第二单元 细胞的能量供应和利用-（教师用书）【赢在微点·顶层设计】2026年高中生物学高考一轮总复习（多选版）

该高中生物学高考复习讲义围绕细胞能量供应和利用模块，整合酶与ATP、细胞呼吸、光合作用等核心考点，依据生命观念中的物质与能量观、结构与功能观构建知识体系，通过考点梳理、实验专题指导、真题分类演练等环节，帮助学生系统突破重难点，建立完整知识网络。 讲义注重科学思维与探究实践素养培育，如对比酶的锁钥与诱导契合学说培养模型建构能力，用“液滴移动法”探究呼吸方式强化实验设计。设置分层练习与真题重体悟，配合核心素养导向的方法总结，助力学生高效提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰实用的教学框架。

第二单元 细胞的能量供应和利用 第7讲　酶与ATP [课标内容]　1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质,酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响。2.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。3.实验:探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。 微考点大突破 考点一　酶的作用、特性及影响因素 　 1.酶本质的探究历程(连线) 2.酶的作用和本质 3.酶的作用机理分析 提醒　①酶可以重复多次利用,不会立即被降解。 ②酶既可以作为催化剂,又可以作为另一个化学反应的底物。 4.酶的特性 (1)高效性。 提醒　酶与无机催化剂的相同点:①都能降低化学反应的活化能。②可加快化学反应速率,缩短达到平衡的时间,但不改变平衡点。③化学反应前后酶的数量和性质不变。 (2)专一性。 ①定义:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 ②意义:使细胞代谢有条不紊地进行。 ③两种学说及相关曲线分析。 a.两种学说。 ⅰ.锁钥学说:整个酶分子的天然构象具有刚性结构,酶表面具有特定的形状,酶与底物的关系就像锁和钥匙。 ⅱ.诱导契合学说:酶表面没有一种与底物互补的固定形状,而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,从而有利于与底物结合。 b.相关曲线及分析。 加入酶B的反应速率与空白对照条件下的反应速率相同,而加入酶A的反应速率随反应物浓度增大明显加快,说明酶B对此反应无催化作用,进而说明酶具有专一性。 (3)作用条件较温和。 提醒　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。 (1)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。(必修1 P79~80“思考·讨论”)(√) (2)酶的活性越高,酶促反应速率一定越快。(必修1 P84“图5-2、图5-3”)(×) (3)人发烧时不想吃东西,原因是体温升高导致消化酶活性降低,食物在消化道中消化缓慢。(必修1 P84“相关信息”)(√) (4)麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低。(必修1 P84“相关信息”)(×) 1.(必修1 P84“图5-2”)酶制剂适宜在低温下保存的原因:低温下酶的活性低但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性会升高。 2.酶活性受多种因素的影响,如图表示抑制酶活性的两个模型,模型A中的抑制剂与底物竞争酶的活性位点,从而降低酶对底物的催化效应;模型B中的抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合,能改变酶的构型,使酶不能与底物结合,从而使酶失活。 研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究某氨基酸降低酶G活性的作用方式属于模型A还是模型B,简要写出实验思路、预期实验结果及结论。 答:实验思路:在酶G量一定且底物浓度合适并使酶活性充分发挥的反应体系中加入某氨基酸,同时不断提高底物浓度,检测酶促反应速率变化。 预期实验结果及结论:若酶促反应速率能恢复,则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型A;若酶促反应速率不能恢复,则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型B。 1.酶活性、酶促反应速率及其影响因素分析 提醒　酶促反应速率与酶活性不同。酶活性的大小可以用酶促反应速率表示。 2.温度和pH 据图可知,不同pH条件下,酶的最适温度不变;不同温度条件下,酶的最适pH也不变,即反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。 3.酶浓度 (1)在底物充足、其他条件适宜的情况下,酶促反应速率与酶浓度呈正相关。 (2)Oa段限制因素是酶浓度;ab段限制因素是底物浓度。 4.底物浓度(酶浓度一定)(如图甲) (1)Oa段:在一定底物浓度范围内,随底物浓度的增加,反应速率增加(酶没有完全与底物结合)。 (2)ab段:当底物浓度增大到某一值(M)时,反应速率达到最大值,不再增加(酶完全与底物结合)。 (3)Oa段限制因素是底物浓度;ab段限制因素是酶浓度。 (4)若该反应体系酶的量增多,曲线变化如图乙: 能力一　酶的本质、作用和特性(考查生命观念) 1.(2022·湖南卷,T3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象,部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外,加热也能使碱性蛋白酶失活,如图所示。下列叙述错误的是(B) A.碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活 B.加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的 C.添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果 D.添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量,减少环境污染 解析　由题干信息“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知,碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活,A项正确;由题图可知,加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠,部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态,因此一定程度的加热导致碱性蛋白酶的构象改变是可逆的,B项错误;添加酶稳定剂有利于保持酶结构的稳定,进而提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果,C项正确;加酶洗衣粉可以降低洗涤剂使用量,使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展,减少对环境的污染,D项正确。 (1)酶的本质:大多数是蛋白质,少数是RNA。 (2)酶的活性:依赖于其空间结构。 (3)酶的失活:酶的空间结构被破坏,酶永久性失活。 (4)酶的特性:高效性、专一性、作用条件较温和。 (5)酶的保存:低温干燥条件可以最大限度保持酶的结构不变,酶的纯度越高越易于保存。 2.(2021·海南卷,T11)某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析,下列有关叙述错误的是(D) A.该酶可耐受一定的高温 B.在t1时,该酶催化反应速率随温度升高而增大 C.不同温度下,该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同 D.相同温度下,在不同反应时间该酶的催化反应速率不同 解析　相同温度下,不同反应时间内该酶的催化反应速率可能相同,如达到最大反应速率(曲线平缓)之后的反应速率相同,D项错误。 能力二　酶特性的相关实验(考查科学探究) 3.(2022·重庆卷,T7)植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解,可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37 ℃、不同pH下的相对活性,结果见表。下列叙述最合理的是(D) pH 相对活性 酶 3 5 7 9 11 M 0.7 1.0 1.0 1.0 0.6 L 0.5 1.0 0.5 0.2 0.1 A.在37 ℃时,两种酶的最适pH均为3 B.在37 ℃长时间放置后,两种酶的活性不变 C.从37 ℃上升至95 ℃,两种酶在pH为5时仍有较高活性 D.在37 ℃、pH为3~11时,M更适于制作肉类嫩化剂 解析　根据题表数据可知,在37 ℃时,M的适宜pH为5~9,而L的适宜pH为5左右,A项错误;酶适宜在低温条件下保存,在37 ℃长时间放置后,两种酶的活性会发生改变,B项错误;酶发挥作用需要适宜的温度,高温会导致酶变性失活,因此从37 ℃上升至95 ℃,两种酶在pH为5时都已经失活,C项错误。 (1)温度和pH:通过影响酶活性来影响酶促反应速率。 (2)强酸、强碱和高温:都会破坏酶的空间结构,使酶永久失活。 (3)低温:只抑制酶活性,不破坏酶的空间结构。温度适宜时,酶活性还会恢复。 (4)底物充足、其他条件适宜:酶浓度与酶促反应速率呈正相关。 (5)酶浓度一定、其他条件适宜:随底物增加,酶促反应速率先加快后稳定。 4.(2024·广东卷,T15)现有一种天然多糖降解酶,其肽链由4段序列以Ce5⁃Ay3⁃Bi⁃CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链,并评价其催化活性,部分结果见表。关于各段序列的生物学功能,下列分析错误的是(B) 肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物 W1 W2 S1 S2 Ce5⁃Ay3⁃Bi⁃CB + +++ ++ +++ Ce5 + ++ - - Ay3⁃Bi⁃CB - - ++ +++ Ay3 - - +++ ++ Bi - - - - CB - - - - [注]　“-”表示无活性,“+”表示有活性,“+”越多表示活性越强。 A.Ay3与Ce5催化功能不同,但可能存在相互影响 B.Bi无催化活性,但可判断与Ay3的催化专一性有关 C.该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关 D.无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关 解析　由题表可知,Ce5具有催化纤维素类底物的活性,Ay3具有催化褐藻酸类底物的活性,Ay3与Ce5催化功能不同,Ay3⁃Bi⁃CB与Ce5⁃Ay3⁃Bi⁃CB相比,当缺少Ce5后,就不能催化纤维素类底物,当Ay3与Ce5同时存在时催化纤维素类底物的活性增强,所以Ay3与Ce5可能存在相互影响,A项正确;由题表可知,不论是否与Bi结合,Ay3均可以催化S1与S2,说明Bi与Ay3的催化专一性无关,B项错误;由题表可知,Ay3⁃Bi⁃CB与Ce5⁃Ay3⁃Bi⁃CB相比,去除Ce5后,催化褐藻酸类底物的活性不变,说明该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关,C项正确;需要检测Ce5⁃Ay3⁃Bi肽链的活性,才能判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关,D项正确。 考点二　探究酶的高效性、专一性和影响酶活性的条件 　 1.酶的高效性——比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)实验原理。 (2)实验方案。 (3)变量分析。 (4)实验结论。 a.①②对照,说明加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率。 b.①④对照,说明酶具有催化作用,同无机催化剂一样可加快化学反应速率。 c.③④对照,说明酶具有高效性,同无机催化剂相比,酶的催化效率更高。 2.酶的专一性——探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 (1)实验原理:每一种酶只能催化一种或一类化学反应。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,斐林试剂能与还原糖反应产生砖红色沉淀。 (2)实验方案。 步骤 1 2 mL可溶性淀粉溶液+2 mL新鲜的淀粉酶溶液 2 mL蔗糖溶液+2 mL新鲜的淀粉酶溶液 2 轻轻振荡试管,使试管内的液体混合均匀,并将试管下半部浸到60 ℃左右的热水中,保温5 min 3 取出试管,各加入2 mL斐林试剂,将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中,用酒精灯加热,煮沸1 min 现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化 结论 淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解,酶具有专一性 (3)上述实验中不能(填“能”或“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,而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。 3.影响酶活性的条件——探究温度对酶活性的影响 (1)实验原理。 ①反应原理。 ②鉴定原理:温度影响酶的活性,从而影响淀粉的水解,滴加碘液,根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。 (2)实验步骤和结果。 取6支试管,分别编号为1与1'、2与2'、3与3',并分别进行以下操作。 试管编号 1 1' 2 2' 3 3' 实验步骤 一 2 mL淀 粉酶溶液 2 mL可 溶性淀粉 溶液 2 mL淀 粉酶溶液 2 mL可 溶性淀粉 溶液 2 mL淀 粉酶溶液 2 mL可 溶性淀 粉溶液 二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min 三 1与1'试管内液体混合,摇匀 2与2'试管内液体混合,摇匀 3与3'试管内液体混合,摇匀 四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴相同时间 在沸水中水浴相同时间 五 取出试管,分别滴加2滴碘液,摇匀,观察现象 实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色 结论 酶发挥催化作用需要适宜的温度条件,温度过高和过低都将影响酶的活性 提醒　①探究温度对酶活性的影响时,一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间,再进行混合。 ②选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时,检测试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应,而该实验中需严格控制温度。 ③探究温度对酶活性的影响时,不宜用H2O2作反应物,因为H2O2易分解,加热条件下其分解会加快,氧气的产生速率增加,并不能准确反映酶活性的变化。 4.影响酶活性的条件——探究pH对酶活性的影响 (1)实验原理。 ①反应原理(用反应式表示)。 2H2O22H2O+O2。 ②鉴定原理:pH影响酶的活性,从而影响O2的生成速率,可用气泡的产生速率(或点燃的卫生香的燃烧)的情况来检验O2的生成速率。 (2)实验步骤及现象。 实验 步骤 实验操作内容 试管1 试管2 试管3 一 滴入等量过氧化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴 二 注入不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL 盐酸 1 mL NaOH溶液 三 注入等量的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL 四 观察现象 有大量气 泡产生　 基本无气 泡产生　 基本无气 泡产生　 提醒　①探究pH对酶活性的影响时,须先调pH,然后再将反应物与酶混合,否则反应物会在未调节好pH的情况下就在酶的作用下发生反应,影响实验的准确性。 ②探究pH对酶活性的影响时,不宜采用淀粉酶催化淀粉的反应,因为用作鉴定试剂的碘液会和NaOH发生化学反应,使碘与淀粉生成蓝色络合物的机会大大减少,而且在酸性条件下淀粉也会被水解,从而影响实验的观察效果。 (1)加热、Fe3+、H2O2酶,都降低了过氧化氢分解反应的活化能。(源自必修1 P78)(×) (2)用淀粉酶、淀粉、蔗糖来验证酶的专一性,检测底物是否被分解的试剂宜选用碘液。(必修1 P81、82“探究·实践”)(×) (3)除了温度和pH外,还有其他因素如酶的激活剂和抑制剂也影响酶的活性。(必修1 P82、83“探究·实践”)(√) (4)酶的活性在高温下和低温下都有所下降是因为酶的空间结构被破坏。(源自必修1 P84)(×) 能力　与酶有关的实验探究(考查科学探究) 1.(2022·浙江6月选考,T10)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述,正确的是(B) A.低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成,导致酶变性失活 B.稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力,是因为酶的作用具高效性 C.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 D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,会加快淀粉的水解速率 解析　低温不会改变淀粉酶的氨基酸组成,只是抑制酶的活性,A项错误;稀释100万倍的淀粉酶仍具有催化能力,是因为酶具有高效性,B项正确;酶的活性在最适pH下最大,不是随pH的升高而不断升高,C项错误;在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,蛋白酶可能会催化淀粉酶水解,使酶失活,D项错误。 2.(2022·广东卷,T13)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见表。下列分析错误的是(C) 组别 pH CaCl2 温度(℃) 降解率(%) ① 9 + 90 38 ② 9 + 70 88 ③ 9 - 70 0 ④ 7 + 70 58 ⑤ 5 + 40 30 [注]　+/-分别表示有/无添加,反应物为Ⅰ型胶原蛋白。 A.该酶的催化活性依赖于CaCl2 B.结合①②组的相关变量分析,自变量为温度 C.该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9 D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物 解析　分析题表可知,降解率越大说明该酶的活性越高,②组酶活性最高,此时该酶催化反应的条件是pH为9、添加CaCl2、温度为70 ℃,③组除没有添加CaCl2外,其他反应条件与②组相同,但降解率为0,说明该酶的催化活性依赖于CaCl2,A项正确;①②组温度不同,pH相同且都添加了CaCl2,说明①②组的自变量为温度,B项正确;②组酶活性最高,此时pH为9,温度为70 ℃,但由于温度梯度和pH梯度都较大,不能说明该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9,C项错误;该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白,若要确定该酶能否水解其他反应物,还需补充更换其他底物的实验,D项正确。 考点三　ATP的结构和功能 　 1.ATP的结构与功能 (1)ATP的结构。 (2)ATP的供能原理。 两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等→ATP中的特殊化学键不稳定,末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势,即具有较高的转移势能→ATP在酶的作用下水解时,脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化 (3)ATP是一种高能磷酸化合物,理由是ATP水解的过程是释放能量的过程,1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ。 2.ATP和ADP的相互转化 提醒　细胞中ATP含量很少,ATP与ADP之间转化非常迅速、及时。无论是饱食还是饥饿,只要机体处于存活状态,ATP与ADP含量都保持动态平衡。 3.ATP的利用 (1)ATP脱去两个磷酸基团后,可作为RNA分子的合成原料。(必修1 P86“相关信息”)(√) (2)ATP含有3个特殊的化学键,但是只有一个特殊的化学键会发生断裂。(源自必修1 P86)(×) (3)ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。(源自必修1 P89)(×) 在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子,短时间后分离出细胞中的ATP,发现其含量变化不大,但部分ATP的末端P已带上放射性标记,分析该现象得到的结论是①ATP中远离A的磷酸基团容易脱离;②该过程中ATP既有合成又有水解; ③部分32P标记的ATP是重新合成的。 能力　ATP的结构和功能(考查结构与功能观) 1.(2025·山东模拟)高强度运动时,骨骼肌细胞中的ATP含量仅能够维持较短时间的能量供应。当ATP含量低时,磷酸肌酸作为一种高能磷酸化合物能及时水解将磷酸基团转移给ADP再生ATP,该过程称为ATP⁃磷酸肌酸供能系统。下列说法错误的是(B) A.磷酸肌酸水解属于放能反应 B.磷酸肌酸可为肌肉收缩直接提供能量 C.ATP⁃磷酸肌酸供能系统无需氧气参与 D.ATP⁃磷酸肌酸供能系统可使细胞中ATP含量在一段时间内维持相对稳定 解析　磷酸肌酸作为一种高能磷酸化合物能及时水解将磷酸基团转移给ADP再生ATP,ADP生成ATP需要消耗磷酸肌酸水解提供的能量,因此磷酸肌酸水解属于放能反应,A项正确;据题干信息,高强度运动时,骨骼肌细胞中的ATP含量不足时,需要磷酸肌酸水解将磷酸基团转移给ADP再生ATP,再由ATP为肌肉收缩供能,说明磷酸肌酸不可为肌肉收缩直接提供能量,B项错误;题干信息可知,高强度运动时,氧气缺乏,说明ATP⁃磷酸肌酸供能系统无需氧气参与,C项正确;当ATP含量低时,磷酸肌酸作为一种高能磷酸化合物能及时水解将磷酸基团转移给ADP再生ATP,说明ATP⁃磷酸肌酸供能系统可使细胞中ATP含量在一段时间内维持相对稳定,D项正确。 2.(2021·湖南卷,T5)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下,可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化,参与细胞信号传递,如图所示。下列叙述错误的是(B) A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点 B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,不影响细胞信号传递 C.作为能量“货币”的ATP能参与细胞信号传递 D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响 解析　通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构,进而实现细胞信号的传递,体现了蛋白质结构与功能相适应的观点,A项正确;如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,将会使该位点无法磷酸化,进而影响细胞信号的传递,B项错误;根据题干信息,进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用,而ATP为其提供了磷酸基团和能量,从而参与细胞信号传递,C项正确;温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性,进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应,D项正确。 微真题重体悟 　 1.(2021·海南卷,T13)研究发现,人体内某种酶的主要作用是切割、分解细胞膜上的“废物蛋白”。下列有关叙述错误的是(A) A.该酶的空间结构由氨基酸的种类决定 B.该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA参与 C.“废物蛋白”被该酶切割过程中发生肽键断裂 D.“废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用 解析　根据题意可知,该酶的化学本质为蛋白质,蛋白质的空间结构与氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构有关,A项错误;该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA参与,B项正确;“废物蛋白”被该酶切割的过程中会发生肽键断裂,C项正确;氨基酸是蛋白质的基本单位,因此“废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用,D项正确。 2.(2023·广东卷,T1)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序,其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是(C) A.揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触 B.发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性 C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性 D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质 解析　红茶制作时揉捻能破坏细胞结构,使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触,A项正确;发酵过程的实质就是酶促反应过程,需要将温度设置在酶的最适温度下,使多酚氧化酶保持最大活性,才能获得更多的茶黄素,B项正确;酶的作用条件较温和,发酵时有机酸含量增加会降低多酚氧化酶的活性,C项错误;高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活,以防止过度氧化影响茶品质,D项正确。 3.(2024·浙江1月选考,T17)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,测定过程如表所示。 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,两支试管置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,测定两支试管中的产物量 下列叙述错误的是(B) 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,酶失活,因此本实验采用低温提取,以避免PAL失活,A项正确;因为试管2在②中加入了HCl,酶已经变性失活,故不会消耗底物苯丙氨酸,B项错误;④加H2O,补齐了②试管1没有加入的液体的体积,即补齐反应体系体积,使无关变量相同,C项正确;pH过低或过高酶均会失活,⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应,D项正确。 4.(2024·全国甲卷,T2改编)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~表示一种特殊的化学键,下列叙述错误的是(C) A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量 B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA C.β和γ位磷酸基团之间的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位磷酸基团之间的特殊化学键 解析　ATP为直接能源物质,γ位磷酸基团脱离ATP形成ADP的过程释放能量,可为离子主动运输提供能量,A项正确;ATP分子水解两个特殊化学键后,得到RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA,B项正确;ATP可在细胞核中发挥作用,如为rRNA合成提供能量,故β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键能在细胞核中断裂,C项错误;光合作用的光反应,可将光能转化为活跃的化学能储存于ATP的特殊化学键中,故光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键,D项正确。 5.(经典高考题)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。回答下列问题: (1)三个温度条件下,该酶活性最高的是B组。 (2)在时间t1之前,如果A组温度提高10 ℃,那么A组酶催化反应的速度会加快。 (3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量不变,原因是60 ℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物的量,反应产物总量也不会增加。  (4)生物体内酶的化学本质是蛋白质或RNA,其特性有高效性和专一性(答出2点即可)。 解析　(1)据题图可知:在反应时间内,40 ℃(B组)时反应到达反应平衡时间最短,说明酶的活性最高。(2)A组控制的温度是20 ℃。在时间t1之前,如果A组温度提高10 ℃,因酶的活性增强,A组酶催化反应的速度会加快。(3)见答案。(4)绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。酶具有高效性、专一性和作用条件较温和的特性。 争分提升课(二)　实验设计专题讲座 　 一、实验设计遵循的原则 1.科学性原则 (1)选材科学性: 如鉴定还原糖的实验中不能以蔗糖溶液为实验材料,因为蔗糖不是还原糖。 (2)实验方法科学性:如使用双缩脲试剂时应先加入A液,再加入B液。 2.单一变量原则和等量原则 两者的目的是完全统一的,只不过强调的侧重点不同。单一变量原则强调的是自变量的单一性,即实验组和对照组相比只能有一个变量。等量原则强调的是除了自变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量,必须严格控制在适宜且等量条件下,以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。 3.平行重复原则 在实验设计中为了避免实验结果的偶然性,减小实验误差,必须对所做实验进行足够次数的重复,以获得多次实验结果的平均值,保证实验结果的准确性。如探究培养液中酵母菌数量动态变化的实验中,每次计数都要重复至少3次。 4. 二、实验设计中的变量分析 提醒　自变量的处理方法 ①“加”或“减”:例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素;“减”即手术切除甲状腺法。 ②“换”:例如探究温度对酶活性的影响实验,对自变量温度无法“加”或“减”,就用“换”的方法。 【例1】　(2025·常德模拟)下列关于生物学实验中“对照”及“变量”的叙述,错误的是(A) A.探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中,有氧条件的一组是空白对照组 B.观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原的实验中,无需设置空白对照组 C.比较过氧化氢酶和Fe3+催化效率的实验中,因变量可以用气泡的释放速率表示 D.探究光照强度对植物光合速率影响的实验中,CO2浓度、温度是无关变量 解析　探究酵母菌细胞呼吸的方式实验属于对比实验(有氧和无氧情况下相互对比),无空白对照,A项错误;观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原的实验中,原生质层的形态和位置变化为因变量,可以自身前后对照,无需设置空白对照组,B项正确;比较过氧化氢酶和Fe3+催化效率的实验中,因变量可以用气泡的释放速率或单位时间内气泡的产生量表示,C项正确;探究光照强度对植物光合速率影响的实验中,自变量是光照强度,因变量是光合速率,CO2浓度、温度是无关变量,D项正确。 【例2】　(多选)研究人员以大鼠为研究对象,探究茶叶中茶氨酸对脑腺体多巴胺(一种兴奋性神经递质)释放的影响,结果如图所示。下列相关叙述正确的是 (AD) A.该实验缺少一组不添加茶氨酸,其他条件与另外两组相同的对照组 B.由图推测,茶氨酸浓度越大,促进多巴胺释放的效果越好 C.多巴胺能与突触后膜上的特异性受体结合,受体决定了多巴胺释放的位置 D.多巴胺发挥作用后,突触后膜内侧钠离子浓度比外侧低 解析　本实验需要评定大鼠自身产生多巴胺的情况,才能判断茶氨酸对多巴胺释放的影响,所以需要增加一组空白对照实验,即不添加茶氨酸,其他条件与另外两组相同的对照组,A项正确;从题图中看出,在0~60 min范围内,茶氨酸浓度越大,促进多巴胺释放的效果越好,但在60~120 min范围内,不同浓度的茶氨酸促进多巴胺释放的效果基本相同,B项错误;神经递质由突触前膜释放,与突触后膜上的特异性受体结合,受体不能决定多巴胺释放的位置,C项错误;多巴胺是一种兴奋性神经递质,其发挥作用后,促进突触后膜钠离子内流,但突触后膜外侧钠离子浓度仍然高于内侧,D项正确。 三、实验设计的基本程序 　实验设计程序:明确实验目的→确定实验原理→提出假设→设计实验思路→完善实验步骤→分析实验结果和得出结论。 1.实验目的的书写技巧 【例3】　科学施肥可使作物接近最高产量而又不会造成肥料浪费。实验表明锌肥的施用量与番茄的果实产量密切相关,如图为实验结果曲线图,请完善本探究实验的实验目的。 实验目的:探究锌肥施用量对番茄果实产量的影响(或探究种植番茄时施用锌肥的最佳浓度范围)。 2.实验原理的书写技巧 提醒　实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考,有些题目要求对实验结果进行分析,其实质上考查的是实验原理,所以对实验结果进行分析时合理套用实验原理即可。 【例4】　为验证胰岛素具有降低血糖的作用,以小鼠活动状况为观察指标设计实验,某同学的实验方案如下: (1)将正常小鼠随机分成A、B两组,观察并记录其活动状况。 (2)A组小鼠注射适量胰岛素溶液,B组小鼠注射等量生理盐水。一段时间后,A组小鼠会出现活动减少,甚至昏迷等低血糖症状,B组小鼠活动状况无变化。 (3)A组小鼠出现低血糖症状后,分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后,A组小鼠低血糖症状缓解,B组小鼠活动状况无变化。 该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用,则该实验的原理是体内胰岛素含量过高时,引起血糖浓度下降,机体出现活动减少,甚至昏迷等低血糖症状,此症状可以通过注射葡萄糖来缓解。 3.规范书写实验假设 【例5】　当环境中存在一定浓度的某些致突变物时,会导致染色体断裂,不含着丝粒的断裂片段在有丝分裂时不能进入子细胞核中,而是在细胞质基质中形成椭圆形异常结构,称为微核,微核与主核有相同染色效果,但体积较小(如图所示)。某研究所在蝴蝶兰培育的过程中使用了磷胺杀虫剂,发现磷胺的污染可能导致细胞中出现微核,研究人员以蝴蝶兰根尖细胞为实验材料,通过观测统计出微核率和微核细胞率的大小,来探究磷胺对染色体的影响。如图为研究小组在探究过程中某一个实验方案的实验结果,则该实验结果的假设是磷胺污染程度和污染持续时间与植物细胞的微核细胞率呈正相关。 4.倒推法预测实验结果与结论 基本思路概括为“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”。 【例6】　(2023·北京卷,T14)研究者检测了长期注射吗啡的小鼠和注射生理盐水的小鼠伤口愈合情况,结果如图。由图可以得出的结论是(A) A.吗啡减缓伤口愈合 B.阿片受体促进伤口愈合 C.生理条件下体内也有吗啡产生 D.阿片受体与吗啡成瘾有关 解析　受伤后时间相同时,野生型鼠注射吗啡组创面相对大小大于野生型鼠注射生理盐水组创面相对大小,可得出的结论是吗啡能减缓伤口愈合,A项符合题意;受伤后时间相同时,野生型鼠注射生理盐水组创面相对大小大于阿片受体缺失鼠注射生理盐水组创面相对大小,可推知阿片受体抑制伤口愈合,B项不符合题意;由题中信息无法得出生理条件下体内也有吗啡产生以及阿片受体与吗啡成瘾有关的结论,C、D两项不符合题意。 5.辨析实验思路和实验步骤 项目 实验思路 实验步骤 不同点 主要特点 实验思路是“想法”,是较为“粗线条”的思考过程,其要求“言简意赅” 步骤是“做法”,是更为“细节化”的操作流程,其要求“精准细致” 书写技巧 必须体现“对照思想”,显示“自变量”和“因变量”,对“无关变量”表述时注意体现“相同且适宜” 必须体现“自变量”如何设置、“因变量”如何检测、“无关变量”如何保证相同且适宜,步骤流程也必须科学 相同点 都要分析实验目的,从实验目的中分析出自变量和因变量,进而设计出实验组和对照组,并确定检测指标 【例7】　(2023·湖北卷,T21节选)我国科学家研制出的脊髓灰质炎减毒活疫苗,为消灭脊髓灰质炎作出了重要贡献。某儿童服用含有脊髓灰质炎减毒活疫苗的糖丸后,其血清抗体浓度相对值变化如图所示。 回答下列问题: (1)该疫苗保留了脊髓灰质炎病毒的抗原物质。 (2)据图判断,该疫苗成功诱导了机体的体液免疫反应,理由是儿童服用糖丸后,其血清中相应抗体浓度在一段时间内明显增加,而抗体是体液免疫调节产生的主要物质。 (3)研究发现,实验动物被脊髓灰质炎病毒侵染后,发生了肢体运动障碍。为判断该动物的肢体运动障碍是否为脊髓灰质炎病毒直接引起的骨骼肌功能损伤所致,以电刺激的方法设计实验,实验思路是将正常的实验动物随机平均分成两组,一组不做处理作为对照组,另一组用脊髓灰质炎病毒侵染作为实验组,一段时间后,在相同条件下,取出两组的骨骼肌细胞,电刺激骨骼肌细胞,观察其收缩情况,预期实验结果和结论是若对照组和实验组的骨骼肌均发生收缩,且情况一致,则说明脊髓灰质炎病毒没有直接损伤骨骼肌的功能;若对照组骨骼肌正常收缩,而实验组骨骼肌无法正常收缩,则说明脊髓灰质炎病毒直接损伤了骨骼肌的功能。 解析　(1)该疫苗是脊髓灰质炎病毒减毒后的生物制品,保留了脊髓灰质炎病毒的抗原物质,能激发机体发生免疫反应。(2)据题图判断,儿童服用含有脊髓灰质炎减毒活疫苗的糖丸后,其血清中相应抗体浓度在一段时间内明显增加,而抗体是体液免疫调节产生的主要物质,说明该疫苗成功诱导了机体的体液免疫。(3)该实验的目的是探究肢体运动障碍是否为脊髓灰质炎病毒直接引起的骨骼肌功能损伤,所以自变量是动物是否感染脊髓灰质炎病毒,因变量是骨骼肌功能是否损伤,检测指标是电刺激后骨骼肌的收缩情况。实验思路及预期结果和结论详见答案。 6.“四步法”规范书写实验步骤 【例8】　微囊藻是水华爆发过程中常见的一种蓝细菌,会分泌藻毒素,危害渔业生产,为了解微囊藻的发生并对其进行治理,科学家进行了大量的研究,回答下列问题: (1)经研究发现,部分细菌能抑制蓝细菌生长甚至杀死蓝细菌,称为溶藻菌。科学家筛选出了溶藻菌菌株HJC⁃D1,将不同浓度的HJC⁃D1培养液加入微囊藻培养液中,检测培养液中叶绿素a的含量变化(与微囊藻数量变化呈正相关),结果如图所示。对微囊藻生长的抑制效果最好的HJC⁃D1的浓度是10%。 (2)溶藻菌的溶藻方式有直接溶藻(活菌直接进攻蓝细菌)和间接溶藻(活菌通过分泌某种代谢产物溶解蓝细菌)两种,为验证“溶藻菌HJC⁃D1通过间接方式溶藻”,设计如表所示实验,请完善实验设计表: 实验步骤 实验步骤要点 取材与 分组 取生长状况良好(或生理状况相似)的微囊藻培养液,随机均分为A、B、C三组 实验处理 A组加入适量含溶藻菌HJC⁃D1的培养液; B组加入等量溶藻菌HJC⁃D1培养液的无菌过滤液; C组加入等量无菌培养液(或等量未培养过HJC⁃D1的培养液) 藻类培养 将A、B、C三组培养液在相同且适宜条件下培养相同时间 测定相 关数值 测定A、B、C三组培养液中微囊藻种群密度(或叶绿素a含量) 实验结果预测:A、B两组微囊藻种群密度(或叶绿素a含量)基本一致,且均明显低于C组。 7.分析实验结果和得出结论 实验结果是通过观察或测量得到的实验现象。实验结论是根据实验现象,对实验因变量与自变量关系进行分析,得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。归纳实验结论的一般方法: (1)明确自变量:通过实验目的、实验的对照组设置或步骤,根据单一因素不同,找出实验自变量。 (2)明确自变量和因变量的关系:分析实验结果(因变量)与实验控制的单一因素(自变量)之间的逻辑关系,得出正确结论。 (3)在有些实验中,还要根据各对照组中得出的“分结论”,综合为“全面(总)结论”。 (4)在验证性实验中,因为要验证的事实是正确的,实验结果只有一种,实验结论即是实验要验证的事实。在探究实验中,因为实验结果是未知的,可能出现的实验结果有多种,因此对应的实验结论也有多种,不同的结果对应不同的结论。 【例9】　褪黑素是一种由松果体分泌的小分子激素,能够调节机体免疫和睡眠作用。某研究小组采用小鼠口服褪黑素方法对其调节免疫的功能进行研究,结果如表。回答下列问题: 测定 组别 脾淋巴细胞增殖能力(相对值) NK淋巴细胞活性(相对值) 抗体生成细胞数量(相对值) 对照组 1 1 1 低剂量组 1.31 1.62 1.05 高剂量组 1.05 1.16 1.03 (1)实验前,小鼠体内的褪黑素经体液运输至全身各处,调节着小鼠自身免疫功能。据表中信息分析,褪黑素可能作用的细胞有脾淋巴细胞、NK淋巴细胞、抗体生成细胞(答出两点即可)。 (2)体内的NK淋巴细胞能够识别并消除肿瘤或病毒感染的细胞,说明NK淋巴细胞能参与细胞免疫过程。据表结果分析,褪黑素对机体免疫能力的调节作用与其剂量有关。 (3)综合上述分析,推测褪黑素能够增强机体免疫能力的机理是褪黑素通过促进脾淋巴细胞增殖、提高NK淋巴细胞活性和促进抗体生成细胞数量增多来增强机体免疫能力(合理即可)。 (4)研究发现,褪黑素还能调节小鼠睡眠时间。请利用以下实验材料及用具,设计实验探究褪黑素对小鼠睡眠的影响。简要写出实验设计思路并预期实验结果。 ①实验材料及用具:睡眠情况相同的健康小鼠若干只,一定剂量的褪黑素溶液,生理盐水,计时器等。 ②实验设计思路:将小鼠随机均分为甲、乙两组,甲组口服一定剂量的褪黑素溶液,乙组口服等量的生理盐水,在相同环境中饲养,记录两组小鼠每天的睡眠时长。 ③预期结果及结论:若甲组小鼠平均睡眠时间比乙组长,则褪黑素能延长小鼠睡眠时间;反之褪黑素能缩短小鼠睡眠时间。 四、实验方案评价与修订试题的解答思路 1.“五看法”检验和评价实验方案 2.注意评价类实验中的语言叙述问题 (1)实验材料选择。 ①植物:“大小相似、长势相同的同种植株”。 ②动物:“体重(体长)、年龄、生长状况相同”,有时甚至要“性别”相同。 ③有时可以叙述为“生长状况基本相同的个体”。 (2)试剂选择。 在量上难以做到准确量化描述时,应尽可能用“定性”的语言表达,要注意“等浓度”“等体积”“适量的”“一定量的”等词语的运用;实验时间和条件上用“一段时间”“适宜的温度、pH”等语言;激素使用应强调“适宜浓度”。 (3)实验器具选择。 ①容器应使用大小相同的。 ②如果使用滴管滴加不同溶液,应选用不同的滴管。 【例10】　研究发现,运动会诱导细胞产生一种叫鸢尾素的激素,该激素作用于皮下脂肪,可加快脂肪细胞内葡萄糖和脂肪的氧化分解。回答下列问题: (1)在人体内,鸢尾素的靶细胞是皮下脂肪细胞,该激素与其他动物激素在作用于靶细胞时所具有的共同特点是都需要与相应的受体结合才能发挥作用;发挥作用后均被灭活(答出一点即可)。 (2)2型糖尿病患者中靶细胞对胰岛素不敏感,导致血糖浓度过高。有研究发现,青砖茶水提取物能促进2型糖尿病患者分泌鸢尾素且能在一定程度上提高靶细胞对胰岛素的敏感性(其敏感性与蛋白质A的含量呈正相关)。科研人员通过以下实验进行验证。 ①实验步骤: a.取生理状况相同的2型糖尿病小鼠2只,分别编号为甲组、乙组,另取正常小鼠1只,编号为丙组; b.给甲组灌胃适量适宜浓度的青砖茶水提取物溶液,乙组、丙组分别灌胃蒸馏水; c.在相同且适宜条件下培养一段时间后,测量三组小鼠的鸢尾素含量和蛋白质A的含量。 请修正该实验方案中两点不合理之处:甲、乙、丙三组实验小鼠应为多只;乙组、丙组应该分别灌胃与甲组等量的蒸馏水。 ②预期实验结果:甲组的鸢尾素含量和蛋白质A的含量均高于乙组,但低于丙组。 第8讲　细胞呼吸的原理和应用 [课标内容]　1.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。2.实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式。 微考点大突破 考点一　细胞呼吸方式及过程 　 1.细胞呼吸 2.有氧呼吸 (1)过程图解。 (2)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向): 。 (3)能量的释放与特点。 ①释放:葡萄糖氧化分解释放的能量大部分以热能形式散失,少部分储存在ATP中。 ②特点:在温和的条件下进行,能量逐步释放,彻底氧化分解。 3.无氧呼吸 (1)场所:全过程是在细胞质基质中进行的。 (2)过程。 (3)不同生物无氧呼吸产物类型及原因。 (4)无氧呼吸过程中能量的去路。 ①大部分储存在酒精或乳酸中。 ②释放的能量中大部分以热能形式散失,少部分储存在ATP中。 (5)无氧呼吸在能量供应中的意义。 ①生物在缺氧环境下,可以通过无氧呼吸释放少量能量维持生命活动。 ②无氧呼吸产生ATP的速度非常快,可以使肌肉在短暂的剧烈活动期间获得所需能量。 提醒　进行有氧呼吸不一定需要线粒体。真核生物进行有氧呼吸需要线粒体,无线粒体的真核生物或真核细胞只能进行无氧呼吸,如蛔虫、哺乳动物成熟的红细胞等;原核生物没有线粒体,但有些原核生物含有与有氧呼吸有关的酶,也可以进行有氧呼吸,如硝化细菌、蓝细菌等。 (1)原核细胞无线粒体,不能进行有氧呼吸。(源自必修1 P92)(×) (2)葡萄糖在线粒体基质中氧化分解产生NADH,并与氧气结合生成水。(必修1 P93“图5-9”)(×) (3)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。(必修1 P93“图5-9”)(×) (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。(源自必修1 P94)(×) (5)若细胞以葡萄糖为底物同时进行有氧和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多。(必修1 P94“反应式”)(×) (6)人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸,能在肝脏中再次转化为葡萄糖。(必修1 P94“相关信息”)(√) 有氧呼吸的第三阶段:NADH在酶的催化作用下释放电子和H+,电子被镶嵌在内膜上的特殊蛋白质捕获和传递,O2为最终的电子受体,生成H2O。 请据图分析ATP生成的过程是什么? 答:内膜上特殊蛋白质利用电子给予的能量将H+泵出,构建H+浓度梯度,H+通过线粒体内膜上的ATP合酶顺浓度梯度进入线粒体基质,推动ATP合成。 1.整合有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解 2.细胞呼吸中各物质的量的比例关系分析(以葡萄糖为底物) (1)有氧呼吸:C6H12O6∶O2∶CO2=1∶6∶6⇒O2消耗量=CO2生成量。 (2)无氧呼吸:①C6H12O6∶CO2∶酒精=1∶2∶2⇒酒精生成量=CO2生成量;②C6H12O6∶乳酸=1∶2。 (3)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的量:无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。 (4)在有氧呼吸与无氧呼吸同时进行的过程中,若O2吸收量∶CO2释放量=3∶4,说明此条件下有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖量相等。 能力一　细胞呼吸的过程(考查物质和能量观) 1.(2022·全国甲卷,T4)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现,经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述,错误的是(C) A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP B.线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程 C.线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与 D.线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成 解析　有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质,第二、三阶段的场所是线粒体,三个阶段均可产生ATP,故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP,A项正确;线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,该阶段氧气和[H]反应生成水,该过程需要酶的催化,B项正确;丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段,场所是线粒体基质,该过程需要水的参与,不需要O2的直接参与,C项错误;线粒体是半自主性细胞器,其中含有少量DNA,可以通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成,D项正确。 2.(多选)(2022·山东卷,T16)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给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合酶返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。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是 (BCD) A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻 B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多 C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多 D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少 解析　与25 ℃相比,4 ℃耗氧量增加,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给O2,说明电子传递未受阻,A项错误;与25 ℃相比,短时低温4 ℃处理,ATP生成量较少,耗氧量较多,说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多地用于产热,消耗的葡萄糖量多,B、C两项正确;DNP使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,导致ATP生成减少,D项正确。 能力二　有氧呼吸和无氧呼吸的过程辨析(考查科学思维) 3.(2023·浙江6月选考,T11)小曲白酒的酿造过程中,酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸。关于酵母菌的呼吸作用,下列叙述正确的是(A) A.有氧呼吸产生的[H]与O2结合,无氧呼吸产生的[H]不与O2结合 B.有氧呼吸在线粒体中进行,无氧呼吸在细胞质基质中进行 C.有氧呼吸有热能的释放,无氧呼吸没有热能的释放 D.有氧呼吸需要酶催化,无氧呼吸不需要酶催化 解析　在有氧呼吸的第三阶段,前两阶段产生的[H]与O2结合,无氧呼吸没有O2参与反应,产生的[H]不与O2结合,A项正确;有氧呼吸在细胞质基质和线粒体中进行,B项错误;有氧呼吸和无氧呼吸都有热能的释放,C项错误;有氧呼吸和无氧呼吸都需要酶催化,D项错误。 (1)(必修1 P93“相关信息”)细胞呼吸过程中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方法。 (2)(必修1 P94“相关信息”)无氧呼吸过程中,葡萄糖中的能量主要储存在乳酸或酒精中;而氧化分解释放的能量主要以热能的形式散失了。 4.(2022·北京卷,T3)在北京冬奥会的感召下,一队初学者进行了3个月高山滑雪集训,成绩显著提高,而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度,结果如图。与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内(B) A.消耗的ATP不变 B.无氧呼吸增强 C.所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多 D.骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多 解析　由题意可知,受训者滑雪时单位时间的摄氧量无明显变化,说明其有氧呼吸强度不变;再分析题图可知,与集训前相比,集训后受训者血浆中乳酸浓度增加,由此可知,与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内消耗的ATP增多,无氧呼吸增强,所消耗的ATP中来自无氧呼吸的增多,B项正确,A、C两项错误。消耗等量的葡萄糖,有氧呼吸产生的ATP多于无氧呼吸,而滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强,故骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP减少,D项错误。 考点二　探究酵母菌细胞呼吸的方式 　 1.实验原理 2.实验设计思路——对比实验 3.实验步骤 (1)配制酵母菌培养液(酵母菌+葡萄糖溶液)。 (2)检测CO2的产生,装置如图所示。 (3)检测酒精的产生。 4.实验现象 (1)甲、乙两装置中石灰水都变浑浊,且装置甲中浑浊程度高且快。 (2)2号试管中溶液由橙色变成灰绿色,1号试管不变色。 5.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)酵母菌在有氧条件下产生CO2多且快,在无氧条件下进行细胞呼吸产生酒精和CO2。 (1)在测试无氧呼吸产物的一般装置中,密封后酵母菌只进行无氧呼吸。(必修1 P90、91“探究·实践”)(×) (2)无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖,所以产生CO2速度较慢。(必修1 P90、91“探究·实践”)(√) (3)酵母菌在有氧和无氧条件下的细胞呼吸产物都有酒精和CO2。(必修1 P90、91“探究·实践”)(×) 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鲁宾和卡门的同位素标记法实验;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。 “液滴移动法”探究细胞呼吸的方式 (1)实验装置(以萌发的种子为例)。 (2)结果与结论。 实验现象 结论 装置一液滴 装置二液滴 不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡 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 左移 左移 种子进行有氧呼吸时,底物中除糖类外还含有脂肪 (3)误差校正:为使实验结果精确,除减少无关变量的干扰外,还应设置对照装置三。装置三与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”,其余均相同。 提醒　①为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理。 ②若选用绿色植物作实验材料,测定细胞呼吸速率,需将整个装置进行遮光处理,否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 能力　“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验(考查科学探究) 1.(2023·浙江1月选考,T16)为探究酵母菌的细胞呼吸方式,可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述,正确的是(C) A.酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量 B.酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量 C.可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标 D.不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等 解析　酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的无关变量,A项错误;酵母菌可利用的氧气量是本实验的自变量,B项错误;等量的葡萄糖有氧呼吸氧化分解彻底,释放的能量多,无氧呼吸氧化分解不彻底,大部分能量还储存在酒精中,释放能量少,D项错误。 2.(多选)某研究小组为了探究酵母菌的细胞呼吸方式,设计了如图所示的实验装置(不考虑其他因素的影响)。下列说法错误的是(BC) A.甲装置有色液滴不动,乙装置中液滴右移,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,说明酵母菌只进行无氧呼吸 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　甲中有NaOH溶液,该装置中酵母菌产生的CO2全部被NaOH溶液吸收,液滴的移动表示氧气的消耗量,有色液滴不动说明没有氧气的消耗,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,若乙装置中液滴右移,说明进行了无氧呼吸,A项正确;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项错误;若乙装置有色液滴不动,说明其中的酵母菌吸收的氧气体积和产生的二氧化碳体积相等,甲装置有色液滴左移,说明消耗了氧气,即酵母菌只进行有氧呼吸,C项错误;乙装置有色液滴右移,说明酵母菌产生的CO2体积大于消耗的氧气体积,因此一定存在无氧呼吸,D项正确。 教材规定实验中的“显色”归纳 考点三　影响细胞呼吸的因素及应用 　 1.内部因素 2.外部因素 提醒　储存蔬菜和水果与储存种子的条件 ①蔬菜和水果应在“零上低温、湿度适中、低氧”的条件下保鲜。 ②种子应在“零上低温、干燥、低氧”的条件下储存。 (1)严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为此条件下细胞呼吸分解有机物最少。(必修1 P95“思考·讨论”)(×) (2)粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏。(必修1 P95“思考·讨论”)(×) (3)慢跑时,氧气供应不足,肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸。(必修1 P95“思考·讨论”)(×) (4)破伤风芽孢杆菌易在被锈钉扎过的伤口深处繁殖,原因是伤口深处氧气缺乏。(必修1 P95“思考·讨论”)(√) (5)耕种松土有利于油料种子萌发,原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气。(必修1 P95“思考·讨论”)(√) (6)高原训练时运动员骨骼肌所需的能量主要由分解乳酸产生,产生的CO2可由无氧呼吸产生。(必修1 P95“思考·讨论”)(×) 结合O2浓度影响细胞呼吸的曲线分析。 (1)O2浓度为C时,AB=BC,此时有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖不是(填“是”或“不是”)一样多,理由是根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出,当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时,二者消耗的葡萄糖之比是1∶3。 (2)在保存蔬菜、水果时,应选择R点对应的O2浓度,理由是此时总CO2释放量最少,有机物的损耗最少。 (3)低氧环境下,有机物消耗少的原因是在低氧条件下,无氧呼吸受到抑制,呼吸强度较弱,有氧呼吸因O2不足,呼吸强度也比较小,故总的CO2释放量少,呼吸强度弱。 能力一　影响细胞呼吸因素的分析(考查科学思维) 1.(多选)(2023·山东卷,T17)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,下列说法正确的是 (BC) 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时最适合保存该器官,该浓度下葡萄糖消耗速率最小 解析　单位时间内O2吸收量应该随着环境中O2浓度的增加而增加,因此甲曲线表示CO2释放量,乙曲线表示O2吸收量,A项错误。O2浓度为b时,两曲线相交,说明此时O2的吸收量和CO2的释放量相等,而且细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖,故此时该器官只进行有氧呼吸,不进行无氧呼吸,B项正确。O2浓度为0时,该器官只进行无氧呼吸;O2浓度为a时,该器官同时进行有氧呼吸和无氧呼吸;O2浓度为b时,该器官只进行有氧呼吸,故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,C项正确。O2浓度为a时并非一定最适合保存该器官,因为无氧呼吸会产生酒精,不一定能满足某些生物组织的储存。据题图可知,此时气体交换相对值CO2为0.6,O2为0.3,其中CO2有0.3是有氧呼吸产生、0.3是无氧呼吸产生,按有氧呼吸时C6H12O6∶O2∶CO2=1∶6∶6,无氧呼吸时C6H12O6∶CO2=1∶2,算得葡萄糖的相对消耗量为0.05+0.15=0.2。而无氧呼吸消失点时,O2和CO2的相对值为0.7,算得葡萄糖的相对消耗量约为0.117,明显比a点时要低。所以a点时葡萄糖的消耗速率一定不是最小,D项错误。 2.IRP(铁调节蛋白)基因被敲除后,线粒体的呼吸功能明显减弱,但细胞中的HIF1a和HIF2a两种蛋白的含量明显高于正常细胞,且细胞有氧呼吸的耗氧速率明显降低。对敲除IRP基因的细胞加入PX⁃478(HIF1a的抑制剂)后,其耗氧速率无明显恢复,加入PT⁃2385(HIF2a的抑制剂)后,其耗氧速率基本恢复正常。同时测量参与细胞呼吸第一阶段的酶LdhA的表达量结果如图,下列叙述错误的是(B) A.LdhA蛋白发挥作用的场所是细胞质基质 B.HIF2a蛋白含量的提高,可能提高了线粒体对氧气的利用率 C.HIF1a蛋白能促进LdhA的合成,HIF2a蛋白对LdhA的合成无明显影响 D.氧气的存在是保证有氧呼吸的第二、三阶段顺利进行的前提 解析　LdhA是参与细胞呼吸第一阶段的酶,反应的场所是细胞质基质,A项正确;氧气是在线粒体内膜被利用的,分析题意,IRP(铁调节蛋白)基因被敲除后,线粒体的呼吸功能明显减弱,但细胞中的HIF1a和HIF2a两种蛋白的含量明显高于正常细胞,说明HIF2a蛋白含量的提高不会提高线粒体对氧气的利用率,B项错误;据题图可知,与IRP敲除组相比,IRP敲除+PX⁃478组LdhA相对表达量降低,而IRP敲除+PT⁃2385组LdhA相对表达量与IRP敲除组差别不大,说明IRP敲除小鼠的HIF1a蛋白能促进LdhA的表达,HIF2a蛋白对LdhA的合成无明显影响,C项正确;氧气参与有氧呼吸第三阶段,但若氧气不足,在线粒体中进行的第二阶段也会受影响,故氧气的存在是保证有氧呼吸的第二、三阶段顺利进行的前提,D项正确。 能力二　细胞呼吸原理的应用(考查社会责任) 3.(2023·新课标卷,T2)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) 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　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项正确;措施③风干储藏可以减少自由水含量,从而减弱细胞呼吸,降低有机物的消耗,措施⑤合理密植的主要目的是提高光能利用率,促进光合作用,B项错误;措施②春化处理是为了促进花芽形成,措施⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用,C项错误;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项错误。 (1)有氧呼吸和无氧呼吸的共同点是:在酶的催化作用下,分解有机物,释放能量。 (2)水分、温度、氧气和二氧化碳浓度是影响呼吸作用的主要因素。自由水与结合水的比值越高,细胞呼吸越旺盛。 (3)储藏蔬菜、水果时采取零上低温、一定湿度、低氧等措施延长储藏时间,而种子采取零上低温、干燥、低氧等措施延长储存时间。 4.科研人员探究了不同温度(25 ℃和0.5 ℃)条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化,结果见图1和图2。 (1)由图可知,与25 ℃相比,0.5 ℃条件下果实的CO2生成速率较低,主要原因是低温降低了细胞呼吸相关酶的活性;随着果实储存时间的增加,密闭容器内的CO2浓度越来越高,抑制了果实的细胞呼吸。该实验还可以通过检测O2浓度变化来计算呼吸速率。 (2)某同学拟验证上述实验结果,设计如下方案: ①称取两等份同一品种的蓝莓果实,分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内,然后密封。 ②将甲、乙瓶分别置于25 ℃和0.5 ℃条件下储存,每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。 ③记录实验数据并计算CO2生成速率。 为使实验结果更可靠,请给出两条建议,以完善上述实验方案(不考虑温度因素)。 a.选取的果实成熟度应一致。 b.每个温度条件下至少有3组平行重复实验。 解析　(1)依题图可知,0.5 ℃条件下蓝莓果实的CO2生成速率较25 ℃条件下低,其原因是低温条件下细胞呼吸相关酶的活性降低,细胞呼吸减弱,果实的CO2生成速率降低。随着果实储存时间的增加,密闭容器中CO2浓度升高;可通过检测CO2生成量或O2消耗量来计算呼吸速率。(2)为使实验结果更可靠,应从无关变量相同且适宜、设置平行重复实验等角度分析,即可选用成熟度相同的蓝莓果实进行实验,也可通过在每个温度条件下增设至少3组的平行重复实验来提高实验结果的可信度。 微真题重体悟 　 1.(2022·河北卷,T4)下列关于呼吸作用的叙述,正确的是(B) A.酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的气体 B.种子萌发时需要有氧呼吸为新器官的发育提供原料和能量 C.有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中 D.通气培养的酵母菌液过滤后,滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后变为灰绿色 解析　能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的成分是二氧化碳,酵母菌无氧呼吸可产生二氧化碳,A项错误;种子萌发时种子中的有机物经有氧呼吸氧化分解,可为新器官的发育提供原料和能量,B项正确;有机物彻底分解、产生大量ATP的过程是有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜,C项错误;酸性的重铬酸钾与酒精发生化学反应,呈现灰绿色,而通气培养时酵母菌进行有氧呼吸,不产生酒精,故酵母菌液过滤后的滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后不会变为灰绿色,D项错误。 2.(2023·山东卷,T4)水淹时,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径,延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(B) A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质 B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成 C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足 D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒 解析　玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,说明细胞质基质内H+转运至液泡需要消耗能量,为主动运输,逆浓度梯度,液泡中H+浓度高,正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质,A项错误;玉米根部短时间水淹,根部氧气含量少,部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2,检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成,B项正确;无论是产酒精的无氧呼吸还是产乳酸的无氧呼吸,都只在第一阶段释放少量能量,第二阶段无能量释放,C项错误;丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]的量相同,D项错误。 3.(2024·广东卷,T5)研究发现,敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中,线粒体出现碎片化现象,且数量减少。下列分析错误的是(D) A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸 B.线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱 C.有氧条件下,WT比△sqr的生长速度快 D.无氧条件下,WT比△sqr产生更多的ATP 解析　有氧呼吸的主要场所在线粒体,碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸,A项正确;有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体,线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱,B项正确;与△sqr相比,WT正常线粒体数量更多,有氧条件下,WT能获得更多的能量,生长速度比△sqr快,C项正确;无氧呼吸的场所在细胞质基质,与线粒体无关,所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同,D项错误。 4.(2024·安徽卷,T3)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(D) 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　细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸,需要一系列酶促反应即需要多种酶参与,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项错误;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的活性,说明PFK1与ATP结合后,酶的空间结构发生改变,但仍具有活性,B项错误;由题意可知,ATP/AMP浓度比变化是为了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项错误;运动时肌细胞消耗ATP增多,细胞中ATP减少,ADP和AMP会增多,则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项正确。 5.(2023·全国乙卷,T3)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下,某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(C) A.在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,只进行无氧呼吸产生乳酸 B.a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程 C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多 D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP 解析　植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放,在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,可推知在时间a之前,植物根细胞只进行无氧呼吸产生乳酸,A项正确;分析题图可知,在无氧条件下,a~b时间内植物根细胞CO2的释放速率逐渐增大,推测该时段内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程,B项正确;无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧呼吸,都只在第一阶段释放少量能量,第二阶段无能量释放,故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP和产生乳酸时相同,C项错误;酒精跨膜运输方式是自由扩散,该过程不需要消耗ATP,D项正确。 第9讲　捕获光能的色素和结构及光合作用的原理 [课标内容]　1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量,这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中,转换并储存为糖分子中的化学能。2.实验:绿叶中色素的提取和分离。 微考点大突破 考点一　捕获光能的色素和结构 　 1. 绿叶中色素的提取和分离实验 (1)实验原理。 (2)实验装置及操作步骤。 (3)实验结果及分析。 2.叶绿体中色素的吸收光谱分析 由图可以看出: 提醒　①植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。②植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。 3.叶绿体的结构适于进行光合作用 提醒　恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处 ①实验材料选得妙:实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;利用需氧细菌可确定释放氧气的部位。 ②排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境,排除了空气中氧气和光的干扰。 ③观测指标设计得妙:用极细的光束点状投射,叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位,相当于一组对照实验。 ④实验对照设计得妙:进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验,明确实验结果完全是由光照引起的。 (1)植物叶片呈现绿色是因为含有绿色的色素,黄化叶片和白化叶片不含叶绿素。(源自必修1 P97)(√) (2)色素可以用无水乙醇进行分离。(必修1 P98~99“探究·实践”)(×) (3)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。(必修1 P99“图5-12”)(√) (4)生物光合作用的场所不一定是叶绿体,没有叶绿体的生物也可以是自养生物。(源自必修1 P100)(√) (5)叶绿体中的色素主要分布在叶绿体内膜上,酶分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。(源自必修1 P100)(×) (6)夏天叶片呈绿色是叶片吸收绿光导致的,秋天叶片变黄,是叶黄素含量增多导致的。(必修1 P101“概念检测”1)(×) 　分离叶绿体中的色素,也可用如图所示的方法,即在圆心处滴加适量滤液,待干燥后再滴加适量层析液进行层析,结果会出现不同颜色的4个同心圆,请写出①~④依次对应的色素及颜色。 ①胡萝卜素、橙黄色,②叶黄素、黄色,③叶绿素a、蓝绿色,④叶绿素b、黄绿色。 能力　捕获光能的色素和结构(考查科学探究) 1.(2023·全国乙卷,T2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是(D) A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D.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 解析　叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg,氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A项正确;叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体的类囊体薄膜上,B项正确;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C项正确;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快,D项错误。 2.(2023·江苏卷,T12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(B) A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠 C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间 解析　提取叶绿体中的色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A项错误;连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但也会使滤液细线过粗,从而在分离中出现色素带重叠的现象,B项正确;该实验只能定性分析色素的种类及溶解度等,无法准确测定绿叶中各种色素的含量,C项错误;花青素是水溶性色素,不可通过该实验中的有机溶剂提取,D项错误。 绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 考点二　光合作用的原理 　 1.探索光合作用原理的部分经典实验 提醒　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,不能检测其放射性;而14C有放射性,可被追踪检测。 2.光合作用的过程 (1)反应式:CO2+H2O(CH2O)+O2。 (2)基本过程。 图中:①NADPH,②2C3,③ADP+Pi,④O2,⑤(CH2O)。 (3)比较光反应与暗反应。 提醒　①叶绿体中光合色素吸收的光能,一方面用于H2O分解产生氧和H+;一方面用于ATP的合成。 ②NADPH既可作还原剂,又可为暗反应提供能量。 3.光合作用和化能合成作用的比较 (1)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,在合适的条件下可完成暗反应过程。(必修1 P103“图5-14”)(√) (2)C3是指三碳化合物——3⁃磷酸甘油酸,C5是指五碳化合物——核酮糖⁃1,5⁃二磷酸(RuBP)。(必修1 P104“相关信息”)(√) (3)光合作用的产物有淀粉和蔗糖,淀粉和蔗糖可以进入筛管,通过韧皮部运输到植株各处。(必修1 P104“相关信息”)(×) (4)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类。(源自必修1 P106)(√) 　(必修1 P104“正文”拓展)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2,一定时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析。实验发现,仅仅30 s的时间,放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s,发现放射性代谢产物减少到12种,想要探究CO2转化成的第一个产物,可能的实验思路是不断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。 1.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 (1)“过程法”分析各物质变化。 如图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化: (2)“模型法”表示C3和C5的含量变化。 2.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 (1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累,在光反应停止时,暗反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。 (2)在总光照时间、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。 能力一　光合作用的过程(考查科学思维、科学探究) 1.(2021·重庆卷,T6)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析,下列叙述错误的是(A) A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜 B.NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D.电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节 解析　分析题图可知,水光解产生的O2在类囊体腔内,叶绿体和线粒体均有双层膜,水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,至少要穿过5层膜,A项错误;光反应中NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH,提供给暗反应,B项正确;由题图可知,产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应,C项正确;电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节,D项正确。 (1)暗反应的场所:叶绿体基质。 (2)暗反应的过程:①CO2的固定:CO2+C52C3; ②三碳化合物的还原:2C3(CH2O)+C5。 (3)暗反应中的能量变化:ATP和NADPH中活跃的化学能转变成储存在(CH2O)中的稳定的化学能。 2.(2022·重庆卷,T23)科学家发现,光能会被类囊体转化为“某种能量形式”,并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。 (1)制备类囊体时,提取液中应含有适宜浓度的蔗糖,以保证其结构完整,原因是保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持低温(填“低温”或“常温”)。 (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验,发现该实验条件下,也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是实验Ⅱ是在光照以及低pH条件下对类囊体进行培养,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差。 (3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因,对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,结果如图Ⅲ所示,悬液的pH在光照处理时升高,原因是类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,电子的最终来源物质是水。 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产,需稳定提供的物质有NADPH、ATP和CO2。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有增加CO2浓度和适当提高环境温度(答出两点)。 解析　(1)制备类囊体时,其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖,保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂,以保证其结构完整。提取液应该保持低温,降低蛋白酶的活性,避免膜蛋白被降解。(2)从题图Ⅱ实验中可知,在光照条件下,将pH=4条件下的类囊体转移到pH=8条件下,再在遮光的条件下加入ADP和Pi,也产生了ATP,但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,因为实验Ⅱ是在光照以及低pH条件下对类囊体进行培养,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外氢离子浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,悬液的pH在光照处理时升高,推测可能是类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,光反应过程中,水的光解伴随着电子的传递,故电子的最终来源是水。(4)人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物,若要在黑暗条件下持续生产,则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP,以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度等。 能力二　光合作用过程中物质含量的变化分析(考查科学思维) 3.在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是(C) A.红光,ATP下降 B.红光,未被还原的C3上升 C.绿光,NADPH下降 D.绿光,C5上升 解析　叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光,吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红光,光反应增强,叶绿体内产生的ATP和NADPH增多,C3的还原加快,短时间内CO2的固定仍以原来的速率进行,导致未被还原的C3减少,A、B两项错误;将白光改为光照强度相同的绿光,光反应减弱,短时间内叶绿体内产生的ATP和NADPH减少,C项正确;NADPH和ATP的减少必然会导致C3还原生成C5减慢,此时CO2的固定仍以原来的速率消耗C5,则短时间内C5的含量会下降,D项错误。 4.(2023·河北卷,T19)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。回答下列问题: (1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在线粒体(或线粒体内膜)合成,经细胞质基质进入叶绿体。 (2)光照时,叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能,将其转化为ATP和NADPH(或还原型辅酶Ⅱ)中的化学能,这些化学能经暗反应阶段释放并转化为糖类中的化学能。 (3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达,对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理,之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度,结果如图。相对于非转基因细胞,转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显降低。据此推测,H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被叶绿体(填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗,细胞有氧呼吸强度升高。 (4)综合上述分析,叶肉细胞通过下调H基因表达(或H蛋白数量)阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体,从而防止线粒体过多消耗光合产物(或有氧呼吸增强),以保证光合产物可转运到其他细胞供能。 解析　(1)由题干可知,拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育时,消耗的ATP主要来自自身线粒体。线粒体中能够大量合成ATP的化学反应在线粒体内膜上进行。(2)在植物光合作用的光反应阶段,光能被光合色素捕获后,转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。在暗反应阶段,ATP和NADPH中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。(3)由题图可知,叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中细胞质基质ATP浓度远高于叶绿体基质。H基因过量表达后,细胞质基质中ATP浓度下降,且叶绿体基质中ATP浓度未显著升高,表明叶绿体消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测,H基因过量表达后,大量的ATP转运至叶绿体中被消耗,细胞需提高线粒体呼吸强度,以补充细胞质基质中的ATP。(4)由题分析可知,ATP由细胞质基质向叶绿体转运过程中,H转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H基因的表达下调,H转运蛋白的数量减少,ATP由细胞质基质进入叶绿体被有效阻止,细胞质基质ATP可保持正常生理水平,从而避免了线粒体过多消耗光合产物,保证光合产物可转运到其他细胞供能。 微真题重体悟 　 1.(多选)(2022·湖南卷,T13)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 (AD) A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少 B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量 C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低 D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降 解析　夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,光合作用强度明显减弱,A项正确;夏季中午气温过高,导致光合酶活性降低,呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶),光合作用强度减弱,但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度,即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量,B项错误;光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,而非叶绿体内膜上,C项错误;夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,导致光反应产物积累,产生反馈抑制,使叶片转化光能的能力下降,光合作用强度明显减弱,D项正确。 2.(2020·天津卷,T5)研究人员从菠菜中分离类囊体,将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴,从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(A) A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2 C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D.与叶绿体相比,该反应体系不含光合作用色素 解析　题干信息“该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸”,说明乙醇酸是在暗反应中合成的,合成场所相当于叶绿体基质,A项正确;该反应体系既能在类囊体上进行光反应,又能利用16种酶等物质进行暗反应,因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等,B项错误;类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP,光反应产生的O2不参与暗反应,C项错误;该反应体系中有类囊体,在光照条件下还可实现连续的CO2固定与还原,说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素,D项错误。 3.(2022·湖北卷,T12)某植物的2种黄叶突变体表型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是(D) 植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡 萝卜素 叶绿素/ 类胡萝卜素 野生型 1 235 519 419 4.19 突变体1 512 75 370 1.59 突变体2 115 20 379 0.36 A.两种突变体的出现增加了物种多样性 B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强 C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致 D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色 解析　两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离,仍属同一物种,只能体现遗传多样性,A项错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少,故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱,B项错误;两种突变体的光合色素含量差异,可能是不同基因的突变所致,也可能是同一个基因突变方向不同导致的,C项错误;野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19,叶绿素含量较高,叶片呈绿色,突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降,叶绿素含量少,不能掩盖类胡萝卜素的颜色,此时叶片呈黄色,D项正确。 4.(2021·全国乙卷,T29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题: (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止水分大量散失,又能保证光合作用正常进行。 (3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 答:实验思路:取若干长势相同的植物甲,平均分为A、B两组;将A组置于干旱条件下培养,B组置于水分充足的条件下培养,其他条件相同且适宜;一段时间后,分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果:B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化,A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。 解析　(1)叶肉细胞的细胞呼吸场所为细胞质基质和线粒体,光合作用场所为叶绿体,细胞呼吸和光合作用均能产生ATP,所以白天叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。据题意可知,虽然白天气孔关闭,但液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,此外细胞呼吸释放的CO2也可供给叶绿体,用于光合作用。(2)该类植物生活在干旱环境中,白天气孔关闭,可以防止蒸腾作用太强而导致水分大量散失;夜晚气孔打开,可以从外界吸收CO2,CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,白天时苹果酸脱羧释放出CO2,保证了该类植物光合作用的正常进行。(3)由题干信息可知,夜间植物甲的叶肉细胞吸收CO2生成的苹果酸储存在液泡中,白天液泡中的苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用,故可推知夜间植物甲叶肉细胞液的pH小于白天叶肉细胞液的pH,具体实验思路和预期结果见答案。 5.(2024·甘肃卷,T17)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,其种子大部分为黄色,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无水乙醇,加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。 (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)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求。 (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有:①纯合体种子为白色;②与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零)。 (5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是细胞分裂素。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,萌发后在含水量等适宜条件下培养一周,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、测量并记录各组的叶绿体的大小及数量,取其平均值。 ③预期结果:B组叶绿体的大小及数量高于A组,C、D两组叶绿体的大小及数量无差异且均明显低于A、B两组。 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,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极低,分别为0.3和0.1,说明纯合突变体的光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求,使得植株难以生长,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,纯合体种子为白色且纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零),说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷。由题图可知,纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,而细胞分裂素能促进叶绿素的合成,据此可推知,X最可能是细胞分裂素。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,并结合题意“在正常光照下,纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失”可知,该实验的自变量是植株的种类和培养条件,因变量是叶绿体的大小及数量,而在实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。实验设计应遵循对照原则和单一变量原则,补充完善的实验设计内容见答案。 第10讲　影响光合作用的因素及其应用 [课标内容]　实验:探究不同环境因素对光合作用的影响。 微考点大突破 考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响 　 　探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理。 (2)实验中变量分析。 自变量 不同光照强度 控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制 因变量 光合作用强度 检测因变量 同一时间段内叶片浮起数量 对无关变量进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致 (3)实验流程。 (4)实验结论。 在一定光照强度范围内,光合作用强度随光照强度的增强而增强。 提醒　①叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2,释放O2,使叶肉细胞间隙充满了气体,浮力增大,叶片上浮。 ②打孔时要避开大的叶脉,因为其中没有叶绿体,而且会延长圆形小叶片上浮的时间,影响实验结果的准确性。 ③为确保溶液中CO2含量充足,圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。 (1)延长光照时间能够提高光合作用强度。(源自必修1 P105)(×) (2)在“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验中,增加光照强度或温度,都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间。(必修1 P105“探究·实践”)(×) (3)NaHCO3溶液浓度过高会导致叶片上浮缓慢是因为在高浓度的无机盐溶液中植物细胞失水。(必修1 P105“探究·实践”)(√) 在“探究光照强度对光合作用强度的影响”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? 答: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。 能力　光合作用的影响因素(考查科学探究) 1.(2022·海南卷,T3)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,将四组等量菠菜叶圆片排气后,分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中,从烧杯底部给予适宜光照,记录叶圆片上浮所需时长,结果如图。下列有关叙述正确的是(B) A.本实验中,温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C.四组实验中,0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D.若在4 ℃条件下进行本实验,则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 解析　本实验的目的是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,自变量是NaHCO3浓度,温度、光照等属于无关变量,应保持相同且适宜,A项错误;叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时间越短,B项正确;四组实验中,0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明该组实验的叶圆片光合速率最低,C项错误;若将温度从适宜温度降低到4 ℃,则与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D项错误。 2.(多选)(2025·无锡联考)利用如图甲中装置,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,进行光合作用速率测定。图乙是利用图甲中装置测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是 (CD) A.从图乙可看出,F植物更适合在较强光照下生长 B.光照强度为1 klx时,图甲装置中放置植物E的叶圆片进行测定时,液滴不移动 C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率不相等 D.光照强度为6 klx时,图甲装置中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短 解析　由题图乙可知,F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比E低,所以E植株更适合在较强光照下生长,A项错误;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,题图甲装置中E植物叶圆片会吸收装置中的氧气,使液滴左移,B项错误;光照强度为3 klx时,E、F两种植物叶圆片的净光合强度相等,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氧气的速率不相等,C项正确;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,故此光照强度下,E植物叶圆片释放的氧气多,题图甲装置中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短,D项正确。 考点二　影响光合作用的因素及其应用 　 1.内部因素 (1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。 (3)叶面积指数。 2.外部因素 (1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析。 ①光照强度。 a.原理:光照强度影响光反应阶段,制约ATP和NADPH的产生,进而制约暗反应。 b.曲线分析。 ②CO2浓度。 a.原理:CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3的生成来影响光合作用强度。 b.曲线分析。 ③温度。 a.原理:温度通过影响酶的活性影响光合作用强度。 b.曲线分析。 ④水分。 ⑤矿质元素。 (2)多因子对光合速率的影响。 (1)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。(必修1 P105“旁栏思考”)(×) (2)生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率未随之增加,主要是光反应受到限制。(源自必修1 P105)(√) (3)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少。(源自必修1 P105)(√) (4)影响光反应的因素不会影响暗反应。(必修1 P106“概念检测”1)(×) (5)作物合理间作套种,可充分利用光能,提高单位面积产量。(必修1 P106“拓展应用”1)(√) (6)在大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量,是因为农家肥可以为植物提供大量有机物和CO2。(必修1 P106“拓展应用”1)(×) 农业生产中,为提高作物产量,常常进行松土、施用有机肥,并适时进行浇水等措施。 (1)中耕松土主要是防止土壤板结而引起光合速率下降,其原因是土壤板结导致土壤缺氧,根细胞进行无氧呼吸产生酒精和少量的ATP,一方面会影响根细胞对无机盐的吸收,另一方面还会影响根系的生长发育,从而影响光合作用的进行。 (2)在农田中施用有机肥益处很多:有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成无机物,增加了土壤的肥力;有机肥被分解时释放出CO2和热量,增加了大棚内的CO2浓度,提高了温度,有利于光合作用的进行。 (3)科学研究表明,在不同光质下光合作用的产物也有差异,例如,植物在蓝紫光照射下,其光合作用产物中蛋白质和脂肪的含量增加;在红光照射下,其光合作用产物中糖类的含量会增加,因此在植物工厂中若种植大豆,则最好用蓝紫光照射,若种植甘蔗,最好用红光照射。 (4)随着全球气候变暖,干旱灾害时常发生,因此种植作物时需要及时浇水。干旱对光合作用的影响主要有: ①缺水初期,气孔开度降低,CO2供应不足。 ②严重缺水时:a.光反应产生的O2、ATP、NADPH减少;b.影响植物体内与光合作用有关的酶的活性;c.破坏叶绿体的结构,叶绿素含量减少,叶片变黄;d.影响植物体内光合产物的运输,使光合产物在叶片中积累进而影响暗反应的进行。 能力一　光合作用的影响因素(考查科学思维、社会责任) 1.(2025·湛江模拟)花生是我国主要的经济和油料作物,小麦套种花生是实现黄淮海地区粮油均衡增产的主要种植方式。为探明花生从荫蔽环境转入自然光照下的光抑制及光保护机制,为小麦套种花生高产栽培提供理论依据,科研人员进行了如下实验:采用两种不同透光率的遮阴网模拟50%(S50)和85%(S85)两种遮光条件,以自然光为对照(C),从花生出苗开始遮阴,40天后解除遮阴并开始进行数据测定,部分结果如图1和图2所示。请回答下列问题: (1)遮阴棚高1.5 m,东、南、西三面遮阴网距地面30 cm,北面完全敞开,以利通风透气,这样做的目的是为了给植物进行光合作用提供充足的CO2。 (2)40天后突然解除遮阴,叶绿体中NADPH/NADP+、ATP/ADP的值会增大,请据图1、2并结合所学知识分析,解除遮阴后净光合速率下降的可能机理是解除遮阴后,活性氧自由基的产生速率增大,光抑制增强,光合速率下降,从而导致净光合速率降低(答2个方面即可)。 (3)长期生长在弱光下的植物叶片具有阴生叶的特点,遮阴解除当天突然暴露于强光下后,叶片发生的光抑制或光破坏严重。植物在长期进化过程中,其光合器官形成了一系列抵御强光破坏的光保护机制,如叶片和叶绿体运动相关的避光机制、非光化学淬灭机制(NPQ)、PSⅡ损伤修复、活性氧自由基清除系统、光呼吸途径等。在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如图3所示,其中符号“┥”代表抑制作用。 NPQ直接作用于光合作用两个阶段中的暗反应。由图3推测,在光照强度以及其他环境因素均相同的情况下,状态③比状态①的光合作用强度弱,判断理由是NPQ抑制二氧化碳的利用,暗反应速率减小。 (4)科学研究者研发了一种转基因烟草(VPZ),相比野生烟草(WT),VPZ在强光转为弱光后NPQ机制关闭的时间缩短。图4为分别在恒定光强和波动光强下测得的两种烟草的CO2最大固定速率。农作物一半的光合作用是在有各种阴影时进行的。根据上述信息推断,同样环境条件下VPZ的产量比WT的产量高(填“高”或“低”)。 解析　(1)通风透气是为了给植物进行光合作用提供充足的CO2。(2)40天后突然解除遮阴,光照增强促进光合作用光反应阶段,有利于叶绿体中NADP+转化为NADPH、ADP转化为ATP,叶绿体中NADPH/NADP+、ATP/ADP的值会增大。根据题图1、题图2可以看出,解除遮阴后,活性氧自由基的产生速率增大,净光合速率降低,据此推测,活性氧自由基的产生速率增大促进光抑制增强,光合速率下降,从而导致净光合速率降低。(3)据题图3分析,晴天转多云,NPQ机制关闭缓慢,NPQ会抑制二氧化碳的利用,二氧化碳参与光合作用中的暗反应过程,因此NPQ直接作用于光合作用两个阶段中的暗反应阶段。由于NPQ抑制二氧化碳的利用,暗反应速率减小,进而导致光合速率减小,所以状态③比状态①的光合作用强度弱。(4)据题图4分析,波动光强下VPZ的二氧化碳最大固定速率大于WT,且由于农作物一半的光合作用是在有各种阴影时进行的(即光照强度是波动的),因此同样环境条件下VPZ的产量比WT的产量高。 能力二　光合作用在农业生产中的应用(考查生命观念和社会责任) 2.(2025·佛山调研)在农业生产中,人们经常采取一定措施,促进作物的生长发育,以达到增产的目的。下列叙述正确的是(C) 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作物合成糖类、脂肪等化合物 C.向农田中施加农家肥,不仅可为作物的光合作用提供CO2,还可为作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　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,体现了水的功能,即水是良好的溶剂,A项错误;给农田施加尿素的主要目的是利于作物合成蛋白质、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项错误;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二氧化碳和无机盐,故其不仅可以为作物的光合作用提供CO2,还可以为作物的生长提供一定的无机盐,C项正确;酸化土壤会影响作物根细胞的代谢活动,不利于农作物的生长和发育,D项错误。 3.(2020·全国卷Ⅰ,T30)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。回答下列问题: (1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用(答出2点即可)。 (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的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(答出1点即可)。 (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是A和C,选择这两种作物的理由是作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用。 作　物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/μmol·m-2·s-1 1 200 1 180 560 623 解析　(1)中耕时去除杂草可降低作物与杂草之间在光照、水分、矿质元素等方面的竞争;中耕时松土可增加土壤氧气含量,利于根的呼吸,从而促进根对矿质元素的吸收。(2)矿质元素通常以离子的形式被作物根系吸收,故施肥的同时适当浇水,使肥料中的矿质元素溶解在水中,可促进根对矿质元素的吸收。(3)为提高光能利用率,进行间作的两种作物应该一高一矮,其中较高的作物利用上层较强的光照,故要求光饱和点较高,如作物A;另一种作物植株较矮,利用下层较弱的光照,故要求光饱和点较低,如作物C。 考点三　光合作用与细胞呼吸的综合运用 　 1.光合作用与细胞呼吸的关系 (1)图解光合作用与细胞呼吸过程中的物质转化关系。 (2)物质方面。 (3)能量方面。 2.辨析总光合速率、净光合速率与呼吸速率 (1)微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(以光合速率大于呼吸速率为例)。 (2)深度解读总光合速率与呼吸速率的关系。 图1　光照强度对光合作用速率的影响(假定呼吸速率始终不变) 图2　叶肉细胞光合速率与呼吸速率微观示意图 ①如果图1的实验对象是离体的叶肉细胞,则图2中的图甲对应的是图1中的A点,图乙对应图1中的AB段(不含A、B两点),图丙对应图1中的B点以后(不含B点),图丁对应图1中的B点。 ②如果图1的实验对象是叶片或者植株,则图1中的A点、B点、C点分别对应图2中的图甲、图丙和图丙。 ③如果实验对象是离体的叶绿体,则图1不能(填“能”或“不能”)表示光照强度对其光合速率的影响,原因是叶绿体不能进行细胞呼吸,因此光照强度为0时其CO2吸收量应为0,光照强度大于0时其CO2吸收量应大于0。 (3)从语言文字中辨析。 总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率 “同化”“固定”或“消耗”的CO2量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2量 黑暗中释放的CO2量 “产生”或“制造”的O2量 “释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2量 黑暗中吸收的O2量 “产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量 提醒　①总光合速率=净光合速率+呼吸速率。 ②光合作用消耗的CO2量=从环境中吸收的CO2量+呼吸释放的CO2量。 ③光合作用产生的O2量=释放到环境中的O2量+呼吸作用消耗的O2量。 3.测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 (1)“液滴移动法”——测定装置中O2的变化。 提醒　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,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)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量。 将叶片一半遮光、一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值,曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值,最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。 (3)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化。 ①从某一水层取样,装入若干个等体积黑瓶和白瓶中,并分别测得初始溶氧量。 ②把黑、白瓶悬于原水深处。 ③一段时间后,分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值。 ④计算。 a.“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。 b.在有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。 c.在没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=总光合作用量。 4.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较 能力一　光合速率与净光合速率的关系及测定(考查科学思维) 1.(2021·北京卷,T3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是(B) A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近 B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等 C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D.HT植株表现出对高温环境的适应性 解析　CO2吸收速率代表净光合速率,而总光合速率=净光合速率+呼吸速率。35 ℃时两组植株的净光合速率相等,但呼吸速率未知,故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较,B项符合题意。 2.(多选)(2025·济南模拟)光补偿点为植物的光合速率等于呼吸速率时对应的光照强度;光饱和点为植物的光合速率刚达到最大时对应的光照强度。在一定浓度的CO2、适宜温度及不同光照条件下,科研人员测得甲、乙两种水稻的光合速率变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是 (AB) A.光照强度为1千勒克司时,甲、乙两种水稻的真正光合速率不等 B.在各自光补偿点时,乙水稻的光合速率为甲水稻的光合速率的1.5倍 C.未达到各自光饱和点时,影响甲、乙水稻的光合速率的主要因素是CO2浓度 D.在各自光补偿点时,甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量与产生的CO2量相等 解析　真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,由题图可知,在光照强度为1千勒克司时,甲处于光的补偿点,因此甲水稻的真正光合速率为10 mg/(100 cm2叶·小时),此时乙的光合速率小于呼吸速率,因此乙水稻的真正光合速率为5 mg/(100 cm2叶·小时),A项正确;光合速率与呼吸速率相等时的光照强度即为光补偿点,据题图可知,在各自光补偿点时,甲水稻光合速率为10 mg/(100 cm2叶·小时),乙水稻光合速率为15 mg/(100 cm2叶·小时),乙水稻光合速率为甲水稻光合速率的1.5倍,B项正确;未达到各自光饱和点时,影响甲、乙水稻光合速率的主要因素是光照强度,C项错误;光补偿点为植物光合速率等于呼吸速率时的光照强度,此时甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量等于整个植株所有细胞产生的CO2量,即甲、乙水稻叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率,D项错误。 能力二　光合速率与呼吸速率的综合应用(考查科学思维) 3.(2020·海南卷,T21)在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题: (1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限制因素是光照强度;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强度降低。 (2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两块,10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是B菜地光照强度过高,温度上升,导致蔬菜气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合作用速率降低。 (3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和呼吸作用的原理分析,原因是C菜地的温度上升,光合作用有关酶活性下降,细胞呼吸有关酶活性增加,C菜地的净光合作用降低,产量下降,因此C菜地的蔬菜产量低于B菜地。 解析　(1)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加,与10时相比,7时光照强度弱,此时,影响光合作用的主要因素是光照强度,从10时到12时,分析题图可知,光合作用强度在降低。(2)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加,当光照强度持续增加的同时温度上升,会使蔬菜部分气孔关闭,导致蔬菜从外界吸收二氧化碳受阻,暗反应受到限制,光合作用强度降低。(3)当温度升高后,与光合作用有关的酶会由于温度过高而活性降低,光合作用强度降低,呼吸作用有关酶的最适温度高于光合作用有关酶的最适温度,呼吸速率上升,最终导致净光合速率降低,蔬菜的有机物积累减少,产量降低。 (必修1 P106“拓展应用”1)如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。分析曲线图并回答下列问题: (1)7~10时的光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大。 (2)10~12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高,导致气孔大量关闭,CO2进入叶片组织受阻,致使光合作用暗反应受到限制。 (3)14~17时的光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。 4.(2024·安徽卷,T16)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)和淀粉等。 (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减法原理、加法原理(填科学方法)。 (3)据表可知,OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。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相对表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用速率。 解析　(1)暗反应中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ATP和NADPH释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为糖类等有机物。(2)与野生型(WT)相比,实验组OsNAC敲除突变体(KO)与OsNAC过量表达株(OE)的设置分别采用了自变量控制中的减法原理和加法原理。(3)据题表可知,与野生型相比,OsNAC过量表达株(OE)的净光合速率更高;结合题中图表分析,OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因:提高旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量,从而使旗叶中蔗糖含量降低;提高旗叶中叶绿素的含量,促进光反应的进行,进而促进暗反应合成更多的有机物。 微真题重体悟 　 1.(2023·湖北卷,T11)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是(D) A.呼吸作用变强,消耗大量养分 B.光合作用强度减弱,有机物合成减少 C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫 D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少 解析　呼吸作用的最适温度高于光合作用,气温升高,植物呼吸作用增强,消耗的有机物增多,造成农作物减产,A项正确;温度升高,可能导致光合作用相关酶的活性降低,光合作用强度减弱,有机物合成减少,B项正确;温度升高,蒸腾作用增强,植物易失水萎蔫,从而影响正常的生命活动,造成减产,C项正确;据题干信息可知,高温使叶片变黄、变褐,推测高温导致叶绿素降解,光反应产生的NADPH和ATP减少,NADH是在细胞呼吸过程中产生的,D项错误。 2.(2022·北京卷,T2)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出(D) A.低于最适温度时,光合速率随温度升高而升高 B.在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C.CO2浓度为200 μL·L-1时,温度对光合速率影响小 D.10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 解析　由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度的升高而降低,A项不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL·L-1时,光合作用最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL·L-1时,光合作用最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL·L-1时,光合作用最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高,B项不符合题意;当CO2浓度为200 μL·L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C项不符合题意;10 ℃时,CO2浓度从200 μL·L-1上升到370 μL·L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL·L-1上升到1 000 μL·L-1时,光合速率基本不变,故不能判断10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D项符合题意。 3.(2022·广东卷,T18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a),测定相关指标(图b),探究遮阴比例对植物的影响。 回答下列问题: (1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量高,原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素。 (2)比较图b中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的糖类等有机物,因而生长更快。 (3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究: 实验材料:选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。 实验方法:按图a所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以A组为对照,并保证除遮阴比例外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。 结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。 分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是探究提高作物产量的最适遮阴比例。 解析　(1)分析题图b结果可知,培养10天后,C组叶片叶绿素含量比A组高,原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素,以尽可能地吸收光能。(2)分析题图b可知,B组的玉米植株平均叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6(mg·dm-2),平均净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75(μmol CO2·m-2·s-1),两项数据B组均高于A组,推测B组可能会积累更多的糖类等有机物,因而生长更快。(3)分析题意可知,该实验目的是探究B组条件下是否能提高作物产量。该实验自变量为玉米遮阴程度,因变量为作物产量,可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等,无关变量应保持相同且适宜。若遮阴50%能提高玉米产量的结论成立,则下一步探究的实验思路是探究提高作物产量的最适遮阴比例。 4.(2024·黑吉辽卷,T21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2比值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 在叶绿体中:C5+CO22C3 ① C5+O2C3+C2 ② 在线粒体中:2C2+NAD+C3+CO2+NADH+H+ ③ [注]　C2表示不同种类的二碳化合物,C3也类似。 图1 光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题: (1)反应①是CO2的固定过程。 (2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自光呼吸和呼吸作用(填生理过程)。7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是7~10时,随着光照强度的增加,株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因,导致光呼吸速率降低,光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。据图3中的数据不能(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是总光合速率=净光合速率+呼吸速率,由题图不能得出株系1的呼吸速率。 (4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是相同光照强度和CO2浓度下,与株系2和WT相比,转基因株系1的净光合速率较高,积累有机物较多。 解析　(1)反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3,是CO2的固定过程。(2)有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH,场所分别为细胞质基质和线粒体基质。(3)由题图1可知,光呼吸过程可以产生CO2;结合教材知识可知,有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2,故题图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自光呼吸和有氧呼吸。根据题中信息“我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2”推测,7~10时,株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的,再结合题干信息“光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程”推测,株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因,7~10时,随着光照强度的增加,株系1和2的光呼吸速率降低,净光合速率增强。总光合速率=净光合速率+呼吸速率,根据题图3无法推出株系1的呼吸速率,故据题图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。(4)由题图2和题图3可以看出,在相同光照强度和CO2浓度下,与株系2和WT相比,株系1的净光合速率较高,积累的有机物较多,故选择株系1进行种植,产量可能更具优势。 大题加油站(一)　细胞代谢高频考点与能力培养 高频考点1　光合作用的色素与光合作用的过程 　　该考点在高考试题中每年必考。高考命题主要有两种:一是直接考查光合色素的吸收光谱,色素提取和分离的实验原理、实验步骤和结果;二是考查光反应和暗反应两个阶段的物质变化、能量变化以及场所等基础知识的识记与应用能力。 　 (2023·全国甲卷,T29)(本题共10分,除说明外,每空1分)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题: (1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是差速离心法(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在类囊体的薄膜上,其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。 (2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下该悬浮液中不能产生糖,原因是黑暗条件下不能进行光反应,不能产生暗反应所需要的NADPH和ATP(2分,必须写出无光反应,无NADPH和ATP产生)。 (3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。 答:实验思路:将叶绿体用无水乙醇脱色,用适量碘液处理,观察叶绿体的颜色变化(3分)。预期结果:叶绿体变蓝色,说明叶绿体中有淀粉存在(2分)。 [命题立意]　本题以“叶绿体的分离和叶绿体悬浮液的相关实验”为学科情境,考查学生设计实验方案、预测实验结果、得出结论的过程,体现了对“科学探究”这一核心素养的具体实践。基础知识涉及分离细胞器的方法、色素的分布和功能、光合作用的过程等。 解析　(1)分离各种细胞器常用的方法是差速离心法,即将含各种细胞器的匀浆在不同的转速下进行离心处理,从而将细胞器分离。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上,叶绿体中含有四种色素,其中胡萝卜素和叶黄素属于类胡萝卜素,根据光合色素的吸收光谱分析,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)破坏叶绿体的内膜和外膜,类囊体薄膜上仍可进行光反应,但在黑暗条件下光反应不能进行,没有ATP和NADPH的生成,进而导致C3不能被还原,不能产生糖。(3)叶绿体本身有颜色,会干扰实验现象的观察,应先用无水乙醇将其脱去颜色。可以利用淀粉遇碘变蓝的原理,检测叶绿体中是否有淀粉存在。若用碘液处理后叶绿体变蓝,则说明叶绿体中有淀粉存在。 【解题能力】　(1)信息获取与加工、因果推理 (2)实验探究能力 实验目的:证明叶绿体中有光合作用产物淀粉的存在。 实验原理:叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。淀粉遇碘液变蓝。叶片光照一段时间后,制备叶绿体匀浆,加入碘液,通过观察其颜色的变化来分析叶绿体中是否会产生淀粉。 实验自变量是光的有无,因变量是淀粉是否产生,具体检测的因变量是叶绿体匀浆中是否有蓝色出现。 实验方案: ①将生长状况良好且相同的植物叶片均分为甲、乙两组; ②甲组放置在有光条件下,乙组放置在黑暗环境中,其他条件相同且适宜; ③一段时间后,用差速离心法分别提取甲、乙两组的叶绿体并进行脱色处理,制作成匀浆,分别加入碘液后观察其颜色变化。 预期结果及分析:甲组匀浆出现蓝色,说明有淀粉产生;乙组匀浆无蓝色出现,说明无淀粉产生。 (2024·河北卷,T19)(本题共10分,除说明外,每空1分)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如图、表所示。 覆膜处理 叶绿素含量/ (mg·g-1) 类胡萝卜素含量/ (mg·g-1) 白膜 1.67 0.71 蓝膜 2.20 0.90 绿膜 1.74 0.64 回答下列问题: (1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中蓝光可被位于叶绿体类囊体薄膜上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为糖类和C5。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的紫外光较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。 (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用无水乙醇作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是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,选择红光而不选择蓝紫光,可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响(2分)。 (3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜,减弱了对幼苗的伤害;蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜,有利于藏川杨幼苗进行光合作用;蓝膜覆盖下叶绿素含量和类胡萝卜素的含量均高于白膜和绿膜,可以提高藏川杨幼苗对光能的利用率(2分,1点1分)(答出两点即可)。 [命题立意]　本题以“探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响”为试题情境,考查学生对生物实验现象的理解和解析能力。试题涉及光合色素的吸收光谱、光反应和暗反应的物质变化及联系、色素提取的原理等基础知识。 解析　(1)吸收光能的4种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。暗反应阶段,C3接受ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原,随后,一些接受能量并被还原的C3,在酶的作用下经过一系列反应转化为糖类,另一些接受能量并被还原的C3,经过一系列变化,又形成C5。据题图可知,与覆盖白膜相比,蓝膜和绿膜透过的紫外光较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)绿叶中的光合色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以可用无水乙醇提取绿叶中的光合色素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,为了排除类胡萝卜素的干扰,测定叶绿素含量时,应选择红光而不选择蓝紫光。(3)据题图可知,与白膜和绿膜相比,蓝膜的紫外光透过率较低,蓝光透过率较高,在降低紫外光对幼苗辐射的同时不影响其光合作用;据题表中数据分析,与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖蓝膜的幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,提高了藏川杨幼苗对光能的利用率。 【解题能力】　(1)解读数学模型 　 覆膜处理 叶绿素含量/ (mg·g-1) 类胡萝卜素含量/ (mg·g-1) 白膜 1.67 0.71 蓝膜 2.20 0.90 绿膜 1.74 0.64 (2)信息获取与加工、因果推理 高频考点2　环境因素对光合作用的影响 　　本考点考查学生探究某种环境因素对光合作用强度的影响,分析不同环境因素影响光合作用强度的原因,实现对学生的理解能力、逻辑推理能力、实验探究能力、解决问题能力等多种能力的考查,并帮助学生建立起光合作用在生产生活实践中应用的社会责任。 　 (2024·新课标卷,T31)(本题共12分,除说明外,每空2分)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红光和蓝紫光(1分),原因是光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素,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)光照t时间时,a组CO2浓度大于(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b组,判断依据是再延长光照时长,c和d组氧气的浓度不再增加,说明此时受CO2的影响,光合速率等于呼吸速率,由于温度保持恒定,所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的,a、c两组的光合速率都等于呼吸速率,说明a、c两组的光合速率都相等且都等于呼吸速率,而b组由于光照较弱,消耗的CO2较少,所以t时光合速率仍然大于呼吸速率(3分)。 (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,其幼苗光合速率会升高(填“升高”“降低”或“不变”)。 [命题立意]　本题以“光照强度对某植物幼苗光合速率影响柱状图”为学科情境,考查学生应用生物学知识解释实验现象的能力。 解析　(1)光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜两大类,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,红光和蓝紫光都属于可见光。(2)植物会进行光合作用和呼吸作用,光合作用消耗CO2产生O2,呼吸作用消耗O2产生CO2。分析题图可知,光照t时间时,a组中的O2浓度小于b组,说明b组产生的O2更多,光合速率更大,消耗的CO2更多,即a组CO2浓度大于b组。(3)再延长光照时长,c和d组氧气的浓度不再增加,说明此时受CO2的影响,光合速率等于呼吸速率,由于温度保持恒定,所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的,a、c两组的光合速率都等于呼吸速率,说明a、c两组的光合速率都相等且都等于呼吸速率,而b组由于光照较弱,消耗的CO2较少,所以t时光合速率仍然大于呼吸速率。(4)光照t时间后,c、d组O2浓度相同,即c、d组光合速率不再变化,此时限制d组光合速率的因素是CO2浓度。光照t时间后,将d组密闭装置打开,会增加CO2浓度,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会升高。 【解题能力】　(1)建构和解读数学模型 因变量转换:一段时间(t)后装置内O2浓度-初始O2浓度=一段时间(t)内O2释放量,转换后的数学模型如图: (2)批判性思维与论证 ①质疑:第(3)小问中的“光照t时间时”是什么意思? ②论证:部分学生认为是t时刻,另一部分学生认为是整个t时间内。前者是某时刻的速率,后者则是某时段内的平均速率。 若考虑t时刻,b组因CO2和光照相对充足,光合速率大于呼吸速率;a组因光照不足导致光合速率等于呼吸速率;c、d组O2浓度相同,即c组O2浓度不再增加,说明c组一开始光合速率大于呼吸速率导致密闭装置内的CO2浓度降低,之后c组的光合速率下降至等于呼吸速率,即c组因缺少CO2导致光合速率等于呼吸速率。 若考虑整个t时间内,则相同时间内c组O2浓度最高且光合速率均值最大。 ③判断:结合第(3)小问的表述含义来看,抓住“若延长光照时间,c、d组O2浓度不再增加”这个信息分析,t时刻应该是合理的。a、b、c三组的呼吸速率相同,所以,t时刻b组的光合速率最大。b组消耗的CO2多,b组的CO2浓度小于a组。 (3)信息加工和因果推理 高频考点3　新情境下的光合作用 　　该命题点主要有以下两种:一是当代科学家所做的影响光合作用速率的实验数据表或坐标曲线图,二是大学教材中光呼吸、C4途径和CAM途径等。 (2023·湖南卷,T17)(本题共12分)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L-1(Km越小,酶对底物的亲和力越大),该酶既可催化RuBP与CO2反应,进行卡尔文循环,又可催化RuBP与O2反应,进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所,维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题: (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3⁃磷酸甘油醛(1分)(填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成蔗糖(1分)(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过韧皮部(2分)长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度高于(2分)(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是高光照强度环境下,玉米可以将光合产物及时转移;玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更大;玉米能通过PEPC酶生成C4,使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境,抑制玉米的光呼吸(3分,写出1条得1分)(答出三点即可)。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是酶的活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物质含量的限制;水稻体内光合色素的量有限(3分,写出1点得1分)(答出三点即可)。 [命题立意]　本题以“水稻和玉米的光合作用暗反应(C3途径和C4途径)以及光呼吸”为学科情境,考查学生对“科学探究”这一学科核心素养的实践。 解析　(1)玉米的光合作用过程与水稻相比,虽然CO2的来源过程不同,但卡尔文循环的过程是相同的,结合水稻的卡尔文循环图解,可知玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3⁃磷酸甘油醛。3⁃磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉,在叶绿体外被转化成蔗糖,蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处。(2)干旱、高光照强度时会导致植物气孔关闭,吸收的CO2减少,而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高;玉米能通过PEPC酶生成C4,使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境,抑制玉米的光呼吸;且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度高于水稻。(3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,只是提高了叶绿体中CO2浓度,而植物的光合作用强度受到很多因素的影响,在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化的原因可能是水稻中与光合作用有关的酶的活性达到最大,对CO2的利用率不再提高;受到ATP和NADPH等物质含量的限制;蓝细菌是原核生物,水稻是真核生物,二者的光合作用机制有所不同。 【解题能力】　类题通法:因果搭桥法 1.审题明因果:首先审题,找出起因和结果。“因”是条件的改变,“果”是条件改变引起的最终变化。 2.搭桥构链条:“桥”指条件改变导致最终变化的过程或原理,利用题干信息和教材知识顺序搭桥,完整逻辑链条。 3.规范写答案:从因到果,要小步调、开始于题干最终也要落脚于题干。 第(2)小问 因 桥 果 干旱、高光照强度 ①干旱、高光强→蒸腾作用旺盛,叶肉细胞失水多,植物气孔开放程度减小→胞间CO2减少→玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高→维管束鞘细胞内的CO2浓度高→保证CO2供应、抑制光呼吸→光合作用强度高 ②玉米能将叶绿体内的光合产物通过筛管(韧皮部)及时转移出细胞→防止细胞内有机物积累抑制光合作用→光合作用强度高 玉米的光合作用强度高于水稻 学科网（北京）股份有限公司 $$