《创新课堂》 第5章　细胞的能量供应和利用（教师版讲义）生物人教版必修1（共12份打包）

章末质量检测（四）　细胞的能量供应和利用
（满分：100分）
一、选择题（本题共19小题，共42分。第1～15小题，每小题2分；第16～19小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.（2025·江苏扬州期末）下列关于酶的叙述，正确的是（　　）
A.酶的基本组成单位是氨基酸
B.酶可提供反应所需的活化能
C.酶催化化学反应时，其空间结构不会发生改变
D.探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验宜用斐林试剂检测
解析：D　酶的化学本质是蛋白质或RNA，故酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A错误；酶催化反应的实质是降低化学反应的活化能，B错误；酶在催化化学反应前后，其空间结构不变，但在催化化学反应的过程中，酶的空间结构会发生改变，C错误；淀粉酶能催化淀粉水解形成麦芽糖，麦芽糖是还原糖，蔗糖是非还原糖，故可用斐林试剂检测，D正确。
2.（2025·天津耀华中学期末）鱼腥蓝细菌分布广泛，它不仅可以进行光合作用，还具有固氮能力。关于该蓝细菌的叙述，不正确的是（　　）
A.属于自养生物
B.可以进行细胞呼吸
C.DNA位于细胞核的染色体中
D.存在ATP与ADP 相互转化的能量供应机制
解析：C　蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用，属于自养生物，A正确；蓝细菌进行的是有氧呼吸，B正确；蓝细菌属于原核生物，没有细胞核，DNA主要位于拟核中，C错误；细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，普遍存在于生物界中，是生物界的共性，可见蓝细菌中存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制，D正确。
3.（2025·河北示范性高中联考）下列关于细胞呼吸原理在生产或生活中的应用，叙述正确的是（　　）
A.提倡慢跑等有氧运动，可防止无氧呼吸产生乳酸和CO2使人体肌肉酸胀
B.不同种子播种的深浅、灌溉的频率不同与影响种子呼吸强度的因素有关
C.浅而面积大的伤口比深而窄的伤口更容易感染破伤风
D.仓库保持低氧和零下低温可以降低果蔬的呼吸速率，延长储藏时间
解析：B　提倡慢跑等有氧运动，可以防止细胞进行无氧呼吸，人体细胞无氧呼吸时会产生乳酸，造成肌肉酸胀，人体细胞无氧呼吸不会产生CO2，A错误；不同种子播种的深浅、时令、灌溉频率不同可分别从氧气浓度、温度、水分角度影响种子的呼吸强度，B正确；破伤风杆菌是一种厌氧菌，它在缺氧环境下能够生存并繁殖，与浅而面积大的伤口相比，深而窄的伤口容易形成缺氧环境，更容易感染破伤风，C错误；仓库保持低氧和零上低温可以通过抑制呼吸相关酶的活性来降低种子的呼吸速率，延长储藏时间，不是零下低温，D错误。
4.（2025·吉林蛟河市实验中学期末）下列关于探究酶相关特性的实验中，叙述正确的是（　　）
A.验证淀粉酶对淀粉和蔗糖作用的专一性时，可用碘液进行结果的鉴定
B.先将淀粉、淀粉酶混合再置于不同温度条件下，可探究温度对酶活性的影响
C.探究温度对酶活性影响时可选用过氧化氢酶作为实验材料
D.在酶的高效性实验中，需要设置加无机催化剂的一组作为对照
解析：D　无论蔗糖水解与否，加碘液均无相应实验现象，无法鉴定是否水解，故验证淀粉酶对淀粉和蔗糖作用的专一性时，不能用碘液进行结果的鉴定，A错误；先将淀粉、淀粉酶置于不同温度条件下保温，然后再将相同温度的淀粉溶液、淀粉酶混合，才可探究温度对酶活性的影响，B错误；过氧化氢的分解受温度影响，故探究温度对酶活性影响时，不能选用过氧化氢酶作为实验材料，C错误；酶的高效性是和无机催化剂相对而言的，因此在验证酶的高效性的实验中，应该使用无机催化剂作为对照，D正确。
5.（2025·辽宁重点中学协作校期末）茶叶细胞中的多酚氧化酶（PPO）能促进多酚类物质的氧化，形成红梗红叶。经高温杀青、捻揉等环节制作的龙井茶具有“色绿”的特点。下列叙述正确的是（　　）
A.利用斐林试剂可判定PPO的化学本质是否为蛋白质
B.为多酚类物质氧化提供活化能的多少可以反映PPO活性的高低
C.通过高温杀青降低PPO的活性，使龙井茶保持绿色
D.揉捻可使细胞破碎，使PPO与底物充分接触，加速色变
解析：C　蛋白质的检测试剂为双缩脲试剂，A错误；酶通过降低化学反应发生所需要的活化能来提高反应速率，并非提供活化能，B错误；PPO能促进多酚类物质的氧化，形成红梗红叶，而经高温杀青等环节制作的龙井茶具有“色绿”的特点，可推测高温处理后PPO活性下降，C正确；揉捻的作用除了做形，主要是造成细胞破碎、茶汁溢出，溢出的茶汁附着在叶表面，干燥后冲泡才能泡出颜色和滋味，龙井茶有“色绿”的特点，并非是揉捻导致PPO与底物充分接触的结果，D错误。
6.（2025·吉林长春外国语学校期末）下列有关人体中ATP的叙述，正确的是（　　）
A.ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和脱氧核糖结合而成
B.ATP合成时所需的能量可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量
C.细胞质和细胞核中都有ATP的分布
D.剧烈运动时，细胞中ATP的水解速率远大于ATP的合成速率
解析：C　A为腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成，A错误；在人体内ATP合成时所需的能量来自呼吸作用所释放的能量，B错误；细胞质和细胞核中都有ATP的分布，C正确；细胞中ATP与ADP的相互转化处于动态平衡之中，所以ATP的水解速率约等于ATP的合成速率，D错误。
7.（2025·江苏扬州期末）下列关于光合作用探究历程的叙述错误的是（　　）
A.萨克斯的实验证明叶片在光下能产生淀粉
B.恩格尔曼的实验说明叶绿体在光下产生O2
C.卡尔文用14C标记CO2，追踪光合作用中碳元素的行踪
D.鲁宾和卡门的实验证明了光合作用产生的O2来自H2O和CO2
解析：D　萨克斯半叶法实验证实了植物光合作用的产物还有淀粉，A正确；恩格尔曼的实验，发现需氧细菌主要集中在叶绿体有光的区域，说明叶绿体在光下产生O2，B正确；卡尔文采用14C标记CO2探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径，即为CO2→三碳化合物→糖类，C正确；鲁宾和卡门研究光合作用释放O2中氧原子的来源时采用了同位素标记法，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的O2全部来自H2O，D错误。
8.（2025·河北邯郸涉县一中期末）腺苷三磷酸二钠片主要用于进行性脊肌萎缩等后遗症的辅助治疗，其药理是腺苷三磷酸能改善机体代谢，还可参与体内脂肪、蛋白质、糖、核酸等的代谢。下列叙述错误的是（　　）
A.腺苷三磷酸可直接为细胞的代谢提供能量
B.腺苷三磷酸脱去两个磷酸基团后，可用于合成RNA
C.腺苷三磷酸的末端磷酸基团具有较高的转移势能
D.代谢旺盛的细胞中腺苷三磷酸含量会显著升高
解析：D　ATP又称腺苷三磷酸，由于末端磷酸基团具有较高的转移势能，使得远离A的特殊化学键不稳定，该键容易断裂和重新生成，C正确；腺苷三磷酸在人体中含量少，但和ADP转化速度快，所以代谢旺盛的细胞中腺苷三磷酸含量不会显著升高，D错误。
9.（2025·山东临沂联考）如图是水稻叶肉细胞中发生的相关生理过程，其中Ⅰ～Ⅳ表示细胞代谢的相关场所，下列相关叙述正确的是（　　）
C6H12O6[H]H2ONADPH（CH2O）
A.Ⅰ是细胞质基质，可以产生少量[H]，释放少量能量
B.Ⅱ是线粒体内膜，氧化型辅酶Ⅰ在该处转化为还原型辅酶Ⅰ
C.Ⅲ是类囊体薄膜，光合作用的色素吸收的光能在该处转化为储存在ATP中化学能
D.Ⅳ是叶绿体基质，该处既能进行有机物的合成也能进行有机物的水解
解析：D　葡萄糖脱氢为有氧呼吸第一阶段和第二阶段，所以反应场所Ⅰ应为细胞质基质和线粒体基质，A错误；还原氢与氧气结合形成水发生在Ⅱ线粒体内膜，还原型辅酶Ⅰ转化为氧化型辅酶Ⅰ，B错误；水光解发生在类囊体薄膜上，即Ⅲ是类囊体薄膜，光能转变成ATP和NADPH中的化学能，C错误；光合作用中有机物的生成发生在叶绿体基质，故Ⅳ是叶绿体基质，主要进行有机物的合成，也能进行有机物的水解，如ATP水解，D正确。
10.（2025·北京朝阳期末）利用双向纸层析法可先后分离苋菜中的光合色素和花青素。将色素提取液滴在滤纸上，先使用有机层析液层析，随后滤纸旋转90°使用清水继续层析，下列叙述正确的是（　　）
A.光合色素和花青素的溶解性不同
B.提取色素时加入二氧化硅保护色素
C.旋转滤纸前分离的色素只吸收红光
D.以上所有色素均位于类囊体薄膜上
解析：A　光合色素主要包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素等，它们主要溶于有机溶剂。而花青素则是一种水溶性色素。由于它们的溶解性不同，因此可以利用纸层析法进行分离。在纸层析中，先使用有机层析液层析，主要分离出光合色素；随后滤纸旋转90°使用清水继续层析，则主要分离出水溶性的花青素，A正确；在提取色素时，通常加入二氧化硅，帮助细胞研磨充分。同时加入碳酸钙来保护色素，防止色素在研磨过程中被破坏，B错误；在旋转滤纸前，通过有机层析液分离出的主要是光合色素。这些色素不仅吸收红光，还吸收其他波长的光，如蓝紫光等。特别是叶绿素，它对红光和蓝紫光的吸收尤为强烈，C错误；光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上，这是进行光合作用的重要场所，花青素并不位于类囊体薄膜上，而是存在于植物细胞的液泡中。花青素是一种重要的水溶性色素，它赋予植物花朵、果实和叶子等器官丰富的颜色，D错误。
11.（2025·辽宁重点中学协作校期末）生活在温泉、湖泊等水域中的铁细菌，能将二价铁盐氧化成三价铁化合物，并能利用此过程释放的化学能将CO2转变为有机物。下列说法正确的是（　　）
A.铁细菌遗传物质的基本组成单位是核糖核苷酸
B.铁细菌和水绵将CO2转变为有机物的场所均为叶绿体基质
C.铁细菌能通过化能合成作用制造有机物，属于自养型生物
D.除光合作用外，铁细菌也可通过该过程捕获和转化光能，制造有机物
解析：C　铁细菌的遗传物质是DNA，DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，而不是核糖核苷酸，A错误；铁细菌是原核生物，没有叶绿体，它将CO2转变为有机物的场所是细胞质，而水绵是真核生物，将CO2转变为有机物的场所是叶绿体基质，B错误；铁细菌能利用氧化二价铁盐释放的化学能将CO2转变为有机物，这种利用化学能合成有机物的方式称为化能合成作用，属于自养型生物，C正确；铁细菌是通过化能合成作用，利用化学能将CO2转变为有机物，而不是通过捕获和转化光能，D错误。
12.（2025·河北示范性高中联考）“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，4个试管中加入等量过氧化氢溶液后，1号试管不做处理，2号试管置于90 ℃水浴中加热，3号试管滴2滴FeCl3溶液，4号试管加入2滴肝脏研磨液。下列叙述正确的是（　　）
A.除1号试管外，其他3个试管中均有氧气产生
B.FeCl3、过氧化氢酶和加热促进过氧化氢分解的原理各不相同
C.每滴FeCl3溶液中Fe3＋的数目远多于每滴肝脏研磨液中的过氧化氢酶，使该实验不严谨
D.本实验中1号试管是空白对照组，2、3、4号试管均属于实验组
解析：D　1号试管也有氧气产生，只是速率很慢，产生的量很少，A错误；FeCl3相当于无机催化剂，过氧化氢酶是有机催化剂，二者促进过氧化氢分解的原理相同，都是降低化学反应所需的活化能，B错误；实验通过对量的控制分为4组，使反应在不同条件下催化分解互相形成对照，也控制了无关变量，遵循对照原则和等量原则，每滴FeCl3溶液中Fe3＋的数目远多于每滴肝脏研磨液中的过氧化氢酶，这是正常化学现象，并非不严谨，C错误；4个实验装置中，1号没有做任何处理，作为对照组，2号放在90 ℃左右的温水中加热，3、4号分别探究的是FeCl3与酶的催化作用，作为实验组，D正确。
13.酵母菌在密闭容器内以葡萄糖为底物的呼吸速率如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.0～6 h内，容器中O2剩余量不断减少，有氧呼吸速率先加快后减慢
B.6～8 h内，容器中O2的消耗量低于 CO2的产生量
C.8～10 h内，葡萄糖分解释放的能量主要储存在ATP中
D.0～10 h内，用溴麝香草酚蓝溶液检测会变成黄色
解析：C　由图可知，0～6 h内，酵母菌有氧呼吸速率先上升后下降，因有氧呼吸消耗氧气，密闭容器内氧气剩余量不断减少，A正确；6～8 h内，酵母菌进行有氧呼吸消耗的氧气与产生的二氧化碳相同，同时进行不消耗氧气、产生酒精与二氧化碳的无氧呼吸，因此在此期间，容器中的氧气消耗量小于二氧化碳产生量，B正确；8～10 h内，酵母菌只进行无氧呼吸，产物为酒精和二氧化碳，葡萄糖中的大部分能量转移至酒精中，少部分释放出来，其中释放出来的能量，大部分以热能的形式散失，少部分转化为ATP中活跃的化学能，C错误；溴麝香草酚蓝溶液用于检测二氧化碳，根据二氧化碳的浓度，其颜色会由蓝变绿再变黄，所以0～10 h内，二氧化碳浓度逐渐增大，用溴麝香草酚蓝溶液检测，颜色会逐渐变成黄色，D正确。
14.（2025·河北衡水枣强中学调研）如图为高等绿色植物光合作用图解，下列说法正确的是（　　）
A.①可代表光合色素，可以吸收红外光和紫外光进行光合作用
B.若该植物缺Mg，则所有光合色素的合成都会受到影响
C.③是C3，若突然降低光照强度，短时间内③的含量会增加
D.④是ATP，若突然降低CO2的供应，短时间内该物质的量会减少
解析：C　①可代表光合色素，光合色素能吸收的都是可见光，主要吸收的是红光和蓝紫光，A错误；Mg是构成叶绿素的重要组成成分，类胡萝卜素不含Mg，B错误；③是C3，若突然降低光照强度，则光反应产生的ATP和NADPH减少，则短时间内C3还原速率下降，同时C3的生成速率基本不变，因此，③的含量会增加，C正确；④是ATP，光照不变时，突然降低CO2的供应，三碳化合物生成减少，还原减慢，短时间内ATP的消耗也减少，其相对含量会增加，D错误。
15.（2025·广西名校联盟期中）已知油料类作物种子细胞或动物呼吸时，脂肪或葡萄糖均可以作为呼吸底物，两者呼吸作用形成的最终产物相同。已知呼吸熵＝（CO2生成量/O2消耗量），葡萄糖的呼吸熵＝1，脂肪的呼吸熵＜1。下列说法错误的是（　　）
A.脂肪经呼吸作用消耗的O2多于相同质量葡萄糖消耗的
B.动物细胞中，脂肪和葡萄糖可以大量相互转化
C.动物脂肪和植物脂肪在常温下呈现的物理状态一般不同
D.若某细胞的呼吸熵＜1，则此时该细胞的呼吸底物可能是脂肪和葡萄糖
解析：B　脂肪中氧的含量远远低于糖类，而氢的含量更高，故与相同质量的葡萄糖相比，相同质量的脂肪经有氧呼吸产生的[H]更多，消耗的O2也更多，A正确；动物细胞中，糖类在供应充足的情况下可以大量转化为脂肪，而脂肪一般只在糖类供能不足时，才会分解供能，而且脂肪不能大量转化为糖类，B错误；脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，前者熔点较高，容易凝固，后者熔点较低，不容易凝固。动物脂肪含饱和脂肪酸，在常温下一般为固态，植物脂肪含不饱和脂肪酸，在常温下一般为液态，C正确；葡萄糖的呼吸熵＝1，脂肪的呼吸熵＜1。若某细胞的呼吸熵＜1，则此时该细胞的呼吸底物可能是脂肪和葡萄糖，D正确。
16.（2025·河北邯郸涉县一中期末）脲酶能催化尿素分解为NH3和CO2。如图为两种脲酶在不同pH条件下的相对酶活性（酶活性与酶最大活性的百分比）曲线。下列叙述正确的是（　　）
A.该实验的自变量是脲酶的种类和pH
B.两种脲酶的最适pH不同，最适温度也不同
C.在pH为7的反应体系中滴加NaOH并连续测定酶活性可得到图示曲线
D.两种脲酶能催化同一反应，说明脲酶不具有专一性
解析：A　结合题意和图示信息可知，该实验的自变量是pH和脲酶的种类，因变量是相对酶活性的变化，A正确；由曲线可知，刀豆种子的脲酶的最适pH在7.4左右，海洋细菌脲酶的最适pH在8.4左右，两种脲酶的最适pH不同，该实验中温度为无关变量，根据实验数据不能确定两种脲酶的最适温度，因此两种脲酶的最适温度可能相同，也可能不同，B错误；pH过高或过低都会使酶变性失活，因此不能在pH为7的反应体系中滴加NaOH并连续测定酶活性来得到图示曲线，应该设置不同的pH，分别测定酶活性来得到图示曲线，C错误；两种脲酶都能催化尿素的分解，即均能以尿素作为底物，据此可推测，两种脲酶的空间结构部分相同，但是脲酶不能催化其他底物的分解，因此脲酶仍然具有专一性，D错误。
17.（2025·辽宁沈阳二中月考）蛋白激酶 A（PKA）由两个调节亚基和两个催化亚基组成，其活性受cAMP（由腺苷酸环化酶催化ATP环化形成）调节（如图所示）。活化的PKA催化亚基能将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白质的活性。下列说法错误的是（　　）
A.调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含酶的活性位点
B.蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化的过程伴随着ATP的合成
C.腺苷酸环化酶催化的反应中，ATP的消耗与ADP的生成不平衡
D.cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出有活性的催化亚基
解析：B　据图分析：活化的调节亚基与非活化的催化亚基可在cAMP的作用下产生无活性的调节亚基和游离态、活化的催化亚基，说明调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含酶的活性位点，A正确；题意显示，活化的PKA催化亚基可将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白的活性，ATP上的磷酸基团转移的过程即是ATP的水解过程，B错误；腺苷酸激酶与细胞内ATP与ADP的平衡维持有关，但腺苷酸环化酶催化是ATP环化形成的过程，该过程ATP的消耗与ADP的生成不平衡，C正确；据图可知，cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出高活性的催化亚基，D正确。
18.（2024·江西宜春高一期中）鼠肝脏部分切除后修复的过程中，肝细胞在有氧条件下葡萄糖的代谢过程如图。下列说法正确的是（　　）
A.在有氧条件下，肝细胞可以同时进行有氧呼吸和无氧呼吸产生能量
B.过程②形成的五碳糖可用于合成脱氧核苷酸，并可作为合成RNA的原料
C.过程③产生的ATP可用于肝细胞主动吸收所需的营养物质
D.过程④的反应场所是线粒体基质，该过程既消耗水，也能产生水
解析：A　在有氧条件下，肝脏细胞可以同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸在三个阶段均有能量产生，无氧呼吸只在第一阶段产生能量，A正确；合成RNA所需的原料是核糖核苷酸而不是脱氧核苷酸，B错误；过程③为无氧呼吸第二阶段，无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，无氧呼吸第二阶段不产生ATP，C错误；过程④是有氧呼吸的第二、三阶段，反应场所是线粒体基质和线粒体内膜，D错误。
19.（2025·吉林长春外国语学校期末）龙血树在《本草纲目》中被誉为“活血圣药”，有消肿止痛、收敛止血的功效。图甲、乙为同一批龙血树分别在不同温度、光照强度下相关指标的变化曲线（其余条件均相同）（单位：mmol/cm2·h），下列说法正确的是（　　）
A.据图甲分析，温度为30 ℃和40 ℃时，叶绿体消耗CO2的速率不相等
B.图甲40 ℃条件下，若黑夜和白天时间相等，龙血树能正常生长
C.补充适量的矿质元素可能导致图乙中D点左移
D.若图乙是30 ℃下测得的结果，则图甲A点对应的光照强度为4 klx
解析：C　图甲中，CO2吸收速率表示净光合作用速率，CO2产生速率表示呼吸作用速率，叶绿体消耗的CO2量是指总光合作用量，根据总光合作用速率＝净光合作用速率＋呼吸作用速率，可知温度为30 ℃时，叶绿体消耗CO2的速率＝8＋2＝10（mmol·cm－2·h－l）；温度为40 ℃时，叶绿体消耗CO2的速率＝｜－5｜＋5＝10（mmol·cm－2·h－l），A错误；由图甲可知，40 ℃条件下，龙血树净光合速率和呼吸速率相等，若白天和黑夜时间相等，则有机物不会积累，植物不能生长，B错误；补充适量的无机盐可能使龙血树的光合作用速率增加，则光补偿点会降低，即D点左移，C正确；30 ℃如图乙中，呼吸速率为2，光饱和点4 klx时，总光合作用为10，当光照强度大于4 klx，总光合作用仍为10，而图甲30 ℃下，A点对应CO2吸收速率表示净光合作用速率为8，CO2产生速率表示呼吸作用速率为2，总光合速率为10，则图甲A点对应的光照强度为等于或大于4 klx，D错误。
二、非选择题（本题共5小题，共58分）
20.（10分）（2025·湖南长沙雅礼教育集团期末）某学习小组为探究温度对淀粉酶活性的影响设计了相关实验，其实验过程如下表所示，请分析回答问题：
步骤 操作 组别
1 2 3 4 5
1.分组 淀粉、淀粉 酶溶液 各2 mL
2.温度 处理等 ① 0 ℃ 20 ℃ 40 ℃ 60 ℃ 80 ℃
将相同温度的淀粉与淀粉酶 溶液混合均匀并开始计时 0 ℃ 20 ℃ 40 ℃ 60 ℃ 80 ℃
3.颜色 反应 0 min取反应液滴于多孔反应板 4滴
滴加盐酸 1滴
滴加碘液 1滴
4.重复颜色 反应 每隔1 min重复步骤3，直到与碘液颜色相近时停止实验，并记录此时的时间
说明：多孔反应板可以通过定时取样、滴加碘液和观察颜色来测定淀粉酶彻底催化淀粉水解所需的时间。
（1）本实验的无关变量有　pH、淀粉溶液的浓度和用量、淀粉酶的浓度和用量等　（至少写出两点）。
（2）表中①处的操作为　将各组的淀粉和淀粉酶溶液分别放在预设温度条件下处理3～5分钟　；步骤3中在滴加碘液之前滴加盐酸的目的是　盐酸可使淀粉酶变性失活，终止反应　。
（3）在常规实验中，高温下淀粉无法与碘液形成稳定的蓝色复合物，因此常见的处理办法是将各组试管都冷却至0 ℃后，再滴加碘液，但这样操作的弊端是　会改变自变量温度，影响实验结果　，
而加入盐酸和用多孔反应板进行颜色反应可以尽可能地规避这个问题。
解析：（1）实验过程中存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量；分析题干信息可知，本实验的无关变量是pH，淀粉酶的浓度和用量，反应时间。
（2）为了排除其他因素的干扰，表中①处的操作为将各组的淀粉和淀粉酶溶液分别放在预设温度条件下处理3～5分钟。由于强酸会导致蛋白质变性而使酶失活，步骤3中在滴加碘液之前滴加盐酸的目的是盐酸可使淀粉酶变性失活，终止反应。
（3）分析题干信息可知，本实验的自变量是温度，高温下淀粉无法与碘液形成稳定的蓝色复合物，因此常见的处理办法是将各组试管都冷却至0 ℃后，再滴加碘液。但这样操作会改变温度的变化，从而影响实验结果，而加入盐酸和用多孔反应板进行颜色反应恰好可以规避这个问题。
21.（13分）下面分别是真核细胞内呼吸作用的过程和“探究酵母菌细胞呼吸的方式”装置图，请据图回答：
（1）图一中①过程发生的场所是　细胞质基质　，图一中能产生ATP的过程有　①②③　（填序号）。其中X代表　O2　。
（2）花盆里的土壤板结后，需要及时松土，其目的是促进　①②③　（填序号）过程的进行，有利于植物对无机盐离子的吸收。
（3）图二甲装置中NaOH溶液的作用是　吸收空气中的CO2　。乙装置中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，其目的是　消耗掉瓶中原有的O2　。
（4）图二中的实验结束时，取少量酵母菌培养液A和培养液B，分别加入酸性的重铬酸钾溶液，其中B呈现　灰绿色　，说明该种呼吸方式的产物有　酒精　。
解析：（1）图一中①为有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段，发生在细胞质基质中。图一能产生ATP的过程有有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段（①），有氧呼吸第二阶段（②），有氧呼吸第三阶段（③）。其中X代表O2。
（2）花盆里的土壤板结后，需要及时松土，其目的是促进有氧呼吸（①②③）的进行，有利于植物对无机盐离子的吸收。
（3）图二甲装置中NaOH溶液的作用是吸收CO2，排除空气中的CO2对实验结果的干扰。乙装置中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，其目的是消耗掉瓶中原有的O2，以保证引起澄清石灰水变浑浊是由于无氧呼吸产生的CO2所致。
（4）图二中的实验结束时，取少量酵母菌培养液A和培养液B，分别加入酸性的重铬酸钾溶液，其中B因为进行的是无氧呼吸，产物为酒精，加入酸性的重铬酸钾溶液后呈现灰绿色。
22.（12分）（2025·天津耀华中学期末）为了进一步了解番茄的生理特征，某兴趣小组在一定浓度的CO2和适宜的温度（25 ℃）下，测定番茄在不同光照条件下的光合速率，结果如下表。据表中数据回答问题：
光合速率与呼吸速率相等时光照强度（klx） 光饱和时光照强度（klx） 光饱和时CO2吸收量/（mg·100 cm－2 叶·h－1） 黑暗条件下CO2释放量/（mg·100 cm－2叶·h－1）
3 9 32 8
（1）本实验的自变量是　光照强度　。当光照强度超过9 klx时，番茄光合速率不再增加，此时限制番茄光合作用的主要外界因素是　CO2浓度　。
（2）当光照强度为9 klx时，番茄的根细胞中能产生ATP的场所有　细胞质基质和线粒体　。当光照强度为3 klx时，番茄固定的CO2的量为　8　mg·100 cm－2叶·h－1；当光照强度为9 klx时，番茄固定的CO2的量为　40　mg·100 cm－2叶·h－1。
（3）下面图甲表示种植番茄的密闭大棚内，一昼夜空气中（CO2含量的变化情况。由图可知番茄开始进行光合作用的时间是　早于6点　（填“早于6点”“始于6点”或“晚于6点”）；BD段CO2相对含量显著下降，影响其变化的主要环境因素是　光照强度　；一天之中植物有机物积累量最多的时候是曲线中的　F　（填字母）点。
（4）图乙表示空气中CO2含量对番茄植株光合作用的影响，在X、Y对应的CO2含量下，叶绿体中NADPH 和ATP 的生成速率的关系为　X＜Y　（填“X＞Y”“X＝Y”或“X＜Y”）。
解析：（1）根据题干中“测定番茄在不同光照条件下的光合作用速率”可知，本实验的自变量是光照强度。当光照强度超过9 klx时，番茄光合作用速率不再增加，由于此结果是在适宜温度（25 ℃）条件下测定的，所以此时的外界限制因素主要是CO2浓度。
（2）光合作用和呼吸作用都能产生ATP，番茄的根细胞中没有叶绿体，当光照强度为9 klx时，番茄的根细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体。当光照强度为3 klx时，达到了光补偿点，番茄固定的CO2的量等于黑暗条件下CO2释放量，即8 mg·100 cm－2叶·h－1。光照强度为9 klx时，达到了光饱和点，番茄固定的CO2的量为光饱和时CO2吸收量与黑暗条件下CO2释放量之和，即40 mg·100 cm－2叶·h－1。
（3）据图分析，甲图中B、F点植物光合作用强度与呼吸作用强度相等，密闭大棚内CO2含量既不增加也不减少。所以番茄开始进行光合作用的时间是早于6点。BD段CO2相对含量显著下降，影响其变化的主要环境因素是光照强度。CO2含量降低表示番茄的净光合速率大于0，当CO2含量降低到F点之后，密闭大棚内CO2含量随即增加，净光合速率开始小于0，所以一天之中植物有机物积累量最多的时候是曲线中的F点。
（4）分析乙图，X对应的CO2含量低于Y，X对应的暗反应弱，影响光反应，所以X、Y对应的CO2含量下，叶绿体中NADPH和ATP的生成速率的关系为X＜Y。
23.（11分）（2025·河北衡水枣强中学月考）图甲为研究光照强度对某植物光合作用强度影响实验示意图，图乙表示其叶肉细胞气体交换情况，图丙表示光照强度与光合速率的关系，图丁表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内O2吸收和释放速率的变化示意图（单位：mg/h），A、B点对应时刻分别为6点和19点。请据图回答：
（1）14CO2进入叶绿体后，首先能检测到含14C的有机物是　C3（三碳化合物）　，该物质被还原成糖类需要光反应提供　ATP和NADPH　。若突然停止光照，则短时间内C3的含量将　增加　（填“增加”“减少”或“不变”），原因是　突然停止光照，则ATP和NADPH减少，则短时间内C3还原速率下降，而二氧化碳的固定速率基本不变　。
（2）图乙中暗反应的具体部位是　b叶绿体基质　（填字母和名称）。该反应中的能量变化是　ATP、NADPH中的活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能　。
（3）图丙中C点以后限制光合速率的主要因素是　CO2浓度、温度　（答出两点）。若曲线是在适宜条件下测得，再提高温度，B点将如何移动　右移　（左移；右移；不动；无法确定）。
（4）丁图中24小时内不进行光合作用的时段是　0～5和20～24　。
解析：（1）14CO2进入叶绿体后，首先与C5结合生成C3，因此首先能检测到含14C的有机物是C3（三碳化合物），该物质被还原成糖类需要光反应提供ATP和NADPH。若突然停止光照，则ATP和NADPH减少，则短时间内C3还原速率下降，而二氧化碳的固定速率基本不变，因而C3含量将“增加”。
（2）图乙中暗反应的具体部位是b叶绿体基质。该反应消耗ATP，将CO2还原成有机物，能量变化是ATP、NADPH中的活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能。
（3）图丙中C点以后光照强度不再是限制光合速率的因素，影响光合速率的主要因素是CO2浓度、温度。若曲线是在适宜条件下测得，若提高温度，则温度变得不适宜，光合速率下降，而呼吸速率通常会上升，所以要达到与呼吸速率相等的状态，则需要更强的光照强度，因此，B点将右移。
（4）图丁表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内O2吸收和释放速率的变化示意图。A、B点对应时刻分别为6点和19点，0～5只进行呼吸作用、5～6呼吸作用大于光合作用、6～19光合作用大于呼吸作用、19～20呼吸作用大于光合作用、20～24只进行呼吸作用。24小时内不进行光合作用时氧气的释放量会最小，吸收量最大，所以不进行光合作用的时段是0～5和20～24。
24.（12分）（2025·山东淄博实验中学月考）如图为某细胞内发生的生理过程，3-磷酸甘油酸、甘油酸-1，3-二磷酸、甘油醛-3-磷酸、核酮糖-5-磷酸、核酮糖-1，5-二磷酸是该过程中依次生成的重要化合物，请据图分析回答下列问题：
（1）该生理过程被称为　卡尔文　循环。能进行该过程的原核生物有　蓝细菌或硝化细菌　（写出一例即可）。
（2）RuBP是图中物质　核酮糖-1，5-二磷酸　的简称。①过程称作　CO2的固定　。上述过程中，消耗前一阶段提供的能量的过程有　②③⑤　。脱磷酸化的过程有　③④⑥　。
（3）通过对该过程分析发现，固定一分子CO2平均会消耗ATP和NADPH的分子数目分别是　3和2　。甘油酸-1，3-二磷酸和核酮糖-5-磷酸分别含有的碳原子数目是　3和5　。
（4）若想验证图中各种有机物依次出现的先后顺序，实验设计思路是　给该过程提供14C标记的CO2，追踪14C的去向，从而弄清14C在有机物中出现的先后顺序　。
解析：（1）图中显示，该过程是将CO2转化形成葡萄糖，该过程被称为卡尔文循环；卡尔文循环属于光合作用的一部分过程，能进行光合作用的原核生物有蓝细菌、硝化细菌等。
（2）光合作用的暗反应过程中CO2能与RuBP结合，图中CO2能与核酮糖-1，5-二磷酸结合，推测RuBP是图中物质核酮糖-1，5-二磷酸的简称；①过程（CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合形成3-磷酸甘油酸）称作CO2的固定；据图可知，②⑤消耗ATP水解产生的能量，③过程消耗NADPH提供的能量，因此题述过程中，消耗前一阶段提供的能量的过程有②③⑤；据图可知，④过程脱去Pi，③过程甘油酸-1，3-二磷酸也能脱去Pi形成甘油醛-3-磷酸，葡萄糖中不含P元素，⑥过程中甘油醛-3-磷酸转变形成葡萄糖需要脱去Pi，因此脱磷酸化的过程有③④⑥。
（3）据图可知，固定6分子的CO2需要消耗12＋6＝18分子的ATP，需要消耗12分子的NADPH，因此固定一分子CO2平均会消耗ATP和NADPH的分子数目分别是3和2；根据化合物命名原则可知，甘油酸-1，3-二磷酸和核酮糖-5-磷酸分别含有的碳原子数目是3和5。
（4）据图可知，CO2经过一系列过程形成3-磷酸甘油酸、甘油酸-1，3-二磷酸、甘油醛-3-磷酸、核酮糖-5-磷酸、核酮糖-1，5-二磷酸，最终形成葡萄糖，需要ATP和NADPH参与，因此提高CO2的浓度、适当提高温度提高酶的活性、补充矿质元素促进酶的合成、提高光照强度，提高ATP、NADPH的含量都能提高葡萄糖含量。同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律，通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程，因此若想验证图中各种有机物依次出现的先后顺序，实验设计思路是给该过程提供14C标记的CO2，追踪14C的去向，从而弄清14C在有机物中出现的先后顺序。
12 / 12第2课时　酶的特性
学习目标
1.通过构建温度、pH和底物浓度对酶促反应速率影响的模型，强化模型与建模能力。 2.通过探究“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”和“影响酶活性的条件”，发展科学探究能力。
知识点一　酶的高效性和专一性
1.酶具有高效性
（1）酶的高效性是指　与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用　更显著，催化效率更高。
（2）酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍，说明酶具有　高效性　。
（教材P81“相关信息”）目前已发现的酶有　8 000　多种，它们分别催化不同的化学反应。
2.酶具有专一性
（1）酶的专一性是指每一种酶只能催化　一种或一类　化学反应。而无机催化剂催化的化学反应范围比较广，如酸能催化蛋白质、　脂肪　和　淀粉　水解。
（2）实例：脲酶只能催化　尿素　分解。
（3）实验验证——淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
①实验原理：淀粉和蔗糖都是　非还原　糖。它们在酶的催化作用下都能水解成　还原糖　，还原糖能与　斐林试剂　反应，生成砖红色沉淀。
②实验设计
序号 操作步骤 1号试管 2号试管
1 注入质量分数为3％的可溶性淀粉溶液 2 mL —
2 注入质量分数为3％的蔗糖溶液 — 2 mL
3 注入质量分数为2％的新配制的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
4 轻轻振荡，保温5 min 60 ℃ 60 ℃
5 加斐林试剂，轻轻振荡 2 mL 2 mL
6 水浴加热 约2 min
7 观察溶液颜色 砖红色沉淀 蓝色
③实验结论：淀粉酶只能催化　淀粉　水解，而不能催化　蔗糖　水解， 酶具有　专一性　。
　（1）细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性有关。 （√）
（2）每一种酶只能催化一种或一类化学反应。（√）
（3）蛋白酶只能催化蛋白质的水解而不能催化淀粉的水解，这一现象体现了酶的专一性。 （√）
（4）二肽酶能催化多种二肽水解，不能说明酶具有专一性。 （×）
提示：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，也能说明其具有专一性。
（5）由于酶在化学反应前后性质和数量没改变，所以酶具有高效性。 （×）
提示：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，这说明酶具有高效性。
探究一｜分析酶的专一性实验
1.根据教材“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验，回答有关问题：
（1）该实验的自变量和因变量分别是什么？
提示：自变量是底物的种类；因变量是底物是否被淀粉酶水解。
（2）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的有无，而蔗糖无论是否被水解都不会使碘液变色。
（3）1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？你能从该实验得到什么结论？
提示：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
探究二|分析酶专一性模型和高效性与专一性的曲线
2.（教材P85“拓展应用T1”）建构理论模型（如图）解释酶的专一性及其原理。
（1）图中A表示　酶　，　B　表示被A催化的底物，　E、F　表示B被分解后产生的物质，　C、D　表示不能被A催化的物质。
（2）酶和被催化的反应物分子都有　特定的结构　。
3.如图分别表示酶高效性和专一性的曲线，请分析：
（1）根据图1，酶和无机催化剂相比，有什么共同点和不同点？
提示：酶和无机催化剂都只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点；与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
（2）根据图2分析：在反应物A中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，而加入酶B，反应速率和未加酶时相同，这说明什么？
提示：酶A能催化反应物A反应，酶B不能催化反应物A反应，这说明酶的作用具有专一性。
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，即通过对不同类型的催化剂（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
1.某课外兴趣小组用图示实验装置验证酶的高效性，两装置中的过氧化氢溶液的浓度与体积相同。下列有关叙述错误的是（　　）
A.两个装置所处的环境温度要相同，过氧化氢溶液要等量且不宜过多
B.需同时挤捏两支滴管的胶头，让肝脏研磨液和FeCl3溶液同时注入试管中
C.肝脏研磨液中的过氧化氢酶、FeCl3都可以提供该反应的活化能
D.左边移液管内红色液体上升的速度比右边快，但最终液面与右边等高
解析：C　过氧化氢的量属于无关变量，无关变量要保持相同且适宜，故两个装置中的过氧化氢溶液要等量且不宜过多，A正确；需同时挤捏两支滴管的胶头，让肝脏研磨液和FeCl3同时注入试管中的过氧化氢溶液中，保证催化剂同时起作用，B正确；新鲜肝脏中的过氧化氢酶、FeCl3都可以降低该化学反应的活化能，C错误；由于过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3，所以左边移液管内红色液体上升的速度比右边快，又因为过氧化氢的量相等，所以最终产生的氧气一样多，因此最终两侧移液管中的液面等高，D正确。
2.（教材P85“拓展应用T1”变式）如图为蔗糖酶作用机理示意图，甲表示蔗糖，乙表示麦芽糖。下列叙述正确的是（　　）
A.该图可说明蔗糖酶是蛋白质
B.图示过程能说明酶具有专一性和高效性
C.与甲结合的酶形状发生改变形成酶—底物复合物
D.丙是果糖，丁是葡萄糖
解析：C　据图无法判断酶的化学本质，A错误；图中显示蔗糖在蔗糖酶作用下发生水解，而麦芽糖在蔗糖酶作用下无法水解，体现酶的专一性，未体现高效性，B错误；酶与底物结合时，结构会有所改变，形成酶—底物复合物，C正确；据图分析可知，丙是葡萄糖，丁是果糖，D错误。
知识点二　酶的作用条件较温和
1.酶活性
（1）概念：酶　催化特定化学反应的能力　称为酶活性。
（2）表示方法：可用在一定条件下　酶所催化某一化学反应的速率　表示。
2.温度和pH对酶活性的影响
（1）酶活性受温度影响示意图（如图）
在一定条件下，酶活性最大时的温度称为该酶的　最适温度　。温度偏高或偏低，酶促反应速率都会　下降　。
【微思考】　人发烧时不想吃东西，原因是什么？
提示：体温升高导致消化酶活性降低，食物在消化道中消化缓慢。
（2）酶活性受pH影响示意图（如图）
