第5章第1节降低化学反应活化能的酶 知识清单——2026-2027学年高一上学期人教版生物学必修一

该高中生物单元知识清单系统梳理了酶、ATP、细胞呼吸及光合作用核心内容，涵盖概念原理、实验探究、影响因素及应用等范畴，搭建从基础概念到实验分析再到综合应用的递进式学习支架。 清单通过实验细节标注、对比表格及曲线分析构建知识体系，如“比较过氧化氢分解实验中滴管使用”“有氧与无氧呼吸对比表”培养科学思维与探究实践。设计“易混点辨析”（如酶与无机催化剂区别）和“应用提示”（如果蔬保鲜条件），助力学生高效掌握，教师可据此优化教学活动。

第5章 第1节 降低化学反应活化能的酶 一、细胞代谢 细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢，是细胞生命活动的基础。 二、实验—比较过氧化氢在不同条件下的分解 (1)新鲜肝脏：酶的活性较高。 (2)肝脏要磨碎，有利于过氧化氢酶从细胞中释放出来并与过氧化氢充分接触。 (3)滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时不能共用一个滴管。原因是少量酶混入FeCl3溶液中也会影响实验结果的准确性,导致得出错误的结论。 三、科学方法—控制变量和设计对照实验 (1)实验中的变量   含义 上述实验中实例 自变量 实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素 温度、催化剂 因变量 因自变量的改变而变化的变量 过氧化氢分解速率 无关变量 除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的可变因素；无关变量应当始终保持相同 反应物浓度、反应时间 (2)对照实验 a空白对照：不给对照组做任何实验处理，通常加入清水、蒸馏水、生理盐水来代替实验因素。 b自身对照：对照组和实验组都在同一研究对象上进行。如“质壁分离与复原实验” c相互对照：不设对照组，几个实验组之间相互对照，其中每一组既是实验组也是对照组，例如“探究酵母菌细胞呼吸方式” 四、酶的作用原理 (1)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。 (2)原理：酶可以降低化学反应的活化能。 （加热促进过氧化氢分解，是加热使过氧化氢分子得到了能量） (3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。 AC：无酶催化过程所需要的活化能 BC：有酶催化过程所需要的活化能 AB：酶降低的活化能 五、酶本质探索 （1）美国科学家萨姆纳用丙酮作溶剂，得到脲酶的结晶，这种结晶溶于水后能够催化尿素分解成氨和二氧化碳 ，然后他用多种方法证明该物质是蛋白质 。 （2）20世纪80年代，美国科学家切赫和奥尔特曼发现少数 RNA 也具有生物催化功能。 （3）鉴定酶的本质：酶解法（也可以用双缩脲试剂进行检验） A组：某种酶 + 蛋白酶 + 加入酶的底物 B组：某种酶 + RNA酶 + 加入酶的底物 检测底物有没有被催化 六、酶的特性 1. 2.细胞内的各类化学反应能有序进行的原因（理解） （1）酶具有高效性，可以使生命活动更加高效地进行。 （2）酶具有专一性，使细胞代谢有条不紊地进行。 （3）酶的作用条件较温和，与细胞内环境相适应。 （4）与酶在细胞中的分布有关。如光合作用有关的酶和呼吸作用有关的酶分别分布在细胞不同的区室，两反应互不干扰。 3.酶的高效性（与无机催化剂相比才能体现） (1)含义：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高 (2)催化剂(酶)只改变反应速率，不改变生成物的量 只能缩短达到平衡点的时间，不改变平衡点 反应前后，酶自身不变（可重复多次利用） ①加酶与加无机催化剂相比，酶具有高效性 ②加酶与不加催化剂相比，酶具有催化作用 4.酶的专一性 (1)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 (2)探究酶专一性的实验--淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 思路：同酶不同底物（或同底物不同酶） 注意：①在该种淀粉酶的最适温度和最适pH条件下进行。α-淀粉酶的最适温度是60℃，唾液淀粉酶的最适温度是37℃ ②检测试剂应该用斐林试剂，不能选碘液,因为蔗糖及其水解产物遇碘液都不会发生显色反应,无法检测蔗糖是否被水解。 (4)专一性模型 A表示酶 B表示被A催化的底物 E、F表示B被分解后产生的物质 D表示不能被A催化的物质 (5)曲线分析加入酶A，反应速率加快，说明酶A能催化底物，参与反应 加入酶B，反应速率不变，说明酶B不能催化底物，不参与反应 5.酶的作用条件较温和 (1)探究温度对酶活性影响：最好用淀粉溶液、唾液淀粉酶。 ①不宜选用H2O2，原因是H2O2在常温下就会分解，加热条件下分解会加快。 ②应用碘液鉴定，不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂在使用时需要水浴加热，而加热会改变反应体系的温度，影响实验结果。 ③酶和淀粉混合前，务必先在各自设定的温度下保温一段时间，再混合。 (2)探究pH对酶活性影响：最好用肝脏研磨液（含有H2O2酶）、H2O2溶液 ①不能用淀粉和淀粉酶，因为在酸性条件下淀粉本身分解会加快，影响实验结果 ②需先在肝脏研磨液（含有H2O2酶）中加入调节pH的溶液后，再将酶液和底物混合，否则尚未调节pH，反应已结束。 （3）曲线分析 ①在最适温度或(最适pH)条件下，酶的活性最高(如B点)。温度（pH)偏高或偏低，酶活性都会明显降低。 ②低温(如A点)抑制酶的活性，但酶的空间结构稳定，温度升高后，酶仍能恢复活性。但高温、过酸、过碱会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。 ③酶制剂适宜在低温下（0-4℃）保存。 6.影响酶促反应速率的因素 酶活性：酶催化特定化学反应的能力。可以用一定条件下酶所催化某一化学反应的（单位时间内底物的消耗量或产物的生成量）速率表示。 (1)通过影响酶活性影响酶促反应速率的因素：温度，pH、抑制剂、激活剂 (2)底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的面积来影响酶促反应速率的，但并不影响酶活性 ①底物浓度 ②酶浓度 （3）竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂 竞争性抑制剂：与底物竞争酶，可以通过增大底物的浓度来解除其抑制作用。 非竞争性抑制剂：改变酶的结合位点，可以通过增大酶浓度来解除抑制作用。 7.（1）若用Fe3+代替过氧化氢酶进行催化,A不移B右移 （2）若将酶量增加一倍，A不移B左移 （3）若将底物的浓度增加一倍，A上移B右移 第2节细胞的能量“货币”ATP 一.ATP是一种高能磷酸化合物 1.元素组成：C,H,O,N,P 2.中文名称：腺苷三磷酸 A：腺苷 T：三个 P：磷酸基团 3.结构简式：A—P～P～P “—”代表普通化学键 “～”代表一种特殊的化学键 4.ATP水解掉1个高能磷酸键后得到ADP(腺苷二磷酸)；水解掉2个高能磷酸键后得到的是AMP（腺苷一磷酸）腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一。 5.功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 6.其他高能磷酸化合物：GTP, CTP, TTP, 磷酸肌酸等 7.图中○中所代表的含义： ① 腺嘌呤核糖核苷酸② 腺嘌呤 ③ 腺嘌呤脱氧核苷酸 ④ 腺嘌呤核糖核苷酸⑤ 腺苷 ⑥ 腺苷 二．ATP与ADP可以相互转化 1.转化过程：ATP的合成与分解（物质可逆、能量不可逆，不是可逆反应） 项目 ATP的合成（放能反应） ATP的水解（吸能反应） 反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 能量来源 光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸) 储存在特殊化学键中的能量 能量去路 储存在特殊化学键中 用于各项生命活动 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体等 活细胞各个部位 提醒： （1）ADP转化成ATP过程中所需的能量，对于动物、人、真菌和大多细菌来说，均来自于呼吸作用，对于绿色细胞来说，来自于呼吸作用和光合作用 （2)光合作用产生的ATP完全用于暗反应C3的还原 2.相互转化特点 (1)ATP与ADP的转化非常迅速。 (2)ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。 (3)ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性。 3.氧气和ATP关系示意图 三.ATP的利用 1.细胞中绝大多数需要能量 的生命活动都是由ATP直接提供能量的。 2.ATP为主动运输供能的机理（理解）： ①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。②在载体蛋白这种酶的作用下，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移，这就是载体蛋白的磷酸化。 ③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。 ④载体蛋白去磷酸化构型恢复，该过程无能量供应。 3.ATP是细胞内流通的能量“货币”，吸能反应与ATP水解相联系。放能反应与ATP合成相联系。 第3节 细胞呼吸的原理和应用 一、探究酵母菌细胞呼吸的方式 1.呼吸作用的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。 2.酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌 3.由于葡萄糖也能与酸性重铬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。 自变量 氧气的有无 因变量 CO2产生与否及多少，有无酒精产生 因变量检测指标 CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，浑浊程度检测CO2的产生情况；溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据变黄时间长短比较CO2的产生情况。 酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性（浓硫酸）条件下发生化学反应，变成灰绿色 无关变量 温度、试剂用量等，要遵循单一变量原则（无关变量相同且适宜） 4.配制葡萄糖溶液时，煮沸：杀死杂菌，排出氧气；冷却：防止酵母菌体内的酶在高温下失活。 5.NaOH的作用：吸收CO2，保证澄清石灰水变浑浊的CO2由酵母菌有氧呼吸产生 6.B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因：将瓶中氧气耗尽，保证产生的CO2由无氧呼吸产生。 7.澄清石灰水先浑浊后澄清，可能是CO2过量与碳酸钙反应形成碳酸氢钙 8.对比（相互对照）实验，设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响 二、有氧呼吸（对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式） 1.细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程 2.有氧呼吸的主要场所——线粒体 3.有氧呼吸的总反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量 4.有氧呼吸的三个阶段（重点记忆） 阶段 物质变化酶 场所 放能多少 第一阶段 C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]＋少量能量酶 细胞质基质 少量 第二阶段 2C3H4O3＋6H2O 6CO2＋20[H]＋少量能量酶 线粒体基质 少量 第三阶段 24[H]＋6O2 12H2O＋大量能量 线粒体内膜 大量 注：（1）[H]是指NADH(还原型辅酶Ⅰ) （2）C6H12O6不能进入线粒体，只有分解成丙酮酸后，才能进入线粒体。 （线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶） （3）每个阶段的能量都是大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中 （4）有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，还可以利用脂肪、蛋白质等 （5）在真核生物中，有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体；在原核生物中，有氧呼吸的场所为细胞质基质和细胞膜。 三、无氧呼吸 1.在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 发酵：特指酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸。产酒精叫酒精发酵（如葡萄酒酿造），产乳酸叫乳酸发酵（如酸奶制作）。 注：人体肌细胞进行无氧呼吸不属于乳酸发酵！！！ 2.场所：细胞质基质。 3.过程（无氧呼吸的两个阶段） 第一阶段 C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]＋少量能量 第二阶段 2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]2C2H5OH（酒精）＋2CO2 大多数植物、酵母菌等 2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]2C3H6O3（乳酸） 高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌、哺乳动物成熟红细胞等 注意：①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 ②两个途径一般不在同一个细胞中同时发生，但可以在同一生物体不同细胞中同时发生 ③无氧呼吸产物不同→直接原因：催化反应的酶不同。 根本原因：基因不同（不同生物）或基因选择性表达（同种生物） 4.无氧呼吸的总反应式 C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量 C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量大部分以热能形式散失 少部分储存在ATP中 5.无氧呼吸过程中的能量转化第一阶段释放少量能量 葡萄糖 大部分能量留在酒精或乳酸中 第二阶段不释放能量 四、细胞呼吸比较 细胞呼吸：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不同点 场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质 条件 需要氧气和多种酶 不需要氧气，需要多种酶 产物 CO2和H2O 酒精和CO2或乳酸 能量 大量能量 少量能量 有机物氧化程度 彻底 不彻底 相同点 联系 第一阶段相同 实质 分解有机物，释放能量，合成ATP 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 五、细胞呼吸方式的判断(以真核生物为例) （1） （2）通过液滴移动法探究细胞呼吸的方式 ①探究装置：根据着色液滴移动的距离可测出细胞呼吸消耗的O2的体积。装置2中着色液滴移动的距离代表细胞呼吸消耗的O2和释放的CO2的体积的差值。 ②结果与结论 实验结果 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质 ③为防止温度等物理因素的干扰，使实验结果精确，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。（煮熟的种子已经不能再进行呼吸作用，若液滴发生移动，则可能有存在物理因素的干扰） ④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 ⑤用绿色植物作实验材料测定细胞呼吸速率时，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。 六、细胞呼吸的影响因素及其应用 1．内因 (1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。 实 例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。 (2)生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同。 实 例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。 (3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。 实 例：生殖器官大于营养器官。 2．外因 (1)温度 ①原理：温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。 ②应用：储存水果、蔬菜时应选取零上低温A (2)O2浓度B ①原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。 ②解读： a. O2浓度低时，无氧呼吸占优势。 b．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。 c．当O2浓度达到一定值后，随着O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。 d.A点为CO2释放总量的最低点，此O2浓度下消耗的葡萄糖是最少的，所以储存水果蔬菜时应选择低氧 e.B点代表有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2相等，但这时无氧呼吸消耗的葡萄糖时有氧呼吸的3倍 ③应用 a．选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。 b．作物栽培中及时松土，有利于根系生长（松土后，有氧呼吸增强，产生的能量增多，有利于根系通过主动运输从外界吸收矿质元素）。 