(共52张PPT)
第2课时 光合作用的原理
学有目标——课标要求必明
1.描述光合作用是怎样进行的。
2.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。
【主干知识梳理】
一、光合作用的概念及探索光合作用原理的部分实验
1．光合作用的概念
(1)场所：绿色植物的________。
(2)能量来源：_____。
(3)反应物：__________。
(4)产物：____、_____等有机物。
叶绿体
光能
CO2和H2O
O2
糖类
2．探索光合作用原理的部分实验
科学家 实验过程及现象 实验结论
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，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出______ 光合作用释放的O2来自____；氧气的产生和糖类的合成_____ (填“是”或“不是”)同一个化学反应
氧气
水
不是
鲁宾和
卡门 H O＋CO2―→植物―→_____
H2O＋C18O2―→植物―→____ 光合作用释放的O2中的氧元素来自____
阿尔农 在光照下，叶绿体可合成______，且这一过程总是与__________相伴随 水的光解可合成_____
18O2
O2
水
ATP
水的光解
ATP
续表
二、光合作用的过程
1．反应式
__________________________________。
2．过程(据图填空)
①_________，②_____，③_________，④____，⑤_______。
NADPH
2C3
ADP＋Pi
O2
(CH2O)
3．光反应与暗反应的比较
类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
不需要光
O2
NADPH
ATP
C5
2C3
(CH2O)
ATP
(CH2O)
【教材微点发掘】
1．阅读教材第102页“思考·讨论”，结合利用小球藻进行光合作用实验的示意图，可求出图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少。
提示：图中A、B物质是O2，均来自反应物中的H2O。A、B分别为 O2、18O2，二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。
2．下图表示光能转换为电能的示意图(教材第103页“相关信息”)，A代表处于特殊状态下的叶绿素a，B代表具有吸收和传递光能作用的色素，C和D代表传递电子的物质。请回答相关问题：
(1)叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是______________，二是提供能量_____________________________________________________。
(2)水分解为______的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成________。
答案：(1)将水分解为氧和H＋ 促使ADP和Pi反应形成ATP (2)氧和H＋ NADPH
教材问题提示
一、思考·讨论
(一)探索光合作用原理的部分实验
1．不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
2．能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
3．光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。
4．合理即可。例如：
(二)光反应和暗反应的区别与联系
1．本问题可以用列表的形式解决：
名称 光反应 暗反应
所需条件 必须有光 有光或无光均可
进行场所 类囊体薄膜 叶绿体基质
物质变化 水光解为O2和H＋；ATP和NADPH的合成 CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解
能量转化 光能转化为ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能
2.①物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP＋。
②能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
二、旁栏思考
用这种方法观测到的O2的产生量，实际是光合作用的O2释放量，与植物光合作用实际产生的O2量不同，没有考虑到植物自身呼吸作用对O2的消耗。
新知探究(一) 探索光合作用原理的实验
【探究·深化】
人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进过程，请阅读教材的内容，讨论并交流下列问题：
实验一：1937年，希尔用离体的叶绿体做实验。
他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。
该实验说明：________________________________________________。
答案：叶绿体在有氢受体的水溶液中光照可产生O2
实验二：1954年，阿尔农等用离体的叶绿体做实验。
在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和氢受体时，体系中就会有ATP和NADPH产生。在黑暗条件下，只要供给了ATP和NADPH，叶绿体就能将CO2转变为糖。
该实验说明：__________________________________________。
答案：叶绿体照光条件下，反应体系中有ADP/Pi和氢受体存在时可产生ATP和NADPH。在黑暗条件下，有ATP和NADPH时，叶绿体可将CO2转变为糖
实验三：20世纪40年代，卡尔文及其同事因在
光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔
化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通
过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个
开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过
控制电源开关可控制光照的有无。
他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。
(1)上述实验中卡尔文等是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了____________等技术方法。实验结果说明CO2中C的转移路径是__________(请用“→”表示)。
(2)卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高；停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。由此可见C3和C5之间的关系是____________(请用箭头表示)。
答案：(1)同位素示踪法 CO2→C3→C6
(2)
【典题·例析】
[典例] 卡尔文等用14CO2供小球藻光合作用，探明CO2中的碳转化成有机物碳的途径，下列叙述错误的是( )
A．用同位素标记的化合物，化学性质不会改变
B．该实验的自变量是时间
C．长时间给小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5
D．用C18O2供小球藻光合作用，也可达到实验目的
[答案] D
[解析] 同位素标记的化合物，化学性质不会改变，A正确；该实验的自变量是时间，B正确；长时间给小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5，C正确；用C18O2供小球藻光合作用，只能探明CO2中的氧转化成有机物氧的途径，D错误。
【应用·体验】
1．下列实验中科学家使用的手段或技术显著不同于其他的是( )
A．科学家对分泌蛋白的合成和分泌的研究
B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
C．恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
D．卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
答案：C
2．如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。实验进行一段时间后，下列相关叙述错误的是( )
A．Y2的质量大于Y3的质量
B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C．②中水的质量大于④中水的质量
D．试管①的质量大于试管②的质量
答案：C
新知探究(二) 光合作用的过程
【探究·深化】
[情境质疑]
光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。如图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
(1)暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？
提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。
(2)若用18O标记H2O中的O，则能在光合作用的哪些物质中检测到18O
提示：18O可在释放的O2中检测到。
(3)若用14C标记CO2中的C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。
提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。
(4)夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？
提示：C3下降，C5上升。
[重难点拨]
1．明确光反应与暗反应的联系
(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
(2)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．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化。
(2)物质含量变化：
条件 C3 C5 NADPH([H])和ATP 模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少或没有
光照由弱到强，CO2供应不变 减少 增加 增加
光照不变，CO2由充足到不足 减少 增加 增加
光照不变，CO2由不足到充足 增加 减少 减少
续表
[特别提醒] ①以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，而且是在条件改变后的短时间内发生的。
②在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；NADPH 和ATP的含量变化是一致的，即都增加，或都减少。
【典题·例析】
[典例1] 如图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)。下列判断错误的是( )
A．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储存在c中
B．图中①表示H2O的吸收，③表示H2O的光解
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性18O
D．d为还原型辅酶Ⅱ
[答案] D
[解析] 分析图示可知，图中a物质表示色素，叶绿体中的色素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储存在ATP中，A正确。图中①表示根从土壤中吸收H2O，③表示H2O的光解，B正确。将氧气用18O 标记，氧气首先参与有氧呼吸生成水，该水分子可以参与有氧呼吸第二阶段，此时氧元素将转移到二氧化碳中，然后含放射性的二氧化碳参与光合作用，最终在(CH2O)中能检测到放射性18O，C正确。d和磷酸反应生成c，为暗反应中C3的还原提供能量，因此d为ADP，D错误。
[典例2] 正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降
[答案] B
[解析] 黑暗处理后，光反应停止，O2的产生停止。ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP＋增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。
方法规律
光合作用过程中相关物质的变化规律
【应用·体验】
1．下图为叶绿体中某生理过程示意图，有关叙述错误的是( )
A．该过程所利用的光一般都是可见光
B．叶绿体内膜被破坏后，O2将不能产生
C．该过程形成的ATP主要用于暗反应
D．Pi在ADP和ATP的转化过程中起重要作用
答案：B
解析：光反应阶段所利用的光一般都是可见光，A正确；光反应阶段在类囊体薄膜上进行，因此叶绿体内膜被破坏后，O2仍继续产生，B错误；光反应阶段形成的ATP用于暗反应中C3的还原，C正确；ATP水解生成ADP和Pi，Pi和ADP结合生成ATP，D正确。
2.如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析，正确的是( )
A．突然停止光照 B．突然增加CO2浓度
C．降低环境温度 D．增加光照强度
答案：D
解析：增加光照强度，光反应产生的NADPH和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D正确。
科学思维——归纳概括光合作用与细胞呼吸的关系
光合作用与呼吸作用关系模型分析
(2)能量联系：
【素养评价】
1．下图是某植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化图解，其中①～④表示过程。下列相关叙述错误的是( )
A．过程①③④都能合成ATP B．过程①②③④总是同时进行
C．过程①③都在生物膜上进行 D．过程④产生的[H]还来自水
答案：B
解析：据图可知，过程①～④依次是光合作用的光反应阶段、光合作用的暗反应阶段、有氧呼吸的第三阶段以及有氧呼吸的第一、二阶段，其中①③④都能合成ATP，A正确；过程①②③④不一定同时进行，如晚上仅进行③④(有氧呼吸)而不进行①②(光合作用)，B错误；过程①是光合作用的光反应阶段，场所是类囊体薄膜，过程③是有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜，C正确；过程④是有氧呼吸的第一、二阶段，产生的[H]除了来自葡萄糖之外，还来自水，D正确。
2．下图为高等绿色植物光合作用和细胞呼吸之间关系的示意图，其中①～⑥代表不同物质。回答下列问题：
(1)为研究该植物绿叶中色素的种类，需将提取到的色素在滤纸上分离，色素分离依据的原理是_____________________________________________。
(2)③代表的物质是________，其产生的场所是________。植物通过光反应把太阳能转变为活跃的化学能储存在__________________(填物质名称)中，通过暗反应把活跃的化学能转变为稳定的化学能储存于________(填序)中。
(3)请用“→”和物质写出14CO2中的14C在光合作用中的转移途径：________________________________________________________________。
(4)图中④→CO2的过程是细胞呼吸的______阶段，该过程在________________________________中进行。
(5)从上图可以看出，光合作用和细胞呼吸并非简单的可逆反应，原因是_________________________________________________________________。
解析：(1)色素的提取和分离实验中，色素分离的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。(2)据图分析可知，③代表的物质是O2，其产生的场所是类囊体薄膜。植物通过光反应把太阳能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能，通过暗反应把ATP和NADPH中活跃的化学能转变为④糖类等有机物中稳定的化学能。 (3) 14CO2中的14C在光合作用中的转移途径为14CO2→三碳化合物→糖类。(4)图中葡萄糖生成CO2的过程是有氧呼吸的第一和第二阶段，该过程在细胞质基质和线粒体基质中进行。(5)从图可以看出，光合作用和细胞呼吸只是反应前后的物质相同，但反应场所、所需酶的种类、物质分解过程等均不同，故不是简单的可逆反应。
答案：(1)不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢 (2)O2 类囊体薄膜 ATP和NADPH ④ (3)14CO2→三碳化合物→糖类 (4)第一和第二 细胞质基质和线粒体基质 (5)二者只是反应前后的物质相同，但反应场所、所需酶的种类、物质分解过程等均不同(共46张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
解读章首图文
培养学习志向·勇担社会责任
章引言结合日常生活经验创设情境，引入有关细胞的能量供应和利用的主题：石头和绿叶在阳光照射下，一个发热一个却不会，从这样的常见现象，引入关于植物的叶片与石头在吸收利用光能方面的不同之处，联系绿色植物的光合作用能吸收、转化和利用能量。在此基础上，简述光合作用的重要意义，提出“细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢？”这一核心问题。
章题图是明亮的阳光洒在绿叶上，绿叶上映衬着蚱蜢的剪影，画面的美感，激发同学们学习的冲动。绿叶上还画有叶绿体的亚显微结构模式图和光合作用过程的模式图解，图解突出了光合作用中ATP与ADP的相互转化。章题图左上方的一首诗，形象贴切地点出了章题图的寓意：动植物的生命活动，全都离不开细胞对能量的获取与利用，而能量的最终来源是阳光。当同学们看到这幅图，读到压图的小诗，头脑里便能展开联想：绿叶获取光能，一股股涓涓细流般的光能，通过光合作用固定、储存在绿叶制造的有机物中；蚱蜢吃着鲜嫩的绿叶，能量又悄无声息地流进蚱蜢体内；能量在它们的体内流转激荡，用于物质输入输出，用于生长和发育……其他的生物，其他的生命系统的运转，也都是像这样需要能量的驱动。
章首页的题图、题诗、引言，用不同的方式，围绕本章标题明确表述的“细胞的能量供应和利用”这一主题去创设情境。本章的四节内容，则是在这一情境的烘托下，进一步围绕着“能量供应和利用”逐步展开。
理清本章架构
初识概念体系·具备系统思维
第1节 降低化学反应活化能的酶
第1课时 酶的作用和本质
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质。
2.通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。 1.细胞代谢是细胞中化学反应的总称，细胞代谢离不开酶。
2.酶是生物催化剂，其催化作用原理是降低化学反应的活化能。
3.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
【主干知识梳理】
一、酶在细胞代谢中的作用
1．细胞代谢
(1)场所：________内。
(2)实质：各种___________的总称。
(3)意义：细胞___________的基础。
2．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验原理：过氧化氢在水浴加热、FeCl3 溶液中的_____和肝脏研磨液中_____________的作用下加速分解。
活细胞
化学反应
生命活动
Fe3＋
过氧化氢酶
(2)实验步骤和实验现象：
步骤和现象
相同处理 向4支试管中分别加入2 mL__________溶液
不同处理 不处理 放在90 ℃左右的水浴中加热 滴入2滴FeCl3溶液 滴入2滴肝脏研磨液
现象 气泡 基本无 ____ 较多 ______
带火星卫生香 无复燃 ____复燃 复燃性较强 __________