在一定条件下，酶活性最大时的pH称为该酶的　最适pH　。pH偏高或偏低，酶促反应速率都会　下降　。
（3）过酸、过碱或温度过高时，酶失活的原因是　酶的空间结构遭到破坏　；酶制剂适宜在　低温　下保存的原因是　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会升高　。
（4）动物体内酶的最适pH大多在6.5～8.0，但胃蛋白酶的最适pH为　1.5　。
（教材P84“相关信息”）一般来说，动物体内的酶最适温度在　35～40 ℃　；植物体内的酶最适温度在　40～50 ℃　；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达　70 ℃　。动物体内的酶最适pH大多在　6.5～8.0　，但也有例外，如胃蛋白酶的最适pH为　1.5　；植物体内的酶最适pH大多为　4.5～6.5　。
3.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，除酶具有专一性外，还与　酶在细胞中的分布　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　细胞质基质和线粒体　内，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。
　（1）酶促反应速率既可以用反应物的消耗速率表示，也可以用产物的生成速率表示。（√）
（2）在测定胰蛋白酶活性时，将溶液的pH由2升到10的过程中，胰蛋白酶的活性将逐渐增强。 （×）
提示：胰蛋白酶在pH为2时，空间结构已遭到破坏，酶已经失活，因此升高pH，胰蛋白酶的活性不会发生变化。
（3）低温、高温、强酸、强碱条件下酶的活性都很低，且酶的空间结构都发生了不可逆的改变。（×）
（4）探究酶的最适pH，需要在酶的最适温度条件下进行。 （√）
（5）pH影响酶活性的实验中实验材料不选择淀粉，原因是酸能促进淀粉水解。 （√）
探究一｜探究温度对酶活性的影响
1.下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误。
实验一
序号 项目 试管
1 2
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL
3 温度 0 ℃ 90 ℃
4 相同温度下两溶液混合 混合液 混合液
5 斐林试剂 2 mL 2 mL
6 实验现象
错误：　　。
提示：缺少60 ℃的对照组，且不应选用斐林试剂作为检测试剂
实验二
序号 项目 试管
1 2 3
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
3 温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
4 碘液 2滴 2滴 2滴
5 实验现象
错误：　　。
提示：未对底物和酶进行保温处理就混合在一起
实验三
序号 项目 试管
1 2 3
1 过氧化氢溶液 5 mL 5 mL 5 mL
2 温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
3 过氧化氢酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
4 实验现象
错误：　　。
提示：不应选用过氧化氢溶液作为反应底物，因为高温条件下，会直接使底物分解加快，而不是通过影响酶的活性来影响底物的分解
2.如下表为探究pH对酶活性影响的实验操作步骤，分析回答有关问题：
　　　试管编号 步骤　　　 1 2 3
20％的肝脏研磨液 1 mL 1 mL 1 mL
蒸馏水 1 mL — —
0.01 mol/L的 氢氧化钠溶液 — 1 mL —
0.01 mol/L的盐酸溶液 — — 1 mL
3％的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
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。
（2）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。因为淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。
探究二｜探究pH对酶活性的影响
3.（教材P85“拓展应用T2”）如图甲、乙分别是底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响，请据图回答下列问题：
（1）图甲，在其他条件适宜、酶浓度一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度的改变怎样变化？
提示：在一定范围内，随着底物浓度的增大，酶促反应速率逐渐增大，当底物浓度达到一定值时，反应速率不再增大。
（2）分析图甲曲线不同区段限制酶促反应速率的因素。
提示：AB段限制因素是底物浓度；B点以后限制因素是酶浓度（酶数量）。
（3）在底物充足、其他条件适宜的情况下，图乙中酶促反应速率随酶浓度如何变化？
提示：反应速率随酶浓度的增加而增大。
1.用“梯度法”探究温度、pH对酶活性影响实验的设计思路
设计实验时需设置一系列不同温度（或pH）的实验组进行相互对照，最后根据实验现象得出结论。酶促反应所需时间最短的一组对应的温度（或pH）最接近最适温度（或pH）。相邻组间的差值（即梯度）越小，测定的最适温度（或pH）就越精确。
2.温度和pH共同作用对酶活性的影响
（1）反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。
（2）反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。
3.（教材P82～83“探究·实践”）下列有关酶特性的实验设计中，最科学、严谨的一项是（　　）
选项 实验目的 实验设计
A 验证酶的 催化作用 具有高效性 实验组：2 mL 3％的H2O2溶液＋1 mL过氧化氢酶，保温5 min后观察 对照组：2 mL 3％的H2O2溶液＋1 mL蒸馏水，保温5 min后观察
B 验证酶的 催化作用 具有专一性 实验组：2 mL 3％的可溶性淀粉溶液＋1 mL新鲜唾液，保温5 min后碘液检验 对照组：2 mL 3％的蔗糖溶液＋1 mL新鲜唾液，保温5 min后碘液检验
选项 实验目的 实验设计
C 探究酶作用 的适宜温度 5 mL 3％的可溶性淀粉溶液＋2 mL新鲜唾液＋碘液，每隔5 min将溶液温度升高10度，观察溶液颜色变化
D 验证pH对 酶催化速率 的影响 向三支试管分别加入1 mL不同pH的缓冲液，再依次加入1 mL过氧化氢酶、2 mL 3％的过氧化氢酶溶液，观察各试管中气泡产生情况
解析：D　酶的高效性是和无机催化剂相比，因此实验的对照组的蒸馏水应换成FeCl3溶液才合理，A错误；验证酶的专一性，实验需要鉴定淀粉和蔗糖是否被唾液淀粉酶分解，用碘液只能检测淀粉的存在，而无法检测蔗糖溶液是否被分解，B错误；探究酶作用的适宜温度，应取多支试管分别置于多个一定温度梯度水浴锅中5 min后，相应温度混合后再保温5 min，最后观察比较颜色变化，C错误；验证pH对酶的催化速率的影响的实验中，pH为自变量，因此实验需要首先设置不同的pH环境，再加入过氧化氢酶，使酶在没发挥作用之前先经受不同pH的影响，再催化底物反应，D正确。
4.（教材P85“拓展应用T2”变式）如图曲线b表示在最适温度和pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是（　　）
A.增大pH，重复该实验，A、B点位置都不变
B.酶量增加后，图示反应速率可用曲线a表示
C.反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
D.B点后，升高温度，酶活性增加，曲线将呈现曲线c所示变化
解析：C　增大pH，酶活性会下降，重复该实验，甲和乙浓度下的反应速率下降，A、B点均会下降，A错误；酶量增加后，酶促反应速率会加快，图示反应速率可用曲线c表示，B错误；AB段随着底物浓度的增大，反应速率加快，说明反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素，C正确；B点后，升高温度，酶活性下降，不会呈现曲线c所示变化，D错误。
课堂小结
1.过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应，这说明（　　）
A.酶具有高效性 B.酶具有专一性
C.酶具有稳定性 D.酶的作用条件较温和
解析：B　酶具有专一性，即一种酶只能催化一种或一类化学反应，不能催化其他类型的反应。
2.（教材P84“图5－2”）如图表示酶活性受温度影响的曲线，错误的是（　　）
A.b点表示酶的最大活性
B.图中a和c点酶的结构相同
C.d点表示该酶的最适温度
D.同一种酶在不同的温度下可以有相同的催化
解析：B　b点的酶促反应速率最快，说明此时该酶的活性最大，A正确；a点代表低温，c点代表高温，高温会破坏酶的结构，低温只是抑制酶活性，不会改变酶的空间结构，B错误；酶活性最高时所对应的温度为酶的最适温度，d点时酶促反应速率最大，酶活性最高，C正确；同一种酶在不同的温度下可能具有相同的催化效率，如a点和c点对应的温度下酶的催化效率相同，D正确。
3.图甲、图乙分别为影响酶促反应的相关因素和底物浓度与反应速率关系的曲线图，已知酶的竞争性抑制剂可以和底物竞争与酶结合的位点，非竞争性抑制剂可以改变酶的空间结构，其中，图乙中的曲线a为无抑制剂时的反应速率。下列相关叙述错误的是（　　）
A.在图甲中，影响曲线2的因素是温度，影响曲线3的因素是pH
B.图甲的曲线1中，B点时增加底物浓度不会对反应速率产生影响
C.图甲的曲线1中，在A点之前加入酶的竞争性抑制剂，会使曲线1变为图乙中的曲线b
D.可以利用图甲曲线2中的C点和曲线3中的F点对应的条件，对酶进行保存
解析：D　高温、过酸、过碱都会使酶因空间结构发生改变而永久失活，据此可推知：在图甲中，影响曲线2的因素是温度，影响曲线3的因素是pH，A正确；图甲的曲线1可以表示底物浓度对酶促反应的影响，在B点时限制反应速率的因素是酶的浓度等，所以在B点时增加底物浓度不会对反应速率产生影响，B正确；依题意可知，非竞争性抑制剂能改变酶的空间结构，使酶不能与底物结合，从而使酶失去催化活性；竞争性抑制剂可以和底物竞争与酶结合的位点，从而降低酶对底物的催化效应，因此图乙中的曲线b表示竞争性抑制剂存在时的作用效果，曲线c表示非竞争性抑制剂对反应速率影响的作用效果。图甲的曲线1中，在A点之前限制反应速率的因素是底物浓度，加入酶的竞争性抑制剂后，会导致与酶分子结合的底物分子的数量减少，酶促反应速率下降，会使曲线1变为图乙中的曲线b，C正确；图甲曲线2中的C点对应的是低温条件，曲线3中的F点对应的pH呈现强酸性、I点对应的pH为最适pH，酶应在最适pH、低温条件下保存，D错误。
4.（2025·山东省青岛市第二中学高一12月月考）图1和图2是某兴趣小组通过实验探究H2O2分解的条件而绘制的曲线图，图3表示该实验小组研究温度影响麦芽糖酶活性的实验。请回答下列问题：
（1）酶起催化作用的原理是　降低化学反应的活化能　。图1和图2所代表的实验中，实验的自变量依次为　催化剂种类和反应时间、H2O2浓度　。
（2）由图1可以得出的实验结论是过氧化氢酶具有的特性是　高效性　。图2酶促反应中限制ab段和bc段O2产生速率的主要因素分别是　H2O2浓度、过氧化氢酶量（浓度）　。
（3）该兴趣小组还根据图3做了关于温度影响麦芽糖酶活性的实验，探究经过t4温度处理的酶，当温度降低到t3时，其活性是否可以恢复到较高水平。关于变量的设置：取3支试管，分别编号为A、B、C，各加入适宜浓度的该酶溶液1 mL；A和B作为对照组应分别在温度为　t3、t4　的水浴装置中保温适宜时间，C作为实验组的处理为　　　先在温度为t4的水浴装置中保温适宜时间，后在温度为t3的水浴装置中保温适宜时间　。
解析：（1）酶起催化作用的原理是能降低化学反应的活化能。这两个实验是探究过氧化氢在不同条件下的分解情况，由图1可知，两条曲线的形成是加入的催化剂的种类不同，图2是酶促反应速率随底物浓度的变化而变化的曲线，所以图1、图2所代表的实验中，实验自变量依次为催化剂的种类和反应时间、H2O2浓度。
（2）依据图1可知，加入过氧化氢酶比加入FeCl3提前达到反应的平衡点，这说明过氧化氢酶具有高效性。图2中ab段，随着过氧化氢浓度的增大，O2产生速率也不断增大，说明过氧化氢浓度是限制ab段O2产生速率的主要因素；bc段，O2产生速率不再随过氧化氢浓度的增大而增大，过氧化氢的浓度不再是限制因素，此时的主要限制因素为过氧化氢酶数量（浓度）。
（3）实验目的是探究经过t4温度处理的酶，当温度降低到t3时，其活性是否可以恢复到较高水平，根据实验目的，实验需分为三组，一组温度设定在t3，一组温度设定在t4，一组温度应从t4降到t3。因此A和B作为对照组应分别在温度为t3、t4的水浴装置中保温适宜时间，C作为实验组的处理为先在温度为t4的水浴装置中保温适宜时间，后在温度为t3的水浴装置中保温适宜时间。
一、概念梳理必记
1.酶的特性包括高效性、专一性和作用条件较温和。
2.细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。
3.许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应，但酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
4.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会升高。酶制剂适宜在低温下保存。
5.在探究温度对酶活性的影响实验中，底物和酶溶液应先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。
二、长句表达必明
1.（教材P84“正文”）高温、过酸、过碱等条件下，酶失活后即使给予适宜的条件，活性仍不能够恢复正常，原因是高温、过酸、过碱等条件都会导致酶空间结构被破坏，使酶永久失活。
2.（教材P84“相关信息”）唾液淀粉酶随食物进入胃内就会失活，原因是唾液淀粉酶的最适pH为6.8，而胃液呈强酸性。
知识点一　酶的特性
1.淀粉在淀粉酶的作用下可以分解生成麦芽糖。某兴趣小组在适宜的温度和pH条件下进行了相关实验，测得麦芽糖的生成量如图中曲线b所示。根据图分析，曲线a、曲线c的产生原因可能分别是（　　）
A.提高温度、降低温度
B.降低温度、升高pH
C.增加淀粉含量、提高温度
D.增加淀粉酶含量、降低pH
解析：D　曲线b表示在适宜条件下，淀粉被淀粉酶分解产生麦芽糖的量随时间的变化情况。曲线a的反应速率更快，可能是由于增加了淀粉酶的含量。曲线c表示条件从适宜到不适宜的变化情况，可能是由于温度或pH的升高或降低。综上所述，D正确，A、B、C错误。
2.（2025·广东茂名一中等六校高一12月联考）荔枝采后非常容易褐变，一般在采后24 h就会开始褐变，严重影响荔枝品质与经济价值。荔枝果皮褐变原因之一为酶促褐变。酶促褐变的原因主要是荔枝中丰富的酚类物质与多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）反应生成棕褐色物质，导致褐变。下列说法错误的是（　　）
A.荔枝运输过程中要注意温度和pH的控制
B.推测采后酶促褐变所需活化能比采摘前低
C.用冰块保鲜的原理是低温破坏酶的空间结构
D.多酚氧化酶和过氧化物酶具有专一性
解析：C　温度和pH影响多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）的活性，故荔枝运输过程中要注意温度和pH的控制，A正确；荔枝采后非常容易褐变，即多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）的活性变高，酶具有降低反应所需活化能的作用，故可推测采后酶促褐变所需活化能比采摘前低，B正确；用冰块保鲜的原理是低温降低酶的活性，并不会改变酶的空间结构，C错误；酶具有专一性，故多酚氧化酶和过氧化物酶具有专一性，D正确。
3.（2025·吉林市松花江中学高一11月月考）酶在生产生活中发挥着重要作用。图甲为蔗糖酶催化反应过程模式图，图乙是唾液淀粉酶酶促反应速率的变化曲线。下列相关叙述正确的是（　　）
A.图甲中代表酶分子的是②
B.酶的化学本质是有机物，即蛋白质
C.图乙中与b点相比，限制a点和d点反应速率的因素不同
D.理论上若分别在pH为5、7、9时测定酶的最适温度，得到的结果不同
解析：C　图甲为酶催化反应过程模式图，酶在化学反应前后性质不变，故图中代表酶分子的是①，A错误；酶的化学本质是有机物，大部分是蛋白质，少部分是RNA，B错误；据图乙分析，与b点相比，限制d点（两者的温度相同）反应速率的因素是pH的不同，限制a点反应速率的因素是温度，限制a点和d点反应速率的因素不同，C正确；理论上，不同pH不影响酶的最适温度，故若分别在pH为5、7、9时测定酶的最适温度，得到的结果是相同的，D错误。
知识点二　影响酶活性的条件
4.如表所列实验材料及试剂的选择能达到实验目的的是（　　）
选项 实验目的 主要实验材料及试剂
A 酶具有催化作用 蛋白质溶液、蛋白酶、蒸馏水、双缩脲试剂
B 酶具有高效性 过氧化氢溶液、过氧化氢酶、氯化铁
C 酶具有专一性 淀粉、蔗糖、淀粉酶、碘液
D 温度影响酶的活性 淀粉、淀粉酶、斐林试剂
解析：B　蛋白酶的化学本质是蛋白质，所以无论其是否催化蛋白质水解，最终溶液都会呈现出紫色，A错误；与氯化铁相比，过氧化氢酶对过氧化氢的分解速率更快，能够体现酶具有高效性，B正确；碘液只能检测淀粉是否水解，不能检测蔗糖是否水解，因此碘液不能作为验证酶的专一性试剂，C错误；使用斐林试剂时，需要经过水浴加热过程，故不能用它作为温度影响酶的活性的检测试剂，D错误。
5.植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解，可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37 ℃、不同pH下的相对活性，结果如表所示。下列叙述正确的是（　　）
　 　pH 酶　 3 5 7 9 11
M 0.7 1.0 1.0 1.0 0.6
L 0.5 1.0 0.5 0.2 0.1
A.在37 ℃时，两种酶的最适pH均为3
B.在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性不变
C.从37 ℃上升至95 ℃，两种酶在pH为5时仍有较高活性
D.在37 ℃、pH为3～11时，M更适于制作肉类嫩化剂
解析：D　根据表格数据可知，在37 ℃时，M的适宜pH为5～9，而N的适宜pH为5左右，A错误；酶适宜在低温条件下保存，在37 ℃长时间放置后，两种酶的活性会发生改变，B错误；酶发挥作用需要适宜的温度，高温会导致酶变性失活，因此从37 ℃上升至95 ℃，两种酶在pH为5时都已经失活，C错误；在37 ℃、pH为3～11时，M比N的相对活性高，因此M更适于制作肉类嫩化剂，D正确。
知识点三　酶促反应相关曲线分析
6.（2025·河南省名校大联考高一12月月考）如图表示不同条件下，某种酶促反应速率的变化情况，据图分析，下列说法正确的是（　　）
A.该实验的自变量是温度，因变量是反应速率
B.反应速率保持不变后，产物含量仍在不断增加
C.t1时，随温度升高该酶促反应速率先升高后降低
D.反应后期，反应速率不变的原因是酶已被消耗完
解析：B　分析图表信息可知，横轴表示时间，纵轴表示反应速率，而不同的曲线代表不同的温度条件，因此本实验的自变量为反应时间和温度，因变量为反应速率，A错误；反应速率保持不变，并不意味着反应已经停止，实际上，只要反应物还有剩余，反应就会继续进行，产物的含量就会继续增加，只是在这个阶段，反应速率已经达到了一个稳定的状态，不再随时间发生显著变化，产物含量仍在不断增加，B正确；据图可知，t1时，70 ℃时反应速率最高，60 ℃时次之，50 ℃时再次之，40 ℃时反应速率最低，即随温度升高该酶促反应速率也升高，C错误；反应后期反应速率不变的原因并不是酶已被消耗完，实际上，在酶促反应中，酶作为催化剂在反应前后是不变的（即酶的质量或数量在反应过程中保持不变），反应速率不变的原因更可能是反应物已经被大量消耗或反应达到了一个动态平衡的状态，D错误。
7.下列是利用某种酶进行实验绘制的曲线，相关叙述正确的是（　　）
A.图①中酶在低温条件下酶活性很低的原因是低温破坏了酶的空间结构
B.图②实线可表示其他条件不变而增加酶浓度时，底物浓度与反应速率的关系
C.图③曲线对应的实验无关变量有pH、温度等，可说明无机盐在一定程度上可通过影响酶的活性进而影响细胞代谢
D.图④曲线可以用同一试管通过改变溶液的pH进行实验获得
解析：C　低温下酶的空间结构稳定，但低温能使分子运动减弱，从而使酶和底物结合率降低，表现为酶活性降低，A错误；图②虚线可表示其他条件不变而增加酶浓度时，底物浓度与反应速率的关系，B错误；图③曲线对应的实验无关变量有pH、温度等，可说明无机盐在一定程度上可通过影响酶的活性进而影响细胞代谢，C正确；图④曲线表示pH对酶活性的影响，如果在同一试管中仅改变pH，酶在过酸或过碱条件下，酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。因此由低到高升高pH或由高到低降低pH，酶的活性不变，测得的反应速率应是一条和横轴重叠的直线，D错误。
8.酶抑制剂有竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂两种类型，作用机理如甲图所示。叶酸是某些细菌生长所必需的物质，由叶酸合成酶催化对氨基苯甲酸转化而来，磺胺类药物作为酶抑制剂可结合叶酸合成酶，抑制叶酸的合成（乙图），起到杀菌的作用。下列说法正确的是（　　）
A.甲图中，竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温抑制酶活性的机理相同
B.根据甲图可知，竞争性抑制剂与底物结构相似，竞争酶的活性位点
C.磺胺类药物最可能是叶酸合成酶的非竞争性抑制剂
D.促进细菌吸收对氨基苯甲酸，可增强磺胺类药物的杀菌作用
解析：B　由图甲可知，竞争性抑制剂与底物竞争与酶的同一活性中心结合，从而干扰了酶与底物的结合，而高温破坏了酶的空间结构，故两者作用机理不同，A错误；根据甲图可知，竞争性抑制剂与底物结构相似，竞争酶的活性位点，B正确；图乙显示，存在磺胺类药物时，增大对氨基苯甲酸的浓度，也能达到相同的最大反应速率，可推知磺胺类药物最可能是叶酸合成酶的竞争性抑制剂，C错误；高浓度的对氨基苯甲酸有利于叶酸的合成，因此可通过抑制细菌吸收对氨基苯甲酸来增强磺胺类药物的杀菌作用，D错误。
9.如图是某课外活动小组探究酶活性影响因素时绘制的实验结果图。下列有关叙述正确的是（　　）
A.pH为3时酶的活性大于pH为9时酶的活性
B.实验的自变量是1 h后淀粉剩余量，因变量是pH
C.应先将各组的淀粉溶液和淀粉酶溶液的pH调到设定数值后再混匀
D.1 h后若将pH为13的试管的pH调至7，则其淀粉剩余量迅速下降
解析：C　酸能催化淀粉水解，pH为3时在酶和酸的共同作用下淀粉水解量与pH为9时酶单独作用时的淀粉水解量相同，可见pH为3时酶的活性小于pH为9时酶的活性，A错误；根据实验结果可知，本实验的自变量是pH，因变量是1 h后淀粉剩余量，B错误；本实验的目的是探究不同pH条件下淀粉酶对淀粉的分解作用的实验结果，实验时应先将各组的淀粉溶液和淀粉酶溶液的pH调到设定数值后再混匀，C正确；pH为13时，酶已经失活，因此再将pH调至7时，反应速率不变，即淀粉剩余量基本不变，D错误。
10.图甲和图乙为两个与酶相关的坐标曲线。回答下列问题：
（1）据图甲可知，120 min时酶促反应速率为　0　。欲提高图甲中120 min时生成物的量，应　增加底物的量　。
（2）图乙中所画曲线存在的不当之处为　低温下酶的活性不是0　。如果该酶是人体中的某种酶，t3为　最适温度　。t5温度下酶活性为0的原因是　　温度过高，导致酶的空间结构被破坏而变性失活　　　。
（3）茶叶细胞中含有多种酚类物质，多酚氧化酶可以将无色的酚类物质氧化成褐色。为了减少绿茶制作中发生褐变，科研人员探究三种绿茶褐变抑制剂对多酚氧化酶活性的影响，结果如图丙所示（没有使用酶抑制剂时酶的活性为100％）。
①该实验的自变量是　　绿茶褐变抑制剂的种类、浓度　　 　，多酚氧化酶的活性可以用　单位时间内催化酚类物质的数量　表示。
②如果制作茶叶过程中要求尽量少用褐变抑制剂，则最好选择　抗坏血酸VC　（试剂）。据图可知，　0.10％的柠檬酸　处理方式对多酚氧化酶活性的抑制效果最佳。
解析：（1）据图甲可知，120 min时，生成物的量不再增加，说明底物被完全消耗完，此时酶促反应速率为0；欲提高图甲中120 min时生成物的量，应增加底物的量。
（2）低温可以抑制酶的活性，但不会导致酶变性失活，故图乙中所画曲线存在的不当之处为低温时酶活性不能为0；如果该酶是人体中的某种酶，t3为该酶对应的最适温度；由于高温会破坏酶的空间结构而导致其变性失活，故t5温度下酶活性为0。
（3）①科研人员探究三种绿茶褐变抑制剂对多酚氧化酶活性的影响，结合图示可知，该实验的自变量是绿茶褐变抑制剂的种类、浓度；多酚氧化酶的活性可以用单位时间内催化酚类物质的数量表示。②如果制作茶叶过程中要求尽量少用褐变抑制剂，则应选择浓度最低的0.02％，该浓度下抗坏血酸VC处理的酶活性最低；据图可知，0.10％的柠檬酸处理方式对多酚氧化酶活性最低，说明此浓度下的抑制效果最佳，是防止褐变的最佳处理方式。
15 / 16第1课时　细胞呼吸的方式与有氧呼吸
学习目标
1.通过“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验，体验实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论。 2.对比分析有氧呼吸的三个阶段，理解细胞呼吸的实质。 3.利用结构与功能观分析线粒体结构与细胞呼吸的关系。
知识点一　探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验原理
2.实验步骤
（1）配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为5％的　葡萄糖溶液　。
（2）安装实验装置：
【微思考】　A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。
（3）酵母菌细胞呼吸产物检测
①检测CO2的产生：用澄清石灰水或　溴麝香草酚蓝溶液　。
②检测酒精的产生：从A、B锥形瓶各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5 mL溶有0.1 g　重铬酸钾　的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。
3.实验现象
条件 澄清石灰水的变化/出现变化的速度 重铬酸钾—浓硫酸溶液的变化
甲组 （有氧） 变浑浊/快 1号试管：无颜色变化
乙组 （无氧） 变浑浊/慢 2号试管：　出现灰绿色　
（教材P91“参考资料”）检测酒精的产生时，由于　葡萄糖　也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的　葡萄糖　。
4.实验结论
（1）酵母菌在　有氧和无氧　条件下都能进行细胞呼吸。
（2）细胞呼吸产物
①有氧条件：产生　大量CO2　。
②无氧条件：产生　酒精和少量CO2　。
　（1）配制酵母菌培养液时，葡萄糖溶液煮沸后，即可加入新鲜食用酵母。 （×）
（2）只检测有无CO2产生即可确定酵母菌细胞呼吸的方式。 （×）
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均产生CO2。
（3）橙色的重铬酸钾溶液在碱性条件下遇酒精变为灰绿色。 （×）
（4）将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖，这将更有利于酒精的检测。 （√）
提示：由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
探究|分析探究酵母菌细胞呼吸方式实验过程和结果
如图甲～丁是探究酵母菌细胞呼吸方式实验中的几套装置，回答有关问题：
（1）有氧条件下的装置连接顺序为　丙→甲→乙　；无氧条件下的装置连接顺序为　丁→乙　。
（2）结合对实验材料的选择和处理，探讨以下问题：
①配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？
提示：新鲜的酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。
②为什么要将葡萄糖溶液煮沸，且冷却到常温后方可加入新鲜的酵母菌？
提示：煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧，冷却到常温的目的是防止高温杀死酵母菌。
（3）图丙中质量分数为10％的NaOH溶液的作用是什么？
提示：NaOH与空气中的CO2反应生成Na2CO3和H2O，保证了通入酵母菌培养液的气体中不含CO2，避免对实验结果造成干扰。
（4）丁瓶装好后，要过一段时间再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，这是为什么？
提示：丁瓶封口后，锥形瓶内的空气中有氧，酵母菌开始进行有氧呼吸，也产生CO2，所以要过一段时间，等丁瓶中的氧气消耗完以后，再将产生的气体通入澄清石灰水，保证通入澄清石灰水中的是无氧呼吸产生的CO2。
（5）本实验的自变量、因变量和无关变量分别是什么？
提示：自变量是O2的有无，因变量为是否有CO2和酒精的产生，无关变量为影响实验结果的可变因素（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等）。
酵母菌呼吸方式探究实验注意事项
（1）进行实验前必须检验装置的气密性，否则会因细胞呼吸产生的CO2不能全部通入澄清的石灰水中导致实验失败。
（2）酒精检测时，是将酸性重铬酸钾溶液滴加至取出的部分酵母菌培养液滤液中，不是滴加至全部的酵母菌培养液滤液中。
（3）该实验中有氧条件和无氧条件两组均为实验组，是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O2的有无对CO2和酒精产生情况的影响，这种方法叫作对比实验，也叫相互对照实验。
1.关于“探究酵母菌细胞的呼吸方式”的实验，下列说法正确的是（　　）
A.实验要在黑暗条件下进行，防止产生氧气对呼吸作用造成影响
B.因酵母菌是异养兼性厌氧菌，所以才能成功完成两个对比实验
C.为了使酵母菌有充足的氧气，需要向酵母菌培养液中直接通入空气
D.如果产生的气体使澄清石灰水变浑浊，则酵母菌只进行有氧呼吸
解析：B　酵母菌细胞不进行光合作用，不会产生O2，故该实验无须在黑暗条件下进行，A错误；因酵母菌是异养兼性厌氧菌，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，所以才能成功完成两个对比实验，B正确；在有氧呼吸的装置中，应先将空气通入NaOH溶液中，除去空气中的CO2，避免对实验结果的干扰，C错误；无论是有氧呼吸，还是无氧呼吸，酵母菌都能产生二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，D错误。
2.（教材P91“装置图”）从图中选取装置，用于探究酵母菌细胞呼吸方式，正确的组合是（　　）
注：箭头表示气流方向
A.⑤→⑧→⑦和⑥→③ B.⑧→①→③和②→③
C.⑤→⑧→③和④→⑦ D.⑧→⑤→③和⑥→⑦
解析：B　酵母菌属于异养兼性厌氧型生物，既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸。进行有氧呼吸时，先用NaOH去除空气中的CO2，再将空气通入酵母菌培养液，最后连接澄清石灰水检测CO2的生成，通气体的管子要注意应该长进短出，装置组合是⑧→①→③；无氧呼吸装置是直接将酵母菌培养液与澄清石灰水相连，装酵母菌溶液的瓶子不能太满，以免溢出，装置组合是②→③，B正确，A、C、D错误。
知识点二　有氧呼吸
1.线粒体的结构和功能
（1）写出图中序号代表的结构名称：
①　线粒体外膜　；②　嵴　；
③　线粒体内膜　；④　线粒体基质　。
（2）与有氧呼吸有关的酶分布在：　③④　（填图中序号）。
（3）线粒体的功能：进行有氧呼吸的　主要场所　。
提醒：真核细胞的有氧呼吸必须有线粒体参与，原核细胞无线粒体也能进行有氧呼吸（如蓝细菌、醋酸杆菌等）。
【微思考】　线粒体的结构是怎样增大其内膜膜面积的？
提示：内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。
2.有氧呼吸
（1）有氧呼吸最常利用的物质是　葡萄糖　，其化学反应式可以简写成：　C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量　。
（2）过程：可概括地分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的　酶　催化。
　（教材P93“相关信息”）[H]是一种十分简化的表示方式。这一产生[H]的过程主要是指　氧化型辅酶Ⅰ（NAD＋）　转化成　还原型辅酶Ⅰ（NADH）　。
（3）概念：指细胞在　氧　的参与下，通过　多种酶　的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生　二氧化碳和水　，释放能量，生成大量　ATP　的过程。
（4）有氧呼吸与有机物在体外燃烧的不同特点
①有氧呼吸过程　温和　。
②有氧呼吸进行时有机物中的能量经过一系列的化学反应　逐步释放　。
③有氧呼吸释放的能量有相当一部分储存在　ATP　中。
1.（教材P93“思考·讨论”）有氧呼吸过程中的能量转化
2.试分析有氧呼吸过程中能量逐级释放对于生物体来说具有什么意义？
提示：保证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。
　（1）真核细胞都能进行有氧呼吸。 （×）
提示：真核细胞不一定都进行有氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞。
（2）有氧呼吸全部在线粒体中进行。 （×）
提示：有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中进行。
（3）有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。 （√）
（4）氧气作为反应物参与有氧呼吸的第二、三阶段。 （×）
提示：氧气参与有氧呼吸的第三阶段。
（5）有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。 （×）
提示：有氧呼吸的第二阶段消耗水，第三阶段产生水。
探究｜分析有氧呼吸过程及物质和能量转化
1.请根据资料和所学知识回答下列问题。
资料1　科学家提取了新鲜的动物肝脏组织，研磨离心后获取了细胞质基质（作为A组）和线粒体（作为B组）以及细胞匀浆（其中既有细胞质基质又有线粒体，作为C组）。分别向三组材料中加入等量的葡萄糖，检测葡萄糖含量的变化，实验结果如图。
A组 细胞质基质 加入等量 葡萄糖
B组 线粒体
C组 细胞匀浆
（1）请根据资料1，推测有氧呼吸的场所在哪里。
提示：葡萄糖可以在细胞质基质中分解；葡萄糖不能在线粒体中直接分解；线粒体促进了葡萄糖的分解。
资料2　细胞质基质中的一种小分子物质——NAD＋（氧化型辅酶Ⅰ），实际上是电子和氢离子的载体，能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的氢离子和电子结合，形成NADH（还原型辅酶Ⅰ）。NADH在后续的反应中还会解离出电子和氢离子，使得电子和氢离子能够继续用于后续的反应。而NAD＋则可以重新结合新的电子和氢离子。由于NADH携带了电子和氢离子，因此具有较强的还原性，通常可以把它简化为[H]。
（2）请根据资料2，完善下面有氧呼吸第一阶段图解。
资料3　有氧呼吸第二阶段图解
（3）请结合资料3，完善下面有氧呼吸第二阶段的简化图解。
资料4　线粒体内膜两侧有H＋浓度差；有一种能破坏这种浓度差的药物，可以使线粒体产生大量热量，也消耗氧气，但不生成ATP。
（4）请结合资料4，分析O2的消耗和ATP的生成是否为同一个化学反应。
提示：题述资料说明O2的消耗和ATP的生成是两个过程，H＋浓度可能起到将两个过程连接起来的作用。
资料5　有氧呼吸的第三阶段的反应主要有两方面：
一方面，前两个阶段产生的[H]在线粒体基质分离为电子和氢离子，电子在线粒体内膜的蛋白复合体之间进行传递，传递过程中将氢离子由线粒体基质泵入膜间隙，使得膜间隙的氢离子浓度更高，电子失去能量后与氢离子和氧气结合生成了水；另一方面，氢离子顺着浓度梯度又由膜间隙流回到线粒体基质，同时推动ATP合成酶合成ATP。
（5）请结合资料5，完善有氧呼吸第三阶段反应的简化图解。
2.写出有氧呼吸总反应方程式，并标注反应物葡萄糖、氧气和水中的氧的去向。
提示：
1.有氧呼吸过程中物质和能量的变化
（1）各反应物参与的阶段：葡萄糖参与第一阶段，H2O参与第二阶段，O2参与第三阶段。
（2）各生成物产生的阶段：[H]在第一、二阶段产生，CO2在第二阶段产生，H2O在第三阶段产生。
（3）能量变化的特点：三个阶段都产生能量，但大量的能量在第三阶段产生。
2.有氧呼吸中[H]和ATP的来源和去路
物质 来源 去路
[H] C6H12O6和H2O 与O2结合生成水
ATP 三个阶段都产生 用于各项生命活动
3.有氧呼吸总反应式剖析
3.（教材P93“图5－9”变式）如图为有氧呼吸过程示意图，请据图回答下列问题。
（1）写出长方框内1、2、3所依次代表的物质名称：　丙酮酸　、　H2O　、　CO2　。
（2）依次填出椭圆框内4、5、6所代表的能量的多少　少　、　少　、　多　。
（3）有氧呼吸的主要场所是　线粒体　，进入该场所的呼吸底物是　丙酮酸　。
（4）用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是　葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳　。
4.图中①～③表示一种细胞器的部分结构。下列相关叙述错误的是（　　）
A.该细胞器在动植物细胞中一般都有，并且能够产生ATP
B.①②分布的蛋白质有所不同，②上有有氧呼吸酶分布
C.有氧呼吸第一阶段发生在③
D.②、③分别是消耗O2、产生CO2的场所
解析：C　图示细胞器为线粒体，在动植物细胞中一般都有，是细胞有氧呼吸的主要场所，能够产生ATP，A正确；①是线粒体外膜，②是线粒体内膜，线粒体外膜和内膜功能不同，所以分布的蛋白质有所不同，线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，其上有与有氧呼吸相关的酶，B正确；有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质，C错误；②是线粒体内膜，消耗O2，和[H]生成水，③是线粒体基质，在该场所丙酮酸和水反应生成CO2，D正确。
课堂小结
1.在有氧呼吸过程中，O2参与和CO2生成的过程分别在（　　）
A.第一阶段和第二阶段 B.第三阶段和第二阶段
C.第三阶段和第一阶段 D.第二阶段和第一阶段
解析：B　在有氧呼吸过程中，CO2生成的过程是在第二阶段，水与丙酮酸反应生成CO2和[H]；生成水分子是在第三阶段，[H]与O2反应生成水。故选B。
2.（教材P91“装置图”）某小组欲探究酵母菌在有氧、无氧条件下是否均能产生CO2，提供的实验装置如图，且每套均有数个。下列相关叙述正确的是（　　）
A.有氧条件下的装置序号可以是①③②
B.该实验的观测指标为澄清石灰水变浑浊的程度
C.无氧条件下的装置序号为④②
D.还可用酸性重铬酸钾溶液做本实验的检验试剂
解析：C　空气中的CO2对实验结果有干扰，欲探究酵母菌在有氧条件下能否产生CO2，可将空气通过③装置，使空气中的CO2被吸收，除去CO2的空气通过①装置中的长管为酵母菌有氧呼吸提供O2，①装置中的短管是气体进入②装置的通道，A错误；该实验的目的是探究酵母菌在有氧、无氧条件下是否均能产生CO2，再结合题图可知，观测指标为澄清石灰水是否变浑浊，B错误；④装置可为酵母菌呼吸提供无氧环境，④装置中的玻璃管是气体进入②装置的通道，C正确；CO2还可以用溴麝香草酚蓝溶液来检验，酸性重铬酸钾溶液是用来检测酒精的，D错误。
3.（教材P93“相关信息”）研究发现，菜粉蝶幼虫细胞中NADH脱氢酶（一种催化[H]与氧反应的酶）对广泛存在于植物根部中的鱼藤酮十分敏感，鱼藤酮易与NADH脱氢酶与辅酶Q之间的某一成分发生作用。生产上常利用鱼藤酮来防治菜粉蝶幼虫。下列说法错误的是（　　）
A.可用双缩脲试剂或蛋白酶鉴定NADH脱氢酶的化学本质
B.鱼藤酮会抑制农作物的有氧呼吸并对其产生毒害作用
C.NADH脱氢酶分布在菜粉蝶细胞的线粒体内膜上
D.鱼藤酮发生作用后会降低菜粉蝶幼虫体内的ATP水平
