第五章 细胞的能量供应和利用
本 章 整 合
1．(2018·全国卷Ⅲ改编)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是( C )
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．动物细胞有时也可进行无氧呼吸
C．有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D．植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
[解析] 有氧呼吸的产物是二氧化碳、水。无氧呼吸的产物是酒精、二氧化碳或乳酸。故C错。
2．(2018·北京卷)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氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色，该反应过程中( D )
A．需要ATP提供能量
B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与
D．会产生氧气
[解析] 光反应产生[H]和O2，并合成ATP，DCIP被还原，需要光合色素参与。
3．(2017·全国卷Ⅲ)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( A )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
[解析] 类胡萝卜素不吸收红光，A错误；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B正确；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示，C正确；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放氧气，D正确。
4．(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是 甲 。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是 甲 ，判断的依据是 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大。 。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是 乙 。
(4)某植物夏日晴天中午12?00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的 CO2 (填“O2”或“CO2”)不足。
[解析] (1)由曲线可以看出，当光照强度大于a时，甲植物对光能利用率更高。(2)种植密度过大，光照强度降低，由曲线可知，甲植物的净光合速率下降更快。(3)在光照强度低时，同等光照强度下，乙植物的净光合速率大于甲植物，属于阴生植物，更适合林下种植。(4)在中午12?00时，出现“午休”现象，其原因是气孔关闭，二氧化碳进入叶肉细胞少。
5．(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：
(1)从图可知，A叶片是树冠 下层 填(“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片 。
(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的 暗 反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是 无水乙醇 。
[解析] (1)由两曲线可知，在A叶片的净光合速率达到最大时，所需的光照强度低于B叶片，更适合下层。(2)放氧速率不变，说明光反应没有变化，只能是暗反应受到抑制。(3)光合色素是脂溶性的，能溶于有机溶剂，常用无水乙醇。
6．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的 类囊体薄膜上 上，该物质主要捕获可见光中的 红光和蓝紫光 。
(2)植物的叶面积与产量关系密切，叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加群体光合速率和干物质积累速率均 升高 。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是 叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率升高，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低 。
(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度 低 (填“高”或“低”)。
[解析] (1)光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，主要吸收蓝紫光和红光。(2)净光合速率＝光合速率－呼吸速率。当 叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率升高，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)阴生植物与阳生植物相比，更能适应低光照强度，在净光合作用速率为零时，所需光照强度更低。
7．(2017·全国卷Ⅱ)下图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是 O2 、 NADP＋ 、 ADP＋Pi 、 C5 ，[H]代表的物质主要是 NADH(或还原型辅酶Ⅰ) 。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在 C和D (填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是 在缺氧条件下进行无氧呼吸 。
[解析] (1)由分析可知，图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②是生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶I(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。
8．(2017·全国卷Ⅰ)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度，已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是 植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低 。甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率 大于0 (填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是 甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加 。
[解析] (1)甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，培养后两种植物的光合速率都降低的原因是植物在光下光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量，总体上两种植物都要从小室中吸收CO2，因此，小室中的CO2浓度会降低，从而影响两种植物的光合速率。从题干获知，甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物，因此，当甲种植物的净光合速率为0时，对于乙种植物来说，外界的CO2浓度是超过其CO2补偿点的，乙种植物的光合速率一定大于呼吸速率，即净光合速率大于0。(2)甲种植物在光下经光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水发生在有氧呼吸过程中，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加。
第1节 降低化学反应活化能的酶
学习目标
1．举例说明酶在细胞代谢中的作用、本质。(重点)
2．通过阅读分析“关于酶本质的探索”资料，认同科学是在不断探索和争论中前进的。
3．阐述酶的特性。(重点)
4．学会分析实验中的自变量、因变量、无关变量等。(难点)
核心概念
细胞代谢 酶 活化能 高效性 专一性
一、酶在细胞代谢中的应用
1．细胞代谢
2．实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验原理：H2O2在 水浴加热 、 FeCl3溶液 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：
编号
步骤
1
2
3
4
相同
处理
向4支试管中分别加入 2 mL过氧化氢溶液 ，并放在试管架上
不同
处理
不处理
放入 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
观察
试管内产生的 气泡数量
试管内卫生香 燃烧程度
(3)实验结果： 4号试管产生的气泡最多，卫生香燃烧猛烈 。
(4)实验结论：
酶 在常温常压下，可以高效地完成对化学反应的 催化 。
二、酶的本质和作用原理
三、酶的特性
1．高效性
2．专一性：
3．温度和pH对酶活性影响及曲线
(1)温度对酶活性的影响及曲线：
①T0表示酶促反应的 最适温度 ，此时酶活性 最高 。
②温度 偏高或偏低 ，酶活性降低。
③温度 过高 ，酶会失活。
(2)pH对酶活性的影响及曲线：
①P表示酶促反应的 最适pH ，此时酶活性 最高 。
②pH 偏高或偏低 ，酶活性降低。
③pH 过高或过低 ，酶会失活。
？思考
1．我们吃芹菜时，无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而吃馒头时，咀嚼时间长了就会有甜味，你知道是什么原因吗？
提示：芹菜中含大量纤维素，馒头中主要成分为淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶，而酶具有专一性，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解 。
2．酶是否只能在活细胞内起作用？举例说明。
提示：不是，酶既可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，如消化酶等。
3．人体口腔内的唾液淀粉酶进入胃之后还能继续发挥作用吗？为什么？
提示：不能。因为胃内pH很低，导致唾液淀粉酶失活。
H 判断题
1．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。( √ )
2．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。( × )
3．酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。( × )
4．酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用既可发生在细胞内，也可以发生在细胞外。( × )
5．在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强。( × )
6．酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸。( × )
7．高温、低温都可使酶活性降低，二者的作用实质不同。( √ )
8．在做温度影响酶的活性的实验中，若某两支试管的反应速率相同，在其他条件均相同的条件下，可判断这两支试管所处的环境温度也一定是相同的。( × )
9．如果以淀粉为底物，以淀粉酶为催化剂探究温度影响酶活性的实验，则酶促反应的速率既可以通过碘液检测淀粉的分解速率，也可以通过斐林试剂检测淀粉水解产物的生成速率。( × )
10．每一种酶只能催化一种或一类化学反应。( √ )
知识点1 酶的本质和作用
Z
1．酶的概念和作用
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
合成场所
核糖体
细胞核(主要)
实验验证
实验组
待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应
