课件74张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶一、酶的作用和本质
1.酶在细胞代谢中的作用
(1)细胞内化学反应(2)比较过氧化氢在不同条件下的分解:
①实验原理:FeCl3溶液过氧化氢酶②实验过程和现象:FeCl3溶液肝脏研磨液少量气泡产生场所：__________
生理作用：___________
化学本质：_______________ 2.酶的作用原理和本质
(1)酶的作用原理:
①活化能:分子从_____转变为容易发生化学反应的_____状态
所需要的能量。
②作用机制:同无机催化剂相比,酶降低_______的作用更显著,
因而催化效率更高
结果:正是由于酶的催化作用,细胞代谢才能在_____条件下
快速进行
(2)酶的本质常态活跃活化能温和活细胞催化作用蛋白质或RNA二、酶的特性
1.酶的特性(连线)2.温度和pH对酶活性的影响过高过高或过低【思考辨析】
1.判断正误
(1)酶是活细胞产生的,只能在细胞内起作用。 ( )
【分析】酶是活细胞产生的,只要条件适宜,酶在细胞内、细胞
外和体外都能发挥作用。
(2)所有的酶都是在核糖体上合成的。 ( )
【分析】酶的本质是蛋白质或RNA,蛋白质是在核糖体上合成的,
而RNA不是在核糖体上合成的。××(3)在温度过高或过低时,酶均能失去活性。 ( )
【分析】酶在温度过高时会失活,而在低温条件下酶的活性降
低。
(4)酶是通过降低活化能来起到催化作用的。 ( )×√2.问题思考
(1)在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,自变量有哪些?如何衡量自变量对因变量的作用?
提示：自变量有90℃水浴加热、3.5%的FeCl3溶液2滴、20%的肝脏研磨液2滴;可以通过产生气泡的多少或使卫生香燃烧的程度来衡量自变量对因变量的作用。
(2)从蛋白质的结构和特点等方面来分析,在强酸、强碱或温度过高的条件下,酶为什么会失活?该如何保存酶?
提示：在强酸、强碱或温度过高的条件下,蛋白质的空间结构遭到破坏,其生物活性就会丧失。应该在适宜的温度和pH等条件下保存酶。一、酶的作用、本质及高效性的相关实验分析
1.酶的概念和作用机理
(1)酶的概念:(2)酶的作用机理:
酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能,分析如下:①图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。
②若将酶变为无机催化剂,则b在纵轴上向上移动。
③用加热的方法不能降低活化能,但会提供活化能。2.“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验分析结论:过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3溶液等无机催化剂的催化效率,所以酶的催化作用具有高效性。
【警示钟】
对酶作用本质的错误理解
(1)酶的作用并不是为反应提供能量,而是降低了反应发生所需要的能量。
(2)蛋白酶并不会使所有酶失去活性,有少部分酶的化学本质是RNA。【学而后思】
“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,为什么要用新鲜的肝脏研磨液?
提示：若肝脏研磨液不新鲜,肝细胞内过氧化氢酶的活性会降低。命题角度 1 酶化学本质的分析
【典例训练1】
甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理,酶活性与处理时间的关系如右图所示。下列分析错误的是 ( )
A.甲酶能够抗该种蛋白酶降解
B.甲酶不可能是具有催化功能的RNA
C.乙酶的化学本质为蛋白质
D.乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变 【解题关键】解答本题的关键是通过图中蛋白酶对两种酶的作用结果来判断两种酶的化学本质,然后逐项分析。
【解析】选B。酶的作用具有专一性,用蛋白酶处理后,蛋白质类酶的活性会因其分子结构改变而逐渐降低,非蛋白质类酶的活性不受影响。酶的化学本质是蛋白质或RNA,因此乙酶的化学本质是蛋白质,甲酶的化学本质是RNA。酶的生理作用都是催化作用。命题角度 2 酶高效性的实验分析
【典例训练2】(2013·邢台高一检测)某同学为了探究“植物体内有关过氧化氢酶催化过氧化氢分解的问题”设计了如下实验,将四种植物器官各称取3 g,切成小薄片放入试管中,编号后进行实验。(备注:“+”表示有,“/”表示无) 以下分析不正确的是 ( )
A.试管1在本实验中起空白对照的作用
B.不同植物组织器官中过氧化氢酶的活性或含量可能不同
C.表中材料胡萝卜直根中过氧化氢酶的催化活性最高
D.若用以上各器官的研磨液3 g,实验组的反应速率都加快
【解题关键】解答本题的关键是:
(1)找出本实验中的自变量及自变量的作用本质;
(2)通过反应现象分析植物材料与因变量的关系。【解析】选C。实验中的自变量是不同植物的器官,其中试管1中没有加入催化剂,属于对照组;由于加入的各种植物组织都是3 g,但不同植物组织中酶的含量是不同的,所以通过实验结果不能判断出酶的活性高低,只能反映出酶促反应速率的快慢。将以上各器官研磨后,过氧化氢与过氧化氢酶接触的机会增多,实验组的反应速率都会加快。【互动探究】
(1)若上述实验各器官过氧化氢酶的含量是相同的,哪一组酶的活性最高?
提示：马铃薯块茎中酶的活性最高。
(2)上述实验中若酶的活性不同,会是由温度不同引起的吗?
提示：不会。因为实验中的无关变量是相同的。二、酶特性的相关实验
1.高效性
(1)表示曲线:
(2)实验验证:
①实验组:底物+生物催化剂(酶)→底物分解速率(或产物形成的速率)
②对照组:底物+无机催化剂→底物分解速率(或产物形成的速率)2.专一性
(1)原因:酶只能催化与其结构互补的底物。
(2)实验验证:
①实验组:淀粉+淀粉酶→麦芽糖
②对照组:蔗糖+淀粉酶→不分解,仍为蔗糖
③现象:两组中都加入斐林试剂,并水浴加热,只有①组中出现砖红色沉淀。3.温度和pH对酶活性的影响
(1)实验课题及变量分析:(2)方法步骤:【学而后思】
验证酶专一性的实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂?
提示：不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解,蔗糖分子是否被水解都不会使碘液变色。【典例训练3】(2012·福建高考)回答下列问题。
大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。
(1)查询资料得知,18℃时,在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知,在各自最适pH下,三种蛋白酶催化效率最高的是 。(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15℃～18℃之间。学习小组假设:大菱鲆蛋白酶的最适温度在15℃～18℃间。他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度,探究三种酶的最适温度。
①探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是
,可用 试剂鉴定。
②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在
。
③为了控制实验温度,装有酶和底物的试管应置于___________ 中以保持恒温。单位时间内 可以表示蛋白酶催化效率的高低。④实验结果如图2,据此能否确认该假设成立? 。
理由是: 。【解题关键】解答本题的关键是:(1)通过分析图1明确各种酶的最适pH。(2)酶的活性代表酶的催化效率。(3)图2中各种酶的催化效率并未达到峰值。
【解析】(1)由坐标图中三种酶的活性可知,在最适pH时,幽门盲囊蛋白酶的活性最高,因此幽门盲囊蛋白酶的催化效率最高。(2)①本实验探究蛋白酶的最适温度,因此实验需要的底物为蛋白质,鉴定蛋白质可用双缩脲试剂,该试剂可与蛋白质发生紫色反应。②测定酶的最适温度时,应提供最适的外界环境,即给各种酶提供最适pH,由图1可知,胃蛋白酶和幽门盲囊蛋白酶的最
适pH分别是2和8。③本实验的自变量是温度,因此各组实验应保持恒定的温度,保持恒温的主要方法是通过水浴加热;通过产物的生成量或底物的消耗量可测定蛋白酶的催化效率的高低。④由图2可以看出,在15℃～18℃范围内,随着温度的升高,蛋白酶的活性一直在增强,没有出现下降的拐点,因此,不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度在15℃～18℃间。答案：(1)幽门盲囊蛋白酶
(2)①蛋白质 双缩脲
②2和8 ③水浴 底物消耗量(或产物生成量)
④不能 在15℃～18℃范围内,随着温度的升高,酶活性一直在增强,没有出现下降的拐点,所以不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度【互动探究】(1)若胃蛋白酶随食物进入大菱鲆的小肠中,其活性如何变化?
提示：失活,因为小肠中的pH在8左右,而胃蛋白酶在此pH下会失活。
(2)上述题目中,在探究温度对三种酶活性的影响时,各组的pH相同,还是在各自最适pH的条件下?
提示：在各自最适pH的条件下。【变式备选1】为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶,某学生设计了两组实验,如下图所示。在37℃水浴中保温一段时间后,向1、2试管中加入适量双缩脲试剂,3、4试管中不加任何试剂。下列实验能达到目的的是 ( )
A.实验① B.实验②
C.实验①、实验②都能 D.实验①、实验②都不能【解析】选B。双缩脲试剂检测的是蛋白质,蛋白酶也是蛋白质,故本题无法从化学特性上达到目的,只有考虑物理特性,如蛋白块的变小或消失。三、各种因素对酶促反应速率影响的曲线分析
1.酶浓度对酶促反应速率的影响曲线(1)图甲说明:在底物充足,其他条件适宜的情况下,酶浓度与酶促反应速率成正比。
(2)图乙说明:
a.与无机催化剂相比,酶的催化效率更高。
b.酶只会缩短达到化学平衡所需的时间,不改变化学反应的平衡点。2.反应底物浓度对酶促反应速率的影响曲线
(1)加入酶A时,一定范围内随底物浓度的增加反应速率增加,当底物浓度超过一定范围后反应速率不再改变。
(2)酶A会促进该酶促反应的进行,而酶B不会,说明酶具有专一性。3.pH和温度对酶促反应速率的影响曲线(1)甲图说明:
①在最适pH时,酶的催化作用最强,高于或低于最适pH,酶的催化作用将减弱。
②过酸、过碱都会使酶失活。
③不同的酶最适pH不同。
(2)乙图说明:
①在一定温度范围内,随温度的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶的催化作用将减弱。
②低温只会抑制酶的活性,而高温会使酶失活。
(3)丙图说明:反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。【警示钟】
对影响酶活性条件的最适值的两点警示
(1)酶催化反应时,酶不同,其最适pH不同,最适温度不同,但特定的酶最适值为定值,在最适值条件下,催化效率最高。
(2)并非在最适的pH或温度下反应就一定能进行,若将温度调至100℃,那么,即使在最适pH时,多数酶会丧失活性。【学而后思】
(1)温度、pH等外界条件的改变可以影响酶的活性,进而影响反应速率,其中温度是如何影响酶活性的?请描述图中曲线及A、B两点的含义。
提示：在一定温度范围内,随温度的升高,酶的催化作用增强,超过这一范围,酶的催化作用将减弱。低温只会抑制酶的活性,而高温会使酶失活。(2)在将胃蛋白酶所处的环境pH从10降到1.5的过程中,酶的活性是如何变化的?