解析：B　NADH脱氢酶的化学本质为蛋白质，可用双缩脲试剂或蛋白酶鉴定NADH脱氢酶的化学本质，A正确；鱼藤酮广泛存在于植物的根中，说明其对农作物是没有害处的，B错误；NADH脱氢酶是一种催化[H]与氧反应的酶，属于有氧呼吸的第三阶段，主要分布在线粒体内膜上，C正确；呼吸产生ATP，鱼藤酮影响呼吸，会降低幼虫体内的ATP水平，D正确。
4.以下是某细胞有氧呼吸过程简图，A、B表示相关物质，请据图回答：
（1）有氧呼吸发生的主要场所是　线粒体　（填细胞器名称）。
（2）图中A物质是　CO2　，B物质是　O2　。
（3）图中释放能量最多的是第　三　阶段。
（4）在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，若检测到酒精的生成，说明酵母菌进行了　无氧呼吸　（填“有氧呼吸”或“无氧呼吸”）；检测酒精时应选择的试剂是　①　（填下列序号）。
①重铬酸钾溶液　②澄清石灰水　③双缩脲试剂
解析：（1）线粒体是有氧呼吸发生的主要场所。
（2）分析题图，图中A是CO2，B是O2。
（3）有氧呼吸第三阶段释放的能量最多。
（4）在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，若检测到酒精的生成，说明酵母菌进行了无氧呼吸；检测酒精时应选择的试剂是酸性重铬酸钾溶液。故选①。
一、概念梳理必记
1.呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
2.酵母菌是一类单细胞真菌，代谢类型为兼性厌氧型。
3.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的实验。
4.有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
5.有氧呼吸的反应式：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。
6.有氧呼吸的三个阶段发生的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。
二、长句表达必明
1.线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其在结构上与功能相适应的特点有：①线粒体具有内、外两层膜，内膜向内折叠形成嵴，扩大了内膜的表面积；②线粒体的内膜和基质中含有许多与有氧呼吸有关的酶。
2.在真核生物中，糖类（葡萄糖）必须分解成丙酮酸后才能进入线粒体进行有氧呼吸的第二、三阶段的原因可能是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）。
知识点一　探究酵母菌细胞呼吸的方式
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.重铬酸钾溶液显示灰绿色，检测酒精前需使用浓硫酸酸化
B.检测酒精时，需用试管从酵母菌培养液中取样后进行检测
C.二氧化碳属于酸性气体，可使澄清石灰水变浑浊，有氧呼吸实验澄清石灰水变浑浊速度比无氧呼吸实验快
D.溴麝香草酚蓝溶液为蓝色，接触二氧化碳气体时转变为绿色，持续接触二氧化碳气体时转变为黄色
解析：A　重铬酸钾溶液显示橙色，检测酒精前需使用浓硫酸酸化，A错误；检测酒精时，需用试管从酵母菌培养液中取样后进行检测，B正确；二氧化碳属于酸性气体，可使澄清石灰水变浑浊，由于有氧呼吸实验产生二氧化碳更快、更多，故有氧呼吸实验澄清石灰水变浑浊速度比无氧呼吸实验快，C正确；溴麝香草酚蓝溶液为蓝色，接触二氧化碳气体时转变为绿色，持续接触二氧化碳气体时转变为黄色，D正确。
2.（2025·吉林长春外国语学校月考）图示装置可用来探究微生物的呼吸方式，以下说法错误的是（　　）
A.若用这两套装置探究酵母菌的呼吸方式，这样的实验叫对照实验
B.该实验可以用澄清石灰水或者溴麝香草酚蓝溶液检测CO2的产生情况
C.B瓶应封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的C瓶
D.B瓶中的溶液可使酸性重铬酸钾呈现灰绿色
解析：A　若用这两套装置探究酵母菌的呼吸方式，来探究氧气对实验对象的影响，都是实验组，属于对比实验，A错误；CO2能使澄清的石灰水变浑浊或使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，所以该实验可以用澄清的石灰水或者溴麝香草酚蓝溶液检测CO2的产生情况，B正确；图中B瓶应封口放置一段时间后再连通盛有澄清石灰水的C锥形瓶，以保证引起澄清石灰水变浑浊是由无氧呼吸产生的二氧化碳所致，C正确；B瓶中进行无氧呼吸可以产生酒精，酒精能使酸性重铬酸钾呈现灰绿色，D正确。
知识点二　有氧呼吸
3.如图为线粒体的结构示意图，其中不可能发生的反应是（　　）
A.②处产生CO2
B.①处产生ATP
C.②处产生[H]
D.③处发生[H]与O2的结合反应
解析：B　①为线粒体内外膜的间隙，不产生ATP，B符合题意；在②线粒体基质中完成有氧呼吸第二阶段，产生CO2和[H]，释放少量能量，A、C不符合题意；③为线粒体内膜，完成有氧呼吸第三阶段，[H]与O2结合形成水，释放大量能量，D不符合题意。
4.如图表示葡萄糖在细胞内氧化分解的某一途径，①②③表示过程，X、Y表示物质。下列判断错误的是（　　）
A.X是丙酮酸
B.②过程必须有CO2参与
C.③过程必须有O2参与
D.Y是H2O
解析：B　图中X为有氧呼吸第一阶段的产物——丙酮酸，A正确；②过程为有氧呼吸第二阶段，该过程必须有H2O的参与，但没有CO2的参与，而是有CO2的生成，B错误；③过程为有氧呼吸第三阶段，该过程必须有O2参与，C正确；Y是有氧呼吸第三阶段的产物——H2O，D正确。
5.（2025·武清区天和城实验中学月考）如图表示绿色植物细胞内部分物质的转化过程，下列有关叙述错误的是（　　）
A.物质①②依次是 H2O 和 O2
B.图中所示过程在有光无光条件下都能进行
C.用 18O 标记葡萄糖，则产物水中会很快检测到大量的放射性
D.真核细胞中，发生过程②的场所是线粒体内膜
解析：C　有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应生成CO2和[H]，物质①是H2O；有氧呼吸第三阶段是O2和[H]反应生成水，物质②是O2，A正确；图示过程表示有氧呼吸，与光照条件无关，即有光无光均可进行，B正确；同位素18O不具有放射性，C错误；真核细胞中，过程②是有氧呼吸第三阶段，有氧呼吸第三阶段的场所是线粒体内膜，D正确。
6.（2025·安徽毛钽厂实验中学月考）在细胞有氧呼吸过程中，2，4-二硝基苯酚（DNP）能抑制ATP合成过程，但对水的生成没有影响。据此推测，DNP起作用时（　　）
A.主要在线粒体基质中发挥作用
B.不会影响有氧呼吸的第一阶段
C.不会影响K＋进入植物的叶肉细胞
D.葡萄糖氧化分解时散失的热能增加
解析：D　2，4-二硝基苯酚（DNP）能抑制ATP合成过程，线粒体内膜上合成ATP的量最多，故DNP主要在线粒体内膜中发挥作用，A错误；有氧呼吸的第一阶段会有少量ATP的合成，DNP能抑制ATP合成过程，所以DNP会影响有氧呼吸的第一阶段，B错误；K＋进入植物的叶肉细胞的方式是主动运输，需要ATP，所以DNP对其有影响，C错误；在细胞有氧呼吸过程中，2，4-二硝基苯酚（DNP）能抑制ATP合成过程，但对水的生成没有影响，故不影响糖类氧化分解释放能量的过程，DNP作用于肌细胞时，线粒体内膜上不能将能量转化为ATP，故散失的热能将增加，D正确。
7.（2025·内蒙古赤峰期末）图示为细胞有氧呼吸的流程图，下列相关叙述正确的是（　　）
A.硝化细菌是原核生物无线粒体，因此不能进行有氧呼吸
B.阶段④属于有氧呼吸的第二阶段，发生于线粒体基质
C.丙酮酸等中间产物可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质
D.物质[H]为NADPH，与O2结合生成H2O，释放大量的能量
解析：C　硝化细菌虽然是原核生物无线粒体，但它含有与有氧呼吸相关的酶，能进行有氧呼吸，A错误；阶段④是[H]与氧气结合生成水，属于有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜，B错误；丙酮酸等中间产物可以通过转氨基作用转化为甘油、氨基酸等非糖物质，C正确；物质[H]为NADH，不是NADPH，与O2结合生成H2O，释放大量的能量，D错误。
8.线粒体外膜分布着孔蛋白构成的通道蛋白，丙酮酸可以经此通道通过。而线粒体内膜通透性低，丙酮酸需通过与H＋协同运输的方式由膜间隙进入线粒体基质，如图所示。下列叙述不正确的是（　　）
A.线粒体外膜蛋白质含量低于线粒体内膜
B.丙酮酸穿过线粒体外膜时经过的通道蛋白具有特异性
C.丙酮酸经内膜进入线粒体基质后被彻底分解为二氧化碳和水
D.抑制质子泵的活性会影响线粒体内膜对丙酮酸的运输速率
解析：C　线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，其上附着有多种酶，因此线粒体内膜的蛋白质含量大于线粒体外膜，A正确；通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，故通道蛋白具有特异性，B正确；丙酮酸进入线粒体基质后被彻底分解为二氧化碳和[H]，C错误；抑制质子泵的活性会影响H＋进入膜间隙，从而影响线粒体内膜对丙酮酸的运输速率，D正确。
9.（2025·陕西榆林期末）细胞呼吸过程中，丙酮酸进入线粒体后，被丙酮酸脱氢酶（PDH）催化生成二氧化碳和NADH。PDH的活性受代谢物和可逆磷酸化的双重调节。丙酮酸可抑制PDH激酶活性，而NADH则可抑制PDH磷酸酯酶活性，调节机制如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.丙酮酸的分解过程发生在线粒体内膜上
B.丙酮酸和NADH的作用效果均是使PDH失活
C.丙酮酸可促进ATP末端的磷酸基团移至PDH
D.去磷酸化可导致PDH空间结构发生改变从而恢复PDH活性
解析：D　丙酮酸分解过程发生在线粒体基质中，A错误；丙酮酸可抑制PDH激酶活性，维持PDH活性状态，而NADH则可抑制PDH磷酸酯酶活性，使PDH失活，B错误；丙酮酸可抑制PDH激酶活性，而ATP水解过程需要PDH激酶的催化，同时伴随着ATP末端的磷酸基团移至PDH，可见丙酮酸可抑制ATP末端的磷酸基团移至PDH，C错误；PDH去磷酸化会恢复活性，即PDH去磷酸化过程引起的其空间结构发生的改变会导致其活性恢复，D正确。
10.（2025·哈尔滨哈三中月考）电子传递链是一系列电子载体按照对电子的亲和力逐渐升高的顺序组成的电子传递系统，其所有组成成分都嵌合于生物膜中。如图是细胞呼吸过程中电子传递链的部分示意图。下列说法不正确的是（　　）
A.图示生物膜可能是线粒体内膜
B.图示过程发生于有氧呼吸第三阶段
C.图中膜蛋白参与了物质运输和能量转换
D.图示中产物水中的氢均来自丙酮酸的分解和参与反应的水
解析：D　图示生物膜进行电子传递链过程，且[H]与O2反应生成水，属于有氧呼吸第三阶段，此过程发生在真核生物的线粒体内膜上，A、B正确；由图可知，图中膜蛋白参与了物质运输（H＋的运输）和能量转换（ATP的形成），C正确；图示中的H＋来自葡萄糖的分解、丙酮酸的分解和参与反应的水，D错误。
11.（2025·天津蓟州期末）氰化物是一类带有氰基（—CN）的化合物，有剧毒，人体微量摄入即有致命风险。实际上，氰化物广泛存在于生物界，许多植物可合成氰化物。请结合图中信息，回答下列问题。
（1）氰化物可抑制位于　线粒体内膜　（具体部位）的复合体Ⅳ的活性（图1），使其不能将电子传递给氧气，导致第一、二阶段产生的　[H]（或NADH）　无法与氧气结合生成水。
（2）氰化物对植物自身不会产生毒害，原因之一是氰化物储存在成熟植物细胞体积最大的细胞器——　液泡　中，原因之二是植物存在一种交替氧化酶（AOX），可将电子传递给氧气，这一机制称为“抗氰呼吸”（如图2），抗氰呼吸产生的ATP比较　少　，释放的热能比较多。
（3）玉兰等植物需要通过挥发性物质吸引昆虫传粉。在开花时花器官中通过“抗氰呼吸”增加产热，一方面可促进花序的发育，另一方面促进　挥发物质挥发　，吸引昆虫传粉。
解析：（1）由图1可知，复合体Ⅳ上发生的化学反应的反应物为氧气，生成物为水，故复合体Ⅳ上发生的化学反应为有氧呼吸第三阶段，而有氧呼吸第三阶段的场所为线粒体内膜，因此氰化物可抑制位于线粒体内膜的复合体Ⅳ的活性，使其不能将电子传递给氧气，导致第一、二阶段产生的[H]（NADH）无法与氧气结合生成水，无法利用氧气产生大量ATP，进而影响正常生命活动。
（2）氰化物对植物自身不会产生毒害，原因之一是氰化物储存在成熟植物细胞的液泡中，原因之二是植物存在一种交替氧化酶（AOX），可将电子传递给氧气，这一机制称为“抗氰呼吸”，可使自身不会产生毒害作用，使有氧呼吸第三阶段能够进行，[H]和氧气结合生成水，但该过程中消耗的电子量减少，因而产生的ATP比较少，更多的能量以热能形式释放。
（3）玉兰等植物开花时花器官通过“抗氰呼吸”产热，一方面抗氰呼吸可促进花序的发育，另一方面抗氰呼吸过程中产生的热量较多，有利于促使挥发物质挥发，吸引昆虫传粉。
14 / 151.概念理解（判断正误）
（1）酶是活细胞合成的具有调节作用的有机物。 （×）
（2）酶发挥完作用后会立即被灭活。 （×）
（3）酶使化学反应加快，主要原因是酶能降低化学反应的活化能。 （√）
（4）应在低温、pH呈酸性的条件下保存酶试剂。（×）
（5）高温处理后的酶都能与双缩脲试剂反应。 （×）
提示：绝大多数酶为蛋白质，高温处理后，酶的肽键并未被破坏，所以还能与双缩脲试剂反应；少数酶为RNA，不能与双缩脲试剂反应。
（6）酶的活性不可以用酶催化化学反应速率表示。 （×）
（7）温度和pH由低到高的变化过程均可使酶的活性增强。 （×）
（8）淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。（×）
（9）ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 （√）
（10）一个ATP分子水解掉2个磷酸基团后，可以作为构成DNA的基本单位之一。（×）
（11）线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP。 （×）
（12）细胞中ATP—ADP循环速度很快，细胞内ATP的含量能够维持在相对稳定的水平。 （√）
（13）原核生物细胞无线粒体，不能进行有氧呼吸。 （×）
（14）根据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酒精的产生情况。（×）
（15）橙色的重铬酸钾溶液，在碱性条件下与酒精发生化学反应，变成黄绿色。 （×）
（16）无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。 （×）
提示：无氧呼吸的第一阶段产生[H]，第二阶段消耗[H]，该过程无[H]积累。
（17）人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。 （√）
（18）有氧呼吸过程中，葡萄糖进入线粒体分解成丙酮酸。 （×）
（19）马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生。 （×）
（20）人体肌肉细胞无氧呼吸所产生的乳酸被运至肾脏再生成葡萄糖。 （×）
（21）植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。 （×）
提示：叶绿体中叶绿素的含量多于类胡萝卜素，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以植物叶片呈现绿色。
（22）光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 （×）
提示：叶绿体中吸收光能的四种色素分布在类囊体薄膜上，在叶绿体基粒和基质中都有与光合作用有关的酶。
（23）分离色素的原理是色素易溶于有机溶剂。 （×）
提示：分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高，随层析液在滤纸上的扩散速度越快。
（24）在研钵中加入CaCO3可提高光合色素的溶解度，加入SiO2可以防止色素被破坏。 （×）
（25）只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。 （×）
提示：在暗反应不能进行时，因缺少ADP、Pi和NADP＋，光反应也会停止。
（26）NADPH是氢的载体，在光反应中由NADP＋、H＋和e－产生，作为暗反应的还原剂。 （√）
（27）光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。 （×）
提示：ATP在类囊体薄膜上产生，移动方向是从类囊体薄膜到叶绿体基质。
（28）14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→（14CH2O）。 （×）
提示：转移途径为：14CO214C3（14CH2O）。
（29）温室条件下，通过增施农家肥可以提高作物对有机物的吸收。 （×）
（30）夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 （×）
提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔部分关闭，CO2吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。
（31）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，其叶绿体内CO2的固定立即停止。 （×）
提示：光反应停止后，光反应产生的NADPH和ATP仍可被暗反应利用一段时间，叶绿体内的CO2的固定不会立即停止。
（32）土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类。 （√）
2.思维表达（长句书写）
（1）茶叶细胞中存在多种酚类物质，多酚氧化酶可以将无色的酚类物质氧化成褐色。请回答下列问题：
①生物体内各项生理活动的进行几乎都需要酶的催化，酶的作用机理是　降低化学反应的活化能　。
②绿茶的品质特点是“绿叶、绿汤”，在制作过程中用高温炒制，防止其褐变。其原理是　高温使多酚氧化酶变性失活，不能将无色的酚类物质氧化成褐色　。
③为减少绿茶制作过程中发生褐变，科研人员探究褐变抑制剂对多酚氧化酶活性的影响，其中褐变抑制剂用磷酸盐缓冲液配制而成，结果如图所示。
本实验的自变量是　抑制剂类型及浓度　，对照组中应加入　磷酸盐缓冲液　、等量的底物溶液和酶溶液，在适宜的条件下测出最大酶活性。据图分析，　0.10％的柠檬酸　处理方式对多酚氧化酶活性的抑制效果最佳。
（2）自制腊肉往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对腊肉含细菌的多少进行检测。某科研小组利用不同条件对荧光素酶处理后，测定酶浓度与发光强度间的关系如图所示。其中高浓度盐溶液经稀释后酶活性可以恢复，高温和Hg2＋处理后酶活性不可恢复。
若要达到最大发光强度且节省荧光素酶的用量，可以使用　Mg2＋　处理荧光素酶，理由是　用Mg2＋处理荧光素酶后，在较低荧光素酶浓度下就能达到较高发光强度　；
Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为　Hg2＋破坏了酶的空间结构　。
（3）如图是蚕豆种子萌发过程呼吸状态的变化，细胞呼吸强度受外界条件和内部因素的共同影响，请结合如图分析：
①第Ⅰ阶段CO2释放量迅速上升的主要原因是　种子吸水后呼吸酶活性增强　。
②第Ⅲ阶段CO2释放量再次急剧上升的主要原因：胚根突破种皮后　氧气供应增多（胚细胞接触氧气增多或胚细胞中线粒体数量增多等）　。（写出1个合理原因）
（4）图1和图2分别是某植物叶肉细胞中有氧呼吸和光合作用中的电子传递链。请据图回答问题：
①图1对应的膜是　线粒体内膜　，这是　有氧呼吸第三阶段　的场所。图2对应的膜是　（叶绿体）类囊体薄膜　，造成膜内H＋浓度高于膜外的原因有　水的光解　、　膜外消耗一部分H＋（或膜外NADP＋＋H＋＋2e－→NADPH）　和膜外的H＋被主动运输到膜内。
②分析图2可知，最初提供电子的化合物是　H2O　，O2从产生到被利用至少通过　5　层生物膜。
（5）在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
①该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率　不相等　（填“相等”或“不相等”），原因是　温度a和c时的呼吸速率不相等　。
②在温度为d时，该植物体的干重会减少，原因是　温度为d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体的干重减少　。
③温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是　温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低　。（答出一点即可）
④通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在　光合速率和呼吸速率差值　最大时的温度。
一、酶的作用、本质与特性
【真题1】　（2024·河北高考2题）下列关于酶的叙述，正确的是（　　）
A.作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物
B.胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存
C.醋酸杆菌中与发酵产酸相关的酶，分布于其线粒体内膜上
D.从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶
解析：D　作为生物催化剂，酶的作用反应物可以是无机物，A错误；应在低温和最适pH条件下保存酶，B错误；醋酸杆菌为原核生物，无线粒体，C错误；牛、羊等草食类动物的肠道中含有能产生纤维素酶的微生物，能将纤维素分解成葡萄糖，供草食类动物吸收，因此，从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶，D正确。
【教材溯源】
（1）酶的化学本质不同于无机催化剂。一般来说，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。（见教材P81“正文”）
（2）过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。脲酶除了催化尿素分解，对其他化学反应也不起作用。每一种酶只能催化一种或一类化学反应。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。 （见教材P82“正文”）
（3）过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。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会升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。 （见教材P84“正文”）
二、细胞呼吸的过程
【真题2】　（2024·安徽高考3题）细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1（PFK1）是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是（　　）
A.在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B.PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活
C.ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D.运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快
解析：D　细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要一系列酶促反应即需要多种酶参与，而磷酸果糖激酶1（PFK1）是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡，说明PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有其活性，B错误；由题意可知，ATP/AMP浓度比变化，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。
【教材溯源】
有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化（图5－9）。
第一个阶段是，1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量的[H]，并且释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。
第二个阶段是，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧直接参与，是在线粒体基质中进行的。
第三个阶段是，上述两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。（见教材P92～93“正文”）
三、细胞呼吸原理在生产和生活中的应用
【真题3】　（2024·甘肃高考3题）梅兰竹菊为花中四君子，很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护，养护不当会影响花卉的生长，如兰花会因浇水过多而死亡，关于此现象，下列叙述错误的是（　　）
A.根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足
B.根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足
C.浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸
D.根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加
解析：B　大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关的过程，这些过程需要根系细胞呼吸产生的能量，浇水过多会导致根系呼吸产生的能量减少，使养分吸收所需的能量不足，A正确；根系吸收水分是被动运输，不消耗能量，B错误；浇水过多使土壤含氧量减少，抑制了根系细胞的有氧呼吸，但促进了无氧呼吸的进行，C正确；根系细胞无氧呼吸的整个过程都发生在细胞质基质中，会产生酒精或乳酸等有害物质，D正确。
【教材溯源】
细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。生活中，馒头、面包、泡菜等许多传统食品的制作，现代发酵工业生产青霉素、味精等产品，都建立在对微生物细胞呼吸原理利用的基础上。在农业生产上，人们采取的很多措施也与调节呼吸作用的强度有关。例如，中耕松土、适时排水，就是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长；在储藏果实、蔬菜时，往往需要采取降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗。 （见教材P95“正文”）
四、捕获光能的色素
【真题4】　（2024·贵州高考3题）为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法（一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比）分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是（　　）
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
解析：D　提取光合色素时加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确；由于不同色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，这是纸层析法，B正确；不同光合色素颜色不同，因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异，叶绿素多使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素增多使叶片呈黄色，C正确；叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。
【教材溯源】
（1）绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 （见教材P98“探究·实践”）
（2）实验结果表明：叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光（图5－12）。这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。 （见教材P99“正文”）
五、光合作用的原理
【真题5】　（2023·天津高考9题）如图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是（　　）
A.物质X通过提高有氧呼吸水平促进HC进入细胞质基质
B.HC利用通道蛋白从细胞质基质进入叶绿体基质
C.水光解产生的H＋提高类囊体腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质
D.光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水环境
解析：B　光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成，因此物质X可通过提高有氧呼吸水平促进HC进入细胞质基质，A正确；HC进入叶绿体基质也需要线粒体产生的ATP供能，属于主动运输，通道蛋白只能参与协助扩散，B错误；据图可知，光反应中水光解产生的H＋促进HC进入类囊体，并与HC在类囊体腔内反应产生CO2，因此能提高类囊体腔CO2水平，C正确；据图可知，光反应生成的物质X（O2）促进线粒体的有氧呼吸，产生更多的ATP，有利于HC进入叶绿体基质，产生CO2，保证了暗反应的CO2供应，D正确。
【教材溯源】
教材模型解读（见教材P103“图5－14”）
六、光合作用原理的应用
【真题6】　（2024·福建高考11题）叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系，科研人员将大豆叶片分为两组，A组不处理，B组用壳梭孢素处理，将两组叶片从黑暗中转移到光照下，测定光合速率，结果如图所示。
下列分析正确的是（　　）
A.0 min时，A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度
B.30 min时，B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组
C.30 min时，限制A组光合速率的主要因素是光照时间
D.与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更长
解析：B　题图横坐标是光照时间，在0 min之前，A和B两组已经黑暗了一段时间，而二者不是相同条件，B组已经用壳梭孢素处理，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放，所以B组和A组胞间CO2浓度不相等，A错误；30 min时，B组的光合速率相对值高于A组，叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组，B正确；30 min时，限制A组光合速率的主要因素是气孔开放度，随着光照时间增加，A组光合速率相对值不再改变，限制因素不再是光照时间，C错误；由题意可知叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。B组达到最高平衡点用的光照时间比A组短，与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更短，D错误。
【教材溯源】
根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——水、CO2，动力——光能，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。例如，环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响CO2的供应量而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成和结构的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶活性的因素（如温度），也是影响因子。 （见教材P105“正文”）
重点模型解读
（1）光照强度对光合作用强度的影响
（2）CO2 浓度对光合作用强度的影响
真题拆解重组练
1.水直接参与了有氧呼吸过程中丙酮酸的生成。 （2024·江西高考）（×）
提示：丙酮酸的生成属于有氧呼吸第一阶段，没有水的参与。
2.光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上。 （2024·江西高考）（√）
3.干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少。 （2024·新课标卷）（√）
1.（2025·山东德州一中月考）嚼馒头时会感觉有甜味，那是因为唾液淀粉酶将淀粉分解成了麦芽糖。下列有关酶的说法，错误的是（　　）
A.麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度高
B.酶的作用条件较温和，过酸过碱会破坏它的结构
C.唾液淀粉酶具有专一性的原因是它降低活化能的作用更显著
D.唾液淀粉酶既可作为淀粉水解的催化剂，又可作为蛋白酶催化的反应底物
解析：C　一般而言，植物体内酶的最适温度高于动物，故麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度高，A正确；酶的作用条件较温和，过酸过碱会使酶的空间结构遭到破坏，使其失活，B正确；唾液淀粉酶具有高效性的原因是它降低活化能的作用更显著，C错误；唾液淀粉酶的本质是蛋白质，所以唾液淀粉酶既可作为淀粉水解的催化剂，又可作为蛋白酶催化的反应底物，D正确。
2.（2025·黑龙江鸡西期中）如图表示酶促反应速率与温度的关系，下列叙述正确的是（　　）
A.温度在t2时比t1时更适合酶的保存
B.当温度为t2时，该反应的活化能最高
C.酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重
D.当反应物浓度提高时，t2纵轴对应的数值可能会增加
解析：D　温度在t2时，反应速率最大，说明该温度最适宜酶发挥催化作用，酶的保存应在低温下，因此温度在t1时比t2时更适合酶的保存，A错误；当温度为t2时，反应速率达到最大，说明此时酶活性最强，降低化学反应活化能的效果最显著，B错误；高温时会破坏酶的空间结构，温度越高，酶的空间结构破坏越厉害，低温条件下酶的活性受到抑制，因此，酶的空间结构在t3时破坏更严重，C错误；底物浓度增加，反应速率会加快，因此，当反应物浓度提高时，t2纵轴对应的数值可能会增加，D正确。
3.（2025·河南荥阳高级中学月考）细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。下列叙述错误的是（　　）
A.用透气的消毒纱布包扎伤口，是为了促进伤口细胞的有氧呼吸
B.储藏水果可通过降低温度和氧气含量，减少有机物的消耗
C.提倡有氧运动，可避免肌细胞进行无氧呼吸产生乳酸引起身体不适
D.稻田及时排水，可避免根部细胞无氧呼吸产生酒精造成烂根
解析：A　用透气的消毒纱布包扎伤口，是为了抑制厌氧细菌繁殖，A错误；储藏水果需要减少有机物的消耗，低温可以抑制呼吸相关酶的活性，而降低氧气含量，可以降低呼吸速率，B正确；肌细胞可以进行无氧呼吸产生乳酸，提倡有氧运动，可避免肌细胞进行无氧呼吸产生乳酸引起身体不适，C正确；植物淹水条件下可以进行无氧呼吸——乙醇发酵产生酒精而造成烂根，故稻田应及时排水，D正确。
4.（2023·江苏高考12题）下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（　　）
A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间
解析：B　提取叶绿体中的色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但也会使滤液细线过粗，从而在分离中出现色素带重叠的现象，B正确；该实验只能定性分析色素的种类及溶解度等，无法准确测定滤液中各种色素的含量，C错误；花青素是水溶性色素，不可通过该实验中的有机溶剂提取，D错误。
5.（2025·江西丰城中学开学考试）如图表示温度对某植株光合速率与呼吸速率的影响。据图分析，下列叙述错误的是（　　）
A.35 ℃光下，该植株与外界的氧气交换量大于0
B.50 ℃光下，该植株依然能进行光合作用和呼吸作用
C.45 ℃光下，该植株叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
D.该实验结果不能反映该植株呼吸酶的最适温度
解析：C　光照下放氧速率表示净光合速率，黑暗下吸氧速率表示呼吸速率。35 ℃光下，该植株净光合速率＞0→该植株产生的O2一部分进入线粒体，一部分释放到细胞外，A正确；50 ℃光下，该植株净光合速率的绝对值＜呼吸速率→该条件下该植株依然能进行光合作用和呼吸作用，B正确；45 ℃光下，该植株的净光合速率为0，植株的叶肉细胞能进行光合作用，但根细胞等不能进行光合作用，因此对于叶肉细胞而言，光合速率＞呼吸速率，C错误；图示实验温度范围内，随着温度的升高，呼吸速率一直升高，因此该实验结果不能反映该植物呼吸酶的最适温度，D正确。
6.（2025·福建莆田一中期中）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（　　）
A.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
B.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
解析：D　对植物细胞而言，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，A正确；黑暗条件下由于叶绿素合成受阻，类胡萝卜素的颜色显现出来，故生长的植物幼苗叶片呈黄色，B正确；由于类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；通常，红外光和紫外光不可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用，D错误。
7.（2025·黑龙江哈尔滨六中月考）如图为叶绿体结构示意图，下列叙述正确的是（　　）
A.1和2的基本支架都是磷脂双分子层
B.分布于2上的类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于希尔反应
C.在有光的条件下，2可为3提供ATP和NADH
D.光照突然增强，3中C3含量会上升，C5含量会下降
解析：A　生物膜的基本支架都是磷脂双分子层，A正确；2是基粒（由类囊体堆叠而成），类胡萝卜素主要在蓝紫光区大量吸收光能，B错误；在有光的条件下，2可为3（叶绿体基质）提供ATP和NADPH，不能提供NADH，NADH是细胞呼吸过程中产生的，C错误；光照突然增强，类囊体产生更多的ATP和NADPH，用于还原C3，生成C5，3中C5含量会上升，C3含量会下降，D错误。
8.（2025·甘肃兰州开学考试）为研究影响线粒体耗氧速率的因素，按图示顺序依次向测定仪中加入线粒体及相应物质，测定氧气浓度的变化，结果如图（注：图中呼吸底物是指在呼吸过程中被氧化的物质）。下列分析错误的是（　　）
A.过程①有水的生成
B.加入的呼吸底物是丙酮酸