待测酶液＋吡罗红染液→是否出现红色
对照组1
蛋白质样液＋双缩脲试剂→出现紫色反应
RNA样液＋吡罗红染液→出现红色
对照组2
待测酶液不再具有催化能力
待测酶液不再具有催化能力
来源
一般活细胞中均能产生
生理功能
具有生物催化功能
具有特性
专一性、高效性、需要适宜的pH、温度等
2．酶的作用机理
分析可知：
①E1这一部分的活化能是指酶所降低的能量；
②E2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量；
③E1＋E2＝E这一部分的能量是反应所需总能量，是指无酶催化的时候，分子从常态转变成活跃状态所需的能量，即反应活化能。
3．酶作用模式图
(1)图示中表示酶的为A，判断依据：酶只是改变了反应的进程，在反应的前后数量和性质都不改变；反应物和生成物分别为B和C、D。
(2)图示体现了酶的特性：专一性。酶通过特定的空间结构与反应物识别并结合，进而催化反应的进行。
Y
有关酶的四个易错点
(1)酶并不都是蛋白质，有的酶是RNA。
(2)酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。
(3)酶作用的实质是降低了化学反应的活化能，不是提供能量。
(4)酶并不是具有分泌功能的细胞才能产生，活细胞都能产生酶。
D
典例1 (2018·无锡高一检测)下列有关酶的叙述中，正确的是( D )
A．酶的催化效率总是高于无机催化剂
B．一个酶分子只起一次作用
C．酶催化反应能放出更多的能量
D．催化蛋白质水解的酶的化学本质是蛋白质
[解析] 过酸、过碱和高温都会改变酶的空间结构，使酶失活，因而酶的催化效率不一定高于无机催化剂，A错误；酶作为催化剂，在化学反应中可多次起作用，B错误；酶可以降低化学反应的活化能，加快反应的速率，但不能使反应放出更多的能量，C错误；催化蛋白质水解的酶的化学本质是蛋白质，D正确。
〔变式训练1〕
某一不可逆化学反应(S→P＋W)在无酶和有酶催化时均可以进行。当该反应在无酶条件下进行到时间t时，向反应液中加入催化该反应的酶。图中能正确表示加酶后反应物浓度随反应时间变化趋势的曲线是( D )
A．甲 B．乙
C．丙 D．丁
[解析] 本题以曲线图的形式对酶催化反应的原理进行考查。加入酶后，加快反应速率，所以反应物浓度下降速度增大，由于该反应是不可逆反应，所以最后反应物都消耗完。
知识点2 酶的特性及相关实验分析
Z
1．酶高效性的实验分析
(1)思路
(2)实例——“比较过氧化氢在不同条件下的分解”
①步骤与结果分析：
试管
编号
3%的H2O2溶液
自变量
因变量
结果分析
处理方法
气泡
多少
点燃卫生香检测
1
2 mL
几乎没有
无复燃
H2O2自然分解缓慢
2
2 mL
90 ℃左右水浴加热
较少
复燃
加热能促进H2O2分解
3
2 mL
滴加质量分数为3.5%的FeCl3溶液2滴
较多
复燃性较强
Fe3＋能催化H2O2的分解
4
2 mL
滴加新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液2滴
很多
复燃性更强
过氧化氢酶有催化H2O2分解的作用，且效率高
②结论分析：
2．酶专一性的实验分析
(1)思路
①
②
(2)实例
步骤
1
淀粉＋淀粉酶
蔗糖＋淀粉酶
2
等量斐林试剂，水浴加热相同时间
现象
出现砖红色沉淀
无颜色变化
结论
酶具有专一性
3．探究温度、pH对酶活性的影响
(1)思路
(2)实例——探究不同温度对酶活性的影响
1试管
1′试管
2试管
2′试管
3试管
3′试管
实验步骤
1
2 mL淀粉溶液
2 mL唾液淀粉酶溶液
2 mL淀粉溶液
2 mL唾液淀粉酶溶液
2 mL淀粉溶液
2 mL唾液淀粉酶溶液
2
在冰水中水浴5 min
在37 ℃水中水浴5 min
在沸水中水浴5 min
3
1与1′试管混合摇匀
2与2′试管混合摇匀
3与3′试管混合摇匀
4
冰水中水浴数分钟
37 ℃水浴数分钟
沸水中水浴数分钟
5
取出试管，分别滴加2滴碘液摇匀，观察现象
实验
现象
呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
结论
①唾液淀粉酶在37 ℃时催化淀粉水解，在0 ℃和100 ℃时不能发挥催化作用。
②酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都影响其催化效率
Y
有关酶实验设计的两点提醒
(1)探究不同温度对酶活性的影响时，在加入酶之前，应将底物在各自温度下处理至少5分钟，确保试管内外温度一致。
(2)探究不同pH对酶活性的影响时，可将过氧化氢酶和H2O2溶液分别调至同一pH，再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。
D
典例2 (2018·潍坊高一检测)“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，相关说法错误的是( D )
A．氯化铁溶液和肝脏研磨液都属于自变量
B．过氧化氢分解速率是因变量
C．过氧化氢的浓度属于无关变量
D．实验过程中可以变化的因素即为自变量
[解析] 实验中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的量称为自变量，氯化铁溶液、肝脏研磨液都属于自变量；随自变量的变化而改变的量称为因变量，过氧化氢的分解速率就属于因变量；实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的因素，这些因素称为无关变量。
易错提醒：有关影响酶促反应速率的因素的三点提醒
(1)酶催化反应时，最适温度和最适pH不会相互影响。
(2)酶量的增加会提高酶促反应的速率，但不会改变化学反应的平衡点；适当增加反应物浓度，既改变了反应速率，也改变了反应的进程。
(3)不同因素影响酶促反应的速率的本质不同。
①温度和pH是通过影响酶的活性而影响酶促反应速率的。
②底物浓度和酶浓度是通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。
〔变式训练2〕 关于温度对酶活性影响的叙述，错误的是( B )
A．不同酶的最适温度可能相同
B．随着温度降低，酶促反应的活化能下降
C．酶活性最高时的温度不适合该酶的保存
D．高温下酶失活是酶空间结构破坏的结果
[解析] 不同酶的最适温度可能相同，也可能不同，A正确；在一定的范围内随着温度的降低，酶的活性下降，而酶促反应的活化能是不会降低的，B错误；低温时，酶的活性降低，但酶的空间结构稳定，因此，酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存，C正确；高温、强酸、强碱都会破坏酶的空间结构，从而使酶失活，D正确。
与酶有关的曲线解读
1．酶高效性的曲线(如图中甲)
(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶只能缩短达到化学反应平衡点所需的时间，不会改变化学反应的平衡点。
(3)酶只能催化已存在的化学反应。
2．酶专一性的曲线(如图中乙)
(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化A反应物参加的反应。
(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化A反应物参加的反应。
3．影响酶活性的曲线(如图)
(1)在一定条件下，酶活性最大时的温度(或pH)称为该酶的最适温度(或pH)。
(2)在一定温度(或pH)范围内，随温度(或pH)的升高，酶的活性增强；当温度(或pH)升高到一定限度时，酶活性会随温度(或pH)的升高而减弱。
(3)过酸、过碱、高温会破坏酶的空间结构，导致酶永久失活，而低温时酶的活性降低，不会失活。
4．酶和反应物的浓度与反应速率的关系曲线(如图)
(1)反应速率与酶浓度的关系：在反应物充足，其他条件均适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比(如图中甲)。
(2)反应速率与反应物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内，反应速率会随着反应物浓度的增加而增大，但当反应物浓度达到一定值后，由于受酶数量或酶活性的限制，反应速率不再增大(如图中乙)。
5．反应时间对酶促反应速率的影响(如图)
(1)甲、乙、丙三图中的时间t0、t1、和t2是一致的。
(2)随着反应的进行，反应物因被消耗而减少，生成物因生成而增多。
(3)t0～t1段，因为反应物较充足，所以反应速率较快，反应物消耗较快，生成物生成速度较快。t1～t2段，因为反应物的量减少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被耗尽，生成物也不再增加，此时反应速率为0。
典例3
某同学研究温度和pH对某酶促反应速率的影响，得到如图所示的曲线。下列分析正确的是( A )
A．该酶催化反应的最适温度为35℃左右，最适pH为8
B．当pH为8时，影响酶促反应速率的主要因素是底物浓度和酶浓度
C．随pH升高，该酶催化反应的最适温度随之改变
D．当pH为任何一固定值时，实验结果都可以证明温度对酶促反应速率的影响
[解析] 本题考查温度和pH对酶活性的影响及解读曲线的能力。分析曲线可知，当温度为35 ℃、pH为8时，酶促反应速率相对较快，当温度为35 ℃、pH大于或小于8时，酶促反应速率均下降，所以该酶的最适温度为35 ℃左右、最适pH为8；当pH为8时，不同温度下酶促反应速率不同，此时温度是影响酶促反应速率的主要因素；在一定范围内，随pH的升高或降低，该酶催化反应的最适温度均为35 ℃左右；当pH过高或过低时，不同温度下的反应速率可能相同，此时温度已不再是酶促反应速率的影响因素。
典例4 图甲是过氧化氢酶活性(v)受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH＝b时过氧化氢分解产生的O2量随时间(t)的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是( B )
A．pH＝a时，e点下移，d点左移
B．适当降低温度，e点不移，d点右移
C．pH＝c时，e点为0
D．过氧化氢量增加，e点不移，d点左移
[解析] pH由b→a时，酶的活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但pH改变不会改变化学反应的平衡点，故e点不移，d点右移，A项错误；图乙是在最适温度下绘制的，若温度降低，则酶活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但温度降低不会改变化学反应的平衡点，故d点右移，e点不移，B项正确；pH＝c时，过碱条件破坏酶的空间结构使酶失活、不能催化过氧化氢水解，但过氧化氢在常温下也能分解，所以e点不为0，C项错误；过氧化氢量增加时，达到化学反应平衡所需时间延长，且化学反应的平衡点升高，即e点上移，d点右移，D项错误。
【解题探究】
(1)酶促反应的结果是改变了达到化学反应平衡所需的 时间 ，即改变了 反应速率 ，但不影响反应的平衡点，即不影响 生成物 的量。
(2)最适条件下改变影响酶活性的因素，会导致达到化学反应平衡所需的时间 延长 ，但不影响反应的平衡点。
【互动探究】
(1)若图乙曲线为pH＝a条件下绘制，当pH＝b时，d点和e点如何移动？
提示：pH升高，酶活性增强，化学反应速率加快，达到反应平衡的时间缩短，但不改变化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。
(2)若增加酶的浓度，图乙曲线中d点和e点如何移动？
提示：增加酶的浓度，反应速率加快，但不影响化学反应的平衡点，故d点左移、e点不移。
【方法规律】 分析影响酶促反应速率因素的曲线图的一般方法
(1)识标：理解图中纵坐标和横坐标的含义，一般横坐标表示温度、pH、反应时间等，纵坐标表示反应速率等。
(2)明点：分析图中起止点和最高点的含义，一般起点为零，最高点表示最适温度或pH，酶的活性最大，止点表示酶的活性为零或生成物的量最大。
(3)析图：根据相关原理判断曲线的变化情况，具体看曲线是上升还是下降，从而确定酶促反应速率的变化趋势。
1．细胞代谢的概念：细胞内每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。
2．酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
3．酶的特性：专一性、高效性、作用条件较温和。
4．酶的作用原理：降低化学反应的活化能。
5．影响酶活性的主要因素：温度、pH等。
酶的
作用
和本
质
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