过氧化氢
少
很多
有
复燃性很强
(3)实验结论：酶具有_____作用，同无机催化剂相比，催化效率更___。
3．控制变量和对照实验
(1)自变量：人为控制的对实验对象___________的因素叫作自变量。
(2)因变量：因_________改变而变化的变量叫作因变量。
(3)无关变量：除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成______的可变因素，叫作无关变量。
(4)对照实验：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都__________，并将结果进行______的实验叫作对照实验。
催化
高
进行处理
自变量
影响
保持一致
比较
二、酶的作用原理和本质
1．酶的作用原理
(1)活化能：指分子从______转变为容易发生化学反应的______状态所需要的能量。
(2)原理：同无机催化剂相比，酶_____________的作用更显著，因而催化效率更高。
(3)意义：使细胞代谢能在______条件下快速有序地进行。
常态
活跃
降低活化能
温和
2．酶的作用及本质
(1)产生场所：________中。
(2)生理作用：______作用。
(3)化学本质：绝大多数是________，少数是______。
活细胞
催化
蛋白质
RNA
【教材微点发掘】
1．结合教材第78页图5-1及下图分析酶的作用原理：
(1)表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是_____段。
(2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是_____ 段。
(3)酶降低的活化能是_____ 段。
(4)若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向____移动。
(5)下表数据是在20 ℃测得的H2O2分解的活化能，数据说明，酶和无机催化剂相比有什么不同？
提示：和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，即催化效率更高。
条件 无催化剂催化 FeCl3催化 过氧化氢酶催化
活化能/ (kJ·mol－1) 75 54 29
AC
BC
AB
上
2．萨姆纳从刀豆种子中提取到脲酶，并证明了脲酶是蛋白质(教材第79页“思考·讨论”)。请说明验证脲酶是蛋白质的实验思路：
______________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质
教材问题提示
思考·讨论
1．巴斯德认为发酵与活细胞有关，是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，是不正确的。李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，是合理的；认为这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用，是不正确的。
2．巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
3．毕希纳的实验说明，酵母菌细胞中的某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母菌细胞中一样。
4．萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，依靠坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
5．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
新知探究(一) 酶在细胞代谢中的作用
【探究·深化】
[情境质疑]
阅读教材第77页“探究·实践”“比较过氧化氢在不同条件下的分解”并思考有关问题。
1．从材料、用具、操作步骤及安全性等方面分析。
(1)实验时，选用新鲜的肝脏作为实验材料的原因是什么？
提示：肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，就不能促进过氧化氢分解成H2O和O2。
(2)在实验中，为什么将肝脏研磨成溶液？
提示：研磨肝脏，使过氧化氢酶释放出来，释放出的过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。
(3)在滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，为什么不能共用一支吸管？
提示：滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，若共用一支吸管，则滴加的FeCl3溶液中会含少量肝脏研磨液，而研磨液中的过氧化氢酶具有高效性，会使两支试管中产生的气泡差别不大，不易对比观察，从而影响实验结果的准确性。
2．从实验过程和实验结果分析：
(1)2、3、4号三支试管都有气泡放出，但4号试管放出的气泡最多，说明了什么？
提示：加热、无机催化剂和酶都能促进过氧化氢的分解，提高反应速率，但是酶的催化效率更高。
(2)与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？
提示：2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
(3)通过对这个实验结果的分析，你认为酶在细胞代谢中具有什么作用？
提示：酶在温和条件下，可以高效地完成对化学反应的催化，即酶具有催化化学反应的作用。
[重难点拨]
1．酶具有催化作用的实验验证思路
2.酶的作用机理
酶作用的实质是降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，两者的比较如图所示。
图中各字母代表的含义：a、b、c分别代表无催化剂、使用无机催化剂、使用酶催化的化学反应过程，E1、E2、E3分别代表进行相应化学反应所需的活化能，ΔE代表使用酶后降低的活化能。
【典题·例析】
[典例1] 如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。有关分析合理的是( )
A．本实验自变量是催化剂的种类
B．本实验的无关变量有温度和过氧化氢的用量等
C．1号和4号试管对比可说明酶具有催化作用
D．3号和4号试管对比可说明酶具有专一性
[答案] C
[解析] 本实验的自变量是温度和催化剂的种类；分析题图可知，温度是自变量，而不是无关变量，本实验的无关变量有酶用量、过氧化氢的量等；分析题图可知，1号与4号对照，其单一变量为是否有酶，可说明酶具有催化作用；3号和4号对照，自变量是催化剂的种类，可说明酶催化作用具有高效性。
[典例2] 下列关于活化能的叙述，错误的是( )
A．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
B．无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能
C．酶可以降低化学反应的活化能
D．同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著
[答案] B
[解析] 酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著；水浴加热可以给化学反应提供能量，但不能降低化学反应的活化能。
【应用·体验】
1．(2022·聊城高一月考)以下对酶的作用比喻不恰当的是( )
A．酶的作用就像给运动员把跨栏的高度降下来
B．酶的作用就像给翻越高山的汽车加大油门
C．酶的作用就像制取氧气时在氯酸钾中加了二氧化锰
D．酶的作用就像高考时降低了录取的分数线
答案：B
解析：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能，如果把化学反应比作驾车翻越一座高山，“加热、加压”相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到穿山的隧道，即用催化剂就相当于使原来反应的“难度”降低了，因此A项和D项的比喻都是比较合理的；C项中二氧化锰起到催化剂的作用，因此这个比喻也是恰当的；给汽车加大油门相当于反应中的加热、加压，因此B项比喻是不恰当的。
2．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，其中正确的图解是( )
答案：C
解析：活化能是指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。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，两曲线最高点的差值就是酶降低的活化能，只有C项图中曲线符合。
新知探究(二) 酶的本质
【探究·深化】
[情境质疑]
酶是一种生物催化剂，其化学本质是什么？对此科学家们进行了不懈的研究。请完善酶研究的历程图。
[重难点拨]
1．酶的概念理解
化学本质 大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体 主要在细胞核
来源 一般活细胞均能产生
生理功能 具有生物催化作用
2.证明某种酶是蛋白质的实验思路
实验组：待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应。
对照组：已知蛋白液＋双缩脲试剂→出现紫色反应。
【典题·例析】
[典例1] 下列有关酶的叙述正确的是( )
①是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
[答案] C
[解析] 酶是由活细胞产生的，具有生物催化作用的有机物。就酶的化学本质而言，大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，④错误，⑤正确；就酶作用的场所而言，有胞内酶和胞外酶，活细胞一般都能产生胞内酶，①错误，③正确；代谢是细胞内全部有序化学反应的总称，在这一过程中，需要酶的催化，酶只起催化作用，没有调控作用，⑥⑦错误，⑧正确；酶是由活细胞产生的，不能来源于食物；②错误。
[典例2] “塑料垃圾污染”是令世界各国头疼的问题，这是因为塑料制品的主要原料——PET塑料，需要数百年时间才能自然降解。科学家在一次实验中意外生成了一种酶，可以有效将PET塑料降解，有望成为未来治理白色污染的“利器”。
(1)PET塑料在自然界中需要数百年才能降解，从酶的角度分析，可能的原因是什么？
提示：自然界中的微生物中缺少分解该塑料的酶。
(2)这种分解塑料的酶的作用机理是什么？
提示：降低化学反应的活化能。
(3)这种酶可有效地分解PET塑料，对环境保护的意义是什么？
提示：减少环境污染。
【应用·体验】
1．下列关于酶的叙述，正确的是( )
A．酶只有在生物体内才能起催化作用
B．酶都有消化作用
C．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物
D．所有酶与双缩脲试剂作用均可发生紫色反应
答案：C
解析：酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定在生物体内，只要条件适宜，在体内外都可起催化作用。酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化。酶可以作为催化剂，由于酶的成分绝大多数是蛋白质，少数是RNA，当存在蛋白酶或RNA水解酶时，酶也可以作为该催化反应的底物，被催化水解。少数酶是RNA，不能与双缩脲试剂发生紫色反应。
2．当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行；当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应立即减慢。由此可以说明( )
A．RNA是核酸的一种
B．RNA有时也可称为遗传物质
C．RNA主要存在于细胞质中
D．RNA也可作为生物催化剂
答案：D
解析：RNA被有关的酶水解后，化学反应立即减慢，说明该RNA属于酶，可催化此反应的进行，即RNA也具有催化作用，故D正确。A、B、C三项从内容上讲均是正确的说法，但无法从题干信息中得出这些结论，故三项均不符合题意。
科学探究——控制变量和设计对照实验
1．教材中“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验变量分析
自变量 因变量 无关变量 对照组 实验组
2号：水浴加热；
3号：加FeCl3溶液；
4号：加肝脏研磨液 过氧化氢分解速率 反应物的浓度；反应时间；实验室的温度；FeCl3溶液浓度和肝脏研磨液的新鲜程度等 1号试管 2、3、4号试管
2.控制变量的科学方法
3．对照实验的类型和对照组、实验组的判断
(1)空白对照。
设置两组实验，其中施加实验变量(要研究的因素)处理的为实验组，常态或未施加实验变量(要研究的因素)处理的为对照组。自变量为实验变量的有无。一般验证性实验采用空白对照。
(2)相互对照。
设置三组以上的实验，每一组既作为实验组，同时又是其他组的对照。自变量为实验变量的不同量度(或类别)。一般“探究××最适(佳)条件”的实验采用相互对照。
(3)自身对照。
实验组、对照组在同一实验对象上进行，即实验处理前的为对照组，处理后的为实验组，自变量为实验变量的处理与否，如“探究植物细胞的吸水和失水”实验。
(4)条件对照。
增设了与实验变量无关的一组实验。常结合空白对照进行，具有反证或加强作用。如“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中：以蝌蚪为实验材料，甲组(实验组)饲喂甲状腺激素；乙组(条件对照组)饲喂甲状腺抑制剂；丙组(空白对照组)对蝌蚪不做任何处理。通过比较、对照更能充分说明实验变量——甲状腺激素有促进动物生长发育的作用。条件对照的目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。
【素养评价】
1．关于生物学实验中的变量，下列说法错误的是( )
A．任何生物学实验中都需要设置变量
B．对照实验中应遵循单一变量原则
C．对照实验中一定存在自变量
D．无关变量并不是与实验结果没有关系
答案：A
解析：只有对照实验中才需设置变量，纯粹的观察实验(如用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动)则无须设置变量。
2．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如表所示。
试管
组别 实验处理
加入3%过氧化氢/mL 温度 加入试剂
试管1 2 常温 —
试管2 2 90 ℃ —
试管3 2 常温 2滴3.5%FeCl3溶液
试管4 2 常温 2滴20%肝脏研磨液
(1)在上表的实验处理中，研究了哪些自变量？____________________，写出一种无关变量：______________________________________________。
(2)该实验用的肝脏要求是新鲜的，原因是________________________
_________________________________________________________________。
(3)若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用的实验组合是_______________________________________________________________。
(4)若试管1和试管2组成对照实验，能说明的问题是_________________________________________________________________。
解析：(1)由表中的实验处理可知，本实验的自变量是温度和催化剂，过氧化氢溶液、FeCl3溶液、肝脏研磨液的用量和溶液的pH等都属于无关变量。(2)若肝脏放置时间太久，会被微生物破坏，其中含有的过氧化氢酶被破坏，从而影响实验效果。(3)若要研究生物催化剂和无机催化剂的差别，实验的自变量是催化剂种类，因此可选用表格中的试管3和试管4。(4)试管1和试管2的实验处理不同的是温度，二者比较可以说明温度对过氧化氢分解具有促进作用，其作用原理是加热使过氧化氢分子得到能量，促使其分解。
答案：(1)温度、催化剂 过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液的用量、肝脏研磨液的用量、溶液的pH(写出一种即可) (2)若肝脏放置时间太长，过氧化氢酶会被破坏，影响实验效果 (3)试管3和试管4 (4)加热使过氧化氢分子得到能量，促使过氧化氢分解(共53张PPT)
第3课时 光合作用原理的应用
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。
2.关注光合作用原理的应用。 1.在一定范围内，随着光照强度或CO2浓度的增大，光合速率逐渐增大，但超过一定范围后，光合速率不再增大。
2.提高光合作用强度的两种主要措施：①控制光照强弱和温度的高低；②适当增加环境中的CO2浓度。
【主干知识梳理】
一、光合作用原理的应用
1．光合作用强度
(1)概念：植物在__________内通过光合作用制造______的数量。
(2)影响因素：
只要是影响到光合作用的原料、动力、场所、酶的活性等的因素都会影响光合作用强度：
单位时间
糖类
①原料——水、CO2，如环境中______浓度、土壤中水分含量等。
②动力——光能，如光照的______、长短以及光的成分等。
③场所——叶绿体，如无机营养、病虫害等。
④酶——影响酶活性的因素，如_____等。
CO2
强弱
温度
2．探究环境因素对光合作用强度的影响
实验流程：
二、化能合成作用
1．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_______。
(2)实例：硝化细菌能利用土壤中的________氧化成亚硝酸(HNO2)，进而氧化成硝酸(HNO3)。这两个化学反应中所释放的化学能将__________合成为糖类，供自身利用。
无机物
有机物
氨(NH3)
CO2和H2O
2．光合作用与化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
生物类型 _________和光合细菌 硝化细菌等
能量来源 光能 体外物质氧化释放的_______
相同点 能将______合成______，并储存能量
绿色植物
化学能
无机物
有机物
【教材微点发掘】
1．植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。光合作用产生O2，呼吸作用消耗O2。如果在暗处检测到植物消耗O2的速率是5 mg/(100 cm2叶·h)，而在光下测得释放O2的速率是8 mg/(100 cm2叶·h)，那么该植物通过光合作用的光反应产生O2的速率是____________mg/(100 cm2叶·h)。
答案：13
2．下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题：
(1)光合作用强度可以通过测定植物在单位时间内产生的氧气量来表示，也可以通过测定______________或______________来表示。
(2)引起AB段光合作用强度不断增强的主要环境因素是____________，该因素的增强促进了光合作用中__________反应阶段，从而为暗反应阶段提供更多的____________。
(3)BC段光合作用强度下降的主要原因是__________________________，导致光合作用中的________过程受阻，从而影响光合作用。
(4)C点与B点相比，C3的含量相对________(填“增加”或“减少”)。
(5)请从影响光合作用强度的环境因素的角度，提出一个夏季晴朗中午增加光合作用强度的措施：______________________________________。
答案：(1)固定的CO2量 制造的有机物量 (2)光照强度 光 ATP、NADPH (3)气孔部分关闭，CO2吸收量减少 CO2固定 (4)减少 (5)适当遮阴
新知探究(一) 探究环境因素对光合作用强度的影响
【探究·深化】
结合教材第105页“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验完成有关问题。