C.过程④比过程⑤耗氧速率低的主要原因是ATP不足
D.过程②比过程⑤耗氧速率低的主要原因是呼吸底物不足
解析：C　线粒体是有氧呼吸第二和第三阶段的场所，其中第三阶段有水的生成，因此过程①有水的生成，A正确；线粒体不能直接利用葡萄糖，只能将丙酮酸进一步氧化分解，因此加入的呼吸底物应该是丙酮酸，B正确；过程④氧气浓度降低的速率较慢，但加入ADP后，过程⑤氧气浓度的下降速率加快，说明过程④比过程⑤耗氧速率低的主要原因是ADP不足，C错误；依据题图可知，过程②加入ADP后，氧气浓度下降较慢，加入底物后氧气浓度下降速度加快，由于氧气的作用是与[H]结合形成水，因此限制过程②氧气浓度降低的因素可能是[H]；加入ADP后，过程⑤氧气浓度降低的速度加快，说明该过程限制氧气与[H]结合的因素是ADP的量，因此过程②比过程⑤耗氧速率低的主要原因是呼吸底物（[H]）不足，D正确。
9.（2025·湖北五市州期末）CO2补偿点是指光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。CO2饱和点是指植物的光合速率不再随CO2浓度的增加而提高时的最低环境CO2浓度。某同学将一株正常生长的小麦置于密闭容器中，在一定的温度和光照条件下培养一段时间后，发现容器内CO2浓度保持相对稳定。下列有关分析错误的是（　　）
A.容器内CO2浓度保持相对稳定时容器内CO2浓度为CO2饱和点
B.容器内CO2浓度保持相对稳定时小麦呼吸速率等于光合速率
C.容器内CO2浓度保持相对稳定之前光合速率可能逐渐减慢
D.容器内CO2浓度保持相对稳定之前适当增加光照，CO2补偿点可能会降低
解析：A　容器内CO2浓度保持相对稳定时，光合速率等于呼吸速率时，此时对应的是 CO2补偿点，A错误；容器内CO2浓度保持相对稳定时，意味着植物吸收的CO2和产生的CO2量相等，即小麦呼吸速率等于光合速率，B正确；容器内CO2浓度保持相对稳定之前，由于容器是密闭的，光合速率可能先升高，随着光合作用的进行，CO2浓度逐渐降低，可能会导致光合速率逐渐减慢，C正确；容器内 CO2浓度保持相对稳定之前适当增加光照，光合作用增强，此时对CO2的利用能力提高，CO2补偿点可能会降低。比如原本在较弱光照下需要较高的CO2浓度才能使光合速率等于呼吸速率，增加光照后，在较低的CO2浓度下就能达到光合速率和呼吸速率相等，D正确。
10.（2025·河北保定唐县一中月考）“有氧运动”是指人体吸入的氧气与需求相等，达到生理上的平衡状态。如图所示为人体运动强度与血液中乳酸含量和氧气消耗速率的关系。结合所学知识，分析下列说法正确的是（　　）
A.b运动强度下有氧呼吸和无氧呼吸同时存在，c运动强度下只有无氧呼吸
B.运动强度大于或等于b后，肌肉细胞CO2的产生量不等于O2的消耗量
C.无氧呼吸使有机物中的能量大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中
D.若运动强度长时间超过c，会因为乳酸积累而使肌肉酸胀乏力
解析：D　与a运动强度相比，b运动强度下有氧呼吸有所增强，同时存在无氧呼吸，c运动强度下氧气消耗速率较高，有氧呼吸、无氧呼吸速率都在较高水平，A错误；肌肉细胞无氧呼吸不产生CO2，有氧呼吸CO2的产生量等于O2的消耗量，故运动强度大于或等于b后，肌肉细胞CO2的产生量仍等于O2的消耗量，B错误；无氧呼吸中葡萄糖的能量大部分储存在乳酸中，释放的能量大部分以热能形式散失，其余储存在ATP中，C错误；若运动强度长时间超过c，人体会因乳酸大量积累而出现肌肉酸胀乏力的现象，D正确。
11.（2025·河南省新高中创新联盟TOP二十名校调研）为探究干旱胁迫对小麦光合作用的影响，科研人员分别设置了正常浇水组和干旱胁迫组，并检测在不同处理下小麦植株光合作用的各项指标，结果如下表。请回答下列问题：
处理 净光合速率/ （μmol·m－2· s－1） 气孔导度/ （mol·m－2· s－1） 胞间CO2浓度/ （μmol·mol－1） 叶绿素含量/ （mg·g－1） 黑暗条件下CO2 释放量/（μmol· m－2·s－1）
正常 浇水 28.07 0.42 221 0.76 3.45
干旱 胁迫 17.24 0.23 290 0.32 8.23
（1）正常浇水组为　对照组　（填“实验组”或“对照组”）。为了测定小麦叶片中的叶绿素含量，应用　无水乙醇　提取叶绿素，并在研磨时加入　CaCO3　以免叶绿素被破坏。
（2）干旱胁迫组与正常浇水组相比净光合速率明显降低，据表分析，气孔导度　不是　（填“是”或“不是”）限制小麦光合速率的因素，原因是　干旱胁迫组的胞间CO2浓度大于正常浇水组　。
（3）据表推测，干旱胁迫导致小麦净光合速率下降的具体原因可能是①　干旱胁迫使小麦叶绿素含量下降，抑制了光反应，则为暗反应提供的ATP和NADPH含量减少　；
②　干旱胁迫使小麦的呼吸速率提高　。
（4）如果小麦在干旱胁迫下能正常生长，所需要的光照时间至少为一天　8　小时（填整数）。
解析：（1）该实验的目的是探究干旱胁迫对小麦光合作用的影响，实验自变量为是否干旱，对照组为正常浇水，实验组为干旱胁迫。叶绿体中的色素不溶于水，溶于有机溶剂，故提取色素时，需要用无水乙醇提取。为防止叶绿素被破坏，在提取时需加入CaCO3。
（2）据表可知，干旱胁迫组虽然气孔导度比正常浇水对照组低，但胞间CO2浓度比对照组高，说明限制光合作用的主要因素不是气孔导度。
（3）据表可知，干旱胁迫组叶绿素含量低于对照组，导致光合作用中光能的吸收减少，光反应减弱，为暗反应提供的ATP和NADPH含量减少，导致干旱胁迫条件下小麦净光合速率下降。
（4）根据表可知，干旱胁迫组净光合速率是17.24 μmol·m－2·s－1，黑暗条件下CO2释放量为8.23 μmol·m－2·s－1，小麦要正常生长，光合作用速率要大于呼吸作用速率，设光照时间为x，光照条件下积累的有机物量17.24x要大于黑暗条件下消耗有机物的量8.23×（24－x），解得x＞8.04，即小麦在干旱胁迫下能正常生长，所需要的光照时间至少为一天8小时。
13 / 13第2课时　光合作用的原理
学习目标
1.运用物质和能量观说出光合作用过程中物质和能量的变化。 2.利用分析与综合的方法，分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。 3.通过分析光合作用发现历程，认同科学研究的基本思路和方法。
知识点一　 光合作用的探究历程
1.光合作用的概念
（1）概念：绿色植物通过　叶绿体　，利用　光能　，将　二氧化碳　和　水　转化成储存着能量的有机物，并且释放出　氧气　的过程。
（2）化学反应式　CO2＋H2O（CH2O）＋O2　。
2.探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者 内容
19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，　O2　被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 科学家发现甲醛对植物有　毒害　作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
时间/发现者 内容
1937年 希尔（英国） 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下　可以释放出氧气　
1941年鲁宾、 卡门（美国） 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，O＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自　水　
1954、1957年 阿尔农（美国） 在光照下，叶绿体可合成　ATP　，这一过程总是与　水的光解　相伴随
【微思考】　鲁宾、卡门和卡尔文实验运用的共同的科学方法是什么？
提示：同位素示踪法。
　（1）光合作用的场所是叶绿体。 （×）
（2）希尔反应是离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2的化学反应。 （√）
（3）鲁宾和卡门利用同位素18O分别标记CO2和H2O，证明了光合作用产物O2来源于H2O。（√）
探究一｜光合作用中O2产生的探索
1.希尔实验
（1）希尔反应中在离体叶绿体悬浮液中加入了氧化剂，这样做的目的是　结合H2O光解产生的2H＋、1/2O2和2e－　，用化学反应式表示　NADP＋＋H＋＋2e－NADPH　。
（2）希尔的实验说明水的光解产生氧气，能否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
提示：希尔实验不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，因为该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。希尔反应能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，因为悬浮液中没有合成糖的另一种必需原料——CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联。
2.鲁宾和卡门实验
如图是鲁宾和卡门利用小球藻进行光合作用实验的示意图：
鲁宾、卡门实验的实验思路是什么？本实验说明了什么问题？
提示：用同位素示踪法来研究光合作用中氧气的来源。光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水。
探究二｜光合作用中能量的转化
3.阿尔农实验1
实验过程：离体叶绿体，加入ADP、Pi，给予光照。发现叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。
实验结论：光照下，　水光解的同时ADP和Pi合成ATP　。
4.阿尔农实验2
实验过程：离体叶绿体，在黑暗条件下，供给ATP、NADPH和CO2，发现离体叶绿体中有糖类生成。但在没有ATP、NADPH供给的情况下则不能合成糖类。
实验结论：黑暗条件下，　CO2合成糖类需要ATP和NADPH　。
1.在甲、乙两试管中培养小球藻（单细胞绿藻），若为甲提供C18O2和H2O，为乙提供CO2和O，在适宜的光照条件下，两试管释放的氧气分别是（　　）
A.甲为O2，乙为18O2
B.甲、乙均为18O2
C.甲为18O2，乙为O2
D.甲、乙均为O2
解析：A　在光合作用的光反应阶段，水光解后释放出氧气，即光合作用释放的氧气全部来自水，因此两试管最初释放的氧气分别是：甲为O2，乙为18O2，综上所述，A正确，B、C、D错误。
2.在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），光照条件下可以释放出O2，该反应称为希尔反应。下列说法正确的是（　　）
A.希尔反应说明植物产生的O2中的氧元素全部来自水
B.希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADPH的作用相似
C.只提供水、光合色素和酶，在适宜光照等条件下可产生O2
D.希尔反应说明光合作用中水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
解析：D　希尔反应的结果仅说明了离体的叶绿体在适当的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的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移，因此不能证明水的光解产生的O2全部来自水，A错误；希尔反应悬浮液中铁盐或其他氧化剂相当于光合作用中的NADP＋，B错误；只提供水、光合色素和酶，没有加入NADP＋等氧化剂及叶绿体相应完整结构，适宜光照条件下不可产生O2，C错误；希尔反应中有H2O，没有CO2，光照条件下也可以释放出O2，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。
知识点二　光合作用的过程
1.光合作用过程图解
①　NADPH　；②　NADP＋　；
③　ADP和Pi　；④　2C3　；⑤　C5　。
2.光反应阶段
（1）条件：　光、色素、酶等　。
（2）场所：　类囊体薄膜　。
（3）物质变化
①水的光解：　2H2O4H＋＋O2＋4e－　。
②形成NADPH：　NADP＋＋H＋＋2e－NADPH　。
③ATP的形成：　ADP＋Pi＋能量ATP　。
提醒：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿素夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋形成NADPH。
（4）能量变化：将光能转化为储存在　ATP和NADPH　中活跃的化学能。
3.暗反应阶段
（1）条件：　CO2、C5、多种酶、NADPH和ATP、不直接依赖光　等。
（2）场所：　叶绿体基质　。
（3）过程（卡尔文循环）
①CO2的固定：C5＋CO2　2C3　。
②C3的还原：2C3（CH2O）＋C5。
提醒：C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖-1，5二磷酸（RuBP）。
（4）能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为　有机物中稳定的化学能　。
4.光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供　NADPH和ATP　，暗反应为光反应提供　ADP和Pi、NADP＋　。光能通过驱动　光合作用　而驱动生命世界的运转。
【微思考】　ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？
提示：ATP从类囊体薄膜转移到叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜。
（教材P104“相关信息”）光合作用的产物有一部分是　淀粉　，还有一部分是　蔗糖　。　蔗糖　可以进入筛管，再通过　韧皮部　运输到植株各处。
　（1）光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。 （×）
（2）光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转化。 （√）
提示：光反应阶段实现了光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。
（3）光合作用过程产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。 （×）
提示：光合作用过程产生的ATP只能用于暗反应，不能用于其他各项生命活动。
（4）暗反应必须在无光的条件下进行。（×）
探究｜光合作用中有机物产生的探索
1.探索C5和C3的关系
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3浓度急速减少而C5浓度急速增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
实验结论：　C3与C5之间是相互循环的　。
2.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）暗反应不直接依赖光，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）若标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。
提示：14CO214C3（14CH2O）＋14C5。
（3）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。
1.光合作用反应式中元素去向分析
（1）反应式
（2）同位素：标记元素转移途径
①H：3H2O[3H]（C3H2O）
②C：14CO214C3（14CH2O）
③O：O18O2；
C18O2C3（CO）
【知识拓展】　光反应的过程
如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PS Ⅱ 和PS Ⅰ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生氧气、氢离子和电子，有的膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。
2.环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量瞬间影响的分析
（1）过程分析法
图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件（如光照、CO2）突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
（2）“模型法”表示C3和C5的含量变化
C3起始值高于C5（约是其2倍）
3.叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化如图所示，下列叙述错误的是（　　）
A.图中的①是植物吸收的水分子
B.光合作用的色素都分布在结构②上
C.NADPH、O2和ATP都能用于暗反应
D.光能转变为NADPH和ATP中的化学能
解析：C　水在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，所以图中的①是植物吸收的水分子，A正确；结构②表示叶绿体的类囊体薄膜，光合作用的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，B正确；NADPH和ATP都用于暗反应中的C3的还原，O2不用于暗反应，直接释放出去，C错误；在叶绿体的类囊体薄膜上，色素将吸收的光能转变为ATP和NADPH中的化学能，D正确。
4.（教材P103“图5－14”）如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是（　　）
A.当光照强度较大时，物质①可提供给线粒体利用和释放到细胞外
B.物质②中可储存活跃的化学能
C.物质③可作为活泼的还原剂，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用
D.在物质④供应充足时，突然停止光照，C3的含量将迅速下降
解析：D　物质①是氧气，当光合作用强度大于呼吸作用强度时，氧气可以提供给线粒体进行有氧呼吸，剩余部分释放到细胞外，A正确；物质②为ATP，其中可储存活跃的化学能，B正确；物质③是NADPH，是活泼的还原剂，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用，C正确；在物质④二氧化碳供应充足时，突然停止光照，则ATP和NADPH的含量减少，C3的还原受阻，而短时间内C3的生成几乎不变，因此C3的含量将升高，D错误。
课堂小结
1.（2025·山东百师联考）关于光合作用原理的探索实验，下列叙述错误的是（　　）
A.希尔实验说明水的光解和糖的合成是同一个化学反应
B.鲁宾和卡门的实验证明光合作用O2中的O全部来自水
C.阿尔农发现叶绿体中ATP的合成伴随着水的光解
D.离体叶绿体在适当条件下可发生水的光解，产生O2
解析：A　英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有水，没有二氧化碳），在光照下可以释放出氧气。该实验中没有合成糖，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，A错误；鲁宾和卡门通过同位素来标记法，证明光合作用释放的O2中的O全部来自水，B正确；阿尔农发现叶绿体合成ATP的过程总是伴随着水的光解，C正确；希尔反应的结果说明离体的叶绿体在适当的条件下可发生水的光解，并产生氧气，D正确。
2.（2025·江苏红桥高级中学月考）下列有关光合作用的叙述，正确的是（　　）
A.光反应和暗反应的进行都需要酶的参与
B.光反应和暗反应都是在叶绿体的类囊体膜上进行
C.光反应和暗反应的进行都需要光
D.光反应和暗反应的进行都需要消耗ATP
解析：A　光反应和暗反应都是生化反应，生化反应都必须有酶的催化作用才能完成，A正确；光反应是在叶绿体的类囊体膜上进行，暗反应是在叶绿体的基质中进行，B错误；光合作用的暗反应不直接需要光，所以在光照和黑暗条件下都能进行，C错误；光反应生成ATP，暗反应消耗ATP，D错误。
3.（2025·江西宜丰中学开学考）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为过程），下列判断错误的是（　　）
A.a物质主要吸收红光和蓝紫色，分布在叶绿体的类囊体薄膜上
B.图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
C.绿色植物能将光能转换成活跃的化学能储存在d中
D.在g物质供应充足时，突然停止光照，短时间C3的含量上升
解析：C　图中a为光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，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，A正确；①表示水分的吸收，③表示水的光解，可产生O2释放出去，B正确；绿色植物通过光合作用将光能转变为活跃的化学能，并储存在c（ATP）和e（NADPH）中，C错误；突然停止光照，光反应停止，NADPH和ATP的含量下降，故在g物质CO2供应充足时，C3被还原的量减少，C3含量会迅速上升，D正确。
4.（2025·新疆乌鲁木齐六十一中月考）如图表示光合作用过程示意图。请据图回答：
（1）图中阶段Ⅰ进行的场所是　类囊体薄膜　，图中阶段Ⅱ表示　暗反应　阶段，进行的场所是　叶绿体基质　。
（2）过程③称为　CO2的固定　。在有关酶的催化作用下，C3接受[①]　 NADPH　和[②]　 ATP　释放的能量，并且被①还原。
（3）若突然停止光照，其他条件不变，则短时间内C3的含量将会　增加　（填“增加”“减少”或“不变”）。
解析：（1）图中阶段Ⅰ为光反应，进行的场所是叶绿体的类囊体薄膜；图中阶段Ⅱ消耗二氧化碳，表示暗反应阶段，进行的场所是叶绿体基质。
（2）过程③是二氧化碳和C5反应生成C3的过程，称为CO2的固定。②是由ADP和Pi合成的，②是ATP，光反应产物除了ATP，还有①NADPH，ATP和NADPH均可以为暗反应C3的还原提供能量，同时C3被①NADPH还原。
（3）如果突然停止光照，则光反应产生的NADPH及ATP减少，则C3的还原减少，而短时间C3合成基本不变，因此短时间内C3的含量将会增加。
一、概念梳理必记
1.光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
2.光合作用的化学反应式：CO2＋H2O（CH2O）＋O2。
3.光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。
4.光合作用中的物质转变：
（1）14CO214C3（14CH2O）和14C5。
（2）O18O2。
5.光合作用的能量转变：光能ATP和NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能。
二、长句表达必明
1.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间；但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行。
2.CO2不足使暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋。
知识点一　光合作用的探究历程
1.经过许多科学家的实验，人们才逐渐发现光合作用的本质，在下面几个著名实验中，相关叙述错误的是（　　）
A.经饥饿处理的植株，叶片一半曝光一半遮光，利用碘蒸气处理叶片，确定了淀粉是光合作用的产物
B.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，证明了光合作用的场所是叶绿体
C.鲁宾和卡门的实验证明光合作用释放的氧气来自水
D.卡尔文用14C标记CO2，发现了植物用CO2合成糖类等有机物的途径
解析：B　把经饥饿处理的植株的叶片一半遮光，一半曝光，利用碘蒸气处理叶片，确定了淀粉是光合作用的产物，A正确；恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现需氧细菌大多数聚集在红光和蓝紫光区域，而选择将装置放在光下，根据需氧细菌的分布证明了光合作用的场所是叶绿体，B错误；鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法进行实验证明光合作用释放的O2来自水，C正确；卡尔文用14C标记CO2证明了光合作用中C的转移途径，即二氧化碳→三碳化合物→有机物，D正确。
2.（2025·山东烟台月考）1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照条件下会发生水的光解、产生O2的化学反应。下列说法错误的是（　　）
A.该实验说明光合作用产生的O2中的O全部来自H2O
B.该实验说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C.希尔反应说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
D.希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化
解析：A　希尔反应没有证明植物光合作用产生的O2中的O全部来自H2O，A错误；希尔反应是离体叶绿体在有氧化剂的条件下，发生水的光解、产生O2，模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化，可以说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2，B、D正确；希尔反应过程中有O2的产生，但没有糖类的生成，可以说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应，C正确。
知识点二　光合作用的原理
3.（2025·甘肃靖远一中期末）光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入Fe3＋，照光后发现Fe3＋变为Fe2＋。该反应（　　）
A.不需要光也能进行 B.需要CO2参与
C.会产生O2 D.需要ATP提供能量
解析：C　光反应需要光的参与才能进行，A错误；光反应不需要CO2参与，CO2的固定过程发生在暗反应中，B错误；光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，有光时，产生氧气、NADPH和ATP，C正确；光反应过程可将光能转化为ATP中活跃的化学能，从而生成ATP，其不需要ATP来提供能量，D错误。
4.（2025·江苏仪征精诚高级中学月考）科学家用C标记的二氧化碳追踪光合作用中碳原子的行踪，结果发现（　　）
A.CO2→ATP→糖类
B.CO2→葡萄糖→五碳化合物
C.CO2→三碳化合物→糖类
D.CO2→三碳化合物→五碳化合物→糖类
解析：C　根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知二氧化碳中的碳原子转移到三碳化合物中，然后暗反应进行的是三碳化合物的还原，所以碳原子又转移到有机物中，即CO2→C3→糖类，C符合题意。
5.（2025·武清区天和城实验中学月考）如图表示光合作用过程，其中Ⅰ、Ⅱ代表光合作用的两个阶段，a、b、c表示相关物质，下列说法不正确的是（　　）
A.Ⅰ过程表示光反应阶段，Ⅱ过程表示暗反应阶段
B.物质a为NADPH，可作为还原剂参与Ⅱ过程
C.物质b为ADP，在叶绿体中的类囊体膜上产生
D.Ⅱ过程将活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能
解析：C　由题图可知：Ⅰ在类囊体薄膜上进行，故Ⅰ为光反应阶段，Ⅱ在叶绿体基质中进行，故Ⅱ为暗反应阶段，A正确；暗反应过程中作为还原剂的是a（NADPH），B正确；物质b为ADP，ADP在叶绿体基质中产生，在叶绿体类囊体薄膜上消耗，C错误；Ⅱ过程将ATP、NADPH中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能，D正确。
6.（2025·天津市咸水沽二中月考）如图是某绿色植物光合作用的示意图，其中a、b表示物质，Ⅰ、Ⅱ表示反应阶段。下列叙述错误的是（　　）
A.该植物Ⅰ阶段释放的O2中的氧元素全部来自水
B.在类囊体薄膜上产生的a和b可参与叶绿体基质中的Ⅱ阶段
C.若光照强度减弱，则短时间内该植物细胞中C3/C5的值变小
D.该植物经光合作用可将光能转变成糖类中稳定的化学能
解析：C　光合作用的光反应过程中发生水的光解产生氧气，鲁宾和卡门通过同位素标记证明Ⅰ阶段释放的O2中的氧元素全部来自水，A正确；光反应可为暗反应提供ATP和NADPH，根据图示可知，在类囊体薄膜上产生的a为NADPH，b为ATP，二者可参与叶绿体基质中的Ⅱ阶段C3的还原，B正确；若光照强度减弱，则短时间内光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原减弱，短时间内CO2固定速率不变，故C3会增加，C5会减少，因此会导致C3/C5的值变大，C错误；光反应将光能转化为NADPH和ATP中活跃的化学能，暗反应将活跃化学能转变为有机物中稳定化学能，D正确。
7.（2025·广西梧州期末）我国科学家首次在实验室实现CO2到淀粉的人工合成，其代谢路线（ASAP）如图。据图判断下列相关叙述正确的是（　　）
A.图中C1（甲醇）的生成过程类似于光合作用中C3的还原
B.图示的ASAP过程与植物细胞中的暗反应一样能循环进行
C.与植物细胞固定等量的CO2相比，该体系积累的淀粉较多
D.该过程的能量变化与植物光合作用过程中的能量变化是一样的
解析：C　由图可知，该体系首先将二氧化碳还原成甲醇（C1），然后将甲醇转化为三碳化合物（C3），再转化为六碳化合物（C6），C1（甲醇）的生成过程类似于光合作用中CO2的固定，A错误；由图可知，C3生成C6后转化为淀粉，无循环过程，B错误；由于该体系无呼吸作用，与植物细胞固定等量的CO2相比，该体系积累的淀粉较多，C正确；光合作用是将光能转为有机物中稳定的化学能，图示的ASAP过程是将电能转化为有机物中稳定的化学能，D错误。
8.（2025·湖南长沙期末）科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。
实验组别 光照时间（s） 放射性物质分布
1 2 大量3-磷酸甘油酸（三碳化合物）
2 20 多种磷酸化糖类
3 60 除上述多种磷酸化糖类外， 还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是（　　）
A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B.每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布
C.CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
解析：C　由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物，要想准确确定放射性物质分布，即每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，B正确；CO2进入叶绿体后，首先与C5反应生成3-磷酸甘油酸（三碳化合物），C错误。
9.（2025·江西宜春铜鼓中学等学校期中）为了探索光合作用原理，科学家进行了一系列的实验，以下实验方法和结论不正确的是（　　）
A.恩格尔曼通过实验发现叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用
B.希尔的实验表明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应
C.鲁宾和卡门采用放射性同位素标记法证明氧气中的氧全部来自水
D.卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳
解析：C　恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，表明叶绿体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用释放氧气，A正确；希尔的实验中没有加入CO2，但仍有氧气释放，表明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应，B正确；同位素18O没有放射性，C错误；卡尔文用14C标记CO2，追踪放射性14C的去向，探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳，D正确。
10.（2025·河北石家庄长安一中月考）某绿色植物细胞内部分代谢过程如图所示，其中①～⑤表示代谢过程，A～F表示代谢过程中产生的物质。下列叙述正确的是（　　）
A.图中属于细胞呼吸过程的是③④⑤，E是NADPH，F 是丙酮酸
B.若在代谢过程中细胞内物质D浓度下降，则物质 A在短时间内含量上升
C.若给绿色植物提供O图中能检测到含18O的物质只有C和D
D.光照较强，其他条件适宜时，过程④产生的D能够满足该细胞过程②的需求
解析：B　①表示光反应，②表示暗反应，⑤表示细胞呼吸的第一阶段，④表示有氧呼吸的第二阶段，③表示有氧呼吸的第三阶段，属于呼吸作用过程的是⑤④③，E代表的物质是有氧呼吸第一阶段和第二阶段产生的[H]（是NADH而非NADPH），A错误；若在代谢过程中物质D即二氧化碳的含量下降，使C3合成量减少，NADPH和ATP消耗量减少，光反应产生的NADPH和ATP几乎不变，导致NADPH和ATP（物质A）在短时间内含量上升，B正确；若给绿色植物提供O，可参与有氧呼吸的第二阶段，产生含18O的CO2，CO2又可参与暗反应，产生含标记的（CH2O）等物质；此外含标记的水可以参与光合作用的光反应阶段，产生含标记的O2，即含标记的物质不只是C和D，C错误；光照较强，其他条件适宜时，光合作用应大于呼吸作用，故④有氧呼吸的第二阶段产生的物质D（二氧化碳）不能满足过程②（暗反应）的需求，D错误。
11.（2025·云南昆明期末）如图是陆生植物叶绿体中相关物质变化的模式图，PSⅡ和PSⅠ是位于类囊体膜上能吸收不同波长光的蛋白质复合体。回答下列问题。
（1）叶绿素主要吸收　红光和蓝紫　光，吸收的光能可转化为　有机物中的化学能　。
（2）借助PSⅡ可让水在光下分解，其产物　不都　（填“都要”“都不”或“不都”）参与暗反应；图中PSⅠ还可以为暗反应提供物质①　　NADPH　。
（3）CO2在特定酶的作用下与　C5　结合，该过程在卡尔文循环中称作　CO2的固定　。
（4）植物体缺Mg会使光合作用强度下降，原因是　Mg是叶绿素的组成成分，植物体缺Mg导致叶绿素含量下降，光合速率下降　。
解析：（1）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，经光合作用，将光能转变成有机物中的化学能。
（2）借助于PSⅡ可让水在光下分解，水光解的产物是H＋、氧气等，氧气不参与暗反应。因此水光解的产物不都参与暗反应；光反应为暗反应提供的物质为ATP和NADPH，因此图中PSⅠ还可以为暗反应提供物质①NADPH。
（3）暗反应过程中CO2在特定酶的作用下与C5结合，该过程在卡尔文循环中称作CO2的固定。
（4）Mg是叶绿素的组成成分，植物体缺Mg会导致缺乏叶绿素，叶绿素作用是吸收、传递和转化光能，缺乏叶绿素，光合速率下降。
13 / 13微课4　光合作用与细胞呼吸的综合分析
题型1|归纳概括光合作用与细胞呼吸物质和能量转化的关系
1.细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系
（1）物质转化
（2）能量变化
（3）光合作用与有氧呼吸中有关NADH、NADPH、ATP的来源与去路
【典例1】　（2025·陕西蓝田城关中学大学区联考）如图表示某高等植物叶肉细胞中的A、B两种细胞器及相关生理活动。下列有关叙述错误的是（　　）
A.A内的光合作用强度大于B内的呼吸作用强度
B.A细胞器产生的ATP只能用于暗反应过程
C.葡萄糖进入B细胞器被彻底氧化分解生成CO2和H2O并释放能量
D.图示叶肉细胞中有有机物的积累，这是植物得以生长的物质基础
解析：C　分析图示可知：A、B分别表示叶绿体和线粒体。叶绿体中的CO2来自线粒体和细胞外，叶绿体释放的O2的去向是进入线粒体和释放到细胞外，说明叶绿体内的光合作用强度大于线粒体内的呼吸作用强度，A正确；叶绿体产生的ATP只能用于暗反应过程，不用于其他生命活动，B正确；葡萄糖不能直接进入线粒体，丙酮酸进入线粒体被彻底氧化分解生成CO2和H2O并释放能量，C错误；图示叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度，有有机物的积累，这是植物得以生长的物质基础，D正确。
【典例2】　（2025·河北沧州泊头一中月考）如图是生物体内能量供应与利用的示意图，下列叙述正确的是（　　）
A.只有绿色植物才具有进行①过程所需的色素
B.①过程产生的ATP只用于②过程中固定CO2和还原C3
C.①③中合成ATP所需的能量来源不同
D.④中的能量可用于肌肉收缩和人的红细胞吸收葡萄糖等
解析：C　图中①是光反应阶段，其他生物中也可能有进行①过程所需的色素，如光合细菌，A错误；①光反应阶段产生的ATP用于暗反应中C3的还原过程，不参与固定过程，B错误；①光反应中合成ATP所需的能量来源于光合色素吸收的光能，③细胞呼吸中合成ATP所需的能量来源于有机物分解的化学能，C正确；人的红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散，不需要能量，D错误。
题型2｜微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系（以光合速率大于呼吸速率为例）
项目 表示方法（单位：g·cm－2·h－1）
呼吸速率 黑暗条件下细胞（植物体）释放的CO2量（葡萄糖消耗量）（m1） 黑暗条件下细胞（植物体）吸收的O2量（n1）
净光合速率 细胞（植物体）吸收的CO2量（m2）；植物（叶片）积累的葡萄糖量 细胞（植物体）释放的O2量（n2）
真正（总） 光合速率 叶绿体固定的CO2量m3或（m1＋m2）；植物产生的葡萄糖量 叶绿体产生的O2量n3或（n1＋n2）
【典例3】　（2025·黑龙江哈尔滨三中月考）如图表示某植物叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内叶肉细胞CO2释放量和叶绿体O2释放总量的变化。下列判断错误的是（　　）
A.光照强度为a时，叶肉细胞只进行呼吸作用
B.光照强度为b时，呼吸作用强度是光合作用强度的两倍
C.光照强度为c时，与叶肉细胞呼吸作用相比，光合作用较强
D.光照强度为d时，叶肉细胞单位时间内从外界吸收2个单位的CO2
解析：C　光照强度为a时，叶肉细胞没有氧气的产生，因此不进行光合作用，只进行呼吸作用，A正确；光照强度为b时，叶肉细胞的呼吸速率不变，与图a相同为6，只是部分二氧化碳被光合作用吸收，因此光合作用速率为3，呼吸作用速率为6，呼吸作用强度是光合作用强度的两倍，B正确；光照强度为c时，二氧化碳释放量为0，叶肉细胞光合作用速率为6，呼吸作用速率为6，叶肉细胞光合作用强度等于呼吸作用的强度，C错误；光照强度为d时，氧气的产生量为8单位，即光合作用要吸收8单位的二氧化碳，呼吸作用产生6个单位的二氧化碳，因此叶肉细胞单位时间内从外界吸收2个单位的CO2，D正确。
【典例4】　（2025·山西太原实验中学校月考）为探究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，测定该植物体O2吸收速率与释放速率，结果如表所示。下列说法正确的是（　　）
温度/℃ 5 10 20 25 30 35
光照条件下O2释 放速率/（mg·h－1） 0 1.8 3.2 3.7 3.5 3
黑暗条件下O2吸 收速率/（mg·h－1） 0.5 0.75 1 2.4 3 3.5
A.5 ℃光照条件下植物叶肉细胞单位时间内释放的O2量和吸收的O2量相等
B.20 ℃光照条件下植物体固定的CO2量为3.2 mg·h－1
C.保持恒温25 ℃，白天光照16 h，此植物一昼夜净释放O2的量为40 mg
D.30 ℃时植物单位时间内光合作用制造的有机物比35 ℃时多