提示：不变,始终为零,因为胃蛋白酶的最适pH为1.5,在pH为10时,酶已经失活。【典例训练4】(2013·玉溪高一检测)如图表示在不同条件下,酶催化反应的速率(或生成物量)的变化情况。以下有关叙述不正确的是 ( )A.图①能用来表示反应物浓度变化与反应时间的关系
B.图②虚线表示增加酶浓度后,其他条件不变时,生成物量与反应时间关系的变化情况
C.若图②中的实线表示过氧化氢酶对H2O2分解的催化效率,则虚线表示FeCl3溶液对H2O2分解的催化效率
D.图②也可以用来表示温度不同的情况下,生成物和反应物的比值与时间的关系【解题关键】解答本题的关键是分析在不同条件下横纵坐标的关系,也就是自变量和因变量之间的关系;然后分析曲线走势,进行正误判断。
【解析】选C。图①可以表示酶促反应中反应物浓度变化和时间的关系,随着反应的进行,反应物越来越少;图②中的实线和虚线可以表示同一反应,只是虚线表示反应速率快,到达反应平衡所需时间短,所以若虚线表示加入过氧化氢酶,则实线可以代表加入FeCl3溶液时过氧化氢的分解速率;同时图②可以表示生成物和反应物的比值与时间的关系,因为反应物越来越少,而生成物越来越多,最后达到平衡时不再变化。【变式备选2】影响酶催化反应速率的因素有温度、反应物浓度、酶的浓度等。如图表示在最适温度下,某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。有关说法正确的是 ( )
A.若在B点增加酶的浓度,反应速率会减慢
B.若在A点提高反应温度,反应速率会加快
C.若在C点增加反应物浓度,反应速率将加快
D.若在A点增加反应物浓度,反应速率将加快【解析】选D。影响反应速率的因素很多,有温度、反应物浓度、酶的浓度等。图中所给出的影响因素为反应物浓度,在B、C两点时反应物浓度不再是反应速率的限制因素,但提高酶的浓度会使反应速率提高;A点时反应物浓度是限制因素,所以提高反应物浓度会提高反应速率,而提高反应温度反而会使反应速率减慢。与酶活性有关的曲线类题目
【案例】下面的三个图是某研究小组利用过氧化氢酶探究H2O2分解条件而获得的实验结果。请回答下列有关问题:(1)图1、2、3所代表的实验中,实验自变量依次为 、
、 。
(2)根据图1可以得出的实验结论是酶的催化作用具有
。
(3)图2曲线bc段产生的最可能原因是 。
(4)若图2实验过程中增加过氧化氢酶的含量,请在图2中,用虚线绘出曲线的变化情况。
(5)能否以H2O2为材料来探究温度对H2O2酶活性的影响?
,原因是 。【审题——抓准信息·快速推断】【答题——规范答案·警示失误】
(1)催化剂种类 H2O2浓度 pH
(2)高效性
(3)过氧化氢酶数量(浓度)有限(4)如图
错答：画图不准确。
错因：没有理解酶浓度与酶促反应速率的关系。(5)不能 H2O2在加热条件下会分解,影响实验结果的观测
错答：能。
错因：主观上认为温度可以影响H2O2酶的活性,忽视温度影响H2O2分解。1.(基础理论辨析题)下列说法中属于酶特性的有( );属于酶化学本质的有( );属于酶的功能和作用场所的有( )
A.绝大多数酶是蛋白质
B.每一种酶只能催化一种或一类化学反应
C.具有较强的催化作用
D.能在细胞内起作用
E.酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍
F.酶所催化的化学反应一般是在温和的条件下进行的
G.少数是RNA
H.能在细胞外起作用【解析】选B、E、F;A、G;C、D、H。酶是具有催化功能的化合物,其本质绝大多数是蛋白质,少数为RNA;它既可以在细胞内起作用,如呼吸酶,也可以在细胞外起作用,如消化酶;它具有专一性、高效性和作用条件较温和等特性。2.下列关于酶的实验不正确的是 ( )
A.上述反应中的自变量是催化剂的种类
B.该实验能证明酶具有高效性
C.该实验如果将肝脏进行研磨,效果会更好
D.该实验的因变量是肝脏质量的变化【解析】选D。本实验中用的是过氧化氢酶和氯化铁溶液两种不同的催化剂,所以催化剂的种类是本实验的自变量,而加入肝脏(含过氧化氢酶)的试管反应更快,说明了酶具有高效性;因变量是产生氧气的快慢。3.活细胞内合成酶的原料是 ( )
A.脂肪酸 B.核糖核苷酸
C.氨基酸 D.氨基酸或核糖核苷酸
【解析】选D。因为酶的化学本质是蛋白质或RNA,组成它们的基本单位分别是氨基酸和核糖核苷酸。4.能够促使唾液淀粉酶水解的酶是 ( )
A.淀粉酶 B.蛋白酶
C.脂肪酶 D.麦芽糖酶
【解析】选B。唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质,由于酶具有专一性,所以与之对应的水解酶为蛋白酶。5.β-半乳糖苷酶能催化乳糖生成半乳糖和葡萄糖,但不能催化麦芽糖分解为葡萄糖。这表明β-半乳糖苷酶的催化作用具有
( )
A.高效性 B.专一性 C.稳定性 D.多样性
【解析】选B。题干中描述了β-半乳糖苷酶只能催化乳糖的分解,但不能催化麦芽糖的分解,充分说明了酶具有专一性。6.下列各图中,①表示有酶催化的反应曲线,②表示没有酶催化的反应曲线,E表示酶降低的活化能。正确的图解是 ( )【解析】选C。活化能是指物质由常态转变为活跃状态所需要的能量;图中②表示的是没有催化剂的情况,而图中①表示的是有催化剂的情况,由于两种情况下的初态是相同的,所以最高点的差值就代表酶降低的活化能。7.(2013·洛阳高一检测)如图所示,在试管中均加入3 mL浆糊。A、C中各注入2 mL清水,B、D中各注入2 mL新鲜的人的唾液淀粉酶,保温5 min后分别滴入碘液,不变蓝色的是 ( )
【解析】选B。浆糊中含有大量淀粉,遇碘液变蓝色,而B中淀粉在35℃有唾液淀粉酶的情况下被分解,所以加入碘液不变蓝。8.20世纪80年代科学家发现了一种RnaseP酶,由20%蛋白质和80%RNA组成,如果将这种酶中的蛋白质除去,他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的活性,这一结果表明 ( )
A.RNA具有生物催化作用
B.酶是由RNA和蛋白质组成的
C.酶的化学本质是蛋白质
D.绝大多数酶的化学本质是蛋白质,少数是RNA
【解析】选A。本材料中描述了两种物质——蛋白质和RNA,但不能判断该材料中蛋白质的功能,因为存在或不存在该蛋白质时,都会催化反应的进行,只能说明RNA具有催化作用。9.酶在酶促反应中能催化特定的底物(酶进行催化反应的反应物)反应,与酶的活性中心有关。酶的活性中心往往与底物分子在空间结构上具有特殊的匹配关系,当酶与底物结合时,启动化学反应的发生。请据图回答问题:(1)上图所示过程能说明酶具有 的特点。
(2)酶能提高反应速率的机理是 ,使底物分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态。
(3)下列符合图示反应类型的有 ( )
A.氨基酸a+氨基酸b→二肽+H2O
B.麦芽糖+H2O→葡萄糖
C.三肽+2H2O→氨基酸a+氨基酸b+氨基酸c
D.H2O2→H2O+O2(4)若该酶是人的胃蛋白酶,下列坐标图中表示当pH从1.5升高到10.0时酶活性随之变化的曲线图的是 ( )【解析】(1)题图中表示酶与底物的关系,反应前后不发生变化的为酶,发生变化的为底物,酶与底物是一一对应的关系,所以酶具有专一性。
(2)酶和其他催化剂一样均能降低化学反应的活化能,从而使反应更容易进行。
(3)图中所示反应前为一种物质,反应后分解为两种物质。
(4)由于胃蛋白酶的最适pH为1.5,所以在pH为1.5时酶的活性最高,当pH变为10.0时,酶已失去了活性。
答案：(1)专一性 (2)酶能降低化学反应的活化能
(3)D (4)C课件44张PPT。第2节 细胞的能量“通货”——ATP一、ATP分子中具有高能磷酸键
1.ATP的名称与简式三磷酸腺苷A-P～Ｐ～Ｐ腺苷核糖磷酸基团高能磷酸键2.ATP中的高能磷酸键
(1)高能磷酸键的数量为:____。
(2)高能磷酸键释放的能量为30.54 kJ/mol。2个二、ATP和ADP可以相互转化
1.相互转化的过程及能量来源呼吸作用ADP光合作用2.转化的原因及特点
(1)原因:ATP分子中______________________很容易水解。
(2)特点:时刻不停地发生并且处于_________之中。远离A的那个高能磷酸键动态平衡三、ATP的利用
1.列举利用ATP的实例主动运输思考吸能2.ATP是细胞内流通的能量“通货”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系：
吸能反应：一般与____________相联系
放能反应：一般与____________相联系
(2)能量通过________在吸能反应和放能反应之间循环流通。ATP的水解ATP的合成ATP分子【思考辨析】
1.判断正误
(1)ATP是高能磷酸化合物,只含有3个高能磷酸键。 ( )
【分析】每个ATP分子中含有2个高能磷酸键。
(2)细胞内储存有大量的ATP,为生命活动提供能量。 ( )
【分析】细胞内ATP的含量并不多,但可以与ADP迅速相互转化,满足能量需求。××(3)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性。
( )
(4)细胞中的生命活动所需要的能量都是由ATP直接提供的。
( )
【分析】细胞中绝大多数的能量是由ATP直接提供的。√×2.问题思考
(1)结合ATP的结构简式,分析30个腺苷和60个磷酸最多能组成多少个ATP。
提示：20个。
(2)1分子的ATP彻底水解后会得到哪些物质?
提示：1分子的腺嘌呤、1分子的核糖和3分子的磷酸。一、ATP的结构和生理功能
1.ATP的元素组成与结构2.ATP与核苷酸的关系组成ATP和核苷酸的元素是相同的,都是C、H、O、N、P。ATP中存在一个普通磷酸键和两个高能磷酸键。破坏了两个高能磷酸键,剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。3.ATP的结构与功能的相互关系
(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成,可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。
(2)ATP在供能中处于核心地位,许多能源物质中的能量需转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中,ATP中的能量可转化为不同形式的能量。【警示钟】
(1)A在DNA和RNA中与在ATP中表示的含义是不同的,前者中表示腺嘌呤,而在后者中代表着腺苷。
(2)一般情况下ATP中的两个高能磷酸键并不是都水解的,只有远离腺苷的高能磷酸键水解。【学而后思】
ATP是能量的直接来源,供生命活动所需,但细胞中ATP的含量较低,如何保证生命活动对ATP的需求?
提示：ATP被称为能量流动的“通货”,它是不断地产生和消耗的,所以在含量很低的情况下为生命活动提供大量的能量。【典例训练1】下列关于ATP的叙述,正确的是 ( )
A.ATP与DNA、RNA中的五碳糖相同
B.ATP分子中,其相邻的两个磷酸基之间的化学键称为高能磷酸键
C.ATP分子水解去掉两个磷酸基后变成腺嘌呤脱氧核苷酸
D.ATP分子由1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成
【解题关键】解答本题的关键是明确ATP的结构特点和功能特点以及与相似结构的联系和区别。【解析】选B。ATP与RNA中含有核糖,而DNA中含有脱氧核糖;ATP中共含有两个高能磷酸键,位于磷酸基团之间;ATP分子除去两个磷酸分子之后的结构称为腺嘌呤核糖核苷酸;ATP分子是由1分子腺苷和3分子磷酸组成的。【变式备选1】下列关于ATP分子的叙述正确的是 ( )
A.A表示的是腺嘌呤
B.ATP分子中含有C、H、O、N、P 5种元素
C.T表示胸腺嘧啶,因而ATP的结构与核苷酸很相似
D.1 mol ATP水解,能释放出30.54 kJ的能量,这些能量储存在
2个高能磷酸键中【解析】选B。根据ATP分子的结构简式可知,A表示的是腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,故A项错误;ATP分子中含有C、H、O、N、P 5种元素,故B项正确;T表示的不是胸腺嘧啶而是指3,故C项错误;ATP分子中有2个高能磷酸键,只有远离腺苷的那个易断裂、易形成,故ATP水解时释放出的能量应是储存在1个高能磷酸键中的能量,D项错误。二、ATP与ADP的相互转化
1.相互转化图示
分析:
(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系;
(2)主动运输等吸能活动与ATP的分解相联系,所以ATP是直接供能物质。2.ATP与ADP的相互转化是不可逆的过程
据此可知:ATP与ADP之间的转化并不是简单的可逆反应。 【警示钟】
ATP是细胞内的直接供能物质,但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的,如植物对水分的吸收和运输,其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。【学而后思】
ATP水解释放的能量能转化成热能、光能等,ATP储存的能量能来自热能、光能吗?