(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中_____，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_______。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片上浮的数量______。
下沉
上浮
越多
(2)实验流程：
(3)实验结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量_____，说明一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度__________。
(4)在实验中，叶片下降的原因是什么？光照后叶片为什么上升？
提示：抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降；光照后，叶片进行光合作用，细胞间隙又充满气体，叶片上升。
越多
不断增强
(5)小圆形叶片上浮实验中的三个关注点：
①叶片上浮的原因是光合作用产生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
②打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
③为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
【应用·体验】
1.取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭装置内，并分别给予a、b、c三种不同强度的光照，其他条件一致。照光相同时间后，测得各装置内氧气的增加量如图所示。下列叙述错误的是( )
A．装置内增加的氧气来自水
B．光照强度为a时，光合作用停止
C．丙组装置内的CO2含量照光后比照光前低
D．该图反映了光合作用强度与光照强度的关系
答案：B
解析：光反应阶段，水的光解产生氧气，A正确。光照强度为a时，有氧气释放，所以光合作用没有停止，B错误。由于光合作用消耗CO2产生氧气，则丙组装置内的CO2含量在照光后比照光前低，C正确。该图反映了光合作用强度与光照强度的关系，D正确。
2．取生长旺盛的天竺葵叶片，用打孔器打
出小圆片若干并抽取叶片细胞内空气，均分后
置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同的
一定强度光照，记录圆叶片上浮至液面所需时
间，其结果绘制的曲线如图。相关叙述错误的是( )
A．YZ段平缓的限制因素可能是光照强度
B．Y点比X点细胞内的C5含量高
C．Z点后曲线上行，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致
D．Y点时叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体
答案：B
解析：YZ段平缓，说明随着CO2浓度的增加光合作用不再增强，则限制因素可能是光照强度；Y点与X点相比，CO2浓度高，CO2的固定加快，则Y点细胞内的C5含量低；Z点后光照不变，CO2浓度升高，而曲线上行，说明光合作用减弱，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致；Y点既有光合作用又有呼吸作用，则叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体。
新知探究(二) 影响光合作用的因素
【拓展·深化】
1．光照强度
曲线模型
模型分析
曲线对应点 细胞生理活动 ATP产生场所 植物组织外观表现
A点 只进行细胞呼吸，不进行光合作用 只在细胞质基质和线粒体 从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段(不含A、B点) 呼吸量>光合量 细胞质基质、
线粒体、
叶绿体 从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点 光合量＝呼吸量 与外界不发生气体交换
B点之后 光合量>呼吸量 从外界吸收CO2，向外界释放O2。此时植物可更新空气
应用 ①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能
续表
2.CO2浓度
原理 CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成
曲线模型及分析 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，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′对应的点都表示CO2饱和点
应用 在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率
3.温度
原理 温度通过影响酶的活性影响光合作用
曲线模型及分析 AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大
B点：酶的最适温度，光合速率最大
BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零
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；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，提高植物有机物的积累量
4.矿质元素
曲线模型 原理
矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是的组成元素，N、P是ATP的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等
曲线分析 应用
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物发生渗透失水而导致植物光合作用强度下降 在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高光能利用率
续表
【典题·例析】
[典例1] 在CO2浓度相同、光照不同的条件下，对油菜光合速率日变化研究的实验结果如图所示。以下分析错误的是( )
A．据图可知，油菜最大光合速率上午均比下午高，这与环境因素的变化有关
B．与Ⅰ相比，Ⅱ出现“午休现象”是由于中午光照强、温度高，导致叶片气孔关闭影响光合作用的暗反应阶段，从而使光合速率下降
C．与Ⅱ相比，Ⅲ也出现了“午休现象”，可推测油菜的光合速率除受外界环境因素影响外，还受遗传因素的控制
D．据图可知，提高CO2浓度， Ⅰ的光合速率可达到 Ⅲ
[答案] D
[解析] 通过曲线可以看出，油菜的最大光合速率上午均比下午高，因为上午的光照强度和温度等环境因素对于植物的光合作用来说比下午更适宜，A正确。出现“午休现象”是因为中午温度高、光照强，植物蒸腾作用失水剧烈导致气孔关闭，致使进入细胞的CO2减少，光合作用的暗反应减弱，使光合速率下降，B正确。Ⅲ是恒定光照强度下，与Ⅱ相比同样时间也出现了“午休现象”，很可能是内部因素影响即遗传因素控制，C正确。Ⅰ的光合速率较低是因为阴天光照强度较弱引起的光反应较弱，产生的NADPH和ATP较少，即使增大CO2浓度也不能提高光合速率，D错误。
[典例2] 科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图。请据图判断，下列叙述错误的是( )
A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度的不同
C．光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D．光照强度为a～c时，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
[答案] D
[解析] 光照强度为a时，影响曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度的温度、光照强度相同，而CO2浓度不同；光照强度为b时，影响曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度的CO2浓度和光照强度相同，而温度不同；在光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ都未达到光饱和点，光合作用强度随光照强度升高而升高；光照强度在a～c之间时，曲线Ⅲ已达到光饱和点，随光照强度增加，光合作用强度不再增加。
方法规律
多因素对光合作用影响的曲线分析方法
解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。
【应用·体验】
1．图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化；图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系。下列有关说法正确的是( )
A．图甲中，光照强度为b时，光合速率等于呼吸速率
B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
C．图乙中，当光照强度为x时，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．图乙中，限制e、f、g点光合速率的因素主要是光照强度
答案：B
解析：分析图甲可知，光照强度为b时，CO2的释放量和O2产生总量相等，细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，说明此时细胞呼吸大于光合作用，A错误；光照强度为d时，水稻叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，光照强度为a时，CO2的释放量即为呼吸速率，则光照强度为d时，O2产生总量为8单位，需要消耗的CO2也为8单位，所以单位时间内需从外界吸收CO2为2单位，B正确；图乙中所示生物为蓝细菌，蓝细菌不含线粒体和叶绿体，C错误；图乙中，限制g点光合速率的因素不是光照强度，可能是CO2浓度及温度等，D错误。
2．影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，既有内部因素(如酶的活性等)，又有外界因素(如光照强度等)。
(1)若x代表光照强度，反映光照强度影响光合速率的曲线是______，它主要影响______阶段。
(2)在外部因素适宜时，反映影响光合速率的内部因素的曲线是________。
(3)在不同季节或一天的不同时间，植物光合速率一般不同，图B是为验证温度对光合速率影响的实验装置，请回答下列问题。
①本实验的原理是：a._______________________________________；
b._________________________________________________________。
②在实验过程中可通过观察_____________________________________来判断光合作用的强度。
解析：(1)若x代表光照强度，则反映与光合速率关系的曲线为a曲线，光照主要影响光反应阶段。(2)限制光合作用的内部因素有酶的活性、色素的数量、C5的含量等。由于题中提出外界条件是适宜的，因此随着内因的变化，光合速率将不断增加，对应图中曲线b。(3)本实验中的自变量是温度，而温度是通过影响酶的活性来影响光合作用的，光合速率可用O2产生的快慢来表示。
答案：(1)a 光反应 (2)b (3)①a.温度主要通过影响光合作用有关的酶的活性影响光合作用的强度 b．在一定时间内，光合作用产生的O2量可反映光合作用的强度 ②一定时间内，光合作用产生O2的气泡数
科学探究——呼吸速率、净光合速率和总光合速率的测定
1．呼吸速率、净光合速率和总光合速率的表示方法
(1)呼吸速率的表示方法：将植物置于黑暗环境中，测定单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
(2)净光合速率和真正光合速率
①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量(或制造量)表示。
2．光合速率与呼吸速率的关系
下图1表示光照强度与CO2的吸收速率的关系，图2表示线粒体与叶绿体的关系。
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，只进行呼吸作用，与图2中乙对应。OA代表呼吸速率。
(2)图1中AB段由于光照强度较弱，光合速率小于呼吸速率，所以呼吸作用释放的CO2一部分被叶绿体吸收，另一部分释放出去，与图2中甲对应。
(3)图1中B点表示光合速率与呼吸速率相等，表现为既不吸收CO2也不释放CO2，与图2中丙对应。B点对应的光照强度为光的补偿点。
(4)B点以后，由于光照强度继续增大，光合速率大于呼吸速率，呼吸作用释放的CO2不能够满足光合作用的需求，表现为从外界吸收CO2，与图2中丁对应；C点以后，光照强度再增加，光合速率不再增大，C点对应的光照强度称为光的饱和点；OD为净光合速率。
由以上分析可知：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
3．利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率
(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时，NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定方法：
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(3)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，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。
【素养评价】
1.植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下，测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合速率。下列有关说法错误的是( )
A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只是线粒体
B．该植物叶片的呼吸速率是5 mg/(100 cm2叶·h)
C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点光照强度条件下11 h，其余时间置于黑暗中，则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D．已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中b点将向右移，c点将向左下移动
答案：A
解析：在a点所示条件下，细胞只进行呼吸作用，产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体；a点的纵坐标表示呼吸速率；c点光照强度下，11 h光照每100 cm2叶片CO2净吸收量为11×10＝110(mg)，晚上每100 cm2叶片细胞呼吸释放CO2的量为13×5＝65(mg)，一昼夜每100 cm2叶片CO2净吸收量为45 mg；将温度提高到30 ℃，真正光合速率降低，细胞呼吸速率增大，净光合速率降低，c点将向左下移，光补偿点(b点)将向右移。
2．下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度在恒定水平。下列几种实验结果(给予相同的环境条件)，不可能出现的是( )
A．甲、乙装置水滴都左移
B．甲、乙装置水滴都右移
C．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移
D．甲装置水滴右移，乙装置水滴左移
答案：B
解析：根据题意可知，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度在恒定水平，故甲装置内的气压变化是由O2含量变化引起的。较强光照条件下(光合速率大于呼吸速率)甲装置内水滴右移；黑暗或较弱光照条件下(光合速率小于呼吸速率)甲装置内水滴左移；适宜光照条件下(光合速率等于呼吸速率)甲装置内水滴不动；乙装置内青蛙只进行细胞呼吸不进行光合作用，故乙装置内水滴只会左移。
3．(2023·河北百校联盟模拟)蕨麻也叫“人参果”，具有很高的营养价值和药用价值。科研工作者为了研究高原寒冷地区蕨麻的光合作用效率和外界影响因素，选择若尔盖草原(位于青藏高原东部边缘，年平均气温 1.7 ℃)中高寒草地和高寒湿地两个典型生态系统对植物的光合速率进行了相关实验，结果如图所示。回答下列有关问题：
(1)若要获取总光合速率的数据，还需在________条件下测量蕨麻的________。
(2)如图为在晴朗天气下测得的数据绘制的曲线，分析两条曲线可得出结论：
①草地蕨麻和湿地蕨麻均出现“午休现象”；
②在8：00～18：00，草地蕨麻比湿地蕨麻的净光合速率________(填“高”或“低”)；
③从总体趋势上来看，________________________。图中曲线出现c1、c2的原因可能是______________________________________。
(3)有人认为，限制高寒地区植物光合作用的因素主要为温度，若将温度上升到20 ℃，蕨麻的光合速率会有大幅度提高，若要驳斥这种观点，你的理由是___________________________________________。
解析：(1)总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率需要在黑暗条件下测得。(2)分析两条曲线可知，在8：00～18：00，草地蕨麻比湿地蕨麻的净光合速率低；从总体趋势来看，草地蕨麻和湿地蕨麻的净光合速率均是先上升后下降且相差不大。图中曲线出现c1、c2的原因可能是光照过强，气温过高，植株气孔部分关闭，植物吸收CO2的能力减弱，暗反应速率下降，从而使净光合速率下降。(3)从适应的角度分析，高寒植物是自然选择的结果，其光合作用、细胞呼吸相关的酶的适宜温度与目前高寒环境相匹配，提高温度反而有可能打破这种适应，蕨麻的光合速率不但不会大幅度提高，反而可能会下降。
答案：(1)黑暗 呼吸速率 (2)②低 ③草地蕨麻和湿地蕨麻的净光合速率均呈现先上升后下降的趋势，且两者相差不大 光照过强，气温过高，植株气孔部分关闭，植物吸收CO2的能力减弱，暗反应速率下降，从而使净光合速率下降 (3)生物对环境具有适应性，蕨麻是适应高寒环境的生物，若将温度上升到20 ℃可能会导致与光合作用和呼吸作用相关的酶活性降低甚至失活，会出现光合速率降低甚至光合作用不能进行的情况(合理即可)(共60张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
学有目标——课标要求必明
1.阐明“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法。
2.说出植物捕获光能的色素的种类和作用。
3.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
记在平时——核心语句必背
1.无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。
2.不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
3.层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
4.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
5.光合色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
【主干知识梳理】
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。
无水乙醇
(2)实验步骤：
2．分离绿叶中的色素
(1)原理：不同色素在层析液中的_______不同，__________的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
溶解度
溶解度高
(2)实验步骤：
二、绿叶中色素的种类及叶绿体的结构和功能
1．色素的种类及吸收光谱
(1)叶绿素a：蓝绿色，主要吸收______________。
(2)叶绿素b：黄绿色，主要吸收______________。
(3)胡萝卜素：_______，主要吸收蓝紫光。
(4)叶黄素：黄色，主要吸收_____光。
蓝紫光和红光
蓝紫光和红光
橙黄色
蓝紫
2．叶绿体的结构和功能
(1)形态：一般呈扁平的_______或_____。
(2)结构(填图)：
(3)功能：绿色植物进行__________的场所。
椭球形
球形
光合作用
【教材微点发掘】
1．结合教材第99页图5－12回答有关问题：
(1)从图中可以读出：叶绿素对____光和_____光的吸收量大；类胡萝卜素对______光的吸收量大，对绿光吸收量_____，所以叶片呈现绿色。
(2)秋天叶片变黄的原因：低温破坏了______，叶片呈现出__________的颜色。
红
蓝紫
蓝紫
较少
叶绿素
类胡萝卜素
(3)温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？
提示：红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。
(4)温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？
提示：无色的玻璃或塑料薄膜。
2.分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的
方法，即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴
加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的
4个同心圆，请写出①～④依次对应的色素及颜色。
答案：①——胡萝卜素(橙黄色) ②——叶黄素(黄色) ③——叶绿素a(蓝绿色) ④——叶绿素b(黄绿色)
新知探究(一) 绿叶中色素的提取和分离
【探究·深化】
[情境质疑]
1．下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：
(1)提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？A、B、C各起什么作用？
提示：A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是无水乙醇，作用是溶解色素。
(2)制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？画滤液细线有什么要求？
提示：防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。
(3)色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？
提示：否则滤液细线中的色素会溶解于层析液中，不能分离。
2．结合分离到的色素在滤纸条上的分布情况图示分析下列问题：
(1)含量最多和最少的色素分别是哪两种？
提示：叶绿素a和胡萝卜素。
(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种？
提示：胡萝卜素和叶绿素b。
(3)分子结构最相似的是哪两种色素？
提示：叶绿素a和叶绿素b。
(4)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？
提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
[重难点拨]
1．注意事项及原因分析
过程 注意事项 操作目的
提取色素 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3 研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨 防止乙醇挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要细、齐、直 使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一两次 增加色素量；使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中
续表
2.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。
【典题·例析】
[典例1] 在用新鲜菠菜叶进行色素提取和分离的实验中，下列叙述正确的是( )
A．将滤液收集到试管中后，应及时用棉塞将试管口塞紧
B．画滤液细线时，在点样线上需连续重复多次画线
C．滤液细线浸入层析液，可导致滤纸条上色素带重叠
D．滤纸条上跑得最远的是橙黄色的胡萝卜素，含量最多的是叶绿素b
[答案] A
[解析] 为了防止收集到试管中的滤液挥发散失，所以应及时用棉塞将试管口塞紧，A正确；画滤液细线时，在点样线上需在前一次干后再画下一次，一般重复2～3次，B错误；滤液细线不能触及或浸入层析液，否则会导致色素溶解在层析液中，使滤纸条上不出现色素带或色素带变浅，C错误；滤纸条上跑得最远的是橙黄色的胡萝卜素，含量最多的是叶绿素a，D错误。
[典例2] 在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )
项目 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
水 ＋ － － －
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
[答案] B
[解析] 由表格中信息可知，甲同学加的溶剂为水，而不是有机溶剂无水乙醇，色素不溶于水，因而提取不到叶绿体中的色素，所得结果应为②；乙同学的操作正确，所得结果应为④，即自上而下依次出现胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，且叶绿素a和叶绿素b的含量较多；丙同学尽管使用了有机溶剂无水乙醇，可以提取到色素，但由于未加CaCO3，叶绿素可能会被破坏，因而下边的两条色素带比正常的窄，应为①；丁同学未加SiO2，可能研磨不充分，导致各种色素的提取量均少于正常水平，应为③。
归纳拓展
绿叶中色素提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析。
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，色素溶液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
【应用·体验】
1．提取绿叶中色素、纸层析分离和光吸收实验中，有关叙述错误的是( )
A．将5 g绿叶放入研钵中，再放入少许二氧化硅、碳酸钙和10 mL无水乙醇，进行迅速充分研磨就可提取到绿叶中色素
B．将提取的色素液放在阳光和三棱镜之间就可看到叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
C．绿叶中色素分离的理论依据是它们在层析液中的溶解度不同
D．若观察实验结果未见色素带，可能的原因是滤纸上的滤液细线触及了层析液
答案：B
解析：将5 g绿叶放入研钵中，再放入少许二氧化硅、碳酸钙和10 mL无水乙醇，进行迅速充分研磨，由于叶肉细胞破裂，其细胞内的色素分子便会溶于提取液(无水乙醇)中，再经过滤便可提取到绿叶中色素，A正确；从叶绿体中提取的色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，将提取的色素液放在阳光和三棱镜之间，可看到连续光谱中红光区和蓝紫光区变暗，B错误；不同色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸条上的扩散速度不同，利用此原理可以分离各种色素，C正确；若观察实验结果未见色素带，是因为没有色素在滤纸条上扩散，最可能的原因是滤纸上的滤液细线触及了层析液，因而滤液细线中的色素溶于层析液中，D正确。
2．某班学生完成对新鲜菠菜叶进行绿叶中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析最不合理的是( )
A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C．丙是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
答案：C
解析：甲图中没有色素的原因可能是误用蒸馏水作提取液和层析液；乙图中色素含量较少，可能是因为研磨时未加入SiO2而导致研磨不充分；丙、丁图中叶绿素含量比类胡萝卜素含量低，原因可能是未加入CaCO3而导致叶绿素被破坏。
新知探究(二) 叶绿体中色素的功能
【拓展·深化】
1．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱
种类 叶绿素(占3/4) 类胡萝卜素(占1/4)
叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
颜色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄色
吸收光谱 主要吸收蓝紫光和红光 主要吸收蓝紫光
2.叶绿体色素的功能及应用
(1)叶绿体色素的主要功能是吸收、传递和转化光能。
(2)植物绿叶呈现绿色的原因是其对绿光的吸收较少，绿光被反射出来。秋天叶片变黄的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出了类胡萝卜素的颜色。部分植物叶片变红的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出液泡中花青素的颜色。
(3)在农业生产中，温室大棚应使用无色透明的塑料薄膜或玻璃，因为它们能让所有的光都透过，效果最好；若为大棚内植物补充光照，应选择补充红光或蓝紫光，因为相同强度的红光或蓝紫光，比白光的光合作用强度要高。
【典题·例析】
[典例] 植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
[答案] A
[解析] 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放O2。
【应用·体验】
1．下图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少)，则图甲、乙分别是( )
A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱
B．叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱
C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱
D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
答案：B
解析：从图观察，图甲吸收光谱在蓝紫光区和红光区，应为叶绿素分子的吸收光谱；图乙吸收光谱只在蓝紫光区，应为类胡萝卜素的吸收光谱。
2．将在黑暗中放置一段时间的叶片均分为4小块，分别置于不同的试管中，按下表进行实验处理，其中着色最浅的叶片所在的试管是( )
注：“＋”表示具有该条件。
试管编号 ① ② ③ ④
实验处理 CO2溶液 ＋ ＋ ＋ ＋
光照 白光 蓝光 红光 绿光
碘液 ＋ ＋ ＋ ＋
A．① B．②
C．③ D．④
答案：D
解析：在不同的光照条件下，光合作用强度不同，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光几乎不吸收，故在白光下，叶片光合作用最强，经碘液处理后，着色最深；绿光下，叶片光合作用最弱，着色最浅。
新知探究(三) 叶绿体的结构和功能
【探究·深化】
[情境质疑]
如图是恩格尔曼的实验示意图，结合教材“思考·讨论”的内容思考：
(1)恩格尔曼的第一个实验中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在所有受光的部位。该实验可以得出什么结论？
提示：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
(2)恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
提示：①实验材料选择水绵和需氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。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多和获得光照少的部位，相当于一组对照实验。④进行黑暗、局部光照和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的等。
(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
提示：这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
(4)综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
提示：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
[重难点拨]
1．叶绿体结构与功能的适应
(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。
(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素，且类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体内部的膜面积，为酶和色素提供了更多的附着位点。
2．恩格尔曼实验分析
(1)实验材料选择水绵和需氧细菌的原因：
①水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；
②用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(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多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
(4)进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。
【典题·例析】
[典例] 如图甲是叶绿体结构模式图，乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( )
A．甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大
B．图乙所示的结构来自图甲中的③
C．③中的叶绿素在液泡中也有
D．ATP的合成场所只有叶绿体
[答案] B
[解析] 甲是叶绿体，主要通过大量的类囊体堆叠成基粒来增大膜面积；图甲中的③是类囊体，图乙含有光合色素，光合色素分布在类囊体薄膜上，所以图乙所示结构来自图甲中的③；③中的色素是叶绿素和类胡萝卜素，与光合作用有关，液泡中的色素是花青素等，和光合作用没有关系；ATP合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。
易错提醒
有关叶绿体的“三点提醒”
(1)并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，只有进行光合作用的细胞才含有叶绿体。
(2)叶绿体的外膜与内膜不含有色素。
(3)叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌细胞没有叶绿体，也能进行光合作用。
【应用·体验】
1．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：制作载有水绵和需氧细菌的临时装片，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，错误的是( )
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．需氧细菌起指示作用
D．水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
答案：A
解析：本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气，而与光的种类没有关系，不需用三棱镜将混合光分解成连续光谱；为了防止空气、光对实验结果的影响，应该排除空气，把临时装片放在黑暗环境中；需氧细菌的分布密疏，表示了氧气产生的多少；水绵的叶绿体便于观察且有利于设置对照实验。
2．1881年，德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是( )
A．细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵光合速率快，则该种光有利于光合 作用
答案：B
解析：需氧细菌向O2 浓度高的地方聚集，据此可推断光合作用的放氧部位和光合作用强度。
3．据图回答下列问题：
(1)如图为叶绿体的结构模式图，其中组成①______、②____________的基本支架是____________。
(2)叶绿体内含有很多③________，极大地扩展了受光面积。
(3)光合作用的酶存在于________上和________中；光合作用的色素存在于________上。
解析：(1)由图分析可知，①外膜、②内膜都属于生物膜，生物膜的基本支架是磷脂双分子层。(2)每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。(3)基粒是由类囊体堆叠而成的，其上分布着大量与光合作用有关的酶和色素，另外与光合作用有关的酶还分布在叶绿体的基质中。
答案：(1)外膜 内膜 磷脂双分子层 (2)基粒 (3)基粒 叶绿体基质 基粒
科学探究——探究植物叶片颜色异常变化与色素的关系
1．影响叶绿素合成的三大因素
光照 是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄
温度 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成
必需元素 叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄
2.探究植物叶片颜色异常变化与色素的关系
【素养评价】
1．如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行实验的流程。相关叙述错误的是( )
A．纸层析法分离色素的原理是色素在层析液中溶解度不同
B．两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色
C．若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异都不大
D．两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
答案：D
解析：纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度大的，扩散速度快，A正确；结果①中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色，分别是叶黄素和胡萝卜素，B正确；镁是叶绿素合成的必需元素，若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异都不大，C正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，结果②吸收光谱最明显的差异出现在红光区域，D错误。
2．植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷会导致植株矮小，叶色暗绿。依据叶色变化推断可能是缺少类胡萝卜素，试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。
实验所需主要用具、试剂：烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。