解析：C　表格所示是该植物体黑暗条件下的O2吸收速率与光照条件下的O2释放速率，5 ℃光照条件下植物的净光合速率是0，表示植物的总光合速率＝呼吸速率，而植物有不能进行光合作用的细胞，故叶肉细胞总光合速率大于呼吸速率，单位时间内释放的O2量（净光合速率）与吸收的O2量（呼吸速率）不一定相等，A错误；20 ℃光照条件下植物体固定的CO2量（总光合速率）＝净光合速率＋呼吸速率，即20 ℃光照条件下植物体固定的CO2量为3.2（光照条件下O2释放速率，表示净光合）＋1（黑暗条件下O2吸收速率，表示呼吸）＝4.2 mg·h－1，B错误；保持恒温25 ℃，白天光照16 h，此植物一昼夜净释放O2的量为3.7×16－2.4×（24－16）＝40 mg，C正确；植物单位时间内光合作用制造的有机物＝净光合速率＋呼吸速率，30 ℃时植物单位时间内光合作用制造的有机物（用氧气量表示）＝3.5＋3＝6.5，35 ℃时植物单位时间内光合作用制造的有机物（用氧气量表示）＝3＋3.5＝6.5，两者相等，D错误。
题型3|自然和密闭环境中一昼夜植物光合作用曲线分析
1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
（1）A点：夜温降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
（2）开始进行光合作用的点：B；结束光合作用的点：M。
（3）光合速率与呼吸速率相等的点：C、H；有机物积累量最大的点：H。
（4）DE段下降的原因是气孔部分关闭，CO2吸收减少；FH段下降的原因是光照强度减弱。
2.密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化
（1）光合速率等于呼吸速率的点：C、E。
（2）图1中若N点低于虚线，则该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2含量减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。
（3）图2中若N点低于虚线，则该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O2含量减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。
【典例5】　（2025·江苏通州高级中学月考）甲图为农田中24小时内植物吸收或释放CO2速率的变化曲线，代表一种开放体系；乙图为栽培蔬菜的温室大棚中24小时内CO2浓度变化曲线，代表一种密闭体系。下列说法不正确的是（　　）
A.甲图表示的是植物的净光合速率，e～f段变化的原因是部分关闭的气孔又张开，CO2吸收速率增加
B.甲图中24小时内不进行光合作用的时段是a～b和h～i
C.乙图温室大棚中经过24小时后，蔬菜的叶肉细胞内没有有机物积累
D.乙图中c～g段大棚内CO2浓度下降的原因是光合作用速率大于呼吸作用速率
解析：C　甲图为农田中24小时内植物吸收或释放CO2速率的变化曲线，表示的是植物与外界进行气体交换的情况，代表的是植物的净光合速率，d～e段光合速率下降的原因是气孔关闭，CO2吸收减少，e～f段变化的原因是部分关闭的气孔又张开，CO2吸收速率增加，A正确；由于光合作用的进行导致植物释放的CO2减少，因此甲图中b点表示光合作用开始的点，gh表示光合速率小于呼吸速率，h点表示光合作用消失的点，故甲图中24小时内不进行光合作用的时段是a～b和h～i，B正确；乙图温室大棚中经过24小时后，大棚内的二氧化碳浓度没有变化，整个植株没有有机物的积累，但对于整个植株来说，存在只进行呼吸作用的细胞，呼吸作用消耗的有机物都来自叶肉细胞，所以叶肉细胞内会有有机物的积累，C错误；乙图中c～g段大棚内CO2浓度下降的原因是随着光照强度的增加，光合作用速率大于呼吸作用速率，密闭容器中CO2浓度降低，D正确。
【典例6】　（教材P106“拓展应用T1”改编）将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是（　　）
A.图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后，DE段CO2浓度下降不明显，原因是气孔关闭，植物的光合作用减弱
B.到达图乙中的d点时，玻璃罩内CO2的浓度最高
C.图甲中的F点对应图乙中的g点，影响光合作用的外界因素主要有光照强度和CO2浓度
D.经过这一昼夜之后，G点较A点CO2浓度低，说明一昼夜该植物体内的有机物含量会增加
解析：C　根据题意和图甲分析可知：C、F点表示光合速率等于呼吸速率，故光合作用开始于C点之前，结束于F点之后；DE段CO2浓度下降不明显，此时植株在进行光合午休，由于光照过强，温度过高，植株蒸腾作用过强，导致部分气孔关闭，植物的光合作用减弱，A正确；图乙中d点表示光合作用速率等于呼吸作用速率，d点后光合作用速率大于呼吸作用速率，使二氧化碳的浓度减少，故d点时密闭容器的二氧化碳浓度最高，B正确；图甲中的C、F点表明光合作用速率等于呼吸作用速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相符，即C点对应d，F点对应h，C错误；由于G点二氧化碳浓度低于A点，表明经过这一昼夜之后，二氧化碳的含量减少，进行光合作用积累有机物，所以植物体内的有机物含量会增加，D正确。
1 / 2第1课时　捕获光能的色素和结构
学习目标
1.通过对光合色素的提取和分离，提升实验探究能力。 2.通过分析光合色素的分布与功能、叶绿体的结构与功能，强化结构与功能观。 3.主动关注光能或人工补光在农业生产中的应用。
知识点一　 捕获光能的色素
1.光合作用是地球上最重要的化学反应
（1）在植物工厂里，人工光源常见的是　红色、蓝色和白色　的光源。
（2）在自然界，则是万物生长靠太阳。太阳光能的　输入、捕获和转化　，是生物圈得以维持运转的基础。
（3）光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，被称为“　地球上最重要的化学反应　”。
2.绿叶中光合色素的提取和分离
（1）实验原理
①提取原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂　无水乙醇　中。
②分离原理：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。
（2）实验用品及作用（连线）
（3）实验步骤
3.绿叶中色素的种类及分布
4.叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出：
（教材P97“问题探讨”）有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。请回答下列问题：
（1）秋天叶片变黄的原因是什么？
提示：低温破坏了叶绿素，叶片呈现出类胡萝卜素的颜色。
（2）冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选择红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
提示：无色。由于太阳光由七色光组成，绿色植物进行光合作用主要利用红光和蓝紫光，所以用无色透明的塑料薄膜，植物可获得更多的光能。
（3）阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色（选“蓝紫光或红光”或“白光”）的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示：蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光或红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
　（1）提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。 （×）
（2）绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。 （×）
（3）叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。（×）
提示：叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。
（4）植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。 （×）
（5）吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。 （×）
提示：吸收光能的有关色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
探究｜光合色素的提取和分离
如图是提取和分离绿叶中色素实验的部分步骤，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，其作用是　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，剪去两角的目的是　减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快　。滤液细线的画线原则是　细、齐、直　。待滤液干后，再重画一到两次的目的是　增加滤液细线中色素的含量　。
（3）过滤时漏斗基部的尼龙布　不能　（填“能”或“不能”）用滤纸替代，原因是　滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低　。
（4）色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，原因是　防止色素溶解在层析液中　。
（5）如图是分离得到的色素在滤纸条上的分布情况，
含量最多和最少的色素分别是　叶绿素a、胡萝卜素　；在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是　胡萝卜素、叶绿素b　。
1.实验操作中的关键步骤
（1）研磨要迅速、充分：研磨充分使叶绿体完全破裂，可提取较多的色素。
（2）滤液细线要求：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到两次。
（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。
2.绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
（1）收集到的滤液中绿色过浅的原因分析
①未加二氧化硅（石英砂），研磨不充分；
②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素（叶绿素）太少；
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低；
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：滤液细线画得过粗。
（3）滤纸条看不见色素带
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）滤纸条上色素带不直
①滤纸条未剪去两角，滤液沿两侧扩散过快；
②滤液细线画得不直。
1.如图是某同学采用菠菜开展“绿叶中色素的提取与分离”实验时的改进装置示意图，下列叙述错误的是（　　）
A.可以用层析液提取绿叶中的光合色素
B.研磨时加少许碳酸钙可防止研磨中色素被破坏
C.实验得到的若干个同心圆（近似圆形）中，最内侧的一个圆呈黄绿色
D.实验得到的若干个同心圆（近似圆形）中，最外侧的一个圆中的色素主要吸收蓝紫光
解析：A　层析液可用于分离色素，可以用无水乙醇提取绿叶中的光合色素，A错误；研磨时加少许碳酸钙可防止研磨中色素被细胞中的有机酸破坏，B正确；色素的提取和分离时，色素在层析液中的溶解度不同：溶解度小，则扩散速度慢，形成的圆最小，结果能得到4个同心圆，从外向内分别是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），即最内侧的一个圆呈黄绿色，而最外侧的胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C、D正确。
2.龟背竹叶形奇特，色浓且富有光泽，观赏性好，且可以净化室内空气，是一种理想的室内植物。下列叙述正确的是（　　）
A.可以用体积分数为95％的乙醇分离龟背竹叶片中的各种色素
B.连续降温使龟背竹叶片变黄是因为所有光合色素都被破坏
C.若分离色素时滤液细线触及层析液，滤纸条上能看到两条色素带
D.叶肉细胞中的光合色素在叶绿体基质中不存在
解析：D　需要用层析液分离龟背竹叶片中的各种光合色素，A错误；连续降温使龟背竹叶片变黄是因为叶绿素含量减少，类胡萝卜素含量相对增多，B错误；若滤纸条上的滤液细线触及层析液，滤液细线上的色素溶解在层析液中，则不能分离得到色素带，C错误；叶肉细胞中的光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，在叶绿体基质中不存在，D正确。
知识点二　叶绿体的结构适于进行光合作用
1.形态：一般呈扁平的　椭球形或球形　。
2.结构
【微思考】　叶绿体中有如此众多基粒的意义是什么？
提示：增加膜面积，有利于光能的吸收。
3.叶绿体功能的实验验证
（1）实验者：德国科学家恩格尔曼。
（2）实验过程及现象
（3）实验结论：O2是由　叶绿体　在光照条件下释放出来的，　叶绿体　是光合作用的场所。
提醒：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，其进行光合作用的场所是细胞质。
4.叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础
（1）在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的　色素分子　。
（2）在　类囊体薄膜　上和　叶绿体基质　中，还有许多进行光合作用所必需的酶。
　（1）没有叶绿体的生物无法进行光合作用。 （×）
（2）植物细胞都含有叶绿体。 （×）
（3）在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。 （×）
（4）叶绿体中构成基粒的类囊体扩展了捕获光能的膜面积。 （√）
（5）光合作用的酶分布于叶绿体内膜、外膜、类囊体薄膜和叶绿体基质中。 （×）
探究｜分析恩格尔曼的实验过程
请结合教材P100～101中恩格尔曼实验，回答问题：
（1）恩格尔曼的第一个实验
①该实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点是：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完全暴露在光照下，需氧细菌分布在叶绿体所有的受光部位，这组实验的设计目的是什么？
提示：和装置1进行对照，明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
③上面两组实验都要求在黑暗且隔绝空气的条件下进行，为什么？
提示：排除氧气和光对实验结果的干扰。
（2）恩格尔曼的第二个实验：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：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，因此需氧细菌在此区域分布。
（3）如图是恩格尔曼实验装置改装示意图。光线通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围需氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。
提示：光线通过叶绿体色素提取液后，红光和蓝紫光被吸收，水绵光合作用微弱，产生O2较少，因此需氧细菌分布无显著变化。
3.下列事实或依据中，不能支持叶绿体是光合作用的场所这一结论的是（　　）
A.类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积
B.类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子
C.叶绿体具有膜结构，能把叶绿体与细胞质基质分隔开
D.类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶
解析：C　许多类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积，为光反应过程所需要的色素和酶的附着提供了广阔的膜面积，因而叶绿体可作为光合作用的场所，A不符合题意；类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子，因而可以作为光反应的场所，B不符合题意；叶绿体有双层膜结构，能把叶绿体与细胞质基质分隔开，这不支持叶绿体是光合作用的场所，C符合题意；类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶，因此叶绿体可以作为光合作用的场所，D不符合题意。
4.（教材P100～101“思考·讨论”）1881年，恩格尔曼通过简单、巧妙的实验证实：
（1）　叶绿体　是光合作用的场所。
（2）实验原理：①光合作用需要在有光条件下才能进行，光合作用能释放氧气；②　需氧细菌　向产生氧气的地方集中。
实验材料：载有水绵和需氧细菌的临时装片，极细的光源，光学显微镜，三棱镜等。
（3）实验过程：①对照组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片完全暴露在光下，光学显微镜观察需氧细菌分布；②实验组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在　没有空气的黑暗　环境里，用极细的光源照射水绵的不同部位，然后光学显微镜观察需氧细菌分布。
实验结果：需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位周围。
实验延伸：恩格尔曼通过上述实验证实了光合作用的场所，恩格尔曼还利用上述实验材料证明了光合作用主要吸收蓝紫光和红光，请写出他证明光合作用主要吸收蓝紫光和红光的实验。
（4）设计思路：　极细的光源通过三棱镜色散后，照射载有水绵和需氧细菌的临时装片，然后观察需氧细菌的分　。
解析：（1）恩格尔曼实验说明氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
（2）实验原理：①光合作用需要在有光条件下才能进行，光合作用能释放氧气；②需氧细菌因为对氧气有需求，因而会向产生氧气的地方集中。
（3）①对照组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片完全暴露在光下，光学显微镜观察需氧细菌分布，此时的需氧细菌应该均匀分布；②实验组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在黑暗环境里，用极细的光源照射水绵的不同部位，然后光学显微镜观察需氧细菌分布。实验结果显示，需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位周围，这说明叶绿体被光照射的部位有氧气产生，进而能得出的结论是叶绿体在光下产生了氧气。
（4）恩格尔曼还利用题述实验材料证明了光合作用主要吸收蓝紫光和红光，即本实验的目的是证明光合作用的有效光照是红光和蓝紫光，因此实验的自变量是光质的不同，因变量是需氧细菌聚集的部位，因此实验的思路为用极细的光源通过三棱镜色散后，照射载有水绵和需氧细菌的临时装片，然后观察需氧细菌的分布，这里采用极细的光束的目的是为了能明显判断需氧细菌聚集的部位，本实验的结果显示出需氧细菌主要聚集在红光和蓝紫光照射的部位。
课堂小结
1.（2025·广西新课程教研联盟联考）用新鲜菠菜叶片进行叶绿体中的色素提取和分离实验。下列叙述正确的是（　　）
A.提取叶绿体中色素的原理是四种色素的溶解度不同
B.可以用无水乙醇作为层析液进行四种色素的分离
C.纸层析法分离色素时，层析液不能触及滤液细线
D.滤纸条上会出现四条颜色、粗细不同的色素带，黄绿色的条带最粗
解析：C　提取叶绿体中色素的原理是色素易溶于有机溶剂，分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同，A错误；可以用无水乙醇作为提取液提取色素，无水乙醇不作为层析液使用，B错误；分离色素时，层析液不要没过滤液细线，防止色素溶解在层析液中，C正确；滤纸条上会出现四条颜色、粗细不同的色素带，黄绿色的条带为叶绿素b，蓝绿色的条带为叶绿素a，最粗，因为叶绿素a含量最多，D错误。
2.叶绿体结构适于进行光合作用，下列有关叶绿体的叙述，错误的是（　　）
A.叶绿体基质中含有暗反应过程所需的多种酶
B.叶绿体内膜折叠形成嵴，增大了光反应面积
C.叶绿体中的色素可以吸收、传递和转化光能
D.叶片呈绿色的原因之一是叶片中光合色素几乎不吸收绿光
解析：B　暗反应的场所是叶绿体基质，因此叶绿体基质中含有该过程所需的多种酶，A正确；叶绿体的类囊体薄膜堆叠形成基粒，增大了叶绿体的膜面积，B错误；叶绿体中的色素可以吸收、传递和转化光能，C正确；植物叶片之所以呈现绿色，原因之一是叶片中的叶绿体吸收绿光很少，将绿光反射出来，D正确。
3.（2025·黑龙江省肇东四中期中）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（　　）
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
解析：D　叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。
一、概念梳理必记
1.无水乙醇能提取绿叶中的色素，原理是绿叶中的色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。
2.二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
3.层析后滤纸条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a和叶绿素b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。
5.参与光合作用的色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上，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。
二、长句表达必明
1.叶绿体中色素提取和分离的原理分别是绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中；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。
2.为使植物工厂里的植物正常生长，不能使用发绿光的光源。因为植物的光合色素对绿光的吸收效率较低，光合作用效果较差。
知识点一　捕获光能的色素
1.（2025·黑龙江哈尔滨九中月考）用芒果新鲜绿叶与黄叶分别进行色素提取和分离实验，相关说法正确的是（　　）
A.色素能溶解在有机溶剂中，可用无水乙醇提取和分离芒果叶中的色素
B.若选择黄色的叶片，则提取不到光合色素
C.溶解度高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度快
D.胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光，在绿叶的四条色素带中最宽，呈黄绿色
解析：C　分离芒果叶中的色素用层析液，A错误；若选择黄色的叶片，提取到的叶绿素较少，B错误；各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，溶解度大，随层析液在滤纸上扩散速度快，C正确；叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光，含量最多，在绿叶的四条色素带中最宽，呈蓝绿色，D错误。
2.（2025·山东淄博实验中学月考）叶绿素a是由谷氨酸经一系列酶的催化作用合成的，其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列说法正确的是（　　）
A.无机盐在细胞中主要以化合物的形式存在
B.叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中
C.可用无水乙醇作层析液分离出绿叶中的叶绿素a
D.叶绿素a呈黄绿色，主要吸收蓝紫光和红光
解析：B　无机盐在细胞中主要以离子的形式存在，A错误；叶绿素a的尾部具有亲脂性特点，而生物膜的基本支架由磷脂双分子层构成，膜的内侧是疏水的，故叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中，B正确；叶绿素a易溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇提取，而不是用无水乙醇作为层析液，C错误；叶绿素a呈蓝绿色，D错误。
3.（2025·浙江诸暨中学月考）某生物兴趣小组利用韭菜、韭黄进行相关实验，再进行纸层析法分离色素，有关说法错误的是（　　）
A.光合色素是脂溶性的，可用层析液进行提取
B.韭黄组的滤纸条上缺乏从上到下的第三、四条色素带
C.韭黄吸收红光的效率明显弱于韭菜
D.在滤纸条上扩散最快的光合色素是胡萝卜素
解析：A　光合色素是脂溶性的，可用无水乙醇进行提取，A错误；韭黄缺少叶绿素，该组的滤纸条上缺乏从上到下的第三、四条色素带，B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，韭菜含有较多的叶绿素，因此韭黄吸收红光的效率明显弱于韭菜，C正确；胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，在滤纸条上扩散最快，D正确。
4.（2025·河北冀州中学期中）如图表示光合色素对不同波长光的吸收率（％），下列相关叙述错误的是（　　）
A.由图可推知，M含量较少
B.由图可知，Q、N是叶绿素
C.提取色素时加入碳酸钙可防止M分解
D.补充波长为500～600 nm光照对农作物增产无益
解析：C　根据叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，可推知M为类胡萝卜素（约占1/4），含量较少，Q、N是叶绿素（约占3/4），A、B正确；提取色素时加入碳酸钙可防止色素被破坏，且主要保护的是叶绿素，C错误；叶绿素和类胡萝卜素在波长为500～600 nm光照时吸收光能极少，所以补充波长为500～600 nm光照对农作物增产无益，D正确。
5.（2025·江苏广陵区红桥高级中学月考）在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁4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（　　）
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A.①②③④ B.④②③①
C.②④①③ D.③②①④
解析：C　乙同学操作完全正确，其他同学与该同学进行对比，分析缺少的试剂并根据该试剂的作用分析可能出现的实验结果。无水乙醇为提取剂，色素提取过程不需要加水，若加入水会使色素提取液颜色变浅；SiO2的作用是使研磨更充分；CaCO3能防止研磨中色素被破坏，且主要保护的是叶绿素。甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③，因此甲、乙、丙、丁四位同学所得的实验结果依次应为②④①③，C正确，A、B、D错误。
知识点二　叶绿体的结构适于进行光合作用
6.（2025·云南大理祥云一中月考）图甲为叶绿体的结构模式图，图乙为图甲中部分结构放大图。下列叙述错误的是（　　）
A.图甲④中存在光合作用所需要的酶和少量的DNA
B.图甲③大大地扩展了叶绿体的受光面积
C.图乙所示结构属于图甲中的③
D.可用层析液提取图乙所示的光合色素
解析：D　图甲④为叶绿体基质，是暗反应的场所，存在光合作用所需要的酶和少量的DNA，A正确；图甲③为类囊体薄膜，其大大地扩展了叶绿体的受光面积，有利于光反应的发生，B正确；图乙所示结构为叶绿体的类囊体薄膜，属于图甲中的③，C正确；可用无水乙醇提取图乙所示的光合色素，D错误。
7.（2025·黑龙江哈尔滨九中月考）下列对叶绿体的结构和功能的理解，错误的是（　　）
A.叶绿体外膜和内膜上也分布着能吸收光能的色素分子
B.许多圆饼状的类囊体堆叠成基粒增大了叶绿体内的膜面积
C.恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
解析：A　吸收光能的色素分子分布在类囊体薄膜上，叶绿体外膜和内膜上没有，A错误；由类囊体堆积形成基粒增大了叶绿体内的膜面积，有利于充分进行光合作用，B正确；恩格尔曼用水绵和需氧细菌在黑暗和无空气环境中进行实验，证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气，C正确；光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类，叶绿素包括叶绿素a、叶绿素b，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，D正确。
8.（2025·北京八十中月考）如图是某阳生植物叶绿体的电镜照片，相关叙述正确的是（　　）
A.适当遮荫后，结构③的数量和膜面积会急剧减少
B.该细胞器是“养料制造车间”和“能量转换站”
C.结构③上分布着吸收、传递、转换光能的水溶性色素
D.结构①有4层磷脂分子，内膜向内折叠有利于光合作用进行
解析：B　适当遮荫后，为了吸收更多的光能，结构③的数量和膜面积会增加，A错误；该细胞器是叶绿体，是“养料制造车间”和“能量转换站”，B正确；结构③上分布着吸收、传递、转换光能的光合色素，光合色素是脂溶性的，C错误；叶绿体含有两层膜，4层磷脂分子，但内膜不会向内折叠，D错误。
9.（2025·山东名校联考）紫背天葵是校园里常见绿化植物。在不同光照强度的条件下（其他条件相同且适宜）分组栽培紫背天葵一段时间，获取各组植物叶片的光合色素提取液，用分光光度法（一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比）分别测定每组提取液中各种光合色素的含量。对上述实验的分析错误的是（　　）
A.研磨叶片时加入的碳酸钙可防止光合色素被破坏
B.本实验需用纸层析法分离提取液中的各种光合色素
C.叶片之间和叶正反面颜色差异与光合色素的含量有关
D.用分光光度法测定叶绿素含量时需要使用红光波段
解析：B　提取光合色素加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确；本实验用分光光度法分别测定每组提取液中各种光合色素的含量，B错误；叶片正面由于直接面向阳光，接收到的光照强度较高，细胞会加速合成叶绿素，以更有效地进行光合作用，导致正面叶绿素的含量增加，颜色更为鲜亮。相比之下，叶片背面由于处于背光或半背光状态，接收到的光照强度较弱，叶绿素的合成速度相对较慢，含量较少，C正确；叶绿素在红光区和蓝光区各有一个吸收峰，用分光光度法测定光合色素提取液中叶绿素含量时通常选用叶绿素在红光区的吸收峰波长，这是因为可以排除在类胡萝卜素和蓝光区的干扰，D正确。
10.（2025·吉林四平实验中学月考）采用新鲜的菠菜绿叶进行“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列相关叙述正确的是（　　）
A.可以用无水乙醇进行色素的提取和分离
B.色素在滤纸条上扩散速度快慢与其含量有关
C.滤液细线过粗可能会导致滤纸条上色素带重叠
D.滤纸条上分离出的色素带从下到上第1条是叶绿素a
解析：C　无水乙醇用于色素的提取，用层析液进行色素分离，A错误；色素在滤纸条上扩散速度快慢与其溶解度有关，B错误；滤液细线过粗，色素过多，可能会导致滤纸条上色素带重叠，C正确；滤纸条上分离出的色素带从下到上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，D错误。
11.美国科学家恩格尔曼利用一种绿藻（这种绿藻具有呈螺旋带状的叶绿体）研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一张载有细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移向氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如图所示。下列叙述不正确的是（　　）
A.B情况下细菌集中分布在叶绿体周围
B.该实验证实了光合作用的场所是叶绿体
C.吸收光能的色素和催化反应的酶都分布在类囊体薄膜上
D.恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是找出不同颜色的光对光合作用的影响
解析：C　B状态光照条件下，叶绿体受光均匀，叶绿体进行光合作用，生成氧气，所以需氧细菌分布在螺旋带状叶绿体周围，A正确；通过螺旋带状的叶绿体与需氧细菌分布的关系可以看出进行光合作用的场所是叶绿体，B正确；吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中，C错误；在C实验中的自变量是光质，本实验的目的是探究不同颜色的光对光合作用的影响，D正确。
12.（2025·云南省上海新纪元实验学校云贵统考）某实验小组的同学为了探究菠菜叶中色素的种类与含量，将新鲜菠菜绿叶中的色素进行分离，提取光合色素，开展了相关实验，请根据图示，回答以下问题：
（1）本实验中提取色素所用试剂为　无水乙醇　。
（2）在菠菜叶研磨过程中，学生加入了二氧化硅和　碳酸钙　，所加入的这两种试剂的作用分别是　　保证研磨充分、防止绿叶中的色素被破坏　。
（3）在用滤纸条分离绿叶中色素的实验中，所用分离方法的原理是　不同色素在层析液中溶解度不同　，实验结果如图所示，滤纸条最上端的两条色素带统称为　类胡萝卜素　，主要吸收　蓝紫　光。
（4）另一实验小组也进行了此实验，但分离得到的色素带的颜色较浅，其原因可能是　b、d　。
a.提取时画滤液的细线接触层析液
b.实验选用菠菜叶不够新鲜
c.在对菠菜进行研磨时加入的无水乙醇过少
d.在对菠菜进行研磨时未加二氧化硅
解析：（1）叶绿体色素能溶解到有机溶剂中，因此，本实验中提取色素所用试剂为有机溶剂，通常用的是无水乙醇。
（2）在菠菜叶研磨的过程中，学生分别加入了二氧化硅和碳酸钙，其中加入前者的目的是为了保证研磨充分，加入后者的目的是为了保护色素，防止绿叶中的色素被破坏。
（3）分离色素时采用纸层析法，原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，其中滤纸条最上端的两条色素带为胡萝卜素和叶黄素，统称为类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。
（4）层析时，层析液没过滤液细线，使色素溶解在层析液中，则不会出现色素带，a错误；实验选用菠菜叶不够新鲜，导致色素被分解，因而层析得到的色素带较淡，b正确；在对菠菜进行研磨时加入的无水乙醇过少，则可能会导致色素带颜色较深，不会出现色素带变淡的情况，c错误；研磨时没有加入SiO2，导致研磨不充分，色素没有充分提取，因而色素带较浅，d正确。故选b、d。
14 / 14微课3　与酶有关的实验分析
题型1｜科学探究中的变量控制
实验过程中可以变化的因素称为变量。在生物实验设计中对变量的确立、操控是实验成功与否的关键。
（1）单一变量原则：即除自变量（实验变量）以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜，以确保实验变量的唯一性。如生物材料相同（大小、生理状况、年龄、性别等）、实验器具相同（型号、洁净程度等）、实验试剂相同（用量、浓度、使用方法等）和条件相同（保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等）。
（2）等量原则：在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量对实验的影响，而且不同的实验组中无关变量应完全相同且适宜，这样就可排除无关变量对实验的干扰，排除实验偶然性，提高实验的准确率。
【典例1】　（2025·广西南宁二中月考）研究发现，桑叶中的黄酮类化合物是天然的抗氧化剂，具有抑制血清中脂质增加等作用。欲探究在不同pH条件下，桑叶黄酮对胰脂肪酶活性的影响，某生物兴趣小组进行了相关实验，结果如图所示。下列有关叙述正确的是（　　）
A.胰脂肪酶可促进机体对食物中脂肪和淀粉的消化吸收
B.该实验的自变量为胰脂肪酶的活性，因变量为pH
C.桑叶黄酮可抑制胰脂肪酶的活性并降低其适宜pH
D.将pH＝8.0条件下的胰脂肪酶移至适宜pH下不能恢复高活性
解析：D　酶具有专一性，胰脂肪酶可以催化脂肪水解成甘油和脂肪酸，可以促进机体对食物中脂肪的消化、吸收，但不能水解淀粉，A错误；由图可知，实验的自变量是pH、是否加入桑叶黄酮，因变量是胰脂肪酶活性，B错误；由图可知，桑叶黄酮可抑制胰脂肪酶的活性并升高其适宜pH，C错误；pH＝8.0条件下的胰脂肪酶已经失活，移至适宜pH下不能恢复其活性，D正确。
【典例2】　（2025·黑龙江哈尔滨九中月考）下表是探究温度对唾液淀粉酶活性影响实验的一些试剂及处理措施，下列分析正确的是（　　）
试管 编号 唾液稀 释液（mL） pH为6.8的 缓冲液（mL） 质量分数为1％的 淀粉溶液（mL） 不同温度处理 （10 min） 稀碘液（滴）
1 1 1 2 37 ℃恒温水浴 1
2 1 1 2 沸水浴 1
3 1 1 2 0～4 ℃冰浴 1
A.该实验的自变量是温度、pH，淀粉溶液的浓度、时间等是无关变量
B.1号试管中的淀粉在唾液淀粉酶和ATP的作用下水解为麦芽糖
C.2号试管滴加碘液后变蓝是因为高温破坏了唾液淀粉酶的结构
D.实验步骤的顺序是：加缓冲液→加淀粉→加酶→保温→加碘液
解析：C　由表格分析可知，该实验的自变量是温度、pH、淀粉溶液的浓度、时间等是无关变量，无关变量要相同且适宜，A错误；淀粉水解反应是放能反应，不需要ATP提供能量，并且在唾液淀粉酶的作用下淀粉水解为麦芽糖，B错误；2号试管处于沸水浴中，高温会破坏唾液淀粉酶的空间结构，使其失去活性，不能催化淀粉水解，滴加碘液后会变蓝，C正确；实验步骤的顺序应该是加缓冲液→加淀粉→加酶→各自保温→混合→加碘液，D错误。
【典例3】　（2025·陕西咸阳实验中学质检）如图是探究过氧化氢酶量对酶促反应速率影响的实验装置图。甲为实验开始前反应小室的状态，乙为实验时的状态，请回答下列问题：
（1）酶的作用机理是　降低反应所需的活化能　。
（2）本实验中对自变量的控制可通过　改变圆形滤纸片的大小和数目　来实现。因变量的观测指标可以用　单位时间内收集的氧气量（气体量）　来表示。
（3）能否用本实验装置来验证温度对酶活性的影响？　不能　，原因是　H2O2在加热的条件下分解较快，会影响实验结果　。
（4）在过氧化氢溶液相同浓度相同体积的不同实验组中，加入相同大小不同数目的浸润过肝脏研磨液的滤纸片，则几个实验组最终生成的气体量是否相同？　相同　，原因是　过氧化氢量相同，分解产生的氧气量相等　　。
解析：（1）酶的作用机理是降低化学反应的活化能。
（2）该实验是探究过氧化氢酶量对酶促反应速率的影响，自变量为过氧化氢酶的量，因此可以通过改变浸过肝脏研磨液的滤纸片的大小和数目来实现对自变量的控制。因变量是过氧化氢被分解的速率，可用单位时间内收集的氧气量（气体量）来表示。
（3）由于H2O2在加热的条件下分解较快，会影响实验结果，故不能用本实验装置来验证温度对酶活性的影响。
（4）由于酶只改变化学反应的速率不影响反应平衡，并且各组底物（H2O2）量相等，因此几个实验组最终生成的气体量相同。
题型2｜对照实验
1.含义
除作为自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致，并将结果进行比较的实验。
2.对照实验的类型
（1）空白对照：自然状态下，即不做任何处理，或除实验变量外，其他处理与实验组完全相同（如生理盐水、酒精溶剂、假手术等）。
（2）自身对照：对照组和实验组都在同一研究对象上进行，观察实验处理前后现象的变化。实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实验组。
（3）相互对照：几个实验组相互对比，其中每一组既是实验组也是其他实验组的对照组。一般是在探究某种实验因素对实验结果的影响未知的情况下使用，通过相互对比，确立实验变量和反应变量的关系。