学习目标
1．说出ATP的化学组成和特点。(重点)
2．掌握ATP与ADP的相互转化，理解转化过程中物质及能量的变化。(难点)
3．阐明ATP在能量代谢中的作用。
核心概念
ATP 高能磷酸键 吸能反应 放能反应
一、ATP的结构和特点
二、ATP与ADP的相互转化
1．反应式：_______________________ATPADP＋Pi＋能量。
2．能量来源与去路：
3．特点：
(1)ATP与ADP相互转化时刻不停地发生并且处于 动态平衡 中。
(2)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的 共性 。
三、ATP的利用
1．实例：
2．ATP是细胞内流通的能量“通货”：
？思考
1．ATP中去除两个磷酸基团后是构建哪种物质的基本单位？
提示：RNA。
2．人们不论在运动时还是休息时，细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化，这种转化属于可逆反应吗？
提示：不属于，所需酶及场所等不同。
3．细胞内的所有生命活动都需要ATP直接提供能量吗？举例说明。
提示：不是，如自由扩散等。
H 判断题
1．ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸。( √ )
2．人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。( × )
3．ATP能够及时转化成ADP，这有效地保证了细胞内能量的供应。( √ )
4．ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP。( √ )
5．ATP含有3个高能磷酸键，但是只有一个高能磷酸键会发生断裂。( × )
6．ATP中的A不代表腺嘌呤，当再脱去两个磷酸后，形成的物质为RNA的基本单位之一。( √ )
7．酶的合成需要ATP供能，此ATP来自于光合作用和呼吸作用。 ( × )
8．酶的催化反应都需要消耗ATP。( × )
9．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。( √ )
10．活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。( × )
知识点1 ATP的结构和生理功能
Z
1．ATP的组成
2．ATP的结构
3．ATP的生理功能
细胞代谢所需的能量绝大多数是由细胞内的ATP直接提供的。ATP是细胞代谢所需能量的直接来源。
4．ATP的结构与功能的相互关系
(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。
(2)ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质需转化为ATP才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。
知识贴士
①DNA和RNA的组成中的A表示腺嘌呤这种碱基，而在ATP中A代表的是腺苷，即核糖与腺嘌呤的组合体。
②每个ATP分子中只含有2个高能磷酸键(～)，其中只有远离腺苷的高能磷酸键易断裂或合成。
D
典例1 (2018·合肥高一检测)下列关于ATP的叙述，正确的是( D )
A．三磷酸腺苷可简写为A～P～P－P
B．ATP被称为高能磷酸化合物的原因是所有化学键都储存大量能量
C．ATP中的大量能量都储存在腺苷和磷酸基团中
D．ATP中的大量能量储存在高能磷酸键中
[解析] 三磷酸腺苷的结构简式为A－P～P～P：ATP分子中的高能磷酸键储存着大量的能量。
〔变式训练1〕 下列关于ATP结构的叙述正确的是( B )
A．ATP中含有三个高能磷酸键
B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
C．ATP、DNA、RNA中的“A”相同
D．ATP彻底水解后会得到两种小分子物质
[解析] ATP含有两个高能磷酸键，A错误；ATP、DNA、RNA中的“A”分别表示腺苷、腺嘌呤、腺嘌呤，C错误；ATP彻底水解后会得到磷酸、核糖和腺嘌呤三种小分子物质，D错误。
知识点2 ATP与ADP间的相互转化
Z
1．ATP转化及利用图示
图示1：
图示2：
2．解读
(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系，呼吸作用中释放的能量一部分储存在ATP中，另一部分以热能的形式散失。
(2)主动运输等吸能反应与ATP的分解相联系，所以ATP是直接供能物质。
(3)ATP在生物体内含量很少，又不断通过各种生命活动大量消耗，但ATP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡之中。
知识贴士
不要因为ATP是细胞中的直接能源物质就误认为细胞中的ATP含量很高，细胞内ATP的含量并不高，ATP可以与ADP迅速地相互转化，满足机体的能量需要。
D
典例2 (2018·合肥高一检测)
如图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图，有关叙述错误的是( D )
A．在一个活细胞中，时刻进行着过程①和②
B．过程①和②也可以发生在同一个细胞器内
C．过程①中需要的能量不是过程②释放的
D．维持人体体温的热能主要来自过程②中的能量
[解析] ATP为直接能源物质，在一个活细胞中，时刻进行着ATP与ADP的转化过程；ATP的合成与水解也可以发生在同一个细胞器内，如叶绿体；过程①为ATP的合成过程，需要的能量来自呼吸作用或光合作用；维持人体体温的热能主要来自呼吸作用释放的能量。
方法点拨：1.ATP与ADP相互转化不是可逆反应，因为能量不同，酶不同。
2．ATP与ADP相互转化是十分迅速的，保证了能量的持续供应。
〔变式训练2〕 下列有关“ATPADP＋Pi＋能量”的叙述，正确的是( B )
A．反应向左进行和向右进行时所需的酶是一样的
B．反应向右进行时释放能量，向左进行时储存能量
C．整个反应是一个动态平衡的过程
D．植物细胞和动物细胞中发生这种反应的生理过程都一样
[解析] 生物体进行的“ATPADP＋Pi＋能量”和“ADP＋Pi＋能量ATP”是两个截然不同的生理过程，它们发生的场所、所需的酶是不同的，也正是因为两个过程是在不同的场所、不同酶的作用下完成的，所以就不存在动态平衡问题，故A、C两项错误。植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP，也可以通过细胞呼吸产生ATP，而动物细胞不能进行光合作用，所以D项错误。
一、ATP和ADP的相互转化是不可逆的
1．ATP与ADP的相互转化
反应式
ATP→ADP＋Pi＋能量
能量＋Pi＋ADP→ATP
类型
水解反应
合成反应
条件
水解酶
合成酶
场所
活细胞内多种场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
能量转化
放能
储能
能量来源
高能磷酸键
呼吸作用、光合作用
能量去向
用于各项生命活动
储存于ATP中
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。
2．ATP与ADP的转化式的含义
细胞内ATP与ADP的循环过程，并不表示化学上的可逆反应。
(1)从反应条件上看：ATP的水解属于水解反应，催化该反应的酶属于水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。由于酶具有专一性，因此，二者反应条件不同。
(2)从反应场所上看：ATP合成的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。因此，ATP的合成场所与分解场所不完全相同。
(3)从能量来源上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能；而合成ATP的能量主要来源于化学能和光能，即二者的能量来源不同。
提示：判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和生成物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。
典例3 下列有关“a.ATP→ADP＋Pi＋能量”和“b.ADP＋Pi＋能量→ATP”的反应的叙述中，正确的是( C )
①a、b反应过程分别表示能量的释放和储存 ②生物细胞内的b过程所需要的能量来自细胞呼吸 ③a和b在活细胞中永无休止地循环进行，保证了生命活动的顺利进行 ④a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行 ⑤a、b反应过程从物质角度看是可逆的，但从能量角度看是不可逆的
A．①②③④ B．②③④⑤
C．①③④⑤ D．①②④⑤
[解析] ATP的形成一般与放能反应联系在一起，ATP的分解一般与吸能反应联系在一起；生物细胞中b过程的能量来自细胞呼吸或光合作用；ATP和ADP的相互转化是循环进行的；a反应中的能量和b反应中的能量一般不同，所以a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行；a、b反应过程从物质的角度来看是可逆的，ATP和ADP以及Pi是可以反复利用的，但能量是不可以反复利用的，因为两个过程进行的场所、所需的酶等并不相同。
二、ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系
ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。
(1)ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
(2)DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。
(3)RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。
(4)核苷酸中的A为腺嘌呤。
由此可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。
典例4 (2018·天津高三模拟)如图所示四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是( D )
A．①和② B．①和③
C．③和④ D．⑤和⑥
[解析] 根据图分析可知“○”中所对应的含义分别为：①一磷酸腺苷AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)，②腺嘌呤，③DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸，⑤腺苷，⑥腺苷。
1．ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，叫作三磷酸腺苷。
2．ATP分子的结构简式：A－P～P～P，A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键。
3．ATP和ADP之间的相互转化：ATPADP＋Pi＋能量。
上述反应中，物质可逆，能量不可逆，合成ATP和利用ATP往往不是在同一时间、同一场所进行的，且是在不同酶的催化下完成的，故上述反应不是可逆反应。
4．吸能反应伴随ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。
ATP
第3节 ATP的主要来源——细胞呼吸
学习目标
1．说出线粒体的结构和功能。(重点)
2．说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。(重点)
3．说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。(难点)
4．进行酶母菌细胞呼吸方式的探究。(难点)
核心概念
细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 酒精发酵 乳酸发酵
一、细胞呼吸
1．概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的 氧化分解 ，生成 二氧化碳或其他产物 ，释放出能量并生成 ATP 的过程。
2．实质：氧化分解 有机物 ，释放能量。
二、探究酶母菌细胞呼吸的方式
三、细胞呼吸的方式
1．有氧呼吸
2．无氧呼吸
(1)发酵的概念
酵母菌、乳酸菌等微生物的 无氧呼吸 也叫发酵，根据产物不同可分为 酒精发酵 和 乳酸发酵 。
(2)两种方式
类型
项目
酒精发酵
乳酸发酵
场所
细胞质基质
过程
第一阶段
葡萄糖 [H]＋丙酮酸 ＋少量能量
第二阶段
