2027届高三生物人教版一轮复习导学案第五章 细胞的能量供应和利用

该高中生物学高考复习学案系统覆盖“细胞的能量供应和利用”核心模块，以酶、ATP、细胞呼吸、光合作用为主体，按“概念-特性-过程-应用”逻辑构建知识网络，通过问题链（如酶的发现历程争议）和任务驱动（如实验变量控制分析）引导学生自主梳理，体现考点的系统性与层次性。 亮点在于诊断性例题与探究实践设计，开篇设置典型例题（如酶的专一性实验分析）帮助学生自主诊断薄弱点，实验模块（如酵母菌呼吸方式探究）强调对照原则与变量控制，培养科学思维与探究实践素养。每个知识点配有曲线分析任务（如光合速率影响因素曲线）和易错点提示，助力学生构建个性化知识体系，教师可通过学情精准指导，实现因材施教。

必修一：分子与细胞 第五章 细胞的能量供应和利用 ( 学习笔记 ) 第一节 降低化学反应活化能的酶 一、酶的作用与性质 ( 1. 酶的发现 ) ( 细胞中每时每刻都在 进行的化学反应叫作 细胞代谢。 ) ( 巴斯德之前 ) ( 脲酶能催化尿素分解 为氨和二氧化碳。 ) ( 结论: 发酵是某种物质发挥作用 毕希纳 从酵母细胞中提取到引起发酵的物质一酿酶 萨姆纳 从刀豆种子中提取脲酶, 并证明脲酶是蛋白质 切赫和奥尔特曼 少数 RNA 也有生物催化作用 巴斯德 没有活细胞的参与, 糖类不可能变成酒精。酿酒中的发酵必须依靠酵母菌细胞的存在。 李比希 在酵母菌的细胞死亡并裂解后, 细胞中的某些物质仍能发挥作用, 引起发酵。 发酵是纯化学反应, 与生命活动无关 争论 ) 2. 酶 （ 1 ）概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。 ① 化学本质：绝大多数酶是蛋白质，少部分是 RNA。 ② 来源：活细胞（不考虑哺乳动物成熟的红细胞等）。 ③ 作用场所：细胞内、细胞外、体外。 ( 加热同样可以加快反 应速率，但不能降低反应活化能，而是通 过提供能量的方式实 现。 )④ 合成场所：细胞核（RNA 型）、核糖体（蛋白质型）。 （2）作用：催化作用。 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叫活化能。活化能越低，反应就越易进行，反应速率就越快。 酶的作用机理：降低化学反应所需活化能。 （3）酶只能加快反应速率，不能改变终产量和产物。 1 必修一：分子与细胞 1 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )（4）酶不为化学反应提供活化能，在反应前后性质和数量不变。 （5）与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。例 1. 下列关于酶的叙述，正确的是( ) ( 酶在反应体系中可被 反复利用，在反应前后酶的化学性质、数 量不变。 )A. 酶提供了反应过程所必需的活化能 B. 酶活性的变化与酶所处的环境的改变无关 C. 酶结构的改变可导致其活性部分或全部丧失 D. 酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸 ( 解析： ) 酶降低了化学反应所需活化能，而不是提供活化能，A 错误。温度、 pH 等环境因素通过影响酶的结构而影响其活性，B 错误。酶作为催化剂，与无机催化剂一样，反应前后酶的数量、化学性质不变，D 错误。 答案：C例 2. 下列有关酶的叙述正确的是( ) ① 是由具有分泌功能的细胞产生的 ② 有的从食物中获得，有的在体内转化而来 ③ 凡是活细胞，一般都能产生酶 ④ 酶都是蛋白质 ⑤ 有的酶不是蛋白质 ⑥ 酶在代谢中有多种功能 ⑦ 在新陈代谢和生长发育中起调控作用 ⑧ 酶只是起催化作用 A. ①②⑤ B. ①⑤⑧ C. ③⑤⑧ D. ①③⑤ ( 解析： ) 酶是由活细胞产生的，不能来源于食物，①②错误，③正确（活细胞一般都能产生呼吸酶）。 酶是蛋白质或 RNA，④错误，⑤正确。 酶只有催化一个功能，⑥⑦错误，⑧正确。所以③⑤⑧正确。 ( 酶的高效性体现在： 与无机催化剂相比， 酶降低活化能的作用 更显著。 ) ( 答案： C )二、酶的特性及相关曲线 1. 高效性 酶的催化效力是无机催化剂的 107~1013 倍。 ( 2 ) ( 学习笔记 ) ( t ) ( 产物量 酶 无机催化剂 空白对照 ) ( 曲线 A ：无酶催化曲线 曲线 B ：加入酶的催化曲线 ac ：非酶催化过程的活化能 bc ：酶催化过程的活化能 ) ( A B 终态 P a b c 初态 S 能量 ) 反应过程 2. 专一性 一种酶只能催化一种或一类化学反应（如过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应）。 ( 10 5 O 1 2 3 4 酶 A 酶 B (无酶) 反应物浓度 反应速率 ) （ 1 ）加入酶 B 的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶 B 对此反应无催化作用。 ( 酶的保存：在低温（ 0~ 4 ℃ ) 与最适 pH 值环 境中储存。人的胃蛋 白酶最适 pH 值为 1.5 。 )（2）在一定反应物浓度范围内，加入酶 A 的反应速率随反应浓度的增大明显增加得更快，说明酶 A 对此反应有催化作用。 3. 酶的作用条件较温和 （ 1 ）高温、过酸、过碱会破坏酶的空间结构而使酶永久失活，此过程不可逆，低温会降低酶活性。但由于未破坏酶的空间结构，酶在最适温度附近可恢复活性。 ( 0 最适温度 温度 酶促反应速率 ) ( 0 最适 pH pH 酶促反应速率 ) ( 甲图温度低，酶活性低，但未失活； 温度高，酶空间结构 被破坏，酶变性失活。 ) ( pH=1 pH=3 pH=7 0 最适温度 温度 酶促反应速率 ) 甲 乙 丙 （2）由图可知，在最适宜的温度和 pH 条件下，酶的活性最高，温度和 pH 值偏高或偏低酶活性就会显著降低。 必修一：分子与细胞 3 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 ) ( 人发烧时食欲下降是 因为温度过高使消化 酶活性降低。 )（3）pH 值改变不会使酶的最适温度发生变化；温度改变也不会使酶的最适 pH 发生变化。 （4）一般来说，动物体内的酶最适温度在 35 ~ 40 ℃之间，植物体内的酶最适温度在 40 ~ 45 ℃之间。 ( 底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积影响酶促反 应速率的，并不影响 酶活性。 ) ( v 反应速率 限制因素: 酶的数量 限制因素: 底物浓度 )细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达 70 ℃。特殊的是胃蛋白酶，胃液的 pH 值为 0.9 ~ 1.5，其最适 pH 值为 1.5，而胰蛋白酶最适 pH 值为 7.8 ~ 8.5。 4. 其他曲线 （ 1 ）底物浓度对酶促反应的影响。 （最适温度和 pH 条件下） c底物浓度 v反应速率 ( （ 2 ） 酶浓度对酶促反应的影响。 （设底物浓度无限大，酶促反应速 率与酶浓度成正比） ) ( c 底物浓度 ) ( 5. 酶的活性抑制剂 ) ( 竞争性抑制剂：竞争底物作用位点。 非竞争性抑制剂：抑制剂与酶结合改变原本位点，使酶与底物无 法结合。 例 1. 为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了下面 5 组实验，分别 ) ( 选择一定的试剂进行检测，他应选择的合理实验方案是( ) ) ( 竞争性抑制剂的作用 是可逆的，只要底物 的浓度高于抑制剂的 浓度，那么活性部位 就不易被抑制剂所占 据，底物可照常发生 反应。 ) 组别 ① ② ③ ④ ⑤ 酶 蛋白酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶 反应物 蛋白质 淀粉 蛋白质 淀粉 麦芽糖 A. ①和③对比，用双缩脲试剂检测 B. ②和④对比，用碘液检测 C. ④和⑤对比，用斐林试剂检测 ( 对某一变量的探究，要 排除无关变量的干扰。 )D. ③和④对比，用斐林试剂检测 ( 解析： ) A. 蛋白酶本身是蛋白质，遇双缩脲试剂呈现紫色，不能判断蛋白质是否分解。 B. 用碘液检测颜色反应不同，可鉴别。 4 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 ) ( 碘液 + 淀粉→蓝色还原糖 + 斐林试剂 ___ __ 50 __ ℃ 水 ~ __→ 砖红 色沉淀 )C. 淀粉在淀粉酶作用下水解为麦芽糖，麦芽糖为还原糖，用斐林试剂不能判断。 D. 蛋白质及其水解产物均不能与斐林试剂反应。 答案：B ( 37 ℃ 33 ℃ 35 ℃ 30 ℃ pH 酶促反应速率 0 8 )例 2. 某同学研究温度和 pH 值对某酶促反应速率的影响，得到如图所示的曲线，据图分析，下列说法正确的是( ) A. 该酶促反应的最适温度为 35 ℃左右，最适 pH 为 8 B. 当 pH 为 8 时，影响反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度 C. 随 pH 升高，该酶促反应的最适温度也逐渐升高 D. 当 pH 为任何一固定值时，实验结果都可以证明温度对反应速率的影响 解析： A. 由图中曲线分析，该酶最适温度为 35 ℃左右，最适pH 为 8，A 正确。 B. pH 为 8 时，图中没有体现底物浓度和酶浓度对反应速率的影响，B错误。 C. 酶催化反应的最适温度不会随 pH 的升高而发生变化，C 错误。 D. pH 过酸或过碱时，酶已永久失活，无法证明，所以不能在此 pH 下得出结论。 答案：A 三、实验设计及分析 1. 方法：控制变量 （ 1 ）变量。 ① 自变量：人为改变的对实验对象进行处理的变量。 ② 因变量：随自变量变化而变化的变量。 ③ 无关变量：除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，会对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。 （2）五大原则。 必修一：分子与细胞 5 学科网（北京）股份有限公司 ( 使实验数据更可靠的两 种方法 ) ( 学习笔记 )① 单一变量原则：无关变量相同且适宜。 ( 实验中的无关变量很 多，必须严格控制无 关变量才能使实验具有说服力，进行对照实验的设计是种有效 方法。 )② 平行重复原则：设置多组平行重复实验。 避免偶然因素对实验结果的影响 ③ 对照性原则： 空白对照：对照组和实验组 对比实验（相互对照）：多个实验组，无对照组 （如本节探究酶的最适 pH 时的多组实验） 自身前后对照：一个实验组前后对比 条件对照 （如探究 DNA 是否为遗传物质的实验中，在 S 型菌 DNA中加入 DNA 酶） ④ 科学性原则。 ⑤ 可行性原则。 ( 需要特别注意温度对实验结果的影响，因 为 H 2 O 2 受热也会分解。 )2. 实验一：比较 H2 O2 在不同条件下的分解 （ 1 ）实验原理： ① H2 O2 在水浴加热中分解为 H2 O 和 O2。 ② FeCl3 溶液中的 Fe3+ 和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶均可作催化剂，加速 H2 O2 的分解。 ( 实验组 ) ( 对照组 ) ( 2 中出现的气泡是 H 2 O 2 受热分解产生的氧气。 )（2）过程和现象： 试管编号 试剂 处理 现象 1 2 mL H2 O2 溶液 常温 几乎无气泡产生 2 2 mL H2 O2 溶液 90 ℃水浴加热 有较少气泡 3 2 mL H2 O2 溶液 3.5% FeCl3 溶液 2 滴 有较多气泡 4 2 mL H2 O2 溶液 新鲜肝脏研磨液 2 滴 有大量气泡 （3）分析： 1 、3 对照说明 Fe3+ 具有催化作用（无机催化剂）。 ( 酶的高效性要与无机 催化剂对比才能体现。 )1 、4 对照说明酶具有催化作用。 3 、4 对照说明酶具有高效性。 （4）本实验为对照实验，遵循单一变量原则。 3. 实验二：酶的专一性实验探究 实验思路： 6 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 ) ( 不能选用碘液来检验， 因为碘液无法检测蔗 糖是否被分解。 ) 不同底物相同酶 相同底物不同酶 自变量 底物种类 酶的种类 因变量 底物是否水解 底物是否水解 举例 对照组加淀粉和淀粉酶实验组加蔗糖和淀粉酶检验：斐林试剂 对照组加淀粉和蔗糖酶实验组加淀粉和淀粉酶检验：碘液或斐林试剂 4. 实验三：探究温度对酶活性的影响 （ 1 ）实验原理： ① 淀粉在淀粉酶催化下会水解为麦芽糖，淀粉遇碘变蓝，而麦芽糖遇碘不变蓝。 ② 温度能影响酶活性，进而影响淀粉水解速率（酶促反应速率）。 （2）探究思路： ( 若先混合，则二者可 能在达到预设温度前 就发生反应。 )底物和酶分别同温处理。 (避免底物和酶混合时影响混合物温度,从而影响酶活性) ( 混合后在原温 保温相同时间 度下 检验混合 ) ( 加入碘液 液中是否 ) ( 出现蓝色 ) 淀粉T1温度 + 淀粉酶T1温度 淀粉T2温度 + 淀粉酶T2温度 淀粉Tn温度 + 淀粉酶Tn温度 (酶溶液和反应物混合前,需 要把两者先分别放在各自所需 温度下保温一段时间) （3）分析： 自变量为温度，因变量为淀粉酶水解活性（通过淀粉水解速率来反映）。 5. 实验四：探究 pH 对酶活性的影响 （ 1 ）实验原理： ( 若先混合，则二者可 能在达到预设 pH 前 就发生反应。 )② pH 能影响酶活性，进而影响氧气生成速率，可用带火星的卫生香的燃烧情况来检验氧气生成速率（即酶促反应速率）。 （2）探究思路： 底物和酶先分别用缓冲液（如清水、NaOH 、HCl）处理。 必修一：分子与细胞 7 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 ) ( 混合后 反应时间相同 检验 O 2 生成速率 ) 酶液pH1 + H2O2溶液pH1 酶液pH2 + H2O2溶液pH2 酶液pH3 + H2O2溶液pH3 （3）分析： 自变量为pH，因变量为过氧化氢酶活性（通过检验 O2 产生速率来反映）。 ( 50°C 60°C 70°C 40°C 反应速率 )例 1. 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，所下列有关叙述错误的是( ) ) A. 该酶可耐受一定的高温 ( t 1 时间 )B. 在 t1 时，该酶催化反应速率随温度升高而增大 C. 不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同 D. 相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率不同 ( 解析： ) 据图分析可知，在题图实验温度范围内， 50 C 时酶的活性最高，其次是 60 C 时，在 40 C 时酶促反应速率随时间延长而增大。据图可知，该酶在70 C 条件下仍具有一定的活性，故该酶可以耐受一定的高温，A 正确；在t1 时，各温度下反应速率的大小关系为 40 C<50 C<60 C<70 C ，即酶促反应速率随温度升高而增大，B 正确；在不同温度下，该酶达到最大催化反应速率（曲线变平缓）时所需时间不同， C 正确；相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率可能相同，如达到最大催化反应速率之后，不同反应时间的反应速率相同，D 错误。 答案：D 例 2. 若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作合理的是( ) A. 加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量 B. 加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 C. 加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测 8 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )产物的量 D. 加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 ( 解析： ) 缓冲液应在底物与酶混合之前加入，以保持底物和酶的活性一直相对稳定；反应时间的测定在底物与酶混合后开始。 答案：C例 3. 下列有关酶的实验叙述正确的是( ) A. 斯帕兰扎尼将肉块放入金属笼内，然后让鹰吞下去，一段时间后，笼内肉块消失了，这个实验说明了胃具有物理性消化的作用 B. 在“比较过氧化氢酶和 Fe3+ 的催化效率”实验中，可先用滴管滴加氯化铁溶液，再用此滴管滴加肝脏研磨液，不影响实验结果 C. 在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”实验中，可通过检测是否有还原糖产生来说明酶的作用具有专一性 D. 在“探究温度对酶活性的影响”实验中，关键步骤是先将淀粉液在不同温度条件下保温 5 分钟，然后分别向其中加入等量的淀粉酶液 ( 解析： ) ( 应用两个不同的滴管 分别滴加 FeCl 3 溶液和 新鲜肝脏研磨液。如 果采用一个滴管，会 导致实验不遵循单一 变量原则。 )A. 斯帕兰扎尼将肉块放入金属笼内，然后让鹰吞下去，一段时间后，笼内肉块消失了，这个实验说明了胃具有化学性消化的作用，A 错误。 B. 在“比较过氧化氢酶和 Fe3+ 的催化效率”实验中，若先用滴管滴加氯化铁溶液，再用此滴管滴加肝脏研磨液，会影响实验结果，B 错误。 C. 淀粉在淀粉酶的作用下可产生还原糖，而蔗糖不是还原糖，故在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”实验中，可通过检测是否有还原糖产生来说明酶的作用具有专一性，C 正确。 D. 在“探究温度对酶活性的影响”实验中，关键步骤是先将淀粉液和酶溶液在不同温度条件下各自保温 5 分钟，然后将相同保温温度下的酶溶液和淀粉溶液混合，D 错误。 答案：C 必修一：分子与细胞 9 学科网（北京）股份有限公司 第二节 细胞的能量“货币”ATP ( 学习笔记 ) 一、ATP 的结构 1. 名称：腺苷三磷酸 2. 组成元素：C 、H 、O、N 、P ( 腺苷由腺嘌呤和核糖组成。腺苷一磷酸又 名腺嘌呤核糖核苷酸， 是组成 RNA 的基本单 位之一。 )L-与核酸、磷脂及生物膜组成元素相同 ( 3. 结构 ) ( 不能将 ATP 与能量划等 号， ATP 不是能量，而 是储存着能量的物质。 ) ( A 腺苷 P ~ P ~ P 特殊化学键 P ~ P ~ P 核糖 腺苷一磷酸 AMP 腺苷二磷酸 ADP 腺苷三磷酸 ATP A 腺嘌呤 腺苷 腺嘌呤 核糖 磷酸基团 ) • 一个 ATP 中含两个特殊化学键，ATP 分子中大量的能量就储存在特殊化学键中。 • ATP 分子中远离 A 的特殊化学键不稳定，易水解也易重新形成。 辨析不同的“A”（勿混） A C G T T G C A 腺嘌呤脱氧核苷酸 ① 腺嘌呤 A ( 腺嘌呤核糖核苷酸 )② 腺嘌呤核糖核苷酸U G A C ( A _ P~P ~ P ④ )③ ③和④相同 10 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )P 二、ATP 与 ADP 间的相互转换 1. ATP 的形成 ( ATP 合成酶 )ADP + Pi +能量 酶1→ ATP （ 1 ）能量去向：储存在特殊化学键中，转变为 ATP 中活跃的化学能。 呼吸作用→利用有机物中稳定的化学能 （2）能量来源 光合作用→利用光能 ( （ 3 ） 场所 )植物—叶绿体、线粒体、细胞质基质 动物—线粒体、细胞质基质 （4）放能反应与 ATP 的合成相联系。 2. ATP 的水解 ( 光合作用中光反应产 生的 ATP 主要供给暗 反应。 )ATP 能量 (解酶) （ 1 ）能量去向： 叶绿体中—用于暗反应 细胞呼吸—用于各项生命活动 （2）能量来源：ATP 中远离 A 的特殊化学键中储存的能量。 ( ATP 不是唯一的高能磷 酸化合物， GTP 、 CTP 等也是高能磷酸化合 物。 )（3）场所：多种场所（如细胞膜、叶绿体基质）。 （4）吸能反应与 ATP 水解相联系。 （5）实质：远离 A 的特殊化学键水解。ATP 是一种高能磷酸化合物， 水解释放的能量高达 30.54 kJ/mol。由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而 相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开 ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。 3. ATP 与 ADP 的相互转化 ( 两个反应并非可逆反 应，因为反应发生的 条件不同。 ) ATP ( 水解 酶 Pi ) ( 酶 )Pi 合成 能量 ADP · 能量 吸能反应 放能反应 必修一：分子与细胞 11 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 ) ( 易错：人体紧张及剧 烈运动时， ATP 与 ADP 产生速率都加快，但仍处于动态平衡，所以不 会产生大量 ADP 。 )（ 1 ）ATP 在生物体内的含量很低，但含量相对稳定（特殊化学键不稳定）。 -一（2）ATP 与 ADP 在细胞内时刻不停地转化，这种转化处于动态平衡。 （3）能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，因此可以形象地把 ATP 比喻为细胞内流通的能量“货币”。 （4）ATP 与 ADP 相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的。这体现了生物界的统一性。 三、ATP 的功能 （ 1 ）功能：ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 （2）病毒无 ATP → ATP 并不在所有生物体内存在。 （3）ATP 不是生物体内唯一 的直接能源物质，还有 UTP、CTP、 dATP、dCTP 等。 ATP 与 dATP ( 2 号碳上 H 原子代替 了 — OH 。 ) ( P ~ P ~ P 特殊化学键 P ~ P ~ P 特殊化学键 A 腺苷 (A) A T A G C ATP (脱氧核糖) ) dATP 例 1. 下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是( ) A. 由 1 个脱氧核糖、 1 个腺嘌呤和 3 个磷酸基团组成 B. 分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键（特殊化学键） C. 在水解酶的作用下不断地合成和水解 D. 是细胞中吸能反应和放能反应的纽带 ( 解析： ) 一分子腺苷三磷酸（ATP ）由 1 个核糖、1 个腺嘌呤和 3 个磷酸基团组 成，A 错误；ATP 分子中与磷酸基团相连接的化学键有 1 个普通磷酸键和 2个高能磷酸键（特殊化学键）， B 错误；水解酶只参与 ATP 的水解，C 错误。答案：D 12 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )例 2. ATP 是细胞的能量“通货”，关于 ATP 的叙述错误的是( ) A. 含有 C 、H 、O 、N 、P B. 必须在有氧条件下合成 C. 胞内合成需要酶的催化 D. 可直接为细胞提供能量 ( 解析： ) ATP 合成所需的能量主要来自细胞呼吸和光合作用，无氧呼吸也能产生 ATP ，B 错误。 ( 1. 参与 Ca 2 + 主动运输 的载体蛋白是一种能 催化 ATP 水解的酶。 2. ATP 分子的末端磷 酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过 程伴随着能量的转化。 )答案：B 四、ATP 的利用 ( Ca 2+ 载体蛋白空间结构发生变化, 将 Ca 2+ 释放到膜外 ATP 是细胞内流 通的能量“货币” 细胞内的吸能反应 ATP 的利用 ATP 的合成 细胞内的放能反应 膜内 Ca 2+ 与膜上 Ca 2+ 载体 蛋白相应位点结合, 载体蛋白的酶活性被激活 ATP 被水解, Ca 2+ 载体蛋白磷酸化 ) 例： 磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下，将自身的磷酸基团转移给 ADP 分子，合成 ATP，有助于维持细胞内 ATP 含量稳定。研究人员对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组（肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理）肌肉收缩前后 ATP 和 ADP的含量（单位为 10–6 mol . g –1 ），结果如表所示。下列有关叙述，错误的是( ) 物质种类 对照组 实验组 收缩前 收缩后 收缩前 收缩后 ATP 1.30 1.30 1.30 0.75 ADP 0.60 0.60 0.60 0.95 A. 肌酸激酶阻断剂的作用机理可能是改变了肌酸激酶的空间结构 B. 肌酸激酶存在于肌肉细胞等多种细胞内，说明其不具有专一性 C. 上述 ATP 的合成反应中伴随着磷酸基团的转移和能量的转化 必修一：分子与细胞 13 学科网（北京）股份有限公司 D. 实验组中数据表明，部分 ATP 水解可能生成了 AMP 而不是 ADP ( 解析： ) ( 学习笔记 ) 酶发挥作用需要其特定的空间结构，肌酸激酶阻断剂可能是改变了肌酸激酶的空间结构而使其无法发挥作用，A 正确；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，B 错误；在肌酸激酶催化的 ATP 合成反应中，磷酸基团转移的同时，能量也转移至 ATP 中，C 正确；实验组中，肌肉收缩前后 ATP 的减少量为 1.30 – 0.75 = 0.55 ，而 ADP 的增加量为0.95 – 0.60 = 0.35 ，这说明 ATP 水解生成物可能还有 AMP ，D 正确。 答案：B 14 学科网（北京）股份有限公司 第三节 细胞呼吸的原理和应用 ( 学习笔记 ) ( 细胞呼吸与呼吸不同： 呼吸是指机体与外界环境之间进行气体交 换的过程。 ) ( 一、细胞呼吸 （一）概念 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成 CO 2 或其 他产物，释放出能量并生成 ATP 的过程。 )1. 有氧呼吸 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 CO2 和水，释放能量，生成大量 ATP 的过程。 2. 无氧呼吸 活细胞无氧参与，通过酶的催化作用，将葡萄糖等有机物分解为酒精和 CO2 或乳酸等物质，同时释放少量能量的过程。 （二）具体过程 ( 细胞呼吸是氧化分解有机物，不一定是分 解葡萄糖。 以脂肪为底物时，消 耗 O 2 的量 > 产生 CO 2 的量。 以葡萄糖为底物时， 消耗 O 2 的量 = 产生 CO 2 的量。 )1. 有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解及分析 ( 热能 ADP+Pi ATP 能量 4[H] 酶酶 2C 3 H 6 O 3 2C 2 H 5 OH+2CO 2 有氧呼吸第三阶段 有氧呼吸第二阶段 崤: 增大膜表面积, 提供更多的酶附着位点 2C 3 H 4 O 3 酶 20[H] 6CO 2 热能 ATP ADP+Pi 12H 2 O 酶 (丙酮酸) 有 氧 灬 无 氧 呼 吸 第 阶 段 6H 2 O 能量 无氧呼吸 第二阶段 场所: 细胞质基质 热能 ATP C 6 H 12 O 6 无 O 2 ADP+Pi 能量 6O 2 ) 线粒体内膜:其上含有呼吸作用所需要的酶 必修一：分子与细胞 15 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )2. 有氧呼吸 （ 1 ）有氧呼吸的三阶段。 16 学科网（北京）股份有限公司 ( [H] ： NADH ，还原型 辅酶 I 。 组成元素： C 、 H 、 O 、 N 、 P 。 ) ( 葡萄糖不进入线粒体， 在细胞质基质中被分 解为丙酮酸和 [H] ，在 有氧条件下，丙酮酸 才能进入线粒体与氧 气反应生成 CO 2 和水。 ) ( 有氧呼吸过程中产生 的水和反应物中的水其来源和去向不同，所以不是同一分子的 水，不能约掉。 ) 第一阶段 第二阶段 第三阶段 场所：细胞质基质 能量：有机物中稳定的化学能→热能 +ATP 中活跃的化学能（产生少量能量） 反应式： C6H12O6 一→ 2C3H4O3 + 4[H]+ 少量能量 ( 丙酮酸 )场所：线粒体基质 能量：有机物中稳定的化学能→热能 +ATP 中活跃的化学能（产生少量能量） 反应式：2C3H4O3 + 6H2O + 6CO2 + 少量能量 场所：线粒体内膜 能量：有机物中稳定的化学能→热能 +ATP 中活跃的化学能（产生大量能量） 反应式： 24 [H]+ 6O2 一→ 12H2O +大量能量 （2）有氧呼吸总反应式（标出氧元素的来源与去向）： C6 H12O6 +6H2 O+6O2 -酶-→ 12H2 O+6CO2 +能量 ① 注意氧元素的不同转移（可以利用同位素标记法确定）。 ② 三个阶段释放的能量均大部分以热能形式散失，少部分转化为 ATP中活跃的化学能。 ③ 以 18O2 为例，标记相应反应进程。 18 O2 →H2 (1)8 O→C 18 O2 →(CH2 (1)8O)（ CH2 (1)8O 代表有 机物） ④ 在细胞内，1 mol 葡萄糖彻底分解后，释放出 2870 kJ 的能量，其中977.28 kJ 左右的能量储存在 ATP 中，其余的能量则以热能形式散失掉了。 ⑤ 原核生物无线粒体，但有些原核生物可有氧呼吸，如蓝细菌、硝化细菌等，因为其中含有与有氧呼吸有关的酶。 ( 学习笔记 )3. 无氧呼吸 ( 无氧呼吸第一阶段与 有氧呼吸第一阶段完 全相同。 )（ 1 ）无氧呼吸的两个阶段。 必修一：分子与细胞 17 学科网（北京）股份有限公司 第一阶段 第二阶段 场所：细胞质基质 能量：有机物中稳定的化学能→热能 +ATP 中活跃的化学能 方程式： C6H12O6 一→ 2C3H4O3 + 4[H]+ 少量能量 场所：细胞质基质 能量：无能量的释放 方程式：① 2C3H4 O3 + 4C2 H5OH + 2CO2（酒精式） 如大多数植物、酵母菌、苹果果实 ② 2C3H4O3 + 4[H]一→ 2C3H6O3 （乳酸式） 如动物、乳酸菌、甜菜块根、马铃薯块茎、玉米胚 （2）无氧呼吸总反应式。 酒精式： C6H12O6 一→ 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 少量能量 乳酸式： C6H12OC3H6O3（乳酸）+ 少量能量 ① 第一阶段产生的能量大部分储存在不彻底氧化分解的产物中，少部分以热能形式散失，更少部分转化为 ATP 中活跃的化学能。 无论产生酒精还是乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放少量能量，产生少量 ATP。 ② 区别有氧呼吸的“彻底氧化分解”和无氧呼吸的“不彻底氧化分解”。 a. 有氧呼吸的彻底氧化分解是指葡萄糖等有机物被完全分解为无机物（CO2 和 H2O）。葡萄糖中的能量完全释放，大部分以热能形式散失，剩下的储存在 ATP 中。 b. 无氧呼吸的不彻底氧化分解是指葡萄糖等有机物被分解为无机物和有机物（C2H5OH 或 C3H6O3 ），葡萄糖中的能量少部分释放出来，大部分则储存于 C2H5OH 或 C3H6O3 中。这少部分释放的能量中大部分以热能形式散失，小部分储存于 ATP 中。 ③ 乳酸式的无氧呼吸不消耗也不生成气体。 ( 学习笔记 )④ 1 mol 葡萄糖在分解成乳酸以后，只放出 196.65 kJ 的能量，其中只有 61.08 kJ 的能量储存在 ATP 中，近 69% 的能量以热能形式散失了。 （三）发酵 发酵是指酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸，根据产物不同又可分为酒精发酵和乳酸发酵。 ( 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。 ) ( 无氧呼吸产物不同， 直接原因是相关酶不 同，根本原因是控制酶合成的基因不同。 )二、有氧呼吸和无氧呼吸的比较 类型 有氧呼吸 无氧呼吸 对 O2 要求 第一、第二阶段不耗氧，第三阶段有氧气参与反应（必须有 O2 参与） 无 O2 的参与 场所 细胞质基质(Ⅰ) 线粒体基质(Ⅱ)线粒体内膜(Ⅲ) 全程均在细胞质基质 产物 CO2 、H2O 乳酸（或酒精 + CO2） ATP 来源 三个阶段均产生 只有第一阶段产生 去路 供给各项生命和丙酮酸活动（除光合作用暗反应外） [H] 来源 葡萄糖和水 葡萄糖 去路 与 O2 结合生成 H2O 还原丙酮酸 分解有机物 彻底 不彻底 对酶要求 均需要多种酶参与，但酶种类不尽相同（有氧、无氧第一阶段酶相同） 联系与总结 ① 第一阶段完全相同 ② 真核生物细胞内若无线粒体，只能进行无氧呼吸（蛔虫、哺乳动物成熟红细胞）；原核生物细胞内若无线粒体，仍可进行有氧呼吸，只需具备相应酶（硝化细菌） 实质 分解有机物，释放能量，合成 ATP 意义 ① 为生物体的各项生命活动提供能量 ② 是生物体代谢的枢纽 ③ 维持恒温动物的体温 例 1. 下列关于细胞代谢的叙述正确的是( ) A. 光照下，叶肉细胞中的 ATP 均源于光能的直接转化 18 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )B. 供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇 C. 蓝细菌没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生 ATP D. 供氧充足时，真核生物在线粒体外膜上氧化 [H]产生大量 ATP ( 解析： ) 光照下的叶肉细胞既可进行光合作用，也可进行呼吸作用，两过程都产生 ATP，光合作用产生的 ATP 来源于光能的直接转化，呼吸作用产生的ATP 来源于有机物中的化学能，A 错误；供氧不足时，酵母菌可在细胞质基质中进行无氧呼吸，将丙酮酸转化为乙醇和 CO2 ，B 正确；蓝细菌为原核生物，无线粒体，但其细胞内含有与有氧呼吸相关的酶，可以进行有氧呼吸，C 错误；供氧充足时，真核细胞在线粒体内膜上氧化[H]产生大量ATP ，D 错误。 答案：B 例 2. 下图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理活动，a~e 表示物 质，① ~ ④表示过程，下列有关叙述正确的是( ) ( 小麦种子萌发早期主要是休眠期，播入土 壤后由于缺乏氧气， 就会进行无氧呼吸。 ) ( d 能量 酶 ① c H 2 O 酶 酶 c a 酶 ② ④ e+b b H 2 O 葡萄糖 能量 ③ ) A. 催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中 B. 图中物质 c 为 [H]，它只在有氧呼吸过程中产生 C. 图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中 e 为 ATP D. ①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质 a 、d 分别是丙酮酸和 O2。 ( 解析： ) 据图分析可知，①②过程为无氧呼吸，①④③过程为有氧呼吸，a 、b 、 c 、d、e 分别表示丙酮酸、CO2 、[H] 、O2 、酒精；催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质和线粒体基质中；无氧呼吸的第一阶段也产生 [H]。 答案：D 必修一：分子与细胞 19 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )三、判断细胞呼吸方式的依据 根据吸收 O2 与产生 CO2 的比例关系判断呼吸方式 （ 1 ）以葡萄糖为底物的细胞呼吸中各物质的比例关系。 ① 有氧呼吸：葡萄糖∶O2 ∶CO2 =1 ∶6 ∶6。 ② 无氧呼吸：葡萄糖∶CO2 ∶酒精 =1 ∶2 ∶2 或葡萄糖∶乳酸 =1 ∶2。 ③ 消耗等量葡萄糖：有氧呼吸产生的 CO2 ∶无氧呼吸产生的 CO2 = 3 ∶ 1。 ( 脂肪相比于糖类，所 含元素 C 、 H 更多， O 更 少，因而在耗氧量相 同的情况下，呼吸作 用分解脂肪时产生的 CO 2 少。 )（2）判断： ① V (O2) = 0 ，V (CO2) = 0 → 乳酸式的无氧呼吸。 ② V (O2) = 0 ，V (CO2) > 0 → 酒精式的无氧呼吸。 ③ V (O2) = V (CO2) > 0 → 有氧呼吸或有氧呼吸 + 乳酸式的无氧呼吸。 -— ④ V (O2) > V (CO2) → 底物可能存在脂肪等非糖物质。 ⑤ V (CO2) > V (O2) > 0 → 有氧呼吸 + 酒精式的无氧呼吸。 例 1. 种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是( ) A. 若产生的 CO2 与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸 B. 若细胞只进行有氧呼吸，则吸收 O2 的分子数与释放 CO2 的相等 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. 若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收 O2 的分子数比释放 CO2 的多解析： 无氧呼吸分解 1 mol 葡萄糖可产生 2 mol CO2 、2 mol 乙醇，A 正确。有氧呼吸分解 1 mol 葡萄糖，需消耗 6 mol 氧气，产生 6 mol CO2 ，B 正确。若细胞只进行以乳酸为产物的无氧呼吸，则无 CO2 产生，C 正确。若细胞同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸，则吸收的 O2 量与释放的 CO2 量相等；若细胞同时进行有氧呼吸和产酒精（和 CO2 ）的无氧呼吸，则吸收的O2 量比释放的 CO2 量少，D 错误。 答案：D 20 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )例 2. 将一些苹果储藏在密闭容器中，放置较长时间后会闻到酒香，在不同浓度 O2 环境中其 O2 消耗量和 CO2 产生量如下表所示（假设呼吸底物均为葡萄糖），则下列叙述错误的是( ) 氧浓度 a b c d e CO2 产生量（mol/min） 1.2 1.0 1.3 1.6 3.0 O2 消耗量（mol/min） 0 0.5 0.7 1.2 3.0 A. 氧气浓度为 a 时，苹果的细胞呼吸只在细胞质基质中进行 B. 氧气浓度为 c 时，苹果产生的 C2H5OH 量为 0.3 mol/min C. 氧气浓度为 d 时，消耗的葡萄糖中有部分用于酒精发酵 D. 氧气浓度为 b 时，较适宜苹果的储藏 ( 解析： ) A. 氧气浓度为 a 时，只进行无氧呼吸，场所均在细胞质基质，正确。 B. 氧气浓度为 c 时，产生于无氧呼吸的 CO2 为 1.3 _ 0.7 = 0.6 mol/ min，由方程式“ C6H12O6 一酶一→ 2C2H5OH + 2CO2 + 能量”可知产生C2 H5OH的量为 0.6 mol/min，错误。 C. 氧气浓度为 d 时，有氧呼吸中消耗氧气 1.2 mol/min 时，消耗葡萄糖为 1.2÷6 = 0.2 mol/min（比例为 6 ∶ 1 ）；无氧呼吸产生的 CO2 为 1.6 – 1.2 = 0.4 mol/min，消耗葡萄糖为 0.4÷2 = 0.2 mol/min（比例为 2 ∶ 1 ），消耗的葡萄糖有部分用于酒精发酵，正确。 D. 氧气浓度为 b 时，有氧呼吸与无氧呼吸并存，但相比之下总的 CO2产生量最少，较适于苹果的储藏，正确。 答案：B ( 本实验属于对比实验， 即设置两个或两个以 上的实验组，通过对 实验的比较分析来探究某种因素与实验对 象的关系。 ) ( 四、相关实验 ) ( 1. “探究酵母菌的呼吸作用方式”的实验 （ 1 ） 实验原理。 )① 酵母菌是一种异养兼性厌氧真菌，在进行有氧呼吸时产生大量的CO2 和水，在进行无氧呼吸时能产生酒精和 CO2 ，便于研究细胞呼吸的不同方式。 必修一：分子与细胞 21 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )② CO2 的检测。 ( CO 2 检测时可由变色 时间的长短判断 CO 2 的多少。 )CO2 使澄清石灰水变浑浊 CO2 使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄 ③ 酒精的检测：在酸性条件下，重铬酸钾溶液遇酒精由橙色变为灰绿色。 （2）实验步骤。 ( 学科联系：酸性重铬 酸钾溶液配置时要用硫酸酸化而不能用盐 酸，因为盐酸会与重 铬酸钾发生氧化还原 反应。 )葡萄糖溶液先煮沸灭菌，再冷却至室温。 ( 接橡皮球 (或气泵) A B C D E 装置甲 装置乙 质量分数 为 10% 的 NaOH 溶液 澄清的 石灰水 澄清的 石灰水 酵母菌 培养液 酵母菌 培养液 ) 装置甲→ 酵母菌有氧呼吸 ① A 瓶作用：除去空气中混有的 CO2，排除对实验结果的干扰。 ② 持续通入空气，可保证 O2 的充足供应，并除去 C 瓶中原有的 CO2，如此便保证了 C 瓶澄清石灰水的浑浊只由酵母菌呼吸产生的 CO2 导致。 ( 由于葡萄糖也能与酸 性重酪酸钾反应发生 颜色变化，因此应将 酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中 的葡萄糖。 )③ 若 AB 间添加一个 C 装置可检验 A 对 CO2 的吸收是否完全。装置乙→ 酵母菌无氧呼吸 ① D 瓶放入酵母菌培养液后，待酵母菌将 D 瓶中的氧气消耗完以后，确保使澄清石灰水变浑浊的 CO2 是由酵母菌无氧呼吸产生的。 ② 从 D 瓶中取液体来检验酒精的产生。 （3）实验现象。 ① 有氧和无氧条件下澄清石灰水均变混浊，相比之下有氧条件下更混浊。 ② 有氧条件下酸性重铬酸钾溶液未变为灰绿色，无氧条件下变为灰绿色。 ( 酵母菌的呼吸方式通 过 CO 2 生成量和酒精 是否产生体现。 )（4）变量分析。 自变量：有无 O2。 因变量：酵母菌的呼吸方式。 无关变量：温度、pH、酵母菌的量、各检测试剂的量（浓度 + 体积）。 22 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )（5）实验结论。 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸，在有氧条件下产生的CO2 更快更多，在无氧条件下产生的 CO2 更慢更少，还能产生酒精。 例： 从图 中选取装置，用于探究酵母菌细胞呼吸方式，正确的组合是 ( ) ( 酵母菌培养液 ① ) ( 酵母菌培养液 ② ) ( 澄清的石灰水 ③ ) ( 抽真空 ) ( 酵母菌培养液 ④ ) 酵母菌培养液⑤ 酵母菌培养液⑥ 质量分数为10%的NaOH溶液 ⑧ 澄清的石灰水⑦ 注：箭头表示气流方向 A. ⑤→⑧→⑦和⑥→③ B. ⑧→①→③和②→③ C. ⑤→⑧→③和④→⑦ D. ⑧→⑤→③和⑥→⑦解析： ( 细胞呼吸速率常用单位 时间内 CO 2 释放量或 O 2 吸收量来表示。 )探究酵母菌细胞能进行有氧呼吸时（有 CO2 生成），为防止空气中的CO2 影响实验结果，空气通往酵母菌培养液前需先通过 NaOH 溶液，以除去其中的 CO2 ，将该气体通入酵母菌培养液，再用澄清石灰水对酵母菌培养液中的 CO2 产生情况进行检测，酵母菌培养液中的通气管应“长进短出”；探究酵母菌细胞能进行无氧呼吸时（也有 CO2 生成），将醇母菌培养液直接与澄清石灰水相连，可用装置②设置无氧条件（装置②应封口放置一段时间，使酵母菌消耗尽瓶中的 O2 ；⑥中培养液过多，易溢出，排除），再与③相连，检测 CO2 产生情况，B 正确。 答案：B 2. 细胞呼吸方式的判定及实验探究 （ 1 ）实验装置。 必修一：分子与细胞 23 学科网（北京）股份有限公司 ( 右移说明存在无氧 呼吸 (酒精) , 不确 定是否存在有氧呼吸 活塞着色液 刻度管 容器 橡皮塞 ) ( 学习笔记 ) ( 发芽 蒸馏水 5 mL 种子 ) ( 活塞着色液 左移说明存在有氧 呼吸, 不确定是否 存在无氧呼吸 液滴的移动 量代表氧气 的消耗量 20% 的 NaOH 溶液 5 mL 发芽种子 刻度管 橡皮塞 容器 ) ( 装置一 ) ( 吸收 CO 2 , )装置二 也可用KOH代替 （2）实验原理：试管内气体增多，液滴右移；试管内气体减少，液滴左移。 CO2 能被 NaOH / KOH 吸收。 （3）实验结果及相关结论。 装置一 装置二 呼吸方式 实验现象 不动 右移 产生酒精的无氧呼吸 不动 不动 产生乳酸的无氧呼吸 左移 不动 有氧呼吸+ 产生乳酸的无氧呼吸（或只进行有氧呼吸） 左移 右移 有氧呼吸 + 产生酒精的无氧呼吸 左移 左移 分解的是脂肪等非糖物质（如为油料种子） （4）实验误差及矫正。 ( 煮熟的种子已经被灭 活，不能进行呼吸作 用，影响装置的只剩 外界因素。 )目的：消除外界因素（如温度、压强）对滴液移动的影响，使实验结果更精确。 措施：设置对照装置，对照装置与装置二的不同点是用等量“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。 （5）注意事项。 ① 为防止微生物的呼吸干扰实验，应将装置整体进行灭菌处理，对种子进行消毒。 ② 若以绿色植物来作为实验材料，需将整个装置进行遮光处理，以防 24 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )植物的光合作用对实验造成干扰。装置： ( 外界的压强或温度可能会直接导致液滴的 移动 假设装置一液滴左移 x cm ，装置三液滴右移 y cm （或左移 z cm ）， 装置二液滴不动 若不考虑无氧呼吸，则有氧呼吸对应的液滴 移动距离为 ( x + y ) cm [ 或 ( x 一 z ) cm ] ) ( 蒸馏水 5 mL ) ( 活塞着色液 刻度管 容器 煮熟 的种子 橡皮塞 ) 装置三 ( 有色液滴 )例： 科学家常用呼吸商（呼吸作用释放的 CO2 量 /O2 的消耗量）表示生物有氧呼吸能源物质的不同，测定呼吸商的装置如下图所示，请分析并回答下列问题： ( 蒸馏水 5 mL 有色液滴 ) ( 活塞 ) ( 活塞 ) ( 生物 蒸馏水 ) ( 氢氧化钠溶液 5 mL ) ( 材料 5 mL ) ( 生物 材料 有色液滴 活塞 ) ( 装置乙 ) ( 装置丙 )装置甲 （ 1 ）装置甲加入氢氧化钠溶液的目的是 。装置乙有色滴液移动的距离代表的数值是 。 （2）实验设置装置丙的目的是 。 ( 解析： )（3）若生物材料选择酵母菌，给其提供葡萄糖培养液，关闭活塞一段时间后，装置甲的液滴向左移动，而装置乙的液滴没有移动，试解释其中的原因： 。又过了较长时间，装置乙的液滴可能向 移动。 ( 注意装置乙杯子中装 的是蒸馏水，蒸馏水 不能吸收 CO 2 。 ) （1）装置甲加入氢氧化钠溶液的目的是吸收呼吸作用产生的 CO2 。装置乙有色滴液移动的距离代表消耗的 O2 和释放的 CO2 的体积之差。 （2）实验设置装置丙的目的是纠（校）正环境因素引起的实验测量误差。 （3）若生物材料选择酵母菌，给其提供葡萄糖培养液，关闭活塞一段时间后，装置甲的液滴向左移动，而装置乙的液滴没有移动，其中的原因 必修一：分子与细胞 25 学科网（北京）股份有限公司 26 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 ) ( 昼夜温差大的地方夜 晚温度更低，进而抑 制夜晚的呼吸作用， 减少有机物消耗，如 昼夜温差更大的新疆 的瓜果比内地甘甜。 ) 灌溉用水过多会导致土壤中O2含量减少，根部无氧呼吸增强，产生大量酒精使植物根系腐烂。 是酵母菌此时进行有氧呼吸，吸收的 O2 和释放的 CO2 量相同，又过了较长时间，装置乙的滴液可能向右移动。 答案：（ 1 ）吸收呼吸作用释放的 CO2 消耗的 O2 和释放的 CO2 的体积之差 （2）纠（校）正环境因素引起的实验测量误差 （3）酵母菌此时进行有氧呼吸，吸收的 O2 和释放的 CO2 量相同 右 五、影响细胞呼吸的因素 1. 内部因素 ( （ 1 ） 遗传特性 （ 2 ） 生长发育时期 （ 3 ） 器官类型 2. 外部因素 （ 1 ） 温度。 通过影响相关酶的活性影响细胞呼吸。 ) ( ) ) ( O 30 ℃ 左右 温度 ( ℃ 呼吸速率 ) 应用：零上低温储藏果蔬、粮食、种子；大棚夜间适当降温。 ( 缺少 O 2 O 含水量 呼吸速率 )（2）水。 水是有氧呼吸的反应物，也是生化反应介质。 一定范围内，细胞呼吸强度会随 H2O 的增加而增加。 应用： ① 种子在收仓前要进行晾晒，干种子萌发前要进行浸泡处理。 ② 合理灌溉农作物。 ③ 种子保存时应保持干燥，而果蔬储存时应保持一定的湿度。 ( O CO 2 浓度 呼吸速率 )（3） CO2 浓度。 CO2 作为呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用。 应用：增加 CO2 浓度可延长蔬菜、水果的保鲜时间。 （4） O2 浓度。 ( 学习笔记 )O2 作为有氧呼吸的反应物，可同时影响有氧呼吸和无氧呼吸速率。 必修一：分子与细胞 27 学科网（北京）股份有限公司 ( CO 2 的释放量 无氧呼吸 A 有氧呼吸 无氧呼吸消失点 B 0 5 10 152025 30 O 2 浓度( % ) ) 甲 ( 1.0 A 0.5 O 0 气体交换相对值 CO 2 释放总量 R E P O 2 吸 收量 D 无氧呼吸 CO 2 释放量 C 5 1 B 0 15 20 O 2 浓度( % ) ) 乙 A 点：O2 浓度为 0 时细胞只进行无氧呼吸（细胞呼吸强度并不为 0）。 此后随 O2 浓度上升，有氧呼吸逐渐增强，无氧呼吸逐渐减弱。 A~B：氧气浓度在 0 ~ 10% 时，细胞中既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。 ( 产生相同的 CO 2 时， 有氧呼吸消耗的葡萄糖∶无氧呼吸消耗的 葡萄糖 =1 ∶ 3 。 )B 点：氧气浓度为 10% 时，无氧呼吸消失，细胞只进行有氧呼吸。 氧气浓度在 10% 以上时，细胞只进行有氧呼吸。 C 点：有氧呼吸和无氧呼吸速率相等时对应的氧气浓度。 D 点：有氧呼吸速率 = 无氧呼吸速率 → 此时， E 点：此时对应的 CO2 释放总量（有氧与无氧呼吸释放 CO2 之和）。 P 点及以后：CO2 释放总量 = 有氧呼吸 CO2 释放量 = O2 吸收量，只进行有氧呼吸。 R 点：两种细胞呼吸时 CO2 释放总量的最低点，一般认为此时细胞呼吸消耗的有机物最少，是储存粮食的最佳氧气浓度。 区域 OAP：氧气浓度从 0 到 B 点时无氧呼吸释放的 CO2 浓度。 应用： ① 种子及粮食水果的储藏（利用低氧抑制细胞呼吸，减少有机物消耗）。 ② 作物栽培时中耕松土（增加土壤中的 O2 含量，保证根细胞的有氧呼吸）。 ③ 选用透气消毒纱布包扎伤口，抑制厌氧菌的无氧呼吸。 ④ 无氧发酵。 例 1. 下列有关细胞呼吸原理在生产、生活中的应用，正确的是( ) A. 用透气的纱布包扎伤口可避免组织细胞缺氧而死 B. 农民中耕松土是为了增加土壤通气量，促进根细胞有氧呼吸 C. 水果应储存在低温、无氧的环境中，以减少有机物的消耗 D. 稻田定期排水可避免水稻幼根无氧呼吸产生乳酸而腐烂 ( 解析： ) ( 学习笔记 ) A. 由于氧气能抑制破伤风杆菌的无氧呼吸，所以在包扎伤口时，可选用透气的纱布进行包扎，以抑制破伤风杆菌的无氧呼吸，而不是避免组织细胞缺氧死亡，A 错误。 B. 中耕松土能增加土壤的通气量，有利于植物的根进行有氧呼吸，并能促进其吸收土壤中的无机盐，B 正确。 C. 水果在无氧环境中细胞只进行无氧呼吸产生酒精，酒精的积累容易造成水果的腐烂，应在低温低氧条件下储存水果，有氧呼吸较弱，又能抑制无氧呼吸，细胞代谢缓慢，有机物消耗较少，C 错误。 D. 稻田定期排水能防止植物的根缺氧而进行无氧呼吸，水稻根无氧呼吸产生酒精而不是乳酸，酒精对根系会造成毒害作用，D 错误。 答案：B ( 粮食种子应在低氧而非无氧条件下保存，因为无氧环境下呼吸 作用反而旺盛，有机物 消耗量更多。 粮食作物储存需要零 上低温、低氧、保持 干燥；而水果蔬菜需 要一定的湿度，防止 脱水。 )例 2. 下图表示光照、贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响，下列有关叙述错误的是( )(mgCO2 ·kg_1 ·h_1) ( 黑暗 光照 8 2 贮藏温度 ℃ 40 35 30 25 20 15 10 5 0 15 呼吸强度 ) A. 番茄果实细胞产生 CO2 的场所是线粒体和细胞质基质 B. 光照对番茄果实呼吸的抑制作用 8 ℃时比 15 ℃时更强 C. 低温、黑暗条件下更有利于贮存番茄果实 D. 贮藏温度下降时果实呼吸减弱，可能与细胞内酶活性降低有关 ( 解析： ) 番茄果实细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸均可产生 CO2 ，场所分别是线粒体和细胞质基质，A 正确。由题图可以看出 8 ℃时黑暗条件下与光照条件下呼吸强度差值比 15 ℃时二者的差值大，即抑制作用更强，B 正确。由题图可知，在 2 ℃、光照条件下呼吸强度最弱，所以低温、光照条件下更有利于番茄果实的贮存，C 错误。温度降低，呼吸酶的活性降低，细胞呼 28 学科网（北京）股份有限公司 吸减弱，D 正确。 ( 答案： C ) ( 学习笔记 ) CO2相对生成量 ( 30 ℃ 20 ℃ 10 ℃ 3 ℃ 0.5 2 5 10 20 30 O 2 浓度 ( % ) 100 80 60 40 20 0 )例 3. 采收后的苹果仍在进行细胞呼吸。为探究温度、 O2 浓度对采收后苹果贮存的影响，实验结果如图所示。下列叙述正确的是( ) A. O2 在线粒体基质与 [H]结合生成水并释放大量能量 B. 图示条件中，在 3℃ 、 5% O2 浓度条件下贮存苹果效果最佳 C. O2 浓度为 20% ~ 30% 时，温度对 CO2 的生成量无影响 D. 低温储存苹果时，因低温破坏呼吸酶的空间结构，从而减少了有机物消耗 ( 解析： ) 有氧呼吸的第三阶段， O2 在线粒体内膜上与 [H]结合生成水并释放大量能量，A 错误；图中，在 3℃ 、 5% O2 浓度条件下，细胞呼吸最弱， CO2 相对生成量最少，此条件下贮存苹果效果最佳，B 正确； O2 浓度为20% ~ 30% 时，温度影响 CO2 的相对生成量，图示温度中， 30 C 下 CO2 的相对生成量最高，C 错误；低温抑制酶的活性，但不会破坏酶的空间结构， D 错误。 答案：B 必修一：分子与细胞 29 学科网（北京）股份有限公司 第四节 光合作用与能量转化 ( 学习笔记 ) 一、捕获光能的色素 1. 实验：色素的提取和分离 （ 1 ）实验原理。 提取：叶绿体中的色素不溶于水，但易溶于有机溶剂无水乙醇或丙酮。 ( 无水乙醇可以用 95% 的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替；层析 液可用 92 号汽油代替。 )分离：色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的扩散得慢，几分钟后叶绿体中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。 （2）实验材料和试剂。 新鲜的绿叶、无水乙醇、层析液、CaCO3（防止色素尤其是叶绿素被破 30 学科网（北京）股份有限公司 坏）、SiO2（充分研磨）。 ( 滤纸会吸附色素。 )（3）实验流程。 易挥发，要加盖 ( 将滤纸条的一端剪去两角并在距这一端 1 cm 处用铅笔画出一 条细横线 如果未干, 会导致滤液在滤纸上扩散面积增 大, 色素扩散起点不同 用毛细吸管吸取色素滤液, 沿铅笔线均匀地画 出一条滤液细线, 待滤液 干后 再画一两次, 滤液细线要细、直、齐 使滤液细线上的色素多一点, 分离后的色素更加清晰 将适量层析液倒入试管 将滤纸条轻轻插入层析液中 (层析液不能没过滤液细线) 色素会直接溶解在层析液中, 使色素带无法形成 棉塞塞紧试管口 (层析液具有挥发性, 要加盖或塞棉塞) 研磨: 研磨中加入 CaCO 3 、 SiO 2 和无水乙醇 (加入时要分多次少量加入, 不要一次性加入) 研磨时要充分迅速, 以防色素被破坏 过滤: 研磨后用单层尼龙布过滤 (不用滤 纸) 收集滤液: 盛放滤液的试管管口加棉塞, 防止乙醇挥发和色 提取色素 制备滤纸条 画滤液细线 色素分离 (纸层析法) 保证色素在滤纸上扩散均匀整齐 素氧化 ) 在通风条件下进行 （4）实验结果。 ( 学习笔记 ) ( 胡萝卜素 ) ( 种类 颜色 含量 溶解度（扩散速度） 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 ( 1 ) 叶黄素 黄色 较少 较高 叶绿素 a 蓝绿色 最多 较低 ( 3 ) 收红光及蓝紫光 叶绿素 b 黄绿色 较多 最低 ) ( 类胡萝卜素 l | ：主 ) ( ( 4 丿 要吸收紫蓝光 ) ( 叶绿素 l | ：主要吸 ) ( ( 4 丿 ) ( 相邻两条色素带之间 距离最远的是胡萝卜 素与叶黄素，最近的 是叶绿素 a 和叶绿素 b 。 ) ( 叶黄素 叶绿素 a 叶绿素 b ) ① 四条色素带说明有四种色素。 ② 色素带越宽说明此种色素含量越多。 ③ 色素带扩散速度越快（距离扩散起点越远）说明此种色素溶解度越高。 （5）异常情况。 ① 每条色素带颜色过浅。 a. 未加 SiO2 研磨不充分。 b. 未重复画线，导致色素含量少。 ( 叶片缺 Fe 则会发黄， Fe 是合成叶绿素所需 酶的组成元素，缺 Fe 时植物在有光条件下 不能合成叶绿素。 )c. 实验材料中叶绿体较少或色素含量较少（如放置数天的菠菜叶）。 ② 最下面两条色素带较浅。 a. 未加 CaCO3 或加入过少使叶绿素被破坏。 b. 实验材料中叶绿素含量少（泛黄叶片）。 ③ 看不到色素带。 a. 误用蒸馏水作提取剂和层析液（叶绿体中色素不溶于水）。 b. 滤液细线接触层析液，导致色素溶解于层析液中。 滤液线太粗 ④ 色素带部分重叠 滤液细线不直 例 1. 同学们采用新鲜菠菜叶开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列有关该实验的叙述错误的是( ) A. 提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂 B. 研磨时加入 CaO 可以防止叶绿素被氧化破坏 C. 研磨时添加石英砂有助于色素提取 必修一：分子与细胞 31 学科网（北京）股份有限公司 D. 画滤液细线时应尽量减少样液扩散 ( 解析： ) ( 学习笔记 ) 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A 正确。研磨时需要加入碳酸钙（CaCO3 ），可防止研磨时色素被破坏，B 错误。研磨时加入少许石英砂（SiO2 ）有助于充分研磨，有利于破碎细胞使色素释放，C 正确。画滤液细线时应尽量减少样液扩散，要求细、直、齐，有利于色素均匀地分离，D 正确。 答案：B 例 2. 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： ) 应选择新鲜程度一致的叶片混合研磨，A 错误；提取液是无水乙醇，加水补充会使乙醇浓度降低，不利于色素的提取，B 错误；层析液中含有有毒的挥发性物质，应妥善处理，D 错误。 答案：C 2. 色素的分布—叶绿体的类囊体薄膜上 ( 反射 绿光 类囊体 ) ( 叶绿体 )① 基粒由类囊体堆叠而成（每个基粒都含有两个以上类囊体），分布着吸收光能的色素和与光反应有关的酶。阳光 ② 叶绿体基质中含有与暗反应有关的酶。 3. 色素的功能 吸收、传递和转化光能。 32 学科网（北京）股份有限公司 ( 4. 光合色素的吸收光谱 ) ( 太阳光 三棱镜 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 色素滤液 吸收 叶绿素 b （ 黄绿) 光能 叶绿素 a （ 蓝绿) 的百 分比 类胡萝 卜素 (含量约占 1/4 ) 0 400 450 500 550 600 650 700 波长 ( nm ） 暗带 黄 绿 光 暗带 430~470 640~680 学习笔记 一般情况下，光合作 用利用的都是可见光。 ) 5. 影响色素合成的因素 ( （ 1 ） 光照：会影响相关基因的选择性表达（一般植物在黑暗中不能合 成叶绿素）。 （ 2 ） 温度。 ① 影响与叶绿素合成有关的酶的活性。 ② 低温下叶绿素会分解，而类胡萝卜素则较为稳定。 （ 3 ） 必需的元素： N 、 Mg 、 Fe 。 例： 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( ) ) ( 温度降低会破坏叶绿 素，从而显现出类胡 萝卜素的颜色，故秋 天叶片会变黄。 ) 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： ) 叶绿素的元素组成为 C 、H 、O 、N 、Mg，因此氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A 正确；叶绿素和类胡萝卜素属于光合色素，均存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B 正确；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，因此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 正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高 必修一：分子与细胞 33 学科网（北京）股份有限公司 的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，D 错误。 ( 答案： D ) ( 学习笔记 ) 二、叶绿体功能的探究 ( 恩格尔曼实验设置了 两组对照：有光和无 光。 )1881 年 [ 德 ] 恩格尔曼 实验（ 一） ① 在黑暗无空气的条件下，用极细的光束照射水绵，需氧细菌分布于光束照射的叶绿体部位。 ( 本实验的实验组为极 细光束照射的叶绿体， 对照组为完全曝光的 叶绿体。 )② 完全曝光水绵，需氧细菌分布于叶绿体所有受光部位。 结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用，释放氧气。 实验（二） 透过三棱镜的光照射水绵临时装片，需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。 三、光合作用的探究历程 1. 19 世纪末 普遍认为：在光合作用中， CO2 分子的 C 和 O 被分开， O2 被释放，C与 H2 O 结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 2. 1928 年 新发现：甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 3. 1937 年 [ 英 ] 希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有水，无CO2 ），在光照下可放出氧气。 ( 注意 18 O 没有放射性， 本实验是根据所得氧气的相对分子质量测 出氧气的来源。 鲁宾和卡门使用的是 同位素标记法。 )结论：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生 O2 的化学反应叫希尔反应。 