（4）条件对照：给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，给定的处理因素正是为了保证实验中，对照组和实验组相比，只是少了实验变量的影响，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。
【典例4】　（2025·福建连城一中月考）关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述正确的是（　　）
A.探究细胞核的功能中蝾螈受精卵横缢实验，没有进行对照
B.探究pH对酶活性影响的实验与探究酶活性的最适pH实验，温度都属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同，但设置的实验组数有所不同
C.观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自变量，原生质层位置变化为因变量，该实验不存在对照
D.探究温度对淀粉酶活性影响实验中，淀粉酶的浓度是自变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝
解析：B　探究细胞核的功能中蝾螈受精卵横缢实验，存在相互对照和自身对照，A错误；两个实验都是使用过氧化氢酶（例如肝脏研磨液）分解过氧化氢，来探究pH对酶活性的影响和探究酶活性的最适pH，自变量都是pH，因变量都是过氧化氢的分解情况，温度都属于无关变量，探究酶活性的最适pH实验中应设置一系列不同的pH相互对照，实验组数相对于探究pH对酶活性影响的实验的组数要多，B正确；观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖溶液前与滴加蔗糖溶液后进行对照，滴加清水后与滴加蔗糖溶液后进行对照，实验中存在自身前后对照，C错误；探究温度对淀粉酶活性影响实验中，温度是自变量，D错误。
【典例5】　（2025·湖南南雅星沙实验学校月考）麦胚富含营养，但由于含有高活性脂肪酶与不饱和脂肪酸，极易酸败变质。为了延长麦胚贮藏期，科研人员研究了不同无机盐对脂肪酶活性的影响。下列分析错误的是（　　）
A.实验的自变量是无机盐的种类和浓度
B.对照组和实验组必须设置相同的温度和pH
C.图中不同浓度的CaCl2均可以提高脂肪酶的活性
D.KCl对脂肪酶活性的影响最小，可用于延长麦胚贮藏期
解析：D　分析题图可知实验的自变量是无机盐的种类和浓度，A正确；实验需要严格控制变量，遵循对照和单一变量原则，其他条件相同且适宜，本实验中温度和pH为无关变量，需要保持一致，B正确；分析题图，随CaCl2浓度增大，酶活性一直在增强，且其活性均高于对照组，C正确；KCl对脂肪酶活性的影响曲线趋势较为平稳，基本与对照组酶活性水平持平，对脂肪酶活性影响较小，结合题干“但由于含有高活性脂肪酶与不饱和脂肪酸，极易酸败变质”，可知KCl并不能延长麦胚贮藏期，D错误。
【典例6】　（2025·贵州贵阳一中月考）1773年，意大利科学家斯帕兰札尼通过实验证明鸟类的胃液中存在着某种化学物质，可以消化瘦肉块，后来的科学研究表明这种物质是一种由胃腺细胞分泌的促进蛋白质分解的酶。某生物学兴趣小组为探究影响酶活性因素的实验，他们设计了如下表的一个实验方案。根据方案分析，回答下列问题：
操作步骤 加入物质与相关操作 A组 B组 C组 D组
一 加1 cm瘦肉块 1 1 1 1
二 加蒸馏水4 mL 4 0 0 0
加胃蛋白酶4 mL 0 4 4 4
三 设置水浴温度/℃ 37 37 ① 0
四 调节pH 1.5 1.5 8.0 1.5
五 混合均匀
六 相同时间后检测瘦肉块体积大小的变化情况（时间足够长）
（1）该实验方案中作为对照组的处理是组别　A　（填组别字母）；该方案中①的处理应为　37　。
（2）方案中B组与D组处理的自变量为　温度　。预测D组中瘦肉块的体积将　基本不变　（填“明显变大”“明显变小”或“基本不变”），原因是　在0 ℃时，胃蛋白酶的活性很低　　。
（3）若B组与C组构成一组对照实验，则该实验探究的课题为　探究pH对胃蛋白酶活性的影响　，若B组与D组构成一组对照实验，该实验的无关变量有　pH、加胃蛋白酶的量、加瘦肉块的量等　（答2点即可）。
解析：（1）表格内容显示，该实验的自变量：酶的有无（试剂的种类）、pH和温度。依据实验设计遵循的对照原则、单一变量原则等可推知：该实验方案中，作为对照组的处理是A组，①应为37 ℃水浴。
（2）B组与D组的区别在于水浴温度不同，因此B组与D组处理的自变量为温度。D组的水浴温度为0 ℃，胃蛋白酶的活性很低，因此瘦肉块的体积将基本不变。
（3）方案中的①为37 ℃水浴，B组与C组的自变量为pH。若B组与C组构成一组对照实验，则该实验探究的课题为：探究pH对胃蛋白酶活性的影响。若B组与D组构成一组对照实验，则该实验的自变量为温度，除自变量外，对实验结果有影响的变量均为无关变量，包括pH、加胃蛋白酶的量、加瘦肉块的量等。
1 / 2第1课时　酶的作用和本质
学习目标
1.通过材料分析认识酶的本质，并通过模型与建模的方法，说明酶的作用机理。 2.通过比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论，并学会控制实验变量和对照实验的设计。 3.设计实验证明酶的作用并探究酶的化学本质。
知识点一　酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢
（1）概念：细胞中每时每刻都进行着许多　化学反应　，统称为细胞代谢。
（2）条件：需　酶　的催化。
（3）意义：细胞代谢是　细胞生命活动　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Fe3＋和肝脏研磨液中　过氧化氢酶　的作用下加速分解。
（2）实验步骤和实验现象
实验步骤
相同处理 向4支试管中分别加入　2 mL过氧化氢　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 　少　 较多 　很多　
带火星 卫生香 无复燃 　有　复燃 复燃性 较强 复燃性 　很强　
（3）实验结论
酶具有　催化　作用，与无机催化剂相比，酶催化效率更　高　。
3.控制变量和设计对照实验（教材P78“科学方法”）
（1）自变量
人为控制的对实验对象　进行处理　的因素叫作自变量。
（2）因变量
因　自变量　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　影响　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　保持一致　，并将结果进行　比较　的实验叫作对照实验。
4.酶的作用原理
（1）活化能：分子从　常态　转变为容易发生化学反应的　活跃　状态所需要的能量。
（2）原理：同无机催化剂相比，酶降低　活化能　的作用更显著。
（3）意义：使细胞代谢能在　温和　条件下快速有序地进行。
【微思考】　加热和无机催化剂都可降低化学反应的活化能吗？
提示：加热可提供化学反应所需的能量，提高反应速率；无机催化剂可降低化学反应的活化能。
（1）酶能够降低化学反应的活化能，使化学反应顺利进行。 （√）
（2）酶能催化H2O2分解，是因为酶使H2O2得到了能量。 （×）
提示：酶不能提供能量。
（3）酶在生物体内有催化和调节作用。（×）
提示：酶在生物体内有催化作用，没有调节作用。
（4）无关变量是与实验结果无关的变量。 （×）
提示：无关变量是指与研究目的无关，却影响实验结果的变量。
（5）对照实验中，除自变量外，其他无关变量都应保持相同且适宜。 （√）
探究一|分析“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验过程和结果
1.实验材料的选择及处理
（1）实验中使用的肝脏为什么必须是“新鲜”的？
提示：新鲜的肝细胞中过氧化氢酶的活性较高。
（2）新鲜的肝脏需“制成研磨液”后再加入4号试管的原因是什么？
提示：研磨可破坏细胞结构，使细胞内的酶释放出来。研磨液能增大过氧化氢酶与H2O2的接触面积。
2.对实验过程及结果的分析
（1）实验中哪一组为对照组？能否用滴加过肝脏研磨液的滴管来滴加FeCl3溶液？为什么？
提示：第1组为对照组。否，因为滴管中含有过氧化氢酶，会对实验结果产生影响。
（2）该实验中可以利用哪些方法检测H2O2分解速率的大小？
提示：观察气泡产生的速率、点燃的卫生香的复燃程度。
（3）对照分析实验中的4支试管，总结实验结论。
①1号与2号、3号、4号对照，结论：　　。
②3号与4号对照，结论：　　。
提示：①加热、FeCl3及过氧化氢酶都可以促进H2O2的分解
②过氧化氢酶催化H2O2分解的效率高于FeCl3
（4）根据教材P78“科学方法”分析该实验中的变量
试管编号 2号试管 3号试管 4号试管
自变量 90 ℃水浴 加热 　滴加质量分数为3.5％的FeCl3溶液　 　滴加质量分数为20％的肝脏研磨液　
因变量 　气泡产生的速率或点燃的卫生香的复燃程度　
无关变量 　反应时间、pH、H2O2的量、FeCl3溶液和肝脏研磨液的量等　
探究二｜分析酶的作用原理
3.如图表示在无催化剂和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。
（1）无催化剂的反应曲线是　②　。
（2）有酶催化的反应曲线是　①　。
（3）AC段的含义是　在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能　。
（4）AB段的含义是　酶降低的活化能　。
（5）若将酶催化该反应改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵坐标上将　向上　移动。
1.分析：各条件使H2O2分解速率加快的本质
（1）加热：为反应物分子提供能量使更多分子能够跨越活化能垒，从而加速反应。
（2）Fe3＋：降低化学反应的活化能。
（3）酶：更显著地降低化学反应的活化能（作用机理）。
2.酶与无机催化剂的共性
（1）催化机理相同，都是降低化学反应的活化能。
（2）在反应前后数量和性质不发生改变，一段时间内可以重复利用。
（3）都不改变反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间。如图所示。
1.酶和无机催化剂加快某化学反应的机理如图所示（Ea、Eb、Ec为活化能，指底物分子“活化”所需的能量）。下列叙述正确的是（　　）
A.表示酶降低的活化能的是Eb－Ec
B.没有催化剂，该化学反应就不能发生
C.由图中Ec与Eb比较可知，酶的催化作用更显著
D.酶和无机催化剂均降低了底物分子的能量
解析：C　Ea表示不加催化剂时化学反应所需的活化能，Eb表示无机催化剂催化反应所需的活化能，Ec表示酶催化的化学反应所需的活化能，Ea－Ec表示酶降低的活化能，A错误；从图中可看出，没有催化剂，所需活化能较多，反应进行速度慢，并不是不能发生，B错误；分析曲线可知，酶与无机催化剂相比，酶降低活化能更多，催化效率更高，C正确；酶和无机催化剂降低了化学反应的活化能，而不是降低底物分子的能量，D错误。
2.关于比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验，下列叙述正确的是（　　）
A.实验中所用肝脏研磨液必须是新鲜的，若放置时间过长肝细胞内的过氧化氢会减少
B.实验中用到的滴管，必须先吸取氯化铁溶液再吸取肝脏研磨液，这样对实验结果影响较小
C.过氧化氢在温度高的环境中分解速率会比常温时快
D.实验的自变量是试管中产生气泡数目的多少和带火星木条的复燃情况
解析：C　实验中所用肝脏研磨液必须是新鲜的，肝脏研磨液放置时间过长，过氧化氢酶会分解失活，A错误；实验需要严格控制自变量，吸取氯化铁溶液和吸取肝脏研磨液的滴管不能混用，B错误；温度较高意味着给过氧化氢的分解提供了能量，过氧化氢在高温条件下分解速率会加快，C正确；试管中产生气泡数目的多少和带火星木条的复燃情况是因变量，D错误。
知识点二　酶的本质
1.关于酶本质的探索
2.酶的概念理解
【微思考】　酶只在细胞内产生和发挥作用吗？
提示：酶只在细胞内产生，条件适宜时，在细胞内外都可发挥作用。
　（1）1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”的主要成分就是现在所说的酒精。 （×）
提示：“酒母”的主要成分就是现在所说的酵母。
（2）酶的基本组成单位是氨基酸。 （×）
提示：酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸。
（3）具有分泌功能的细胞才能产生酶。（×）
提示：酶是由活细胞产生的有机物，绝大多数细胞都能产生酶。
（4）脲酶能催化尿素分解成氨和二氧化碳。 （√）
探究一｜探究酶本质的实验拓展
1.美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取到脲酶，并证明了脲酶是蛋白质。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。
2.为了探究酶的化学本质，某同学做了如下实验：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图所示，请思考：甲、乙两种酶的化学本质是否相同？为什么？
提示：不相同。观察曲线图可知：甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的水解，则甲酶的化学本质是RNA；乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶的化学本质为蛋白质。
探究二｜归纳总结酶的本质
3.完善有关酶本质的相关内容
化学本质 绝大多数是　蛋白质 少数是　RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
组成元素 C、H、O、N，有的含有S C、H、O、N、P
合成场所 核糖体 细胞核 （真核生物）
来源 活细胞（哺乳动物成熟红细胞除外）
作用场所 细胞内、细胞外、生物体外
生理功能 催化
作用机理 降低化学反应的活化能
酶的底物 酶促反应的反应物
鉴定酶本质的实验原理和方法
（1）试剂鉴定法：利用双缩脲试剂与蛋白质作用产生紫色反应的原理设计实验方案。
（2）酶解鉴定法
3.下列关于生物体产生的酶的叙述，错误的是（　　）
A.生物膜为酶提供附着位点，没有生物膜系统的细胞不能合成酶
B.萨姆纳用丙酮提取的脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C.蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类，蛋白酶能催化淀粉酶水解
D.酶的化学本质都是有机物，且酶都是生物大分子
解析：A　细胞内的许多化学反应都是在生物膜上进行的，生物膜为酶提供了附着位点，但没有生物膜系统的原核细胞也能合成酶，因为酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数活细胞都能合成酶，A错误；萨姆纳从刀豆种子中用丙酮作溶剂提取出脲酶，脲酶能够将尿素分解成氨和CO2，B正确；淀粉酶的本质是蛋白质，蛋白酶可以催化蛋白质水解，所以蛋白酶能催化淀粉酶水解，C正确；酶的化学本质是有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA，蛋白质和RNA都是生物大分子，D正确。
4.木质素的化学降解需要消耗高热量，而使用酶进行降解则是一个更为环保的过程。自然界中，真菌和细菌能够用它们分泌的木质素降解酶（一种蛋白质）分解木质素。下列有关叙述正确的是（　　）
A.与化学降解木质素相比，酶降解耗能较多
B.木质素降解酶的合成不一定需要内质网和高尔基体参与
C.酶的合成过程都以氨基酸为原料，同时有水的生成
D.木质素降解酶只能催化化学反应，不能作为化学反应的反应物
解析：B　酶的作用实质是降低了化学反应所需的活化能，故与化学降解木质素相比，酶降解耗能少，A错误；据题干信息可知真菌和细菌能够用它们分泌的木质素降解酶（一种蛋白质）分解木质素，但细菌无内质网和高尔基体，故木质素降解酶的合成不一定需要内质网和高尔基体的参与，B正确；酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA，合成RNA的原料是核糖核苷酸，C错误；木质素降解酶作为催化剂能催化化学反应，木质素降解酶（一种蛋白质）也能作为底物被蛋白酶分解，D错误。
课堂小结
1.（2025·黑龙江省海林市朝鲜族中学上学期第二次月考）在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，把鸡肝制成研磨液的目的是（　　）
A.有利于过氧化氢酶的释放
B.保护过氧化氢酶
C.提高过氧化氢酶的活性
D.以上各项都错误
解析：A　在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，把鸡肝制成研磨液的目的是：通过研磨，将过氧化氢酶从细胞中释放出来，有利于过氧化氢酶与过氧化氢结合，使反应更充分，A正确，B、C、D错误。
2.（2025·四川省成都市绵实外国语学校高一12月月考）下列关于酶的叙述，正确的是（　　）
A.酶对细胞代谢起调节作用
B.少数酶是RNA
C.活细胞都能产生酶
D.酶不能脱离生物体起作用
解析：B　酶对细胞代谢起催化作用，A错误；酶多数是蛋白质，少数是RNA，B正确；哺乳动物成熟红细胞没有细胞核、核糖体，不能产生酶，C错误；酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用，D错误。
3.（2024·江苏南通调研）某研究小组欲探究影响过氧化氢分解的因素，做了如下两个实验。相应的实验结果如图所示（实验1、实验2均在适宜条件下进行），请分析回答：
（1）实验1、2中的自变量分别为　催化剂的种类（和时间）、过氧化氢的浓度　。
（2）实验2结果反映，BC段O2产生速率不再增大的原因最可能是　酶的数量有限　。
（3）实验1中过氧化氢酶和Fe3＋的作用原理是　降低化学反应的活化能　；通过实验1可以得出什么结论？　酶具有催化作用，且与无机催化剂相比，酶的催化效率更高　。
解析：（1）观察题图可知实验1、2的自变量分别是催化剂的种类（和时间）、过氧化氢的浓度。
（2）实验2曲线中BC段O2产生速率不再增大的原因最可能是酶的数量（浓度）有限。
（3）过氧化氢酶和Fe3＋都是催化剂，它们的作用原理相同，都是降低化学反应的活化能，实验1中加过氧化氢酶的反应速率比加Fe3＋的快得多，故可以得出结论：酶具有催化作用，且与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
一、概念梳理必记
1.细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢是细胞生命活动的基础。
2.活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
3.加热使反应物获得了能量，反应速率加快。
4.与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
5.正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速有序地进行。
6.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。
二、长句表达必明
1.酶不能增加化学反应中产物的总量。因为酶只是缩短了化学反应达到平衡所需的时间，并不能改变化学反应的平衡点。
2.结合教材P77分析“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验，回答有关问题：
（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，但是酶的催化效率最高。
（2）与1号试管相比，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。
知识点一　酶在细胞代谢中的作用
1.（2024·安徽合肥期末）下列关于“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验变量的描述，错误的是（　　）
A.温度、催化剂是自变量
B.H2O2分解速率是因变量
C.肝匀浆和氯化铁溶液的体积是自变量
D.H2O2溶液的浓度是无关变量
解析：C　在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，不同条件（温度、催化剂）是自变量；过氧化氢的分解速率是因变量；肝匀浆和氯化铁溶液的体积、H2O2溶液的浓度均是无关变量。综上所述，A、B、D正确，C错误。
2.小型圆底烧瓶内盛有等量的H2O2溶液，分别迅速加入等量的图示中的物质，烧瓶口紧包着一个小气球，使烧瓶沉于烧杯底部的同一位置。下列装置中，沉入底部的烧瓶最先浮起的是（　　）
解析：C　H2O2被Fe3＋或肝脏研磨液中的过氧化氢酶催化分解产生H2O和O2。新鲜的肝脏研磨液在37 ℃条件下催化效率最高，相同时间内产生气体最多，故C项所示实验装置中沉入底部的烧瓶最先浮起来。
3.（2024·江西九江高一检测）如图是比较过氧化氢在不同条件下的分解实验的4个组别，下列相关的叙述中，正确的是（　　）
A.与组别1相比，组别2的现象说明加热可促进过氧化氢分解
B.组别1与4对照，说明酶可提供反应所需能量
C.将3号和4号装置置于90 ℃水浴中效果更好
D.图示FeCl3只有2滴，反应现象不明显，因此应该再加大其用量
解析：A　在90 ℃水浴加热过程中过氧化氢会分解产生氧气，比组别1中过氧化氢分解速率快，故与组别1相比，组别2的现象说明加热可促进过氧化氢分解，A正确；组别1与4的单一变量是有无酶，组别1与4对照，说明酶具有催化作用，B错误；90 ℃水浴加热过氧化氢会分解产生氧气，干扰实验结果，且4号试管中酶在90 ℃时会失活，所以3号和4号试管不能在90 ℃水浴中加热，C错误；实验中应该遵循单一变量原则，3、4号试管中都应该加2滴，3号试管不能增加FeCl3用量，D错误。
4.（2024·河南新乡高一月考）关于无机催化剂和酶的比较，下列叙述错误的是（　　）
A.两者都能降低化学反应的活化能
B.反应前后，两者自身结构都会改变
C.在条件适宜的情况下，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高
D.与酶相比，无机催化剂催化的化学反应范围更广
解析：B　无机催化剂和酶都可以降低化学反应的活化能，进而起到催化的作用，A正确；催化剂在反应前后自身的结构没有发生改变，B错误；酶降低活化能的效果更显著，故酶的催化效率更高，C正确；酶的催化作用需要适宜的条件，无机催化剂可以在高温高压下发挥作用，故无机催化剂催化的化学反应范围更广，D正确。
知识点二　酶的本质
5.（链接教材P85“科学·技术·社会”）多酶片为复方制剂，主要用于消化不良，食欲缺乏。其主要成分是胰蛋白酶、胃蛋白酶。这两种酶的化学本质均为（　　）
A.糖类 B.脂质
C.蛋白质 D.核酸
解析：C　多酶片主要成分是胰蛋白酶、胃蛋白酶，这两种酶的化学本质均为蛋白质，C正确，A、B、D错误。
6.（2025·广东省揭阳市第一中学高一阶段考）1982年，美国科学家T.Cech和他的同事在对四膜虫的研究中发现：某RNA分子能使另一种RNA分子分解成较小的片段，而自身并不改变。这种RNA可以被称为（　　）
A.腐蚀剂 B.催化剂
C.杀菌剂 D.稳定剂
解析：B　RNA分子被分解为较小的片段需要相关酶的催化，故某种使RNA分子分解成较小的片段的RNA分子具有酶的催化功能，属于生物催化剂，故选B。
7.下列有关酶的发现过程的叙述，错误的是（　　）
A.斯帕兰札尼发现了化学消化
B.毕希纳利用丙酮作为溶剂提取了酿酶
C.萨姆纳证明了脲酶是蛋白质
D.切赫和奥尔特曼发现少数酶是RNA
解析：B　斯帕兰札尼将肉块放入小巧的金属笼中，让鹰吞下去，一段时间后笼内的肉块消失了，他推断鹰的胃液中一定含有消化肉块的物质，由此发现了化学消化，A正确；毕希纳将酵母菌细胞研碎，用提取液和葡萄糖反应，得到了酒精，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶，但没有分离出酿酶，B错误；萨姆纳认为酶是蛋白质，他成功地用丙酮作为溶剂分离了脲酶，并用多种方法证明了脲酶是蛋白质，C正确；美国科学家切赫和奥尔特曼发现少数RNA也有生物催化功能，即少数酶是RNA，D正确。
8.（2025·天津市滨海新区大港实验中学高一阶段检测）下列有关酶的说法正确的是（　　）
A.酶的合成场所都是核糖体
B.酶作用的原理是降低化学反应的活化能
C.酶只能在细胞内起作用
D.酶与双缩脲试剂反应都能产生紫色
解析：B　酶的化学本质是蛋白质或RNA，若为蛋白质则合成场所是核糖体，若为RNA，合成场所是细胞核，A错误；酶作用的原理是降低化学反应的活化能，从而加快化学反应的速度，B正确；酶可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，C错误；若酶是蛋白质，则能与双缩脲试剂反应产生紫色，若酶是RNA，则不能与双缩脲试剂反应产生紫色，D错误。
9.（2025·广东省惠州市第一中学高一12月月考）多酶片是一种可以治疗消化不良、食欲不振的药物，如图是多酶片的结构模式图。下列相关叙述正确的是（　　）
A.胃蛋白酶和胰蛋白酶均能够水解蛋白质，其酶促反应速率最大时的P相等
B.胰淀粉酶催化淀粉水解的实质是提供化学反应所需的活化能
C.对于吞咽药片困难的患者，多酶片可碾碎后服用，不影响其功效
D.肠溶衣在酸性条件下不易被溶解，可以保护胰蛋白酶等的活性
解析：D　P为酶的最适pH，胃蛋白酶和胰蛋白酶均能够水解蛋白质，胃蛋白酶的最适pH为2.0左右，胰蛋白酶的最适pH为7.0左右，因此两种酶的酶促反应速率最大时的P不相等，胰蛋白酶的P更大，A错误；胰淀粉酶催化淀粉水解的实质是降低化学反应所需活化能，B错误；酶作用条件较温和，胰酶（胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶）的最适pH为7.0左右，胃液的pH为1.5左右，多酶片碾碎后，胃液的酸性环境会使胰酶变性失活导致功效丧失，因此多酶片不可以碾碎后服用，C错误；由图可知，肠溶衣不溶于胃液，肠溶衣在酸性条件下不易被溶解，可防止胰酶在胃中的酸性环境下变性失活，可以保护胰蛋白酶等的活性，D正确。
10.（2024·河南省周口市鹿邑县二中高一12月月考）如图表示某反应进行时，有酶参与和无酶参与时的能量变化，相关叙述错误的是（　　）
A.此反应为吸能反应
B.曲线Ⅱ表示有酶参与时的能量变化
C.E2为反应前后能量的变化
D.酶参与反应时，其降低的活化能为E4
解析：C　生成物乙的能量比反应物甲的能量高，因此反应为吸能反应，A正确；曲线Ⅱ进行反应所需的能量比Ⅰ更低，表示有酶催化条件下的能量变化，B正确；反应前后能量的变化应为E3，C错误；酶参与反应时，其降低的活化能应为曲线Ⅰ、Ⅱ能量峰值之差，为E4，D正确。
11.（2024·山东淄博实验中学高一上期中）1857年，法国微生物学家巴斯德通过显微镜观察，提出酿酒中的发酵是由酵母菌细胞的存在所致，若没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。德国化学家李比希却坚持认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用。两种观点争执不下。下列与该争执相关的叙述中不正确的是（　　）
A.因为巴斯德显微镜下观察到了酵母菌发酵产生酒精的过程，所以其观点是对的
B.李比希的观点只是一种推测，缺乏观察或实验证据的支持
C.在葡萄糖溶液中加入不含酵母菌细胞的酵母菌细胞提取液，观察酒精产生与否，是结束该争执的有力实验证据
D.德国化学家毕希纳提取出了酵母菌细胞中引起发酵的物质，并称之为酿酶
解析：A　巴斯德认为酵母菌发酵产生酒精需要活细胞的参与，而李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，这些物质是酵母菌细胞死亡并裂解后释放的，巴斯德通过显微镜观察到了酵母菌发酵产生酒精的过程，但不能排除酵母细胞是否裂解，因此，无法判断其观点是否正确，A错误；李比希认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，这些物质是酵母菌细胞死亡并裂解后释放的，由于李比希没有将酵母细胞裂解，使用不含酵母菌的提取液去做酒精发酵试验，缺乏观察或实验证据的支持，李比希的观点只是一种推测，无法判断其观点是否正确，B正确；在葡萄糖溶液中加入不含酵母菌细胞的酵母菌细胞提取液（不含活细胞），观察酒精产生与否，若产生了酒精，说明酒精发酵不需要活细胞即酵母细胞的参与。若没有酒精产生，说明酒精发酵需要活细胞即酵母细胞的参与，因此该实验是结束两人争执的有力实验证据，C正确；毕希纳的实验结果与糖液中含有活酵母菌细胞是一样的，他将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶，D正确。
12.（2024·湖北沙市中学高一月考）细胞在代谢过程中会产生过氧化氢，它对细胞有毒害作用，但细胞内有过氧化氢酶能将过氧化氢分解成无毒物质。据此回答下列问题：
（1）过氧化氢酶促进过氧化氢分解的作用机理是：　过氧化氢酶能降低过氧化氢分解的活化能　。
（2）“生物体内绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA”。某同学为验证过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA，根据实验室提供的以下材料进行实验，请帮他补充完整：
实验材料和试剂：新配制的体积分数为3％的过氧化氢溶液、过氧化氢酶溶液、蛋白酶、RNA水解酶。试管、量筒、滴管、试管架、试管夹等。
实验步骤：
①取适量过氧化氢酶溶液均分为两份，一份用适量蛋白酶处理，另一份用　等量RNA水解酶　处理，备用；
②取三支试管，分别编号为A、B、C，分别加入　等量新配制的体积分数为3％的过氧化氢溶液　；
③向A试管中滴加两滴过氧化氢酶溶液，B试管的处理是　加入等量的用蛋白酶处理过的过氧化氢酶溶液　；C试管的处理是　加入等量的用RNA水解酶处理过的过氧化氢酶溶液　。
④观察三支试管中气泡产生的速率。
预期实验结果：　A、C试管中气泡产生速率快，B试管中气泡产生速率慢或无气泡　。
实验结论：　过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA　。
解析：（1）酶具有催化作用的机理是降低化学反应的活化能，故过氧化氢酶能促进过氧化氢分解的作用机理是：过氧化氢酶能降低过氧化氢分解的活化能。
（2）为了验证过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA，可采用酶解法分别分解蛋白质和RNA，看分解后是否还能起催化作用，若分解后不起作用，可证明过氧化氢酶就是被相应的酶分解了，根据实验的单一变量原则和等量原则，设计实验如下：①取适量过氧化氢酶溶液均分为两份，一份用适量蛋白酶处理，另一份用等量RNA水解酶处理，备用；②取三支试管，分别编号为A、B、C，分别加入等量的新配制的体积分数为3％的过氧化氢溶液；③向A试管中滴加两滴过氧化氢酶溶液，向B试管加入等量的用蛋白酶处理过的过氧化氢酶溶液，向C试管加入等量的用RNA水解酶处理的过氧化氢酶溶液；④观察三支试管中气泡产生的速率。预期实验结果为A、C试管中气泡产生速率快，B试管中产生气泡速率慢或无气泡，可说明过氧化氢酶的化学本质是蛋白质而不是RNA。
13 / 13第2节　细胞的能量“货币”ATP
学习目标
1.分析ATP结构与功能之间的关系，认同结构与功能相适应。 2.通过分析ATP与ADP之间的相互转化，提高理解能力，理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 3.通过比较与分类，说明动植物合成ATP所需能量的来源不同。
知识点一　 ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的结构
（1）中文名称：　腺苷三磷酸　。
（2）结构简式：　A—P～P～P　。
（3）符号含义：A代表　腺苷　，P代表　磷酸基团　，～代表一种　特殊的化学键　。
【微思考】　腺苷由哪两部分组成？一个ATP分子中有几个磷酸基团？有几个特殊的化学键？元素组成是什么？
提示：腺苷由腺嘌呤和核糖组成，一个ATP分子中有3个磷酸基团，有2个特殊的化学键，元素组成C、H、O、N、P。
2.ATP的特点
（1）不稳定：末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。
（2）高能量：1 mol ATP水解释放的能量高达　30.54　 kJ，是细胞内的一种　高能磷酸化合物　。
【微思考】　为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？（一般将水解时释放20.92 kJ/mol及以上能量的化合物称为高能化合物）
提示：因为1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ。
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　直接能源物质　。
　（1）ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成。 （×）
提示：ATP由1个腺苷和3个磷酸基团构成。
（2）ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊的化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能。（×）
提示：ATP是高能磷酸化合物，含2个特殊的化学键。
（3）ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP。（×）
提示：ATP脱去所有特殊的化学键后是AMP。
探究｜分析ATP的结构
（教材P86“相关信息”）如图是ATP的结构式，图中α、β、γ分别表示ATP中的三个磷酸基团。
（1）从实验结果可知ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
提示：β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。
（2）ATP中的“A”“T”和组成DNA中的“A”“T”含义相同吗？
提示：不同。ATP中的“A”指的是腺苷，包括腺嘌呤和核糖；“T”即tri，含义是三。DNA中的“A”只是指腺嘌呤；“T”是指胸腺嘧啶。
（3）若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示：腺嘌呤、核糖、磷酸。
（4）如果β位和γ位的磷酸基团都从ATP脱离，形成的物质名称是什么？它与核酸有何关系？
提示：如果β位和γ位的磷酸基团都从ATP脱离，形成的物质为腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一。
1.ATP的分子组成
2.不同化合物中“A”的辨析
1.cAMP（环化腺苷一磷酸）是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内的信号分子，其结构组成如图所示。下列分析错误的是（　　）
A.cAMP与磷脂分子所含的元素种类相同
B.虚线框中的成分和ATP中的“A”是同一物质
C.未环化的AMP可作为RNA的基本组成单位
D.ATP在形成cAMP的过程中，初期会释放能量
解析：B　cAMP和磷脂分子的组成元素都有C、H、O、N、P，A正确；虚线框中的成分是腺嘌呤，ATP中的A是腺苷，B错误；未环化的AMP由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸基团组成，这是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位，C正确；ATP在形成cAMP的过程中，会脱去两个磷酸基团，断裂两个特殊的化学键，所以会释放能量，D正确。
2.ATP在细胞中能够释放能量，下列关于ATP的说法不正确的是（　　）
A.细胞吸收葡萄糖时都会消耗ATP，ATP是生命活动的直接能源物质
B.由于两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等原因，使得该特殊化学键不稳定
C.ATP末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能
D.1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ
解析：A　红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，不消耗ATP，A错误；由于两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等原因，使得该特殊化学键不稳定，容易断裂和形成，B正确；ATP末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能，故ATP能释放能量的原因是其特殊化学键容易断裂，C正确；ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物——ADP，1 mol ATP水解为ADP时释放出的能量高达30.54 kJ，D正确。
知识点二　ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
1.ATP与ADP之间的相互转化
2.ATP的利用
（1）ATP的利用
（2）实例——ATP为主动运输供能的机理
【微思考】
1.ATP为主动运输供能过程中，ATP转化为ADP。磷酸基团的去向及其作用是什么？
提示：ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与特定的化学反应。
2.从Ca2＋的转运过程看，Ca2＋的载体蛋白具有哪些作用？
提示：催化ATP水解，运输Ca2＋。
（3）ATP是细胞内流通的能量“货币”
①吸能反应一般与　ATP水解　的反应相联系，由ATP水解提供能量。
②放能反应一般与　ATP的合成　相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。
③能量通过　ATP分子　在吸能反应和放能反应之间流通。
（教材P89“楷体字部分”）萤火虫尾部发光的原理是萤火虫尾部的发光细胞中含有　荧光素和荧光素酶　，在ATP提供能量的前提下，荧光素酶可催化　荧光素　转化为能发出荧光的　氧化荧光素　。
　（1）人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。 （×）
提示：ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生，且处于动态平衡之中。
（2）吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解。 （×）
提示：吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。
（3）载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化。 （×）
提示：载体蛋白磷酸化伴随着空间结构的变化。
（4）ATP释放的能量可用于细胞吸收胆固醇。 （×）
提示：细胞通过自由扩散吸收胆固醇，不需要消耗能量。
（5）胞吞需要ATP水解时释放的能量。 （√）
探究｜ATP的功能
1.阅读下列材料，回答下列相关问题。
材料1　将用32P标记的磷酸加入细胞培养液，并在短时间内快速分离出细胞的ATP，结果ATP浓度变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带有放射性标记。
材料2　经测定，一个成年人每天大约消耗45 kg ATP，但每一时刻储存在人体内的ATP、ADP的总含量不到1 g，即每个细胞每秒钟可形成1 000万个ATP且同时有等量的ATP被分解。
材料3　磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组（肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理）肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。
腺苷 磷酸 对照组/（10－6 mol·g－1） 实验组/（10－5 mol·g－1）
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