提示：ATP储存的能量可以由光能转化而来,但不能由热能转化而来。【典例训练2】下列有关“a.ATP→ADP+Pi+能量”、
“b. ADP+Pi+能量→ATP”的反应的叙述中,正确的是 ( )
①a、b反应过程分别表示能量的释放利用和储存过程
②生物细胞内的b过程所需要的能量来自呼吸作用
③a和b在活细胞中永无休止地循环进行,保证了生命活动的顺利进行
④a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行
⑤a、b反应过程从物质角度看是可逆的,但从能量角度看是不可逆的
A.①②③④ B.②③④⑤
C.①③④⑤ D.①②④⑤【解题关键】解答本题的关键是明确ATP与ADP相互转化的过程中场所、酶、能量的来源和去向等各方面的区别。
【解析】选C。ATP的形成一般与放能反应联系在一起,ATP的分解一般与吸能反应联系在一起;生物细胞中b过程的能量来自呼吸作用或光合作用;ATP和ADP的相互转化是循环进行的;a反应中的能量和b反应中的能量一般不是同一种能量,所以a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行;a、b反应过程从物质的角度看是可逆的,ATP和ADP以及Pi是可以反复利用的,但能量是不可以反复利用的,因为两过程进行的场所等并不相同。【互动探究】(1)在绿色植物的叶肉细胞内是否也存在①过程和②过程?
提示：存在。
(2)叶肉细胞内②过程中能量的来源与人体细胞内的能量的来源相同吗?为什么?
提示：不完全相同。叶肉细胞内合成ATP的能量不仅可以来自呼吸作用分解有机物释放的化学能,还可以来自光合作用。【变式备选2】下列关于ATP和ADP相互转化的叙述,正确的是
( )
A.ATP和ADP相互转化是一种可逆反应
B.细胞可以利用热能将ADP转化为ATP
C.ATP转化成ADP时,所有的高能磷酸键都断裂
D.活细胞中ATP与ADP之间的相互转化时刻发生【解析】选D。ATP与ADP相互转化是不可逆的,因为所需要的酶不同,场所和能量的来源均不同;细胞不能利用热能形成ATP,但ATP中的能量可以转化为热能;在ATP转化成ADP的过程中只有远离腺苷的高能磷酸键断裂;由于细胞对ATP的需求量较大,而ATP的含量较低,所以ATP与ADP之间要不停地相互转化。【备选要点】
ATP转化成的其他形式的能量
1.机械能
生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动所消耗的就是机械能。例如,纤毛和鞭毛的摆动、肌肉收缩等。
2.电能
生物体内神经冲动的传导和某些生物能够产生生物电,消耗的就是电能。3.渗透能
细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的,消耗能量,而这些能量也来自于ATP。
4.化学能
生物体内物质的合成,小分子物质合成大分子物质,必须有直接或间接的能量供应。5.光能
例如萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,荧光素接受ATP提供的能量后就被激活,在荧光素酶的
作用下,激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。
6.热能
生物体内热能的形成来源于有机物的氧化分解。大部分的热能通过各种途径向外界环境散失,只有一小部分用于维持体温。1.(基础理论辨析题)下列属于ATP结构的是( );属于ATP功能的是( )
A.ATP释放能量往往是与吸能反应相联系的
B.ATP中含有2个高能磷酸键
C.ATP转变成ADP时释放的化学能可以转变成电能
D.ATP的组成元素有C、H、O、N、P
E.为满足能量的需要,生物体内存在着ATP与ADP的相互转化
F.ATP水解为一个腺苷和三个磷酸【解析】选B、D、F;A、C、E。ATP分子的元素组成,基本的组成物质种类以及相互连接形成的化学键等都属于ATP结构的范畴;而ATP可以用于生命活动,实现了各种形式能的相互转化都属于ATP的生理功能。2.下列关于ATP中A和P代表含义的说法,正确的是 ( )
A.A代表腺嘌呤,P代表磷酸
B.A代表腺苷,P代表磷酸基团
C.A代表腺苷,P代表磷酸
D.A代表腺嘌呤,P代表磷酸基团
【解析】选B。ATP是三磷酸腺苷的简称,其中的A代表腺苷,T代表三,P代表磷酸基团,磷酸分子用Pi表示。3.一分子ATP中含有腺苷、磷酸基团和高能磷酸键的数目依次为 ( )
A.1、3、3 B.1、3、2 C.2、3、2 D.1、2、3
【解析】选B。ATP分子中含有1分子腺苷,3分子磷酸基团,其中3个磷酸基团之间有2个高能磷酸键。4.ATP是一种物质,不是能量,下列有关说法正确的是 ( )
A.ATP中不含糖
B.ATP中含三个高能磷酸键
C.ATP可水解供能
D.所有生命活动都由ATP直接供能
【解析】选C。ATP中含有核糖,ATP的结构简式为A-P～P～P,含有两个高能磷酸键,远离“A”的那个高能磷酸键容易水解释放能量。细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接提供能量。5.下列关于ATP的描述正确的是 ( )
A.结构简式为A-P～P～P,其中“-”表示高能磷酸键
B.ATP中的高能磷酸键储存的能量多且很稳定
C.细胞中ATP含量很少,但总是处于动态平衡之中
D.是高能磷酸化合物,只在线粒体中合成
【解析】选C。ATP中“-”表示普通磷酸键,“～”表示高能磷酸键,ATP中的高能磷酸键中含有较多的能量,并且非常活跃;
ATP含量较低,但ATP与ADP两者是可以相互转化的,并且处于动态平衡之中。6.如果图示表示ATP的结构,其中表示高能磷酸键的是 ( )
A.①② B.①③ C.②③ D.③④
【解析】选A。高能磷酸键位于磷酸基团之间,位于图中①②的位置。7.如图表示ATP水解产生ADP的过程。请回答下面的问题:
(1)图中A表示 ,P代表 ,如果ATP脱去2个磷酸基团后可作为 (物质)基本结构单位中的一种。
(2)图中①为 ,其中蕴藏着 。(3)图中②为 的过程,
其作用是 。
(4)图示过程中未标出的另一种反应物是 ,催化该过程的酶与催化ATP再生时的酶 (选填“是”或“不是”)同一种酶。
【解析】根据ATP的结构简式可知A代表腺苷、P是磷酸基团,①是高能磷酸键,ATP去掉2个磷酸基团后就是腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA基本结构单位的一种。高能磷酸键的水解为生命活动提供能量。在ATP形成ADP过程中需要水参与,ADP形成ATP时有水产生。答案：(1)腺苷 磷酸基团 RNA
(2)高能磷酸键 大量化学能
(3)高能磷酸键水解释放能量 为生命活动提供能量
(4)水 不是课件74张PPT。第3节 ATP的主要来源——细胞呼吸一、细胞呼吸
1.概念
(1)物质变化:有机物氧化分解,生成___________________。
(2)能量变化:释放出能量并生成____。二氧化碳或其他产物ATP2.探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)酵母菌作为实验材料的原因:在___________的条件下都能
生存,属于兼性厌氧菌。
(2)不同条件下的装置:
①有氧条件装置:NaOH溶液澄清的
石灰水有氧和无氧②无氧条件装置:澄清的石灰水(3)检测细胞呼吸产物所用试剂与现象:
(4)结论:
酵母菌的呼吸方式:___________________。变混浊溴麝香草酚蓝水溶液灰绿色有氧呼吸和无氧呼吸二、有氧呼吸
1.概念葡萄糖二氧化碳和水有氧多种酶大量ATP2.主要场所:线粒体
(1)写出序号代表的结构名称:
①_____;②_____________;③___________。
(2)与有氧呼吸有关的酶分布在:_____。
(3)线粒体的分布:集中在_________的部位。外膜内膜形成的嵴线粒体基质②③代谢旺盛3.过程细胞质基质少量线粒体基质少量线粒体内膜大量4.总反应式
_____________________________
5.有氧呼吸的特点C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量酶温和条件逐步释放ATP热能形式分类依据：无氧呼吸的_____
酒精发酵：__________________________
______________
乳酸发酵：__________________________三、无氧呼吸
1.类型及反应式产物反应式2.场所:___________
3.过程
第一阶段:与_________的第一阶段完全相同;
第二阶段:_______在不同酶的催化作用下,分解成___________
_____,或者转化成乳酸。细胞质基质有氧呼吸丙酮酸酒精和二氧化碳【思考辨析】
1.判断正误
(1)在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中,必须保证酵母
菌是新鲜的、有活性的。 ( )
(2)有氧呼吸的过程只发生在线粒体内。 ( )
【分析】真核生物的有氧呼吸发生在细胞质基质和线粒体内。原核生物无线粒体,只能发生在细胞膜上和细胞质基质中。√×(3)有氧呼吸三个阶段所需要的酶是相同的。 ( )
【分析】由于酶的催化作用具有专一性,一种酶只能催化一种或一类化学反应,三个阶段的底物不相同,故所需要的酶也不相同。
(4)无氧呼吸中产生的ATP少,是由于产生的能量大部分以热能形式散失了。 ( )
【分析】无氧呼吸过程中产生的能量少,是由于葡萄糖分子中的大部分能量存留在了乳酸或酒精中。××2.问题思考
(1)有氧呼吸的三个阶段中,哪个阶段释放能量最多?
提示：第三个阶段释放能量最多。
(2)无氧呼吸在两个阶段中均释放能量并生成ATP吗?
提示：无氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量,生成ATP,第二阶段不释放能量合成ATP。一、探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验过程及关键步骤
1.探究过程
提出问题:酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条
件下?酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是
什么?
作出假设:针对上述问题,根据已有的知识和生活经验(如酵母
菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设2.实验关键步骤
(1)通入A瓶的空气中不能含有CO2,以保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
(2)B瓶应封口放置一段时间,待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶,确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水中。3.实验中的观察指标
(1)产生CO2的多少:
①相同时间内,澄清石灰水变混浊的程度;或出现相同混浊程度所需要的时间。
②溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所需时间的长短。
(2)酒精的有无:
重铬酸钾溶液的颜色变化。【警示钟】
该实验应在25℃～35℃的条件下进行,此时酵母菌中酶的活性最高,生命活动最旺盛,细胞呼吸明显。若温度过低,酵母菌代谢缓慢;若温度过高,酵母菌会被杀死。【学而后思】
(1)探究实验过程中能否以CO2的产生来判断酵母菌细胞呼吸的类型?
提示：酵母菌在有氧和无氧呼吸的过程中均会产生二氧化碳,故不能依据是否有二氧化碳产生来判断酵母菌细胞呼吸的类型。
(2)在有氧条件的装置中,质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么?
提示：使进入A瓶的空气先经过NaOH溶液处理,排除空气中CO2对实验结果的干扰。【典例训练1】(2013·成都高一检测)下图为某生物小组设计探究酵母菌呼吸方式的实验装置。下列叙述正确的是 ( )
A.实验自变量为温度
B.乙、丙两试管中液体应煮沸冷却除去O2
C.气泵泵入的气体应先除去O2
D.此实验为对比实验【解题关键】解答本题的关键是:明确本题的自变量以及Ca(OH)2溶液的作用;明确实验中为减少对实验结果的影响应该除去的气体。
【解析】选D。本实验是一个对比实验,有氧和无氧条件是自变量;乙、丙两个试管中液体是酵母菌培养液,要保持活性,进行细胞呼吸;气泵泵入的气体应首先除去CO2,防止对实验结果产生干扰。【变式备选1】如图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置。对该图分析不合理的是 ( )
A.该实验可以证明酵母菌是兼性厌氧菌
B.甲、乙两装置应置于相同且适宜的温度下
C.在相同时间内,C、E瓶中混浊程度相同
D.A瓶中加入NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2【解析】选C。该实验可以证明酵母菌是兼性厌氧菌,置于相同且适宜温度下的甲、乙两装置中相同时间内前者产生的CO2比后者多,因此在相同时间内,C、E瓶中混浊程度不相同。二、有氧呼吸与无氧呼吸的过程分析及比较
1.有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解及分析分析:
(1)有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]用于第三阶段与O2结合生成水;无氧呼吸第一阶段产生的[H]用于第二阶段将丙酮酸还原为C2H5OH和CO2或乳酸。
(2)有氧呼吸中H2O既是反应物又是生成物,且生成的H2O中的氧全部来自O2。
(3)不同生物无氧呼吸的产物不同,是由于催化反应的酶不同。(4)由葡萄糖的有氧呼吸反应式可知,消耗的O2与生成的CO2体积相等。
(5)有氧呼吸中氧元素的来源和去路:2.有氧呼吸与无氧呼吸的比较【警示钟】
(1)产生CO2的不只是有氧呼吸,酒精发酵过程中也有CO2的产生。
(2)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。【学而后思】
(1)葡萄糖能否直接进入线粒体而被分解?为什么?
提示：不能。体内生物的新陈代谢过程需要酶的催化分解。又因酶具有专一性,葡萄糖只能在细胞质基质中被分解,线粒体内部没有分解葡萄糖的酶。
(2)有人说:“无氧呼吸是有氧呼吸的第一个阶段。”这句话是否正确?为什么?
提示：不正确。虽然无氧呼吸和有氧呼吸第一阶段发生的场所都是细胞质基质,且反应物都是葡萄糖,但是两个过程的产物不同,前者是酒精和二氧化碳或乳酸,后者是丙酮酸,且所需要的酶也不完全相同。【典例训练2】(2013·大连高一检测)如图为某同学构建的在晴朗白天植物的有氧呼吸过程图。下列说法正确的是 ( )A.催化1→CO2的酶存在于线粒体内膜上
B.产生的6大部分用于合成ATP
C.4可来自叶绿体和大气
D.CO2全部释放到大气中
【解题关键】解答本题的关键是根据图中标号选出起点和终点,结合有氧呼吸的过程并根据某一标号中箭头指向的多少判断出各个标号的含义。【解析】选C。由图中葡萄糖到CO2可以推知,1为丙酮酸,2是第二阶段需要的水,3是第一阶段和第二阶段都能产生的[H],4为第三阶段需要的氧气,5为第三阶段产生的水,而6为三个阶段都能产生的能量;催化1→CO2的酶是分布在线粒体基质中的;6中的能量大部分以热能的形式散失了,少部分储存在ATP中;4中的O2来自叶绿体和大气;同时产生的CO2可以用于光合作用或释放到大气中。【变式备选2】如图所示是有氧呼吸过程的图解,据图回答下列问题:(1)有氧呼吸过程是从分解 开始的,有氧呼吸的全过程分为 个阶段。
(2)在有氧呼吸的过程中,释放的CO2是在第 阶段产生的;H2O是通过第 阶段形成的;产生ATP最多的是第
阶段。
(3)有氧呼吸中氧的作用是 。
(4)写出有氧呼吸的总反应式: 。【解析】在有氧呼吸过程中,第一阶段将1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,脱下来少量[H](4个还原氢),释放少量能量,形成少量ATP;第二阶段将丙酮酸彻底分解成CO2,消耗6分子水,脱下来20个[H],释放少量能量,形成少量ATP;第三阶段将前两个阶段脱下的还原氢经过一系列反应,与氧结合形成12分子水,释放大量能量,形成大量ATP。从上述过程可以看出,CO2产生于第二阶段,水生成于第三阶段,释放能量最多的是第三阶段。
答案：(1)葡萄糖 三 (2)二 三 三
(3)与氢结合生成水,生成大量的ATP
(4)C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量酶三、影响细胞呼吸的因素
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作用机制:通过影响细胞呼吸酶的活性来影响细胞呼吸速率。
②曲线特征:与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。随温度
的升高,呼吸速率先升高,达到一定温度后,随温度的升高,呼吸
速率降低。
③应用:生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果,在大
棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温,来降低细胞呼吸速率,减少
有机物的消耗。(2)O2浓度:
①对无氧呼吸的影响:
曲线特征:随氧气浓度增加而受抑制,氧气浓度越高,抑制作用越强,氧气浓度达到一定值时,被完全抑制。②对于有氧呼吸:
曲线特征:在一定范围内,随着氧气浓度的增加,有氧呼吸速率增加,但当氧气浓度增加到一定值时,有氧呼吸速率不再增加。
③应用:适当降低O2浓度,可减少呼吸消耗,延长蔬菜和水果的保鲜时间。【警示钟】
有氧气存在不一定只进行有氧呼吸
(1)当氧气浓度较低时,既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸,且无氧呼吸占优势;
(2)当氧气浓度较高时,无氧呼吸逐渐减弱,有氧呼吸逐渐增强,当氧气浓度增加到一定值时,只进行有氧呼吸。【学而后思】
种子、水果和蔬菜在储存时仍进行细胞呼吸。从影响细胞呼吸的因素方面考虑,应如何保存种子、水果和蔬菜?
提示：(1)种子的储存条件:低氧、适宜低温、干燥;
(2)水果和蔬菜储存条件:低氧、适宜低温、适宜湿度。【典例训练3】如图表示某种植物的非绿色器官在不同氧气浓度下的有氧呼吸和无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量,据图判断下列说法正确的是 ( )A.图中乙曲线在b时无氧呼吸最强
B.图中甲曲线表示在不同氧气浓度下无氧呼吸过程中二氧化碳的释放量
C.氧气浓度为d时该器官的细胞既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸
D.若甲代表的细胞呼吸方式在氧气浓度为b时消耗了Amol的葡萄糖,则乙代表的细胞呼吸方式在氧气浓度为b时消耗的葡萄糖为A/2 mol【解题关键】解答本题时应从氧气浓度对呼吸作用的影响及呼吸作用中反应物和产物的比例入手分析。
【解析】选B。图中乙曲线表示有氧呼吸中二氧化碳的释放量随氧气浓度的变化;图中甲曲线表示无氧呼吸中二氧化碳的释放量随氧气浓度的变化。当氧气浓度为b时,无氧呼吸和有氧呼吸释放的CO2量是相同的,有氧呼吸消耗的葡萄糖为无氧呼吸的1/3;当氧气浓度为d时,无氧呼吸已经停止,只进行有氧呼吸。【互动探究】(1)上题曲线中,无氧呼吸消失时,对应的氧气浓度是多少?
提示：氧气浓度为c时,无氧呼吸消失。
(2)随氧气浓度的增加,曲线乙最后的趋势如何?
提示：曲线乙最后升至一定值并趋于稳定。【变式备选3】如图表示的是某植物的非绿色器官呼吸时O2的吸收量和CO2的释放量之间的相互关系,其中线段XY=YZ,在氧气浓度为a时有氧呼吸与无氧呼吸 ( )
A.消耗的有机物相等 B.释放的能量相等
C.释放的二氧化碳相等 D.消耗的氧气相等【解析】选C。当O2浓度为a时,XZ表示CO2释放总量,YZ表示有氧呼吸CO2释放量,则XY表示无氧呼吸CO2释放量,因为线段XY=YZ,所以这两种呼吸方式释放的CO2量相等。【备选要点】
水分和二氧化碳浓度对细胞呼吸的影响
1.水的含量
分析:在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,随含水量的减少而减慢。
应用:将种子晒干,以减少呼吸消耗,有利于储藏。2.二氧化碳浓度
分析:二氧化碳是细胞呼吸的产物,对细胞呼吸有抑制作用。
应用:在蔬菜和水果保鲜中,增加二氧化碳浓度可抑制细胞呼吸,减少有机物消耗。细胞呼吸中气体量的曲线变化类题目
【案例】菠菜细胞内的线粒体是细胞呼吸和物质氧化的中心,是机体产生ATP的重要场所,85%左右的ATP产生于此。下图是菠菜根在不同O2浓度下气体吸收量和释放量的变化曲线图,请分析回答:(1)外界O2浓度在2.5%以下时,该器官的细胞呼吸方式是 ,你作出这种判断的理由是 。
(2)外界O2浓度在5%～15%时,该器官的细胞呼吸方式是 。你作出这种判断的理由是 。
(3)该器官CO2的释放与O2的吸收两条曲线在B点相交后重合为一条曲线,这表明该器官在B点的细胞呼吸方式是 ,你作出这种判断的理由是 。(4)当外界氧浓度为10%时,该器官CO2释放量的相对值为0.6,而O2的吸收量的相对值为0.4。此时,无氧呼吸CO2释放量的相对值相当于有氧呼吸的 倍;消耗葡萄糖的相对值相当于有氧呼吸的 倍。【审题——抓准信息·快速推断】【答题——规范答案·警示失误】
(1)无氧呼吸 此时不吸收氧气,但有二氧化碳释放
(2)有氧呼吸与无氧呼吸 此时二氧化碳释放量大于氧气吸收量
错答：第一个空只答“有氧呼吸”或“无氧呼吸”。
错因：没有能很好地理解曲线的含义,对不同呼吸类型所产生气体比例关系认识不清。
(3)有氧呼吸 此时二氧化碳释放量等于氧气吸收量(4)1/2 1.5
错答：数值计算错误。
错因：没有明确氧浓度为10%时,既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,搞不清两曲线的差值为无氧呼吸释放CO2的量,没有准确记忆有氧呼吸和无氧呼吸的反应式。1.(基础理论辨析题)下列说法与有氧呼吸相符的是( );与无氧呼吸相符的是( )
A.发生反应的场所主要在线粒体内
B.有机物分解不彻底
C.只在第一阶段释放出少量能量,合成ATP
D.分解的底物有葡萄糖
E.O2在第三个阶段参与反应
F.水既作为反应物也作为生成物参与反应
G.发生反应的场所只有细胞质基质
H.产物中可能有CO2的释放【解析】选A、D、E、F;B、C、D、G、H。有氧呼吸的场所有细胞质基质和线粒体,但主要场所在线粒体内。无氧呼吸的场所只有细胞质基质。有氧呼吸和无氧呼吸都主要是葡萄糖的氧化分解,但有氧呼吸葡萄糖彻底分解并释放出大量能量,而无氧呼吸葡萄糖分解不彻底,大量能量储存在酒精或乳酸中。在有氧呼吸中水在第二阶段作为反应物参与反应,在第三个阶段作为生成物。O2参与有氧呼吸的第三个阶段,与[H]结合生成H2O。2.(基础理论辨析题)下列符合有氧呼吸原理应用的是( );符合无氧呼吸原理应用的是( )
A.较深的伤口需清理,注射破伤风抗毒血清等
B.花盆中的土壤板结后要及时松土
C.稻田中需要定期排水
D.利用酵母菌等发酵酿酒
E.体育锻炼提倡慢跑运动【解析】选B、C、E;A、D。较深伤口的清理及注射破伤风抗毒血清等是防止破伤风芽孢杆菌在无氧条件下生存和繁殖;花盆中的土壤松土是为了提供充足的氧气,进行有氧呼吸;稻田中定期排水是为了使根等部位获得充足的氧气进行有氧呼吸;酵母菌在无氧的条件下产生酒精;慢跑可以避免肌肉细胞进行无氧呼吸,有利于身体健康。3.(2013·彭州高一检测)在检验酵母菌细胞呼吸产物时,常用到一些特殊的颜色反应,下列描述不正确的是 ( )
A.二氧化碳使澄清的石灰水变混浊
B.二氧化碳可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
C.灰绿色的重铬酸钾溶液在碱性条件下能与酒精反应变成橙色
D.橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下能与酒精反应变成灰绿色
【解析】选C。重铬酸钾溶液在酸性条件下能与酒精反应变成灰绿色。4.马铃薯块茎进行无氧呼吸时只能释放少量能量,其他能量
( )
A.储藏在葡萄糖中 B.存留于酒精中
C.存留于乳酸中 D.以热能形式散失
【解析】选C。与有氧呼吸相比,无氧呼吸过程释放的能量少,因为无氧呼吸过程中,有机物分解不彻底,大部分能量还存留在呼吸产物中;马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸。5.(2013·西安高一检测)下表是人体细胞进行有氧呼吸与无氧呼吸的区别,表中描述错误的一项是 ( )【解析】选C。有氧呼吸的过程主要发生在线粒体内,需要有氧分子参与,产生水和二氧化碳,释放能量较多;而无氧呼吸发生在细胞质基质中,无氧分子的参与,人体无氧呼吸只产生乳酸。6.如图表示生物体内葡萄糖的代谢过程,其中A、B、C、D代表物质名称,①②③④表示过程,请据图回答:(1)④过程进行的场所是 。
(2)在①②③④过程中,有能量释放的过程是 (选填序号),有O2参与的过程是 (选填序号)。
(3)在①②③④过程中,可在酵母菌细胞内进行的是 (选填序号),可在人体细胞内进行的是 (选填序号)。
(4)小麦长期被水淹会死亡,其主要原因是:______________
。
(5)写出①②过程的总反应式: 。【解析】(1)(2)过程①表示的是细胞呼吸的第一阶段葡萄糖分解产生C丙酮酸的过程,过程②表示的是有氧呼吸的第二、三阶段,物质B为第二阶段产生的CO2,O2参与第三阶段产生水。过程③和④分别表示无氧呼吸的第二阶段产生酒精和CO2、乳酸。无氧呼吸中只有第一阶段释放能量,而有氧呼吸的三个阶段均能释放能量。(3)酵母菌和人都能进行有氧呼吸和无氧呼吸,二者有氧呼吸的产物相同,酵母菌的无氧呼吸产生的是酒精和CO2,而人的无氧呼吸产生的是乳酸。(4)小麦进行无氧呼吸时产生酒精和CO2,酒精对植物细胞有毒害作用,所以会使植物死亡。(5)有氧呼吸的反应式即为①②过程的总反应式。答案：(1)细胞质基质 (2)①② ②
(3)①②③ ①②④
(4)无氧呼吸产生的酒精会导致小麦烂根
(5)C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O+能量酶课件47张PPT。第4节 能量之源——光与光合作用
一 捕获光能的色素和结构一、绿叶中色素的提取和分离
1.提取绿叶中的色素
(1)原理:绿叶中的色素能溶解在有机溶剂_________中。
(2)步骤:无水乙醇绿叶二氧化硅碳酸钙玻璃漏斗单层尼龙布研磨液棉塞2.分离绿叶中的色素
(1)原理:不同色素在层析液中_______不同,_________的随层
析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。
(2)实验步骤:溶解度溶解度高剪去两角去角一端毛细吸管滤液层析液滤液细线棉塞(3)实验结果:胡萝卜素类胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b叶绿素二、叶绿体的结构与功能
1.分布
主要分布在植物的_________中。
2.形态
扁平的_______或_____。
3.结构叶肉细胞椭球形球形外膜内膜基粒基质圆饼状的囊状结构色素酶4.功能
绿色植物进行_________的场所。光合作用【思考辨析】
1.判断正误
(1)在绿叶中色素的提取实验中加入二氧化硅可以防止破坏叶绿素。 ( )
【分析】二氧化硅的作用是有助于研磨得充分。
(2)过滤研磨液时漏斗基部放一块剪好的滤纸进行过滤,将滤液收集到试管中。 ( )
【分析】过滤时漏斗基部放置的是单层尼龙布,而不是滤纸,滤纸会吸收色素。××(3)叶绿体主要吸收蓝紫光和红橙光。 ( )
(4)没有叶绿体的生物无法进行光合作用。 ( )
【分析】蓝藻等原核生物虽然不具有叶绿体,但具有进行光合作用所需的酶和色素,仍然可以进行光合作用。
(5)叶绿体的囊状结构上既有光合色素也有光合作用所需的
酶。 ( )√×√2.问题思考
(1)滤纸条上的滤液细线若触及层析液,会出现什么现象,为什么?
提示：滤纸条上不会出现色素带。因为色素会溶解于层析液中。
(2)通过增强光照可以增加光合作用,使用白光还是红光更好一些?试分析原因。
提示：白光。因为叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光,同时也吸收少量其他颜色的光。一、绿叶中色素的提取和分离的实验分析
1.实验材料和试剂
(1)材料:叶片要新鲜、颜色要深绿,这样的叶片含有很多的色素。
(2)试剂及作用:2.实验操作中的关键步骤
(1)研磨要迅速、充分,叶绿素不稳定,易被分解,研磨充分使叶绿体完全破裂,可提取较多的色素。
(2)滤液细线不仅要求细、直、齐,而且要求含有较多的色素,所以应待滤液干后再画一两次。
(3)滤液细线不能触及层析液,否则色素会溶解到层析液中,使滤纸条上得不到色素带。3.实验结果——有关色素带的分析(1)从色素带的位置可知,各种色素在层析液中溶解度的高低依次为:胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(记忆口诀:胡黄a、b)
(2)从色素带的宽度可知,各种色素的含量一般情况下为:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。【警示钟】
(1)色素在滤纸条上扩散的快慢不代表该色素的含量,而是与色素在溶剂中溶解度的大小相关。
(2)绿叶中色素的提取和分离用的都是有机溶剂,但两者的原理是不同的,不能混淆。【学而后思】
(1)色素的提取非常成功,但层析后滤纸条上色素带非常模糊,其失败的原因可能有哪些?
提示：①画滤液细线次数太少。②滤液细线触及层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。(2)实验过程中,甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙,乙同学忘记加入无水乙醇,而是加入了水,请分析他们可能出现的实验结果。
提示：甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙会使研磨不充分,导致释放的色素数量减少,提取的浓度较低,所以在滤纸条上的色素浓度很低,颜色很浅;乙同学加入了水,由于色素只能溶解于有机溶剂中,所以用水提取不到任何色素,滤纸上没有出现色素带。【典例训练1】如图表示绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具,下列叙述错误的是 ( )A.图①加入研钵内的物质有无水乙醇、SiO2、CaCO3
B.将糨糊状研磨液倒入②中,漏斗基部应放一块单层尼龙布
C.③画滤液细线的要求是细、齐、直
D.④层析结果色素带最宽的是叶绿素b,扩散最快的是叶黄素
【解题关键】解答本题的关键是分析①②③④所代表的操作步骤,结合各步中的关键点进行相应的分析。【解析】选D。色素提取时加入无水乙醇的目的是溶解色素,加入SiO2的目的是使细胞中的色素更容易释放出来,加入CaCO3的目的是防止SiO2对色素造成破坏,在过滤时漏斗的基部应放一块单层尼龙布,层析的结果是叶绿素a的色素带最宽,扩散最快的是胡萝卜素。【互动探究】(1)④中色素带从上到下依次是什么颜色?
提示：橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色。
(2)②过程过滤完成后要采取什么措施?
提示：用棉塞塞紧试管口。
【方法规律】四条色素带的记忆口诀
胡黄a、b向前走,橙黄蓝黄颜色留;
叶绿素a、b手拉手,蓝绿黄绿排后头;
胡萝卜素最纤细,叶绿素a最宽厚。【变式备选1】下列是关于绿叶中色素的提取和分离实验的几种说法,其中正确的是 ( )
A.色素提取的原理是色素在层析液中的溶解度不同
B.研磨叶片时加CaCO3的作用是使研磨更加充分
C.色素分离的结果可以用下图表示
(1、2、3、4分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b)
D.层析液可用93号汽油代替【解析】选D。色素提取的原理是色素能溶解于有机溶剂,而分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同;研磨叶片时加入CaCO3的目的是为了防止色素被破坏;若色素分离的结果如选项C图中所示,则1、2、3、4分别表示的是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素;93号汽油在化学性质上与层析液有相似之处,所以可以用93号汽油代替层析液。二、叶绿体结构与功能及实验验证
1.叶绿体的结构及功能
(1)结构:
①色素的分布:与光合作用相关的色素只分布在类囊体的薄膜上。
②酶的分布:与光合作用相关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中。
(2)功能:
叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积,含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶,因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。2.叶绿体功能的实验验证
(1)实验过程及现象:
(2)实验结论:
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②O2是由叶绿体释放的。(3)实验设计巧妙之处:
①实验材料选择水绵和好氧细菌:水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用好氧细菌可确定释放氧气的部位。
②没有空气的黑暗环境:排除了氧气和光的干扰。
③用极细的光束点状投射:叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位,相当于一组对照实验。
④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验:明确实验结果完全是由光照引起的等。【警示钟】
叶绿体中的两个“不同”
(1)光合作用的酶和光合作用色素分布的位置不完全相同。光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中,但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。
(2)叶绿体和线粒体增大膜面积的方式不同。叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积,而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积。【学而后思】
(1)一般植物的叶片在春夏季为绿色,而在秋季呈黄色。请分析出现这一现象的原因。
提示：夏季时叶片中含有丰富的叶绿素,秋季温度降低后叶绿素被破坏,叶片中只剩下类胡萝卜素,所以叶片呈现黄色。
(2)根据与光合作用有关酶的分布,推测光合作用进行的具体场所有哪些,与叶绿体内膜有直接关系吗?
提示：光合作用酶主要分布在叶绿体的基质中和基粒上,而在叶绿体内膜上没有与之相关的酶,据此推测光合作用是在叶绿体的基粒上和基质中进行的。【典例训练2】为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生,某学者设计了以下实验:制作载有水绵和好氧细菌的临时装片,用极细光束照射水绵,同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析,不正确的是 ( )
A.在光束照射到水绵之前,应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱
B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中
C.好氧细菌起指示作用
D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验【解题关键】解答本题的关键是明确该实验的自变量及好氧细菌的生活习性决定了它在该实验中的作用。
【解析】选A。本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气,而与光照的颜色种类没有关系,不用三棱镜将混合光分解成连续光谱;为了防止空气对实验结果的影响,应该排除空气;好氧细菌的分布密疏,表示了氧气产生的多少;水绵的叶绿体便于观察有利于设置对照实验。【变式备选2】1880年,美国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵上,并在水绵悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的结论是 ( )
A.细菌对不同的光反应不一,细菌集中的地方,细菌光合作用强
B.好氧细菌集中的地方,O2浓度高,水绵光合作用强
C.好氧细菌集中的地方,产生的有机物多,水绵光合作用强
D.好氧细菌大量消耗O2,使水绵光合作用速率加快,则该种光有利于光合作用【解析】选B。好氧细菌集中的地方就是O2多的地方,O2是光合作用的产物,所以此处的光合作用强。该实验的思路就是以好氧细菌聚集为观察指标,代表O2的释放情况,表明光合作用在哪种光区最强,而与产生有机物的多少无关。【备选要点】
叶绿体中色素的吸收光谱
1.叶绿体中色素的吸收光谱
太阳光不是单一的光,到达地表的光是大约从300 nm的
紫外光到2 600 nm的红外光。其中只有波长大约在390 nm～760 nm之间的光是可见光。当光束通过三棱镜后,可把白光分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色连续光谱,这就是太阳光的连续光谱。
叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个:一个在波长为640 nm～660 nm之间的红光部分,另一个在波长为430 nm～450 nm的蓝紫光部分。2.用三棱镜观察叶绿体中色素的吸收光谱
提取叶绿体中的色素,按如图所示进行观察。
通过叶绿体色素提取液的光线,经三棱镜分色后,会发现在红光和蓝紫光区域的光线变暗,说明这部分光线被叶绿素吸收了。
绿光几乎不被吸收,被完全透过,所以看到的色素提取液颜色呈绿色。1.(基础理论辨析题)下列说法与叶绿体中色素提取相关的有( );与色素分离相关的有( )
A.加入少许二氧化硅使研磨充分
B.用无水乙醇将叶绿体中的色素进行提取
C.滤纸条的最上面的色素带呈橙黄色
D.溶解度越高的色素随层析液在滤纸上扩散越快
E.滤液细线不能触及层析液
F.过滤时漏斗中放一块单层的尼龙布
G.用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔细线画出一条细线,待滤液干后,重复一两次【解析】选A、B、F;C、D、E、G。提取色素时,加入少量的二氧化硅是为了使研磨充分,提取较多的色素;色素溶解于无水乙醇中,可以用无水乙醇进行提取;经过层析后滤纸条上的色素带分开,最上面的色素呈橙黄色;溶解度高的色素层析时扩散速度最快;层析时滤液细线不能触及层析液,防止色素溶解于层析液中;提取色素时用单层尼龙布进行过滤,得到含有色素的滤液;层析时要将滤液用毛细吸管画在滤纸条减去两角的一端。2.下列关于色素的提取与分离实验的有关叙述中,错误的是
( )
A.加入CaCO3是为了防止色素被破坏
B.加入SiO2有利于破坏叶肉细胞
C.加入无水乙醇的目的是溶解色素
D.滤纸条上的滤液细线中色素越少越利于色素分离
【解析】选D。CaCO3是用来防止色素被破坏;SiO2是为了充分研磨;无水乙醇是用于提取色素的溶剂;色素的量合适才能使分离效果明显。3.如图为叶绿体结构示意图,下列叙述不正确的是 ( )
A.1具有选择透过性
B.吸收光能的色素分布在2上
C.与光合作用有关的酶只分布在3中
D.叶绿体具有双层膜【解析】选C。叶绿体是由双层膜构成的,它们具有选择透过性,吸收光能的色素分布在由囊状结构堆叠而成的基粒上;与光合作用有关的酶分布在基粒上和基质中。4.如图是在“绿叶中色素的提取和分离”实验
中得到的四条色素带,若将其置于暗室中,并
用红光照射,色素带呈现暗色的是 ( )
A.①④ B.②③
C.③④ D.④②
【解析】选C。若用红光照射时,红光被吸收后,所在的色素带就会呈现暗色,由于叶绿素能吸收红光,所以③④呈现暗色。5.下图是叶绿体中色素的提取和分离过程图解,根据所学知识回答下列问题:
(1)图一是色素的提取,其中甲过程按a、b、c依次加入5 g绿叶、SiO2和CaCO3少许、10 mL ;加入c的作用是 。(2)图一中乙过程是过滤得到含有色素的滤液,其中用的单层尼龙布而不用纱布,原因是 。
(3)图二中戊是沿铅笔细线画出含色素的滤液细线e,要求做到画出的e要 ,所以在画线时每画一次滤液后要待干后再画下一次,重复2～3次。
(4)图二中己是纸层析分离色素的步骤,其中h是 ,g和f的位置关系是 。【解析】(1)除向研钵中加入材料、SiO2和CaCO3外,还应加入溶解并提取色素的无水乙醇。
(2)单层尼龙布过滤效果好,而纱布还具有吸收色素的能力。
(3)画滤液细线时要注意画得细、直、齐,这样在色素分离时现象才能明显。
(4)图二中己是纸层析分离,由于色素易溶于层析液,所以不能让层析液没及滤液细线。答案：(1)无水乙醇 溶解色素
(2)纱布对色素的吸收性强,会遗失部分色素,导致色素含量降低
(3)细、直、齐
(4)层析液 g不能没及f课件53张PPT。二 光合作用的原理和应用
第1课时 光合作用的探究历程和过程一、光合作用的概念和探究历程
1.概念叶绿体二氧化碳和水光能有机物和氧气2.探究历程密闭
玻璃罩绿色
植物+不易熄灭植物可以更新空气阳光照射绿叶光能化学能暗处放置碘蒸气淀粉O218O2水CO2光合作用有机物中碳卡尔文循环二、光合作用的过程
填写图中挖空内容:[H]2C3CO2ATPADP+Pi1.光反应(Ⅰ过程)
(1)场所:_____________________。
(2)条件:_____。
(3)物质变化:
①H2O→______; ②ADP+Pi+能量→____。
(4)能量变化:光能→____中活跃的化学能。叶绿体类囊体的薄膜上光照酶[H]+O2ATPATP酶2.暗反应(Ⅱ过程)
(1)场所:_______________。
(2)物质变化:
①CO2+C5→2__→(CH2O);
②____→ADP+Pi+能量。
(3)能量变化:ATP中活跃的化学能→_______中稳定的化学能。叶绿体内的基质酶酶C3ATP酶有机物【思考辨析】
1.判断正误
(1)光合作用产生的O2来自于CO2和H2O中的“O”。 ( )
【分析】光合作用产生的O2来自于H2O中的“O”。
(2)绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O,而产物主要为有机
物。( )
(3)绿色植物进行光合作用的能量来源于光能。 ( )×√√(4)光反应和暗反应必须都在光照条件下才能进行。 ( )
【分析】光反应必须在有光的条件下进行。暗反应的进行不需要光,但需要光反应提供的[H]和ATP,故暗反应在长时间的无光条件下,也不能进行。
(5)光合作用是在叶绿体的基质和内膜上进行的。 ( )
【分析】光反应是在类囊体的薄膜上进行的,暗反应是在叶绿体内的基质中进行的。××2.问题思考
(1)在鲁宾和卡门的实验中,能否用18O同时标记H2O和CO2?试分析原因。
提示：不能。若同时标记H2O和CO2,则不能区分放射性的O2是来自H2O还是CO2。
(2)光合作用的两个过程是连续的,两者是如何相互影响的?
提示：光反应为暗反应提供ATP和[H],如果光反应停止,产生的ATP和[H]消耗殆尽,则暗反应也就随之停止;但如果暗反应停止,ATP和[H]上升到一定浓度后,对光反应也起到抑制作用而使光反应停止。一、光合作用的探究历程
1.萨克斯实验
(1)实验过程:(2)实验分析:
①设置了自身对照,自变量为光照,因变量是叶片颜色的变化。
②实验的关键是饥饿处理,使叶片中的营养物质消耗掉,避免了对实验结果的干扰。
③本实验除了证明光合作用的产物是淀粉的同时,还证明了光照是光合作用的必要条件。2.鲁宾和卡门实验
(1)巧妙之处:两组实验相互对照直观地表现出氧气是来自于水中的氧,而不是来自于二氧化碳中的氧。
(2)自变量为被标记的C18O2和H218O ,因变量是O2的放射性。3.卡尔文循环
(1)探究方法——同位素标记法:
用14C标记CO2,追踪检测放射性,探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
(2)结论:
碳的转化途径:14CO2+C5→14C3→(14CH2O)。【警示钟】
萨克斯实验和鲁宾及卡门实验的对照设计方法是不相同的。萨克斯实验的对照方式为自身对照(一半曝光与另一半遮光);而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质:H218O与C18O2)。【学而后思】
(1)从对照实验的角度分析,普利斯特利的实验设计是否严谨?若不严谨,应该怎样补充完善实验?
提示：不严谨,缺少空白对照,实验结果说服力不强。应设计一组玻璃罩内只放小鼠或蜡烛的对照组,自变量为植物。
(2)在鲁宾和卡门的两组实验中,当光合速率相同时,放出的氧气质量之比是多少?
提示：8∶9。【典例训练1】德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)后,再把叶片的一部分遮光,其他部分曝光。一段时间后,将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理,结果遮光部分不变蓝,曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是 ( )①本实验未设对照组
②有无光照是遮光和曝光区域显现不同结果的惟一原因
③实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态
④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉
A.②③ B.①②③
C.②③④ D.①②③④【解题关键】解答本题的关键是:
(1)明确实验的关键是要进行“饥饿”处理。
(2)实验的自变量是遮光与曝光。
【解析】选A。本实验中曝光部分能够变蓝是因为产生了淀粉,遮光部分不变蓝是因为没有产生淀粉,因此本实验的自变量是光照,充分说明光照下能产生淀粉;而CO2对本实验结果的影响未作研究。【变式备选1】如图,在温室下,将3株脱淀粉(经过充分“饥饿”处理)的同种植株和相同体积的不同溶液放在钟罩内,给予相同强度的光照,本实验可以证明 ( )A.光合作用速率随CO2浓度增大而增大
B.光合作用的必需条件是CO2
C.过多的CO2阻碍光合作用
D.NaHCO3能抑制光合作用
【解析】选B。该实验的自变量是CO2浓度,丙组缺少CO2,乙组CO2浓度比甲组高,本实验CO2浓度值组数设置不够,不能说明光合作用速率与CO2浓度的关系。二、光合作用中光反应和暗反应的比较
1.过程图解2.两者的区别3.联系
(1)光反应为暗反应提供[H]和ATP;暗反应为光反应提供ADP和Pi,即两个反应阶段相辅相成,密切联系。
(2)没有光反应,暗反应缺乏[H]和ATP,无法进行;暗反应受阻,光反应因产物积累也不能正常进行。可见,二者相互制约。【警示钟】
(1)光照影响的不仅是光反应,而是整个光合作用,因为暗反应需要光反应的产物[H]、ATP。
(2)叶绿体的内膜既不参与光反应也不参与暗反应,内膜上无反应所需要的酶。【学而后思】
若用放射性同位素分别标记H2O中的H和O,则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性?
提示：放射性O会存在于释放到大气中的氧气中,而放射性的H会存在于产物水和有机物中。【典例训练2】图1表示光合作用部分过程的图解,图2表示改变光照后,与光合作用有关的C5和C3两种化合物含量的变化曲线。根据图回答:(1)图中A表示的物质是 ,它由 产生,其作用主要是
。
(2)图1中ATP形成所需的能量最终来自于 。若用放射性同位素14C标记14CO2,则14C最终进入的物质是 。
(3)图2中曲线a表示的化合物是 ,在无光照时,其含量迅速上升的原因是:_______________________________________
。
(4)曲线b表示的化合物是 ,在无光照时,其含量下降的原因是: 。【解题关键】解答本题的关键有以下两点:
(1)对光合作用过程图解的分析,及光合作用中物质变化的判断。
(2)对光合作用过程中[H]、ATP、C3、C5变化的分析。【解析】(1)光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP,由此可确定A是[H],[H]是由水光解后经一系列过程产生的,其作用主要是用于C3的还原。
(2)光反应中,光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中,14CO2的同化途径为14CO2→14C3→(14CH2O)。
(3)(4)题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化,光照停止后,光反应停止,[H]和ATP含量下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2的固定仍将进行,因此C3含量相对升高,C5含量相对下降,即a表示C3,b表示C5。答案：(1)[H] 水在光下分解 用于C3的还原
(2)太阳光能 (14CH2O)
(3)C3 CO2与C5结合形成C3和C3不能被还原
(4)C5 C5与CO2结合形成C3,而C3不能被还原为C5【互动探究】(1)图(1)中①②分别表示哪个过程?
提示：①为CO2的固定,②表示C3的还原过程。
(2)若用图2表示ATP和[H]在光照到黑暗条件下的相关变化,则对应ATP和[H]的变化曲线分别为哪一条?
提示：均对应b曲线。【变式备选2】番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降,原因是( )
A.光反应强度升高,暗反应强度降低
B.光反应强度降低,暗反应强度降低
C.光反应强度不变,暗反应强度降低
D.光反应强度降低,暗反应强度不变【解析】选B。缺镁则叶绿素合成不足,影响了光反应的进行,因此光反应强度降低;由于光反应产生的[H]和ATP减少,间接影响了暗反应的进行,因此暗反应强度也降低。光合作用过程中各物质量的变化类题目
【案例】在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如图。回答问题:(1)图中物质A是 (C3、C5)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比物质A的浓度低,原因是__________________________________________________
,
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是
。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的_______________
(低、高)。(4)CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的 (高、低),其原因是______
。【审题——抓准信息·快速推断】【答题——规范答案·警示失误】
(1)C3
错答：C5。
错因：对C3和C5的变化来源和去向辨析不清楚。
(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定,即C3和C5的含量稳定,根据暗反应的特点,此时C3的分子数是C5的2倍 当CO2浓度突然降低时,C5的合成速率不变,消耗速率却减慢,导致C5积累(3)高
错答：低。
错因：审题不清,要求达到稳定时C3和C5浓度的比较。
(4)低 CO2浓度降低时,暗反应的强度低,所需ATP和[H]的量少
错答：高。
错因：对光合作用两个阶段光反应和暗反应之间的联系不清楚。1.(基础理论辨析题)下列过程属于光反应的是( );属于暗反应的有( )
A.在叶绿体的基质中进行
B.在叶绿体类囊体的薄膜上进行
C.水分解成还原性氢并释放O2
D.CO2被固定形成两分子的C3
E.该过程必须是在有光照的条件下进行
F.ATP中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能【解析】选B、C、E;A、D、F。光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的,物质变化是发生了水的分解产生O2和还原性氢,能量变化就是将光能转成了活跃的化学能;暗反应是在叶绿体内的基质中进行的,物质变化是CO2被固定形成两分子的C3,后被还原成有机物,能量变化是将ATP中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能。2.在光合作用过程中,光能最初用于 ( )
A.CO2的固定 B.C3的还原
C.将水分解为氧和[H] D.将淀粉分解为葡萄糖
【解析】选C。光能被转化成ATP中活跃的化学能,同时分解水产生了[H]和氧气。3.(2013·梅州高一检测)在植物光合作用的发现历程中,萨克斯的成就是 ( )
A.植物能够吸收CO2,同时放出O2
B.叶片在光下能够产生淀粉
C.光合作用释放的氧气来自于水
D.追踪到光合作用中碳元素的行踪
【解析】选B。萨克斯的实验是用绿叶的曝光部分和遮光部分对比,证明了在有光照的条件下,植物的光合作用产物中有淀粉。4.在光合作用中,不需要酶参与的过程是 ( )
A.CO2的固定 B.叶绿素吸收光能
C.三碳化合物的还原 D.ATP的形成
【解析】选B。CO2的固定和C3的还原过程都需要酶的参与;ATP的形成也需要相应的酶的参与;而叶绿素吸收光能不需要酶的参与。5.在实验室中,如果要测定藻类植物是否完成光反应,最好是检验其 ( )
A.葡萄糖的合成量 B.二氧化碳的消耗量
C.叶绿体的含量 D.氧气的释放量
【解析】选D。光合作用的光反应产生了氧气,而二氧化碳的消耗和葡萄糖的产生在光合作用的暗反应阶段。6.下图表示叶绿体的结构和功能,请回答:
(1)与光合作用有关的色素分布在图中[ ]_________________ 上。
(2)光反应是在 上进行的,暗反应是在[ ]______
中进行的。(3)光反应的生理意义是:光反应所产生的[③]_____________和[ ] 是暗反应所必需的。
(4)暗反应包括[⑥] 和[ ] 。
【解析】(1)光合色素是分布在叶绿体的类囊体的薄膜上,在光反应中吸收光能。
(2)光反应发生在类囊体的薄膜上,暗反应是发生在叶绿体的基质中。
(3)光反应产生的[H]和ATP将用于暗反应。
(4)暗反应包括CO2的固定和C3的还原两个过程。答案：(1)[②]类囊体的薄膜
(2)类囊体的薄膜 [⑧]叶绿体的基质
(3)[H] [④]ATP
(4)CO2的固定 [⑤]C3的还原课件55张PPT。第2课时 光合作用原理的应用和化能合成作用一、光合作用原理的应用
1.光合作用强度
(1)概念:植物在单位时间内通过光合作用制造___________。
(2)影响因素和衡量指标:糖类的数量水分CO2温度长短与强弱成分原料产物2.探究环境因素对光合作用强度的影响
实验流程:生长旺盛的绿叶小圆形叶片30片小圆形叶片内的气体逸出充满了水二氧化碳二、化能合成作用
1.概念
利用体外环境中的某些_______氧化时所释放的能量来制造___
_____,这种合成作用叫做化能合成作用。
2.实例
硝化细菌能利用氧化___________释放的化学能将___________
___合成为糖类,供自身利用。强、中、弱小圆形叶片浮起的数量无机物有机物氨和亚硝酸水和二氧化碳3.自养生物和异养生物无机物有机物绿色植物硝化细菌现成的有机物【思考辨析】
1.判断正误
(1)光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度、光照强度等外界因素。 ( )
(2)光照强度对光合作用强度的影响实验中,可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。 ( )
(3)探究实验中,小圆形叶片浮起的原因是叶片进行呼吸作用产生的二氧化碳导致的。 ( )
【分析】在实验的光照条件下,导致叶片浮起的原因是叶片进行光合作用产生了氧气,通过浮力使叶片浮起。√√×(4)除了绿色植物,自然界中少数细菌,如硝化细菌也可以通过光合作用制造有机物。 ( )
【分析】硝化细菌是通过化能合成作用来制造有机物的。
(5)化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是
二氧化碳和水。 ( )×√2.问题思考
(1)请预测小烧杯中的叶片浮起数量和光合作用强度之间有什么关系。
提示：小烧杯中的叶片浮起数量越多,说明光合作用强度越大。
(2)从所利用的能量来源考虑,化能合成作用和光合作用有什么不同?
提示：两者能量来源不同,光合作用利用的是光能,化能合成作用利用的是无机物氧化时释放的化学能。一、探究光照强度对光合作用的影响的实验分析
1.实验原理2.实验中沉水叶片的制备
(1)小圆形叶片的制备:用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出小圆形叶片。
(2)沉水:用注射器抽出叶片内气体,放入黑暗处盛有清水的烧杯中,小圆形叶片全部沉到水底。
黑暗目的:防止光合作用的进行。3.实验装置分析
(1)自变量的设置:光照强度是自变量,通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用:吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响。(3)因变量是光合作用强度,可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。4.实验结果分析
(1)在黑暗情况下,植物叶片只进行细胞呼吸,吸收氧气,产生的二氧化碳较易溶于水,所以叶片是沉在水底。细胞生理状态如图:(2)在弱光下,此时的光合作用小于或等于细胞呼吸,叶片中仍然没有足够的氧气,叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图:(3)在中、强光下,光合作用大于细胞呼吸,叶片中会有足够的氧气产生,从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分,使叶片浮起来。细胞生理状态如图:【警示钟】
(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值,而是光合作用的净产值,即光合作用强度减去呼吸作用强度。
(2)叶片浮起之前并不是不进行光合作用,而是光合作用速率小于呼吸速率或者是产生的氧气量较少。【学而后思】
(1)在使叶片沉水时,为什么要在黑暗条件下放入盛有清水的烧杯中?
提示：防止在有光的情况下进行光合作用产生氧气,会使叶片浮上来。
(2)上述实验装置除了能验证光照强度对光合作用的影响外,还可以用于验证哪些因素对光合作用强度的影响?
提示：二氧化碳的浓度。【典例训练1】图甲是某同学探究影响植物光合速率的因素的实验装置图,图乙表示的是线粒体和叶绿体之间物质的交换。试回答:(1)图甲装置中隔在灯与试管之间盛水玻璃柱的作用是
。
(2)若实验中每隔5 min改变一次试管与玻璃柱之间的距离,随着距离的增加,气泡产生速率下降,请分析影响这一结果的外界因素:
① ;
② 。(3)为了探究光照强度对光合速率的影响,利用图甲装置进行实验的设计思路是: 。
(4)在什么情况下,会出现如图乙所示的情况?
。
(5)当产生气泡的情况下,请在图乙中用箭头标出此状态时氧气的移动方向。【解题关键】解答本题的关键是明确:
(1)图甲实验装置中各仪器的作用:灯光提供光照强度,盛水玻璃柱吸收热量,排除对实验结果的干扰;
(2)图乙表示了叶绿体和线粒体之间的气体交换,叶绿体为线粒体提供O2,线粒体为叶绿体提供CO2。【解析】(1)盛水玻璃柱位于灯和盛有水藻的试管之间,由于灯不仅发光而且也能发热,所以盛水玻璃柱可以吸收热量。
(2)由于试管水中溶解的二氧化碳量是有限的,一段时间后二氧化碳的浓度会降低,同时距离增加会使光照强度降低。
(3)自变量是光照强度,可以通过更换灯泡大小或改变灯和试管之间的距离来改变光照强度。
(4)由于叶绿体产生的氧气全部用于细胞呼吸,而线粒体产生的二氧化碳全部用于光合作用,所以此时的光合速率和呼吸速率是相同的。
(5)产生气泡时,说明此时光合作用大于细胞呼吸,产生的氧气一部分用于细胞呼吸,一部分释放到大气中。答案：(1)吸收灯光的热量,避免光照对试管内水温的影响
(2)①光照强度减弱,光合作用产生的O2减少
②水中CO2含量逐渐下降,光合作用产生的O2减少
(3)用多组相同装置,只更换灯泡大小或只改变试管与灯之间的距离,进行对照实验
(4)光合作用等于呼吸作用
(5) 【互动探究】
(1)从图甲中可以看出,在改变灯与试管距离时,移动两者中哪一个更为合适?
提示：试管。
(2)图乙中两个箭头,在改变外界条件的情况下,哪一个是可以单独存在的?
提示：CO2的流动方向。【变式备选1】在适宜的温度、水分和CO2条件下,分别测定强光和弱光时不同植物的光合作用如图所示,请据此判断,下列叙述不正确的是 ( )A.该条件下,影响植物光合作用量的主要因素是光
B.同等光照条件下,玉米比小麦的光合作用量高
C.大多数农作物都是喜阳性植物
D.限制阴生草本植物光合作用量的因素为光照强度
【解析】选D。其他条件适宜的情况下,光合作用速率的限制因素是光照强度;在强光或弱光条件下玉米的光合作用速率都大于小麦的光合作用速率;高粱、小麦、玉米等大多数农作物都是喜阳性植物;限制阴生草本植物光合作用的因素有光照强度、二氧化碳浓度等多重因素。二、影响光合作用的环境因素
1.光照强度(1)曲线分析:
①点:A点光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2量表示呼吸速率。B点细胞呼吸释放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等,此时的光照强度称为光补偿点。C点时已经达到了光饱和点,此时光照强度增加,光合作用强度不再增加。
②线:AB段光合作用的强度小于细胞呼吸的强度;BC段光合作用的强度大于细胞呼吸的强度。
(2)应用:阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物低。2.CO2浓度(1)曲线分析:
①走势分析:图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度的增大而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合作用速率不再增加。
②关键点分析:图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
(2)应用:温室中适当增加CO2浓度,如投入干冰等,大田中“正其行,通其风”,多施有机肥来提高CO2浓度。3.温度
(1)曲线分析:B点是最适温度,此时光合作用最强,高于或低于此温度光合作用强度都会下降,因为温度会影响酶的活性。
(2)应用:温室栽培时白天适当提高温度,夜间适当降低温度。【警示钟】
(1)光合作用速率不仅只受上述光、CO2浓度、温度三个因素的影响,同时受水、矿质元素等外因和自身内因如酶、色素的含量等影响。
(2)当纵坐标为CO2吸收量或O2释放量时代表的并不是真正的光合速率,分析时要充分考虑呼吸速率对实验结果的影响。【学而后思】
(1)上述图2中,若适当提高温度,图中A′点和B′点如何移动?
提示：A′点向左移动,B′点向右上方移动。
(2)根据上述因素在温室中栽培作物,如遇持续的阴雨天气,为了保证作物的产量,对温度如何控制?