(1)实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。
(2)实验假设：_______________________________________________。
(3)实验步骤：
第一步：取两个烧杯编号为A、B，各放入同样数量、_______________________的黄瓜幼苗。
第二步：A烧杯中加入________________，B烧杯中加入等量____________________，置于相同且适宜的条件下培养，培养到两组黄瓜苗叶片出现颜色差异为止。
第三步：分别从A、B两组中选取________，用______提取叶片色素，用________法分离色素，观察比较_________________________________。
(4)实验结果预测：
①A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致，说明缺磷导致的叶色暗绿，不是由于类胡萝卜素缺乏所致。
②___________________________________________________________。
解析：根据题中的实验目的，可确定该实验的假设为：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗，实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液和缺磷的完全培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验，最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。
答案：(2)缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿
(3)第一步：同一品种且长势相近、苗龄相同
第二步：完全培养液 仅缺磷的完全培养液
第三步：等量叶片 无水乙醇 纸层析 A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅
(4)②A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带)，说明缺磷导致的叶色暗绿，是由于类胡萝卜素缺乏所致(共43张PPT)
第2节 细胞的能量“货币”ATP
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.依据ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。
2.根据ATP与ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用。 1.ATP的结构简式是A－P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表特殊的化学键。
2.ATP与ADP相互转化的能量供应机制在所有生物的细胞内都一样。
3.动物、人、真菌和大多数细菌等合成ATP的途径是通过呼吸作用。
4.绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。
5.许多吸能反应与ATP的水解相联系，许多放能反应与ATP的合成相联系。
【主干知识梳理】
一、ATP的结构与功能
1．ATP的结构
(1)中文名称：_____________。
(2)结构简式：______________。
(3)符号含义：A代表_____，P代表_________，“～”代表______________。
腺苷三磷酸
A—P～P～P
腺苷
磷酸基团
特殊的化学键
2．ATP的特点
(1)不稳定：_____________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__________。
(2)高能量：ATP水解释放的能量高达______ kJ/mol，是细胞内的一种__________________。
3．ATP的功能
ATP能够直接为生命活动提供能量，是驱动细胞生命活动的_______________。
末端磷酸基团
转移势能
30.54
高能磷酸化合物
直接能源物质
二、ATP和ADP之间的相互转化
1．相互转化的反应式
_________________________。
2．相互转化的特点
(1)ATP和ADP相互转化时刻不停地发生，且处于_________之中。
(2)ATP和ADP相互转化的__________机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的________。
3．合成ATP的能量来源
(1)绿色植物：__________、__________。
(2)动物、人、真菌和大多数细菌等：____________。
动态平衡
能量供应
统一性
呼吸作用
光合作用
呼吸作用
三、ATP的利用
1．ATP利用的实例
2．ATP供能的原理
ATP水解释放的__________使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，_________发生变化，_____也被改变，因而可以参与各种化学反应。
磷酸基团
空间结构
活性
3．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系：
(2)能量通过__________在吸能反应和放能反应之间流通。
水解
合成
ATP分子
【教材微点发掘】
1．ATP是生命活动的直接能源物质，结合教材第86页相关内容和下图，回答下列问题：
(1)ATP是___________的英文名称缩写，其结构简式是_____________，其中A代表_____，T代表___，表示含有3个磷酸基团，P代表__________，“—”代表普通磷酸键，“～”代表_______________。由此可见ATP主要通过___________________储存能量。
(2)ATP的组成元素有__________________。若ATP完全水解，会得到_____________________ (填成分)。
(3)ATP中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗？
提示：不是。在ATP中，“A”代表腺苷(腺嘌呤＋核糖)；在碱基中，“A”代表腺嘌呤。
腺苷三磷酸
A—P～P～P
腺苷
三
磷酸基团
特殊的化学键
两个特殊的化学键
C、H、O、N、P
腺嘌呤、核糖和磷酸
2．下图为ATP为主动运输供能示意图，请按照过程顺序排列____________________。(用箭头和图号表示)
答案：图1→图3→图2
3．把ATP比喻成能量的“货币”，此处的“货币”的含义有哪些？
提示：(1)ATP和ADP的相互转化，伴随着能量的释放和储存。此外，ATP和ADP的数量还处于动态平衡之中。
(2)ATP广泛存在生物的各种细胞中，各类生物(植物、动物、细菌和真菌等)都能以ATP作为直接能源物质，也反映了生物界的统一性，说明了多种多样的生物都有共同的起源，就像货币在某国家内可以流通一样。
(3)教材在阐述将ATP比喻为能量“货币”的原因时，是从ATP与吸能反应和放能反应的关系入手的。放能反应促进ATP的合成(ADP与磷酸合成ATP，需吸能)；吸能反应伴随ATP的水解(ATP分解为ADP和磷酸，要放能)。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
(4)ATP可以重复使用，就像货币一样。
新知探究(一) ATP分子的结构
【拓展·深化】
1．ATP的元素组成与结构
2．不同化合物中“A”的辨析
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP 腺苷(由腺嘌呤和核糖组成) 所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
DNA 腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA 腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸 腺嘌呤
【典题·例析】
[典例1] 天宫二号与神舟十一号飞船成功对接，航天员在轨完成“太空养蚕”，如图表示太空蚕——“秋丰白玉”体内发生的两个化学反应。下列相关说法正确的是( )
A．ATP分子中的A是由脱氧核糖和腺嘌呤组成的
B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能，也可以转化为光能和化学能
C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系
D．乳酸菌细胞中不会发生图中ATP与ADP间相互转化的能量供应机制
[答案] B
[解析] ATP分子中的A是由核糖和腺嘌呤组成的，A错误；光合作用过程中合成ATP的能量来源于光能，呼吸作用过程中合成ATP能量来源于化学能，ATP水解释放的能量也可以转化成光能(如萤火虫发光)和化学能(如合成蛋白质)，B正确；细胞中的吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，C错误；乳酸菌细胞中会发生图中ATP与ADP间相互转化的能量供应机制，D错误。
[典例2] 下图中的四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的名称正确的是( )
A．①腺嘌呤脱氧核苷酸 B．②腺苷
C．③腺嘌呤 D．④腺嘌呤核糖核苷酸
[答案] D
[解析] ①是ATP，ATP去掉两个磷酸基团(P)后余下的圆圈内的部分为腺嘌呤核糖核苷酸；②是腺嘌呤核糖核苷酸，圆圈内是腺嘌呤；③是DNA分子，圆圈内是腺嘌呤脱氧核苷酸；④是单链的RNA，圆圈内是腺嘌呤核糖核苷酸。
归纳拓展
ATP与核糖核苷酸的关系
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特殊的化学键。破坏了两个特殊的化学键，剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。
【应用·体验】
1．下列关于细胞的能量“货币”——ATP的叙述，正确的是( )
A．ATP中的“T”代表胸腺嘧啶核苷酸
B．ATP中远离“A”的特殊的化学键易水解
C．ATP的结构简式可表示为A—P—P—P
D．细胞中ATP的含量少，化学性质十分稳定
答案：B
解析：ATP中的“T”代表三个(磷酸基团)；ATP中远离“A”的特殊的化学键易水解；ATP的结构简式可表示为A—P～P～P；细胞中ATP的含量少，但其化学性质活跃。
2．如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是( )
A．b键断裂后形成ADP和Pi
B．图中的3表示ATP中的字母A
C．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位
D．组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P
答案：D
解析：a键断裂后形成ADP和Pi；图中3表示腺嘌呤，2与3结合为腺苷，即ATP中的A；由1、2、3各一分子形成的物质是组成RNA的基本单位之一；ATP的组成元素为C、H、O、N、P。
新知探究(二) ATP和ADP的相互转化及ATP的利用
【探究·深化】
[情境质疑]
ATP为生命活动提供能量离不开与ADP的相互转化。下图表示ATP和ADP的相互转化过程，请结合该图分析：
1．写出ATP与ADP相互转化的反应式：__________________________。
2．转化的过程分析：
(1)ATP的化学性质不稳定，在有关酶的催化作用下，ATP(A—P～P～P)分子中_______的那个特殊的化学键容易断裂，远离A的那个磷酸基团就脱离下来，形成游离的____(磷酸)，同时，储存在这个特殊的化学键中的______释放出来，ATP就转化成ADP(分子简式：__________)。
远离A
Pi
能量
A—P～P
(2)在有关酶的催化作用下，ADP可以接受______，同时与一个游离的___结合，重新形成ATP(A—P～P～P)。
(3)ATP水解释放的能量是储存在_______________内的化学能，释放出来后供______________利用；合成ATP的能量主要来源于呼吸作用分解的________中的化学能和光合作用吸收的______。
3．下列过程需要ATP水解提供能量的是_____________。
①主动运输 ②生物发光、发电 ③肌肉收缩 ④淀粉合成 ⑤大脑思考 ⑥根细胞吸收水分
能量
Pi
特殊的化学键
各项生命活动
有机物
光能
①②③④⑤
[重难点拨]
1．ATP与ADP的相互转化是不可逆的过程
2.细胞的能源物质归纳
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
【典题·例析】
[典例1] 对“ATP ADP＋Pi＋能量”的叙述，正确的是( )
A．①过程和②过程所需的酶都是一样的
B．①过程的能量供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解
C．①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中
D．ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能
[答案] C
[解析] ①过程为水解酶催化的水解反应，②过程为合成酶催化的合成反应；①过程释放的能量可供各项生命活动利用，②过程的能量来自呼吸作用分解糖类等有机物释放的能量，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能；生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中；ATP中的活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能，ATP中的活跃化学能可以转化为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能。
[典例2] 下列有关ATP的叙述错误的是( )
A．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B．图中两次ATP的水解，后者能量可用于各项生命活动
C．图中两次合成ATP，前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生
D．ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成
[答案] D
[解析] 细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，保证了机体对能量的需求，A正确；图中两次ATP的水解，前者能量储存在有机物中，后者能量可用于各项生命活动，B正确；图中两次合成ATP，前者ATP的合成是通过光合作用，所需能量来源于光能，在人体细胞中不会发生，C正确；一分子ATP由3个磷酸基团和1个腺苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成，D错误。
【应用·体验】
1．ATP-ADP循环的示意图如下。下列叙述正确的是( )
A．能量①只能来自化学能
B．蛋白质的合成过程需要反应①供能
C．反应②中ATP中的特殊的化学键都断裂
D．能量②可用于乳酸在人体肝脏中再生成葡萄糖
答案：D
解析：能量①可来自光能、化学能；蛋白质的合成需要ATP提供能量，即需要反应②供能；ATP的结构简式为A—P～P～P，含有2个特殊的化学键，反应②中有一个特殊的化学键断裂；乳酸在人体肝脏中再生成葡萄糖消耗能量，需要反应②提供能量。
2．ATP是生物体内重要的能源物质，下列有关叙述错误的是( )
A．AMP可以作为合成ADP及mRNA的原料
B．甲过程中释放的能量可以用于细胞分裂
C．丁过程中合成ATP所需能量可以是光能、化学能、热能
D．催化甲过程和丁过程的酶肯定不是同一种酶
答案：C
解析：AMP是腺苷一磷酸，可作为合成ADP的原料(AMP＋Pi＋能量→ADP)，又是腺嘌呤核糖核苷酸，可作为合成mRNA的原料，A正确；ATP是生物体内的直接能源物质，其水解释放的能量可以用于各项生命活动，B正确；光能在光合作用的光反应中可转化为ATP中的能量，细胞呼吸中有机物分解释放出的能量，也可合成ATP，但热能无法用于合成ATP，C错误；酶具有专一性，催化甲过程和丁过程的酶不是同一种酶，D正确。
科学视野——生命活动的直接能源物质
ATP是生命活动最主要的直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，除ATP外，还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸后都是构成RNA的基本单位，它们的关系如下图所示：
这四种物质中，其中ATP是生物体的直接能源物质，就是说你在运动，吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP 可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。
【素养评价】
1．ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物只有碱基不同，下列相关叙述错误的是( )
A．ATP是细胞内唯一的直接能源物质
B．一分子GTP中有2个特殊的化学键和1个普通磷酸键
C．CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖构成的
D．UTP彻底水解的产物有尿嘧啶、磷酸和核糖
答案：A
解析：ATP是细胞内的直接能源物质，但不是唯一的，少数由GTP、CTP和UTP提供能量，A错误；GTP结构与ATP相似，故一分子GTP中有2个特殊的化学键和1个普通磷酸键，B正确；CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖构成的，C正确；UTP彻底水解的产物有尿嘧啶、磷酸和核糖，D正确。
2．ATP是细胞的直接能源物质。dATP(d表示脱氧)是脱氧腺苷三磷酸的英文名称缩写，其结构式可简写成dA—P～P～P。下列有关分析错误的是( )
A．一分子dATP由三分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成
B．细胞内生成dATP时有能量的储存，常与放能反应相联系
C．在DNA合成过程中，dATP是构成DNA的基本单位之一
D．dATP具有特殊的化学键，可能为细胞的某些反应提供能量
答案：C
解析：dATP与ATP结构类似，从其结构简式可知，一分子dATP由三分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成，A正确；细胞内生成dATP时可形成特殊的化学键，有能量的储存，常与放能反应相联系，B正确；DNA的基本组成单位是四种脱氧核苷酸，而dATP是脱氧腺苷三磷酸，在DNA合成过程中，dATP不是构成DNA的基本单位，C错误；dATP含有2个特殊的化学键，可能为细胞的某些反应提供能量，D正确。
3．ATP荧光仪是专门设计用于快速检测微生物数量的测试仪器，其工作原理是ATP的含量与活细胞的活性、种类和数量成一定的比例关系。ATP可以和虫荧光素作用而发出生物光，光的强度和微生物的数量成一定的比例关系，其反应式如下，下列有关ATP及ATP荧光仪工作原理的叙述，错误的是( )
A．检测过程中ATP内的化学能转变成光能
B．荧光的强度能反映微生物的数量
C．ATP释放能量需要酶的参与
D．微生物体内ATP的产生都需要氧气的参与
答案：D
解析：不同种类的微生物产生ATP的条件不同，厌氧微生物产生ATP不需要氧气的参与，若有氧气存在，其代谢反而受到抑制，ATP的产生量会减少。(共49张PPT)
第2课时 无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用
【主干知识梳理】
一、无氧呼吸
1．类型及反应式
2．场所：___________
3．过程
(1)第一阶段：与_________的第一阶段完全相同。
(2)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CO2
二、细胞呼吸原理的应用
(1)包扎伤口时，需要选用_____的消毒纱布。
(2)酿酒时要先通气后密封，通气的目的是________________________
_________，密封的目的是_________________________________。
(3)对花盆里的土壤经常进行_________。
(4)粮食储藏需要的条件是________________________；蔬菜、水果储藏的条件是__________________和适宜的______。
透气
让酵母菌进行有氧呼吸并
大量繁殖
让酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵
松土透气
湿度
(零上)低温、低氧和干燥
(零上)低温、低氧
【教材微点发掘】
阅读教材第93、95页“思考·讨论”结合生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解，回答下列问题：
(1)苹果储藏久了，会有酒味产生，其原因是发生了图中_____过程；而马铃薯块茎储藏久了却没有酒味产生，其原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中______过程。(填序号)
(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大的现象，其原因是______
_________________________。
①④
①③
种子
在有氧呼吸过程中产生了水
(3)1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖在分解生成乳酸以后，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向分别是什么？
提示：无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中没有释放出来；而葡萄糖氧化分解释放的能量主要以热能形式散失了。
(4)运动成为当今人们生活的一种时尚，人在剧烈运动时，会因骨骼肌进行无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛。健身教练提倡有氧运动，请根据有氧呼吸和无氧呼吸的产物及释放能量多少的角度分析原因。
提示：有氧呼吸的产物是CO2和H2O，对于机体的影响较小，且有机物中的能量全部释放。而无氧呼吸产物中的乳酸对机体不利，且有机物中的能量仅释放一部分。所以提倡有氧运动。
教材问题提示
一、思考·讨论
1．略。
2．提示：酸奶制作利用了乳酸菌的无氧呼吸；收获后的粮食要晒干再储藏，就是通过降低细胞呼吸速率来延长储藏时间。
二、思维训练
这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生成细胞内的结构。由此可见，证据1、证据3和证据4，能够支持这一论点，而证据2不支持。
新知探究(一) 无氧呼吸及其与有氧呼吸的关系
【拓展·深化】
1．比较有氧呼吸与无氧呼吸
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 条件 需氧 不需氧
场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质
分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底
产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2
释放能量 大量 少量
相同点 反应条件 需酶和适宜温度
本质 氧化分解有机物，释放能量，合成ATP
过程 第一阶段完全相同
意义 为生物体的各项生命活动提供能量
续表
2.有氧呼吸和无氧呼吸过程图解
3．细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
项目 来源 去路
[H] 有氧呼吸：C6H12O6和H2O
无氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：与O2结合生成水
无氧呼吸：还原丙酮酸
ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生无氧呼吸：只在第一阶段产生 用于各项生命活动
【典题·例析】
[典例1] 下列四个选项中有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是( )
A．南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B．农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长
C．油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D．柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用
[答案] B
[解析] 南方稻区早稻浸种后催芽过程中，“常用40 ℃左右温水淋种”可以为种子的呼吸作用提供水分和适宜的温度，“时常翻种”可以为种子的呼吸作用提供氧气，A正确；种子无氧呼吸会产生酒精，因此，农作物种子入库贮藏时，应在低氧和零上低温条件下保存，贮藏寿命会显著延长，B错误；油料作物种子中含有大量脂肪，脂肪中C、H含量高，O含量低，油料作物种子萌发时呼吸作用需要消耗大量氧气，因此，油料作物种子播种时宜浅播，C正确；柑橘在塑料袋中密封保存使水分散失减少，氧气浓度降低，从而降低了呼吸速率，低氧、一定湿度是新鲜水果保存的适宜条件，D正确。
[典例2] 如图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。下列有关叙述正确的是( )
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
[答案] D
[解析] 题图为细胞呼吸的全过程，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的酶分别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]。
易错提醒
有关无氧呼吸的两点提醒
无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段不产生ATP；无氧呼吸产生乳酸还是酒精和二氧化碳，与细胞内的酶有关，一种细胞的无氧呼吸产物只能是其中一种。
【应用·体验】
1．细胞内葡萄糖分解代谢过程如图所示，下列叙述正确的是( )
A．酵母菌细胞质基质中可进行①和②过程
B．剧烈运动时骨骼肌细胞中进行①和④过程
C．乳酸菌细胞进行①和③过程中均产生[H]
D．①过程是各类细胞分解葡萄糖共同途径
答案：D
解析：②过程在酵母菌线粒体中进行，A错误；剧烈运动时骨骼肌细胞中有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，且无氧呼吸产生乳酸，故进行①②③过程，B错误；乳酸菌细胞进行③过程不产生[H]，C错误；各类细胞的有氧呼吸和无氧呼吸共同进行①过程，D正确。
2．研究人员探究缺氧条件下北欧鲫鱼细胞呼吸的特点，结果如图。下列叙述正确的是( )
A．图中能产生ATP的过程有①②③，过程①发生在细胞质基质
B．取培养该鱼的水样加入碱性的重铬酸钾溶液振荡混合均匀，水样变成灰绿色
C．为验证北欧鲫鱼肌细胞具有上述呼吸特点，可将该鱼在氧气充足条件下培养
D．北欧鲫鱼的其他组织细胞产生的乳酸最终转化为酒精排出体外
答案：D
解析：图中能产生ATP的过程只有①②，③过程不释放能量，没有ATP产生，过程①②③都发生在细胞质基质中；取培养该鱼的水样加入酸性的重铬酸钾溶液振荡混合均匀，水样变成灰绿色；为验证北欧鲫鱼肌细胞具有上述呼吸特点，可将该鱼在缺氧条件下培养；根据图示可知，北欧鲫鱼的其他组织细胞产生的乳酸最终转化为酒精排出体外。
新知探究(二) 影响细胞呼吸的环境因素及应用
【拓展·深化】
1．氧气
(1)曲线分析：由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有_____作用
①O2浓度＝0时，只进行______呼吸；
②0＜O2浓度＜10%时，同时进行___________________；
③O2浓度≥10%时，只进行_________；
④O2浓度为_____时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果
抑制
无氧
有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸
5%
续表
2.温度
(1)温度主要通过影响_______的活性，进而影响呼吸作用。在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而_____；但超过一定的温度，酶的活性______，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止
呼吸酶
增强
下降
3.二氧化碳
(1)CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会______细胞呼吸的进行
(2)应用：适当_____CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜
抑制
增加
4.水分
(1)在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而_____，随含水量的减少而_____。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至停止
加快
减慢
【典题·例析】
[典例1] 如图表示某种植物的非绿色器官在不同O2浓度下的有氧呼吸和无氧呼吸过程中CO2的释放量，据图判断下列分析正确的是( )
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O2浓度下无氧呼吸过程中CO2的释放量
C．O2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O2浓度为b时消耗了n mol 的葡萄糖，则乙代表的细胞呼吸方式在O2浓度为b时消耗的葡萄糖为n/2 mol
[答案] B
[解析] 图中乙曲线表示有氧呼吸中CO2的释放量随O2浓度的变化；图中甲曲线表示无氧呼吸中CO2的释放量随O2浓度的变化。当O2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O2浓度为d时，无氧呼吸已经停止，只进行有氧呼吸。
[典例2] 如图表示某种植物的非绿色器官在不同O2浓度下CO2的释放量与O2的吸收量的变化，请据图回答以下问题：
(1)O2浓度为0时，该器官的呼吸类型是________。
(2)在O2浓度为b%以下时(不包括0)，该器官的呼吸类型是________________，原因是____________。
(3)该器官CO2释放与O2吸收两条曲线在Q点重合，其呼吸类型为______________，原因是____________________________。
(4)由该曲线可知，我们在进行果实和种子贮藏时，应取约a/2的O2浓度值，理由是____________________________________________________。
(5)图中阴影部分的面积代表____________________________。
[解析] (1)O2浓度为0时，有CO2释放，该器官只进行无氧呼吸。(2)在O2浓度为b%以下时，CO2的释放量大于O2的吸收量，该器官的呼吸类型是无氧呼吸和有氧呼吸。(3)当两条曲线在Q点重合时，说明CO2释放量与O2吸收量相等，则该器官的呼吸类型为有氧呼吸。(4)由该曲线可知，我们在进行果实和种子贮藏时，应取约a/2的O2浓度值，因为CO2的释放量最少，消耗的有机物最少。(5)图中阴影部分的面积代表无氧呼吸中CO2的释放量。
[答案] (1)无氧呼吸 (2)无氧呼吸和有氧呼吸 CO2的释放量大于O2的吸收量 (3)有氧呼吸 CO2的释放量等于O2的吸收量 (4)细胞呼吸最弱，有机物消耗少 (5)无氧呼吸中CO2的释放量
【应用·体验】
1．如图是外界条件对植物呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是( )
A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是b点对应的温度
B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸
C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖
D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制
答案：B
解析：甲图中b点温度下植物呼吸作用的相对速率最大，说明该温度下细胞呼吸最旺盛；随O2浓度增大有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱，故乙图中曲线Ⅰ表示无氧呼吸，曲线Ⅱ表示有氧呼吸；细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖；有氧呼吸需要酶的参与，温度会影响酶的活性，故有氧呼吸还受温度或呼吸酶数量的限制，使曲线Ⅱ最终趋于平衡。
2．下列所述生产与生活中的做法，合理的是( )
A．做面包时加入酵母菌并维持密闭状态
B．水稻田适时排水晒田以保证根系通气
C．白天定时给栽培大棚通风以保证氧气供应
D．用不透气的消毒材料包扎伤口以避免感染
答案：B
解析：做面包时加入酵母菌是因为酵母菌细胞呼吸产生二氧化碳使面包松软多孔，由于酵母菌无氧呼吸产生酒精，故不能维持密闭状态；水稻田适时排水晒田的目的是保证根系通气，防止根系细胞无氧呼吸产生酒精，造成毒害；白天定时给栽培大棚通风的目的是保证二氧化碳的供应，利于植物进行光合作用；用透气的消毒材料包扎伤口以抑制厌氧菌大量繁殖，避免感染。
科学探究——细胞呼吸类型的判断与实验探究
1．“三看法”判断呼吸的类型
(1)一看反应物和产物。
①消耗氧气或产物中有水，一定是有氧呼吸。
②产物中有酒精或乳酸，一定是无氧呼吸。
(2)二看物质的量的关系。
①无CO2产生：乳酸发酵。
②不消耗O2，但产生CO2：酒精发酵。
③消耗O2量＝产生CO2量：有氧呼吸。
④消耗O2量<产生CO2量：有氧呼吸、无氧呼吸。
根据产生CO2与消耗O2的多少，又分为以下三种情况：
(3)三看反应的场所。
①真核生物体内若只在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸。
②若有线粒体参与，则存在有氧呼吸。
V(CO2)/V(O2)＝4/3 有氧呼吸＝无氧呼吸
V(CO2)/V(O2)>4/3 有氧呼吸<无氧呼吸
V(CO2)/V(O2)<4/3 有氧呼吸>无氧呼吸
2．设计实验探究细胞呼吸类型
(1)实验设计：
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)：
(2)实验结果预测和结论：
实验现象 结论
装置1液滴 装置2液滴
不动 不动 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
[特别提醒] 为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置2相比，不同点是用煮熟的发芽种子代替发芽种子，其余均相同。
【素养评价】
1．如图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)，下列有关实验装置和结果的分析，错误的是( )
A．通过装置1仅仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸
B．用水代替NaOH溶液设置装置2，通过装置2液滴的移动情况可以探究出酵母菌是否进行无氧呼吸
C．用水代替NaOH溶液设置装置2，如果装置1中液滴左移，装置2中液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
D．用水代替NaOH溶液设置装置2，装置2中液滴可能向左移
答案：D
解析：烧杯中的NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2，所以液滴移动的距离代表细胞呼吸消耗O2的量，因此通过装置1仅仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸。用水代替NaOH溶液设置装置2，由于水不吸收气体也不释放气体，所以液滴移动的距离代表细胞呼吸释放的CO2量与消耗O2量的差值，如果液滴移动说明酵母菌进行了无氧呼吸，如果液滴不移动，说明酵母菌不进行无氧呼吸。用水代替NaOH溶液设置装置2，如果装置1中液滴左移，说明有O2的消耗，可以推断出酵母菌进行了有氧呼吸；装置2中液滴右移，说明细胞呼吸释放的CO2量多于O2的消耗量，推断出酵母菌还进行了无氧呼吸。用水代替NaOH溶液设置装置2，由于葡萄糖作底物不可能出现O2的消耗量大于CO2的释放量的情况，所以装置2中液滴不可能向左移。
2．某实验小组为探究酵母菌的呼吸方式，做了以下两组实验：用注射器A缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液，倒置，排尽注射器中的气体，再吸入25 mL无菌氧气，密封；用注射器B缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液，倒置，排尽注射器中的气体，密封。将两注射器置于25 ℃的水浴锅中保温一段时间(不考虑溶液体积的变化)，以下说法错误的是( )
A．当观察到注射器A中的总体积大50 mL时，说明酵母菌进行了无氧呼吸
B．取注射器B中的适量液体，滴加少量酸性重铬酸钾溶液，溶液颜色由橙色变为灰绿色
C．将注射器A中的气体通入溴麝香草酚蓝溶液中，可观察到溶液颜色由蓝变绿再变黄
D．当注射器A、B中的总体积均为50 mL时，两注射器中酵母菌消耗的葡萄糖的量相同
答案：D
解析：若注射器A中酵母菌只进行有氧呼吸，以葡萄糖为底物时，细胞呼吸消耗的O2量等于产生的CO2量，则注射器中气体体积不变，总体积为50 mL；当注射器A中的总体积大于50 mL时，则说明酵母菌进行了无氧呼吸，A正确；注射器B中为无氧条件，酵母菌进行无氧呼吸产生了酒精，酒精可以与酸性重铬酸钾溶液反应，使溶液颜色由橙色变为灰绿色，B正确；注射器A中的酵母菌进行细胞呼吸产生CO2，CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，C正确；当注射器A、B中的总体积均为50 mL时，注射器A中酵母菌只进行有氧呼吸，最多产生25 mL CO2，注射器B中酵母菌只进行无氧呼吸，产生了25 mL CO2，以葡萄糖为呼吸底物，产生等量CO2时，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸少，D错误。(共51张PPT)
第2课时 酶的特性
学有目标——课标要求必明 记在平时——核心语句必背
1.阐明酶的高效性、专一性和作用条件较温和。
2.通过相关的实验和探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照组和重复组。 1.酶具有高效性、专一性和作用条件的温和性。
2.酶具有高效性的原因：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
3.过酸、过碱或温度过高都会使酶因空间结构遭到破坏而永久失活。
4.在一定的低温下，酶的活性被抑制，但空间结构稳定，在适宜温度下其活性可恢复。
【主干知识梳理】
一、酶的特性
1．酶具有高效性
(1)含义：酶的催化效率是无机催化剂的__________倍。
(2)意义：使细胞代谢______进行。
2．酶具有专一性
(1)含义：每一种酶只能催化____________化学反应。
(2)意义：使细胞代谢能够__________地进行。
107～1013
快速
一种或一类
有条不紊
3．酶的作用条件较温和
(1)酶活性：酶催化特定__________的能力称为酶活性。可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的______表示。
(2)酶所催化的化学反应一般是在__________的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的__________遭到破坏，使酶永久______。低温只能使酶的活性______，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会______。
化学反应
速率
比较温和
空间结构
失活
降低
升高
(3)曲线分析：
①P点为______温度；Q点为______pH。
②偏离P点或Q点：酶的活性______。
③过酸、过碱或温度过高：酶______。
最适
最适
降低
失活
二、细胞代谢有序进行的原因
1．原因
细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与_____在细胞中的分布有关。
2．实例
植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在_____________________内，这样，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。
酶
细胞质基质和线粒体
【教材微点发掘】
1．阅读教材第84页第二段正文，说出酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存的原因：______________________________________________________
________________________________________________________________。
答案：在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高
2．阅读教材第85页“科学·技术·社会”，结合下列材料，完成有关问题。
多酶片是一种复方制剂，它主要是由胰酶、胃蛋白酶复合而成的一种药物，其说明书的部分内容如下。
[性状]本品为肠溶衣与糖衣的双层包衣片，内层为胰酶，外层为胃蛋白酶。
[适应证]用于消化不良、食欲缺乏。
[用法用量]口服。一次2～3片，一日3次。
[注意事项]本品在酸性条件下易破坏，故服用时切勿嚼碎。
(1)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，具有____________________________等特性。由于胰酶和胃蛋白酶________________________________，故可以加工成多酶片保存，方便患者使用。服用多酶片时不能嚼碎的原因是____________________________________________________________。
(2)多酶片被肠溶衣与糖衣双层包被，外层包被应为__________(填“肠溶衣”或“糖衣”)。糖衣以糖浆为主要包衣材料，有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用；肠溶衣为一层特殊包裹物质，能很好保护胰酶不会在胃部被破坏的原因是_____________________________。
答案：(1)高效性、专一性、作用条件温和 在常温下分子结构比较稳定 胰酶会在胃部的酸性环境中变性失活，且会被胃蛋白酶催化水解 (2)糖衣 胃液不能水解破坏肠溶衣
新知探究(一) 酶的高效性和专一性
【探究·深化】
[情境质疑]
1．验证酶的高效性：
在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和FeCl3对过
氧化氢的催化效率实验中(如图)，试管甲产
生的气泡比试管乙多，说明_________________________________
__________。
与无机催化剂相比，酶的催化作用具
有高效性
2．验证酶的专一性：
(1)实验验证：淀粉和蔗糖不是还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖，麦芽糖、葡萄糖、果糖都是还原糖。下表为比较新鲜唾液(唾液淀粉酶)对淀粉和蔗糖的催化作用实验，请分析：
操作步骤 试管1 试管2
可溶性淀粉溶液/mL 2 —
蔗糖溶液/mL — 2
新鲜的淀粉酶溶液/mL 2 2
2支试管内的液体混合均匀后，60 ℃保温5 min
新配制的斐林试剂/mL 2 2
煮沸1 min
观察溶液颜色的变化
①1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管不出现砖红色沉淀，说明什么？
提示：1号试管中淀粉被水解，2号试管中蔗糖没有被水解。
②上述实验说明了什么？
提示：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的催化作用具有专一性。
③上述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。
④肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，是否说明肽酶没有专一性？
提示：不是。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应，肽酶催化的是一类反应，也说明其具有专一性。
(2)原理分析：
如图可以解释酶具有专一性及其原理，据图分析各字母代表什么意义？
提示：图中A表示酶，B表示被A催化分解的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质。
[重难点拨]
1．验证酶的高效性
(1)设计思路：
验证酶高效性的方法是“对比法”，即通过对不同类型催化剂(主要是与无机催化剂作比较)催化底物的反应速率进行比较，得出结论。
(2)设计方案：
项目 实验组 对照组
材料 等量的同一种底物
试剂 与底物相对应的酶溶液 等量的无机催化剂
现象 反应速率很快；或反应用时短 反应速率缓慢；或反应用时长
结论 酶具有高效性
2.验证酶的专一性
(1)设计思路：
验证酶专一性的方法也是“对比法”，常见的有两种方案：底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。
(2)设计方案：
项目 方案一 方案二
实验组 对照组 实验组 对照组
材料 底物相同(等量) 与酶相对应的底物 另外一种底物
试剂 与底物相对应的酶 另外一种酶 同一种酶(等量)
现象 发生反应 不发生反应 发生反应 不发生反应
结论 酶具有专一性
【典题·例析】
[典例1] 下列实验或现象能说明酶的高效性的是( )
①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀释10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂 ②取两支洁净的试管，分别加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支试管中加适量的淀粉酶溶液，另一支试管中加入等量的蒸馏水，一段时间后，检测淀粉的分解情况 ③在两支盛有适量过氧化氢溶液的试管中，分别加入等量过氧化氢酶和FeCl3 溶液，观察气泡的释放速率
A．①②③ B．①③ C．③ D．②③
[答案] B
[解析] 酶的高效性指的是酶与无机催化剂相比，其催化效率更高。
[典例2] 在三支试管中均加入等量的
体积分数为5%的过氧化氢溶液，再分别加
入适量的质量分数为3.5%的FeCl3溶液、鲜
鸡肝研磨液、蒸馏水，一段时间内测得底
物含量变化如图。下列表述正确的是( )
①曲线b表示FeCl3的催化作用，a与b的对照反映了无机催化剂的专一性 ②曲线c表示鲜鸡肝研磨液中过氧化氢酶的催化作用，a与c对照反映了酶的作用 ③曲线c与b的对照可以说明酶的作用效果比无机催化剂好 ④曲线a不下降的原因可能是温度过高
A．①② B．②③ C．①②④ D．②③④
[答案] B
[解析] 分析题图可知，曲线a为加入蒸馏水底物含量的变化，曲线b表示FeCl3的催化作用，两者对照不能反映无机催化剂的专一性；曲线c表示鲜鸡肝研磨液中过氧化氢酶的催化作用，过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，a与c对照反映了酶的作用；曲线c与b的对照可以说明与无机催化剂相比，酶具有高效性；本实验中温度为无关变量，三支试管应相同且适宜，因此曲线a不下降的原因不是温度过高。
【应用·体验】
1．乳糖不耐受是一种由于乳糖酶分泌少、不能完全消化分解母乳或牛乳中的乳糖所引起的非感染性腹泻。如图是乳糖酶分解乳糖的示意图，它表明( )
A．乳糖酶具有特异性 B．乳糖酶催化合成反应
C．乳糖酶具有高效性 D．乳糖酶活性容易受温度影响
答案：A
解析：据图分析可知，乳糖酶的活性中心与乳糖结合，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，体现了酶的特异性(专一性)；乳糖酶催化分解反应；乳糖酶具有高效性，但据图无法判断；乳糖酶活性容易受温度影响，但据图无法判断。
2．(2021·广东学考)姜撞奶是广东著名风味小吃。其做法是将一定温度的牛奶按一定比例倒入姜汁中，一段时间后，牛奶发生凝固现象(凝乳)；若使用煮沸的姜汁，则牛奶无法凝固。推测姜汁中可能含有一种能使蛋白凝固的酶X。某小组通过观察凝乳情况，探究温度对酶X的影响，结果如下表。
下列分析和叙述错误的是( )
A．各组的姜汁用量应相同
B．70 ℃是酶X的适宜温度
C．该实验证明了酶具有专一性
D．温度过高可能破坏酶X的结构
答案：C
解析：该实验证明了酶的活性受温度的影响，温度过高或过低，酶的活性都会降低，该实验不能证明酶具有专一性。
新知探究(二) 温度和pH对酶活性的影响
【探究·深化】
[情境质疑]
1．探究温度对酶活性的影响：
步骤 试管编号
1 1′ 2 2′ 3 3′
加入3%的可溶性淀粉溶液/mL 2 — 2 — 2 —
加入2%的淀粉酶溶液/mL — 1 — 1 — 1
步骤 试管编号
1 1′ 2 2′ 3 3′
不同温度下处理5 min 100 ℃(或0 ℃) 60 ℃ 0 ℃(或100 ℃)
将同一温度下的两种物质混合后保温5 min
滴加碘液 1滴 1滴 1滴
结果(现象) 变蓝 不变蓝 变蓝
结论 酶的催化作用需在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性
(1)同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？
提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。
(2)能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？
提示：不能。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温时会分解，影响对实验结果的分析。
(3)在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂来检测？
提示：不能。因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同温度。
2．探究pH对酶活性的影响：
步骤 试管编号
1 2 3
20%的肝脏研磨液/mL 1 1 1
蒸馏水/mL 1 — —
0.01 mol/L的氢氧化钠溶液/mL — 1 —
0.01 mol/L的盐酸溶液/mL — — 1
3%的过氧化氢溶液/mL 2 2 2
振荡试管
结果 有大量气泡产生 无明显气泡 无明显气泡
(1)该实验结果说明了酶的活性和pH有什么关系？
提示：酶发挥催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会使酶活性降低。
(2)该实验中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%的过氧化氢溶液，然后再调节pH
提示：不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。
(3)本实验能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？为什么？
提示：不能。因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。
[重难点拨]
探究酶的最适温度和最适pH
1．设计思路
组别编号 1 2 … n
实验材料 等量的同种底物
温度(pH) T1(a1) T2(a2) … Tn(an)
衡量指标 相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余量的多少
实验结论 生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组所处温度 (或pH)为最适温度(或pH)
2.实验操作
(1)探究酶的最适温度：
(2)探究酶的最适pH：
【典题·例析】
[典例1] 为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计最合理的是( )
选项 探究课题 选用材料与试剂
A 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液
B 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
C pH对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液
D pH对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂
[答案] B
[解析] 过氧化氢受热易分解，不宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响；淀粉遇碘液会发生颜色变化，而淀粉酶能将淀粉分解，使颜色变浅甚至消失，故可以用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响；蔗糖酶不能催化淀粉水解；斐林试剂呈碱性，能与酸性物质发生反应，不适合用于探究pH对酶活性的影响，另外酸能催化淀粉的水解，也不适合用淀粉溶液和淀粉酶探究pH对酶活性的影响。
[典例2] 下列有关酶的实验设计思路的叙述，正确的是( )
A．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性
B．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和FeCl3溶液研究酶的高效性
C．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响
D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响
[答案] B
[解析] 可以利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林试剂验证酶的专一性，但不能用碘液，因为蔗糖是否水解无法判断；过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和FeCl3溶液可以研究酶的高效性；过氧化氢的分解受温度的影响，所以不能用其探究温度对过氧化氢酶的影响；胃蛋白酶的最适pH为1.5，因此不能利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响。
易错提醒
与酶有关实验的几个注意点
【应用·体验】
1．如图表示在某pH范围内酶a和酶b所催化的反应速率的变化情况，下列有关说法正确的是( )
A．将pH由4调至6，酶b的活性逐渐增强
B．在不同温度下，酶a的最适pH不同
C．酶b具有高效性，酶a不具有高效性
D．pH为5时，两种酶催化的反应速率相等
答案：D
解析：酶b的最适pH为6，pH为4时，酶失去活性；在不同温度下，酶a的最适pH相同；酶都具有高效性；由图中曲线可以看出，pH为5时，两种酶催化的反应速率相等。
2．细胞代谢是细胞生命活动的基础，细胞代谢能正常高效进行离不开酶。下列对酶及相关实验的叙述，错误的是( )
A．酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物，其基本组成单位是氨基酸或核苷酸
B．酶的活性受温度的影响，温度过高或过低都会使酶失活，温度不同，酶的活性也不同
C．利用淀粉溶液、淀粉酶溶液和碘液设计实验，可探究温度对酶活性的影响
D．利用过氧化氢溶液、过氧化氢酶溶液和酸碱缓冲液设计实验探究pH对酶活性的影响
答案：B
解析：绝大多数酶的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，少数酶是RNA，其基本组成单位是核苷酸，A项正确。温度过低，酶的活性会下降而不会失活；不同的温度条件下，酶的活性也可能相同，B项错误。探究温度对酶活性的影响，底物与酶应该是相配对的，淀粉作底物，淀粉酶作催化剂，实验结果可以用碘液检测，C项正确。探究pH对酶活性的影响实验，可以选择过氧化氢作底物，选择过氧化氢酶作催化剂，酸碱缓冲液能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变，D项正确。
科学思维——构建与酶有关的模型
1．用曲线模型表示酶的三大特性
(1)酶具有高效性。
图1中酶参与的反应对应曲线A，无机催化剂参与的反应对应曲线B，未加催化剂时的反应对应曲线C，由此说明，与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。
(2)酶具有专一性。
图2中加入酶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；而加入酶A的反应速率在一定范围内随反应物浓度的增大明显加快，说明酶的催化作用具有专一性。
(3)酶的作用条件温和。
①图3中b点表示最适温度，e点表示最适pH。
②温度在a点时，酶的活性较低，但不会失活；温度≥c，酶会失活。pH≤d、pH≥f，酶都会失活。
③由图3可知，酶的作用条件较温和，在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。
2．用曲线模型表示影响酶促反应的因素
(1)反应物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、2)。
①图1：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
②图2：在反应物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。
(2)温度和pH与酶促反应速率的关系(图3)。
①图3：温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的；反应物浓度和酶浓度是通过影响反应物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
②图3：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH。
【素养评价】
1．为了比较甲、乙两种酶对温度和pH的耐受程度(即仍保持活性的范围)的差异，科研人员作了相关的研究，结果如图。下列选项中相关说法正确的是( )
A．甲酶对温度的耐受程度比乙酶大
B．在pH为6～7的环境下，几乎测不到甲酶活性
C．在任何pH的环境中，甲酶活性均比乙酶高
D．测定pH对酶活性影响时温度应设为20 ℃
答案：B
解析：从曲线可以看出，乙酶对温度的耐受程度比甲酶大，A错误；在pH为6～7的环境下，甲酶活性很低，几乎测不到甲酶活性，B正确；在pH大于5时，甲酶活性均比乙酶低，C错误；测定pH对酶活性影响时，温度应设为最适温度，D错误。
2．如图表示在不同条件下，酶催化反应的速率(或生成物量)变化，下列有关叙述错误的是( )
A．甲中虚线可表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速率的关系
B．乙中虚线可表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物量的变化示意曲线
C．若乙中的实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率
D．图丙不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系
答案：D
解析：底物浓度充足时，酶促反应速率与酶浓度成正比，甲中虚线所示反应速率加快，可表示酶量增加一倍时底物浓度和反应速率的关系；催化剂只能缩短达到化学平衡所需要的时间，但不改变化学反应的平衡点，同时酶的催化效率高，故乙中虚线可表示增加酶浓度，生成物量的变化示意曲线；由于酶具有高效性，若乙中实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率；酶促反应开始时底物浓度高，反应快，后来底物逐渐被分解，反应速率降低，则图丙能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系。(共48张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
第1课时 细胞呼吸的方式与有氧呼吸
【主干知识梳理】
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1．实验原理
(1)酵母菌的代谢类型：在______和_____的条件下都能生存，属于__________菌。
(2)细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物_____，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。
有氧
无氧
兼性厌氧
不同
2．实验装置(填写所需试剂)
3．检测细胞呼吸产物所用试剂与实验现象
检测产物 所用试剂 实验现象
二氧化碳 澄清的石灰水
由蓝变绿再变黄
酒精 (酸性)重铬酸钾溶液 橙色变成_________
变浑浊
溴麝香草酚蓝溶液
灰绿色
4.实验结论
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行___________。
(2)在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的__________和___。
(3)在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生_______，还产生少量的__________。
细胞呼吸
二氧化碳
水
酒精
二氧化碳
二、有氧呼吸
1．主要场所——线粒体(据图填空)
(1)写出图中序号代表的结构名称：
①______；②____；③______；④____________。
(2)与有氧呼吸有关的酶分布在：_____________。
外膜
嵴
内膜
线粒体基质
②、③、④
2．过程
阶段 第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 ___________ 线粒体基质 ___________
反应物 ________ ____________ [H]、O2
生成物 丙酮酸、[H]、ATP CO2、[H]、ATP ___________
能量 少量能量 ___________ 大量能量
细胞质基质
线粒体内膜
葡萄糖
丙酮酸、水
H2O、ATP
少量能量
3.化学反应式
________________________________________________。
4．概念
细胞在氧的参与下，通过________的催化作用，把葡萄糖等有机物______________，产生_____________，释放_____，生成大量ATP的过程。
多种酶
彻底氧化分解
二氧化碳和水
能量
【教材微点发掘】
1．某兴趣小组想探究酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置，如下图A～D所示。
(1)请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)，有氧条件下的装置序号：C→A→B(或C→B→A→B)；无氧条件下的装置序号：________。
(2)装置中C瓶的作用是__________________，排除其对实验结果的干扰；B瓶中澄清的石灰水还可用___________________代替。
(3)若要检测无氧呼吸时是否有酒精生成，应用______________溶液，现象是溶液颜色变为________。
D→B
吸收空气中的CO2
溴麝香草酚蓝溶液
酸性重铬酸钾
灰绿色
2．细胞呼吸产生的[H]是什么物质？其成分是蛋白质吗？
提示：细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方式，NADH是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原态，N指烟酰胺，A指腺嘌呤，D是二核苷酸，因此[H]的成分不是蛋白质。
教材问题提示
思考·讨论
1．有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容， 1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，因此，1 mol葡萄糖能够使32 mol ADP分子转化为ATP分子。
2．提示：燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证了有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
新知探究(一) 探究酵母菌细胞呼吸的方式
【探究·深化】
[情境质疑]
酵母菌是兼性厌氧菌，因此可以用酵母菌来研究有氧呼吸和无氧呼吸。下面是简易的实验装置，结合该图进行探究：
1．变量的控制及实验操作：
(1)本实验的自变量为___________，因变量为________________________。
(2)甲装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
提示：NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变浑浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的CO2所引起的。
(3)甲装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？
提示：保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。
氧气的有无
是否有CO2和酒精的产生
(4)乙装置中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶？
提示：B瓶刚封口后，有氧气存在，酵母菌进行有氧呼吸，一段时间后，B瓶中的氧消耗完，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
(5)将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶的原因是什么？
提示：①加热煮沸后，葡萄糖溶液中的细菌会被杀死，可排除其他微生物对实验结果的影响；②加热煮沸时，可排出溶液中的O2；③若不冷却直接加入，温度过高会将酵母菌杀死。
2．代谢产物的鉴定：
(1)酵母菌细胞呼吸能产生CO2，试探究如何检测CO2产生量的多少？
提示：CO2可使澄清的石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2产生量的多少。
(2)能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？分析原因。
提示：不能。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，故不能以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式。应以酒精为指标，因为酵母菌只有进行无氧呼吸时才能产生酒精。
[重难点拨]
1．实验步骤
2．实验现象
项目 澄清的石灰水的变化/出现变化的时间 橙色的酸性重铬酸钾溶液
甲组(有氧) 变浑浊/快 无变化
乙组(无氧) 变浑浊/慢 出现灰绿色
【典题·例析】
[典例1] 下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是( )
A．CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
B．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等
C．可通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式
D．实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2
[答案] C
[解析] CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄；在该实验中，温度、pH、培养液浓度等都属于无关变量，无关变量需保持相同且适宜；酵母菌是兼性厌氧菌，有氧呼吸和无氧呼吸都有CO2生成，而CO2可使澄清石灰水变浑浊，因此通过观察澄清石灰水是否变浑浊不能判断酵母菌的呼吸方式；实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2。
[典例2] 以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是( )
A．将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖溶液的甲试管后需振荡混匀
B．在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境
C．乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2
D．拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味
[答案] B
[解析] 干酵母需要用温水化开，以保持酵母菌的活性；酵母菌悬液加入葡萄糖溶液后要充分振荡，使葡萄糖与酵母菌混匀并充分接触，利于发生反应。在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，利于乙醇发酵。若乙试管中的澄清石灰水变浑浊，说明酵母菌细胞呼吸产生了CO2。甲试管中的酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酒精具有挥发性，所以拔掉甲试管塞子后可闻到酒精的气味。
【应用·体验】
1．如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，以下说法中正确的是( )
A．两套装置均需要在黑暗条件下进行
B．装置乙在Ⅱ处可检测到有酒精生成
C．装置乙是对照组，装置甲是实验组
D．装置甲NaOH溶液的作用是吸收 Ⅰ 处的CO2
答案：B
解析：两套装置均不需要在黑暗条件下进行；Ⅱ处酵母菌产生酒精；此实验是对比实验，没有对照组，都是实验组；装置甲中NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2。
2．将酵母菌研磨成匀浆，离心后得到只含细胞质基质的上清液和含线粒体的沉淀物，分别放入甲、乙、丙三支试管中(如表)，并置于适宜温度但隔绝空气的条件下一段时间。下列叙述错误的是( )
试管编号 加入物质
甲 上清液＋葡萄糖溶液
乙 沉淀物＋葡萄糖溶液
丙 酵母菌＋葡萄糖溶液
A.丙试管中有少量CO2产生
B．乙试管中不发生反应
C．丙试管中有少量的ATP产生
D．甲试管中最终产物为CO2和H2O
答案：D
解析：甲试管中含有上清液和葡萄糖溶液，在隔绝空气的条件下，可进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。乙试管中含有线粒体和葡萄糖溶液，葡萄糖不能进入线粒体，所以不发生反应。丙试管中是完整的酵母菌和葡萄糖溶液，隔绝空气的条件下进行无氧呼吸产生少量CO2和ATP。
新知探究(二) 有氧呼吸
【探究·深化】
[情境质疑]
有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把有机物彻底氧化分解(通常以分解葡萄糖为主)，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。下图为有氧呼吸过程图示，据此分析有关问题：
1．物质转变过程分析：
(1)糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？
提示：因为线粒体膜上不含运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。
(2)有氧呼吸过程中，H2O参与第二阶段反应，在第三阶段产生；[H]在第________阶段产生，参与第三阶段的反应；O2只在第三阶段参与反应，CO2是在第二阶段产生的。
一、二
(3)若用18O分别标记有氧呼吸中C6H12O6中的氧和O2 中的氧，18O会分别出现在哪种产物中？
(4)根据有氧呼吸的过程，写出有氧呼吸的反应式，并标出各元素的去向。
提示：
2．能量转化过程分析：
有氧呼吸过程中，1 mol葡萄糖彻底氧化分解后释放出2 870 kJ的能量，其中977.28 kJ的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失。请你计算一下，有氧呼吸的能量转换效率大约是多少？这些能量大约能使多少个ADP转化为ATP
提示：977.28÷2 870×100%≈34.05%,977.28÷30.54＝32(mol)。
[重难点拨]
1．细胞呼吸反应物、生成物、场所与呼吸类型的关系
2．有氧呼吸中氧元素的来源和去路
3．能量代谢
有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP，细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，少部分转移到ATP中。
【典题·例析】
[典例1] 如图甲是绿色植物在晴朗的白天有氧呼吸各阶段反应示意图，其中1～7表示能量或物质，图乙是线粒体简图。下列叙述错误的是( )
A．图甲中2→3过程，所有活细胞内都能进行
B．图甲中3→6过程，发生在图乙的②处
C．图乙的③处能发生图甲中生成4的反应
D．叶肉细胞内产生的6将全部释放到大气中
[答案] D
[解析] 图甲中2→3过程表示有氧呼吸的第一阶段，与无氧呼吸的第一阶段完全相同，而活细胞都能进行细胞呼吸(有氧呼吸或无氧呼吸)；图甲中3→6过程表示有氧呼吸的第二阶段，场所是线粒体基质，即图乙的②处；图乙中③处为线粒体内膜，是有氧呼吸第三阶段的场所，发生[H]与O2结合生成水的过程，图甲中4指的是水；白天叶肉细胞中线粒体产生的6(CO2)可用于光合作用。
[典例2] 提取鼠肝细胞的线粒体作为实验材料，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸时，测得氧的消耗量较大；当注入葡萄糖时，测得氧的消耗量较小，同时注入细胞质基质和葡萄糖时，氧消耗量又较大。下列叙述中与实验结果不符合的是( )
A．有氧呼吸中，线粒体内进行的是第二、三阶段
B．在线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖
C．葡萄糖只能在细胞质基质内被分解成丙酮酸
D．水是在细胞质基质中生成的
[答案] D
[解析] 有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒体中进行，第三阶段[H]与氧气结合才有水的生成。
【应用·体验】
1．下图中表示的是某绿色植物细胞内部分物质的转变过程，下列有关叙述错误的是( )
①图中①②两物质分别为H2O和O2
②图中(二)、(三)两阶段产生[H]的场所都是线粒体
③图中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖
④该过程只能在有光的条件下进行，无光时不能进行
A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．①③④
答案：C
解析：图中(一)、(二)、(三)分别表示有氧呼吸的第一、二、三阶段，前两个阶段产生[H]，第三个阶段消耗[H]，②错误；丙酮酸在H2O的参与下彻底分解成CO2和[H]，所以有氧呼吸第三阶段消耗的[H]最终来源于葡萄糖和H2O，③错误；有无光照都可进行呼吸作用，④错误。
答案：A
科学探究——对照实验与对比实验
1．对照实验
如果两组实验中，除了一个因素不同外，其余因素都相同，那么这两组实验称为对照实验。对照实验一般要设对照组和实验组。一般来说，保持原有状态的组为对照组，人为改变条件的组为实验组；或者是已知实验结果的组为对照组，未知实验结果的组为实验组。
2．对比实验
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，这样的实验称为对比实验。对比实验结果事先一般均未知。对比实验不设对照组，均为实验组(或互为实验组和对照组)，是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。
在探究酵母菌细胞呼吸方式的活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响，图示如下：
【素养评价】
1．对比实验是科学探究中常用的方法之一。下列有关叙述错误的是( )
A．探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验
B．对比实验中每个实验组的结果通常都是事先未知的
C．对比实验往往没有对照组，而是设置两个或两个以上的实验组
D．对比实验中因变量可以用多种指标表示，无关变量只需相同即可
答案：D
解析：探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验法，A正确；对比实验中每个实验组的结果通常是事先未知的，通过实验结果的对比来说明问题，B正确；对比实验往往没有对照组，而是设置两个或两个以上的实验组相互对照，C正确；对比实验的因变量可以用多种指标表示，无关变量需相同且适宜，D错误。
2.如图表示的是测定保温桶内温度变化的实验装置。
某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用
的情况。
材料用具：保温桶(500 mL)、温度计、活性干酵母、
质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。
实验假设：酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出热量更多。
(1)取A、B两装置设计实验如下，请补充下表中内容：
装置 方法步骤一 方法步骤二 方法步骤三
A 加入240 mL的葡萄糖溶液 加入10 g活性干酵母 ①__________
B 加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液 ②__________ 加入石蜡油，铺满液面
(2)B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是________，这是控制实验的__________变量。
(3)要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个C装置。请写出C装置的实验步骤：
(4)实验预期：在适宜条件下实验，30分钟后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是____________(用“<”“＝”或“>”表示)，则假设成立。
装置 方法步骤一 方法步骤二 方法步骤三
C ③__________
____________
____________ ④__________
____________
____________ 加入石蜡油，铺满液面
解析：A、B两个实验装置作对照，A为有氧条件，B为无氧条件(步骤三加入石蜡油，隔绝氧气)。B装置煮沸的目的是去除氧气，和步骤三目的一样。两装置步骤二加入的都是10 g活性干酵母，体现了单一变量的实验原则。C装置和B装置作对照，用来排除其他因素造成的温度变化，因此，除了步骤二加入没有活性干酵母外，其他条件应该和B装置一样。A装置中酵母菌进行了有氧呼吸释放大量能量，温度最高，C装置没有活酵母菌，没有细胞呼吸，温度最低，B装置中酵母菌进行了无氧呼吸，释放的能量比A装置少，因此，装置A、B、C温度大小关系是A>B>C。
答案：(1)①不加入石蜡油 ②加入10 g活性干酵母
(2)去除氧气 自 (3)③加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液 ④加入10 g没有活性干酵母 (4)A>B>C