材料4　催化ATP合成的酶主要分布在线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。ADP接受细胞呼吸中有机物氧化分解释放的能量或光合作用中捕获的光能，与游离的Pi结合，重新合成ATP。
（1）材料1中，细胞内的ATP只有末端磷酸基团带有放射性标记，该现象说明了什么？
提示：ATP中末端磷酸基团容易水解和重新生成。
（2）根据材料2可知人体内ATP含量很少，但需求量很大，机体是如何解决这个矛盾来满足人体对能量的需求呢？
提示：通过ATP和ADP之间的快速转化，来满足人体对能量的需求。
（3）材料3中为什么对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升？
提示：肌肉收缩会消耗ATP生成ADP，对照组中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP，而实验组由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。
（4）根据材料4推测ATP的主要产生场所有　线粒体内膜和叶绿体类囊体膜　。
2.资料1：20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。
资料2：如果将ATP中的碱基A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。
（1）根据资料1推测ATP只能作为能源物质吗？
提示：ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。
（2）根据资料2推测细胞内有其他的直接能源物质吗？
提示：除了ATP外，鸟苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。
1.ATP与ADP的相互转化
反应 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP
反应 类型 水解反应 合成反应
酶的 类型 水解酶 合成酶
反应 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP
场所 所有需能部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量 来源 特殊化学键中的化学能 有机物中的化学能、光能
能量 去向 用于各项生命活动 储存于特殊的化学键中
结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，所需要的酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
2.ATP是细胞内流通的能量“货币”
（1）吸能反应一般与ATP水解相联系；放能反应一般与ATP合成相联系，示意图如下：
（2）能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通。
3.（教材P87“图5－4”）如图是细胞的能量“货币”ATP的“循环”示意图，下列相关叙述正确的是（　　）
A.ATP和ADP可以相互转化，是一种可逆反应
B.该循环速度很快，可以合成大量的ATP
C.能量a均来自呼吸作用，能量b用于正常的生命活动
D.ATP脱去两分子d后，形成的产物是腺嘌呤核糖核苷酸
解析：D　ATP和ADP可以相互转化，ATP通过水解反应转化为ADP，脱离的末端磷酸基团可以成为游离的磷酸（以Pi表示），释放的能量用于各项生命活动；在有关酶的作用下，ADP可以接受光能和呼吸作用所释放的能量，同时与Pi结合，重新形成ATP。可见，在ATP和ADP的相互转化中，物质是可逆的，能量是不可逆的，不是一种可逆反应，A错误；细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生，因此循环速度很快，但细胞中ATP的含量很少，不能大量合成，B错误；能量a为ATP合成时所需要的能量，既可以来自光合作用，也可以来自呼吸作用；能量b是ATP水解时释放的能量，用于生物体的各项生命活动，C错误；d为磷酸，ATP脱去两分子d后，形成的产物是由1分子核糖、1分子腺嘌呤和1分子磷酸基团组成的，是腺嘌呤核糖核苷酸，D正确。
4.（教材P88“图5－7”改编）在细胞信号转导过程中存在一种分子开关机制，即通过蛋白激酶催化ATP水解使靶蛋白磷酸化，通过蛋白磷酸酶的催化作用使靶蛋白去磷酸化，从而调节蛋白质的活性。下列说法正确的是（　　）
A.靶蛋白磷酸化是一种放能反应
B.蛋白激酶为靶蛋白的磷酸化提供活化能
C.靶蛋白磷酸化可通过改变靶蛋白的构象来改变其活性
D.蛋白激酶与蛋白磷酸酶需在最适温度和pH条件下保存
解析：C　靶蛋白磷酸化需消耗ATP，是一种吸能反应，A错误；蛋白激酶催化ATP水解使靶蛋白磷酸化，是降低反应的活化能，而不是提供活化能，B错误；靶蛋白磷酸化可以改变靶蛋白的构象，从而改变其活性，C正确；温度和pH影响酶的活性，蛋白激酶和蛋白磷酸酶都需在低温条件下保存，D错误。
课堂小结
1.下列物质中，能够直接为细胞生命活动提供能量的是（　　）
A.A—P～P～P B.A—P
C.葡萄糖 D.ATP水解酶
解析：A　能够直接为细胞生命活动提供能量的是ATP，结构式为A—P～P～P，A正确，B、C、D错误。
2.（教材P89“楷体字部分”）萤火虫尾部发光器中的荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化下，荧光素与氧发生化学反应并发出荧光。下列叙述错误的是（　　）
A.萤火虫合成ATP需消耗ADP和Pi
B.萤火虫尾部细胞中ATP的含量很少
C.ATP彻底水解后的产物是腺苷和磷酸
D.ATP的末端磷酸基团具有较高的转移势能
解析：C　萤火虫合成ATP需消耗ADP和Pi，也需要能量，A正确；萤火虫尾部细胞内的ATP 含量很少，但其可以与ADP迅速转化，能够满足生命活动所需，B正确；ATP彻底水解后的产物是腺嘌呤、核糖和磷酸，C错误；ATP的末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能，D正确。
3.（2025·武清区天和城实验中学高一月考）在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，其分子结构式如图1所示，其中数字①～⑤表示组成ATP的相关化学基团。图2表示ATP与ADP的相互转化图解。请据图回答下列问题：
（1）ATP的结构简式是　A—P～P～P 　，其中A代表　腺苷　。
（2）若将标记的32P注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，测定放射性，会发现图1中ATP中磷酸基团　⑤　（填“③”“④”或“⑤”）很快就会被32P标记，但是ATP的含量基本不变。
（3）图1中，ATP脱去④⑤之后的分子可作为　RNA　（填“DNA”或“RNA”）的基本单位之一。
（4）图2中，过程②往往与　吸能　（填“吸能”或“放能”）反应相关联。在绿色植物细胞中，能量Q1的来源有　光合作用和呼吸作用　（填生理作用）。
解析：（1）ATP的中文名称为腺苷三磷酸，其结构式是：A—P～P～P，其中A表示腺苷。
（2）ATP中远离腺苷的化学键容易断裂和生成，但是ATP的含量基本不变，故磷酸基团⑤很快就会被32P标记。
（3）ATP脱去④⑤成为腺嘌呤核糖核苷酸，腺嘌呤核糖核苷酸为RNA的基本单位之一。
（4）②表示ATP的水解过程，吸能反应一般与ATP的水解相联系；细胞呼吸和光合作用过程中均可产生ATP，在绿色植物体内，合成ATP的能量Q1在植物中可来自呼吸作用和光合作用。
一、概念梳理必记
1.ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。结构简式是A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。
2.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
3.ATP中末端磷酸基团有较高的转移势能，容易脱离下来。
4.许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。
5.ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。
二、长句表达必明
1. ATP中含有3个磷酸基团，磷酸基团带有负电荷。从电荷间的相互作用角度解释ATP分子中远离腺苷的那个特殊的化学键容易水解是由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，使得这种特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，因而远离腺苷的那个特殊的化学键容易水解。
2.人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因是ATP与ADP时刻不停地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。
知识点一　ATP是一种高能磷酸化合物
1.（2025·福建三明一中月考）ATP是细胞的能量“货币”，下列关于ATP的叙述，错误的是（　　）
A.ATP是腺苷三磷酸的英文名称的缩写
B.ATP的结构简式中“A”表示腺嘌呤
C.组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P
D.ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质
解析：B　ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，A代表腺苷，T是“三”的意思，P代表磷酸基团，A正确，B错误；ATP的组成元素是C、H、O、N、P，C正确；ATP是细胞生命活动的直接能源物质，D正确。
2.（2025·河南名校大联考）研究人员将32P标记的磷酸注入离体活细胞内，1～2 min后迅速分离细胞内的ATP，发现ATP带有放射性。下列分析正确的是（　　）
A.注入磷酸后，细胞内ATP的含量会大幅增加
B.ATP中紧邻腺苷的磷酸基团最先被检测到32P标记
C.ATP脱掉三个磷酸基团后，可作为合成RNA的原料
D.细胞中吸能反应增强时，短时间内含32P的磷酸基团会增加
解析：D　注入磷酸后，1～2 min后，发现ATP带有放射性，说明此过程中ATP迅速发生着合成和分解反应，ATP的含量基本不变，A错误；ATP中远离腺苷的特殊化学键很容易断裂，也很容易形成，因此ATP中远离腺苷的磷酸基团最先被检测到32P标记，B错误；ATP脱掉2个磷酸基团后，产物是腺嘌呤核糖核苷酸，可作为合成RNA的原料，C错误；细胞中吸能反应与ATP的水解相关联，细胞中吸能反应增强时，ATP水解会加快，短时间内含32P的磷酸基团会增加，D正确。
知识点二　ATP与ADP之间的相互转化
3.（2025·河南商丘名校协作体月考）图1为ATP 的结构式，图2为ATP与 ADP 相互转化的关系式。下列叙述正确的是（　　）
A.图1中a的名称是腺嘌呤脱氧核苷酸
B.图2中的①、②过程发生的场所一般相同
C.当人体进行剧烈运动时，图2 中过程①的速率高于②
D.萤火虫细胞中进行图2 中的过程②时所需能量均来自细胞呼吸
解析：D　图1中a是由腺嘌呤和核糖组成的，表示腺苷，A错误；图2中①表示ATP水解，②表示ATP合成，发生的场所一般不同，B错误；在运动时，ATP的产生速率与分解速率处于动态平衡之中，即细胞内产生ATP的速率基本等于产生ADP的速率，C错误；萤火虫属于动物，动物不能像植物一样进行光合作用，其②合成ATP的能量都是来自呼吸作用释放的能量，D正确。
4.（2025·江西南昌十中月考）ATP是生物体内重要的能源物质，如图为人体内合成ATP的简图。有关叙述正确的是（　　）
A.催化甲、乙、丙、丁过程的酶肯定属于不同种酶
B.AMP可以作为合成ADP的原料但不能作为RNA的原料
C.图中的丁过程可能是光合作用或呼吸作用
D.图示反应中的物质和能量是可逆的
解析：A　酶具有专一性，催化甲、乙、丙、丁过程的酶肯定属于不同种酶，A正确；AMP即腺嘌呤核糖核苷酸，可以作为合成ADP的原料，也能作为RNA的原料，B错误；丁过程为合成ATP的过程，人体内只能是呼吸作用，C错误；图中的物质是可逆的，能量是不可逆的，D错误。
知识点三　ATP的利用
5.（2025·沧州沧县中学月考）如图为ATP的结构示意图，其中①③表示组成ATP的物质或基团，②④表示化学键。下列有关叙述正确的是（　　）
A.许多放能反应与ATP中②的形成相联系
B.叶肉细胞中，形成②的能量均直接来自光合作用
C.ATP被各项生命活动利用时，②④都会断裂
D.ATP是所有生物均能合成的直接能源物质
解析：A　许多放能反应与ATP的合成相联系，即与ATP中②的形成相联系，A正确；叶肉细胞中，可以进行光合作用和呼吸作用，形成②的能量可以直接来自光合作用和呼吸作用，B错误；ATP被各项生命活动利用时，②会断裂释放能量，C错误；并非所有生物都能合成ATP，如病毒无细胞结构，不能合成ATP，D错误。
6.（2025·山东聊城二中月考）萤火虫在夜晚能发出荧光，其发光的机理如图所示，①代表生物体内的某种重要化学物质。下列叙述正确的是（　　）
荧光素＋ATP＋O2 氧化荧光素＋①＋2Pi＋CO2＋光
A.萤火虫发光时细胞中的荧光素酶主要起调节作用
B.荧光素被激活过程发生的化学反应属于放能反应
C.萤火虫发出荧光时，ATP为荧光素的激发提供直接能源
D.ATP水解生成的①是ADP，靠近腺苷的特殊化学键断裂
解析：C　荧光素酶起催化作用，A错误；荧光素被激活过程伴随着ATP的水解，因此发生的化学反应属于吸能反应，B错误；ATP是绝大多数生命活动所需能量的直接来源，因此萤火虫发出荧光时，ATP为荧光素的激发提供直接能源，C正确；据题中生成两个Pi可知ATP的两个磷酸基团均脱落，水解生成AMP，D错误。
7.（2025·三晋卓越联盟月考）食品安全是关系到国计民生的大事。防疫站常利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对食品中细菌的ATP总含量进行检测，从而判断食品的污染程度。下列叙述错误的是（　　）
A.1个ATP分子含有1分子核糖、1分子腺嘌呤和3个特殊的化学键
B.荧光素接受ATP提供的能量被激活，经荧光素酶催化后能发出荧光
C.荧光素氧化发出荧光的过程涉及化学能→光能的能量转换
D.细菌体内的ATP含量基本恒定，是该测定方法的重要依据
解析：A　1个ATP分子中含有1分子核糖、1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团，含有2个特殊的化学键，A错误；荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化作用下形成氧化荧光素并发出荧光，B正确；荧光素氧化发出荧光的过程涉及ATP的水解，ATP中活跃的化学能转换为光能，C正确；要通过ATP的含量推测细菌的个数，前提是细菌体内的ATP含量基本恒定，这是该测定方法的重要依据，D正确。
8.ATP是一种非常重要的化合物，它是细胞的能量“货币”，其结构简式为A—P～P～P。ATP的水解可以为物质的主动运输供能，如图是ATP为主动运输供能的示意图。下列有关叙述错误的是（　　）
A.ATP中离A最远的两个磷酸基团被水解后，剩余部分是组成RNA的一种基本单位
B.参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶
C.在运输Ca2＋的载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移
D.由图可知，细胞中Ca2＋的跨膜运输是由ATP水解提供能量的主动运输，而ATP水解总是跟放能反应有关
解析：D　ATP中的“～”代表一种特殊的化学键，断开两个这种化学键，就形成了A—P，又叫AMP（腺嘌呤核糖核苷酸），它是组成 RNA的一种基本单位，A正确；如图所示，参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶，当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，酶活性就被激活了，B正确；在运输Ca2＋的载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移，此过程就是载体蛋白的磷酸化，C正确；细胞中Ca2＋的跨膜运输是主动运输，需要ATP水解释放能量为其供能，而细胞内许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，D错误。
9.（2025·内蒙古赤峰四中期中）ATP是细胞的直接能源物质，ATP分子失去两个磷酸基团后的产物是核糖核苷酸，图为ATP的结构式，下列相关叙述正确的是（　　）
A.ATP中相邻的磷酸基团都带正电荷而相互排斥
B.ATP中含有两个特殊化学键，图中字母A表示腺苷
C.在ATP水解酶作用下，脱离下来的Pγ挟能量与其他分子结合
D.ATP水解反应与细胞内的许多放能反应相联系
解析：C　由于腺苷三磷酸中两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等原因，使得特殊化学键不稳定，A错误；图中字母A表示腺嘌呤，腺苷是腺嘌呤＋核糖，B错误；在ATP水解酶作用下，Pγ从ATP上脱落下来，脱离下来的Pγ挟能量与其他分子结合，C正确；ATP水解反应释放能量，与细胞内的许多吸能反应相联系，D错误。
10.（2025·湖南名校联盟联考）在蛋白激酶的作用下，ATP最外侧的磷酸基团可与真核细胞中某些蛋白质的特定氨基酸发生羟基反应，将磷酸基团转移到蛋白质上，这个过程称为磷酸化，磷酸化后的蛋白质构象发生改变；同样，磷酸化的蛋白质又可在蛋白磷酸酶的作用下去磷酸化，过程如图所示。下列叙述错误的是（　　）
A.过酸、过碱或低温都会使蛋白磷酸酶变性失活
B.蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程不属于可逆反应
C.蛋白激酶的活性提高不会使ADP的含量持续增加
D.ATP分子去掉两个磷酸基团后剩余的部分是组成核糖核酸的基本单位
解析：A　过酸、过碱或温度过高都会使酶的空间结构被破坏，导致酶变性失活，A错误；蛋白质的磷酸化过程要用蛋白激酶，而去磷酸化过程要用蛋白磷酸酶，蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程不属于可逆反应，B正确；在生物体内ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，因此蛋白激酶的活性提高不会使ADP的含量持续增加，C正确；ATP分子去掉两个磷酸基团后剩余的部分是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成核糖核酸（RNA）的基本单位，D正确。
11.（2025·河北唐县一中月考）ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是ATP的分子结构图，据图回答下列问题：
（1）ATP分子的结构简式可表示为　A—P～P～P　，图中虚线部分的名称是　腺苷　。
（2）图中①处的化学键断裂，形成的化合物是　核糖核酸　的组成单位。
（3）ATP的水解过程常发生在图中的　②　（填“①”“②”或“①②”）处，断裂的化学键是　特殊化学键　，释放的能量去向是　用于细胞需能的各项生命活动　。水解的反应式为　ATPADP＋Pi＋能量　，生物细胞中ATP的水解一般与　吸能　反应相联系。
（4）ATP为主动运输供能的过程实质上就是载体蛋白的　磷酸化　过程，从而导致载体蛋白的　空间结构　发生变化，活性也被改变，因而可以参与物质运输。
解析：（1）ATP分子的结构简式可表示为A—P～P～P；图中虚线部分由腺嘌呤和核糖组成，为腺苷。
（2）图中①处的化学键断裂，形成的化合物是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成核糖核酸（RNA）的基本单位。
（3）ATP的水解过程常发生在远离腺嘌呤的特殊化学键（②）断裂；释放的能量用于细胞中需能的各项生命活动；ATP水解的反应式为ATPADP＋Pi＋能量，生物细胞中ATP的水解一般与吸能反应相联系，生物细胞中ATP的合成一般与放能反应相联系。
（4）ATP为主动运输供能的过程实质上就是载体蛋白的磷酸化的过程，从而导致载体蛋白的空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与物质的运输。
13 / 13第2课时　无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用
学习目标
1.通过探索无氧呼吸过程，分析贯穿着整个无氧呼吸过程的物质与能量的变化。 2.通过比较有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系，形成生命的物质与能量观。 3.通过对细胞呼吸方式的判断及影响细胞呼吸因素的分析，形成科学推理与合理判断的能力。
知识点一　 无氧呼吸
1.无氧呼吸
（1）场所：　细胞质基质　。
（2）过程
第一个阶段：与　有氧呼吸　的第一个阶段完全相同。
第二个阶段：　丙酮酸　在酶（与催化有氧呼吸的酶不同）的催化作用下，分解成　酒精和二氧化碳　，或者转化成乳酸。
（3）类型及反应式
（4）能量转化
①能量释放阶段：只在第　一　阶段释放出　少量　的能量，生成少量的　ATP　。
②大部分能量去向：存留在　酒精　或　乳酸　中。
提醒：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。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。
（5）概念：指细胞在　没有氧气　参与的情况下，葡萄糖等有机物经过　不完全　分解，释放　少量　能量的过程。
2.细胞呼吸
（1）概念：指有机物在细胞内经过一系列的　氧化分解　，生成　二氧化碳　或其他产物，释放能量并生成　ATP　的过程。
（2）意义：①为生物体提供　能量　；②生物体代谢的　枢纽　。
（教材P96“拓展应用T2”）原始大气中是没有氧气的，原核生物也没有线粒体。据此分析回答下列问题：
（1）从进化角度分析有氧呼吸和无氧呼吸的关系，并说明理由。
提示：有氧呼吸是从无氧呼吸演化而来的。有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，且都与线粒体无关。
（2）有氧呼吸的生物，如植物的根在水淹的情况下能进行短暂的无氧呼吸，人在剧烈运动时，骨骼肌细胞也能进行无氧呼吸。试从生物进化的角度说明需氧生物保留无氧呼吸方式的意义。
提示：细胞在暂时缺氧时，可以通过无氧呼吸来合成ATP，为生物体的生命活动提供能量，降低因ATP合成量减少而对生物体造成的伤害。
　（1）无氧呼吸两个阶段都可以产生ATP。 （×）
（2）无氧呼吸过程中没有氧气参与，所以有[H]的积累。 （×）
（3）人体产生二氧化碳的细胞呼吸方式是有氧呼吸。 （√）
（4）水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳。 （×）
（5）人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供。 （×）
提示：人体剧烈运动所需的能量由葡萄糖分解提供。
（6）细胞呼吸可以把蛋白质、糖类和脂质的代谢联系起来。 （√）
探究一｜分析无氧呼吸的过程
1.如图为无氧呼吸的类型和过程，据图回答有关问题：
（1）将下面生物按照无氧呼吸产物类型进行分类：
①甜菜块根　②玉米的根毛细胞　③马铃薯块茎　④人体剧烈运动时的部分肌肉细胞　⑤酵母菌　⑥乳酸菌　⑦玉米的胚　⑧苹果　⑨玉米的根（水淹）
产生酒精、二氧化碳的是　②⑤⑧⑨　；产生乳酸的是　①③④⑥⑦　。
（2）不同生物无氧呼吸产物不同的原因是什么？
提示：不同生物细胞所具有的酶不同，进而反应途径不同，产物也不同。
（3）无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，无氧呼吸为什么产生的能量是少量的？
提示：因为无氧呼吸生成的乳酸或酒精中储存大部分能量。
（4）无氧呼吸有无[H]的积累？无氧呼吸第一阶段产生的[H]的作用是什么？
提示：没有　还原丙酮酸
（5）如果酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸分别同时消耗1 mol葡萄糖，则产生的CO2之比为多少？
提示：消耗1 mol葡萄糖时有氧呼吸产生6 mol CO2，无氧呼吸产生2 mol CO2，所以产生的CO2之比为3∶1。
探究二｜对比分析有氧呼吸和无氧呼吸
2.列表比较有氧呼吸和无氧呼吸（内容补充完整）
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（第一阶段）、　线粒体　（第二、三阶段） 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　
能量释放 　大量　能量 少量能量
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
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，生成　ATP　
过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同
意义 为生物体的各项生命活动　提供能量　
1.有关细胞呼吸的几个易错点
（1）无氧呼吸第一阶段产生能量，第二阶段不产生能量。
（2）细胞呼吸中有H2O生成的一定是有氧呼吸，有CO2生成的不一定是有氧呼吸。但对动物和人体而言，有CO2生成的一定是有氧呼吸，因为动物及人体无氧呼吸的产物为乳酸。
（3）线粒体是进行有氧呼吸的主要场所。无线粒体的真核细胞（或生物）只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫等，一些原核生物无线粒体，但可以进行有氧呼吸，如硝化细菌、根瘤菌等。
（4）葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中被分解为丙酮酸后才能进入线粒体。
（5）不同的生物无氧呼吸产物不同的原因是不同生物体内酶的种类不同。
（6）无氧呼吸并不是必须在绝对无氧的条件下进行。有氧但氧气浓度较低的条件下同样可以进行无氧呼吸。
2.葡萄糖中的能量在细胞呼吸中的去向
有氧条件下葡萄糖中能量的去向有两个：①大部分以热能的形式散失；②少部分储存在ATP中。无氧条件下葡萄糖中能量的去向有三个：①未释放的能量储存在酒精或乳酸中；②释放的能量大部分以热能的形式散失；③释放的能量少部分储存在ATP中。
1.如图表示葡萄糖在细胞内氧化分解过程的示意图，①②③表示过程，X、Y表示物质。下列叙述错误的是（　　）
A.①过程发生在细胞质基质，X可为丙酮酸
B.②过程可能没有ATP产生
C.③过程不一定发生在线粒体内膜
D.Y可能是H2O或酒精或乳酸
解析：D　①过程为有氧呼吸（或无氧呼吸）第一阶段，发生在细胞质基质，X可为丙酮酸，A正确；如果是无氧呼吸，②过程是无氧呼吸第二阶段，没有ATP产生，B正确；如果是无氧呼吸，③过程是无氧呼吸第二阶段，发生在细胞质基质，C正确；因为产物中有二氧化碳，所以若表示无氧呼吸，应为产生酒精和CO2的无氧呼吸，故Y不可能是乳酸，D错误。
2.所有的细胞都要进行细胞呼吸，细胞呼吸就是细胞内将有机物氧化分解并释放能量的过程，下列有关细胞呼吸的物质变化、能量变化及意义叙述正确的是（　　）
A.人剧烈运动时，肌细胞消耗O2的分子数比释放的CO2分子数少
B.细胞呼吸不仅能为生物体提供能量，还是细胞代谢的枢纽
C.有氧呼吸不消耗水但能产生水，无氧呼吸不产生NADH但能产生ATP
D.无氧呼吸第二阶段释放少量能量能用于蛋白质的合成
解析：B　人剧烈运动时，无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，肌细胞消耗O2的分子数与释放的CO2分子数相等，A错误；细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽，如细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质，而非糖物质又可以通过一系列反应转化为葡萄糖，B正确；有氧呼吸第二阶段消耗水（水和丙酮酸反应形成[H]和二氧化碳），第三阶段产生水（氧气和[H]反应生成水），无氧呼吸第一阶段产生NADH，C错误；无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，而在第二阶段不释放能量，D错误。
知识点二　细胞呼吸原理的应用
1.有氧呼吸的应用
2.无氧呼吸的应用
　（1）温度是通过影响酶的活性来影响细胞呼吸的。 （√）
（2）农田长期水淹后造成的植物烂根与无氧呼吸有关。 （√）
（3）破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧的环境中。（×）
（4）无氧和零下低温环境有利于水果保鲜。 （×）
探究一｜氧气对细胞呼吸的影响
1.（教材P96“概念检测T2”）氧气浓度对细胞呼吸的影响。
（1）由曲线判断，O2浓度对无氧呼吸和有氧呼吸的影响分别是什么？
提示：随O2浓度的升高，无氧呼吸逐渐减弱；在一定浓度范围内，随O2浓度的升高有氧呼吸逐渐增强。
（2）曲线分析
①O2浓度＝0时，只进行　无氧呼吸　。
②0＜O2浓度＜10％时，同时进行　有氧呼吸和无氧呼吸　。
③O2浓度≥10％时，只进行　有氧呼吸　。
探究二｜细胞呼吸原理的应用
2.结合材料回答下列相关问题。
材料　如图表示O2浓度和温度对洋葱根尖细胞有氧呼吸速率的影响。
（1）图中与B点相比，限制C点有氧呼吸速率的因素有哪些？
提示：O2浓度和温度。
（2）试分析洋葱根尖细胞有氧呼吸的最适温度。
提示：分析图示可知，在20 ℃、30 ℃、35 ℃三个温度条件下，30 ℃条件下氧气充足时有氧呼吸速率最高，说明有氧呼吸的最适温度在20 ℃和35 ℃之间。
细胞呼吸的影响因素及应用归纳
提醒：（1）储藏蔬菜、水果时采取零上低温、一定湿度、低氧等措施延长储藏时间。
（2）储存种子采取零上低温、干燥、低氧等措施延长储存时间。
3.（教材P95“思考·讨论”）生产和生活中常常应用到细胞呼吸原理，下列叙述正确的是（　　）
A.用透气“创可贴”包扎伤口，促进伤口细胞的有氧呼吸以利于伤口愈合
B.中耕松土是为了促进根细胞的有氧呼吸以利于作物的生长
C.仓库中玉米种子的储藏需要低温、低氧、湿润的环境
D.水稻田适时排水可防止根系无氧呼吸产生乳酸而烂根
解析：B　用透气“创可贴”包扎伤口，目的是抑制厌氧病菌的繁殖，利于伤口恢复，A错误；中耕松土是为了增加土壤的透气性，从而促进根系的有氧呼吸，利于矿质元素的吸收，以利于作物生长，B正确；仓库中玉米种子的储藏需要低温、低氧、干燥的环境，以减少细胞呼吸，减少有机物的消耗，利于储存，C错误；水稻田适时排水可防止根系无氧呼吸产生酒精而烂根，D错误。
4.如图表示苹果果实在一段时间内，随着环境中O2浓度的提高，其O2的吸收量和CO2的释放量的变化（细胞呼吸利用的主要是葡萄糖）。据图分析适于储存苹果的O2浓度为（　　）
A.O点 B.P点
C.Q点 D.R点
解析：B　图中P点CO2的释放量最低，消耗的有机物较少，故适合储存苹果。综上所述，A、C、D不符合题意，B符合题意。
课堂小结
1.（2025·山西三晋卓越联盟月考）下列关于有氧呼吸和无氧呼吸的叙述，正确的是（　　）
A.原核细胞进行无氧呼吸，真核细胞进行有氧呼吸
B.利用酵母菌生产葡萄酒时，酵母菌只进行无氧呼吸
C.消耗等量葡萄糖，无氧呼吸产生的ATP比有氧呼吸的少
D.细胞的无氧呼吸在细胞质基质和线粒体内膜上进行
解析：C　蓝细菌是原核生物，其能进行有氧呼吸，动物的肌细胞能进行无氧呼吸，A错误；利用酵母菌生产葡萄酒时，酵母菌既有有氧呼吸也有无氧呼吸，B错误；无氧呼吸时，有机物的氧化分解不彻底，消耗等量葡萄糖，无氧呼吸产生的ATP比有氧呼吸产生的少，C正确；细胞的无氧呼吸都是在细胞质基质中进行的，D错误。
2.某科研人员将绿色番茄果实置于密闭容器内，在 t1、t2、t3三种不同温度条件下测定其呼吸速率，结果如图所示。下列叙述错误的是（　　）
A.呼吸速率可用番茄果实中有机物的减少速率来表示
B.不同温度下呼吸速率不同的主要原因是酶活性不同
C.t1温度条件下呼吸速率的变化与容器内O2浓度有关
D.据图分析可以判断三个温度的大小关系为 t3＞t2＞t1
解析：D　呼吸速率可以用反应物的消耗和产物的生成速率表示，A正确；酶有最适温度，温度过高、过低都会影响酶活性，不同温度下呼吸速率不同的主要原因是酶活性不同，B正确；细胞呼吸消耗氧气，释放二氧化碳，起初以有氧呼吸为主，之后随着O2的浓度降低，无氧呼吸占主要地位，C正确；通过图示，不能确定t1、t2、t3的大小关系，因为酶作用有最适温度，低于最适温度时，随着温度的升高，酶促反应速率增大，高于最适温度时，随着温度的升高，酶促反应速率降低，通过图示信息无法判断t1、t2、t3温度是高于还是低于最适温度，D错误。
3.细胞呼吸原理广泛应用于生产实践中。下表中有关措施与对应的目的不恰当的有（　　）
选项 应用 措施 目的
A 包扎伤口 透气纱布 避免厌氧微生物繁殖
B 水果保鲜 低氧 降低细胞呼吸，降低有机物消耗
C 葡萄制作果酒 一直通气 加快酵母菌繁殖，有利于酒精发酵
D 栽种农作物 疏松土壤 促进根有氧呼吸，利于吸收无机盐
解析：C　由于氧气的存在能抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧菌的繁殖，所以选用透气的消毒纱布包扎伤口，可以避免厌氧菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈，A正确；水果保鲜的目的是既要保持水分，又要降低呼吸作用，零度以上的低温、低氧并保持一定的湿度可降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，B正确；用酵母菌酿酒时，一般先通气后密封，通气是为了增强有氧呼吸强度，使酵母菌大量繁殖，密封是为了营造无氧环境，利于酒精发酵，C错误；植物根系对无机盐的吸收过程是一个主动运输过程，需要能量和载体蛋白，植物生长过程中的松土，可以提高土壤中氧气的含量，有利于根细胞的有氧呼吸作用，从而为根吸收无机盐提供更多的能量，D正确。
4.（2025·云南大理民族中学月考）如图表示细胞部分结构和功能，据图回答下列问题：
（1）图中A是　丙酮酸　，B的利用发生在有氧呼吸的第　二　阶段，B的产生部位是　线粒体内膜　。
（2）在有氧呼吸的过程中，[H]是在第　一、二　阶段产生的；产生ATP最多的是第　三　阶段。
（3）该细胞产生CO2的场所是　线粒体基质　。
（4）进行无氧呼吸时，葡萄糖中的能量去向：　用于合成ATP、以热能的形式散失、存留在酒精或乳酸中　　。
（5）黑暗中，如果给玉米提供18O2，放射性会出现在　O、C18O2　中（填物质）。
解析：（1）分析题图可知，A是有氧呼吸的第一阶段产生的丙酮酸。B是水。在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与水一起被彻底分解生成CO2和[H]，释放少量的能量；有氧呼吸的第三阶段是在线粒体内膜上完成的，其过程是前两个阶段产生的[H]与氧结合生成H2O，并释放大量的能量。可见，B（水）的利用发生在有氧呼吸的第二阶段，B（水）的产生部位是线粒体内膜。
（2）在有氧呼吸的过程中，[H]是在第一、第二阶段产生的；第三阶段释放的能量最多，产生的ATP数量也最多。（3）分析题图可知，该细胞在有氧呼吸的第二阶段产生CO2，发生在线粒体基质中。
（4）无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，释放出的能量有少部分用于生成ATP，其余的以热能的形式散失。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。可见，进行无氧呼吸时，葡萄糖中的能量的去向有：用于合成ATP、以热能的形式散失、存留在酒精或乳酸中。
（5）黑暗中，如果给玉米提供18O2，18O2在有氧呼吸的第三阶段与[H]结合生成O；生成的O参与有氧呼吸第二阶段，与丙酮酸一起被彻底分解生成C18O2和[H]，因此放射性会出现在O、C18O2中。
一、概念梳理必记
1.无氧呼吸：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。
2.细胞呼吸：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。
3.产生CO2的不只是有氧呼吸，无氧呼吸产生酒精的过程中也有CO2的产生。
4.真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，而无氧呼吸的场所只有细胞质基质。
5.所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。
二、长句表达必明
1.所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量，细胞呼吸还被称为细胞代谢的枢纽，原因是细胞呼吸的中间产物可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质，非糖物质代谢产生的某些物质可以形成葡萄糖，糖类、脂质和蛋白质的代谢都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
2.低氧环境下，有机物消耗少的原因是在低氧条件下，无氧呼吸受到抑制，呼吸强度较弱，有氧呼吸因氧气不足，呼吸强度也比较小，故总的CO2释放量少，呼吸强度弱。
知识点一　无氧呼吸
1.（2025·江西丰城中学月考）下列关于细胞呼吸，不正确的说法是（　　）
A.人体内，产生CO2的细胞呼吸一定是有氧呼吸
B.水果储藏在完全无氧的环境中，可将有机物损失减小到最低程度
C.没有线粒体的真核细胞只能进行无氧呼吸
D.真核细胞有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体
解析：B　由于人体细胞无氧呼吸的产物只有乳酸，所以产生CO2的人体细胞呼吸一定是有氧呼吸，A正确；水果储藏在低氧的环境中，可抑制细胞呼吸，从而将有机物损失减小到最低程度，B错误；线粒体是真核细胞有氧呼吸的主要场所，没有线粒体的真核细胞只能进行无氧呼吸，C正确；真核细胞有氧呼吸的场所为细胞质基质（第一阶段）和线粒体（第二、三阶段），D正确。
2.（2025·山东大联考）植物可通过改变呼吸代谢途径来适应不同的环境。某植物幼苗淹水后的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率变化如图所示。下列相关叙述正确的是（　　）
A.a之后根细胞处于缺氧环境
B.a～b段，丙酮酸中的能量大部分转移到乳酸中，只有少部分生成ATP
C.b～c段根细胞产生酒精的速率逐渐增大
D.a～b段与b～c段，每分子葡萄糖通过无氧呼吸产生的ATP一样多
解析：D　a之前二氧化碳的释放量就开始下降了，说明此时就已经有一部分根细胞处于缺氧状态，开始进行无氧呼吸了，A错误；a～b段，丙酮酸转化为乳酸，丙酮酸中的能量大部分转移到乳酸中，但无氧呼吸第二阶段不产生ATP，B错误；b～c段，根细胞进行无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳一样多，从曲线来看根细胞产生二氧化碳的速率先增大后减小，所以产生酒精的速率也是先增大后减小，C错误；a～b段与b～c段，每分子葡萄糖通过无氧呼吸产生的ATP相同，因为无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，而两种无氧呼吸方式第一阶段相同，D正确。
知识点二　细胞呼吸原理的应用
3.（2025·广东佛山南海测试）制作馒头时，酵母菌产生的二氧化碳会使面团膨大松软。如图表示用酵母菌发面时，不同温度对面团中酵母菌二氧化碳产生量的影响。下列叙述错误的是（　　）
A.酵母菌是单细胞生物体
B.温度越高，酵母菌产生二氧化碳越多
C.发面的适宜温度在30～45 ℃
D.酵母菌除了用于制作馒头，还能酿酒
解析：B　酵母菌是单细胞生物体，A正确。通过图示可以看出酵母菌发面时的最佳温度是30～45 ℃左右，在75 ℃的环境中，酵母菌可能已死亡，B错误。由图可以大致判断发面时所需要的适宜温度在30～45 ℃之间，C正确。酵母菌进行有氧呼吸，把糖分解成二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵，产生酒精和二氧化碳；酵母菌除了可以用于酿酒外，在日常生活中还经常用于制作馒头、 面包等食品，D正确。
4.（2025·广东深圳外国语学校月考）细胞呼吸除了能为生物体提供能量外，还是生物体代谢的枢纽。下列有关细胞呼吸的方式、原理和其在生产、生活中应用的叙述，错误的是（　　）
A.人体细胞呼吸产生的CO2均来自线粒体基质
B.小白兔成熟的红细胞逆浓度梯度吸收K＋受氧气浓度的影响
C.包扎伤口时，选用透气的消毒纱布是为了避免厌氧菌大量繁殖
D.蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来
解析：B　人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，仅有氧呼吸第二阶段产生CO2，有氧呼吸第二阶段场所在线粒体基质，A正确；小白兔成熟的红细胞没有线粒体，只进行无氧呼吸，所以小白兔成熟的红细胞逆浓度梯度吸收K＋不受氧气浓度的影响，B错误；包扎伤口时，选用透气的消毒纱布是为了避免厌氧菌大量繁殖，C正确；细胞呼吸是生物体代谢的枢纽，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质，蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来，D正确。
知识点三　影响细胞呼吸的因素
5.（2025·安徽郎溪中学月考）研究发现，FCCP能作用于线粒体内膜，使线粒体内膜上释放的能量不变，但不合成ATP；抗霉素A是有氧呼吸第三阶段的抑制剂，能完全阻止线粒体耗氧。下列叙述正确的是（　　）
A.NAD＋是氧化型辅酶Ⅰ，其还原的场所只有线粒体基质
B.加入FCCP，耗氧量增加，细胞产生的能量均以热能形式释放
C.加入抗霉素A，细胞只能进行无氧呼吸，无法产生NADH
D.加入FCCP后，细胞完成正常生命活动消耗的葡萄糖量增加
解析：D　NAD＋是氧化型辅酶Ⅰ，其还原的场所有细胞质基质和线粒体基质，A错误；FCCP作用于线粒体内膜，使得线粒体内膜上释放的能量不变，但不合成ATP，也就是说线粒体内膜上产生的能量均以热能形式释放，但是第一、二阶段释放的能量可以有一部分储存在ATP中，B错误；抗霉素A是呼吸链抑制剂，能完全阻止线粒体耗氧，不能发生第三阶段，第一阶段反应不受影响，能产生NADH，C错误；加入FCCP后，有氧呼吸第三阶段释放的能量不能用于合成ATP，所以需要消耗更多的葡萄糖量来为生命活动供能，D正确。
6.（2025·内蒙古赤峰期末）甲图是酵母菌细胞呼吸过程示意图，乙图表示某些环境因素对酵母菌有氧呼吸速率的影响。下列相关叙述正确的是（　　）
A.若只检测是否生成酒精，则无法判断细胞呼吸方式
B.甲图中条件Y下产生物质a的场所是线粒体基质
C.由乙图可知，30 ℃是酵母菌有氧呼吸的最适温度
D.由乙图可知，O2浓度为40％是各温度下的最适氧浓度
解析：B　酵母菌无氧呼吸能产生酒精，有氧呼吸不会产生酒精，因此若只检测是否生成酒精，可以判断细胞呼吸方式，A错误；物质a是二氧化碳，在甲图中条件Y表示有氧条件，有氧呼吸产生二氧化碳的场所是线粒体基质，B正确；根据乙图只能判断酵母菌有氧呼吸的最适温度在30 ℃左右，不能说就是30 ℃，C错误；据乙图可知，在不同温度条件下，O2浓度饱和点不同，比如温度为30 ℃和35 ℃时，O2浓度为40％是最适氧浓度，但温度为15 ℃和20 ℃时，O2浓度为30％是最适氧浓度，D错误。
7.（2025·天津第二南开学校月考）从密闭发酵罐中采集酵母菌时，酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的H2O2浓度会持续上升，使酵母菌受损。研究者在无氧条件下从发酵罐中取出酵母菌，分别接种至0 mmol/L、3.75 mmol/L和5 mmol/L H2O2的培养基上，无氧培养后菌落数分别为96个、25个、0个。下列说法错误的是（　　）
A.与乳酸菌细胞呼吸方式不同，酵母菌细胞无氧呼吸产物为酒精和CO2
B.酵母菌无氧呼吸第二阶段消耗第一阶段产生的丙酮酸和NADH，无ATP生成
C.该实验说明随H2O2浓度的持续上升，酵母菌受到的损害程度逐渐加深
D.该实验能证明酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的H2O2浓度会持续上升
解析：D　乳酸菌无氧呼吸产生乳酸，酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，A正确；酵母菌无氧呼吸第二阶段消耗第一阶段产生的丙酮酸和NADH，生成酒精和二氧化碳，不产生ATP，B正确；依题意，H2O2浓度分别为0 mmol/L、3.75 mmol/L和5 mmol/L时，培养所得的菌落数依次是96个、25个、0个，说明随H2O2浓度的持续上升，酵母菌受到的损害程度逐渐加深，C正确；依题意，该实验接种的酵母菌取自无氧条件下培养的，接种后也是无氧条件培养，故无法证明酵母菌接触O2的最初阶段，细胞产生的H2O2浓度会持续上升，D错误。
8.（2025·山东滕州二中月考）生活在寒冷条件下的鲫鱼，通过向体外排出酒精来延缓周围水体结冰，其细胞呼吸过程如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.①②过程能产生少量的ATP，③过程能产生少量NADH
B.人体细胞不能进行③过程的根本原因是细胞中缺乏相关酶
C.无氧呼吸过程中，葡萄糖分解释放的能量大多以热能形式散失
D.转化成的酒精经主动运输排出，可减缓鲫鱼乳酸积累引起的pH变化
解析：C　①是乳酸发酵，②是细胞呼吸的第一阶段，都能产生少量ATP，③过程是丙酮酸被NADH还原为酒精的过程，不产生NADH，A错误；③过程是丙酮酸被NADH还原为酒精的过程，在人体内不能发生的直接原因是缺乏相关的酶，根本原因是人体细胞中缺乏控制该酶合成相关的基因，B错误；在无氧呼吸过程中，葡萄糖分解释放的能量大多以热能形式散失，少部分储存在ATP中，C正确；酒精排出细胞的方式是自由扩散，而不是主动运输，D错误。
9.（2025·山西现代双语学校南校月考）图1表示人体细胞内葡萄糖的部分代谢过程示意图，图2是在适宜温度条件下测得的小麦种子细胞呼吸（呼吸底物为葡萄糖）CO2释放总量与O2浓度之间的关系。回答下列问题：
（1）图1中物质A为　丙酮酸　，若给人体细胞提供18O标记的O2，一段时间后会在CO2中检测到18O的原因是　有氧呼吸第三阶段18O2与[H]反应生成O，生成的O可用于有氧呼吸第二阶段，与丙酮酸反应生成C18O2　。
（2）小麦种子无氧呼吸与图1中所示的无氧呼吸不同的是　小麦种子无氧呼吸产生酒精和二氧化碳而不是乳酸　。
不同生物无氧呼吸产物不同的直接原因是　不同生物与无氧呼吸有关的酶的种类不同　，不能用检测CO2的释放作为判断小麦种子细胞呼吸类型的指标，理由是　小麦种子有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2　。
（3）图2中P点时小麦种子细胞呼吸方式为　有氧呼吸　，反应式为　C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量　。其产物CO2除可使澄清的石灰水变浑浊外，也可使　溴麝香草酚蓝溶液　由蓝变绿再变黄。
（4）图2中若AB＝BC，则O2浓度为C时无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的　3　倍。
（5）若将实验材料换为等量花生种子，其他各项条件相同，在只进行有氧呼吸时O2的吸收量将　增加　（填“增加”“不变”或“减少”）。
解析：（1）葡萄糖被分解成丙酮酸和还原氢，丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段，故图1中物质A为丙酮酸。若给人体细胞提供18O标记的O2，通过有氧呼吸第三阶段标记的18O2与[H]反应生成18O标记的O，然后O通过有氧呼吸第二阶段和丙酮酸反应生成C18O2。
（2）小麦种子是进行产酒精和二氧化碳的无氧呼吸，而图1中所示的无氧呼吸产乳酸。不同生物无氧呼吸产物（一种是酒精和二氧化碳，另一种是乳酸）不同的直接原因是催化反应的酶不同。小麦种子不论是有氧呼吸还是无氧呼吸都有二氧化碳产生，故不能用检测CO2的释放作为判断小麦种子细胞呼吸类型的指标。
（3）图2中P点时小麦种子二氧化碳释放量与氧气吸收量相等，说明其只进行有氧呼吸，有氧呼吸的反应式是：6O2＋C6H12O6＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。溴麝香草酚蓝是一种酸碱指示剂，二氧化碳溶于水后会形成碳酸，使溶液酸性增强、pH降低，从而导致溴麝香草酚蓝溶液发生颜色变化（由蓝变绿再变黄）。
（4）若图2中AB＝BC，假定此时有氧呼吸O2的吸收量为1，那么细胞呼吸CO2释放的量为2，根据有氧呼吸的反应式可知有氧呼吸消耗葡萄糖为1/6，有氧呼吸中O2的吸收量为1，释放CO2的量也是1，因此无氧呼吸CO2释放的量为2－1＝1，根据无氧呼吸的反应式可知，无氧呼吸消耗葡萄糖为1/2，因此O2浓度为C时无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的3倍。
（5）若将实验材料换为等量花生种子，花生种子富含脂肪，脂肪含氢量高，耗氧量大，故在只进行有氧呼吸时O2的吸收量将增加。
13 / 13第3课时　光合作用原理的应用
学习目标
1.通过构建模型分析影响光合作用的因素，形成利用科学的思维方法解决问题的习惯。 2.主动关注光合作用原理在生产实践中的应用，培养社会责任感。
知识点一　 探究环境因素对光合作用强度的影响
1.光合作用的强度
（1）概念：简单地说，就是指植物在　单位时间　内通过光合作用　制造糖类的数量　。
（2）意义：直接关系　农作物的产量　，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。
（3）光合作用强度的表示方法
单位时间内
光合作用
2.探究光照强度对光合作用强度的影响
（1）实验原理：利用真空渗入法排除叶片内　细胞间隙　的空气，充以　水分　，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收　CO2　放出　O2　，由于O2在水中的溶解度　很小　，而在细胞间　积累　，使原来下沉的叶片上浮。根据单位时间内圆形叶片　上浮的数量　，间接判断光合作用强弱。
（2）实验步骤
（3）实验现象
光照强度 光合作用强度（单位时间内叶片上浮数目）
弱光 　少，甚至没有　
中光 较多
强光 　多　
（4）实验结论：光照强度影响光合作用强度，在一定光照强度范围内，随光照强度的增强，光合作用强度　增强　。
　（1）在“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，自变量是台灯距离圆形小叶片的长度，代表二氧化碳浓度，因变量是单位时间内圆形小叶片浮起的数目，代表光合作用速率。 （×）
提示：在“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，自变量是台灯距离圆形小叶片的长度，代表的是光照强度而不是二氧化碳浓度，因变量是单位时间内圆形小叶片浮起的数目，代表净光合作用速率。
（2）探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。 （×）
（3）在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2。（×）
提示：加入NaHCO3溶液的目的是为叶肉细胞提供CO2。
探究｜实验过程的分析
某同学探究光照强度对光合作用强度影响的实验结果如表所示：
灯源与容器的距离/cm 10 20 30
光照强度/lx 435 375 280
叶片上浮数量/枚 10 5 1
该同学观察到，灯源与容器的距离减小到一定值后，随着灯源与容器距离的靠近，叶片上浮数量不再增加。
（1）在台灯和烧杯之间放盛水玻璃柱的作用是什么？
提示：用中间的盛水玻璃柱吸收热量，排除温度对实验的干扰。
（2）该实验的自变量是　光照强度　，控制自变量的方法是　利用容器与灯源的距离来调节光照强度　。因变量是　光合作用强度　，检测因变量的方法是　观察比较同一时间段内各实验装置中叶片上浮的数量　。
（3）叶圆片上浮的原因是什么？
提示：植物光合作用产生的O2量多于细胞呼吸消耗的O2量，气体充满细胞间隙，叶片上浮。
（4）已知NaHCO3溶液能够提供CO2。请利用该实验原理和装置，探究CO2对光合作用强度的影响。
提示：固定灯源与容器的距离，改变容器中NaHCO3溶液浓度，观察叶片上浮情况。
（5）结合上述实验结果，尝试在如图中绘制光照强度对光合作用强度影响的曲线图。
提示：
圆形小叶片上浮实验中的3个注意事项
①叶片上浮的原因是光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量，不要片面地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，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
③为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
1.（教材P105“探究·实践”改编）取生长旺盛的吊兰新鲜绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器避开大叶脉打出圆形小叶片30片置于注射器内，吸入清水抽提排气后分成6组，分别置于盛有温度和光照都适宜且体积相等的不同浓度NaHCO3溶液的6个烧杯中，从杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，该探究实验的结果如图所示。请回答下列相关问题：
（1）该探究实验的目的是探究在适宜温度和光照条件下　CO2浓度　对光合作用的影响；叶圆片上浮过程中，其光合作用所需的CO2的来源有　外界环境和呼吸作用产生　。
（2）实验中叶圆片上浮的原因是　光合速率大于呼吸速率　；用NaHCO3溶液浓度为3.0％的烧杯中吊兰叶片做临时装片，在显微镜下可能观察到　质壁分离　现象。
（3）若将实验温度提高5 ℃，6组实验的叶圆片上浮所需时间均延长，其主要原因可能是：　温度影响酶的活性，光合作用最适温度低于其呼吸作用的最适温度　。
（4）植物生理学家认为不能用KHCO3溶液替代NaHCO3溶液进行实验，其原因是　Na＋不是植物必需的无机盐离子，植物基本不吸收Na＋，基本不影响光合作用和呼吸作用；K＋是植物必需的无机盐离子，植物能够吸收K＋，影响光合作用和呼吸作用　。
解析：（1）该探究实验的目的是探究在适宜温度和光照条件下CO2浓度对光合作用的影响；叶圆片上浮过程中光合作用所需的CO2的来源有水中CO2和细胞呼吸产生的CO2。
（2）当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率；最适NaHCO3溶液浓度在1.5％～2.5％，用NaHCO3溶液浓度为3.0％的烧杯中吊兰叶片做临时装片，在显微镜下可能观察到质壁分离现象。
（3）若将实验温度提高5 ℃，由于温度影响酶的活性，光合作用最适温度低于其呼吸作用的最适温度，因此6组实验的叶圆片上浮所需时间均延长。
（4）植物生理学家认为不能用KHCO3溶液替代NaHCO3溶液进行实验，其原因是Na＋不是植物必需的无机盐离子，植物基本不吸收Na＋，基本不影响光合作用和呼吸作用；K＋是植物必需的无机盐离子，植物能够吸收K＋，影响细胞内渗透压进而影响光合作用和呼吸作用。
知识点二　光合作用原理的应用
1.影响光合作用强度的环境因素
（1）确定依据：根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原料——　水、CO2　，动力——　光能　，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
（2）举例分析：环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，都会因影响　CO2的供应量　而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的　形成和结构　的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响　酶活性　的因素（如温度），也是影响因子。
【微思考】　气孔开闭情况是如何影响光合作用强度的？
提示：通过影响CO2的供应进而影响光合作用强度。
2.影响光合作用的因素在生产实践中的应用
实例 原理
间作套种 不同植物对　光照　的需求不同
冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低 白天提高温度，促进光合作用；夜间降温，抑制呼吸作用
“正其行、通其风” 增大　CO2　浓度，有利于光合作用的进行
合理灌溉 缺少　水　导致气孔关闭，CO2供应不足
3.化能合成作用
（1）概念：利用体外环境中的某些　无机物　氧化时所释放的能量来制造　有机物　的合成作用。
（2）实例
硝化细菌
　（1）光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度和光照强度等外界因素。 （√）
（2）温度对光合作用强度的影响主要是影响酶的活性。 （√）
（3）真正光合速率常用单位面积、单位时间O2产生量，CO2固定量或有机物产生量表示。 （√）
（4）使用农家肥使玉米等农作物光合速率上升，影响因素与无机物无关。 （×）
提示：农家肥在微生物的作用下，不仅产生了CO2，还产生无机物，CO2和无机物均会使光合速率上升。
（5）绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合作用制造有机物。 （×）
提示：硝化细菌通过化能合成作用制造有机物。
探究｜环境因素对光合作用的影响
根据环境对光合作用的影响，回答下列相关问题。
材料1　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。
材料2　如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。
材料3　农业生产常采用间作（同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物）的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点（光合速率达到最大时所需的光照强度）见下表。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/（μmol·m－2·s－1） 1 200 1 180 560 623
（1）材料1中，光照强度为a时，造成曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度差异的原因是什么？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什么？试解释其作用原理。
提示：CO2浓度不同。曲线Ⅰ和Ⅱ的CO2浓度相同，光照强度为b时，光合作用强度存在差异的原因是温度不同。温度影响与光合作用有关的酶的活性，进而影响光合作用强度。
（2）材料2中，引起AB段光合作用不断增强的主要环境因素及目的分别是什么？
提示：光照强度，该因素的增强促进了光合作用中光反应阶段，从而为暗反应阶段提供更多的ATP和NADPH。
（3）材料2中，BC段光合作用强度下降的主要原因是什么？
提示：气孔部分关闭，CO2吸收量减少，导致光合作用中的CO2固定受阻，从而影响光合作用。
（4）分析材料3表中数据，从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的是哪两种作物？说出选择这两种作物的理由。
提示：A和C。作物A光饱和点高且长得高，可以利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用。
1.单因子变量对光合作用速率的影响及其应用
（1）光照强度
原理 光照强度直接影响光反应阶段，制约NADPH和ATP的生成，进而制约暗反应阶段
曲线 模型
应用 ①温室生产中，适当增强光照强度，可以提高光合速率，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
（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'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
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是酶的组成元素，N、P是ATP的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等
曲线模型 及分析 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
应用 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
2.多因子变量对光合速率的影响
①曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
②应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
3.光合作用曲线中的“关键点”移动
（1）A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。
（2）B点与C点的变化（注：只有横坐标为自变量，其他条件不变）。
B点（补偿点） C点（饱和点）
适当增大CO2浓度 （光照强度） 左移 右移
适当减小CO2浓度 （光照强度） 右移 左移
土壤缺Mg2＋ 右移 左移
注：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2（或光）补偿点应右移，反之左移。
（3）D点：代表最大光合速率，当增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。
2.（教材P106“拓展应用T2”改编）阳台菜园成为城市生活的一种时尚，可为居民提供新鲜蔬菜。下列有关说法正确的是（　　）
A.阳台内的蔬菜种子在萌发初期，代谢加快，有机物的种类增加
B.蔬菜中的叶绿素对光的吸收效率与光的波长呈正相关
C.为提高产量，在晚上可适当提高阳台蔬菜所处环境的温度
D.增施农家肥可提高二氧化碳浓度，促进夜间暗反应的不断进行
解析：A　阳台内的蔬菜种子在萌发初期，代谢加快，有机物的种类增加，A正确；叶绿素a与叶绿素b主要吸收蓝紫光（波长为450 nm左右）和红光（波长为650 nm左右），而对绿光（波长为500 nm左右）的吸收则很少，因此叶绿素对光的吸收效率与光的波长不是呈正相关，B错误；为提高产量，在晚上可适当降低阳台蔬菜所处环境的温度，以减少有机物的消耗，C错误；夜间没有光照，不能为暗反应提供NADPH和ATP，D错误。
3.影响光合作用强度的因素有很多，如图为甲、乙两种植物在不同光照强度下CO2的吸收速率曲线图。下列相关叙述正确的是（　　）
A.该实验的自变量为光照强度
B.两曲线相交时植物甲、乙光合速率相同
C.D点时限制光合速率的因素为光照强度
D.植物甲为阳生植物，植物乙为阴生植物
解析：D　该实验的自变量为光照强度和植物种类，A错误；（总）光合速率等于净光合速率加呼吸速率。两曲线相交时植物甲、乙CO2吸收速率（净光合速率）相同，但呼吸速率不同，所以光合速率不相同，B错误；甲曲线D点光合速率最大，随着光照强度的增大，光合速率不再增大，说明限制因素不是光照强度，C错误；植物甲在强光下CO2吸收速率更快，植物乙在弱光下CO2吸收速率更快，所以植物甲为阳生植物，植物乙为阴生植物，D正确。
课堂小结
1.（2025·江苏南通期中）在探究不同光照强度对光合作用速率影响的实验时，光照强度和温度分别属于（　　）
A.自变量和因变量
B.因变量和无关变量
C.自变量和无关变量
D.自变量和对照变量
解析：C　在探究不同光照强度对光合作用速率影响的实验中，光照强度属于自变量，因变量是光合作用速率，温度属于无关变量，无关变量要求相同且适宜，C正确，A、B、D错误。
2.（2025·山西太原实验中学月考）如图中纵坐标表示植物某种气体吸收量或释放量的变化。下列说法正确的是（　　）
注：不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式，单位的表示方法相同。
A.若F点以后进一步提高光照强度，光合作用强度会一直不变
B.若A为O2吸收量，D点时，叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C.C点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D.若A为CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，E点可能向右下移动
解析：D　E点时已经达到光饱和点，其他条件不变，F点以后提高光照强度可能会破坏叶片中的叶绿体，光合作用强度会发生变化，A错误；若A代表O2吸收量，D点时，整个植株既不吸收氧气也不释放氧气，但对于叶肉细胞来说光合速率大于呼吸速率，因此有氧气的释放，B错误；图中C点时，光照强度为0，叶肉细胞只能进行呼吸作用，故产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，C错误；若A代表CO2释放量，提高大气中的CO2浓度，光饱和点增大，E点向右下移动，D正确。
3.（2025·吉林市田家炳高级中学月考）许多农业谚语涉及生物学原理在农业生产实践中的应用。下列相关解释正确的是（　　）
A.“稀三箩，密三箩，不稀不密收九箩”，合理密植可提高光能利用率
B.“处暑里的雨，谷仓里的米”，补充水分可促进植物的光合午休，增加有机物积累
C.“两垄高粱一垄豆，高矮作物双丰收”，豆能适应弱光是因为其细胞中叶绿体较小
D.“霜前霜，米如糠；霜后霜，谷满仓”，霜降前降温可减弱种子呼吸作用而增产
解析：A　合理密植可提高光能利用率，从而提高生产量，A正确；补充水分可减弱植物的光合午休，增加有机物积累，B错误；豆能适应弱光是因为其细胞中叶绿体较多，C错误；霜降前的降温如果过早，会导致稻谷等农作物收成不好，因为会影响光合作用，而霜降后的降温则对农作物有利，D错误。
4.适宜条件下光照强度对某植物光合作用速率的影响曲线如图所示。回答下列问题：
（1）该植物叶片中光合色素分布在叶绿体的　类囊体薄膜　上。提取叶绿体中的色素时，为使研磨充分可加入少许　二氧化硅　。
（2）光照强度直接影响光合作用的　光反应　阶段，该阶段产生的　ATP　和　NADPH　可参与三碳化合物的还原。
（3）光照强度为B时，该植物的光合作用速率　等于　（填“大于”“等于”或“小于”）呼吸作用速率。长期处于该光照强度下，植物　不能　（填“能”或“不能”）正常生长。
（4）光照强度为D时，叶肉细胞中产生ATP的细胞器有　叶绿体和线粒体　。该光照强度下，适当降低CO2的浓度，C点将　向下　（填“向上”或“向下”）移动。
解析：（1）与光合作用有关的光合色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上；提取叶绿体色素时，加入少许二氧化硅可以使得研磨更充分。
（2）光合作用过程包括光反应阶段和暗反应阶段，光照强度直接影响的是光反应阶段；光反应阶段产生的ATP和NADPH可用于暗反应阶段三碳化合物的还原。
（3）光照强度为B时，该植物的净光合作用速率为0，则光合作用速率与呼吸作用速率相等。由于没有有机物的积累，因此长期处于该光照强度下，植物不能正常生长。
（4）光照强度为D时，叶肉细胞既可以进行光合作用，也可以进行呼吸作用，因此其产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体。D点为光饱和点，此时光合作用强度达到最大值，若适当降低CO2的浓度，即CO2供应不足，影响了暗反应的进行，导致光合作用强度下降，因此C点将向下移动。
一、概念梳理必记
1.光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2.化能合成作用：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
3.光照强度直接影响光反应速率，光反应产物中NADPH与ATP的数量会影响暗反应速率。
4.温度通过影响光合作用过程，特别是暗反应中酶的催化效率，从而影响光合作用强度。
5.CO2是暗反应的原料，CO2的浓度直接影响暗反应速率。
6.水分是光合作用的原料之一，缺少时可使光合速率下降。
二、长句表达必明
1.请从能量来源和物质合成等角度比较，光合作用与硝化细菌化能合成作用的相同点：都能把二氧化碳和水合成糖类等有机物；不同点：合成有机物利用的能量不同，光合作用利用的是光能，硝化细菌化能合成作用利用的是无机物氧化时释放的能量。
2.光照强度或CO2浓度与光合速率的关系在一定范围内，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。
知识点一　探究环境因素对光合作用强度的影响
1.（2025·河北保定部分高中期中）用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片并用气泵抽出叶片内气体直至沉底，然后将等量的叶圆片分别转至含有等浓度的NaHCO3溶液的多个培养皿中，然后给予一定的光照，在相同且适宜的条件下，测量不同温度下的叶圆片全部上浮至液面所用的平均时间（图乙中水温变化范围对碳酸氢钠分解速率的影响可以忽略不计），如图所示。下列说法正确的是（　　）
A.叶片真正光合作用的最适温度一定位于bc段
B.在cd段，主要是由于NaHCO3浓度下降、CO2减少导致上浮时间延长
C.所用的NaHCO3浓度不宜过大
D.在ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小
解析：C　真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由于温度变化也会影响呼吸酶的活性，所以叶片真正光合作用的最适温度不一定位于bc段，A错误；根据题意可知，不同温度条件下的实验组中含有等浓度的NaHCO3溶液，所以在cd段，不是由于NaHCO3浓度下降、CO2减少导致上浮时间延长，而是温度过高，导致光合作用酶活性降低，使叶圆片上浮需要的时间延长，B错误；NaHCO3浓度过大会使植物细胞失水，影响植物的生命活动，C正确；ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮需要的时间缩短，说明氧气的释放速率加快，净光合速率逐渐增大，D错误。
2.（2025·浙江四校月考）图甲是某生物小组以番茄为材料探究CO2浓度对光合作用强度影响所做的实验，该小组又将对称叶片左侧遮光右侧曝光（图乙），并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移，在适宜光照下照射12小时后，从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重分别记为a和b（单位：g）。下列说法正确的是（　　）
A.根据图甲的材料及装置，该实验的因变量可以是上浮叶片的数量
B.图甲实验随着NaHCO3溶液浓度的增大，光合速率随之不断增大
C.将甲装置的NaHCO3溶液换成NaOH溶液也可以探究光照强度对光合速率的影响
D.图乙12小时后测得的b－a的量表示右侧截取部分有机物的产生量
解析：D　分析题图可知：装置甲可用来探究光照强度对光合作用的影响，因此实验的自变量是光照强度，因变量应该是反映光合作用强度的指标，即叶片上浮速率或一定时间内圆叶片浮起的数量，A错误；在图甲实验中随着NaHCO3溶液浓度的增大，植物细胞失水增多，细胞代谢减慢，光合作用速率会降低，B错误；将甲装置中的NaHCO3溶液换成等量的NaOH溶液后，NaOH能吸收CO2，呼吸作用释放出的CO2被吸收，无法测得呼吸速率，因此也就无法测出总光合作用，C错误；分析图乙可知：照光与不照光部分的生理过程中的差别是光合作用是否进行，故右侧照光后称重得到的是总光合作用减去呼吸消耗（净光合作用）后的重量，左侧遮光后称重得到的是呼吸作用消耗后的重量，右侧截取部分光合作用制造的有机物总量是（b－a），D正确。
知识点二　影响光合作用的因素
3.（2025·全国开学考试）珙桐是国家一级保护植物，自然条件下成苗率低。为促进珙桐繁育，科研人员研究不同遮阴程度对幼苗光合速率的影响，结果如图所示。下列相关叙述错误的是（　　）
A.三组幼苗应置于相同环境温度
B.光合速率受到光照强度的影响
C.中度遮阴吸收的二氧化碳最多
D.轻度遮阴条件最适宜培育幼苗
解析：D　科研人员研究不同遮阴程度对幼苗光合速率的影响，唯一变量是光照强度，其他条件应该相同且适宜，所以三组幼苗应置于相同环境温度，A正确；结合题图可知，不同遮阴程度下，幼苗二氧化碳的吸收量不同，说明珙桐的光合速率受到光照强度的影响，B正确；从图中可以看出，中度遮阴条件下，二氧化碳的吸收量（净光合速率）最多，C正确；光合作用的实质是制造有机物，把光能转变为化学能储存在有机物中。结合题图可知，中度（不是轻度）遮阴条件下，植物积累的有机物更多，最适宜培育幼苗，D错误。
4.（2025·辽宁大连二十三中月考）已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图为该植物在25 ℃条件下光合作用强度随光照强度变化的曲线图。下列相关叙述正确的是（　　）
A.a点时细胞呼吸只受温度的影响
B.b点时植物才开始进行光合作用
C.提高到30 ℃，b点右移，c点左移
D.c点时，植物的氧气产生量为V2
解析：C　a点对应的光照强度为零，此时植物只进行细胞呼吸，除了受温度影响外还受氧浓度等因素的影响，A错误；b点时光合作用强度和细胞呼吸强度相等，a点以后随光照的增加光合作用逐渐加强，因此在b点之前植物就已经开始了光合作用，B错误；已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图为该植物在25 ℃条件下光合作用强度随光照强度变化的曲线图。若将温度提高到30 ℃，则细胞呼吸加快，光合作用减弱，b点对应的光合作用强度和细胞呼吸强度相等时所需要的光照强度会增大，但c点对应的光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度会减小，所以b点右移，c点左移，C正确；c点时，植物的氧气净产生量为V2，而氧气净产生量V2＝植物（光合作用中）的氧气产生量－细胞呼吸中的氧气消耗量V1，所以c点时植物的氧气产生量为V1＋V2，D错误。
知识点三　光合作用原理的应用
5.（2025·山东青岛五十八中月考）冬季很多蔬菜需要在塑料大棚中种植，下列相关叙述中正确的是（　　）
A.大棚中悬挂蓝紫光，有利于植物积累有机物
B.大棚种植时，选择蓝紫色薄膜更有利于增产
C.大棚中增施农家肥，有利于植物吸收有机物
D.阴雨天适当提高大棚温度有利于积累有机物
解析：A　光合色素主要吸收蓝紫光和红光，故大棚中悬挂蓝紫光，有利于植物积累有机物，A正确；蓝紫色薄膜只允许蓝紫光通过，应选白色或透明的薄膜，B错误；植物不能直接吸收有机物，大棚增施农家肥，分解者将有机物分解为无机盐和CO2，从而提高光合作用强度，C错误；阴雨天，限制光合作用的主要因素是光照强度，增加温度不能增强光合作用，但会增强呼吸作用，不利于增产，D错误。
6.（2025·陕西韩城象山中学月考）农业生产中有许多谚语的产生，如①无力不打铁，无灰不种麦；②犁地深一寸，等于上层粪；③一挑粪进，一挑谷出；④两垄高粱一垄豆，高矮作物双丰收等。这些谚语体现了我国劳动人民在农业生产上的智慧。下列有关叙述错误的是（　　）
A.①中的“灰”主要是指无机盐，常以离子的形式被小麦吸收
B.②的主要原理是增加土壤中氧气供应能促进植物对无机盐的吸收
C.③施加有机肥可间接为植物补充CO2，进而增加有机物积累
D.④中的“豆”能适应弱光，是因为大豆植株中含有较少的叶绿体
解析：D　植物主要通过根系以离子形式吸收无机盐，“灰”通常指含有钾、磷等元素的无机盐，小麦能以离子形式吸收这些无机盐，A正确；犁地深一寸，增加了土壤的透气性，从而增加了土壤中氧气供应，这有利于植物根部细胞的有氧呼吸，为主动运输吸收矿物质提供更多能量，促进植物对矿物质的吸收，B正确；施加有机肥被土壤微生物分解，释放CO2，间接为植物补充CO2进而增加有机物积累，C正确；大豆植株能适应弱光，不是因为含有较少的叶绿体，而是其光合作用的调节机制适应了弱光环境，D错误。
7.（2025·辽宁大连八中月考）植物的光合作用可受多种环境因素的影响。如图表示A、B两种植物光合速率受光照强度影响的变化曲线，下列叙述正确的是（　　）
A.阴雨天气，生长受影响较大的是植物A
B.光照强度等于b 时，植物B叶肉细胞的真正光合速率大于0
C.c点对应的光照强度下，植物A和植物B制造的有机物量相等
D.对植物B来说，若适当提高CO2浓度，b点将向右移动，d点将向右下移动
解析：B　由图可知，植物A的光补偿点较植物B低，因此阴雨天气，生长受影响较大的是植物B，A错误；光照强度等于b时，植物B的光合速率等于呼吸速率，叶肉细胞的真正光合速率（总光合速率）大于0，净光合速率也大于0，B正确；c点对应的光照强度下，植物A和植物B积累的有机物量相等，但植物B呼吸作用消耗的有机物量大于植物A，因此植物B制造的有机物量比植物A多，C错误；b点是植物B的光补偿点，此光照强度下光合速率等于呼吸速率，若提高CO2浓度，b点将向左移动；d点时植物B的光合速率不再随光照强度增大而增大，受限于CO2浓度等因素，若提高CO2浓度，可继续增大O2吸收速率，d点将向右下移动，D错误。
8.（2025·江西赣州开学考试）在温室大棚中，不同CO2浓度和光照强度下蔬菜净光合速率的变化趋势（呼吸作用稳定）如图所示。下列相关叙述不正确的是（　　）
A.获得该图的前提是温室内温度相同且适宜
B.P点前限制光合作用速率的因素主要是CO2浓度
C.Q点时限制a曲线光合作用速率的因素主要是光照强度
D.用18O分别标记水和CO2，可知氧气中的O全部来自水
解析：C　温室内温度属于无关变量，应保持相同且适宜，A正确；P点前，无论是哪种光照强度，净光合速率均随CO2浓度的增大而增大，此时，限制光合作用速率的因素主要是CO2浓度，B正确；a曲线已经是高光强，Q点时随CO2浓度增加，净光合作用速率已经不再改变，此时限制光合作用的因素主要是内因（色素数量、酶的活性等），C错误；用18O分别标记水和CO2，可以发现当用18O标记水时，产生的氧气中才含有18O，说明光合作用光反应阶段产生的O2中的O来源于水，D正确。
9.（2025·山东菏泽一中月考）某科研小组，研究不同光照强度和不同光质对温室蔬菜光合作用的影响，结果如图1和图2。图1是在光合作用最适温度（25 ℃）下，测定的不同光照强度下蔬菜的氧气释放量，呼吸速率的最适温度为35 ℃。图2测定的是不同光质条件下测得的气孔导度、胞间CO2浓度和光合速率，其中气孔导度大表示气孔开放程度大。
（1）据图1分析，在光照强度为6 klx时的总光合速率为　0.6　mg·g－1·L－1·h－1，在此光照条件下叶肉细胞产生ATP的场所是　叶绿体、线粒体、细胞质基质　。
（2）绿叶中含量最多的光合色素是　叶绿素a　，其主要吸收的光是　红光和蓝紫光　。
（3）据图2分析，蓝光照射下测得的胞间CO2浓度比红光照射下测得的结果低，其原因是　蓝光比红光时的气孔导度大，进入的 CO2多，但蓝光比红光时的光合速率大，消耗的二氧化碳更多，因此蓝光下的胞间CO2浓度低　；若用蓝光照射绿色植物转变为用红光照射，叶绿体中C5的浓度将　减小　（填“增大”“不变”或“减小”）。
（4）温室种植常在阴雨天采用人工光源提供光照，根据上图中的结果分析，对温室蔬菜种植提出合理的建议：　适当补充一定强度的蓝光；在晴朗的夏季中午要适当遮光　。
解析：（1）据图1分析，在光照强度为6 klx时，呼吸速率为0.2 mg·g－1·L－1·h－1，净光合速率为0.4 mg·g－1·L－1·h－1，则总光合速率为0.2＋0.4＝0.6 mg·g－1·L－1·h－1，此光照下既进行呼吸作用，又进行光合作用，产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。
（2）绿叶中光合色素中，含量最多的是叶绿素a，叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光。
（3）据图2分析，蓝光比红光时的气孔导度大，进入的 CO2多，但蓝光比红光时的光合速率大，消耗的二氧化碳更多，因此蓝光下的胞间CO2浓度低。由于只有叶绿素吸收红光，叶绿素和类胡萝卜素都吸收蓝光，所以若用蓝光照射绿色植物转变为用红光照射，光反应下降，C3的还原减少，叶绿体中C5的浓度将减小。
（4）据图可知，蓝光组的净光合速率最大，所以在阴雨天采用补充蓝光，增加光合速率。晴朗的中午光照太强，会出现光合“午休”现象，则需要适当遮光。
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