c．提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。 d．稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。 (3)CO2浓度 ①原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。 ②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。 (4)含水量 ①解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。 ②应用：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。 第4节 光合作用与能量转化 一、捕获光能的色素和结构 1.光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径 2.实验：绿叶中色素的提取和分离 （1）实验原理 实验 原理 溶液 提取色素 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中 无水乙醇 分离色素 （纸层析法） 绿叶中的各种色素都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同； 溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 层析液 （2）注意事项 ①二氧化硅（石英砂）：有助于研磨的充分 碳酸钙：防止研磨中色素被破坏 研磨液过滤：单层尼龙布（不能用滤纸：防止滤纸吸附色素） 研磨应迅速、充分：防止无水乙醇挥发、使色素充分溶解 用棉塞塞严装有滤液的试管口：防止乙醇（滤液）挥发和色素氧化 ②制备滤纸条要剪去一端的两角：防止出现边缘效应（两边色素扩散的快），保证色素带整齐 滤液细线的要求：细、直、齐，防止色素带重叠而影响分离效果 重复画滤液细线2-3次，是为了积累更多的色素 层析时不能让滤液细线触及层析液，防止色素溶解于层析液中而无法分离 分离时，用培养皿盖住小烧杯：防止层析液挥发。 （3）实验结果（胡黄ab向前走） 胡萝卜素：橙黄色 类胡萝卜素（含量约占1/4）：主要吸收蓝紫光 叶黄素： 黄 色 叶绿素（含量约占3/4）：主要吸收蓝紫光和红光 叶绿素a：蓝绿色 叶绿素b：黄绿色 ①色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽(色素含量最多)的是叶绿素a，色素带最窄(色素含量最少)的是胡萝卜素 ②色素带扩散速度与色素在层析液中的溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。溶解度最高的是胡萝卜素。 （4）实验异常现象分析 Ⅰ滤纸条未见色素带的原因： ①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，使得色素溶解于层析液中；③用水进行绿叶中色素的提取。 Ⅱ滤液绿色过浅的原因： ①未加SiO2，研磨不充分；②取材不好，叶片不够新鲜，不是浓绿色；③加入无水乙醇过多，提取浓度太低；④未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。 Ⅲ滤纸条色素带重叠的原因：①滤液细线不直；②滤液细线过粗。 3．影响叶绿素合成的因素 (1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶片呈黄色。 (2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。（秋天叶子变黄） (3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。 4．叶绿体中色素的吸收光谱分析 (1)色素吸收光的范围：一般叶绿体中的色素只吸收可见光（可见光的波长范围大约是390～760 nm），对红外光和紫外光不吸收。　 (2)不同颜色温室大棚的光合效率 ①无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚光合效率最高。 ②若需补光(单色光)，则同一光照强度下，补蓝紫光、红光效果最好。 ③叶绿素对绿光吸收最少，被反射出来，故叶片呈绿色。绿色塑料大棚光合效率最低。 5．叶绿体的结构适于进行光合作用 （1）叶绿体是双层膜，内部有许多类囊体堆叠形成的基粒，基粒与基粒之间充满了基质。 （2）光合色素分布在类囊体薄膜上，光合色素功能：吸收、传递、转化光能。（少数叶绿素a具有转化功能） (1)恩格尔曼的两个实验 ①水绵（叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察）和需氧细菌（确定释放氧气多的部位）；无空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。 结论：直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 ②三棱镜实验：需氧细菌集中在红光和蓝紫光区域，说明色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用放出氧气。 二、光合作用的原理 1．光合作用探索历程 希尔 发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。 像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。 此实验能说明氧气的产生和糖类的合成不是同一化学反应 鲁宾和 卡门 同位素标记法（无放射性），研究光合作用中氧气的来源 结论：光合作用释放的O2中的氧元素来自H2O H218O＋CO2 18O2 H2O＋C18O2 O2 阿尔农 发现在光下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现该过程总是与水的光解相伴随 卡尔文 用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径14CO2→14C3→(14CH2O），被称为卡尔文循环。 