4. 1941 年 [ 美 ] 鲁宾和卡门 向植物分别提供 H218O 和 C18O2。 H218O+CO2 →植物→ 18O2。 H2O+C18O2 →植物→ O2。 结论：光合作用释放的 O2 中的氧元素全部来自 H2O。 34 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )5. 20 世纪 40 年代 [ 美 ] 卡尔文 用 14C 标记的 CO2 追踪光合作用 14CO2 → 14C3 →（14CH2O）。 结论：CO2 中的碳元素被用于合成糖类等有机物。 6. 1954—1957 年 阿尔农 结论：光照下，叶绿体可合成 ATP ，这一过程总是与水的光解相伴随。 ( 1. 概念 绿色植物通过叶绿体利用光能把 CO 2 和 H 2 O 转化为储存着能量的有机 物，并且释放出 O 2 的过程。 2. 具体过程 ) ( 蓝细菌、光合细菌也 能进行光合作用。 ) ( [H] 即 NADPH 还 原型辅酶Ⅱ。 ) ( C 3 指三碳化合物，即 3- 磷酸甘油酸。 C 5 指五碳化合物，即 核酮糖 -1,5- 二磷酸 ( RuBP ) 。 ) ( C 3 的还原过程中会产 生水。 ) ( CO 2 中的 C 被完全转移 给了（ CH 2 O ）。 )四、光合作用 项目 光反应阶段（I） 暗反应阶段（卡尔文循环）（II） 图示 色素光能V— 类囊体薄膜 ( ADP+Pi 还原 ) ( H 2 O O 2 [H] 供氢酶 2C 3 ) ( CO 2 ) ( 固定 C 5 (CH 2 O) ) ( 多种酶 )NADP+ ATP 酶 物质转化 ① 水的光解 2H2 O O2 + 4H+ + 4e+ ② NADPH 的合成 NADP+ + H+ + 2e → NADPH 能量 ③ ATP 的合成 ADP + Pi -→ ATP ① CO2 的固定 C5 + CO2 -→ 2C3 ② C3 的还原 2C 条件 H2O、光、色素、酶、ADP + Pi、 NADP+ ATP 、[H] 、CO2、多种酶、C5 产物 ATP 、[H] 、O2 ADP+Pi 、NADP+ 、C5、（CH2O） 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 相关 反应 水的光解，ATP 合成NADPH 的合成 CO2 的固定C3 的还原 能量变化 光能转化为 ATP 和 NADPH 中的化学能 ATP 和 NADPH 中的化学能转化为（ CH2 O ）中稳定的化学能 联系 ① 光反应为暗反应提供 [H] 和 ATP ，暗反应为光反应提供 NADP+ 、ADP、 Pi。故光反应和暗反应都不能单独长期存在，没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成 ② 光反应必须在光照条件下进行，暗反应不直接依赖光 必修一：分子与细胞 35 学科网（北京）股份有限公司 3. 总反应式 ( 光照 叶绿体 ) ( CO 2 +H 2 O （ CH 2 O ） +O 2 ) ( 学习笔记 ) ( 4. 计算式 ) ( 以产物为葡萄糖为例： ) ( （ CH 2 O ）为正确书写形 式，如果写作 ( CH 2 O ) n ， 则是错误的。 ) 6CO (应)不 (怯)可 (两)清 (边)掉 (的) 5. 当外界条件改变时，短时间的 ATP 、[H] 、C3 、C5、（CH2O）变化 （ 1 ）光照强度由强变弱时： [H] ↓、ATP ↓、C3 ↑、C5 ↓、（CH2O）↓。 （2）光照强度由弱变强时： [H] ↑、ATP ↑、C3 ↓、C5 ↑、（CH2O）↑。 （3）CO2 量由充足到不足时： [H] ↑、ATP ↑、C3 ↓、C5 ↑、（CH2O）↓。 （4）CO2 量由不足到充足时： [H] ↓、ATP ↓、C3 ↑、C5 ↓、（CH2O）↑。 例 1. 在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化 CO2 固定形成 C3 的酶被称为 Rubisco。下列叙述正确的是( ) A.Rubisco 存在于细胞质基质中 B. 激活 Rubisco 需要黑暗条件 C.Rubisco 催化 CO2 固定需要 ATP D.Rubisco 催化 C5 和 CO2 结合解析： 暗反应阶段的 CO2 的固定为 Rubisco 催化 C5 与 CO2 反应的过程，该过程发生在叶绿体基质中，暗反应有光无光均可进行，故 Rubisco 的活性与是否有光无关，A 、B 错误，D 正确； CO2 固定过程不消耗 ATP ，C 错误。 答案：D 例 2. 下图为绿色植物光合作用过程示意图（图中 a~g 为物质，① ~ ⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示）。下列有 36 学科网（北京）股份有限公司 关叙述错误的是( ) ( 学习笔记 ) ( c Pi d e f a ③ ② b C 3 ④ C 5 ⑤ ⑥ g (CH 2 O) ① H 2 O 土壤里 光照 ) ( 光合作用过程中元素 的转移途径： 1. 光合作用过程中 O 元素的转移途径： H 18 2 O → 18 O 2 C 18 O 2 → C 3 → ( CH 18 2 O ) 。 2. 光合作用过程中 C 元素的转移途径： 14 CO 2 → 14 C 3 → ( 14 CH 2 O ) 。 3. 光合作用过程中 H 元素的转移途径： 3 H 2 O → NADPH → ( C 3 H 2 O ) 。 ) A. 图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 B. c 为 ATP ，f 为 NADPH C. 将 b 物质用 18O 标记，最终在（CH2O）中能检测到 18O D. 图中 a 物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能 解析： 图中 a~g 分别代表光合色素、O2 、ATP 、ADP 、NADPH 、NADP+ 、 CO2，① ~ ⑥分别代表水分的吸收、ATP 的合成 、水的光解、 CO2 的固定、 C3 的还原、有机物的合成，A 项正确、B 项错误。18O2 有氧呼吸第三阶段→ H218O 有氧呼吸第二阶段→ C18O2 暗反应→（CH218O），C 项正确。光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D 项正确。 答案：B 例 3. 下图是夏季某植物光合作用强度随时间变化的曲线图，C 点与 B 点相比较，细胞内的C3、C5、ATP 和 [H] 的含量发生的变化依次是( ) ( D C 15 E 18 21 光合作用强度 B 12 时间 A 6 24 0 9 ) A. 升、升、升、升 B. 降、降、降、降 C. 降、升、升、升 D. 升、升、降、降 ( 解析： ) C 点和 B 点相比较，C 点的光照强度大于 B 点，温度比较高，植物的蒸腾作用比较旺盛，失水比较多，植物为防止水分的过度流失，气孔关闭， C 点二氧化碳浓度降低，二氧化碳浓度降低影响暗反应中二氧化碳的固定反应，不影响 C3 还原，故 C3 生产量减少，C3 消耗量不变，导致 C3 含量下 必修一：分子与细胞 37 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )降；C5 消耗量减少，C5 生产量不变，导致 C5 含量上升。C3 含量降低后，暗反应速率下降，利用的光反应提供的ATP 和 [H] 减少，从而导致ATP 和 [H]含量升高。 答案：C 五、影响光合作用的因素 光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 光合作用强度可以通过一定时间内原料消耗的或产物生成的量来定量表示。（一般以 CO2 消耗量、O2 生成量、有机物生成量为指标） （一）遗传因素 （ 1 ）色素、酶的含量及种类、叶龄。 ( 光通过光照时间和光 照强度两方面影响光 合作用强度。 )（2）植物自身遗传特征（如植物品种不同）。 （二）外界因素 1. 光照强度 ( CO 2 D 吸收 光补偿点 O CO 2 释放 A 阴生植物 阳生植物 C B E 呼吸速率 F 净光合速率 光饱和点 总光合速率 光照强度 呼吸作用强度 ) 净光合速率 = 总光合速率－呼吸速率 个体与环境之间的净气体交换 ( 由于植物只有叶肉细 胞等部分细胞可以进行光合作用，因此当整个植物二氧化碳释 放量为零时，叶肉细胞 中光合速率 = 整株植物 呼吸速率。 )（ 1 ）图像分析。 A 点：光照强度为 0，只有呼吸作用，无光合作用。 A 点值（释放的 CO2 量）可表示此时细胞的呼吸强度。 B 点：光合作用强度 = 呼吸作用强度，此时 CO2 释放量为 0，净光合 速率为 0，即光合作用吸收的 CO2 完全由呼吸释放的 CO2 提供，此时的光照强度称为光的补偿点。 AB 段：光合作用强度 < 呼吸作用强度 → 净光合速率 <0，体内有机物减少。 BC 段：光合作用强度 >呼吸作用强度 → 净光合速率 >0，体内有机物 38 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )增加。 C 点：光合作用强度达到最大值，C 点对应的光照强度（E 点）成为光的饱和点。限制饱和点以后光合作用强度的内因有色素含量、酶数量及酶活性，外因有 CO2 浓度、温度等。 AC 段限制因素：光照强度。 C 点以后：光合作用强度最大，净光合速率为正值并保持稳定。 S△ACF：从 O 到 E 光合作用 CO2 吸收的总量（总光合速率大小）。 S AFEB：从 O 到 E 呼吸作用 CO2 释放的总量（总呼吸速率大小）。 S△ACF _ S AFEB：从 O 到 E 植物吸收 CO2 的总量。 ( ①当净光合速率 =0 时， 植物不生长；②当净 光合速率 >0 时，植物 积累有机物生长；③当 净光合速率 <0 时， 植物不生长，若长期 处于此状态，植物会 死亡。 )（2）曲线变化。 ① 如果该曲线为阳生植物： 则换为阴生植物后 A 点上移，B 点左移，E 点左移，C 点下移。 光的补偿点→光合作用等于呼吸作用时的光照强度：阴生 < 阳生。 光的饱和点→达到最大光合作用时的最低光照强度：阴生 < 阳生。 ② 由光合作用最适温度改为呼吸作用的最适温度： A 点下移，B 点右移，E 点左移，C 点左下移。 ③ CO2 由充足变为不足时： A 点不变，B 点右移，E 点左移，C 点左下移。 ④ 在 Mg2+ 不足条件下补充 Mg2+ 后： A 点不变，B 点左移，E 点右移，C 点右上移。 （3）应用。 间作套种植物（提高光能利用率，增加农作物产量）。 ① 间作：是指在同一田地同一生长期内，分行种植两种及以上作物的种植方式。 ② 套种：是指在前季作物生长后期的株行间播种或移栽后季植物的种植方式。 ③ 温室中，可适当增强光照强度以提高光合速率，使作物增产。 例： 不同条件下植物的光合速率和光饱和点（在一定范围内，随着光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点）不同。研究证实高浓度臭氧（ O3 ）对植物的光合作用有影响。用某一高浓度 O3 连续处理甲、乙两种植物 75 天。在第 55 天、65 天、 必修一：分子与细胞 39 学科网（北京）股份有限公司 ( 净光合速率 /μ mol∙m -2 ∙s -1 ) ( 净光合速率 /μ mol∙m -2 ∙s -1 )75 天分别测定植物净光合速率，结果如图 1、图 2 和图 3 所示。 ( 2 -1 ) ( 1 423 光照强度 /μ mol∙m -2 ∙s -1 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 0 65 天 ) ( 光照强度 /μ mol∙m -2 ∙s -1 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 0 12 4 55 天 3 ) ( 1 2 3 4 净光合速率 /μ mol∙m - ∙s 光照强度 /μ mol∙m -2 ∙s -1 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 0 75 天 )500 1000 1500 2000 500 1000 1500 2000 500 1000 1500 2000 ( 图 2 ) ( 图 1 )图3 注：曲线 1：甲对照组，曲线 2：乙对照组，曲线 3：甲实验组，曲线 4：乙实验组。 回答下列问题： （ 1 ）图 1 中，在高浓度 O3 处理期间，若适当增加环境中的 CO2 浓度，甲、乙植物的光饱和点会 （填“减小”“不变”或“增大”）。 （2）与图 3 相比，图 2 中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明 。 （3）从图 3 分析可得到两个结论：① O3 处理 75 天后，甲、乙两种植物的 ，表明长时间高浓度的 O3 对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的 O3 对乙植物的影响大于甲植物，表明 。 （4）实验发现，处理 75 天后甲、乙植物中的基因 A 表达量都下降。为确定A 基因功能与植物对 O3 耐受力的关系，使乙植物中A 基因过量表达，并用高浓度 O3 处理 75 天。若实验现象为 ，则说明 A 基因的功能与乙植物对 O3 耐受力无关。 解析： （ 1 ）图 1 中，在高浓度 O3 处理期间，当光照强度增大到一定值时，净光合速率不再增大，出现了光饱和现象，此时，若适当增加环境中的CO2 浓度，则甲、乙植物的暗反应会加强，需要的光反应产物会增多，从而使植物所需的光照强度增大，则甲、乙植物的光饱和点会增大。 （2）图 2 是用高浓度 O3 处理植物 65 天测定的植物净光合速率，图 3是用高浓度 O3 处理植物 75 天测定的植物净合速率，与图 3 相比，图 2 中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度臭氧处理甲植物 40 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。 （3）据图 3 可知，O3 处理 75 天后，曲线 3 的净光合速率小于曲线 1 的、曲线 4 的净光合速率小于曲线 2 的，即甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的 O3 对植物光合作用产生明显抑制；曲线 2 、4 之间的差别大于 1 、3 之间的差别，说明长时间高浓度的O3 对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度 O3 对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同。 （4）题述实验目的是确定 A 基因功能与植物对 O3 耐受力的关系，则实验自变量是 A 基因的表达量，因变量是植物对 O3 的耐受力，检测指标是植物的净光合速率（一定范围内，植物对 O3 的耐受力越高，其净光合速率越高）。因此实验处理为用高浓度 O3 处理乙植物 75 天（乙植物的基因 A表达量下降），测定乙植物净光合速率；使乙植物中 A 基因过量表达后用高浓度 O3 处理 75 天，测定其净光合速率。若 A 基因的功能与乙植物对 O3耐受力无关，则实验现象为 A 基因过量表达的乙植物的净光合速率与 A 基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同。 答案：（ 1 ）增大 （2）高浓度臭氧处理甲植物的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小 （3）实验组的净光合速率均明显小于对照组 长时间高浓度O3 对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同 （4）A 基因过量表达的乙植物的净光合速率与 A 基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同。 2. CO2 浓度 （ 1 ）原理： CO2 影响暗反应阶段， CO2 浓度过低制约 C3 的形成。 ( A 点不是光合作用的 起点，而是光合作用速率 = 呼吸作用速率 的点， A 9 点才是光合 作用的起点。 ) ( A B 图 1 CO 2 浓度 表示总 合速率 光合起 CO 2 O CO 2 吸收 的量 放出 的量 ) ( CO 2 浓度 图 2 光 A′ B′ 光合作用强度 点 ) 必修一：分子与细胞 41 学科网（北京）股份有限公司 ① 图 1 中 A 点表示“光合速率 = 呼吸速率”时 CO2 的浓度。 ② 图 2 中的 A9 点表示进行光合作用所需的最低 CO2 浓度。 ③ 图 1、图 2 中的 B 点、B9 点表示 CO2 饱和点。 ④ 限制因素：B 点前为 CO2 浓度，B 点及以后可能为温度、光照强度。 ⑤ 若光照适当调整到饱和点，则 A 左移，B 右移。 （2）应用。 ① 农业生产上“正其行，通其风”。（适当增加 CO2 浓度） ② 增施农家肥。（ a. 微生物的呼吸作用可提供 CO2；b. 微生物的分解作用产物可提供无机盐） 3. 温度 通过影响光合作用相关酶的活性影响光合强度。 ( 生理活动速率 A 光合 呼吸 T 1 T 2 T 3 温度 /℃ ) ( 一般来讲，呼吸作用最 适温度比光合作用高。 ) ( 植物生长速率取决于净光合量而不是总光 合量。 ) ( 0 10 20 30 40 50 温度 /℃ 光合速率 ) 若 A 点表示总光合速率，则植物生长最适温度为净光合最大时对应温度。 若 A 点表示净光合速率，则植物生长最适温度为 T1。 应用：温室栽培时，白天可适当提高温度，增加光合作用强度。晚上可适当降低温度以抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗，从而增加作物产量。 4. 水分和矿质元素 （ 1 ）水是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，缺水会影响光合速率。 （2）水分可影响气孔的开闭（气孔导度）间接影响 CO2 的吸收。 （3）矿质元素影响叶绿素等有关化合物的合成。 应用：根据作物生长规律，合理灌溉施肥（浇水过多会导致烂根）。 42 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )例 1. 下列关于农业生产措施作用的叙述错误的是( ) 措施 作用 A 适当增大温室昼夜温差 增强白天光合作用，降低夜晚呼吸作用，有机物积累多 B 合理密植 增大光合作用面积，提高农作物的单位面积产量 C 增施农家肥 促进农作物吸收有机营养物质和光合作用所需的CO2 D 适时适度松土 促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失 ( 解析： ) 适当增大温室昼夜温差可以增强白天光合作用，降低夜晚呼吸作用，有利于有机物积累，A 正确。合理密植可以增大光合作用面积，提高农作物的单位面积产量，B 正确。农作物不能直接吸收土壤里的有机营养物质，C 错误。适时适度松土可以促进作物根系有氧呼吸，有利于无机盐的吸收，D 正确。 答案：C 例 2. 植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是( ) A. 可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度 B. 应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同 C. 合理控制昼夜温差有利于提高作物产量 D. 适时通风可提高生产系统内的 CO2 浓度 ( 解析： ) 为保证植物的根能够通过渗透作用吸收水分，应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B 错误。 答案：B 必修一：分子与细胞 43 学科网（北京）股份有限公司 ( P 点及 P 点之前，限制 光合速率的主要因素应为横坐标所表示的 因子，随横坐标所表 示的因子的不断加强， 光合速率不断提高； 当到 Q 点时，横坐标 所表示的因子不再是 影响光合速率的因素。 )5. 多因素曲线分析 限制因素 光合速率 30 ℃ 20 ℃ 10 ℃ O P Q 光照强度 图1 自变量为光照强度和温度 光合速率 高光强中光强低光强 ( 温度 )O P Q 图2 自变量为温度和光照强度 光合速率 高浓度CO2中浓度CO2低浓度CO2 O P Q 光照强度 图3 自变量为CO2浓度和光照强度 O~P 段 光照强度 温度 光照强度 P~Q 段 光照强度 + 温度 光照强度 + 温度 光照强度 + CO2 浓度 Q 点及以后 温度 光照强度 CO2 浓度 6. 光合速率和呼吸速率图 ( 呼吸作用速率图 )总光合作用速率图 ( CO 2 产生量 O 光照强度 ) ( CO 2 固定量 O 光照强度 ) 净光合作用速率图 ( 25 ℃ 35 ℃ 5 ℃ 光强 CO 2 吸收量 CO 2 释放量 ) 主要影响因素：饱和点前看横轴，饱和点后看其他。 影响因素变化：其他条件若变好，补偿饱和两边跑。 ( O pH 胃蛋白酶的活性 )例： 下图曲线中，能正确反映 X 轴与 Y 轴对应关系的是( ) ( B ) ( 光合作用强度 光照强度 A O ) 44 学科网（北京）股份有限公司 必修一：分子与细胞 45 学科网（北京）股份有限公司 ( 小麦种子萌芽 过程中有机物的量 O 时间 ) C ( 酵母细胞呼吸 产生 CO 2 的速率 O 氧气浓度 ) D ( 学习笔记 ) ( 对于图像问题，曲线 不仅要符合变化趋势， 还要做到初始起点和 终点无误。 ) ( 解析： ) A. 其他条件适宜的情况下，只要有光照，光能自养型生物就能进行光合作用，A 错误。 B. 在最适pH 时，胃蛋白酶活性最高，偏离最适pH 时，其活性逐渐降低，只有一个峰值，B 错误。 C. 种子萌发初期，细胞呼吸消耗有机物，干重降低；萌发后期，幼叶进行光合作用，合成有机物，干重逐渐增加，C 正确。 D. 酵母菌是兼性厌氧型生物，氧气浓度为 0 时，只进行无氧呼吸产生CO2 ；氧气浓度较低时，无氧呼吸受到抑制，同时有氧呼吸较弱，产生的 CO2 减少；随着氧气浓度增加，有氧呼吸逐渐增强，产生 CO2的量越来越多，最后趋于平衡，整体释放的 CO2 量为先减少后增加，最后趋于平衡，D 错误。 答案：C 六、光合呼吸综合 1. 常用表示方式 （单位时间，单位面积） O2 有机物 CO2 总光合速率（实际光合） 产生量 生产量 固定量 净光合速率（表现光合） 释放量 积累量 吸收量 呼吸速率（黑暗条件下可测） 吸收量 消耗量 释放量 例： 下图为表示某植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸的示意图，据图回答下列问题。 ( 光能 ) ( C D 葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 O [H] 2 乙酰辅酶 A B (CH 2 O) ④ CO 2 2C 3 A ② ③ ATP H 2 O ① NADPH H 2 O CO 2 ) （ 1 ）图中①②③④代表的物质依次是 、 、 、 ，[H] 代表的物质主要是 。 （2）B 代表一种反应过程，C 代表细胞质基质，D 代表线粒体，则 ATP 合成发生在 A 过程，还发生在 （填“B 和 C”“C 和 D”或“B 和 D”）。 （3）C 中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是 。 ( 解析： ) （ 1 ）分析图示，A 过程为光合作用的光反应阶段，B 过程为光合作用的暗反应阶段。图中①为水光解产生的 O2 ；由②和 H2 O 产生①与 NADPH （[H]，即还原型辅酶 II ）可知，②是NADP+ ；由③转化成 ATP 可知，③是ADP+Pi ；由④与 CO2 结合生成 C3 可知，④为 C5 。细胞呼吸过程中的 [H]代表的物质主要是 NADH（还原型辅酶 I ）。 （2）光合作用的光反应阶段（A ）可产生 ATP，而暗反应阶段（B）不产生 ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生 ATP ，其中细胞质基质中进行有氧呼吸的第一阶段（C），线粒体中进行有氧呼吸的第二和第三阶段（D ）。 （3）在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸 ，将丙酮酸转化成酒精。答案：（ 1 ）O2 、NADP+ 、ADP+Pi 、C5 、NADH （2）C 和 D （3）在缺氧条件下进行无氧呼吸 ( 总光合速率最小值为 0 ；净光合速率最小值 小于 0 。 ) 2. 公式 总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 3. 气体交换模式图 46 学科网（北京）股份有限公司 ( CO 2 ) O2 只进行细胞呼吸不进行光合作用 必修一：分子与细胞 47 学科网（北京）股份有限公司 CO2 CO2 O2 O2 CO2 CO2 O2 O2 ( O 2 ) ( CO 2 ) ( 学习笔记 ) 光合作用速率 < 细胞呼吸速率 ( 细胞与外界没有气体交换，说明内部供给 平衡，此时光合速率 = 呼吸速率。 )光合作用速率 >细胞呼吸速率 光合作用速率 = 细胞呼吸速率 例： 某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内 CO2 含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( ) A. 初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率 B. 初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定 C. 初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率 D. 初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率 ( 解析： ) 将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，小麦同时进行光合作用和呼吸作用，而容器内 CO2 含量初期逐渐降低，说明初期小麦的光合速率大于呼吸速率，之后 CO2 含量保持相对稳定，说明光合速率等于呼吸速率，D 正确。 答案：D 4. 三种常见曲线 夏季的一天内某绿色植物 CO2 吸收量和变化量曲线分析： ( S 2 a b f g c d e 时间 S 1 S 3 CO 2 吸收量 O CO 2 释放量 ) ( 呼吸速率图 ) ( CO 2 释放量 ) ( t ) ( 总光合速率图 CO 2 吸收量 t b d e ) oa 段：凌晨 3 — 4点温度最低，呼吸作用减弱， CO2 释放量减少。 ( 光合午休是植物因高 温、低湿引起光合作 用速率下降的现象。 夏季中午，光照最强，温度较高，在高温下， 叶子的蒸腾速率增加， 叶子失水严重，造成 气孔关闭，使 CO 2 供应 不足，影响暗反应的 进行，必然导致光合 速率的下降。 )b 点：上午 6 点左右，太阳出来，开始进行光合作用（光合起点）。 bc 段：光合作用强度小于呼吸作用强度（有机物消耗）。 c 点：上午 7 点左右，光合作用强度 = 呼吸作用强度（光补偿点不是光合起点）。 ce 段：光合作用强度大于呼吸作用强度（有机物积累）。 d 点（光合午休现象）：温度过高，为防止水分过度蒸发，部分气孔关闭，CO2 供应不足，光合作用强度下降。 e 点：下午 6 点左右，光合作用强度 = 呼吸作用强度（一天中有机物积累量最多）。 ef 段：光合作用强度小于呼吸作用强度（有机物消耗）。 fg 段：太阳落山，光合作用停止，只进行呼吸作用。 S2 －S1 －S3 = 一天中有机物积累量。 例： 为提高温室草莓产量，科学家以“红颜”品种草莓为实验材料，对影 响其生长发育的相关因素进行了研究，测得结果如图所示。据图回答下列问题： 48 学科网（北京）股份有限公司 胞间CO2浓度 (μmol/mol ) ) (CO2 μmol ∙m-2 ∙ s-1 16净光合速率 12 8 4 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 时间图1 气孔导度 (气孔开放程度) ( 440 ): 胞间CO2浓度 气孔导度（ mol ∙m-2 ∙ s-1） ( 0.4 0.3 0.2 0.1 )400 360 320 280 2408:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 时间图2 必修一：分子与细胞 49 学科网（北京）股份有限公司 (CO2 μmol ∙m-2 ∙ s-1 ) 70 60净光合速率 净光合速率 50 40 30 20 10 0 -10400 800 1200 1600 2000 0 CO2浓度(μmol/mol) 图3 ( 学习笔记 ) 20 15 10 5 0 -5(CO2 μmol ∙m-2 ∙ s-1 ) 400 800 1200 1600 0 光照强度 (μmol∙m-2∙s-1)图4 （ 1 ）由图 1 和图 2 可知，与 11:00 相比，在 12:00 草莓叶片净光合速率明显降低由 （填“气孔”或“非气孔”）限制因素所导致，判断的依据是 ；在 16:00~18:00 胞间 CO2 浓度明显升高，其主要原因是 ，对胞间 CO2的消耗减少。 （2）图 3、图 4 均是在最适温度下测得的草莓净光合速率变化曲线；图 4 所示实验的 CO2 浓度为 400 μ mol / mol 。据图分析可知，图 3 所示实验所使用的光照强度应在图 4 μ mol . m–2 . s–1 范围内。在适宜光照强度下，提高 CO2 浓度，可提高植物的光合速率，请结合光反应和暗反应过程分析其原因： 。 （3）实验过程中，科研人员发现以黑色地膜覆盖草莓根部，也能有效提高草莓产量，原因是黑色地膜除具无色地膜能保温、保水、保肥功能外，还可以 。 解析： （ 1 ）图 1 和图 2 中，与 11 ：00 相比，在 12 ：00 草莓叶片净光合速率明显降低，但此时气孔导度升高，这说明 12 ：00 草莓叶片净光合速率的明显降低由非气孔限制因素所导致。16：00~18：00 时胞间 CO2 浓度明显升高，其原因是光照减弱，光合速率下降，消耗的 CO2 减少。 （2）图 4 所示实验为 CO2 浓度是 400 μ mol/mol 时净光合速率随光照强度的变化曲线，图 3 中， CO2 浓度为 400 μ mol/mol 时，净光合速率为20 μmol . m–2 . s–1 ，图 4 中，净光合速率为20 μmol . m–2 . s–1 时，对应的光照强度为 1200 1600 μmol . m–2 . s–1 。在适宜光照强度下，提高 CO2 浓度，可提高植物的光合速率的原因是提高 CO2 浓度直接引起 C3 生成速率提高，C3 还原过程又消耗了更多的 ATP 和 NADPH，使 ADP 、Pi 、NADP+ 、H+ 增多， 导致光反应速率加快。 （3）黑色地膜可使遮盖的杂草无法进行光合作用而死亡，从而抑制杂草生长。 答案：（ 1 ）非气孔 气孔导度升高，而净光合速率却下降 光照减弱，光合速率下降 （2）1200~1600 提高 CO2 浓度直接引起 C3 生成速率提高 ( 无法直接测定总光合 速率，在有光条件下测出净光合速率，黑暗条件下测出呼吸速率，通 过“ V 总 = V 呼 + V 净 ”求 得总光合速率。 )C3 还原过程又消耗了更多的 ATP 和 NADPH，导致光反应速率加快 （3 ）抑制杂草生长 5. 光合速率的测定方法 （ 1 ）装置图法。实验组： ( 水滴 毛细管 绿色植物 NaHCO 3 / NaOH ) ( 光照下 CO 2 吸收量 黑暗下 CO 2 释放量 CO 2 的吸 收与 释放 速率 (mg/h) 400 300 200 100 0 10 20 30 T(℃) ) 甲组：黑暗条件下，绿色植物 + NaOH （吸收 CO2 ）。 （通过单位时间内液滴左移距离，表示有氧呼吸速率） 乙组：光照条件下，绿色植物 + NaHCO3（保证容器中 CO2 的浓度维持相对恒定，满足绿色植物对 CO2 的需求，多吸少补）。 ( 叶圆片上浮法只能定性 比较光合作用强度的 大小，无法测出具体 的量变。 )水滴的移动仅表示 O2 量的变化（净光合速率）。 空白对照组（两组） ：枯萎植物代替绿色植物，其他条件相同。（防止气压、温度等物理因素引起的差异） （2）叶圆片上浮法（探究光照强弱对光合作用的影响）。 利用“真空渗入法”排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶片下沉。植物通过光合作用放出的 O2 会在细胞间积累，使叶片上浮。根据相同时间内上浮叶片数目的多少（或叶片全部上浮所需时间的长短）来比较光合作用的强弱。 50 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )（3）“半叶法”测定光合速率。 ( A B )某小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率 进行测定。将对称叶片的一部分（A ）遮光，另 一 部分（B ）不做处理，并采用适当的方法阻止两部 ( 可先在叶柄基部用热 水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理，来阻止两部分的物质 和能量转移。 )分的物质和能量转移。在适宜光照下照射 6 小时后，在 A、B 的对应部位截 取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为 MA 、MB，获得相应数据，则可计算 出该叶片的光合速率，其单位是 mg /(dm2 . h )。请分析回答下列问题： ① MA 表示叶片初始质量－呼吸作用消耗的有机物的量。 MB 表示叶片初始质量 + 光合作用产生的有机物总量－呼吸作用消耗的有机物的量。 ② 若M = MB －MA，则 M 表示 B 叶片被截取部分在 6 h 内光合作用合成的有机物总量。 ③ 总光合速率的计算方法是（M = MB －MA ）除以时间再除以面积即M /（截取面积 × 时间）。 总结 假设截取叶片初始质量为 m： V呼吸 V净光合 V总光合 例： 如右图所示，将对称叶片左侧遮光，右侧曝光，并采用一定的方法阻止两部分之间的物质与能量的转移。在适宜光照下照射 6 小时，从两侧截取同等单位面积的叶片，烘干称重，分别记为 a 和 b（单位：g ）。 下列相关叙述正确的是( ) A. 右侧叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，不吸收绿光 B. 叶片右侧脱色后，用碘蒸气处理呈深蓝色 C. (b 一 a )/6 代表该叶片的呼吸速率 ( a b )D. (b + a )/6 代表该叶片的总光合速率 ( 解析： ) 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，较少吸收绿光，A 错误。分 必修一：分子与细胞 51 学科网（北京）股份有限公司 析图示，叶片右侧能进行光合作用产生淀粉，脱色后用碘蒸气处理呈深蓝色， B 正确。照光与不照光部分的生理过程的差别是光合作用是否进行，但同时它们都进行呼吸作用，b = 叶片原重量 + 总光合作用－呼吸消耗，a = 叶片原重量－呼吸消耗，因此 b _ a = 光合作用合成有机物的总量， (b _ a )/6代表该叶片的总光合速率，C 、D 错误。 ( 黑白瓶法常用于水中 生物光合速率的测定。 白瓶里面可进行光合 作用和呼吸作用，黑 瓶只能进行呼吸作用。 )答案：B （4）黑白瓶法（黑瓶不透光，白瓶透光）。 两瓶中原有 O2 含量均为 a mg，过了若干小时后，黑瓶中 O2 含量为 c mg，白瓶中 O2 含量为 b mg，则呼吸作用强度为黑瓶中 O2 的减少量(a _ c)mg。 净光合作用强度为白瓶中 O2 增加量即（ b _ a ）mg。 二者相加即为总光合作用强度，即（ b _ c ）mg。 例： 某同学研究湖泊中 X 深度处生物光合作用和有氧呼吸情况。具体操 ( O 2 含量 /mol k w v a b c 瓶 )作如下：取三个相同的透明玻璃瓶 a 、b 、c，将 a 先包以黑胶布，再包以锡箔。用 a 、b 、c 三个瓶从待测水体 X 深度处取水，测定瓶中水的氧含量，将 a 瓶、b 瓶密封再沉入原 取水处，24 小时后取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则 24 小时内待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是( ) A. 24 小时内待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是 v mol / 瓶 B. 24 小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是 kmol / 瓶 C. 24 小时内待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是 (k _ v) mol / 瓶 D. 24 小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是 (k _ v) mol / 瓶 解析： 24 小时内有氧呼吸消耗氧气量为 w _ v，净光合作用释放的氧气量为k _ w，光合作用产生氧气量为 w _ v + k _ w = k _ v 。ABC 错误，D 正确。 答案：D 52 学科网（北京）股份有限公司 ( 学习笔记 )七、化能合成作用 1. 概念 自然界中一些细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这些细菌属于自养生物。 2. 代表生物—硝化细菌 硝化细菌能利用将 NH3 氧化成 HNO2 进而氧化成 HNO3 的化学反应释放出的化学能，将 CO2 和 H2O 合成为糖类，供硝化细菌维持自身生命活动。 3. 反应式 ( 光合作用与化能合成 作用的主要区别是把无机物化合成有机物所利用的能量来源不 同。 ) ( 4. 代谢类型 ) ( 自养 )光能自养：绿色植物、蓝细菌等 化能自养：硝化细菌等 异养：人、动物等 53 学科网（北京）股份有限公司 $