氧气进行无氧呼吸，利用丙酮酸产酒精，酒精积累会对植株产生毒害，A正确；水稻根部部分细胞程序性死亡形成通气腔隙，增加了氧气含量，利于植株进行有氧呼吸，B正确；气孔导度直接影响CO2的吸收，气孔导度大，进入细胞间隙的CO2就更多，导致光合速率上升，故光合速率上升是由于气孔导度的增大，C错误；气孔导度与胞间CO2浓度的相关系数为负值，说明二者呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2上升，说明光合速率下降主要由非气孔限制因素导致的，D正确。 8．(2025·鞍山模拟)某科研所为提高蔬菜产量进行了相关生理活动的研究，在最适温度下进行相关实验(图1实验是在黑暗中进行的)，结果如下图。下列相关分析错误的是(　　) A．图1中呼吸底物为葡萄糖，且O2浓度为a时，O2的吸收量小于CO2的释放量 B．植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部分以热能的形式散失 C．在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，光补偿点可能右移 D．图2中g点时甲的叶肉细胞叶绿体产生的葡萄糖进入线粒体进行呼吸作用 解析：选D　无氧呼吸不吸收O2，只释放CO2；有氧呼吸吸收的O2和释放的CO2量相等，图1中呼吸底物为葡萄糖，且O2浓度为a时，O2的吸收量等于CO2的释放量的一半，A正确。植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部分以热能的形式散失，小部分形成ATP，B正确。在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，但是光合速率降低，需要更强的光照才能达到光补偿点，所以光补偿点可能右移，C正确。葡萄糖不能进入线粒体，D错误。 二、非选择题(除特别注明外，每空1分) 9．(2025·长春模拟)盐渍化是影响吉林省生态环境的主要因素之一。甜菜是吉林省主要糖料作物之一，具有良好的耐盐性。某研究组利用一定浓度NaCl溶液和Na2SO4溶液探究盐胁迫对甜菜幼苗光合作用的影响，部分实验结果如柱形图所示。低温弱光是影响甜菜幼苗正常生长发育、限制稳产与高产的主要障碍因子。下表为该研究组对不同品种甜菜的光合速率和叶绿素含量的测量结果(实验组温度为10 ℃、光照强度为4 klx，对照组温度为25 ℃、光照强度为20 klx)。回答下列问题： 品种 光合速率 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素a＋b 品种1 －13.79 －23.94 －28.76 －25.34 品种2 －40.55 ＋24.77 ＋12.37 ＋21.28 品种3 －48.50 －61.20 －80.27 －69.09 品种4 －63.89 －24.73 ＋7.10 －16.79 品种5 －54.37 －62.42 －64.64 －63.08 注：表中数据为实验进行到第7天时的测量结果与对照组的差值的百分比。 (1)在实验期间，不管哪种盐胁迫，甜菜的光合作用强度均______(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用强度。 (2)据柱形图分析，当Na＋浓度为140 mmol·L－1时，________(填“NaCl”“Na2SO4”或“混合盐”)胁迫对甜菜净光合速率影响最小。有同学据图得出结论，“用NaCl和Na2SO4溶液对甜菜幼苗进行处理一定会减弱光合速率”，这种说法________(填“正确”或“不正确”)。 (3)据表分析，与常温相比，低温条件下甜菜的光饱和点______(填“增大”“不变”或“减小”)。根据5个甜菜品种的光合速率大小______(填“能”或“不能”)判断它们的产量高低，原因是________________________________________________。 (4)据表推测，对低温弱光适应性较好的是品种1和品种2，判断依据是________________ ____________________________________________。 解析：(1)植物的净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，据柱形图可知，在实验期间，不管哪种盐胁迫，甜菜的净光合速率均＞0，说明光合作用强度均大于呼吸作用强度。 (2)据柱形图分析，与对照组相比，当Na＋浓度为140 mmol·L－1时，NaCl胁迫净光合速率下降最少，说明其对甜菜净光合速率影响最小；图中只有两种Na＋浓度处理的实验，没有其他浓度的实验，故不能得出用NaCl和Na2SO4溶液对甜菜幼苗进行处理一定会减弱光合速率的结论。 (3)不同品种甜菜的光合速率均降低，说明低温条件下甜菜的光饱和点减小；由于甜菜产量取决于光合速率、呼吸速率、有机物在不同器官中的分配等因素，故根据5个甜菜品种的光合速率大小不能判断它们的产量高低。 (4)光合速率能反映植物的适应能力，据表可知，与对照组相比，品种1和品种2光合速率下降最少，故对低温弱光适应性较好的是品种1和品种2。 答案：(1)大于　(2)NaCl　不正确　(3)减小 不能　甜菜产量取决于光合速率、呼吸速率、有机物在不同器官中的分配等因素 (4)与对照组相比，品种1和品种2光合速率下降最少 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，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的综合分析能力。 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物质、能量转化关系 (1)物质转化 C CO2(CH2O)丙酮酸 CO2 H H2ONADPH(CH2O)[H]H2O O H2OO2H2OCO2(CH2O) (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．(2025·太原模拟)下图表示植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的相关过程，其中①～⑤表示代谢过程，A～F表示代谢过程中产生的物质。下列相关叙述错误的是(　　) A．过程①③④⑤都可以产生ATP B．过程①和过程③在生物膜上进行 C．物质C的元素只来自H2O D．物质A、B、D、E、F中都含H 解析：选D　分析题图可知，E可以与C结合生成H2O，故③为有氧呼吸第三阶段，E为NADH，C为O2；则⑤应为呼吸作用的第一阶段，F为丙酮酸；④为有氧呼吸第二阶段，D为CO2；①为光反应过程，A为NADPH和ATP；过程②生成C6H12O6，为暗反应过程，B为ADP和Pi等，故①③④⑤都可以产生ATP，A正确，D错误。①为光反应过程，场所是类囊体薄膜；③为有氧呼吸第三阶段，场所为线粒体内膜，两者均在生物膜上进行，B正确。C为O2，在光反应过程中氧元素只来自H2O，C正确。 2．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H218O，一段时间后，能在CO2中检测到18O B．提供H218O，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H218O，H218O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CO2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。 3．研究表明，相对于动物，植物的细胞呼吸还包括另一条由交替氧化酶(AOX)主导的途径，该呼吸途径可帮助其抵抗强光等逆境，具体过程如图所示，其中iATP为细胞内ATP，eATP为细胞外ATP。 (1)若要将叶肉细胞中叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，常采用的方法是__________(答1种即可)。从结构上来看，二者都具有______层膜。 (2)据图推测，图中的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于________膜上。在暗反应阶段，NADPH参与卡尔文循环时的具体作用是__________________。 (3)强光下，光反应产生的NADPH量大于暗反应的消耗量，使叶绿体内NADP＋含量________。植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以______的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。同时，eATP通过DORN1(受体)可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为________(填“正反馈”或“负反馈”)。 (4)目前尚未发现在植物细胞的表面或细胞膜上存在ATP合酶，eATP可来源于______________(填场所)产生的iATP，据图判断，eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用，理由是__________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)分离细胞器常采用的方法是差速离心法。叶绿体与线粒体都具有双层膜。 (2)分析题图可知，光系统Ⅰ和光系统Ⅱ参与光反应，故光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于类囊体薄膜上；在暗反应阶段，NADPH作为还原剂促进C3的还原并提供能量。 (3)NADP＋是暗反应NADPH供氢和供能后的产物，且在光反应中参与NADPH的生成，因此强光下，光反应产生的NADPH量大于暗反应的消耗量，使叶绿体内NADP＋含量减少。由图中可知，强光环境下，植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以热能的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。eATP通过DORN1(受体)可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为负反馈。 (4)据题图可知，eATP来源于iATP，而细胞内的ATP可由细胞呼吸产生，细胞呼吸发生的场所是细胞质基质、线粒体。据图判断，eATP与细胞膜上的DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号转导，故eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用。 答案：(1)差速离心法　双　(2)类囊体(薄)　作为还原剂、提供能量　(3)减少　热能　负反馈　(4)细胞质基质、线粒体(或细胞质基质、线粒体内膜、线粒体基质)　eATP与细胞膜上的DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号转导，从而调节植物的光合作用 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] (2024·全国甲卷，改编)在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________(填“相等”或“不相等”)，原因是______________________________________________________。 (2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是_______________________________ _____________________________________________________________________________。 (3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是__________________________(答出一点即可)。 (4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在______________最大时的温度。 [解析]　(1)植物叶片有机物积累速率即为净光合速率，净光合速率＝光合速率－呼吸速率，温度a和c时植物叶片光合速率相等，但温度a时植物叶片呼吸速率小于温度c时，有机物消耗速率不相等，所以在温度a和c时叶片有机物积累速率不相等。 (2)在温度d时，叶片呼吸速率等于光合速率，但植物体其他不进行光合作用的细胞还会进行呼吸作用，即植物整体的呼吸速率大于光合速率，有机物被消耗，植物体的干重下降。 (3)温度超过b时，暗反应速率降低，原因可能是高温使参与暗反应的相关酶活性降低，也可能是温度过高，气孔部分关闭，导致CO2吸收量下降等。 (4)温室栽培过程中，白天植物会同时进行光合作用和细胞呼吸，为了最大程度地获得光合产物,应该让有机物积累量达到最大,即白天温室的温度应控制在净光合速率最大时的温度。 [答案]　(1)不相等　温度a时植物叶片呼吸速率小于温度c时，即有机物消耗速率不相等　(2)温度d时，叶片呼吸速率等于光合速率，但植物整体的呼吸速率大于光合速率，有机物被消耗　(3)温度过高，参与暗反应的相关酶活性降低；温度过高，导致气孔部分关闭，CO2供应不足(答出一点即可)　(4)净光合速率 [思维建模] 1．构建光合作用与细胞呼吸关系的模型 2．真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 (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] 1．(2025·鞍山模拟)如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体代谢简图。以下相关叙述错误的是(　　) A．若细胞①处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间内放出的CO2量即为呼吸速率 B．细胞②没有与外界发生O2和CO2交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率 C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为n1与n2的和 D．对细胞④分析可得出，此时的光照强度较弱且物质的量n1小于m2 解析：选D　细胞①处于黑暗环境中，细胞只进行呼吸作用，因此该细胞单位时间内放出的CO2量即为呼吸速率，A正确；细胞②中叶绿体产生的O2全部被线粒体所利用，此时叶肉细胞中光合速率等于呼吸速率，B正确；细胞③光合作用强度大于呼吸作用，光合作用所需的CO2来源于外来的CO2和呼吸作用产生的CO2，故细胞光合作用所利用的CO2量为n1与n2的和，C正确；细胞④的呼吸作用强度大于光合作用强度，可能原因是此时光照强度较弱，细胞有氧呼吸和光合作用过程中，O2的净消耗量(吸收量)m2与CO2的净生成量n1相等，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；植物积累的有机物的量等于净光合积累量，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开始减少，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。 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] (2024·新课标卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度，结果如图所示，其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题。 (1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是________________，原因是___________________________________________________。 (2)光照t时间时，a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。 (3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是________组，判断依据是____________________________________________________。 (4)光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会________ (填“升高”“降低”或“不变”)。 [解析]　(1)高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光，这是因为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)a组光照一段时间后，装置内O2浓度仍为M，说明a组的光照强度是光补偿点，装置内CO2浓度与初始保持相同；而b组光照强度大于a组，光合速率大于呼吸速率，装置内CO2浓度会降低，所以光照t时间时，a组CO2浓度大于b组。 (3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，说明光照t时间后c、d组由于CO2浓度下降导致光合速率下降到与呼吸速率相等；光照t时间后a组O2浓度与初始O2浓度相同，说明其光合速率始终等于呼吸速率；而此时b组O2浓度大于初始O2浓度，说明其光合速率大于呼吸速率，装置内O2浓度小于c组，可说明装置内CO2浓度大于c组，即光照t时间后b组光合速率并没有下降到与呼吸速率相等，b组植物幼苗仍在消耗CO2，产生O2。同时每组温度保持恒定，呼吸速率不变，所以b组光合速率最大。 (4)由上述分析可知，光照t时间后，限制d组光合速率的因素为CO2浓度，将d组密闭装置打开(CO2浓度上升)，并以c组光照强度继续照光，则其幼苗光合速率会升高。 [答案]　(1)红光和蓝紫光　光合色素中的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)大于　(3)b　密闭装置中O2浓度不再增加时，光合速率等于呼吸速率，仅b组光合速率大于呼吸速率　(4)升高 [思维建模] 1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析 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 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) 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 2.密闭小室内O2浓度、CO2浓度与时间的关系分析 模型图 图示分析 一昼夜 CO2浓 度变化 ①MA′(OA)段，小室内O2减少，CO2增加，表明光合速率＜呼吸速率，净光合速率＜0，植物不生长，空气变得“浑浊”。 ②A′B′(AB)段，小室内O2增加，CO2减少，光合速率＞呼吸速率，净光合速率＞0，植物生长，空气得以更新。 ③“终点N”与“始点M”比较：若曲线表示CO2含量变化，N＞M时有机物总量减少，N＜M时有机物总量增加，N＝M时有机物总量不变；当曲线表示O2含量变化时则相反 一昼夜 O2浓 度变化 [应用体验] 1．(2025·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段下降的原因是气孔部分关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱 解析：选C　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，致使气孔部分关闭，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。 2．(2025·滕州质检)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，测得的密闭环境中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和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，所以其氧气产生速率相对值为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再提高，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和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CO2浓度比起始时的浓度低，所以经过12 h后有机物含量上升，D正确。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．(2025·大理模拟)真核细胞中有复杂的生物膜系统，其上可以发生多种生理过程。在叶肉细胞中，下列过程只发生在生物膜上的是(　　) A．ATP的合成 B．ATP水解释放能量 C．H2O的产生 D．H2O在光下分解 解析：选D　叶肉细胞中，ATP的合成可发生在细胞质基质和线粒体基质中，A错误；ATP水解释放能量可发生在叶绿体基质中，B错误；生物大分子的单体形成多聚体时可产生H2O，因此H2O的产生不一定在膜上，C错误；叶肉细胞中，H2O在光下分解只能发生在叶绿体的类囊体薄膜上，D正确。 2．当植物的光合速率大于呼吸速率时，植物积累有机物，从而能正常生长。下列有关植物光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是(　　) A．某植物叶片的净光合速率>0时，该植株的有机物可能会减少 B．光合作用光反应阶段产生的ATP可为植物吸收矿质元素提供能量 C．玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量的能量 D．呼吸作用和光合作用产生的气体中的氧元素都可能来自反应物水中的氧 解析：选B　某植物叶片的净光合速率>0时，整个植株的呼吸速率可能大于光合速率，有机物消耗大于有机物合成，故会出现有机物减少的情况，A正确；光合作用光反应阶段产生的ATP不用于植物吸收矿质元素，B错误；玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量能量，C正确；呼吸作用产生的气体为二氧化碳，二氧化碳中的氧元素来自反应物水和丙酮酸中的氧(有氧呼吸第二阶段)，光合作用产生的气体为氧气，氧气中的氧元素来自反应物水中的氧(光合作用的光反应阶段)，D正确。 3．(2025·长春模拟)源远流长的农耕文明是孕育中华文明的母体和基础。农业谚语是我国劳动人民在农业生产实践中总结出来的农事经验。下列叙述正确的是(　　) A．“一挑粪进，一挑谷出”，施加农家肥只能为植物补充无机盐，实现增产 B．“处暑里的雨，谷仓里的米”，补充水分可减弱植物光合午休，实现增产 C．“霜前霜米如糠，霜后霜谷满仓”，霜降前降温可减弱种子呼吸，实现增产 D．“春雨漫垄，麦子豌豆丢种”，雨水过多会增强种子无氧呼吸，实现增产 解析：选B　施加农家肥被土壤微生物分解，释放CO2，间接为植物补充CO2和无机盐，进而增加有机物积累，A错误；植物的光合午休是因为气温过高，蒸腾作用过强，导致气孔部分关闭，CO2吸收量减少引起的，补充水分可减弱植物的光合午休进而增加有机物积累，B正确；霜降前的降温如果过早，会导致稻谷等农作物收成不好，而霜降后的降温则对农作物有利，C错误；如果土壤中的水分过多，会减少土壤中的氧气含量，从而限制了有氧呼吸的进行，导致植物缺氧，最终可能降低种子的萌发率和幼苗的生长速度，D错误。 4．如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程。下列有关说法不正确的是(　　) A．过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光 B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程②释放的能量用于C3的还原 C．过程③既产生[H]也消耗[H] D．若过程①②的速率大于过程③的速率，甘蔗植株的干重不一定增加 解析：选A　过程①表示光反应，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，而胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A错误；过程②表示暗反应，在甘蔗叶肉细胞中，只发生在叶绿体基质中，暗反应中释放的能量用于C3的还原，B正确；过程③表示细胞呼吸，有氧呼吸的第一、二阶段产生[H]，用于第三阶段与氧气发生反应，因此过程③既产生[H]也消耗[H]，C正确；如题图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，由于甘蔗植株部分细胞只进行细胞呼吸，过程①②的速率大于过程③的速率时，甘蔗植株的干重不一定增加，D正确。 5．(2025·太原模拟)西红柿叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用的过程如图1所示(①～④表示过程)。某实验室用水培法栽培西红柿进行相关实验的研究，在CO2充足的条件下西红柿植株的呼吸速率和光合速率变化曲线如图2所示。下列说法正确的是(　　) A．图1中，晴朗的白天西红柿叶肉细胞中产生ATP的过程是①③④ B．图2中，9～10 h，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是温度 C．培养时若水循环不充分会导致植物叶片萎蔫，原因是植物排出无机盐导致培养液渗透压升高 D．图2中两曲线的交点时，叶肉细胞不吸收外界的CO2 解析：选A　图1中，①过程中H2O分解产生O2和H＋，是光合作用的光反应阶段，能产生ATP；②过程中H＋与CO2最终生成C6H12O6的过程是光合作用暗反应阶段，消耗光反应产生的ATP；④过程中C6H12O6分解成CO2和H＋是有氧呼吸的第一和第二阶段，可产生少量的ATP；③过程中H＋与O2结合生成H2O，是有氧呼吸第三阶段，可产生大量ATP，A正确。图2中，9～10 h，光合速率迅速下降的原因可能是突然停止光照，因该时段呼吸速率并没有明显下降，故不是温度变化所引起的，B错误。培养时若水循环不充分会导致植物叶片萎蔫，原因可能是缺少营养物质影响叶片正常生理活动，C错误。图2两曲线的交点表示的是植株的光合速率与呼吸速率相等，因植物只有叶肉细胞能进行光合作用，因此也就是叶肉细胞的光合速率与全株细胞的呼吸速率相等，即叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，则此时叶肉细胞会吸收外界的CO2，D错误。 6．(2025·武汉一模)研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查，结果如下图所示，SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是(　　) A．E点时密闭大棚中CO2浓度最大，O2浓度最小 B．若C点时光照突然降低，短时间内叶绿体中C3含量升高 C．B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率 D．一昼夜后，黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm－SM－SN 解析：选A　B点之前经过一晚上的细胞呼吸，吸收O2释放CO2，且6点前光合作用强度小于呼吸作用强度，因此大棚中的CO2浓度在B点达到最大，O2浓度在B点最小，A错误；若C点时光照突然降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，那么C3还原速率减慢，C3消耗减少，而短时间内C3合成速率不变，因此短时间内叶绿体中C3含量升高，B正确；图中B点和D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量，即黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率，C正确；图中SM、SN表示0～6点、18～24点黄瓜植株减少的有机物量，Sm表示6～18点净光合作用积累的有机物量，因此，经过一昼夜后，黄瓜植株有机物的净增加量应为Sm－SM－SN，D正确。 7．(2025·福州一中质检)将不同种类的种子分别置于条件适宜的密闭玻璃容器中，并检测其在萌发过程中的相关物质的变化量。下列叙述正确的是(　　) A．若某一种子发芽前O2吸收量大于CO2释放量，则呼吸作用的底物只有糖类 B．若在密闭容器中充入18O标记的O2，一段时间后能检测到放射性的CO2 C．若经过一昼夜，密闭容器中CO2的浓度降低，则萌发的种子已进行光合作用 D．种子发芽长出绿叶后，若光照条件突然变弱，短时间内叶肉细胞中C5的含量会升高 解析：选C　只以糖类为呼吸底物时，O2的吸收量小于或等于CO2的释放量；若呼吸底物为脂肪，与糖类相比，等量脂肪中氢含量高、氧含量低，故氧化分解时O2的消耗量增多，而使O2吸收量大于CO2释放量，A错误。18O是稳定同位素，不具有放射性，B错误。若经过一昼夜，密闭容器中CO2浓度降低，说明CO2转化为糖类储存在植物体中，该萌发的种子已进行光合作用，C正确。光照突然减弱，短时间内光反应生成的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，生成的C5减少，而CO2固定中C5的消耗暂时不变，故C5含量降低，D错误。 8．下列有关光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是(　　) A．光合作用产生的NADPH和细胞呼吸产生的NADH都能与氧气结合生成水 B．适宜的光照条件下叶绿体和线粒体合成ATP都需要氧气 C．CO2的固定发生在叶绿体中，葡萄糖分解成CO2的过程发生在线粒体中 D．若动物细胞只进行无氧呼吸时产生的是乳酸，则没有产生CO2 解析：选D　光合作用过程中产生的NADPH参与暗反应中的C3还原，不与氧气结合；无氧呼吸产生的NADH不与氧气结合生成水，A错误。有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行并合成ATP，不需要氧气；叶绿体内进行的光反应阶段可产生ATP，不需要氧气，B错误。葡萄糖先在细胞质基质中分解为丙酮酸，才能进入线粒体，C错误。动物无氧呼吸的产物为乳酸时，不产生CO2，D正确。 9.(2025·郸城一高模拟)如图表示温度对野生型小麦光合作用与细胞呼吸的影响,已知其他条件相同且适宜,下列叙述错误的是 (　　) A.P点时表示植物净光合速率等于呼吸速率 B.P点对应的温度为该野生型小麦生长的最适温度 C.P点时若突然降低光照,短时间内C3的消耗速率降低 D.在温度5~25 ℃的区间,温度是限制光合作用的主要因素 解析:选B　图中虚线表示呼吸速率,实线表示净光合速率,P点时表示植物的净光合速率等于呼吸速率,A正确；野生型小麦生长在最适温度条件下,净光合作用最大,由此可知该野生型小麦生长的最适温度约为25 ℃,B错误；若突然降低光照,则光反应产生的NADPH和ATP减少,降低暗反应中C3的还原,故P点时若突然降低光照,短时间内C3的消耗速率降低,C正确；总光合速率=净光合速率+呼吸速率,由图中数据可知,在温度5~25 ℃的区间,总光合速率分别可表示为1.5(0.5+1)、2.5(0.75+1.75)、3.5(2.5+1)、4.75(1.5+3.25)、6(2.25+3.75),随温度升高,总光合速率增大,说明温度是限制光合作用的主要因素,D正确。 10．(2025·重庆模拟)芜菁花叶病毒(TuMV)严重影响作物的产量和品质。某研究团队以青菜的健康株及接种芜菁花叶病毒(TuMV)的染病株为材料，比较测定了两者的光合作用和呼吸作用相关参数，结果如表所示。下列分析错误的是(　　) 组别 光合速率/ (μmolCO2· m－2·s－1) 呼吸速率/ (μmolCO2· m－2·s－1) 气孔导度/ (μmolH2O· m－2·s－1) 胞间CO2 浓度/(μmol·L－1) 叶绿素总量/ (mg·dm－2) 青菜 对照叶 9.79 2.40 0.26 305.93 6.09 青菜 病叶 6.81 2.30 0.16 293.62 4.16 A．青菜病叶叶绿素含量下降会影响光反应，使暗反应产物积累 B．镜检青菜病叶叶肉细胞，可发现叶绿体变少或叶绿体被破坏等现象 C．青菜对照叶和青菜病叶呼吸速率差异不大，说明病毒对细胞线粒体破坏不明显 D．气孔导度大有利于外界CO2进入叶肉组织以增加胞间CO2浓度 解析：选A　青菜病叶叶绿素含量下降会影响光能的吸收、传递，导致NADPH和ATP产生量下降，暗反应速率下降，进而导致光合速率下降，并不会导致暗反应产物积累，A错误；由于青菜病叶叶绿素总量下降，叶绿素分布于叶绿体的类囊体薄膜，故可推测镜检时能看到叶绿体数量减少或叶绿体被破坏等现象，B正确；呼吸作用在细胞质基质和线粒体中进行，由于青菜病叶和青菜对照叶呼吸速率差异不大，可以推测病毒对叶肉细胞线粒体破坏不明显，C正确；气孔是植物与外界进行气体交换的门户，也是气体进出植物体的门户，所以气孔导度大有利于CO2进入植物体，增加胞间CO2浓度，D正确。 11.