提示：适当降低温室温度,保持昼夜温差。【典例训练2】(2013·成都高一检测)为探究影响光合作用强度的因素,将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养,实验结果如图所示。以下说法正确的是 ( )A.施肥与CO2吸收量无关
B.与B点相比,A点条件下限制CO2吸收量的主要因素是光照强度
C.与D点相比,限制C点玉米吸收CO2的主要因素是土壤含水量
D.与C点相比,A点施肥过少,限制了CO2吸收量
【解题关键】解答本题的关键是比较曲线:
(1)找到引起曲线变化的相同点:如D点与B点的相同点为施肥程度相同,含水量相同;
(2)找出不同点:如D点与B点的不同点为二氧化碳的吸收量、光照强度。【解析】选C。由图中的虚线和实线的比较可以看出,在施肥和不施肥的情况下二氧化碳的吸收量是不同的;与B点相比,A点条件下限制CO2吸收的因素是土壤中的含水量,因为两者的光照强度是相同的;与D点相比,C点限制光合作用的因素是土壤中的含水量;与C点相比,A点的光合作用速率不同的主要原因是光照强度不同。【变式备选2】(2013·南昌高一检测)如图所示为光照强度对植物光合作用的影响关系。下列有关曲线的相关叙述中错误的是
( )A.b代表光下植物净光合量
B.m的大小与植物呼吸作用强度有关
C.n点之后植物吸收CO2量不再增加与叶绿体中色素的数量有关
D.若植物长期处于光照强度为m的自然环境中,植物仍能生长
【解析】选D。b代表的是光合速率减去呼吸速率之后的净光合量;m是指光合速率等于呼吸速率时的光照强度,若呼吸速率上升或下降则所需相应的光照强度就会增加或减少;n点之后光照强度增加而光合速率不再增加的内因是叶绿体中色素的数量是有限的;若植物长期处于m点,不会出现有机物的积累和增加,植物不会表现出生长的迹象。光合作用的影响因素类题目
【案例】如图表示温室内光照强度(E)与作物光合速率(v)的关系。在温度、水分和无机盐均适宜的条件下,当E ;当B ;当E>C时,可采取__________________________________________
措施,保证作物的最大光合速率,如遇连阴天,温室需补光,选用
光最有效。【审题——抓准信息·快速推断】【答题——规范答案·警示失误】
增大光照强度 CO2浓度 遮光 红(蓝紫)
错答：第二个空错答为温度。
错因：忽视题干中提供的信息:“温度、水分和无机盐均适宜”。
错答：第四个空错答为白光。
错因：只考虑到白光中有光合色素能吸收的各种波长的光,未考虑到的是“温室补光”。1.(基础理论辨析题)下列相关叙述与绿色植物相关的有( );与硝化细菌相关的有( )
A.能利用光能,将光能固定在有机物中
B.能利用氧化过程释放的能量,形成有机物
C.能固定CO2形成有机物
D.含有光合色素,利用光能
E.不含有色素,没有叶绿体等细胞器【解析】选A、C、D;B、C、E。绿色植物中含有叶绿体和光合色素,利用光能将无机物转化成有机物;硝化细菌是原核生物,不含有除核糖体之外的细胞器,不含有光合色素,能利用化学物质氧化过程中释放的能量,将无机物转化成有机物。2.这四个处理中,沉入底部的叶片小块最先浮起的是 ( )
【解析】选C。沉入水底的叶片是由于细胞间隙的空气被抽取掉,所以哪一个叶片最先产生大量的氧气,充入到细胞间隙中,哪一个叶片就最先浮上来。由于自来水中含有CO2,25℃的温度较为适宜,光照是光合作用的必需的条件,所以C选项所示的叶片最先浮起来。3.光合作用强度可以用多种指标表示,以下不适合的是( )
A.植物体鲜重增加量 B.植物体干重增加量
C.O2释放量 D.CO2吸收量
【解析】选A。光合作用反应式是CO2+H2O (CH2O)+O2,
由此看出表示光合作用强度可利用CO2吸收量、(CH2O)生成
量、O2释放量表示。植物体鲜重增加量包括有机物积累量,
还包括植物从外界吸收的水的量;植物对水分的吸收受多种
因素(如蒸腾作用、土壤含水量等)的影响,所以不能用植物
体鲜重增加量来表示。4.光合作用的正常进行受多种因素的影响,一个生物兴趣小组研究了CO2浓度、光照强度和温度对光合作用的影响,下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线,你认为不正确的是
( )【解析】选D。温度会通过影响光合作用中酶的活性来影响光合作用,高温使酶失活而导致光合作用强度下降,所以D选项应该是一条先升高后下降的曲线。5.光照强度、温度是影响光合作用强度的重要因素。
下图是探究光照强弱对光合作用强度的影响实验中的三个初始装置,请据图指出探究中控制无关变量的三点疏忽,并提出改进建议。(1)疏忽: ;改进建议: 。
(2)疏忽: ;改进建议: 。
(3)疏忽: ;改进建议: 。
【解析】探究光照强度对光合速率的影响时,除去自变量光照强度不同外,其他的无关变量都应该是相同的,如叶片的数量、开始时的状态以及水的种类,因为不同水中含有二氧化碳的量是不同的。答案：(1)烧杯中的小圆形叶片没有都沉于杯底
将未沉入的叶片重新装入注射器,抽去叶片中的空气
(2)三个烧杯中放入不相同数量的叶片
把三个烧杯中的叶片调整为相同数量
(3)三个烧杯中用了三种不同的水
三个烧杯中换用同一种水,使CO2的量相同课件23张PPT。阶段复习课
第5章 答案速填：A:蛋白质 B:RNA
C:高效性
D:A-P～P～P
E:ADP+Pi+能量 ATP
F:有氧呼吸 G:光反应
H:光照强度一、光合作用与细胞呼吸(有氧呼吸)的比较
1.两者的联系
(1)物质方面:光合作用与细胞呼吸的联系主要体现在物质方面,即光合作用为细胞呼吸提供物质a(O2),细胞呼吸为光合作用提供物质b(CO2)。以下是三种元素的转移途径。(2)能量方面:2.两者的不同点(真核细胞)【强化训练】
1.(2013·白银高一检测)叶绿体与线粒体是植物细胞内两个重要的细胞器,在光照条件下,它们各自产生的部分物质是可以循环利用的。下面能正确表示两者关系的是 ( )
①叶绿体产生的葡萄糖可进入线粒体内被利用
②线粒体产生的二氧化碳可进入叶绿体内被利用
③叶绿体产生的氧气可进入线粒体内被利用
④线粒体产生的水可进入叶绿体内被利用
⑤线粒体产生的ATP可进入叶绿体内被利用
A.①②③ B.②③④ C.①④⑤ D.②③⑤【解析】选B。叶绿体产生的葡萄糖在细胞质基质中被分解成丙酮酸后才能被线粒体利用;线粒体产生的二氧化碳可以被叶绿体的暗反应直接利用,同时叶绿体产生的氧气可以被线粒体直接利用;线粒体产生的水可进入叶绿体被直接利用;光照条件下,光反应产生的ATP可用于暗反应,而线粒体产生的ATP主要用于其他的需能反应。2.(2013·龙岩高一检测)如图表示某植物细胞内的代谢过程,下列有关叙述正确的是 ( )
A.①④③过程产生ATP,②过程消耗ATP
B.②、④过程都有[H]参与反应
C.①②③④四个过程既不消耗氧气也不产生氧气
D.①过程发生在线粒体基质中,②过程发生在叶绿体基质中【解析】选C。图中①②③④分别表示的是有氧呼吸的第一阶段、暗反应中三碳化合物的还原、二氧化碳的固定和有氧呼吸的第二阶段;产生ATP的阶段是①④;有[H]参与反应的阶段是②;图中四个过程都没有氧气的参与也没有氧气的产生;①过程发生在细胞质基质中,②过程发生在叶绿体基质中。二、细胞呼吸和光合作用的相关计算
1.各种速率的表示方法
(1)呼吸速率的表示方法:
将植物置于黑暗环境中,测定实验容器内CO2的增加量、O2的减少量或有机物的减少量。
(2)净光合速率的表示方法:
常用一定时间内O2的释放量、CO2的吸收量或有机物的积累量表示。
(3)真正光合速率的表示方法:
常用一定时间内O2的产生量、CO2的固定量或有机物的产生量表示。2.曲线分析
植物叶肉细胞进行光合作用吸收CO2的同时,还进行细胞呼吸释放CO2,所以测定的CO2的吸收量并不是真正光合速率,而是净光合速率。图1表示CO2的吸收与光照强度变化的关系,图2表示线粒体与叶绿体的关系。(1)结合图2与图1中的曲线分析如下:
①图1中a点光照强度为0,表示只进行细胞呼吸,与图2中B图对应。
②图1中ab段由于光照强度较弱,光合作用速率小于细胞呼吸速率,所以细胞呼吸释放的CO2一部分被叶绿体吸收,另一部分释放到外界环境中,与图2中A图对应。③图1中b点表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等,CO2在外观上表现为既不吸收也不释放,与图2中C图对应。
④b点以后,由于光照强度逐渐增强,光合作用速率大于细胞呼吸速率,细胞呼吸释放的CO2不能够满足光合作用的需求,表现为从外界环境中吸收CO2,与图2中D图对应。(2)光合作用与细胞呼吸的相关计算规律
图1中,Oa段表示植物呼吸速率,Od段表示植物净光合速率,Oa+Od段表示真正光合速率(即实际光合速率或总光合速率),它们的关系为:真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
具体表达为:
①光合作用消耗的CO2总量=从外界吸收的CO2量+细胞呼吸产生的CO2量。
②光合作用产生的O2量=释放到外界的O2量+细胞呼吸消耗的O2量。
③一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)=白天从外界吸收的CO2量-晚上细胞呼吸释放的CO2总量。【强化训练】
3.某实验小组将玉米幼苗置于一密闭容器内,测定温度对光合作用和细胞呼吸的影响(用容器内CO2的变化量表示)。实验结果如下(“+”表示增加,“-”表示减少),下列有关说法正确的是 ( )A.由表中数据可知,光合作用酶和细胞呼吸酶的最适温度相同
B.在适宜光照下,35℃时光合速率小于呼吸速率
C.由表可知,在适宜光照下,最有利于植物生长的温度是30℃
D.在黑暗情况下,叶肉细胞内无ATP的形成
【解析】选C。黑暗情况下表示的是呼吸的速率,适宜光照下表示的是净光合速率,两者的和表示的是真正的光合速率;通过上述数据可知在30℃时真正的光合速率最大为70,而呼吸速率在35℃时最大为40;在35℃时光合速率比呼吸速率大26;在30℃净光合速率最大为35;在黑暗情况下叶肉细胞内进行呼吸会产生ATP。4.在一定浓度的CO2和适宜温度条件下,测定植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率,如图1给出了光照强度(单位:klx)与该植物叶片光合作用速率[单位:mg CO2/(100 cm2叶·小时)]的关系,如图2表示CO2的转移方向。请据图回答:(1)根据图1,当光照强度为4 klx时,该植物叶片总(真正)光合作用速率是每100 cm2叶每小时吸收CO2 mg。
(2)若该植物叶肉细胞处于图2状态时,则对应图1的曲线中____ 点。
(3)c点以后影响光合作用速率的环境因素可能有____________ (回答一种即可)。
(4)将该植物叶片从光下移到黑暗中,叶绿体中C3含量短时间内的变化将是 。
(5)在图1中c点所示的条件下,该植物叶肉细胞内能够产生ATP的部位有 。【解析】(1)据图1可知,a点时光照强度为0,此时植物只进行细
胞呼吸,该植物的呼吸速率为6 mg CO2/(100 cm2叶·小时),光
照强度为4 klx时,该植物的净光合速率为6 mg CO2/(100 cm2
叶·小时),则真正光合速率应为6+6=12 mg CO2/(100cm2叶·小
时)。(2)图2表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等,外界CO2的
含量无变化,对应图1中的b点。(3)c点以后随光照强度的增强,
光合作用速率不再增加,此时影响光合作用速率的环境因素为CO2浓度或温度等。(4)将植物叶片从光下移到黑暗中,光反应产生的[H]、ATP减少,C3的还原减慢,而CO2的固定仍正常进行,所以C3含量在短时间内应上升。(5)图1中的c点所示条件下,植物既进行光合作用又进行细胞呼吸,故能产生ATP的部位有叶绿体、细胞质基质和线粒体。
答案：(1)12 (2)b (3)CO2浓度、温度等
(4)上升 (5)叶绿体、细胞质基质和线粒体