丙酮酸＋[H]
酒精＋CO2
丙酮酸＋[H] 乳酸
化学反应式
C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2 ＋少量能量
C6H12O6 2C3H6O3 ＋少量能量
能量转化
只在 第一阶段 释放出少量的能量，生成 少量ATP ，葡萄糖分子中的大部分能量则存留在 酒精或乳酸 中
四、细胞呼吸原理的应用(连线)
①—b ②－a ③－c ④－c ⑤－c ⑥－b ⑦－c
？思考
1．线粒体是进行有氧呼吸的必需条件吗？若不是请举例说明。
提示：不是，蓝藻无线粒体也可进行有氧呼吸，具有有氧呼吸酶是进行有氧呼吸的必需条件。
2．北方人做馒头时，利用酵母菌发面，发好的面团柔软而且表面水汪汪的。你知道为什么吗？
提示：酵母菌有氧呼吸产生CO2，使面团充气而变软，有氧呼吸产生的水使面团表面有水。
H 判断题
1．探究酵母菌的呼吸方式时，不能用澄清的石灰水来检测CO2的产生，但可以用重铬酸钾来检测乙醇。( × )
2．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2，可判断其呼吸方式。( × )
3．线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。( × )
4．无氧呼吸能产生ATP、但没有[H]的生成过程。( × )
5．有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP。( × )
6．细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和[H]的反应，只发生在细胞有氧时。( × )
7．呼吸作用产生的能量均以热能释放。( × )
8．破伤风杆菌适宜生活在有氧的环境中。( × )
9．及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。( √ )
10．无氧和零下低温环境有利于水果保鲜。( × )
知识点1 探究酵母菌的呼吸方式
Z
1．实验原理
(1)酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下均能生存，有氧呼吸产生H2O和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。
(2)呼吸产物——CO2和酒精的检测
①澄清石灰水变混浊，且混浊程度与CO2产量有关；
②蓝色的溴麝香草酚蓝水溶液变绿再变黄，且变黄时间长短与CO2产量有关；
③橙色重铬酸钾溶液变灰绿色。
2．探究过程
提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么？
作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设
实验现象
3．实验分析及拓展
(1)实验分析
①通入甲中A瓶的空气需先通过NaOH溶液的目的是保证进入A瓶的气体中不含有CO2，保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸产生的。
②乙中B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌无氧呼吸产生的。
(2)不同材料呼吸实验的设计
①若探究种子呼吸状况则不必遮光，但需“死种子”作对照。
②若探究“植株或幼苗”呼吸状况，应进行遮光处理，以防止光合作用的干扰，同时可设置同种状况但杀死的植株或幼苗作对照。
知识贴士
酵母菌是兼性厌氧生物，是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，而人体中的某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物异化作用类型的区分，不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的，而是以在有氧或无氧的条件下能否正常生存为依据的。
D
典例1 如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。以下说法中正确的是( C )
A．两个装置均需要在黑暗条件下进行
B．装置乙在Ⅲ处可检测到有酒精生成
C．装置乙中应让Ⅱ先放置一会再与Ⅲ连接
D．装置甲中NaOH溶液的作用是吸收Ⅰ处的CO2
[解析] 黑暗或光照对酵母菌的细胞呼吸没有明显的影响，A错误；装置乙中酵母菌产生的CO2可通过导管进入Ⅲ中，但酵母菌产生的酒精保留在Ⅱ中，B错误；装置甲中NaOH溶液的作用是使进入B瓶的空气先经过NaOH溶液的作用，排除空气中CO2对实验结果的干扰，D错误。
〔变式训练1〕 有关“探究酵母菌的呼吸方式”实验的叙述，错误的是( D )
A．实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的O2
B．在探究有氧呼吸的实验过程中，泵入的空气应去除CO2
C．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等
D．可通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式
[解析] 酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸产物中都有CO2，都能使澄清石灰水变浑浊，因此不能通过此指标判断酵母菌的呼吸方式。
知识点2 有氧呼吸和无氧呼吸过程的比较
Z
1．有氧呼吸和无氧呼吸过程图解
2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较
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
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
Y
有关细胞呼吸过程的五点提醒
(1)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。
(2)有氧呼吸过程中生成的水和反应物中的水其来源和去向不同，所以不是同一分子。
(3)无氧呼吸只有第一阶段释放少量能量，第二阶段不释放能量。
(4)呼吸作用释放的能量不全转化成ATP中的能量，大部分以热能的形式散失。
(5)不是所有植物的无氧呼吸产物都是酒精和二氧化碳，玉米胚、甜菜根等植物组织的无氧呼吸产物为乳酸。
3．与无氧呼吸有关的几个易错点
(1)不同生物无氧呼吸产物不同是由于催化反应的酶的种类不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(2)大多数植物、酵母菌无氧呼吸的产物为酒精和CO2；有些高等植物的某些器官如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等进行无氧呼吸时产生乳酸；高等动物、人及乳酸菌的无氧呼吸只产生乳酸。
(3)无氧呼吸第一阶段产生的[H]用于还原丙酮酸。
(4)无氧呼吸只在第一阶段释放能量。
4．与细胞呼吸有关的计算
C6H12O6＋6H2O＋6O212H2O＋6CO2＋能量
C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量
(1)消耗等量葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的物质的量之比为1?3。
(2)产生等量的CO2时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为3?1。
(3)无氧呼吸产生的酒精和CO2的物质的量相等；有氧呼吸消耗O2和产生CO2的物质的量相等。
D
典例2 (2018·黄冈高一检测)在植物体的细胞中，葡萄糖分解为丙酮酸的反应( B )
A．既可以在线粒体中进行，也可以在细胞质基质中进行
B．既可以在叶肉细胞中进行，也可以在根细胞中进行
C．只能在有氧条件下进行，不能在无氧条件下进行
D．只能在有光条件下进行，不能在无光条件下进行
[解析] 葡萄糖分解为丙酮酸的反应只能在细胞质基质中进行，A错误；不论是叶肉细胞还是根细胞，都能进行细胞呼吸，都有葡萄糖分解为丙酮酸的过程，B正确；葡萄糖分解为丙酮酸是有氧呼吸和无氧呼吸的共同点，有氧、无氧都可以发生，C错误；不论有光还是无光，都能进行细胞呼吸，都有葡萄糖分解为丙酮酸的过程，D错误。
特别提醒：(1)有氧呼吸和无氧呼吸总反应式中的能量不能写成ATP，因为大部分能量以热能形式散失。
(2)1 mol葡萄糖彻底氧化分解后，释放出2870 kJ的能量，其中1161 kJ的能量储存在ATP中，其余的以热能形式散失。
(3)1 mol葡萄糖生成酒精释放的能量为225.94 kJ，生成乳酸释放的能量为196.65 kJ，其中都有61.08 kJ的能量转移到ATP(生成2 mol ATP)中，其余部分以热能的形式散失。
(4)无氧呼吸只有第一阶段释放能量，第二阶段没有能量释放。而有氧呼吸三个阶段均释放能量。
〔变式训练2〕
(2018·江苏常州高三模拟)如图所示为不同距离的跑步过程中，有氧呼吸和无氧呼吸供能的百分比。下列说法正确的是( D )
A．跑步距离越长，无氧呼吸供能所占比例越大
B．1 500 m跑时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖的量相当
C．100 m跑时，所需ATP主要由有氧呼吸提供
D．马拉松跑时，肌肉细胞呼吸释放的CO2量与吸收的O2量之比为1?1
[解析] 分析题图可知，跑步距离越长，无氧呼吸供能所占比例越小，A项错误。1500 m跑时，有氧呼吸与无氧呼吸供能的百分比相同，在供能相同的情况下，无氧呼吸消耗的葡萄糖量要多于有氧呼吸，B项错误。100 m跑时，所需ATP主要由无氧呼吸提供，C项错误。马拉松跑时，主要进行有氧呼吸，但仍有部分细胞进行无氧呼吸。人体肌肉细胞进行无氧呼吸时不消耗O2，也不产生CO2，故肌肉细胞呼吸释放的CO2与吸收的O2之比为1?1，D项正确。
知识点3 影响细胞呼吸的因素及其应用
Z
一、影响细胞呼吸速率的内因
项目
体现
实例
遗传特性
不同种类生物的呼吸速率不同
阴生植物小于阳生植物
生长发育的不同时期
同一生物的不同生长发育时期呼吸速率不同
婴幼儿大于老年人；幼苗期大于成熟期
不同器官或组织
同一生物的不同器官或组织的呼吸速率不同
心肌细胞大于皮肤细胞；植物生殖器官大于营养器官
二、影响细胞呼吸的外因
1．温度：通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。
生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，来降低细胞呼吸，减少有机物的消耗。
2．氧气浓度
(1)对于无氧呼吸：随氧气浓度增加而受抑制，氧气浓度越高，抑制作用越强，氧气浓度达到一定值时，被完全抑制。如图乙所示。
(2)对于有氧呼吸：氧气是有氧呼吸的原料之一，在一定范围内，随着氧气浓度的增加，有氧呼吸速率增强，但当氧气浓度增加到一定值时，有氧呼吸速率不再增加。如图丙所示。
(3)绝大多数植物的非绿色器官或酵母菌的呼吸速率受氧气浓度的影响。如图丁所示。
除了温度、氧气外，二氧化碳对有氧呼吸有抑制作用。生物含水量的多少影响呼吸作用，在一定范围内，呼吸作用强度随含水量的增加而增大。
(4)应用
①作物栽培中，采取中耕松土，防止土壤板结等措施，都是尽量使O2浓度位于E点之上，保证根细胞的正常呼吸，有利于肥料的吸收。
②生产中利用低氧(A点的浓度)抑制细胞呼吸、减少对有机物的消耗来延长蔬菜、水果、粮食的保存时间。
3．CO2：增加CO2浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用 。
4．水：水既是细胞呼吸的原料，也是产物，细胞呼吸过程必须在有水的环境中才能完成。一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。
应用：粮油种子在贮藏时，必须降低含水量，使种子呈风干状态，降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗；同时防止微生物大量繁殖而使种子变质。
D
典例3
科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响，结果如图所示。下列叙述正确的是( B )
A．20 h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
B．50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，密闭罐中CO2浓度会增加
C．50 h后，30 ℃时有氧呼吸速率比2 ℃和15 ℃时慢，是因为温度高使酶活性降低
D．实验结果说明温度越高，果肉细胞有氧呼吸速率越大
[解析] 果肉细胞不能进行光合作用，其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A项错误，50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，是由于此温度条件下酶的活性较高，有氧呼吸已将O2消耗完，之后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B项正确、C项错误；由于酶具有最适温度，若超过最适温度，有氧呼吸速率会降低，D项错误。
易错提醒：有关影响呼吸作用因素的两点提醒
(1)有氧气存在不一定只进行有氧呼吸。
①当氧气浓度较低时，既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸，且无氧呼吸占优势。
②当氧气浓度较高时，无氧呼吸逐渐减弱，有氧呼吸逐渐增强，当氧气浓度增加到一定值时，只进行有氧呼吸。
(2)低温、低氧储存水果蔬菜，不代表氧气浓度和温度越低越好，应该是低氧和零上低温，既要抑制细胞呼吸，又要保持水果蔬菜的营养和风味。
〔变式训练3〕
以下甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是( B )
A．甲图中氧含量为a时的情况对应的是乙图中的A点
B．甲图中氧含量为b时的情况对应的是乙图中的CD段
C．甲图的a、b、c、d四个浓度中，c是最适合贮藏植物器官的
D．甲图中氧含量为d时没有酒精产生
[解析] 甲图中氧含量为a时，细胞只释放CO2不吸收氧气，说明细胞只进行无氧呼吸，对应乙图中的A点。甲图中氧含量为b时，CO2的释放量远远大于氧气的吸收量，说明细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，且无氧呼吸强度大，应对应乙图中的AC段。贮藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时，即甲图中的c点。氧含量为d时，CO2释放量与氧气的吸收量相等，细胞只进行有氧呼吸，因此没有酒精产生。所以B项错误。
细胞呼吸方式的判断
判定指标
CO2释放量、O2消耗量以及酒精产生量。
判定原理
呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则O2消耗量(((2产生量＝1?1；若只进行产生酒精的无氧呼吸(酒精发酵)，则O2消耗量(((2产生量(酒精产生量＝0?1?1，若只进行产生乳酸的无氧呼吸(乳酸发酵)，则无O2的消耗和CO2的产生。
判定方法(底物为葡萄糖)
物质变化特点
细胞呼吸方式
①
CO2释放量＝O2吸收量
只进行有氧呼吸
②
不消耗氧气，释放CO2
只进行酒精发酵
③
CO2释放量>O2消耗量
进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自于酒精发酵
④
酒精产生量＝CO2释放量
只进行酒精发酵
⑤
酒精产生量进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自于有氧呼吸
⑥
无CO2释放
只进行乳酸发酵
方法拓展
(1)当CO2释放量>O2消耗量时，比较有氧呼吸和无氧呼吸速率的方法：
①若＝，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等。
②若>，无氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于有氧呼吸。
③若<，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸。
(2)如果出现CO2释放量(3)有时还可根据发生的场所进行细胞呼吸方式的判定，如真核细胞均在细胞质基质中进行的是无氧呼吸。
典例4 如图表示某种植物的非绿色器官在不同O2浓度下气体吸收量和释放量的变化，请据图回答下列问题。
(1)外界O2浓度在10%以下时，该器官的细胞呼吸方式是 有氧呼吸和无氧呼吸 ，你作出这种判断的理由是 此时CO2释放量大于O2吸收量 。
(2)该器官CO2释放量与O2吸收量两条曲线在C点相交后重合为一条曲线，这表明此时该器官的细胞呼吸方式是 有氧呼吸 ，你作出这种判断的理由是 此时CO2释放量与O2吸收量相等 。
(3)当外界O2浓度为4%～5%时，该器官CO2释放量的相对值为0.6，而O2吸收量的相对值为0.4。此时，无氧呼吸的CO2释放量的相对值相当于有氧呼吸的 1/2 ；无氧呼吸消耗葡萄糖的量的相对值相当于有氧呼吸的 1.5倍 。
[解析] (1)从有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可以看出，有氧呼吸时O2吸收量与CO2释放量相等，而在O2浓度为10%以下时，CO2释放量比O2吸收量大，多出的CO2来自无氧呼吸，因此，此时该植物器官既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。(2)根据有氧呼吸的反应式，有氧呼吸时CO2释放量等于O2吸收量，再根据无氧呼吸的反应式，无氧呼吸不吸收O2，只释放CO2，得出当CO2释放量等于O2吸收量时，该植物器官只进行有氧呼吸。(3)由有氧呼吸和产生CO2的无氧呼吸的反应式可知：有氧呼吸吸收1分子的O2必然释放1分子的CO2，无氧呼吸只释放CO2不吸收O2。O2吸收量的相对值为0.4，则有氧呼吸产生的CO2量为0.4，而CO2的释放总量是0.6，所以无氧呼吸的CO2释放量为0.6－0.4＝0.2，因此无氧呼吸的CO2释放量为有氧呼吸的1/2。又由反应式可知，有氧呼吸的CO2释放量为0.4时，需要消耗葡萄糖的量为1/6×0.4，而无氧呼吸的CO2释放量为0.2时，需要消耗葡萄糖的量为1/2×0.2，故无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖的量的比值为(1/2×0.2)/(1/6×0.4)＝1.5。
典例5 (2018·济南高一检测)如图为某同学构建的在晴朗白天植物的有氧呼吸过程图，下列说法正确的是( C )
A．催化2→3的酶存在于线粒体内膜上
B．3全部释放到大气中
C．6部分可来自叶绿体
D．产生的8主要用于合成ATP
[解析] 从图中判断1～8依次是葡萄糖、丙酮酸、CO2、H2O、[H]、O2、H2O和能量，2→3过程是有氧呼吸的第二阶段，该过程的场所是线粒体基质；3表示二氧化碳，生成的二氧化碳可被叶绿体中光合作用利用；6表示氧气，分别来自叶绿体和外界环境；8是有氧呼吸释放的能量，这些能量大部分转化成热能，只有少部分转移到ATP中。
典例6 (2018·西安高一检测)将200 mL含酵母菌的培养液放入500 mL的密闭容器内，该容器内酵母菌不同呼吸方式的CO2释放速率随时间变化情况如图所示，请回答下列问题：
(1)图中a曲线表示的呼吸方式为 有氧呼吸 ，判断依据是 开始时酵母菌可利用密闭容器内的氧气进行有氧呼吸，随着时间的延长，氧气量逐渐减少，存氧呼吸减弱直至为零 。
(2)密闭容器内开始产生酒精的时间是 6 h前 (填“6 h前”或“6 h时”或“6 h后”)。
(3)8 h时细胞内ATP的合成场所是 细胞质基质 ，此时合成ATP所需能量 不能 (填“能”或“不能”)来自丙酮酸的分解。
(4)密闭容器内CO2的总释放量在6 h时 小于 (填“小于”“等于”或“大于”)8 h时。
[解析] (1)刚开始时容器内有氧气，酵母菌进行有氧呼吸，随着氧气的逐渐消耗，有氧呼吸逐渐减弱，开始出现无氧呼吸，因此曲线a表示有氧呼吸，曲线b表示无氧呼吸。(2)从图形分析，密闭容器内酵母菌在6 h前开始进行无氧呼吸，即6 h前就开始产生酒精。(3)8 h时酵母菌只进行无氧呼吸，细胞内合成ATP的场所是细胞质基质，此时产生的ATP来自无氧呼吸第一阶段，即葡萄糖分解为丙酮酸和[H]的过程。(4)根据图形分析，酵母菌的细胞呼吸速率一直为正值，酵母菌一直在释放CO2，故随时间的变化，CO2的总释放量一直在增加。
1．细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。
2．有氧呼吸。
(1)反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋大量能量。
(2)场所：细胞质基质和线粒体。
3．无氧呼吸
(1)产生酒精：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。
(2)产生乳酸：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
(3)反应场所：细胞质基质。
4．有氧呼吸的三个阶段都释放能量，无氧呼吸只有第一阶段释放能量。
第4节 能量之源——光与光合作用
学习目标
1．说出叶绿体的结构和功能。(重点)
2．说出色素的种类及功能。
3．提取和分离绿叶中色素。(难点)
4．描述光合作用的过程。(重点)
5．说出光合作用的概念。
6．阐述光合作用中物质和能量的变化。(难点)
7．体验科学探究的方法和技术。
核心概念
提取色素 分离色素 叶绿体 吸收光谱 光合作用 光反应阶段 暗反应阶段 同位素标记法
第1课时 光合作用的探究历程、过程及色素
一、光合作用的探究历程
1．1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有 淀粉 。
2．1939年，美国的鲁宾和卡门利用 同位素标记法 证明了 光合作用释放的氧气来自水 。
3．20世纪40年代，美国的卡尔文，利用 放射性同位素标记 技术最终探明了 CO2 在光合作用中转化成 有机物中碳 的途径。
二、绿叶中色素的提取和分离
三、色素的含量和种类
四、叶绿体的结构和功能
1．叶绿体的结构
2．叶绿体的功能：进行 光合作用 的场所。
3．恩格尔曼的实验
实验设计：把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗中，然后用极细的光束照射水绵；之后再将临时装片暴露在光下。
实验现象：极细的光束照射，细菌 只向叶绿体被光束照射到的部位集中 ；完全暴露在光下，细菌 分布在叶绿体所有受光的部位 。
实验结论：叶绿体是 光合作用的场所 ，氧气是叶绿体释放的。
五、光合作用的过程及应用
1．光反应
(1)场所：叶绿体的 类囊体薄膜 上。
(2)条件： 光照 、色素、酶等。
(3)物质变化：将水分解为 [H]和O2 ，将ADP和Pi合成ATP。
(4)能量变化：光能转变为 活跃的化学能 。
2．暗反应
(1)场所：叶绿体的 基质 中。
(2)条件：酶、[H]、ATP。
(3)物质变化：
a．CO2的固定：C5＋CO2→ 2C3 ；b.C3的还原：C3＋[H]＋ATP→ C6H12O6 。
(4)能量变化：ATP中活跃的化学能转变为 有机物中稳定的化学能 。
？思考
1．夏季的树叶多为绿的海洋，到了深秋时节更有“看万山红遍，层林尽染”的美景，试从生物学角度分析其原因。
提示：春夏时节叶绿素所占比例大，故叶子为绿色，而到了深秋叶绿素大量分解，类胡萝卜素含量相对增加，故叶子为黄色或橙黄色。
2．植物能进行光合作用制造有机物，有位同学就想：“如果人能像绿色植物一样，岂不是不用吃饭了吗？”如果该同学的想法能实现，你认为人体细胞应具备什么样的结构？
提示：细胞质中有叶绿体。
3．在大棚种植时一般选用哪种颜色的薄膜？为什么？
提示：一般选用无色透明的薄膜，因为能够透过各种单色光。
H 判断题
1．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。( × )
2．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。( √ )
3．利用纸层析法可分离出4种叶绿体色素。( √ )
4．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。( × )
5．光合作用过程中光反应是暗反应进行的前提。( √ )
知识点1 光合作用的探究历程
Z
1．探究历程
年代科学家
过程(依据)
结论或结果
1771年普利斯特利(英)
＋＋
植物可以更新空气
1779年英格豪斯(荷兰)
同普利斯特利的实验过程
只有在阳光照射下和有绿叶时植物才可以更新空气
1845年梅耶(德国)
能量转换和守恒定律
植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来
1864年萨克斯(德国)
黑暗中饥饿处理的绿叶→
绿色叶片在光合作用中产生淀粉
1939年鲁宾和卡门(美国)
HO＋CO2→植物→18O2
C18O2＋H2O→植物→O2
光合作用释放的氧气来自水
2．从光合作用的探究历程可知
(1)普利斯特利的实验的优点和不足
优点
①自变量明确：证明植物具有更新空气的作用
②对照明显：玻璃罩内只放小鼠或燃烧蜡烛作对照
不足
①没有认识到光在植物更新空气中的作用
②没有明确植物吸收和释放的气体
(2)萨克斯实验的成功之处
①方法的成功：
a．设置了对照实验，自变量为光照，因变量是叶片颜色的变化。
b．实验的关键是饥饿处理，使叶片中的营养物质消耗掉，避免了对实验结果的干扰。
②认识上的成功：本实验在证明光合作用的产物是淀粉的同时，还证明了光照是光合作用的必要条件。
(3)鲁宾和卡门实验
①巧妙之处：两组实验相互对照直观地表现出氧气是来自于水的光解，而不是来自于二氧化碳中的氧。
②自变量为被标记的C18O2和HO，因变量是O2的放射性。
(4)卡尔文循环
①探究方法：同位素标记法。
用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
②实验结论。
碳的转化途径：14CO2＋C514C3(14CH2O)
知识贴士
自身对照≠相互对照
不能认为萨克斯实验和鲁宾及卡门实验的对照设计方法相同：其中萨克斯实验的对照方式为自身对照(一半曝光与另一半遮光)；而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质：HO与C18O2)。
D
典例1
如图表示德国科学家萨克斯做的实验，在叶片照光24 h后，经脱色、漂洗并用碘液处理后，结果被锡箔遮盖的部分呈棕色，而不被锡箔遮盖的部分呈蓝色。本实验说明( C )
①光合作用需要CO2 ②光合作用需要光 ③光合作用需要叶绿素 ④光合作用放出氧 ⑤光合作用制造淀粉
A．①② B．③⑤
C．②⑤ D．①③
[解析] 将叶片照光24 h后，叶片曝光部分进行光合作用，经脱色、漂洗后用碘液处理变蓝，说明有淀粉生成，应选⑤；用锡箔遮盖的部分因没有照光，不能进行光合作用，未产生淀粉，用碘液处理不变蓝，说明光合作用需要光，还应选②。
〔变式训练1〕
右图是恩格尔曼的实验示意图，下列有关叙述正确的是( D )
A．实验先进行“黑暗”处理，主要目的是消耗细胞中原有的淀粉
B．极细的光束照射是为了避免对水绵叶绿体造成灼伤
C．实验设置了一次对照
D．实验可证明叶绿体是光合作用的场所
[解析] 图示的实验中，先进行“黑暗”处理，目的是防止光的干扰。极细的光束照射是为了使叶绿体上分为有光照和无光照的部位，相当于一组对照实验，实验还进行了黑暗(局部光照)和完全光照对照实验，共设置了两次对照实验。该实验证明了叶绿体是光合作用的场所。
知识点2 绿叶中色素的提取和分离
Z
1．原理及试剂
(1)原理：
(2)试剂：
2．实验步骤
步骤
方法
原因
色
素
提
取
①选取新鲜叶片：色素含量高
②加入少许二氧化硅和碳酸钙：作用分别是使研磨充分、保护色素
③加入10 mL无水乙醇：溶解、提取色素
将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的玻璃漏斗中过滤，滤液收集到试管中，及时用棉塞塞紧试管口
试管口加棉塞：防止溶剂挥发，并充分溶解色素
分
离
色
素
剪去两角：防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
画滤液细线
画得细、齐、直；重复画
①层析液不能没及滤液细线：防止色素溶于层析液中
②试管加塞是为了防止层析液挥发(因为丙酮、苯等有毒性)
观察与分析
3．有关色素带的分析
(1)从色素带的位置可知道各种色素在层析液中溶解度的高低依次为：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(记忆口诀：胡黄ab)
(2)从色素带的宽度可知各种色素的含量一般情况下为：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
(3)在滤纸条上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的相邻的两条色素带是胡萝卜素和叶黄素。
4．绿叶中的色素对光的吸收特点
(1)绿叶中的色素只吸收可见光，对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少。
知识贴士
实验中的注意事项
加入无水乙醇后，要进行迅速、充分的研磨，迅速研磨可以防止溶剂挥发，充分研磨是为了使更多的色素溶解在溶剂中，否则提取的色素量减少。
过滤时，不能用滤纸，要用单层尼龙布(或脱脂棉)，因为滤纸可以吸附色素，降低滤液中色素的含量，使实验效果不明显。
D
典例2 在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂、药品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，他们所得到的实验结果依次应为图中的( B )
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
水
＋
－
－
－
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
[解析] 无水乙醇用于溶解绿叶中的色素，甲同学未加无水乙醇，其滤纸条上应无色素带；CaCO3能够防止研磨时色素被破坏，丙同学未加CaCO3，其滤纸条上叶绿素a、叶绿素b对应的色素带应较窄；SiO2能够使研磨更充分，丁同学未加SiO2，其滤纸条上的四条色素带均应较窄。乙同学操作正确，其滤纸条上的色素带应是正常的，如图④所示。
〔变式训练2〕 关于叶绿素的叙述，错误的是( D )
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
[解析] 叶绿素a和叶绿素b所含化学元素的种类相同，都由C、H、O、N、Mg组成，A项正确。叶绿素吸收的光能通过光合作用转变为储存在有机物中的化学能，B项正确。叶绿素a在红光区的吸收峰值约为660 nm，叶绿素b在红光区的吸收峰值约为640 nm，C项正确。绿叶中的色素对绿光的吸收极少，绝大多数绿光被反射出来，叶片中又含有大量的叶绿素，因此一般情况下植物呈现绿色，D项错误。
知识点3 叶绿体的结构和功能
Z
1．叶绿体的结构及功能
(1)结构：
①双层膜：分为内膜和外膜，其主要功能是控制物质进出叶绿体。
②基粒：由囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。
③基质：在基粒与基粒之间充满基质，基质中含有与光合作用有关的酶。
(2)功能：
叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
2．叶绿体功能的验证实验
(1)实验过程及现象：
(2)实验结论：
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②O2是由叶绿体释放的。
(3)实验设计巧妙之处：
①实验材料选择水绵和好氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气的部位。
②没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。
③用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。
④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的等。
知识贴士
①光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中，但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。
②叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积，而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积。
D
典例3 下列关于叶绿体的描述，错误的是( C )
A．基粒由类囊体堆叠而成 B．叶绿体被膜由双层膜组成
C．暗反应发生在类囊体薄膜上 D．类囊体薄膜上具有叶绿素和酶
[解析] 叶绿体是双层膜结构的细胞器，其中许多类囊体像圆饼一样叠在一起，形成基粒；类囊体上有许多与光合作用有关的色素和酶。在暗反应中，CO2的固定和C3的还原在叶绿体基质中进行。
易错提醒：与叶绿体有关的几点注意事项
(1)与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中，但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。
(2)叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积，而线粒体以内膜向内折叠形成嵴的方式增大膜面积。
(3)叶绿体基粒是由类囊体堆叠而成，每个基粒含2～100个类囊体，基粒之间不是孤立的，它们可通过薄膜相连。
〔变式训练3〕 叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是( D )
A．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
B．吸收光能和四种色素分布在叶绿体基质中
C．叶绿体内膜折叠成基粒
D．光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的
[解析] 色素分布在类囊体藻膜上，基粒是由类囊体藻膜堆叠形成的。
知识点4 光合作用的过程
Z
1．光合作用的过程图解
(1)光反应过程
(2)暗反应过程
2．光反应和暗反应的比较
(1)区别
项目
光反应
暗反应
实质
光能转化为化学能，并释放出O2
同化CO2，合成有机物
反应时间
短促
较缓慢
需要条件
外界条件：光照；内部条件：色素、酶
不需要光照；内部条件：酶
反应场所
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体基质内
物质变化
①水的光解：水分解成[H]和O2
②ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP
①CO2的固定：CO2＋C52C3
②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5
能量变化
光能→活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
相应产物
O2、ATP和[H]
糖类等有机物
(2)联系：光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图所示：
3．光合作用过程中物质交换分析
(1)光合作用过程中C、H、O元素转移途径
3HO
(2)14C18O2214C3(14CHO)＋HO
(3)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向
Y
有关光合作用过程的四点提醒
(1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。
(2)光反应阶段为暗反应提供ATP、[H]，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。而暗反应则为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
(3)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供的[H]和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。
(4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。
D
典例4
如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是( D )
A．结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能
B．供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C．结构A释放的O2可进入线粒体中
D．如果突然停止CO2的供应，短时间内C3的含量将会增加
[解析] 结构A为类囊体薄膜，分布有与光反应有关的酶，能把光能转换为ATP中活跃的化学能。从暗反应的过程可以看出，供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲。光合作用产生的O2可进入线粒体，被细胞呼吸所利用。在光合作用中，CO2首先被C5固定形成C3，如果突然停止CO2的供应，则C3的生成量减少，而其消耗量不变，因此短时间内C3的含量将会减少。
知识贴士：不同的条件下叶绿体内各种物质的动态变化规律
条件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O)合成量
停止光照CO2供应不变
增加
减少
减少
减少
突然光照CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变停止CO2供应
减少
增加
增加
减少
光照不变CO2供应增加
增加
减少
减少
增加
说明：以上各物质含量的变化是在外界条件改变后的短时间内发生的，且是相对含量的变化。
〔变式训练4〕 为研究棉花去棉铃(果实)后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量，结果如图所示。
(1)光合作用暗反应利用光反应产生的ATP和 [H](NADPH) ，在 叶绿体基质 中将CO2转化为C3，进而形成淀粉和蔗糖。
(2)由图甲可知，随着去除棉铃百分率的提高，叶片光合速率 逐渐下降 。本实验中对照组(空白对照组)植株的CO2固定速率相对值是 28 。
(3)由图乙可知，去除棉铃后，植株叶片中 淀粉和蔗糖含量 增加。已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少， 输出量 降低，进而在叶片中积累。
(4)综合上述结果可推测，叶片中光合产物的积累会 抑制 光合作用。
(5)一种验证上述推测的方法为：去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测 未遮光 叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是 光合产物含量下降，光合速率上升 ，则支持上述推测。
[解析] (1)光合作用光反应可为暗反应提供[H](NADPH)和ATP，并在叶绿体基质中将CO2转化为C3，进而形成淀粉和蔗糖。(2)由图甲信息可知，随去除棉铃百分率的提高，叶片固定CO2能力明显降低；对照组(未摘除棉铃)植株CO2固定速率的相对值应为“去除棉铃百分率为0”时的CO2固定值，即28。(3)由图乙可知，去除棉铃后，植株叶片中淀粉和蔗糖含量增加。由题干信息可知，叶片光合产物被运到棉铃等器官并被利用，故除去棉铃后，叶片光合产物输出量降低，从而导致相应产物在叶片中积累。(4)综合图甲、乙中的相关信息可知，叶片中光合产物积累将使CO2固定速率明显降低，即抑制光合作用。(5)该验证实验中，推测若去除植株上的棉铃，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，则未遮光叶片光合产物会不断转运至遮光叶片中，从而导致未遮光叶片中蔗糖和淀粉含量下降，进而解除产物积累对光合速率的抑制，因此，检测未遮光叶片的光合产物含量和光合速率，若与只去除棉铃植株的叶片相比，检测结果为光合产物含量下降，光合速率上升，则可支持相关推测。
第2课时 光合作用的原理和应用
一、探究光照强度对光合作用强度的影响
1．光合作用强度
2．探究光照强度对光合作用强度的影响
二、光合作用的原理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
一定范围内 温度 升高，光合作用和细胞呼吸都会增强
“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
水分 缺少导致气孔关闭，CO2供应不足
三、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
3．自养生物和异养生物
类型
概念
代表生物
自养
生物
能将 无机物 合成 有机物 的生物
光能自养生物： 绿色植物
化能自养生物： 硝化细菌
异养
生物
只能利用环境中 现成的有机物 来维持自身生命活动的生物
人、动物、真菌、大多数细菌
？思考
1．光饱和点后，限制光合速率的内部因素主要有哪些？
提示：色素含量、酶的数量、C5的含量等。
2．下面是有关农业种植的谚语“黑夜下雨白天晴，打的粮食没处盛”。请从光合作用的角度分析这句谚语的含义。
提示：夜晚降雨不仅提供水分，还降低温度，减弱细胞呼吸消耗，白天晴天，提供良好光照，光合作用强，经过一昼夜中，有机物的积累量高。
H 判断题
1．光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。( √ )
2．探究实验中，小圆形叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。( × )
3．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。( × )
4．化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是CO2和H2O。( √ )
5．原核生物都是异养生物。( × )
6．自养生物合成有机物时只能利用光能。( × )
知识点1 探究环境因素对光合作用强度的影响
Z
1．光合作用强度
(1)概念：简单地说，光合作用强度(又称光合速率)是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，是描述光合作用强弱的指标。
(2)表示方法
2．探究光照强弱对光合作用强度的影响
(1)实验原理
叶片含有空气，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮
(2)实验中沉水叶片的制备
①小圆形叶片的制备：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出小圆形叶片。
②沉水：用注射器抽出叶片内气体，放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。黑暗条件的设计是为了防止光合作用的进行。
(3)实验装置分析
①自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与试管之间的距离来调节光照强度的大小。
②中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温产生影响。
③因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强度。
(4)实验结论：在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度也不断增强。(假设正确)
Y
取材关键及实验结果分析
(1)打孔时避开大叶脉是因为大叶脉部分含有的叶绿体少。
(2)用注射器排出小圆形叶片内的气体是为了防止细胞内原本存在的气体影响实验结果。
(3)该实验中所取的叶片大小和生理状态应该是相同的，打孔时要取叶片的相同部位。
(4)本实验中的数值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的净积累值，即光合作用与细胞呼吸的差值。
D
典例1 正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( B )
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降
[解析] 本题考查光照变化对光合作用过程的影响。用黑布将培养瓶罩住，相当于停止光照，光反应停止，不再产生氧气。[H]和ATP的产生停止，导致暗反应C3的还原速度减慢，C3在叶绿体内积累导致二氧化碳固定减慢。光反应停止，ATP的生成减少，ATP/ADP比值下降。光反应停止，NADPH([H])的产生减少，NADPH/NADP＋比值下降。解答本题的关键是弄清楚光照和哪些反应有关，引起哪些物质发生变化。
〔变式训练1〕 将植物栽培在光照、温度适宜，CO2充足的条件下，如果将环境中CO2含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞中C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是( C )
A．上升、下降、上升 B．下降、上升、下降
C．下降、上升、上升 D．上升、下降、下降
[解析] 在其他条件都适宜的前提下，CO2含量突然降低会导致CO2的固定受阻，致使C3化合物的来源受阻，C5化合物的去路受阻。而C3化合物的还原过程仍然在进行，导致C3化合物因不断被还原而减少，C5化合物因不断产生而增加，C3化合物的来源不足，致使ATP的利用减少，含量上升。
知识点2 影响光合作用的环境因素及在生产中的应用
Z
1．光照强度：
(1)原理：光照强度主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生，进而影响暗反应阶段。
(2)曲线
关键点
A点
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸；A点的CO2释放量表示细胞呼吸速率
B点
光合作用强度＝细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用)，此时光照强度称为光的补偿点
C′点
光照强度增强，光合作用强度基本不变，此时的光照强度称为光的饱和点，此时CO2吸收量表示净光合作用速率
区段分析
AB段
开始进行光合作用，随光照强度的增强，光合作用强度也增强，但光合作用强度小于细胞呼吸强度
BC段
随光照强度的增强，光合作用强度增强
(3)应用
①欲使植物正常生长，则应使光照强度大于B点对应的光照强度。
②适当提高光照强度：如阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾等。
③合理密植和间作套种：阴生植物的光补偿点和光饱和点低，因此间作套种农作物可以充分利用光照。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成进而影响光合作用强度。
关键
点
A
CO2的补偿点：光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度
A′
进行光合作用所需的最低CO2浓度
B和B′
CO2饱和点
走势
分析
图1和
图2
一定范围内，光合作用强度随CO2浓度的增大而增大，但当CO2达到一定的浓度时，光合作用强度不再增强
(3)应用
①大气中的CO2浓度处于OA′段时，植物无法进行光合作用。
②在农业生产中可通过“正其行，通其风”和增施农家肥等措施增加CO2浓度，提高光合作用速率。
3．温度
(1)原理：通过影响酶活性进而影响光合作用。
(2)曲线：
①AB段：随着温度升高，光合作用增强。
②B点：光合作用最适温度。
③BC段：随着温度升高，光合作用减弱。
④温度过高时，酶失活，光合作用完全停止。
(3)应用
①适时播种。
②温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。
4．水及矿质元素对光合作用的影响
(1)原理：①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，水还会影响气孔的开闭，从而影响CO2进入植物体。
(2)曲线
(3)应用
①合理施肥；②预防干旱，合理灌溉。
Y
(1)光的补偿点是指净光合作用为0的点，实际光合作用补偿(抵消)了呼吸作用，此时植物表现为不生长。
(2)CO2的饱和点是指光合作用达到最大值时所需的最低CO2浓度，外界条件变化时，CO2的饱和点会发生变化。
D
典例2 如图所示，图甲表示某种植物光合作用强度(用CO2吸收量表示)与光照强度的关系，图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中m和n代表两种气体的体积)，下列说法正确的是(注：不考虑无氧呼吸)( D )
A．图甲中的纵坐标数值即为图乙中的m4
B．处于图甲中A、B、C、D、E任意一点，图乙中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0
C．图甲中E点以后，图乙中n4不再增加，其主要原因是m1值太低
D．图甲中C点时，图乙中有m1＝n1＝m4＝n4
[解析] 图乙中m1～m4分别表示线粒体产生、细胞释放、细胞吸收、叶绿体吸收的CO2量，n1～n4分别表示线粒体吸收、细胞吸收、细胞释放、叶绿体产生的O2量。图甲中的纵坐标数值是整个细胞吸收的CO2，即为图乙中的m3，A项错误；在E点时，叶绿体产生的O2足够线粒体进行细胞呼吸消耗，n2＝0，B项错误；图甲在E点以后，图乙中n4不再增加，即达到光饱和点，其主要原因是叶绿体中的色素等有限，来不及吸收和利用那么多的光能，C项错误；图甲中C点时，光合作用强度等于细胞呼吸强度，故有m1＝n1＝m4＝n4，D项正确。
〔变式训练2〕 (2018·湖北黄冈高三上学期期末)
如图所示，甲图和乙图表示某植物在适宜的CO2浓度下光合速率与环境因素之间的关系，下列相关描述中错误的是( D )
A．甲图中，在A′点限制光合速率的主要因素是光照强度，在B′点限制光合速率的主要因素是温度
B．从乙图可以看出，当超过一定温度后，光合速率会随着温度的升高而降低
C．温度主要是通过影响酶的活性来影响光合速率的
D．若光照强度突然由A变为B，短时间内叶肉细胞中C3的含量会增加
[解析] 甲图表示光照强度和温度对光合速率的影响，乙图表示温度对光合速率的影响。分析甲图中某点的限制因素时，要看曲线是否达到饱和点。如果没有达到饱和点(如A′点)，则限制因素为横坐标表示的因素，即光照强度；当达到饱和点以后(如B′点)，则限制因素为横坐标表示的因素以外的其他因素，如温度。当光照强度突然增强时，光反应速率加快，产生更多的[H]和ATP，短时间内C3的还原速率加快，而CO2的固定速率不变，故C3的含量会减少。
知识点3 化能合成作用
Z
1．硝化细菌进行化能合成作用的过程
2．与光合作用的区别
化能合成作用与光合作用的不同之处仅在于光合作用是利用光能将CO2和H2O合成有机物，而化能合成作用是利用化学能将CO2和H2O合成有机物。
注意：除了硝化细菌外，能进行化能合成作用的细菌还有硫细菌、铁细菌等。
D
典例3 硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，需要下列哪种环境条件( B )
A．具有NH3及缺氧 B．具有NH3和氧
C．具有硝酸和氧 D．具有硝酸和缺氧
[解析] 硝化细菌的化能合成作用所需要的能量来自土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)和硝酸(HNO3)的过程中释放出来的能量。因此，硝化细菌所需要的环境条件是有NH3和氧气。
〔变式训练3〕 光合作用和化能合成作用的相同点是( B )
A．都需要把太阳光作为能源 B．把无机物转变为有机物
C．都需要利用氧气 D．都需要物质氧化形成的能量
[解析] 光合作用和化能合成作用的相同点是把无机物CO2和H2O转变为有机物。
一、光照、CO2浓度对光合作用中各物质含量的影响
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量变化分析如下。
1．图示
2．分析
条件
过程变化
C3
C5
[H]和
ATP
模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变
①过程减弱，②③过程减弱，④过程正常进行
增加
减少
减少或
没有
光照由弱到强，CO2供应不变
①过程增强，②③过程增强，④过程正常进行
减少
增加
增加
光照不变，CO2由充足到不足
④过程减弱；②③过程正常进行，①过程正常进行
减少
增加
增加
光照不变，CO2由不足到充足
④过程增强；②③过程正常进行，①过程正常进行
增加
减少
减少
提示：以上各种物质的含量变化是在外界条件改变的短时间内发生的，且是相对含量的变化。
典例4 下图为光合作用过程示意图。在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中含量的变化将会是( B )
A．a上升、b下降 B．a、b都上升
C．a、b都下降 D．a下降、b上升
[解析] 图中c为二氧化碳，a、b分别为[H]和ATP。在光合作用过程中突然将二氧化碳降低到极低水平，而其他条件不变，这时，二氧化碳的固定减弱，但C3的还原仍会进行一会儿，所以C3含量下降，C5含量增加，[H]和ATP的含量都会上升，(CH2O)的合成减少。
二、光合作用与有氧呼吸的区别和联系
1．光合作用与有氧呼吸的区别
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物→有机物
有机物→无机物
能量变化
光能→化学能(储能)
化学能→ATP中活跃的化学能、热能(放能)
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光条件下都能进行
2．探究两者之间的联系
(1)物质方面
C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H](CH2O)[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化
学能
3．[H]和ATP的来源、去路的比较
比较项目
主要来源
主要去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物
有氧呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生水，同时释放大量能量
ATP
光合作用
在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转化的太阳能
供应暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中
有氧呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解
作为供能物质直接用于各项生命活动
典例5 如图是绿色开花植物体内能量供应及利用的示意图，下列说法正确的是( C )
A．乙过程利用的ATP是由甲和丙过程共同提供的
B．乙过程中的ATP用于固定CO2和还原C3
C．甲、丙中合成ATP所需的能量来源不相同
D．丁中的能量可用于肌肉收缩、人的红细胞吸收葡萄糖、兴奋传导等
[解析] 从图中发生的变化可判断，甲是光反应，乙是暗反应，丙是细胞呼吸，丁是ATP的水解。细胞呼吸产生的ATP不能用于光合作用的暗反应，A项错误；光反应过程中产生的ATP用于C3的还原，不能用于CO2的固定，B项错误；光反应合成ATP所需的能量来源于光能，而丙过程合成ATP所需的能量来自有机物中的化学能，C项正确；人的红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，协助扩散需要载体蛋白，但不消耗ATP，D项错误。
三、光合作用与细胞呼吸的相关计算
1．呼吸速率的表示方法
将植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
2．净光合速率和真正光合速率的表示方法
(1)净光合速率：常用在光照条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
(2)真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量(或制造量)表示。
3．呼吸速率、净光合速率与真正光合速率的关系
由图可知，在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下，OA段表示植物呼吸速率，OD段表示植物净光合速率，OA＋OD段表示总光合速率(即真正光合速率)。即真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
4．相关计算
当植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时，存在如下关系：
(1)光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。
(2)光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。
(3)光合作用葡萄糖净产生量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖产生量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
5．以净光合速率的大小来判断植物能否正常生长(自然状态下，以一天24 h为单位)
(1)净光合速率大于0时，植物因积累有机物而正常生长。
(2)净光合速率等于0时，植物因没有有机物积累而不能生长。
(3)净光合速率小于0时，植物因有机物减少而不能生长，且长时间处于此种状态下植物将死亡。
警示：植物进行光合作用的同时，一定进行细胞呼吸，但在进行细胞呼吸时不一定进行光合作用，因为光合作用只有在有光条件下才能进行，而细胞呼吸只要是活细胞就会进行。
典例6 以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。下列分析正确的是( A )
A. 光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等
[解析] 图中虚线表示的是光照下CO2的吸收量，即光合作用有机物净合成量，在光照时间相同的情况下，30℃时光合作用有机物合成的总量为3.50(有机物净合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mg·h－1,35℃时光合作用有机物合成的总量为3.00(有机物净合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mg·h－1，二者相等。在25℃时，CO2吸收量最大，即光合作用有机物净合成量最大。温度高于25℃时，如30℃时，光合作用制造的有机物的量还在增加；两曲线的交点表示光合作用的有机物净合成量等于细胞呼吸消耗量。
四、光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动
CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。
(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移；反之左移。
(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移；反之左移。
(3)与阳生植物相比，阴生植物CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
典例7 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℃，如图表示30℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25℃(原光照强度和CO2浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是( C )
A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
[解析] 图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和光饱和点。由题干“光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25℃和30℃”可知，当温度从30℃下降到25℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多，d点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25℃时细胞呼吸强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下，要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。
1．叶绿体中的色素
(1)种类：叶绿素——叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)；类胡萝卜素——胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。(2)功能：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。
2．绿叶中色素的提取和分离
(1)色素提取的原理：色素都能溶解在有机溶剂无水乙醇中。(2)色素分离的原理：色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散得快；反之，则慢。
3．叶绿体
(1)结构：外膜、内膜、基质、基粒(由类囊体构成)。(2)酶的分布：类囊体和基质中。(3)色素分布：类囊体的薄膜上。
4．光合作用的过程
(1)光反应阶段：必须有光才能进行。
①场所：类囊体薄膜上。②物质变化：H2O分解成O2和[H]，合成ATP。③能量变化：光能转换成活跃的化学能储存在ATP中。
(2)暗反应阶段：有光无光都能进行。
①场所：叶绿体基质中。②物质变化：CO2的固定，C3的还原。③能量变化：ATP中活跃的化学能转换成有机物中稳定的化学能。
(3)联系：光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi。