(2025·南昌检测)光是绿色植物进行光合作用的条件。某兴趣小组为探究光对植物光合作用的影响,设计了以下实验。将密闭玻璃罩内的某植物置于适宜光照下一定时间,迅速进行遮光处理,一段时间后给予适宜光照,检测到玻璃罩内CO2含量的变化如图。下列选项叙述不正确的是 (　　) A.ab段含量减少是因为植物的光合作用强度大于呼吸作用强度 B.bc段含量上升是因为遮光处理后植物只进行呼吸作用 C.ab段和cd段植物都有有机物积累,有机物含量最多的是c点 D.de段CO2含量不变是因为该植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等 解析:选C　玻璃罩内CO2含量的变化取决于光合作用和呼吸作用的大小,ab段CO2含量的减少说明植物的光合作用吸收的CO2多于呼吸作用释放的CO2,即植物的光合作用强度大于呼吸作用强度,A正确；bc段CO2含量上升,根据题意可知,光照一段时间后迅速进行遮光处理,所以bc段含量上升是因为遮光处理后植物只进行呼吸作用,B正确；ab段和cd段CO2含量都减少,说明光合作用强度大于呼吸作用强度,都有有机物积累,但有机物含量最多的是b点,因为b点是密闭容器内CO2含量的最低点,有机物积累最多,C错误；de段玻璃罩内CO2含量不变,说明该植物光合作用强度与细胞呼吸作用强度相等,D正确。 12．(2025·重庆九龙坡模拟)研究人员设计实验探究了CO2浓度对草莓幼苗生理指标的影响，结果如图1所示，其中Rubisco酶催化CO2的固定。气孔开度反映了气孔开启或关闭的程度。图2表示温度对草莓光合作用的影响。下列相关叙述正确的是(　　) A．适当增大环境CO2浓度有利于草莓在干旱环境中生存 B．当草莓所处环境CO2浓度突然升高时，短时间内C5增多，ATP和NADPH增多 C．35 ℃是草莓生长的最适温度，5 ℃时草莓光合作用速率为0 D．35 ℃时草莓叶肉细胞间隙CO2浓度高于40 ℃时 解析：选A　增大环境CO2浓度时，气孔开度降低，减少水分散失，有助于植物在干旱环境中生存，同时Rubisco酶活性上升，有利于植物进行光合作用，A正确。当草莓所处环境CO2浓度突然升高时，短时间内CO2固定增强，对C5的消耗增多，而生成暂时不变，C5减少，C3生成增多，C3的还原增强，故ATP和NADPH的消耗将增多，其含量不会增多，B错误。35 ℃时净光合速率最大，最适宜草莓生长，5 ℃时净光合速率为0，光合速率等于呼吸速率，C错误。40 ℃时，气孔开放程度较低，进入胞间的CO2较少，但由于净光合速率也较低，被吸收进细胞的CO2也较少；35 ℃时，气孔开放程度较高，进入胞间的CO2较多，但此时净光合速率最大，被吸收进细胞的也更多。所以两种温度下的胞间CO2浓度无法比较，D错误。 二、非选择题(除特别注明外，每空1分) 13．(2025·天津河西区一模)如图1表示银杏叶肉细胞内部分代谢过程，甲～丁表示物质，①～⑤表示过程。某科研小组研究了不同温度条件下CO2浓度对银杏净光合速率的影响，得到如图2所示曲线，已知除自变量外，其他条件相同且适宜。请回答下列问题： (1)图1中的乙是________。①～⑤过程中，发生在生物膜上的有______。 (2)据图2可知，当CO2浓度低于400 μmol·mol－1时，15 ℃条件下的银杏净光合速率高于28 ℃下的，其原因可能是______________________________________________________ ________________________________________________________________________（3分）。 (3)科研小组测定了银杏叶片在28 ℃时，不同氧气浓度下的净光合速率(以CO2的吸收速率为指标)，部分数据如表所示。 氧气浓度 2% 20% CO2的吸收速率/(mg·cm－2·h－1) 23 9 探究氧气浓度对光合作用是否产生影响，在表中数据的基础上，可在________条件下测定相应氧气浓度下银杏叶片的呼吸速率。假设在温度为28 ℃的情况下，氧气浓度为2%时，银杏叶片呼吸速率为X mg·cm－2·h－1，氧气浓度为20%时,银杏叶片呼吸速率为Y mg·cm－2·h－1，如果23＋X＝9＋Y，说明__________________________________________________。 解析：(1)在有氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解产生丙酮酸和NADH，即物质乙为丙酮酸；据图可知，①是光合作用的光反应阶段，②是有氧呼吸的第二阶段，③是光合作用的暗反应阶段，④是有氧呼吸的第一阶段，⑤是有氧呼吸的第三阶段。①～⑤过程中，发生在生物膜上的有①(发生在叶绿体类囊体薄膜上)、⑤(发生在线粒体内膜上)。(2)CO2是暗反应的原料，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，据图2可知，当CO2浓度低于400 μmol·mol－1时，15 ℃条件下的银杏净光合速率高于28 ℃下的，其原因可能是CO2浓度较低，限制了银杏植株的光合作用，而28 ℃条件下银杏的呼吸作用较强，消耗的有机物较多。(3)黑暗中植物只能进行呼吸作用，该过程消耗氧气，释放CO2，故探究氧气浓度对光合作用是否产生影响，在表中数据的基础上，可在黑暗条件下测定相应氧气浓度下银杏叶片的呼吸速率；假设在温度为28 ℃的情况下，氧气浓度为2%时，银杏叶片呼吸速率为X mg·cm－2·h－1，氧气浓度为20%时，银杏叶片呼吸速率为Y mg·cm－2·h－1，据表分析，23＋X＝9＋Y表示氧浓度为2%时和氧浓度为20%时总光合速率相等。 答案：(1)丙酮酸　①⑤　(2)CO2浓度较低，限制了银杏植株的光合作用，而28 ℃条件下银杏的呼吸作用较强，消耗的有机物较多　(3)黑暗　氧气浓度为2%时的总光合速率和氧气浓度为20%时的相等 14．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应低于______℃，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、光照强度、CO2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1分析，曲线乙表示呼吸速率，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应低于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　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　(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 15．(2025·南通一模)光合作用、有氧呼吸、厌氧发酵的和谐有序进行是土壤底栖藻类正常生命活动的基础。某单细胞土壤底栖藻类在黑暗条件下无氧发酵产生醋酸等有机酸(HA)，导致类囊体、线粒体酸化，有利于其从黑暗向黎明过渡，相关过程如图1，字母 B～H 代表相关物质。请回答下列问题。 (1)物质B是______，除TCA 循环外，图中能产生物质B的过程还有________________ _____________________；物质C、H分别是______、______。 (2)黑暗条件下，PQ 等电子传递体处于________(填“氧化”或“还原”)状态。从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，导致________(填字母)的量成为卡尔文循环的限制因素，此时吸收的光能过剩，对电子传递链造成压力。 (3)光合色素吸收的光能有三个去向：用于光合作用、以热能散失、以荧光的形式发光。由光合作用引起的荧光淬灭称之为光化学淬灭(qP)，由热能散失引起的荧光淬灭称之为非光化学淬灭(NPQ)。为了探究厌氧发酵产酸对光能利用的影响，研究人员以npq4 突变体(缺失LHCSR 蛋白，LHCSR 催化NPQ)和正常藻为材料，在黑暗中进行厌氧发酵，发酵180 min后添加KOH。整个实验过程中连续抽样，在光下测定荧光强度，结果如图2、图3。相关推断合理的是________(多选)。 A．突变体厌氧发酵时间越长，光化学淬灭越强 B．正常藻厌氧发酵后加入 KOH，非光化学淬灭增强 C．正常藻厌氧发酵产生有机酸，降低类囊体内、外pH，促进非光化学淬灭 D．正常藻厌氧发酵产生有机酸，有利于缓解黎明时电子传递链的压力 (4)为进一步研究厌氧发酵产酸对光下放氧的影响，研究人员将正常藻平均分为两组，在黑暗条件下厌氧发酵3小时后，对照组不加KOH，实验组用KOH 处理，在弱光下连续测定放氧量并计算达到最大氧气释放量的百分比，结果如下表。 组别 光照时间/h 0.5 1 2 3 对照组 30% 80% 100% 100% 实验组 0% 0% 60% 100% 放氧速率等于光合作用产生氧气的速率减去呼吸作用消耗氧气的速率。实验数据说明厌氧发酵产酸______(填“促进”或“抑制”)有氧呼吸。实验组放氧速率比对照组低，主要原因是____________________________________________________。 解析：(1)在有氧呼吸第二阶段，丙酮酸进入线粒体，在线粒体基质中生成CO2。据图1可知，丙酮酸进入线粒体后在线粒体基质中生成B，因此，B为CO2。据图1可知，除TCA 循环外，图中能产生物质B的过程还有丙酮酸分解为乙酰辅酶A和CO2、丙酮酸发酵产生酒精。据图1可知，物质C在类囊体薄膜上经光解生成H＋和D，可知，物质C是H2O。据图1可知，物质G在类囊体薄膜上利用H＋顺浓度梯度运输提供的能量，生成物质H，因此可知，物质H为ATP。 (2)黑暗条件下，类囊体膜上不发生水的光解，PQ 等电子传递体无法获得电子，因此，它们处于氧化状态。从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，产生的ATP和NADPH少，导致卡尔文循环受限。据图1可知，F和H分别代表NADPH和ATP。因此，从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，导致F、H的量成为卡尔文循环的限制因素。 (3)据图2可知，随突变体厌氧发酵时间加长，荧光强度基本保持不变，说明光化学淬灭并没有变强，推断不合理，A不符合题意；据图3可知，正常藻厌氧发酵后加入 KOH，荧光强度明显增强，并未淬灭，推断不合理，B不符合题意；由图1可知，正常藻厌氧发酵产生有机酸，类囊体内、外pH降低，光反应减慢，合成的ATP减少，热能散失增加，促进非光化学淬灭，推断合理，C符合题意；正常藻厌氧发酵产生有机酸，酸化类囊体，减少对光的吸收，能缓解黎明时电子传递链的压力，推断合理，D符合题意。 (4)据表中数据表明，加了KOH的实验组，在一段相同时间内，氧气释放量低，说明此时有氧呼吸强，消耗了氧气。由此可推断，厌氧发酵产酸对有氧呼吸有抑制作用。实验组放氧速率比对照组低，主要原因是实验组与对照组光合作用放氧速率相当，实验组有氧呼吸速率大于对照组。 答案：(1)CO2　丙酮酸分解为乙酰辅酶A和CO2、丙酮酸发酵产生酒精　H2O　ATP　(2)氧化　F、H　(3)CD　(4)抑制　实验组与对照组光合作用放氧速率相当，实验组有氧呼吸速率大于对照组 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] (2025·菏泽一模)研究小组利用图1装置，在光合作用的最适温度条件下，测定了不同光照强度下番茄幼苗的光合速率。该小组又以某种盆栽番茄为材料，设置“常温＋常态CO2浓度”(对照)“常温＋高CO2浓度”“高温＋常态CO2浓度”“高温＋高CO2浓度”共4组进行实验，检测植株中的可溶性糖和淀粉含量变化。图2为实验25天时测得相关的物质含量情况。回答下列问题： 注：CO2缓冲液有吸收和释放CO2的作用，可维持瓶内一定的CO2浓度。 (1)在不同光照强度下，图1装置测定的是番茄幼苗的________________(填“总光合速率”或“净光合速率”)，此时液滴可能发生的移动情况是______________。 (2)若黑暗条件下，每小时液滴左移了3个刻度单位，某一光照强度下，每小时液滴右移了8个刻度单位。假设液滴每移动1个刻度单位，植物幼苗体内的葡萄糖量增加或减少1 g，则该番茄幼苗的呼吸速率为_______g/h，该光照强度条件下，白天光照12小时，一昼夜葡萄糖的积累量为______g。 (3)一定的光照强度下，观察到图1装置的液滴右移，若再适当升高温度，则图1装置液滴右移的速率将变慢，原因是___________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)图2实验中的无关变量有__________________________(答2点)。一般果实中可溶性糖含量越高，果实的甜度就越高。依据图2实验结果，提高番茄果实甜度的措施是________________________________。根据图2实验结果分析，在高CO2浓度条件下，高温对番茄光合作用的影响及判断依据是_____________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)CO2缓冲液可以维持容器内CO2的含量相对稳定，液滴的移动情况反映了瓶内O2的变化情况(释放或吸收)，故在不同光照强度下，图1装置测定的是番茄幼苗的净光合速率。由于是不同光照处理，可能出现：光合速率小于呼吸速率，此时表现为从瓶内吸收氧气，液滴左移；光合速率等于呼吸速率，此时幼苗既不会从瓶中吸收氧气也不会向瓶内释放氧气，液滴不移动；光合速率大于呼吸速率，幼苗向瓶内释放氧气，液滴右移。 (2)假设液滴每移动1个刻度单位，植物幼苗体内的葡萄糖量增加或减少1 g。黑暗条件下，每小时液滴左移了3个刻度单位，表示呼吸速率为3 g/h；某一光照强度下，每小时液滴右移了8个刻度单位，表示净光合速率为8 g/h。该光照强度条件下，白天光照12小时，一昼夜葡萄糖的积累量为8×12－3×12＝60 g。 (3)由题干可知，利用图1装置在光合作用的最适温度下测定光合速率，适当升高温度，植物幼苗的总光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致净光合速率下降，最终图1装置液滴右移的速率变慢。 (4)由题干信息可知，图2实验的自变量为温度和CO2浓度，因此需要控制相同的无关变量，无关变量有湿度、光照强度、番茄生长状况等。一般果实中可溶性糖含量越高，果实的甜度就越高。根据“常温＋高CO2浓度”和“高温＋高CO2浓度”组对比可知，在高CO2浓度条件下，高温时番茄光合作用合成的可溶性糖含量略有增加，而淀粉含量却明显减少，因此在高CO2浓度条件下，高温不利于番茄光合作用的进行。 [答案]　(1)净光合速率　右移、不移动或左移　(2)3　60　(3)利用图1装置在光合作用的最适温度下测定光合速率，适当升高温度，植物幼苗的总光合速率下降，呼吸速率可能增大，导致净光合速率下降，最终液滴右移速率变慢(合理即可)　(4)湿度、光照强度、番茄生长状况等　提高温度和CO2浓度(高温和高CO2浓度)　在高CO2浓度条件下，高温不利于番茄光合作用的进行，因为在高CO2浓度条件下，高温时番茄光合作用合成的可溶性糖含量略有增加，而淀粉含量却明显减少(合理即可) [思维建模] 1．利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率 (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总光合速率。 (4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差影响实验结果，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。 2．“黑白瓶法”——测溶氧量的变化 [微点拨]　①黑白瓶法常用于水生生态系统光合速率和呼吸速率的测定。②在没有初始值m0时，可利用(m2－m1)/t计算出总光合速率。 3．“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量 [微点拨]　①本方法又叫半叶称重法，即测定单位时间、单位叶面积干物质的产生总量，常用于大田农作物光合速率的测定。②本方法的要点是一半叶片遮光，另一半叶片照光，同时开始实验。③可选择对称于主脉的多组叶圆片，烘干称重，分别求出WA和WB的平均值，以减小实验误差。 [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．(2025·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的含量比照光处理时低 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．要计算光合速率还需测定同等面积叶片的初始干重 解析：选B　遮光处理后，光反应停止，短时间内C3被还原的过程减弱，而C5固定CO2的过程仍能继续，故遮光处理后C3含量短时间内会比照光处理时高，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；利用照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)可计算真正光合速率，因此不需要测定同等面积叶片的初始干重，D错误。 3．(2025·湖南雅礼中学调研)某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg·L－1，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a<b<c<d<e)，温度保持不变，24 h后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量。请根据其记录数据(如下表)判断，下列选项错误的是(　　) 光照强度/ klx 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量/(mg·L－1) 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量/(mg·L－1) 3 3 3 3 3 3 A．黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧 B．光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用 C．当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21 mg·L－1 D．当光照强度为d时，继续增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不再增加 解析：选B　黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧，A正确；光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等，说明植物光合作用产生的氧刚好用于细胞呼吸消耗，B错误；当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋细胞呼吸消耗量＝(24－10)＋(10－3)＝21 mg·L－1，C正确；由d、e两组数据可知，当光照强度为d时，继续增加光照强度，白瓶中溶解氧的含量也不再增加，即白瓶中植物的光合速率不再增加，D正确。 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] (2024·甘肃高考)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其大部分种子为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。 (1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是________，加入少许碳酸钙可以________________。 (2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是____________________ ___________________________________。 (3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为_________________________ _______________________________________________________________________。 (4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据：①纯合体种子为白色；②______________________________________。 (5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷，X最可能是__________。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验设计： ①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在__________条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。 ②测量指标：每组取3～5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的______________________________________________。 ③预期结果：____________________________________________________________。 [解析]　(1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。 (2)叶绿素的形成需要光照，与弱光下相比，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。 (3)在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都很低，说明纯合突变体的光合作用弱，无法满足植株生长对有机物的需求，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。 (4)由题图可知，与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量很低(几乎为零)，也可说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。 (5)据题中信息“则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量”推知，激素X最可能为脱落酸。①由于正常光照条件下，纯合突变体叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量均极低，不能正常生长，进一步分析可知，种子萌发后需要在弱光条件下培养，以保证纯合突变体能够生长。②脱落酸具有促进气孔关闭的作用，因此在显微镜下观察、测量各组的气孔大小。③据题中信息预测实验结果是野生型脱落酸的含量高，野生型植株中，正常条件下培养的A组的脱落酸的含量低于干旱条件下培养的B组，B组的气孔大小明显小于A组。纯合突变体内脱落酸合成存在缺陷，正常条件下培养的C组和干旱条件下培养的D组的气孔大小基本相同。 [答案]　(1)无水乙醇　防止研磨中色素被破坏　(2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成　(3)纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，且叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都很低，光合作用弱，无法满足植株生长对有机物的需求　(4)与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量很低(几乎为零)　(5)脱落酸　①弱光　②气孔大小　③B组气孔大小明显小于A组，C、D两组气孔大小基本相同 [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．(2025·成都七中模拟)在适宜温度及CO2浓度条件下，某实验小组测得某地石栎和青冈幼苗叶片的生理指标如表所示。请回答下列问题： 植物种类 光补偿点 (μmol·m－2·s－1) 光饱和点 (μmol·m－2·s－1) 石栎 39 980 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)研究的两种植物中，最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作用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)。 实验思路：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 预测实验结果及结论：_____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应主要受光照强度、光质的影响，而CO2浓度主要通过影响暗反应影响光合作用，温度对光反应和暗反应均有影响。当光照强度为39 μmol·m－2·s－1时，超过了青冈的光补偿点，即光合作用速率大于呼吸速率，叶肉细胞中，消耗ADP、合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。 (2)从表格可以看出，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存，所以研究的两种植物中，青冈最适合在较弱的光照环境中生长。 (3)实验思路并预测实验结果及结论类试题解题模板一般从以下角度进行分析： 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)将受冷害的青冈幼苗随机均分成两组，分别置于低氧浓度(1%)(甲组)和正常氧浓度(乙组)条件下培养，其他条件相同且适宜，一段时间后测定两组幼苗的平均光合作用速率　①若甲组的光合作用速率大于乙组，则低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定促进(保护)作用；②若甲组的光合作用速率小于乙组，则说明低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定抑制作用；③若甲组的光合作用速率等于乙组，则低氧浓度(1%)对受冷害的青冈幼苗的光合作用无影响 2．(2024·安徽高考)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题。 净光合速率/(μmol·m－2·s－1) 叶绿素含量/(mg·g－1) WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 (1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖­1,5­二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3­磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3­磷酸甘油酸接受______________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为________________________。 (2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的__________、__________(填科学方法)。 (3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率______。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。 结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①_____________________________________________________________________________________________________________________；②______________________________________ ____________________________________________________________。 解析：(1)在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3­磷酸甘油酸(C3)分子，在有关酶的催化作用下，3­磷酸甘油酸接受ATP和NADPH释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为核酮糖­1,5­二磷酸(C5)和糖类等。 (2)与WT相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的“减法原理”；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的“加法原理”。 (3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。结合图表，OsNAC过量表达使旗叶净光合速率发生相应变化的原因是①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而增大旗叶的净光合速率。 答案：(1)ATP和NADPH　核酮糖­1,5­二磷酸(C5)和糖类等　(2)减法原理　加法原理　(3)增大　与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用　与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而增大旗叶的净光合速率 [课时跟踪检测] 一、选择题 1．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。 2．(2025·南通模拟)图甲为光合作用最适温度条件下植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对值的变化。下列说法正确的是(　　) A．如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会发生图乙中从a到b的变化，净光合速率可能会发生从b到a的变化 B．若图乙表示图甲完全培养液中SiO浓度，由a到b的变化表明了该植物不需要该离子 C．若图甲中的液滴不移动，则该植株叶肉细胞光合速率等于呼吸速率 D．若图乙表示图甲中植物的叶肉细胞内C5的变化，则b到a的变化可能是突然停止光照或者光照减弱 解析：选D　甲是在光合作用最适温度条件下进行的，如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会降低，发生从b到a的变化；呼吸速率有可能升高，从而净光合速率可能降低，发生从b到a的变化，A错误。若图乙表示图甲完全培养液中SiO浓度，由a到b的变化表明了该植物对SiO的吸收速率小于对水分吸收的相对速率或不需要该离子，B错误。若图甲中的液滴不移动，则该植株光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，C错误。突然停止光照或者光照减弱，产生的NADPH和ATP减少，C3还原受阻，则C5的来路受阻，短时间内去路不变，结果导致其含量下降，D正确。 3．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．据图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为X B．据图分析可知，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．温度恒定在上述14 ℃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，随着温度升高呼吸作用不断增强，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，该植物增重最多，为30 mg，D正确。 4.(2025·南阳模拟)某研究小组将生长状况相同的花生叶片分成4等份,在不同温度下分别暗处理1 h,再在相同的光照强度下光照1 h,测其有机物变化,结果如图所示。若不考虑叶片中表皮细胞对实验结果的影响,下列相关叙述错误的是 (　　) A.该实验中,叶片的光合作用和呼吸作用的最适温度均为29 ℃ B.29 ℃和30 ℃时叶片的光合作用速率与细胞呼吸速率相同 C.29 ℃环境中,花生叶片若要积累有机物需每天光照时长大于8小时 D.花生叶肉细胞在27 ℃的相同光照强度下可吸收二氧化碳并释放氧气 解析:选B　图中的深色柱的有机物变化值表示呼吸速率,白色柱的有机物变化值=净光合速率-呼吸速率,故净光合速率=白色柱的有机物变化值+深色柱的有机物变化值,光合速率=呼吸速率+净光$$