2．光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 3．光合作用的过程 总反应 CO2＋H2O (CH2O)＋O2 项目 光反应 暗反应 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 条件 光、色素、酶 有无光均可、酶、NADPH、ATP等 物质变化 (1)水的光解：2H2O O2＋4H＋＋4e- (2)NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e- NADPH (3)ATP的合成：ADP＋Pi＋能量 ATP (1)CO2的固定：CO2＋C5 2C3 (2)C3的还原：2C3(CH2O)＋C5 (3)ATP的水解：ATP ADP + Pi+ 能量 (4)NADPH的分解：NADPH NADP＋＋H＋＋2e- 能量变化 光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。 光合作用中产生的NADPH叫还原型辅酶Ⅱ，而细胞呼吸中产生的［H］是还原型辅酶I（NADH） NADPH作用：①C3还原中作还原剂；②为C3还原提供能量 4．同位素标记光合作用元素转移途径 ①H：3H2ONADP3H(C3H2O)。 ②C：14CO214C3(14CH2O)。 ③O：H2O18O2；C18O2C3(CH218O)。 条件 C3 C5 NADPH、ATP （CH2O）合成量 光照加强（未饱和前） 减少 增多 增多 增多 光照减弱 增多 减少 减少 减少 二氧化碳增多（未饱和前） 增多 减少 减少 增多 二氧化碳减少 减少 增多 增多 减少 5．结合光反应和暗反应过程分析，若突然光照变弱或CO2供应减少，叶绿体中ATP、NADPH、C3和C5相对含量发生怎样的变化 6．①不是所有的植物细胞都能进行光合作用。植物的根细胞、表皮细胞没有叶绿体，不能进行光合作用。 ②进行光合作用不一定需要叶绿体，如蓝细菌没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用。 ③NADPH和ATP的移动方向：从类囊体薄膜到叶绿体基质；NADP＋、ADP和Pi相反 ④光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 ⑤光照停止时，光反应立即停止，暗反应可以（利用剩下的NADPH和ATP）进行一段时间，随后也停止 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 光能 无机物氧化释放的能量 代表生物 绿色植物 硝化细菌 相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物 ⑥光合作用和化能合成作用比较 三、光合作用原理的应用 1．光合作用强度：植物单位时间内通过光合作用制造糖类数量（可用一定时间内原料消耗或产物生成量来定量表示） 2．探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体，使叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 (2)实验中变量分析 ①自变量：不同光照强度 控制自变量：调节光源（同一瓦数的台灯）与烧杯的距离进行控制或者不同瓦数的台灯与烧杯距离相同， ②因变量：光合作用强度 因变量的检测指标：同一时间段内叶片浮起数量（或浮起相同数量的叶片所需要的时间长短） ③对无关变量进行控制：叶片大小、溶液的量等保持一致 （3）注意：NaHCO3的作用：提供CO2 3．影响光合作用的因素 Ⅰ外部因素（光照强度，CO2浓度，温度、水分、矿质元素等） （1）光照强度 原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。在一定范围内，光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 曲线解读： ①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。 ②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。（光合作用强度＜呼吸强度） ③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。 ④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强。（光合作用强度＞呼吸强度） ⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是：光合色素含量、酶的数量和活性；外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。 应用：温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 （2）CO2浓度 ①原理：CO2影响暗反应阶段（CO2的固定），制约C3的形成。 ②曲线解读 a图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。 b图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 c B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。 ③应用：在农业生产上可以通过通风，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。 “关键点”移动 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。 (2)补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 ②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。 (3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时， C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。 （3）温度 ①原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。 ②应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 （4）水分和矿质元素 ①原理 a水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。 b N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。 ②应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 （5）多因子变量对光合速率的影响 植物生活的环境是复杂多样的，环境中的各种因素对光合作用的影响是综合的。下面的曲线是科学家研究多种因素对光合作用影响得到的结果。请分析回答： ①这三种研究的自变量分别是什么？ 光照强度、温度； 光照强度、温度； 光照强度、CO2浓度。 ②图3的研究中，对温度条件的设定有何要求？为什么？ 　需要保持在最适温度，这样可能使实验结果更加明显。 ③图1中P点光照强度下，要想提高光合速率，可以采取什么措施？ 提高CO2浓度 ④据图1分析，在30 ℃条件下，光照强度达到Q点之后，光合作用速率不再增加，限制因素可能有哪些？ 　 光合色素的含量、空气中CO2浓度。 ⑤图1结果不足以说明30 ℃是光合作用最适宜温度，为什么？如何改进实验才能获得正确的结果？ 　实验提供的温度条件太少，需要在20～40 ℃之间增加温度梯度进行实验。 ⑥Q点之后，曲线会明显下降的是哪一个图？原因是什么？ 　图2；温度升高，酶的活性会下降，甚至失活。 Ⅱ内部因素（光合色素的含量，酶的活性和数量） (1)植物品种不同，如阴生植物、阳生植物 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 四、光合作用和细胞呼吸的综合分析 1.真正光合速率（总光合速率）、净光合速率和呼吸速率 (1)真正光合速率、净光合速率和呼吸速率关系 ①真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 ②上图中光照强度大于C时，OA段表示植物呼吸速率，OF段表示植物净光合速率，则真正光合速率＝OA＋OF。 ③植物绿色组织只有在黑暗条件下测得的数值为呼吸速率(A点)。 ④植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 (2)曲线分析 曲线对应点 细胞生理活动 植物组织外观表现 图示 A点 光照强度为0，即黑暗条件，只进行细胞呼吸 从外界吸收O2，向外界排出CO2 AB段 随光照强度增强，光合作用强度增强，但仍比呼吸作用强度弱 从外界吸收O2，向外界排出CO2 B点 光合作用强度等于呼吸作用强度，而此时的光照强度为光补偿点 与外界不发生气体交换 BD段 光合作用强度随光照强度的增强而增强，而且光合作用强度大于呼吸作用强度 从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气 DE段 光合作用强度达到饱和，不再随光照强度增大而增强 常用表示方法（背）： 总光合速率 O2产生速率 CO2固定（或消耗）速率 有机物产生（或制造、生成）速率 净光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率 呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 2.植物光合作用和细胞呼吸作用的日变化曲线分析 Ⅰ.开放环境中CO2吸收、释放量昼夜变化曲线分析 曲线的各点含义及形成原因分析如下： ①a点：温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。 ②b点：开始进行光合作用。 ③bc点：光合作用强度小于呼吸作用强度。 ④c点：光合作用强度等于呼吸作用强度。 ⑤ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度 ⑥d点：温度过高，部分气孔关闭，CO2供应量减少，出现“午休”现象。 ⑦e点：光合作用强度等于呼吸作用强度。 ⑧ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。 ⑨fg段：停止光合作用，只进行呼吸作用。 Ⅱ.相对密闭的环境中，—昼夜CO2含量的变化曲线图 比较项目 一昼夜，小室中CO2含量的变化曲线图 图示 曲线分析 C点、E点：光合作用强度＝呼吸作用强度 CE段：光合作用强度＞呼吸作用强度 MC段和EN段：光合作用强度＜呼吸作用强度 光合作用开始于C点之前，结束于E点之后 若N点低于M点 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加 若N点高于M点 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少 若N点与M点一样高 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变 3.光合速率的测定方法 Ⅰ“液滴移动法” [实验原理] ①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。 ②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。 ③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 ④物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，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。 五、C3植物、C4植物 C3植物：大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯 C4植物：玉米、甘蔗、高粱、苋菜等 C4植物比C3植物饱和点、补偿点低 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $