第1节 降低化学反应活化能的酶
学习目标
核心素养
1．说明酶的作用、本质和特性。
2.说明温度和pH对酶活性的影响。
3.在探究实验中，学会控制自变量以及设置对照实验和重复实验。
1．通过探究酶化学本质和特性的实验，养成归纳和演绎的科学思维方式。
2.通过实验探究温度、酸碱度对酶促反应的速率的影响，提高实验设计和实验结果分析的能力。
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)细胞代谢的条件：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实验
(1)实验原理
2H2O22H2O＋O2
(2)实验过程和现象
试管编号
试剂
处理
现象
1
2 mL H2O2溶液
常温
几乎无气泡产生
2
2 mL H2O2溶液
90 ℃水浴加热
有较少气泡
3
2 mL H2O2溶液
3.5%FeCl3溶液2滴
有较多气泡
4
2 mL H2O2溶液
新鲜肝脏研磨液2滴
有大量气泡
(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(4)实验中变量的控制
①自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素。如本实验中氯化铁溶液和肝脏研磨液等。
②因变量：因自变量改变而变化的变量。如本实验中H2O2分解速率。
③无关变量：除自变量外，实验过程中还存在的一些对实验结果造成影响的可变因素，如肝脏的新鲜程度等。
(5)对照实验
除作为自变量的因素外，其余因素都保持一致，并将结果进行比较的实验。
对照实验一般要设置对照组和实验组。
3．酶的作用原理
(1)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。
(2)原理：酶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进行。
二、酶的本质及特性
1．酶的本质
2．酶的特性[连线]
提示：①－b ②－c ③－a
3．温度和pH对酶活性的影响
(1)低温时，酶活性很低，但酶的空间结构稳定。
(2)最适温度或pH，酶的活性最高。
(3)高温、过酸或过碱时，酶的空间结构遭到破坏，酶永久失活。
1．酶在生物体内有催化和调节作用。 ( )
2．酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。 ( )
3．有些酶中含有核糖，有些酶在体外可以发挥作用。 ( )
4．加热能够促进H2O2分解，是因为加热使H2O2得到了能量。 ( )
5．酶催化作用能提高化学反应的活化能，使化学反应顺利进行。 ( )
6．pH过高或过低都会改变酶的空间结构。 ( )
7．在温度过高或过低时，酶均能失去活性。 ( )
8．温度、pH主要通过影响酶活性来影响酶促反应速率。 ( )
提示：1．× 酶在生物体内有催化作用，没有调节作用。
2．× 有些酶是RNA。
3．√ 4.√
5．× 酶催化作用的原理是降低化学反应的活化能。
6．√
7．× 温度过低时，酶的活性被抑制，但酶不失活。
8．√
酶的作用和本质
[问题探究]
1．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的四组实验中，哪一组为对照组？滴加过肝脏研磨液的滴管可否再去滴加FeCl3溶液？
提示：第1组。不能。否则会有少量的过氧化氢酶带到滴加FeCl3溶液的实验组中，干扰实验结果的准确性。
2．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活化能，提高反应速率；无机催化剂可降低活化能。
3．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下图所示，请思考：
(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同？
提示：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降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质。
(2)乙酶活性改变的机制是什么？
提示：乙酶被降解的过程中其分子结构会发生改变，从而丧失活性。
[归纳总结]
1．酶本质的探索
2. 酶的本质和作用原理
(1)酶的本质
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)
来源
一般活细胞中均能产生
生理功能
具有生物催化功能
(2)酶的作用机理
酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：
①图中ac和bc段分别表示无催化剂催化和有酶催化时反应进行所需要的活化能。
②若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
易错提醒：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)并不是具有分泌功能的细胞才能产生酶，活细胞都能产生酶。
1．下列关于酶的叙述中正确的是( )
A．酶能调节生物体的生命活动
B．一般说来，活细胞都能产生酶
C．酶都是在核糖体上合成的
D．所有的酶与双缩脲试剂发生作用，都可产生紫色反应
B [本题考查的是酶的产生、化学本质和作用。酶具有催化作用，不能调节生物体的生命活动；酶由活细胞产生；绝大部分酶是蛋白质，在核糖体上合成，可与双缩脲试剂发生紫色反应，少部分酶是RNA，不是在核糖体上合成的，不能与双缩脲试剂反应呈紫色。]
2．下图为酶的作用模型，识图并结合有关知识判断下列叙述有误的是( )
A．无酶催化时，发生化学反应所需的活化能较高
B．酶起作用的部位是细胞内或细胞外
C．酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸
D．图中的a指发生化学反应需提供的能量
D [图中的a是有酶催化时，发生化学反应降低的活化能。]
酶的特性及相关曲线分析
[问题探究]
1．许多加酶洗衣粉标有“请勿用60 ℃以上的热水，以免洗衣粉失效”。你能说出其中的理论依据吗？
提示：温度过高会影响酶的活性，甚至酶会因高温变性而失活。
2．过酸、过碱、高温、低温对酶促反应速率的影响一样吗？
提示：不一样，过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高后可恢复活性。
3．从蛋白质的结构和特点方面分析，在过酸、过碱或温度过高的条件下，酶为什么会失活？该如何保存酶？
提示：过酸、过碱和高温使蛋白质变性失活，应在低温和适宜pH下保存酶。
[归纳总结]
1．表示酶高效性的曲线(图1)
图1 图2
(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)催化剂只会缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
2．表示酶专一性的曲线(图2)
(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反应物的反应。
3．底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
甲 乙(在底物充足情况下)
(1)甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量限制，酶促反应速率不再增加。
(2)乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
4．温度、pH对酶的活性的影响
图a
图b 图c
(1)图a说明：①在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用将减弱。
②过酸、过碱都会使酶失活。
③不同的酶最适pH不同。
(2)图b说明：①在一定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱。
②低温只会抑制酶的活性，而高温会使酶失活。
(3)图c说明：反应溶液中酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。
易错提醒：(1)适量增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量会增加。
(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同。
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的，并不影响酶的活性。
1．下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述中正确的是( )
A．当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降
B．当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升
C．酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存
D．酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重
B [由图可知，在一定温度范围内，随温度的升高酶活性增强，t1属于此范围；超过适宜温度后，酶活性随温度升高而下降，t2属于此范围。在高温没有使酶失活的范围内，酶活性可随温度的变化而变化，只有较高的温度才能破坏酶的空间结构。]
2．如图所示在不同条件下的酶促反应速率变化曲线，据图分析下列叙述错误的是( )
A．影响AB段反应速率的主要因素是底物浓度
B．影响BC段反应速率的主要限制因素可能是酶量
C．温度导致曲线Ⅰ和Ⅱ的反应速率不同
D．曲线Ⅰ显示，该酶促反应的最适温度为37 ℃
D [图中有温度和底物浓度两个影响反应速率的因素。曲线Ⅰ在达到饱和点前(AB段)限制因素是横坐标表示的因素——底物浓度。达到饱和点后的限制因素是底物浓度以外的因素，如温度、酶的数量等。曲线Ⅰ和Ⅱ的反应速率不同是由温度不同造成的。曲线Ⅰ表示的温度仅比另外两种温度更适宜，但不一定是最适温度。]
技法总结：(1)在分析温度和pH对酶活性影响的曲线时，要借助数学中分段函数的思想，分段描述，即以最适温度(pH)为界限进行表述。
(2)在解答此类问题时，要特别关注纵坐标表示的是酶促反应速率，还是生成物的量。
探究影响酶活性的条件
[问题探究]
1．可否用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响？用淀粉酶探究pH对酶活性的影响？为什么？
提示：过氧化氢酶催化的底物是H2O2，H2O2在高温时分解。强酸或强碱能催化淀粉水解，这样实验中就存在两个变量(淀粉酶、强酸或强碱)，会使实验结果受到干扰。
2．在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中，能否用斐林试剂来检测？
提示：不能。因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同的温度。
[归纳总结]
1．实验原理
(1)酶活性：酶对化学反应的催化效率。
(2)淀粉水解
①淀粉检测：加入碘液，溶液变蓝色。
②淀粉酶可催化淀粉水解。
③酸性环境可以使部分淀粉水解。
(3)H2O2分解
①H2O2可分解为H2O和O2。
②H2O2可在H2O2酶的催化作用下快速分解。
③常温下H2O2易分解，高温可以使H2O2分解加快。
2．实验方案设计与预期结果
比较项目
探究温度对酶活性的影响
探究pH对酶活性的影响
实验材料
淀粉溶液、淀粉酶溶液
H2O2溶液、H2O2酶溶液
变量
控制
无关变量
反应物与酶的量、溶液pH等应适宜且相同
反应物与酶的量、温度等应适宜且相同
自变量
先将反应物溶液与酶溶液在各梯度温度下分别保温，然后混合
先将反应物溶液与酶溶液分别调至各梯度pH，然后混合
因变量检测
滴加碘液，观察溶液颜色变化
观察气泡产生的快慢
预期结果
酶活性较低时，溶液变为蓝色
酶活性较低时，气泡产生较慢
特别提醒： 酶相关实验探究的“宜”与“不宜”
(1)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(2)在探究酶的适宜温度的实验中，“不宜”选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作实验材料，因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解，加热的条件下分解会加快，从而影响实验结果。
(3)在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与酶接触，“不宜”在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
甲、乙两位同学围绕酶的特性进行了如下探究实验，请你运用所学知识，指出三位同学实验中存在的问题，并提出修正方案。
(1)甲同学探究pH对酶活性的影响。①取12支试管并编号为1～12，分别加入一个体积为0.3 cm3的蛋白块，调节各试管的pH分别为1～12。②同时向12支试管内各加入相应pH的等量的胰蛋白酶。③均放入盛有冰水的大烧杯内一段时间。④观察并记录各试管中蛋白块消失的时间。
存在问题：____________________________________________。
修正方案：____________________________________________。
(2)乙同学探究温度对酶活性的影响：①取6支试管并编号为A、A1、B、B1、C、C1。在试管A、B、C中都加入等量的淀粉溶液，在试管A1、B1、C1中都加入等量且适量的淀粉酶溶液。②将试管A、A1放入60 ℃水中，将试管B、B1放入100 ℃水中，将试管C、C1放入冰水中，维持5 min。③分别将A1、B1、C1中的淀粉酶溶液注入A、B、C三支试管的淀粉溶液中，摇匀后，在相应温度下维持5 min。④取出A、B、C三支试管，用斐林试剂检测实验结果。
存在问题：___________________________________________。
修正方案：___________________________________________。
[解析] (1)探究pH对酶活性的影响实验中，自变量是不同的pH，温度是无关变量，无关变量在各组应保持相同且适宜，避免对实验结果的干扰。由于实验所用的酶是胰蛋白酶，因此该实验应把12支试管放入37 ℃的水浴中保温相同时间，因为该温度是酶的最适温度。(2)使用斐林试剂检测时要水浴加热处理，会改变实验中的自变量(温度)，对实验结果造成影响，尤其是冰水组，酶并未失活，在加热过程中活性会逐渐增强，从而使底物分解。因此可改用碘液检测，再根据颜色深浅，判断底物的分解程度。
[答案] (1)无关变量(或温度)不适宜 应把12支试管放入37 ℃的水浴中保温相同时间 (2)检测结果的试剂不合适 应该是取出试管，各加入等量的碘液
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．细胞代谢是细胞内每时每刻都进行着的各种化学反应，是细胞生命活动的基础。
2．加热使反应物获得了能量，反应速率加快。
3．同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。
4．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。
5．酶具有专一性和高效性，作用条件较温和。
6．低温抑制酶活性，但不破坏酶的分子结构。
7. 高温、过酸、过碱都会导致酶分子结构破坏而永久失去活性。
1．下列关于酶的叙述，正确的是( )
A．酶是具有分泌功能的细胞产生的
B．酶提供了反应过程所必需的活化能
C．高温或pH改变会导致酶结构的改变
D．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸
C [本题考查酶的产生、作用和特点。酶是活细胞产生的，作用是降低活化能。过酸、过碱和高温都会改变酶分子的结构。酶是生物催化剂，反应前后酶分子的结构不会发生改变。]
2．下图为酶催化反应的过程示意图，以数字编号的图形分别表示反应物、酶、生成物等反应要素，其中表示酶的图形编号是( )
A．① B．②
C．③ D．④
A [从图中可以看出图形①参与酶催化的反应，并在反应后能保持结构和性质不变，故图形①应为酶。]
3．纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：化学法，需用NaOH 7～9克/升，在70～80 ℃条件下作用12小时，褪浆率仅为50%～60%；加酶法，用少量细菌淀粉酶，在适宜温度时只需5分钟，褪浆率达100%，这一事实说明( )
A．酶具有多样性 B．酶具有高效性
C．酶具有专一性 D．酶具有溶解性
B [由题意可知，少量淀粉酶比NaOH褪浆所用时间短得多，褪浆率高得多，说明酶具有高效性。]
4．下列环境因素的改变会使人体唾液淀粉酶的活性逐渐增大的是( )
A．温度由0 ℃上升到37 ℃
B．温度由100 ℃降低到37 ℃
C．pH由2上升到7
D．pH由12降低到7
A [酶在高温、过酸、过碱的条件下会失活变性，不再恢复。唾液淀粉酶的最适温度是37 ℃，最适pH在7左右，因此B、C、D条件均已使唾液淀粉酶失活变性了，故选A。]
5．下列A、B、C三图表示酶浓度一定时，反应速率和反应物浓度、温度、pH的关系，请据图回答下列问题。
A B C
(1)图A中，反应物达到某一浓度时，反应速率不再上升，其原因是____________________________________________________。
(2)图B中，b点对应的温度称__________________________。
(3)图C中，c点到d点的曲线急剧下降，其原因是___________
_____________________________________________________。
(4)将装有酶与反应物的甲、乙两支试管分别放入12 ℃和75 ℃的水浴锅中，20 min后取出，转入37 ℃的水浴锅中保温，两试管内的反应情况：甲．____________，乙．____________。
[答案] (1)受反应液中酶浓度的限制 (2)酶反应的最适温度 (3)pH升高，酶活性下降 (4)速度加快 不反应
课件72张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶234细胞生命活动化学反应酶56
较少较多大量7催化更高人为控制氯化铁溶液肝脏研磨液可变因素自变量H2O2分解速率8
自变量保持一致结果实验9
常态活跃活化能温和10蛋白质或RNA活细胞催化作用1112永久失活空间结构稳定最高遭到破坏1314151617酶的作用和本质 18192021222324252627282930酶的特性及相关曲线分析 3132333435363738394041424344454647探究影响酶活性的条件 484950515253545556575859606162636465666768697071点击右图进入…Thank you for watching !第2节 细胞的能量“通货”ATP
学习目标
核心素养
1．简述ATP的化学组成和特点。(重点)
2．写出ATP的分子简式。
3．解释ATP在能量代谢中的作用。(重点)
1．通过学习ATP的结构和作用，形成结构与功能相适应及物质与能量相统一的生命观念。
2．通过学习ATP的合成和利用，养成归纳与概括的科学思维方式。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：腺苷三磷酸。
2．结构简式：A－P～P～P
符号含义
3．特点
(1)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，含有2个特殊的化学键，储存大量能量。
(2)ATP的化学性质不稳定，这是由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥的原因，即末端磷酸基团具有较高的转移势能。在有关酶的催化作用下，末端磷酸基团脱落，释放出大量能量。
二、ATP与ADP可以相互转化
1．过程
(1)释放能量：ATPADP＋Pi＋能量。
(2)储存能量：ADP＋Pi＋能量ATP。
2．能量的来源及去路
3．原因及特点
(1)原因：ATP分子中远离A的那个特殊的化学键很容易水解。
(2)特点：时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。
三、ATP的利用
1．列举利用ATP的实例
(1)用于物质的合成；
(2)用于肌肉收缩；
(3)用于细胞的主动运输。
2．ATP供能的过程
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，空间结构改变，活性也被改变，因而参与各种化学反应。
3．ATP是细胞内流通的能量“通货”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系。
放能反应：一般与ATP的合成相联系。
吸能反应：一般与ATP的水解相联系。
(2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
1．ATP是高能磷酸化合物，含有三个特殊的化学键。 ( )
2．1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。 ( )
3．ATP水解时，两个特殊的化学键都断裂，生成ADP和Pi。 ( )
4．ATP和ADP的相互转化与吸能反应和放能反应联系在一起。 ( )
5．ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处在动态平衡之中，且是生物界的共性。 ( )
提示：1．× ATP中含有两个特殊的化学键。
2．× 1个ATP分子中含有1个腺苷和3个磷酸基团。
3．× ATP水解时，远离腺苷的特殊的化学键断裂。
4．√ 5.√
ATP的结构和功能
[问题探究]
1．根据ATP结构式思考下列问题：
(1)图中①②③的结构分别是什么？
提示：腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
提示：①②。
(3)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示：腺嘌呤核糖核苷酸。
(4)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示：腺嘌呤、核糖、磷酸。
2．ATP中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗？
提示：不是。在ATP中，“A”代表腺苷(腺嘌呤＋核糖)；在碱基中，“A”代表腺嘌呤。
[归纳总结]
1．ATP的分子组成(如图)
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本组成单位。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
2．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中末端磷酸基团容易水解和形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。
(2)ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质中的能量需转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。
3．生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
1．下列关于细胞的能量“通货”——ATP的叙述，正确的是( )
A．ATP中的“T”代表胸腺嘧啶核苷酸
B．ATP中远离“A”的特殊的化学键易水解
C．ATP的结构简式可表示为A—P—P—P
D．细胞中ATP的含量少，化学性质十分稳定
B [ATP中的“T”代表三个；ATP的结构简式可表示为A—P～P～P。细胞中ATP的含量少，化学性质活跃。]
2．如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是( )
A．b键断裂后形成ADP和Pi
B．图中的3表示ATP中的字母A
C．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位
D．a键断裂释放的能量可以直接用于生命活动
D [选项A，a键断裂后形成ADP和Pi。选项B，ATP中的字母A表示腺苷，而题图中的3表示腺嘌呤。选项C，由1、2、3各一分子形成的是腺嘌呤核糖核苷酸，它是组成RNA的基本单位。选项D，ATP是生命活动所需能量的直接来源，a键断裂所释放的能量可以直接用于生命活动。]
ATP与ADP的相互转化及利用
[问题探究]
1．ATP在细胞内的含量是很少的，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为2～10 mg，而一个正常成年人在静止状态下24 h将有40 kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的？
提示：ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满足生命活动对能量的需要。
2．ATP与ADP相互转化的过程是否是可逆反应？(从反应条件、能量来源和去向、反应进行的场所分析)
提示：不是。ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体及叶绿体，能量来源是化学能或光能；ATP水解的场所是各种需能部位，能量来源于特殊的化学键。
3．ATP与ADP相互转化过程中有没有物质可循环利用？举例说明。
提示：有，例如磷酸、水等。
[归纳总结]
1．ATP与ADP相互转化的原因
2．相互转化的过程
(1)图示
(2)分析
①光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系，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的水解相联系，所以ATP是直接能源物质。
3．ATP与ADP间的相互转化过程不可逆
反应式
ATPADP＋Pi＋能量
能量＋Pi＋ADPATP
类型
水解反应
合成反应
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——与吸能反应相联系
储能——与放能反应相联系
能量
来源
特殊的化学键
有机物和光能
能量
去向
用于各项生命活动
储存于ATP中
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应理解为“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”。
4．意义
ATP与ADP的相互转化，保证了机体能量的需要。细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
1．下图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图，有关叙述错误的是( )
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
D [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。]
2．对的叙述中，正确的是( )
A．①过程和②过程所需的酶都是一样的
B．①过程的能量供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解
C．①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中
D．ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能
C [①过程为水解酶催化的水解反应，释放的能量可供各项生命活动利用，②过程为合成酶催化的合成反应，能量来源于呼吸作用中糖类等有机物的氧化分解，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能，故A、B项错误。生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中，C项正确。ATP中活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能；ATP中活跃化学能可以转变为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能量，D项错误。]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．ATP的结构简式是A—P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表特殊的化学键。
2．ATP与ADP相互转化的反应式是ATPADP＋Pi＋能量。
3．细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性。
4．合成ATP的途径包括光合作用和呼吸作用。
5．ATP是生命活动的直接能源物质。
1．一分子ATP中，含有腺苷、磷酸基团和特殊的化学键的数目依次是( )
A．1、2、2 B．2、3、2
C．1、3、2 D．1、3、3
[答案] C
2．海洋中的鱼有发光现象，其光能由( )
A．电能转变而来
B．ATP转化成ADP时释放的化学能转变而来
C．热能转变而来
D．有机物进行氧化分解释放的机械能转变而来
B [生物各项生命活动所需要的直接能源来自ATP水解释放的能量。]
3．萤火虫尾部发光，是荧光素接受了ATP中的能量后，将化学能转化成光能所致，此化学能来自A①－P②～P③～P中的哪些磷酸键( )
A．①② B．②③
C．① D．③
D [ATP的化学性质不稳定，在有关酶的作用下，ATP中远离腺苷的那个特殊的化学键很容易水解，且水解时能释放出大量的能量供给生命活动利用。在萤火虫体内，给荧光素提供能量的是远离腺嘌呤核苷的那个特殊的化学键。]
4．ADP转化为ATP需要( )
A．Pi、酶、腺苷和能量 B．Pi、能量
C．能量、腺苷和酶 D．Pi、能量和酶
[答案] D
5．在活细胞中，下列循环过程永不停止地进行着，请运用所学的知识，分析完成M和N循环中的有关问题：
(1)作为生物体生命活动的直接能源物质是________，其分子结构简式为_______________________________________________，
在②过程中，________________键断裂而释放出能量。
(2)在绿色植物体内与①相应的生理活动是在细胞内的细胞质基质、________和________中进行的。
(3)A1和A2具有________作用，在图中它们的作用分别是________________。
(4)在呼吸作用中，应该进行________过程，能量来自________
______________________________________________________
_____________________________________________________。
(5)根吸收无机盐离子过程中，应该进行________过程，能量用于________________。
[解析] (1)由图中物质转化关系可知，M是ATP，N是ADP。ATP是生命活动的直接能源物质，ATP水解时远离A的那个特殊的化学键易断裂。ATP的水解和合成分别由水解酶和合成酶催化。(2)反应①过程是细胞合成ATP的过程，在绿色植物细胞内合成ATP的主要部位是细胞质基质、线粒体和叶绿体。(3)反应①和②过程中的酶不同，①为合成酶，②为水解酶，在ATP与ADP的相互转化过程中起催化作用。(4)呼吸作用过程中应该进行的是①过程(ATP的合成)，所需能量来自有机物的分解释放的能量。(5)根细胞吸收无机盐离子的方式是主动运输。主动运输需消耗代谢所产生的能量，故应进行②过程。
[答案] (1)M A—P～P～P 远离A的特殊的化学 (2)线粒体 叶绿体 (3)催化 催化ATP的合成和水解
(4)① 糖类等有机物分解释放的能量
(5)② 主动运输
课件50张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用第2节 细胞的能量“货币”ATP234A－P～P～P腺苷三磷酸特殊的化学键核糖磷酸基团5能量特殊的化学键转移势能6ATPADP7远离A的那个特殊的化学键动态平衡8主动 9活性磷酸化空间结构10ATP分子ATP的合成ATP的水解11121314ATP的结构和功能 1516171819202122232425ATP与ADP的相互转化及利用262728293031323334353637383940414243444546474849点击右图进入…Thank you for watching !第3节 细胞呼吸的原理和应用
学习目标
核心素养
1．探究酵母菌细胞呼吸的方式，认识有氧呼吸和无氧呼吸的条件和产物。
2．比较有氧呼吸和无氧呼吸的过程，掌握两过程的相同点和不同点。(重难点)
3．理解细胞呼吸原理的应用。(重点)
1．通过对细胞呼吸过程的学习，形成物质与能量的生命观念。
2．通过对有氧呼吸和无氧呼吸的场所和过程的学习，养成分类与比较的科学思维方式。
3．通过实验探究酵母菌细胞呼吸方式，提高实验设计和实验结果分析的科学探究能力。
一、细胞呼吸的方式
1．探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)酵母菌细胞呼吸的方式
(2)呼吸产物的检测
检测产物
试剂
现象
CO2
澄清石灰水
石灰水变混浊
溴麝香草酚蓝水溶液
由蓝变绿再变黄
酒精
酸性条件下的重铬酸钾溶液
橙色变灰绿色
(3)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产物
2．细胞呼吸的类型
有氧呼吸和无氧呼吸。
二、有氧呼吸
1．总反应式
C6H12O6＋6H2O＋6O212H2O＋6CO2＋能量。
2．过程
3．概念
(1)场所：细胞质基质和线粒体。
(2)条件：有氧参与、多种酶催化。
(3)物质变化
①反应物：葡萄糖等有机物。
②产物：二氧化碳和水。
(4)能量变化：释放能量并生成大量ATP。
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。
三、无氧呼吸
1．场所：细胞质基质。
2．类型和过程
类型
酒精发酵
乳酸发酵
第一阶段
葡萄糖→丙酮酸＋[H]＋少量能量
第二阶段
丙酮酸→酒精＋CO2
丙酮酸→乳酸
反应式
C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量
C6H12O62C3H6O3＋少量能量
实例
某些植物、酵母菌等
高等动物、马铃薯块茎、甜菜根、玉米胚、乳酸菌等
3.概念
(1)物质变化：有机物氧化分解，生成二氧化碳或其他产物。
(2)能量变化：释放出能量并生成少量ATP。
四、细胞呼吸原理的应用
1．有氧呼吸原理的应用
(1)利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌可以生产食醋或味精。
(2)提倡慢跑等有氧运动使细胞进行有氧呼吸，避免肌细胞产生大量乳酸。
(3)及时松土有利于根系生长。
(4)稻田定期排水有利于根系有氧呼吸，防止幼根变黑、腐烂。
2．无氧呼吸原理的应用
(1)利用粮食通过酵母菌发酵可以生产各种酒。
(2)包扎伤口应选用透气的敷料。
(3)破伤风芽孢杆菌可通过无氧呼吸进行大量繁殖，皮肤破损较深时，需清理伤口并注射破伤风抗毒血清等。
1．有氧呼吸每个阶段都产生ATP，但是产生的量不同。 ( )
2．无氧呼吸的两个阶段都释放了少量的能量。 ( )
3．细胞呼吸的产物都是CO2和水。 ( )
4．不同生物无氧呼吸所需要的酶都是相同的。 ( )
5．储存蔬菜、水果时应隔绝O2，以减弱细胞呼吸。 ( )
提示：1．√
2．× 无氧呼吸第二阶段不释放能量。
3．× CO2和水是有氧呼吸的产物。
4．× 不同生物无氧呼吸的产物不同，酶也不同。
5．× 若隔绝O2，细胞无氧呼吸会加强，不利于蔬菜、水果的储存，而应低氧储存。
探究酵母菌细胞的呼吸方式
[问题探究]
1．教材P91的装置图中A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
提示：用气泵间歇性地通入空气的目的是保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变混浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
2．B装置中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
提示：B瓶刚封口后，锥形瓶中有氧，酵母菌进行有氧呼吸，两瓶产生CO2的速度和量基本相等，所以需将开始产生的CO2排掉；一段时间后，B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水，否则会出现两组澄清石灰水混浊程度差不多的情况。
3．若实验检测时发现A瓶的酵母菌培养液中滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液后也产生了灰绿色，请思考原因是什么？
提示：通气不足。
4．只通过检测产物中是否含有CO2可确定酵母菌细胞呼吸的方式吗？
提示：不能确定。酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2。
[归纳总结]
1．实验装置的分析(装置见教材P91)
(1)第一组装置中的第一个锥形瓶中盛放的试剂是NaOH溶液，其目的：使进入A中的空气先经NaOH处理后，排除空气中CO2对实验结果的干扰。
(2)第二组装置中B瓶放置一段时间后，才能与装有澄清石灰水的锥形瓶连接，其目的是让酵母菌将B瓶中的氧气消耗掉，确保产物CO2均来自无氧呼吸。
2．实验中注意事项
(1)配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可加入新鲜食用酵母菌。
(2)有氧条件装置必须持续通入空气，保证氧气的充足。
1．下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的说法，不正确的是( )
A．酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物
B．在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通入酵母菌的培养液
C．酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
D．酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色
B [酵母菌作为实验材料是因为它在有氧和无氧的条件下均能正常生存。酵母菌不论有氧还是无氧条件下均能产生CO2，为了防止空气中原有CO2的干扰，要将空气先通入盛有NaOH溶液的锥形瓶中，再通入酵母菌溶液中。]
2．为了探究酵母菌的呼吸作用类型，某同学将实验材料和用具按下图安装好。以下关于该实验的说法错误的是( )
甲组 乙组
A．加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2
B．两组装置均需要黑暗条件下进行实验
C．甲、乙两组装置中澄清的石灰水都变浑浊，且甲组的浑浊程度更大
D．乙组B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶
B [光对酵母菌的细胞呼吸方式没有影响，该实验在光下和黑暗处都能进行。]
有氧呼吸和无氧呼吸
[问题探究]
1．分析糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？
提示：因为线粒体膜上不含有运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。
2．细胞呼吸过程中能量发生了怎样的变化？为什么无氧呼吸产生的能量是少量的？
提示：细胞呼吸过程中储存在有机物中的稳定化学能，转变成储存在ATP中高能磷酸键的活跃化学能和热能。无氧呼吸产生的能量少是因为无氧呼吸生成的乳酸或酒精中储存大部分能量。
3．在通风条件不好的环境中储藏的苹果会有酒味散发，而马铃薯储藏久了却不会有酒味产生，请分析其中的原因？为什么会产生这种差异？
提示：苹果无氧呼吸的产物是酒精和CO2，马铃薯无氧呼吸的产物是乳酸。因为不同生物细胞所具有的酶不同，导致反应途径不同，产物也不同。
[归纳总结]
1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程(如图)
其中①④分别为无氧呼吸的第一、二阶段；①②③分别为有氧呼吸的第一、二、三阶段。
2．有氧呼吸过程中各元素的来源和去路
(1)CO2是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的，场所是线粒体基质。
(2)O2参与了第三阶段，[H]和O2结合生成水，所以细胞呼吸产生的水中的氧来自O2，场所是线粒体内膜。
(3)有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段和丙酮酸反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的。
3．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
需要酶和适宜的温度
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
易错提醒：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的来源和去向不同，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。
1．细胞内葡萄糖分解代谢过程如图所示，下列叙述正确的是( )
A．酵母菌细胞质基质中可进行①和②过程
B．剧烈运动时骨骼肌细胞中进行①和④过程
C．乳酸菌细胞进行①和③过程中均产生[H]
D．①过程是各类细胞分解葡萄糖共同途径
D [②过程在线粒体中进行，A项错误；剧烈运动时有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，B项错误；乳酸菌细胞进行③过程不产生[H]，C项错误；各类细胞的有氧呼吸和无氧呼吸共同进行①过程，D项正确。]
(1)三类细胞能够进行的分别是哪些过程？
提示：酵母菌：①②或①④；骨骼肌细胞：①②或①③；乳酸菌：①③。
(2)能释放能量产生ATP的过程有哪些？
提示：①②。
2．将酵母菌研磨成匀浆，离心后得上清液(细胞质基质)和沉淀物(含线粒体)，把等量的上清液、沉淀物和未曾离心的匀浆分别放入甲、乙、丙三个试管中，各加入等量葡萄糖溶液，然后置于隔绝空气的条件下。下列叙述正确的是( )
A．甲试管中的最终产物为CO2和H2O
B．乙试管中不发生反应
C．丙试管中有大量的ATP产生
D．丙试管中无CO2产生
B [根据题目中对酵母菌的处理，甲试管中装入的是细胞质基质，乙试管中装入的是线粒体，丙试管中装入的是未曾离心的酵母菌匀浆。三只试管中都装入葡萄糖，在无氧条件下，甲试管能够完成无氧呼吸的整个过程，产生酒精和CO2，释放出少量的能量；乙试管不发生反应；丙试管中能够完成整个的无氧呼吸过程。]
细胞呼吸的影响因素及原理应用
[问题探究]
1．请从无机盐离子的吸收方面分析，为什么农作物要及时松土？稻田长期不排水，幼根为什么会变黑、腐烂？
提示：(1)松土可增大土壤透气量，促进根有氧呼吸，为吸收无机盐离子提供能量。
(2)水淹会使植物根部细胞进行无氧呼吸，产生的酒精会毒害细胞。
2．为什么水果、地瓜能在密封的地窖中贮存很长时间而不变质？不能进刚打开的密封的地窖，这是为什么？
提示：密封的地窖氧气被消耗，CO2浓度很高，高浓度的CO2抑制了水果、地瓜的细胞呼吸。刚打开的地窖缺少O2，人不能进。
[归纳总结] 影响细胞呼吸的主要外界因素及应用
1．温度
(1)影响(如图)：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃之间。
(2)应用
2．氧气
(1)影响(如图)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
(2)应用
3．水分
(1)影响
(2)应用
4．CO2
(1)影响：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行，如右图所示。
(2)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。
1．(2018·全国卷Ⅱ)有些作物的种子入库前需要经过风干处理。与风干前相比，下列说法错误的是( )
A．风干种子中有机物的消耗减慢
B．风干种子上微生物不易生长繁殖
C．风干种子中细胞呼吸作用的强度高
D．风干种子中结合水与自由水的比值大
C [风干种子中自由水含量减少，细胞呼吸强度降低，有机物消耗减慢，A项正确、C项错误；风干种子中自由水含量减少，其上微生物不易生长繁殖，B项正确；风干种子中自由水含量减少，结合水与自由水的比值较风干前大，D项正确。]
2．如图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO2的释放量与O2的吸收量的变化，请据图回答以下问题：
(1)O2浓度为0时，该器官的呼吸类型是__________。
(2)在O2浓度为b%以下时(不包括0点)，该器官的呼吸类型是________________，因为____________________。
(3)该器官CO2释放与O2吸收两条曲线在Q点重合，其呼吸类型为____________________，因为____________________________。
(4)由该曲线提示的原理，我们在进行果实和种子贮藏时，应取约a/2氧气浓度值，理由是__________________________________
____________________________________________________。
(5)图中阴影部分的面积代表____________________________。
[解析] CO2的释放量大于O2的吸收量，细胞进行无氧呼吸和有氧呼吸。CO2的释放量等于O2的吸收量，细胞只进行有氧呼吸。只释放CO2，不吸收O2，细胞只进行无氧呼吸。由曲线分析可知，CO2的释放量为总呼吸强度，a/2氧气浓度值时呼吸强度最低，消耗有机物最少。
[答案] (1)无氧呼吸
(2)无氧呼吸和有氧呼吸 CO2的释放量大于O2的吸收量
(3)有氧呼吸 CO2的释放量等于O2的吸收量
(4)细胞呼吸最弱，有机物消耗少
(5)无氧呼吸中CO2的释放量
规律方法：细胞呼吸方式的判断方法
(1)依据O2的消耗量和CO2的产生量判断。
①O2的消耗量＝CO2的产生量：细胞只进行有氧呼吸。
②O2的消耗量③不消耗O2，但产生CO2：细胞只进行产生酒精的无氧呼吸。
④不产生CO2：细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸。
(2)依据酒精和CO2的生成量判断。
①酒精量＝CO2的量：细胞只进行无氧呼吸。
②酒精量[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．有氧呼吸的反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
2．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。
3．无氧呼吸的两种反应类型
(1)C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
(2)C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。
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．CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
6．在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液与酒精反应变成灰绿色。
1．(2019·全国卷Ⅱ)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是( )
A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
B [在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸转化为乳酸，B选项正确。马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，葡萄糖是细胞呼吸的原料而不是产物，A选项错误；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，并且释放出少量能量，C选项错误；一般来说，氧气浓度的升高会抑制细胞的无氧呼吸，故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸味的产生，D选项错误。]
2．下图为酵母菌细胞有氧呼吸的部分示意图，下列有关叙述正确的是( )
葡萄糖丙酮酸二氧化碳
A．①过程进行的场所在线粒体
B．②过程的产物除了二氧化碳，还有H2O
C．①②过程一定都有能量释放
D．与②相比，①过程产生的[H]较多
C [①过程的场所是细胞质基质；②过程消耗H2O，不产生H2O；②过程比①过程产生的[H]多。]
3．下列关于人体细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A．有氧呼吸只在线粒体中进行
B．还原氢只在有氧呼吸过程中产生
C．无氧呼吸只在环境中无氧时进行
D．二氧化碳只在有氧呼吸中产生
D [有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒体中进行，A项错误。有氧呼吸与无氧呼吸过程中均可产生还原氢，B项错误。人体组织细胞在体内氧气供应不足时可以进行无氧呼吸，C项错误。人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，有氧呼吸的产物是二氧化碳和水，D项正确。]
4．雨水过多时，农作物发生烂根现象的原因是( )
A．土壤中有毒物质溶解到水中，使根遭到毒害
B．土壤中水分充足，微生物繁殖而引起烂根
C．土壤中缺乏氧气，根进行无氧呼吸产生酒精，对根细胞有毒害作用
D．土壤因水涝温度低，使根受到低温损害
C [土壤长期被水淹，导致土壤中缺少氧气，根进行无氧呼吸，由于根的无氧呼吸会产生酒精，对细胞有毒害作用而导致烂根，C正确。]
5．生物体内葡萄糖分解代谢过程如下图所示，请据图回答下列问题：
(1)图中A是__________，其产生的部位是__________。
(2)反应①②③④中，必须在有氧条件下进行的是__________，可在人体细胞中进行的是__________。
(3)苹果贮藏久了会有酒味，其原因是发生了图中__________过程；而马铃薯块茎贮藏久了，却没有酒味，原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中__________过程。
(4)粮食贮藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为_____________________________________________________。
[答案] (1)丙酮酸和[H] 细胞质基质 (2)② ①②④ (3)①③ ①④ (4)种子在有氧呼吸过程中产生了水
课件74张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用第3节 细胞呼吸的原理和应用234无氧呼吸有氧呼吸5
混浊溴麝香草酚蓝水溶液黄重铬酸钾灰绿色6有氧和无氧
二氧化碳水酒精二氧化碳7无氧呼吸有氧呼吸8910ATP细胞质基质和线粒体有氧多种酶葡萄糖二氧化碳和水11ATP逐步释放12
细胞质基质丙酮酸[H]酒精乳酸132CO2＋少量能量少量能量ATP氧化分解二氧化碳或其他产物14醋酸杆菌有氧呼吸乳酸根系生长有氧呼吸15
酵母菌透气无氧呼吸16171819探究酵母菌细胞的呼吸方式 20212223242526272829有氧呼吸和无氧呼吸 303132333435363738394041424344细胞呼吸的影响因素及原理应用 4546474849505152535455565758596061626364656667686970717273点击右图进入…Thank you for watching !第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
学习目标
核心素养
1．理解“绿叶中色素的提取和分离”的实验原理和方法。(重难点)
2．说出叶绿体中色素的种类和作用。(重点)
3．说出叶绿体的结构和功能。(重点)
1．通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，提高实验方案的实施及对实验结果的交流与讨论的能力。
2．通过对叶绿体的结构和功能的学习，形成结构与功能相适应的生命观念。
一、绿叶中色素的提取和分离
1．色素的提取
(1)原理
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂——无水乙醇中。
(2)实验用品及作用[连线]
①无水乙醇 a．过滤
②SiO2 b．溶解色素、提取色素
③CaCO3 c．有助于研磨充分
④单层尼龙布 d．防止研磨时色素被破坏
【提示】 ①－b ②－c ③－d ④－a
(3)实验步骤
取材：称取5 g绿叶，剪碎，放入研钵中
↓
研磨：
↓
过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤
↓
收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞紧
2．色素的分离
(1)实验原理：绿叶中的色素能溶解在层析液中，但不同的色素的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
(2)实验步骤
↓
③分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口
注意：不能让滤纸条上的滤液细线触及层析液
↓
④观察结果：滤纸条上有四条色素带
3．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱
种类
叶绿素(约占3/4)
类胡萝卜素(约占1/4)
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
颜色
蓝绿色
黄绿色
橙黄色
黄色
吸收光谱
主要吸收红光和蓝紫光
主要吸收蓝紫光
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体的形态：扁平的椭球形或球形。
2．叶绿体的结构模式图
(1)结构
(2)功能：进行光合作用的场所。
(3)恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体有光束照射的部位。
3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础
(1)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．绿叶中色素分离的原理是色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。 ( )
2．提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。 ( )
3．吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。 ( )
4．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。 ( )
5．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。 ( )
提示：1．× 绿叶中色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同。
2．× 加碳酸钙的目的是防止色素被破坏。
3．× 色素分布在类囊体膜上。
4．× 叶绿素不吸收绿光。
5．√
叶绿体中色素的提取和分离
[问题探究]
1．实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅和碳酸钙，乙同学忘记加入无水乙醇，丙同学加的无水乙醇过多。请分析他们可能出现的实验结果。
提示：甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅。乙同学不能提取到色素。丙同学的滤液颜色浅，提取的滤液色素的浓度低。
2．实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？画滤液细线的要求是细、直、齐，且要在干燥后重复画一两次，请分析这样做的原因是什么？
提示：(1)剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。
(2)滤液细线要细、直、齐是使分离的色素不重叠，重复画线的目的是增加色素含量，使分离的色素带清晰，便于观察。
3．实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，请探讨其实验失败的可能原因。
提示：(1)忘记画滤液细线。
(2)层析时滤液细线触及层析液。
[归纳总结]
1．实验材料和试剂
(1)材料
叶片要新鲜、颜色要深绿，这样的叶片含有的色素较多。
(2)试剂及作用
试剂名称
作用
二氧化硅
有利于绿叶的充分研磨和色素的释放
碳酸钙
防止研磨时色素被破坏
无水乙醇
溶解色素
层析液
分离色素
2.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：细、直、齐，含有较多的色素，所以应待滤液干后再画一两次。
(3)滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解到层析液中，使滤纸条上得不到色素带。
3．滤纸条上色素的分布和对光的吸收
4．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未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(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。
1．关于叶绿素提取的叙述中错误的是( )
A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
C [叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3，可以中和叶肉细胞中的有机酸，能避免叶绿素被破坏。]
2．下列有关绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，正确的是( )
A．叶绿素的提取需要加入层析液作为提取液
B．过滤时应使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口
C．分离色素时应将滤液细线置于层析液中
D．选材不同，四条色素带在滤纸条上的排列顺序不同
B [提取叶绿素使用的是无水乙醇，层析液用于分离色素；过滤时使用单层尼龙布，并用棉塞塞住试管口，以防止挥发性强的无水乙醇挥发；分离色素时不能将滤液细线置于层析液中，否则色素会溶入层析液中；不同材料中四种色素在层析液中的溶解度相同，来自不同材料叶绿体中的四种色素含量可能不同，经过纸层析后，在滤纸上的排列顺序相同，色素带粗细可能不同。]
色素功能和叶绿体的结构和功能
[问题探究]
1．一般植物的叶片在春、夏季为绿色，而在秋季呈黄色。请分析出现这一现象的原因是什么？
提示：在春、夏季节，叶子中叶绿素含量多于类胡萝卜素含量，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。在秋季，叶绿素被破坏，类胡萝卜素完好，叶子呈现出了类胡萝卜素的颜色，所以呈现黄色。
2．叶绿体的结构有哪些特点与光合作用相适应？
提示：(1)叶绿体的色素分布在基粒的类囊体膜上，基粒和类囊体的数量很多，极大地扩展了受光面积。(2)类囊体薄膜上和叶绿体基质中分布有与光合作用有关的酶。
[归纳总结]
1．叶绿体中的色素与吸收光谱
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而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吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少。
2．叶绿体功能的验证实验——恩格尔曼实验
(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)实验设计的“四妙”
①实验材料选得妙：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多的部位。
②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。
③观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
④实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。
1．如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素( )
A．叶绿素a、叶绿素b B．类胡萝卜素、叶绿素
C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素、类胡萝卜素
D [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．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是( )
A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B．光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
B [水绵中的叶绿体通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，装片中不能有空气，否则好氧细菌均匀分布，无法根据好氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。
2．不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
3．层析后滤纸条上自上而下的四条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
4．叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
5．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
1．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不让层析液没及滤液细线的原因是( )
A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
C．色素会溶解在层析液中而使实验失败
D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散
C [叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。]
2．下图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是( )
A．1具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在2上
C．与光合作用有关的酶只分布在3中
D．叶绿体具有双层膜
C [叶绿体具有双层膜即图示1，属于生物膜，具有选择透过性；与光合作用有关的酶，在2类囊体薄膜上以及3叶绿体基质中均有分布。]
3．将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合溶液放在暗处，白光透过三棱镜照在混合液处，一段时间后，好氧细菌的分布情况最可能是( )
A．随机、均匀分布在混合液中
B．集中分布在上下两侧
C．集中分布在中央位置
D．集中分布在溶液的下层
B [白光透过三棱镜后，红光分布在水绵上侧，蓝紫光分布在水绵下侧，由于色素主要吸收红光和蓝紫光，因此竖直放置的水绵在上侧和下侧光合作用较强，产生的氧气较多，好氧细菌在这两处集中分布。]
4．秋冬季节，由于叶绿体中的某类色素易被破坏，使叶片呈现黄色，导致叶片吸收光的能力减弱，其中吸收明显减少的是( )
A．黄光、红光 B．红光、蓝紫光
C．蓝紫光、绿光 D．绿光、黄光
B [秋冬季节，叶绿素被破坏，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。]
5．下图为两种光照下同一植物叶片色素提取和分离的结果。据图回答：
(1)强光导致了该植物____________(填色素)含量降低，__________(填色素)含量增加有利于该植物抵御强光照。
(2)色素Ⅰ、Ⅱ的颜色分别为__________，色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收_______________________________________________________，
正常光照下，含量最高的色素为__________。
(3)画滤液线时，滤液在点样线上要画__________次。
[答案] (1)叶绿素 类胡萝卜素
(2)橙黄色和黄色 红光和蓝紫光 叶绿素a
(3)2～3
课件57张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构234无水乙醇 56剪碎 7棉塞单层尼龙布8
溶解度高快9剪去两角 10一两毛细吸管滤液细线 滤液细线四11
3/41/4叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素蓝绿色黄色红光和蓝紫光蓝紫光12球形椭球形13色素双层膜基质暗反应基粒类囊体14光合作用 叶绿体 15叶绿体基质中色素分子类囊体膜上16171819叶绿体中色素的提取和分离 20212223242526272829303132色素功能和叶绿体的结构和功能 333435363738394041424344454647484950515253545556点击右图进入…Thank you for watching !第2课时 光合作用的原理和应用
学习目标
核心素养
1．阐明光合作用的原理和实质。(重难点)
2．说出光合作用原理中的物质和能量变化。(重点)
3．探究环境因素对光合作用的影响。(重点)
4．理解光合作用原理在生产实践中的应用。(重点)
1．通过对光合作用原理的学习，形成物质与能量的生命观念。
2．通过对光反应与暗反应的学习，养成分类与比较的科学思维方式。
3．通过对光照强度、温度和CO2浓度对光合作用的影响的学习，养成分析与综合的科学思维方式。
4．通过探究环境因素对光合作用影响的实验，提高制定并实施实验方案的科学探究能力。
5．通过对光合作用原理的应用，提高解决生产和生活问题的担当和能力。
一、光合作用的概念
1．主要场所：叶绿体。
2．能量来源：光能。
3．反应物：二氧化碳和水。
4．产物：有机物和氧气。
5．实质：合成有机物，储存能量。
二、光合作用原理
1．填写图中序号所代表的物质或结构
①O2；②NADP＋；③ADP＋Pi；④C5。
2．图示Ⅰ过程是光反应阶段：
(1)场所：[⑤]类囊体薄膜上。
(2)条件：光、色素和酶等。
(3)叶绿体中光合色素吸收光能的作用：
①将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子形式释放出去，H＋与NADP＋结合形成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。
②在有关酶的作用下，提供能量促使ADP与P反应形成ATP，这样光能就转变为储存在ATP中的活跃的化学能。
(4)NADPH的作用：
①作为活跃的还原剂，参与暗反应阶段反应。
②储存部分能量供暗反应阶段利用。
3．图示Ⅱ过程是暗反应阶段：
(1)场所：叶绿体基质中。
(2)条件：酶、NADPH、ATP。
(3)具体过程：
①CO2的固定，即绿叶通过气孔吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5(一种五碳化合物)结合，形成C3分子。
②在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。
③一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列变化反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5，继续参与CO2的固定。
三、光合作用原理的应用
1．光合作用强度
(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。
(3)影响因素
①光合作用的原料——水、CO2。
影响CO2供应的因素：环境中CO2浓度和叶片气孔开闭情况等。
②动力——光能。
③场所——叶绿体。
影响叶绿体的形成和结构的因素：无机营养和病虫害。
④酶：影响酶活性的因素，如温度。
2．探究光照强度对光合作用的影响
取材
↓
排气
↓
沉水
↓
分组：取3只小烧杯，分别倒入20 mL富含二氧化碳的清水、分别放入10片小圆形叶片
↓
光照：分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照
↓
观察并记录：同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量
3．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
水缺少导致气孔关闭，CO2供应不足
1．光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。 ( )
2．光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。
( )
3．光合作用制造的有机物中的氧来自水。 ( )
4．光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。 ( )
5．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。
( )
6．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。 ( )
7．温度对光合作用强度的影响主要是影响酶的活性。 ( )
8．探究实验中，小圆形叶片浮起是由叶片进行呼吸作用产生的二氧化碳导致的。 ( )
提示：1．√ 2.× 暗反应需要光反应提供的[H]和ATP，没有光，暗反应不能长时间进行。
3．× 光合作用制造的有机物中的氧来自CO2。
4．√ 5.√ 6.√ 7.√
8．× 小圆形叶片浮起的原因是光合作用产生了氧气。
光合作用的原理
[问题探究]
1．为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？
提示：因为光反应为暗反应提供的[H] 、ATP是有限的。
2．不给小球藻提供CO2，只给予光照，小球藻能独立地进行光反应吗？为什么？
提示：不能，因为没有暗反应，光反应的产物积累会使光反应被抑制。
3．结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中C3和C5相对含量会发生怎样的变化？
提示：(1)停止光照：C3含量相对增加，C5含量相对减少。
(2)停止CO2供应：C3含量相对减少，C5含量相对增加。
4．卡尔文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 ，然后用热酒精杀死小球藻，分别测定不同光照时间下，小球藻中的放射性物质，结果如下：
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
三碳化合物
2
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
(1)卡尔文用热酒精杀死小球藻的目的是什么？
提示：目的是使酶失活，终止小球藻的光合作用及其他代谢过程。
(2)根据实验结果分析光合作用过程中CO2首先固定在哪一种化合物中？
提示：三碳化合物。
(3)光合作用产生的糖类物质还能转化为哪些物质？
提示：氨基酸、有机酸等。
[归纳总结]
1．光反应与暗反应的比较
项目
光反应(准备阶段)
暗反应(完成阶段)
场所
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体的基质中
条件
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋
多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5
物质
变化
①水的光解：
2H2OH＋＋O2
H＋＋2e＋NADP＋NADPH
②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2固定：
CO2＋C52C3
②C3的还原：
2C3(CH2O)
能量变化
光能转变成ATP中活跃的化学能和NADPH中的能量
ATP中活跃的化学能和NADPH中的能量转变成贮存在(CH2O)中的稳定的化学能
相互联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP能量；暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋
2.光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP含量的变化可以采用如图分析：
(1)
―→―→(CH2O)合成量减少
(2)―→
―→―→
①以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，且是在条件改变后的短时间内发生的。
②在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；NADPH和ATP的含量变化是一致的，都增加或都减少。
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( )
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP的值下降 D．NADPH/NADP＋的值下降
B [正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物O2、ATP和[H](NADPH)停止产生，所以A、C、D项所叙述现象会发生；光照停止，暗反应中C3还原受影响，C5减少，CO2的固定减慢，B项所叙述现象不会发生。]
(1)外界的光照条件的改变如何影响暗反应的进行？
提示：暗反应中C3的还原需要消耗光反应产生的[H]、ATP，光照条件的改变通过影响[H]和ATP的含量影响暗反应。
(2)在不改变光照条件的情况下，将绿藻置于没有CO2的环境中，叶绿体中ATP/ADP的值和NADPH/NADP＋的值如何变化？
提示：ATP/ADP的值和NADPH/NADP＋的值增大。
2．据下面光合作用图像，判断下列说法不正确的是( )
A．⑥过程发生于叶绿体基质中
B．⑤过程发生于叶绿体类囊体薄膜上
C．图示①～④依次为NADPH、ATP、CO2、(CH2O)
D．②不仅用于还原C3化合物，还可用于吸收矿质离子等
D [光反应产生的ATP只用于暗反应，呼吸作用产生的ATP才能用于吸收矿质离子等生命活动。]
规律总结：(1)光反应和暗反应是一个有机的整体，光反应不能进行时，暗反应也不能进行；暗反应被抑制时，光反应也被抑制。
(2)叶绿体中的ADP和ATP移动的方向相反。
①ADP的移动方向：叶绿体基质→类囊体薄膜。
②ATP的移动方向：类囊体薄膜→叶绿体基质。
(3)分析光合作用过程有关物质含量的变化时，可通过比较该物质的生成与消耗的相对速度变化进行确定。
(4)光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应，不用于其他生命活动过程。
探究环境因素对光合作用的影响
[问题探究]
1．实验中准备好的小圆形叶片为什么放入黑暗处盛有清水的烧杯中？
提示：防止小圆形叶片在实验开始前进行光合作用。
2．实验中小圆形叶片下沉在烧杯底部的原因是什么？光照后小圆形叶片为什么会上升？
提示：实验中小圆形叶片中的气体逸出，因此下沉。小圆形叶片进行光合作用产生了O2，小圆形叶片的密度变小，因此上升。
3．炎热的夏季，成团的水绵为什么漂浮在水面上？
提示：光合作用旺盛，释放的氧气使水绵团上浮。
[归纳总结]
1．实验原理
叶片含有空气，叶片上浮。抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降；光照后，叶片进行光合作用，释放O2，使细胞间隙又充满气体，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。
3．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
4．实验结果及结论
(1)实验结果
项目
小圆形
叶片
加富含
CO2的清水
光照
强度
叶片浮起
数量
烧杯甲
10片
20 mL
强
多
烧杯乙
10片
20 mL
中
中
烧杯丙
10片
20 mL
弱
少
(2)实验结论
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)。
为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验，提供以下材料用具：菠菜叶、打孔器(直径1 cm)、注射器、40 W台灯、烧杯、4%NaHCO3溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。
(1)某同学选取其中一个因素进行探究，以下是实验结果：
时间
上浮的叶圆片数量(片)
蒸馏水
0.5%
NaHCO3
1%
NaHCO3
1．5%
NaHCO3
2%
NaHCO3
2 min
0
7
11
10
4
4 min
0
15
16
13
7
①该实验的目的是_____________________________________，
实验检测指标是______________________________________。
②有哪些措施可以减少实验误差？_______________________________
_______________________________________。(至少写出2项)
③有同学认为叶片之所以浮起，是因为呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2导致叶片上浮。根据实验结果判断该观点是否正确并说明理由：________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)利用以上材料，还可以探究的环境因素有____________。(答出2个)
[解析] (1)①由表格看出实验的自变量是不同浓度的NaHCO3溶液，NaHCO3溶液的浓度不同，提供的CO2浓度不同，因此该实验研究的是不同浓度的CO2对光合作用的影响。实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片的数量。②减少实验误差就要平衡无关变量，重复实验求平均值。③叶片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用，叶片中氧气增多，叶圆片密度变小。说明叶圆片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有机物且产生了CO2，应从蒸馏水中叶圆片没有上浮来论述。
(2)利用上述实验材料，还可探究光照强度或不同的光质对光合作用的影响。
[答案] (1)①研究CO2浓度(或NaHCO3浓度)对叶片光合速率的影响 相同时间内烧杯中叶圆片浮起的数量
②用打孔器打出的叶圆片数量足够多；每组实验重复几次，记录的数据取平均值
③该同学的观点是错误的，因为在蒸馏水的那组实验中，叶片一样进行了呼吸作用，却没有叶片浮起，叶片上浮的原因是光合作用强度大于呼吸作用强度，叶片内氧气增多
(2)光照强度、光的性质
影响光合作用的因素及在生产中的应用
[问题探究]
1．光照强度、CO2浓度分别直接影响光合作用的什么过程？
提示：光照强度直接影响光合作用的光反应过程。CO2浓度直接影响光合作用的暗反应过程。
2．夏季中午，光照强、温度高，但植物的光合作用强度反而减弱，原因是什么？
提示：光照过强、温度高→气孔关闭→CO2供应不足→光合作用下降。
3．大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。
提示：有机肥被微生物分解产生无机盐和CO2，无机盐被植物吸收利用，CO2能增大棚内的CO2浓度，提高作物的光合速率。
[归纳总结]
1．光照强度
(1)光照强度与光合作用强度的关系曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以后不再加强。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是除光照强度之外的环境因素，如CO2浓度等。
(2)应用：阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。
2．CO2浓度
(1)曲线分析：A点是进行光合作用所需的最低CO2浓度，B点是CO2饱和点；B点以后，随着CO2浓度的增加光合作用强度不再增加。
(2)应用：温室中适当增加CO2浓度，如投入干冰等，大田中“正其行，通其风”，多施有机肥来提高CO2浓度。
3．温度
(1)B点是最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度光合作用强度都会下降，因为温度会影响酶的活性。
(2)应用：温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。
4．水及无机营养对光合作用的影响
(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)应用
①合理施肥；②预防干旱，合理灌溉。
某植物净光合速率的变化趋势如图所示。
据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是______________________________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑______这一因素的影响，并采取相应措施。
[解析] (1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；分析坐标图中曲线的走势可以看出，当CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。(2)由题图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，暗反应受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。
[答案] (1)0 A、B和C (2)光强 (3)大于 (4)光强
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句背诵
1．光合作用的反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
2．光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、NADPH和ATP。
3．暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。
4．光合作用中的物质转变：
(1)14CO2―→14C3―→(14CH2O)；(2)HO―→18O2。
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。
6．光照强度：直接影响光反应速率，光反应产物中[H]与ATP的数量会影响暗反应速率，这是最主要的因素。
7．温度：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。
8．CO2浓度：CO2是暗反应的原料，CO2的浓度直接影响暗反应速率。
1．光合作用的实质是( )
A．把CO2转换成ATP
B．产生化学能储存在有机物中
C．把光能转变成化学能，储存在ATP和NADPH中
D．把无机物转化成有机物，把光能转变成化学能
[答案] D
2．在光合作用过程中，光能最初用于( )
A．CO2的固定 B．C3的还原
C．将水分解为氧和H＋ D．将淀粉分解为葡萄糖
[答案] C
3．光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，参与暗反应必需的物质是( )
A．H2O、CO2、ADP B．CO2、NADPH、ATP
C．H2O、CO2、ATP D．[H]、H2O、ADP
[答案] B
4．下列条件中，改变哪一项与提高农作物的产量关系不大？( )
A．增加空气中氧气含量
B．提高温度
C．增加空气中CO2的含量
D．增加光照强度
[答案] A
5．(2019·全国卷Ⅰ)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自于( )
A．水、矿质元素和空气 B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤 D．光、矿质元素和空气
A [水是占细胞鲜重最多的化合物，矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础，植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素使植株质量增加；另外，植物在光照条件下可进行光合作用，通过吸收空气中的CO2合成有机物使植株质量增加。故A符合题意。]
6．利用温室大棚栽培蔬菜、瓜果等农作物已成为现代农业的基本模式。下列是温室大棚栽培经常采取的措施，其中不是通过增强光合作用速率实现的是( )
A．给农作物增施氮肥
B．大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2
C．给农作物补充适宜强度的人工光照
D．夜间适当降低农作物的环境温度
D [给农作物增施氮肥能增强光合作用速率；大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2，为光合作用提供原料，从而增强了光合作用速率；给农作物补充适宜强度的人工光照也是通过增强光合作用速率来实现增产的；夜间适当降低农作物的环境温度，导致酶活性降低，从而减少细胞呼吸对有机物的消耗，最终达到增产的目的，可见该措施是通过减弱细胞呼吸速率而实现增产的。]
7．甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内含量的变化曲线，请据图回答问题。
(1)甲图中A表示的物质是________，它是由______________产生的，其作用主要是_______________________________________
__________________________。
(2)甲图中ATP形成所需的能量最终来自_________________。
若用放射性同位素14C标记CO2，则14C最终进入的物质是________。
(3)乙图中曲线a表示的化合物是____________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是__________________________________
____________________________________________________。
(4)曲线b表示的化合物是____________，在无光照时，其含量下降的原因是____________________________________________。
[解析] (1)光反应为暗反应提供的物质是NADPH和ATP，由此可确定A是[H]，[H]是由H2O分解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于三碳化合物的还原。(2)光反应中，光能转化为活跃的化学能储存在ATP中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3(三碳化合物)→(14CH2O)。(3)(4)题干中已明确a、b表示三碳化合物和五碳化合物的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP含量下降，三碳化合物的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍在进行，因此三碳化合物含量相对升高，五碳化合物含量相对下降，即a表示三碳化合物，b表示五碳化合物。
[答案] (1)NADPH 水在光下分解 还原三碳化合物 (2)光能 (CH2O) (3)三碳化合物 CO2与五碳化合物结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原 (4)五碳化合物 五碳化合物与CO2结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原为五碳化合物
课件83张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理和应用234
叶绿体光能二氧化碳和水有机物和氧气合成有机物，储存能量5ADP＋Pi6光、色素和酶光反应[⑤]类囊体薄膜7储存部分能量氧分子NADPH(还原型辅酶Ⅱ)ATPATP中的活跃的化学能还原剂8酶、NADPH、ATP暗反应叶绿体基质中9ATP和NADPHNADPH10
单位时间糖类原料产物11温度光能无机营养叶片气孔开闭情况 12打孔器 小圆形叶片中的气体注射器13水黑暗二氧化碳 14强、中、弱 小圆形叶片浮起的数量 15光照水1617181920光合作用的原理 2122232425262728293031323334353637探究环境因素对光合作用的影响 3839404142434445464748495051影响光合作用的因素及在生产中的应用 52535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182点击右图进入…Thank you for watching !
[核心精要]
1．光合作用与细胞呼吸的联系
(1)物质方面：
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2。
②O：H2OO2H2O。
③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
(2)能量方面：
光能ATP和NADPH(CH2O)
2．光合作用速率与呼吸作用速率
(1)呼吸速率的表示方法：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(可用下图中OA段表示)。
(2)净光合速率和真正光合速率：
①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示(可用下图中OD段表示)。
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(可用下图中AD段表示)。
(3)光合速率与呼吸速率的关系：
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。由该关系式可用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
a．光合作用产O2量＝O2释放量＋细胞呼吸耗O2量。
b．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量。
c．光合作用葡萄糖产生量＝葡萄糖积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗葡萄糖量。
[对点训练]
1．如图是生物体内能量供应及利用的示意图，下列说法错误的是( )
A．A过程一定伴随O2的释放，D过程不需要O2的直接参与
B．A过程产生的ATP可用于B过程中C3的还原
C．A、C中合成ATP所需的能量来源不相同
D．C过程葡萄糖中的化学能全部转移到ATP中
D [根据题图所示，A是光合作用的光反应，产物有O2、ATP和[H]，其中ATP和[H]可以参与B暗反应中C3的还原，D是ATP的水解过程，不需要O2的直接参与，A、B项正确；A(光合作用光反应阶段)产生的ATP的来源是光能，C的能量来源是细胞呼吸中的有机物分解的一部分能量，C项正确；呼吸作用C过程葡萄糖中的化学能只有少部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失，D错误。]
2．如图表示高等植物细胞的两个重要生理过程中C、H、O的变化，某同学在分析时，做出了如下判断，你认为判断有误的是( )
A．甲为光合作用，乙为呼吸作用
B．甲中的H2O在类囊体薄膜上被消耗，乙中H2O的消耗与产生都在线粒体中
C．甲和乙过程中都有[H]的产生与消耗
D．甲过程全在叶绿体中进行，乙过程全在线粒体中进行
D [甲是将CO2和H2O合成有机物的过程，为光合作用；乙是将有机物分解为无机物的过程，为呼吸作用。有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，第二、三阶段是在线粒体中进行的。]
3.如图表示某种植物光照强度与光合作用强度的关系。P点的生物学含义是( )
A．无光合作用，有呼吸作用
B．光合作用与呼吸作用达到动态平衡
C．无呼吸作用，有光合作用
D．光合作用与呼吸作用都不进行
B [由曲线可看出，在一定的光照强度范围内，植物光合作用强度随光照强度的增大而增大，光照强度达到一定程度后，光合作用强度不再增加。图中光照强度达到P点时，光合速率与呼吸速率相等。]
4．研究温度对某蔬菜新品种产量的影响，实验结果如下图。据此提出的结论，合理的是( )
A．光照越强，该蔬菜新品种的产量越高
B．温室栽培该蔬菜时温度最好控制在25～30 ℃
C．光合作用酶的最适温度高于呼吸作用酶的最适温度
D．阴影部分表示5～35 ℃时蔬菜的净光合速率小于零
B [图中看不出光照强度和产量的关系；光合酶的最适温度小于呼吸酶的最适温度；阴影部分表示净光合速率大于零。]
5．将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。在上述整个时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是( )
A．降低至一定水平时再升高
B．持续保持相对稳定状态
C．降低至一定水平时保持不变
D．升高至一定水平时保持相对稳定
C [密闭容器内的植物在光照条件下既能进行光合作用也能进行有氧呼吸，植物净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率，净光合速率只要大于0，则光合作用消耗的CO2量就大于有氧呼吸释放的CO2量；根据题意，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。说明密闭容器内的CO2浓度从光照开始就下降，当净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0时，密闭容器内的CO2浓度停止下降，然后净光合速率为0保持不变，密闭容器内的CO2浓度保持不变，所以C正确。]
6．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①②③④代表的物质依次是________、__________、________、________，[H]代表的物质主要是____________。
(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________(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_________________________________________________________
____________________________________________________。
[解析] (1)分析图示，A过程为光合作用的光反应阶段，B过程是光合作用的暗反应阶段。图中①为水光解产生的O2；由②和H2O产生①与NADPH([H]，即还原型辅酶Ⅱ)可知，②是NADP＋；由③转化成ATP可知，③是ADP＋Pi；由④与CO2结合生成C3可知，④为C5。呼吸作用过程中的[H]代表的物质主要是NADH(还原型辅酶Ⅰ)。(2)光合作用的光反应阶段(A)可产生ATP，而暗反应阶段(B)不产生ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，其中细胞质基质中进行有氧呼吸的第一阶段(C)，线粒体中进行有氧呼吸的第二和第三阶段(D)。(3)在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸，将丙酮酸转化成酒精。
[答案] (1)O2 NADP＋ ADP＋Pi C5 NADH(还原型辅酶I) (2)C和D (3)在缺氧条件下植物细胞进行无氧呼吸
7．如图为高等绿色植物光合作用和呼吸作用之间的能量转变示意图，图中①～⑥代表物质，据图及所学知识回答以下问题：
(1)光合作用光反应阶段发生在________(填结构名称)上，该结构上存在叶绿素，提取叶绿素的试剂是____________；光合作用的暗反应阶段发生在________(填场所)。
(2)植物的叶绿体通过光合作用的光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在__________(填写图中标号)中，通过暗反应把活跃的化学能转变为稳定的化学能贮存于________(填写图中标号)中。
(3)有氧呼吸的第二阶段是________彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量能量，该阶段是在________中进行的。
(4)通过呼吸作用释放的能量一部分贮存于ATP中，另一部分以________形式散失。
(5)综上所述，叶绿体通过光合作用把光能转变后贮存起来，这是一个贮能过程；线粒体通过呼吸作用把有机物氧化而释放能量，与此同时把能量贮存于ATP中，这是一个________的过程。
[解析] (1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，提取叶绿素用的是无水乙醇。暗反应发生在叶绿体基质中。(2)在光反应中，叶绿体将光能转化为活跃的化学能储存在ATP中，①为ATP。在暗反应中将活跃的化学能转化为稳定的化学能储存在有机物中，④为有机物。(3)有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质中，丙酮酸和水反应生成二氧化碳、[H]和能量。(4)呼吸作用释放的能量一部分储存在ATP中，一部分以热能形式散失。(5)“线粒体通过呼吸作用把有机物氧化而释放能量”属于能量的释放，“与此同时把能量贮存于ATP中”属于能量的储存。
[答案] (1)类囊体(膜) 无水乙醇 叶绿体基质
(2)① ④ (3)丙酮酸和水 线粒体基质 (4)热能 (5)放能和贮能
8．将某植物置于密闭的容器中，测量其CO2的吸收量与光照强度、温度等的关系，结果如图所示。请分析回答下列相关问题：
(1)A点时该植物产生ATP的细胞器是____________________，
且与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更________(填“大”或“小”)。
(2)B点时光合速率________呼吸速率；当植物缺镁时，B点向________移，E点向________移。
(3)C、D两点CO2吸收量相同，两点光合作用合成有机物的量________(填“不同”或“相同”)，限制C、E两点光合速率的主要因素分别是________________________________________。
(4)由上述实验得到启示：阴雨天为了提高大棚蔬菜的产量，可适当____________或____________。
[解析] (1)A点时的光照强度为0，该植物只进行细胞呼吸，所以此时产生ATP的细胞器是线粒体；据图可知，与17 ℃相比，22 ℃条件下呼吸速率更大。(2)B点对应的光照强度是该植物在22 ℃条件的光补偿点，此时植物的光合速率等于呼吸速率；当植物缺镁时，叶绿素合成减少，光补偿点增大，B点向右移；E点值的变化取决于光饱和点和最大光合速率，此时光饱和点减小，最大光合速率也减小，E点向左下方移动。(3)C、D两点CO2吸收量相同，即两点的净光合速率相等，但两点对应温度下的呼吸速率不同，由于真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，所以两点合成的有机物的量不同；C点处于两阶段的上升阶段，故影响该点光合速率的主要因素是光照强度；而E点时的光合速率最大，且E点之后光合速率不再随光照强度的增强而升高，故影响该点光合速率的主要因素是温度。(4)阴雨天光照强度较弱，为了提高大棚蔬菜的产量，可适当提高光照强度，以提高植物的光合作用强度(或者适当降低温度，以降低植物的呼吸作用强度)，进而提高植物的净光合作用强度来提高大棚蔬菜的产量。
[答案] (1)线粒体 大 (2)等于 右 左下方
(3)不同 光照强度、温度 (4)降低温度 提高光照强度
9．下图甲表示在一定条件下测得的该植物光照强度与光合速率的关系；图乙表示某绿色植物的细胞代谢状况；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答：
(1)图甲中c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有___________
________。
(2)图乙所示植物的细胞代谢情况，可用图甲中a、b、c、d四点中的哪一点来表示？________。
(3)如图甲，在相同温度下，将该植物的叶片置于8klx光照下9 h，然后移到黑暗处15 h，则该24 h内每100 cm2叶片的光合作用所固定的CO2总量为________mg。
(4)由图丙可推知，密闭玻璃温室中氧气浓度最大的点是________，光合速率与呼吸速率相等的点是________，j点与e点相比，植物体内有机物含量将________(填“增加”“减小”或“不变”)。
[解析] (1)据图可知，a点的光照强度为0，此时的数值表示呼吸作用速率；c点有光照，因此此时细胞中能合成ATP的部位有细胞质基质、线粒体、叶绿体。(2)图乙表示光合作用速率大于呼吸作用速率，与图甲中的d点相符；图丙中，f点以前，CO2的含量不断增加，f点后，CO2的含量不断下降，说明光合作用速率大于呼吸作用速率，因此f点表示光合作用速率等于呼吸作用速率，与图甲中的c点相符。(3)根据图甲可知，光照强度为8 klx时，植物的光合作用速率等于18CO2mg/100，光照9 h，固定的CO2为18×9＝162(mg)。(4)f点后，光合作用速率大于呼吸作用速率，密闭容器中O2浓度不断增加，而h点后，呼吸作用速率大于光合作用速率，消耗容器中的O2，因此h点时，容器中O2浓度最高。与e点相比，j点CO2浓度高，说明呼吸作用速率大于光合作用速率，即有机物在减少。
[答案] (1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 (2)d
(3)162 (4)h f和h 减少
课件42张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用素能提升课 光合作用与细胞呼吸的综合234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041Thank you for watching !
[核心精要]
1．“装置图法”测定光合速率与呼吸速率
(1)测定装置
(2)测定方法及解读
①测定呼吸速率(装置甲)
a．装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动(用装置甲单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率(装置乙)
a．装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
b．必须给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动(用装置乙单位时间内向右移动的距离代表净光合速率)。
③根据“总(真正)光合速率＝呼吸速率＋净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。
物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2．红外线CO2传感器
由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。
3．“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
4．“半叶法”测定光合作用有机物的产生量
“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，即可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)，则有M＝MB－MA，M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。
[对点训练]
1．下图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是 ( )
甲 乙
A．图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
B．若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变
C．一定光照条件下，如果再适当升高温度，真光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化
D．若图乙表示图甲植物的光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度
B [图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物所需CO2由CO2缓冲液提供，而产生的O2会使装置中气体体积增大，因此有色液滴向右移动，如果再放到黑暗环境中，植物呼吸消耗O2而产生的CO2又被CO2缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动。若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，虽然光照条件不变，但由于无CO2提供，暗反应不能为光反应提供ADP与NADP＋等物质，从而影响光反应的进行，产生NADPH的速率将下降。在光合作用最适温度时再升高温度，与光合作用有关的酶活性会下降，真光合速率下降，而一般情况下与细胞呼吸有关的酶的最适温度较高，此时酶活性会随温度升高而升高，因此呼吸速率会升高。光合速率由a到b变化，说明光合速率升高了，而影响光合速率的因素有光照强度、CO2浓度、温度等，适当提高CO2浓度会增大光合速率。]
2．如图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的实验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙述，正确的是( )
A．温度、CO2浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量
B．CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定
C．如果有色液滴向右移动，说明该植物不进行光合作用
D．如果有色液滴向左移动，说明该植物不进行光合作用
B [依题意可知，该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响，自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，有色液滴的移动距离作为观测的指标，温度、CO2浓度等都是无关变量；CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定；有色液滴移动的距离是由装置内O2的变化量引起的，如果有色液滴向右移动，说明光合作用释放的氧气量大于呼吸作用吸收的氧气量；如果有色液滴向左移动，说明光合作用释放的氧气量小于呼吸作用吸收的氧气量。]
3．将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内，在室内调温25 ℃，给予恒定适宜的光照60 min，然后遮光处理60 min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化，得到图2曲线。
图1
图2
(1)若要获得小麦的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另设对照组。0～60 min小麦的真正光合速率为________μmol CO2/(L·h)。
(2)实验10 min时，小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是______________________________________________________。
在停止光照的瞬间叶绿体内C3的含量________。
[解析] (1)前60 min测定净光合速率，后60 min测定呼吸速率，不必另设对照组。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(2 000－800)＋(1 200－800)＝1 600(μmol CO2/(L·h)。
(2)光合作用旺盛，叶绿体需要较多CO2，包括线粒体供给和胞外吸收。停止光照，叶绿体内缺少NADPH和ATP，不能进行还原C3的过程。
[答案] (1)不需要 1 600
(2)线粒体供给和胞外吸收 增多(或升高)
4．某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶。黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，24小时后测定各组培养瓶中的氧含量，记录数据如下：
光照强度(klx)
0(黑暗)
a
b
c
d
e
白瓶溶氧量(mg/L)
3
10
16
24
30
30
黑瓶溶氧
量(mg/L)
3
3
3
3
3
3
(1)黑瓶中溶解氧的含量降低为3 mg/L的原因是___________
________________________________________________；
该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为________mg/(L·24 h)。
(2)当光照强度为c klx时，白瓶中植物产生的氧气量为________mg/(L·24 h)。
(3)光照强度至少为________(填字母)klx时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。
[解析] (1)黑瓶中溶解氧的含量降低为3 mg/L的原因是黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为原初溶解氧减去24小时后氧含量，即10－3＝7[mg/(L·24 h)]。
(2)当光照强度为c klx时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝(24－10)＋7＝21[mg/(L·24 h)]。
(3)光照强度为a klx时，白瓶中溶氧量不变，说明植物光合作用产生的氧气刚好用于所有生物的呼吸作用消耗，故光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡。
[答案] (1)黑瓶中植物不能进行光合作用产生氧气，其中的生物呼吸作用消耗氧气 7
(2)21 (3)a
5.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：
(1)MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6 h后(________________)＋(________________)－呼吸作用有机物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，则M表示_________________________
___________________________________________________。
(3)光合速率的计算方法是_____________________________。
(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路：_________________________________________________________
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
[解析] 叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6 h 后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算光合速率，即M除以时间再除以截取面积。
[答案] (1)叶片初始质量 光合作用有机物的总产量
(2)B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量
(3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)
(4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在黑暗环境中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率
课件32张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用素能提升课 光合作用和细胞呼吸的相关实验2345678910111213141516171819202122232425262728293031Thank you for watching !
[核心精要]
一、酶相关实验设计中的“酶解法”
1．鉴定酶本质的“酶解法”模型
“酶解法”——从酶的化学本质上来讲，绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。其必须保持正常的结构才能发挥催化作用，因此可以分别利用蛋白酶和RNA酶处理某酶，再观察其功能是否受影响来确定该酶的本质。设计方案如右图：
2．实验设计中也可用酶催化底物分解，根据底物的变化，来证明酶的作用。
二、酶相关实验设计中的“对比法”
1．对比法验证酶的高效性
(1)设计思路：通过将不同类型催化剂(主要是酶与无机催化剂)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(如生物材料研磨液)
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.对比法验证酶的专一性
(1)设计思路：常见的方案有两种，即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
同种底物(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
三、酶相关实验设计中的“梯度法”
“梯度法”探究酶的最适温度或最适pH
1．设计思路
底物t1温度(或pH1)下＋酶t1温度(或pH1)下
底物t2温度(或pH2)下＋酶t2温度(或pH2)下
? ? ?
底物tn温度(或pHn)下＋酶tn温度(或pHn)下
2．设计方案
[对点训练]
1．下列有关酶特性的实验设计思路，正确的是( )
A．用淀粉酶和淀粉、蔗糖验证酶的专一性时，选用碘液作为检测试剂
B．用过氧化氢和新鲜的猪肝研磨液、氯化铁溶液来验证酶的高效性
C．以过氧化氢为底物，探究温度对过氧化氢酶活性的影响
D．探究胃蛋白酶的最适pH时，先将其加入蛋清中再加入缓冲液
B [用淀粉酶和淀粉、蔗糖验证酶的专一性时，不宜选用碘液作为检测试剂，因为碘液不能检测蔗糖是否水解，应用斐林试剂检测，A项错误；不能以过氧化氢为底物，探究温度对过氧化氢酶活性的影响，因为过氧化氢在加热时分解加快，自变量控制不准确，C项错误；探究胃蛋白酶的最适pH时，将其加入蛋清中再加入缓冲液，酶与底物一旦混合，反应就开始了，应先加缓冲液再加入蛋清，D项错误。]
2．取经过编号的5支试管分别加入2 mL 0.5 mol/L的过氧化氢溶液，进行如下实验，根据实验内容，下列说法正确的是( )
试管编号
1
2
3
4
5
加入
物质
适量
唾液
锈铁钉
生土
豆块
熟土
豆块
生土豆块
＋稀盐酸
实验
结果
几乎无
气泡
少量
气泡
大量
气泡
几乎无
气泡
几乎
无气泡
A．说明酶具有高效性的是3号和4号实验
B．1号和3号对照不能说明酶有专一性
C．各组实验都不能体现酶的活性与温度之间的关系
D．3号和5号对照可以说明酶的活性受pH的影响
D [证明酶具有高效性需对比无机催化剂与酶的催化作用，2号和3号实验可证明酶具有高效性，A错误；1号和3号分别用唾液淀粉酶和过氧化氢酶与过氧化氢溶液反应，两组实验结果对照可说明酶具有专一性，B错误；3号和4号的实验结果说明高温会使酶活性降低，C错误；3号和5号的实验结果可以说明pH降低会使酶活性降低，D正确。]
3．某科研小组经研究得知X酶存在于人的肝细胞中，能将糖原分解为还原糖。酶必须保持正常的结构才能发挥催化作用，请利用这一原理设计实验，探究X酶的化学本质究竟是蛋白质还是RNA。简要写出实验思路，并预期实验结果及结论(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。
[解析] 实验设置甲组和乙组，两组实验分别用蛋白酶和RNA酶处理X酶，然后与糖原混合检测两组实验中X酶有无活性。检测X酶是否有活性可用斐林试剂与产物反应是否产生了颜色变化来完成。
[答案] 实验思路：甲组：将X酶用蛋白酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖产生。乙组：将X酶用RNA酶处理，再与糖原溶液混合，在适宜条件下保持一段时间后，检测是否有还原糖产生。
预期结果及结论：①若甲组有还原糖生成，乙组没有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是RNA；②若甲组没有还原糖生成，乙组有还原糖生成，则说明X酶的化学本质是蛋白质。
4．普通淀粉酶的最适温度在40～60 ℃之间，而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性，因此在生产上具有更为广泛的应用前景。请回答有关问题：
(1)要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与________混合，若反应液呈________色，则该酶的化学本质为蛋白质。
(2)测定淀粉酶活性时，应选择________作为该酶作用的底物，反应液中应加入________溶液以维持其酸碱度稳定。
(3)设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。
①此实验中除自变量和因变量外，还需要考虑__________
________________________________(指出两点即可)等因素。
②结合题目信息，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路：__________________________________________________
____________________________________________________。
[解析] (1)大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，要鉴定该酶的化学本质，可将该酶液与双缩脲试剂混合，若反应液呈紫色，则该酶的化学本质为蛋白质。(2)测定淀粉酶活性时，根据酶的专一性，应选择淀粉作为该酶作用的底物。反应液中应加入(酸碱)缓冲溶液以维持其酸碱度稳定。(3)①此实验中除自变量和因变量外，无关变量需要保持相同且适宜，因此还需要考虑底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序等因素。②测定该酶催化作用最适温度的实验思路：在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。
[答案] (1)双缩脲试剂 紫 (2)淀粉 (酸碱)缓冲
(3)①底物淀粉溶液的浓度和用量、pH及添加试剂的量、实验操作顺序 ②在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组，其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度
5．请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出实验结论，并回答问题：
实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液、斐林试剂、试管、恒温水浴锅。
(1)若“＋”代表加入适量的溶液，“－”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成下表实验设计(把答案填在相应的表格中)。
溶液
试管
蔗糖溶液
淀粉溶液
蔗糖酶溶液
淀粉酶溶液
甲
＋
－
＋
－
(2)实验步骤：
①按照上表中的设计，取试管、加溶液。
②__________________________________________________。
③__________________________________________________。
④__________________________________________________。
(3)结果预测：________________________________________
____________________________________________________。
(4)结论：____________________________________________
____________________________________________________。
[解析] (1)实验材料中给出了两种酶溶液，两种底物溶液，甲试管加入了蔗糖溶液和蔗糖酶溶液，另外三支试管应分别加入蔗糖溶液和淀粉酶溶液，淀粉溶液和蔗糖酶溶液，淀粉溶液和淀粉酶溶液。(2)研究的两种酶都是哺乳动物的酶，因此要保持37 ℃恒温水浴一段时间，用斐林试剂检测时应保持50～65 ℃恒温水浴。
[答案] (1)如下表所示
溶液
试管
蔗糖溶液
淀粉溶液
蔗糖酶
溶液
淀粉酶
溶液
甲
＋
－
＋
－
乙
＋
－
－
＋
丙
－
＋
－
＋
丁
－
＋
＋
－
(2)②混匀，保持37 ℃恒温水浴一段时间 ③取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，50～65 ℃恒温水浴一段时间 ④观察实验现象并记录实验结果 (3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀
(4)酶的催化作用具有专一性
课件28张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用素能提升课 酶的相关设计和分析23456789101112131415161718192021222324252627Thank you for watching !课时分层作业(十四) 降低化学反应活化能的酶
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．下列有关酶的叙述，不正确的是( )
A．所有酶都含有C、H、O、N四种元素，是由单体组成的生物大分子
B．有些酶和相应的化学试剂作用呈现紫色反应
C．活细胞产生酶的场所都是细胞质中的核糖体
D．催化反应前后酶的性质和数量不变
C [酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA，都是由单体组成的生物大分子。蛋白质和RNA都含有C、H、O、N四种元素，分别是由氨基酸、核糖核苷酸组成的。蛋白质类的酶和双缩脲试剂作用呈现紫色反应。活细胞产生蛋白质类酶的场所都是核糖体，但是RNA类酶主要是在细胞核中产生的。酶是生物催化剂，催化反应前后酶的性质和数量不变。]
2．下列操作中不可能导致淀粉酶活性发生变化的是( )
A．淀粉酶溶液中加入强酸
B．淀粉酶溶液中加入蛋白酶
C．淀粉酶溶液中加入淀粉溶液
D．淀粉酶经高温烘干制成粉剂
C [温度、pH都会影响酶活性；淀粉酶的化学本质为蛋白质，蛋白酶会将其水解，从而使其活性发生改变；淀粉酶溶液中加入淀粉溶液后，淀粉被水解，但是淀粉酶在反应前后结构和活性不变。]
3．下列有关酶的发现过程的叙述错误的是( )
A．斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验，发现了化学消化
B．巴斯德和李比希的观点既有积极意义，又有其局限性
C．毕希纳认为酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，称为酿酶
D．萨姆纳认为酶多数是蛋白质，少数是RNA
D [萨姆纳认为酶的化学本质是蛋白质，并且证明了脲酶是能够分解尿素的蛋白质。]
4．关于温度对酶活性影响的叙述错误的是( )
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被破坏的结果
B [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。]
5．在如图所示的实验中属于自变量的是( )
A．催化剂 B．过氧化氢分解的速率
C．产生气泡量 D．试管中的过氧化氢溶液的量
A [由图示可知，图中的实验处理是分别向过氧化氢溶液中加入氯化铁和过氧化氢酶溶液，Fe3＋和过氧化氢酶都能催化过氧化氢分解，因此该实验的自变量是催化剂的不同。]
6．现有三支试管A、B、C，先向各试管内加入2 mL可溶性淀粉溶液，再按图中所示步骤操作，然后分别用斐林试剂检验。下列说法中不正确的是( )
A．A和B试管对照，说明酶具有专一性
B．A和C试管对照，说明酶的活性受温度的影响
C．实验结果是B、C试管内出现砖红色沉淀
D．A和B组实验中，酶的不同种类为自变量
C [A试管和B试管对照，自变量是酶的种类，说明酶具有专一性；A试管和C试管对照，自变量是温度，说明酶的活性受温度的影响；实验结果是A试管出现砖红色沉淀。]
7．下表代表胃、小肠中有关消化液的成分及部分酶，下列说法正确的是( )
消化液名称
pH
消化液成分
胃
胃液
1～2
胃酸(HCl)、胃蛋白酶
小肠
肠液、胆汁、胰液
7～8
NaHCO3、蛋白酶、肽酶、脂肪酶、淀粉酶等
A．酶是活细胞产生的具有调节作用的有机物
B．与无机催化剂比较，酶能为生化反应提供活化能
C．胃酸(HCl)进入小肠后不会降低小肠中酶的活性
D．胃蛋白酶进入小肠后，分解蛋白质的能力增强
C [酶具有催化作用，不具有调节作用，A项错误；酶的作用是降低活化能，不是提供活化能，B项错误；胃酸(HCl)进入小肠被NaHCO3中和，不能降低小肠中酶的活性，C项正确；胃蛋白酶进入小肠后，pH不适宜，分解蛋白质的能力减弱或失活，D项错误。]
8．下图表示在最适温度和pH条件下，某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。结合影响酶催化反应速率的因素分析，下列有关说法正确的是( )
A．若在A点提高反应温度，反应速率会加快
B．若在B点增加酶的浓度，反应速率不会加快
C．若在C点增加反应物浓度，反应速率将加快
D．反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
D [因为图表示的是最适温度和pH条件下，酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系，因此，在A点提高反应温度，反应速率会减慢。BC段限制反应速率的因素是酶浓度，在B点增加酶浓度反应速率会加快。C点增加反应物浓度，反应速率不会加快。限制曲线AB段反应速率的因素是反应物浓度。]
9．如下图分别表示温度、pH与酶活性的关系，下列叙述不正确的是( )
A．曲线A上的b点对应的温度表示该酶的最适温度
B．人体内胃蛋白酶的活性与曲线B相似
C．曲线B、C说明不同的酶有不同的最适pH
D．酶活性随温度的升高而增强
D [读图知酶活性在最适温度前随温度升高而增强，过了最适温度之后就降低甚至失活。]
10．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如表所示。
试管组别
实验处理
加入3%H2O2(mL)
温度
加入试剂
试管1
2
常温
/
试管2
2
90 ℃
/
试管3
2
常温
2滴3.5%FeCl3溶液
试管4
2
常温
2滴20%肝脏研磨液
(1)在上表的实验处理中，研究了哪些自变量？________，写出一种无关变量________________。
(2)该实验用的肝脏要求新鲜是因为_______________。
(3)若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用的实验组合是________________。
(4)若试管1和试管2组成对照实验，能说明的问题是______________________。
(5)除了上述的对照实验，请再找出一组对照实验，______________________
__________________________，该对照实验说明的问题是_______________________________________________________________。
(6)上述实验中的________________是实验组、________________是对照组。
[解析] (1)由表中的实验处理可知，实验的自变量是温度和催化剂，过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液、肝脏研磨液的用量、溶液的pH等都属于无关变量。(2)肝脏放置久了，就会被微生物破坏，其中含有的过氧化氢酶被破坏，失去催化过氧化氢分解的能力。(3)若要研究生物催化剂和无机催化剂的差别，实验的自变量是催化剂种类，因此可选用表格中的试管3和试管4。(4)试管1和试管2的实验处理不同的是温度，二者比较可以说明温度对过氧化氢分解具有促进作用，其作用原理是加热使过氧化氢分子得到能量，促使其分解。(5)分析表格中实验处理，除试管1与试管2对照外，还有试管1与试管3或试管4，说明无机催化剂Fe3＋或生物催化剂过氧化氢酶都具有催化过氧化氢分解的作用；试管1与试管3、试管4对照，则可说明过氧化氢酶催化过氧化氢分解的效率比Fe3＋高。(6)上述实验中的试管2、3、4是实验组，试管1是对照组。
[答案] (1)温度、催化剂 过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液、肝脏研磨液的用量、溶液的pH(任写其一)
(2)肝脏放置时间长，过氧化氢酶会被破坏，影响实验效果 (3)试管3和试管4 (4)加热使过氧化氢分子得到能量，促使过氧化氢分解 (5)答案一：试管1和试管3 FeCl3能催化过氧化氢的分解 答案二：试管1和试管4 肝脏研磨液中的过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解 答案三：试管1、试管3和试管4 FeCl3和肝脏研磨液中的过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，且过氧化氢酶的催化效率高于FeCl3中的Fe3＋ (6)试管2、试管3和试管4 试管1
11．为验证温度对酶活性的影响，某同学设计了如下实验。请帮助他完成实验步骤并进行评价：
实验材料和用具：质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液，质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，碘液，冰块，6支试管，水浴锅，烧杯，温度计等。
实验步骤：
第一步：取3支试管分别加入2 mL淀粉溶液，分别标号为A、B、C，并分别调整到0 ℃、35 ℃、100 ℃。
第二步：________________________________________________________。
第三步：______________________________________________________。
第四步：_______________________________________________________。
实验结果：_______________________________________________________。
实验评价：
(1)该同学由此得出实验结论，35 ℃是淀粉酶的最适温度。请问这一结论是否合理？__________。如不合理应如何改进？请提出设计思路：_______________________________________________________________。
(2)该实验可否用斐林试剂检测，为什么？__________，__________________________。
[答案] 另取3支试管分别加入2 mL(等量)淀粉酶溶液，分别标号为A′、B′、C′，并分别调整到0 ℃、35 ℃、100 ℃ 待温度稳定后将A′倒入A，B′倒入B，C′倒入C，保持各组温度5 min 向三支试管中各加入1滴碘液，观察颜色变化 A、C试管出现蓝色，B试管不出现蓝色或蓝色浅 (1)不合理 以一定的温度(如5 ℃)为梯度，设置对比实验 (2)不可以 斐林试剂需要加热，会影响反应温度
12．为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。回答下列问题：
(1)三个温度条件下，该酶活性最高的是________组。
(2)在时间t1之前，如果A组温度提高10 ℃，那么A组酶催化反应的速度会________。
(3)如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量________，原因是__________________________
_______________________________________________________________。
(4)生物体内酶的化学本质是________，其特性有_______________________
_________________________________________________________________(答出两点即可)。
[解析] (1)在60 ℃条件下，反应的最终产物浓度比20 ℃和40 ℃条件下小很多，说明酶在60 ℃条件下最终失活。20 ℃与40 ℃条件下相比，40 ℃时酶促反应到达反应平衡所需的时间短，说明40 ℃条件下酶活性较高。(2)在时间t1前，如果A组温度提高10 ℃变成30 ℃，由该酶活性随温度的变化规律可知，30 ℃条件下该酶的活性大于20 ℃条件下的，那么A组酶催化反应的速度会加快。(3)t2时C组的产物浓度已不再增加，但由A和B组t2时的产物浓度可知，t2时C组底物并未全部被分解，C组产物浓度不再增加是由于C组温度条件下t2时酶已经变性失活。因此如果在时间t2时，向C组增加2倍量的底物，在其他条件不变的情况下，t3时产物的总量也不会再增加。(4)生物体内酶的化学本质绝大多数是蛋白质，极少数是RNA。酶具有高效性、专一性等特性，并且需要适宜的温度和pH等。
[答案] (1)B (2)加快 (3)不变 60 ℃条件下，t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加
(4)蛋白质或RNA 高效性和专一性
[等级过关练]
13．下图中的曲线是同一反应的酶促反应和非酶促反应曲线，相关叙述正确的是( )
A．E1是酶促反应的活化能，A和C曲线是酶促反应曲线
B．E2是酶促反应的活化能，B和D曲线是酶促反应曲线
C．E3是酶促反应的活化能，B和C曲线是酶促反应曲线
D．E2是酶促反应的活化能，A和C曲线是酶促反应曲线
D [酶能降低反应的活化能，故E2是酶促反应所需要的活化能，对应的A、C曲线是酶促反应曲线。]
14．若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是( )
A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C [在测定酶活力的实验中，需要保证pH和温度均相同且适宜，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。]
15．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( )
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点下移至0
D．过氧化氢量增加，e点不移，d点左移
B [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点不会下移至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。]
16．如图中实验装置用于研究温度对凝乳酶催化乳汁凝固的影响，先将酶和乳汁分别加入2个试管，然后将两个试管放入同一水浴环境中持续15 min，再将酶和乳汁倒入同一试管中混合，保温并记录凝乳所需要的时间。通过多次实验，记录在不同温度下凝乳所需要的时间，结果如表：
装置
A
B
C
D
E
F
水浴温度( ℃)
10
20
30
40
50
60
凝乳时间(min)
很长
7.0
4.0
1．5
4.0
不凝固
(1)解释以下两种处理对实验结果的影响。
①将装置A中的混合物加温至40 ℃，乳汁凝固时间如何变化？__________，原因是_____________________________________________________________。
②将装置F中的混合物冷却至40 ℃，乳汁凝固时间__________，原因是_______________________________________________________________。
(2)若将酶和乳汁先混合再进行F组实验，实验结果会不准确，原因是_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)根据表格简要写出探究该酶催化作用的最适温度的实验思路：_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)①低温不破坏酶的空间结构，在一定范围内升高温度，酶的活性可以发挥出来，由表格可知，该酶的最适温度在40 ℃左右，因此如果将A组的水温逐渐提高至40 ℃，酶活性提高，乳汁凝固时间明显缩短。②高温破坏酶的空间结构使酶永久失活，即使降低温度，酶的活性也不能恢复，装置F组中的酶已经失活，将F组混合物冷却至40 ℃，乳汁凝固时间不变(不能凝固)。(2)酶具有高效性，若将酶和乳汁先混合再进行F组实验，会因为发生凝固反应而使实验结果不准确。(3)分析表格数据可知，该酶催化作用的最适温度在30～50 ℃之间，若探究该酶催化作用的最适温度，应在30～50 ℃范围内设置更小的温度梯度，其他条件不变，重新进行实验，凝乳时间最短对应的温度接近最适温度。
[答案] (1)①明显缩短 40 ℃时凝乳酶活性较高，乳汁凝固时间较短 ②乳汁没有凝固 60 ℃时凝乳酶已失活，将温度降至40 ℃时凝乳酶不会恢复活性 (2)酶具有高效性，酶与乳汁一旦混合就可能发生凝乳反应 (3)在30～50 ℃范围内设置更小的温度梯度，其他条件不变，重新进行实验，凝乳时间最短对应的温度接近最适温度
课时分层作业(十五) 细胞的能量“货币”ATP
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．下列与人体细胞内ATP有关的描述，正确的是( )
A．ATP主要在线粒体生成
B．它含有3个特殊的化学键
C．是生物的主要能源物质
D．细胞内储存大量的ATP，以供生理活动需要
A [线粒体是有氧呼吸的主要场所。]
2．下列关于ATP的叙述，正确的是( )
A．腺苷三磷酸可简写为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特殊的化学键中
D [腺苷三磷酸的结构简式为A—P～P～P；ATP分子中的特殊的化学键储存着大量的能量。]
3．当其他条件均可满足时，20个腺苷和60个磷酸最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学键个数分别是( )
A．20个和30个 B．20个和40个
C．40个和40个 D．40个和60个
B [一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸、2个特殊的化学键。20个腺苷，对应60个磷酸，即只能形成20个ATP分子，共含有40个特殊的化学键。]
4．下列关于ATP分子的叙述错误的是( )
A．ATP中含有一个核糖和一个含氮碱基
B．ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP
C．ATP中的两个特殊的化学键储存有大量能量
D．ATP断裂了所有特殊的化学键后可作为合成核糖核酸的基本原料
B [ATP由一分子腺苷和3分子磷酸基团组成，一分子腺苷包括一分子核糖和一分子腺嘌呤。当ATP脱去所有特殊的化学键后就是AMP，AMP为腺嘌呤核糖核苷酸，可作为合成核糖核酸的基本原料。]
5．科学家研究发现，向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液，肌肉不收缩；向同一条肌肉上滴ATP溶液，肌肉很快就发生明显的收缩现象。这种现象说明了( )
A．葡萄糖是生物体生命活动的能源物质
B．ATP是生物体生命活动的能源物质
C．葡萄糖是生物体生命活动的直接能源物质
D．ATP是生物体生命活动的直接能源物质
D [题干所述现象表明葡萄糖不能直接供给生命活动能量而ATP可以，说明ATP是生物体生命活动的直接能源物质。]
6．生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是( )
A．太阳能、糖类、ATP B．ATP、糖类、脂肪
C．ATP、脂肪、太阳能 D．ATP、糖类、太阳能
D [生物体内生命活动的直接能源物质是ATP，主要能源物质是糖类，最终能源物质是太阳能。]
7．下列关于ATP的叙述不正确的是( )
A．动物细胞中合成ATP所需的能量来自糖类等能源物质中的化学能
B．植物细胞中合成ATP所需的能量全部来自光反应固定的太阳能
C．温度的突然变化会影响ATP与ADP相互转化的速率
D．细胞呼吸过程产生的ATP是供应细胞生命活动的直接能源
B [植物细胞中合成ATP所需的能量来自光合作用和呼吸作用。]
8.如图①②代表物质M、N间的相互转化过程，则( )
A．萤火虫体内的能量c可来源于光能
B．吸能反应一般和物质M的合成相联系
C．能量d用于过程①时大部分以热能形式散失
D．M、N间的相互转化是生物界共有的能量供应机制
D [萤火虫体内的能量c主要来自呼吸作用，不能来源于光能，A错误；吸能反应消耗ATP，和物质N的合成相联系，B错误；能量d可用于各项生命活动，和过程①没有关系，C错误；M、N间的相互转化是生物界共有的能量供应机制，D正确。]
9．下列有关ATP的叙述，不正确的是( )
A．绿色植物体内合成的ATP可来自光合作用、呼吸作用
B．ATP转化成ADP的过程中需要酶的参与
C．ATP的组成中与脂肪酶相同的元素只有C、H、O
D．正常细胞中ATP与ADP之间的转化处于动态平衡
C [绿色植物细胞既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，合成的ATP来自光合作用和呼吸作用，A项正确；ATP转化成ADP的过程中需要ATP水解酶的参与，B项正确；ATP的组成元素是C、H、O、N、P，脂肪酶的化学本质是蛋白质，主要组成元素是C、H、O、N，所以二者的组成中相同的元素是C、H、O、N，C项错误；正常细胞中ATP与ADP之间的转化是时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中的，D项正确。]
10．下图是腺苷三磷酸的分子结构。请据图回答下列问题：
(1)每1分子的ATP是由__________________组成的。
(2)ATP中的A表示____________。
(3)图中方框中的物质名称是____________。
(4)ATP的分子结构简式可以写成____________。
(5)把萤火虫的尾部组织取下，过一段时间荧光就消失了。如果滴一滴ATP溶液，荧光将恢复，这说明萤火虫发出荧光所需能量是____________转化的，可以用反应式____________________表示。
[解析] ATP中的A是由腺嘌呤和核糖构成的腺苷，即图中方框所示。ATP是生物体生命活动的直接能源物质，萤火虫发出的荧光以及肌肉收缩所需能量直接由ATP提供。
[答案] (1)1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸 (2)腺苷 (3)腺苷 (4)A—P～P～P (5)ATP中的化学能 ATPADP＋Pi＋能量
11．如图是有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图，据图回答下列问题：
(1)1分子ATP中含有________个特殊的化学键。
(2)图中的a、b代表的生理过程分别是______、______。
(3)若动物和人产生的能量可以用于c，则c指________。
(4)在动物肌细胞中，进行②反应时，释放的能量来自_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(5)①②反应进行时所需要的酶________(填“相同”或“不同”)，原因是_______________________________________________________________。
(6)进行①反应时能量用于________，进行②反应时能量用于________________，由此可见在ATP与ADP的相互转化中能量是________，物质是________。
[解析] (1)每个ATP分子中三个磷酸基团之间形成了2个特殊的化学键。(2)图中a表示动植物都能进行的产能过程即呼吸作用，绿色植物还能通过光合作用产能，所以b为光合作用。(3)ATP水解产生的能量用于各项生命活动，即c。(4)动物肌细胞中，②过程产生的能量来自ATP中远离腺苷的特殊的化学键的断裂。(5)反应①②中酶是不同的，因为它是两个不同的反应且酶具专一性，而且其作用的场所不同。(6)①反应为ATP的合成反应，其能量储存在ATP中。②反应为ATP的水解反应，释放的能量用于生物体的各项生命活动。在ATP与ADP的相互转化中，物质是可逆的，但能量不可逆。
[答案] (1)2 (2)呼吸作用 光合作用 (3)生命活动 (4)远离腺苷的特殊的化学键中的化学能 (5)不同 ①和②是两个不同的反应，而酶具有专一性 (6)合成ATP 各项生命活动 不可逆的 可逆的
12．下图表示ATP水解产生ADP的过程，请回答下列问题：
(1)ATP脱去2个磷酸基团后可作为__________(填物质名称)的基本组成单位中的一种。
(2)图中①为__________，其中蕴藏着__________。
(3)图中②为________________________的过程，其作用是_______________________________________________________________。
(4)图示过程中未标出的另一种反应物是__________，催化该过程的酶与催化ATP再生时的酶__________(填“是”或“不是”)同一种酶。
[解析] 根据ATP的结构简式可知，①是特殊的化学键，ATP去掉2个磷酸基团后就是腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA基本组成单位的一种。特殊的化学键的水解为生命活动提供能量。在ATP形成ADP过程中需要水参与，ADP形成ATP时有水产生。
[答案] (1)RNA (2)特殊的化学键 大量化学能
(3)特殊的化学键水解释放能量 为生命活动提供能量
(4)水 不是
[等级过关练]
13．在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，该现象不能说明( )
A．ATP中远离A的磷酸基团容易脱离
B．部分32P标记的ATP是重新合成的
C．ATP是细胞内的直接能源物质
D．该过程中ATP既有合成又有分解
C [短期内分离出细胞的ATP，部分末端磷酸基团已带上放射性标记，说明有新的ATP形成，但含量变化不大，说明ATP有分解，短期内既存在ATP的合成，也存在ATP的分解，其原因是ATP中远离A的磷酸基团容易脱落和结合。本实验不能证明ATP是细胞中的直接能源物质。]
14．下列有关ATP结构简图的叙述，正确的是( )
A．图中的A代表腺苷，b、c为特殊的化学键
B．a是组成DNA的基本单位之一
C．ATP是生物体内的储能物质
D．“ATP”中的“A”与RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
D [图中A代表的是腺嘌呤；a是组成RNA的基本单位之一；ATP是生命活动的直接能源物质，不是储能物质；“ATP”中的“A”代表腺苷，RNA中的碱基“A”代表腺嘌呤。]
15．下列有关ATP的叙述，错误的是( )
A．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B．图中两次ATP的水解，后者能量可用于各项生命活动
C．图中两次合成ATP，前者能量来源于光能
D．ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成
D [细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生，并且处于动态平衡，保证了机体对能量的需求，A项正确；图中两次ATP的水解，前者能量储存在有机物中，后者能量可用于各项生命活动，B项正确；图中两次合成ATP，前者ATP的合成是通过光合作用，所需能量来源于光能，C项正确；ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤核苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成，D项错误。]
16．科学家在研究钠通过细胞膜的运输方式时，做了下述实验：先向枪乌贼神经纤维里注入微量的放射性同位素24Na，不久检测到神经纤维周围溶液中存在24Na。如果在神经纤维膜外溶液中先后加入某药物和ATP，测得神经纤维周围溶液中24Na的量变化如图所示，则：
(1)据图可知，加入某药物后，溶液中24Na的量________；而加入ATP后，溶液中24Na的量________________。
(2)由此可见，神经纤维排出24Na需要消耗________，通过细胞膜的方式是________。
(3)某药物的作用机理是___________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)若将图中纵坐标改为“细胞中24Na的量”，请画出相应的曲线以表示细胞中24Na量的变化(注入神经纤维中24Na的总量为2)。
[解析] 分析曲线可知，纵坐标表示溶液中24Na的含量变化。由题干信息可知，向枪乌贼的神经纤维内注入24Na后，能在溶液中检测到24Na，说明神经纤维向外排放24Na，且加入某药物后，24Na停止排放，再加入ATP，24Na又恢复向外排放，一方面说明了24Na通过细胞膜需要消耗ATP，为主动运输，另一方面也可推断出某药物通过抑制ATP的合成从而阻断了24Na的外流。
[答案] (1)不变 增加 (2)ATP 主动运输 (3)抑制了ATP的合成(或阻碍了细胞呼吸) (4)如下图
课时分层作业(十六) 细胞呼吸的原理和应用
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．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处发生丙酮酸的分解
B．①处产生ATP
C．②处产生CO2
D．③处发生[H]与O2的结合反应
B [①②③分别表示线粒体内外膜间隙、线粒体基质、嵴。丙酮酸分解产生CO2发生在②线粒体基质中；[H]与O2的结合反应在嵴上完成；物质氧化分解过程不能在①处进行，①处也不能产生ATP。]
2．在人体细胞呼吸过程中，关于[H]的来源和用途的叙述，最准确的是( )
选项
呼吸类型
[H]的来源
[H]的用途
A
有氧呼吸
只来源于葡萄糖
用于生成水
B
有氧呼吸
来源于葡萄糖和水
用于生成水
C
无氧呼吸
来源于葡萄糖和水
用于生成乳酸
D
无氧呼吸
只来源于葡萄糖
用于生成酒精
B [有氧呼吸过程中[H]来自葡萄糖和水，在第三阶段与氧结合生成水；人或动物细胞无氧呼吸过程中[H]只来源于葡萄糖，用于生成乳酸。]
3．某同学画了一个人体内的部分代谢过程示意图，图中产生ATP的途径及一处错误的地方是( )
A．①②③④、人体内无③过程
B．①②③④、人体内无②过程
C．①③④、人体内无③过程
D．①④、人体内无②过程
D [有氧呼吸三个阶段都能产生ATP，无氧呼吸第一阶段能产生ATP；图中①指细胞呼吸第一阶段，②是产酒精的无氧呼吸第二阶段，③是产乳酸的无氧呼吸第二阶段，④是有氧呼吸第二、三阶段，故图中能合成ATP的途径有①④过程。人体细胞可进行有氧呼吸，有时进行产乳酸的无氧呼吸，但人体不能进行产酒精的无氧呼吸，故一处错误是②过程。答案选D。]
4．下图表示的是有氧呼吸过程。下列有关说法正确的是( )
A．①②③中数值最大的是①
B．产生①②的场所是线粒体
C．④代表的物质是氧气
D．乳酸菌能完成图示全过程
C [有氧呼吸第三阶段释放的能量最多，故①②③中数值最大的是③，A错误；产生①的场所是细胞质基质，B错误；④代表的物质是氧气，C正确；乳酸菌为厌氧菌，不能完成图示全过程，D错误。]
5．测得苹果果实在一段时间内，CO2的释放量比O2的吸收量大，由此推测果实( )
A．有氧呼吸占优势
B．有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖相等
C．无氧呼吸占优势
D．既进行无氧呼吸又进行有氧呼吸
D [苹果吸收氧气，说明进行有氧呼吸。根据有氧呼吸的反应式：C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋能量，CO2的释放量等于O2的吸收量。现CO2的释放量比O2的吸收量大，说明部分CO2是无氧呼吸释放的。]
6．如图是探究酵母菌细胞呼吸方式实验装置，下列叙述错误的是( )
A．①中加入NaOH溶液是为了清除空气中的CO2
B．②中的葡萄糖是酵母菌细胞呼吸的底物
C．②中酵母菌只能在有氧条件下生存
D．③中加入澄清的石灰水用于检测②中是否有CO2产生
C [酵母菌是兼性厌氧型微生物。]
7．下列有关“探究酵母菌的呼吸方式”实验的叙述错误的是( )
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混浊来判断酵母菌的呼吸方式
D [由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2，但有氧呼吸产生CO2速率快，可通过观察澄清石灰水变混浊程度来判断酵母菌的呼吸方式，而不是通过观察石灰水是否变混浊。所以D项错误。]
8．(2019·全国卷Ⅲ)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发，得到n株黄化苗。那么，与萌发前的这n粒干种子相比，这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为( )
A．有机物总量减少，呼吸强度增强
B．有机物总量增加，呼吸强度增强
C．有机物总量减少，呼吸强度减弱
D．有机物总量增加，呼吸强度减弱
A [种子在黑暗中萌发得到黄化苗，该过程中细胞代谢增强，呼吸强度增加，由于整个过程中不能进行光合作用，而且细胞呼吸需要消耗有机物，所以有机物总量减少，A正确，B、C、D错误。]
9．下列关于细胞呼吸及其应用的叙述，正确的是( )
A．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合产生水
B．质量相同时，脂肪比糖原氧化分解释放的能量多
C．马铃薯块茎无氧呼吸产生乳酸，最终有[H]的积累
D．松土有利于根系细胞吸收无机离子和水分
B [有氧呼吸产生的[H]在线粒体内膜与氧结合产生水，A错误。脂肪的C、H比例高，因此质量相同时，脂肪比糖原氧化分解释放的能量多，B正确。马铃薯块茎无氧呼吸第一阶段产生的[H]与丙酮酸结合产生了乳酸，最终没有[H]的积累，C错误。松土可增加氧气供应，促进有氧呼吸产生更多能量，有利于根系细胞吸收无机离子，而水可通过渗透作用吸收，不消耗能量，D错误。]
10．下图表示生物体内葡萄糖的代谢过程，其中A、B、C、D代表物质名称，①②③④表示过程，请据图回答：
(1)A、B、D分别代表______________________________________________，
④过程进行的场所是________。
(2)在①②③④过程中，有能量释放的过程是________(填序号)，有O2参与的过程是________(填序号)。
(3)小麦长期被水淹会死亡，其主要原因是___________________________
_______________________________________________________________。
(4)写出①②过程的总反应式：_____________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] 图中①为细胞呼吸的第一阶段，②为有氧呼吸的第二、三阶段，③和④为无氧呼吸的第二阶段；图中的A和B都代表二氧化碳，C代表丙酮酸，D代表乳酸。无氧呼吸的场所是细胞质基质，无氧呼吸的第二阶段不释放能量。
[答案] (1)CO2、CO2、乳酸 细胞质基质 (2)①② ② (3)无氧呼吸产生的酒精会导致小麦烂根
(4)C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量
11．将某种微生物放在含等量葡萄糖溶液的4支试管中培养，通入不同浓度的O2后，在同一时刻测得其产生的CO2与C2H5OH的量如下表，请分析并回答下列问题：
O2浓度
a
b
c
d
CO2
9
12.5
15
30
酒精
9
6.5
x
0
(1)该微生物的呼吸作用类型是____________，判断依据是_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)当O2浓度为c时，如何鉴定该微生物是否进行了无氧呼吸？_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)若当O2浓度为c时，有2/3的葡萄糖用于酒精发酵，则产生的酒精的量是________________。
(4)该微生物在进行无氧呼吸时，不能产生乳酸的原因是_______________________________________________________________。
[解析] (1)在O2浓度为a和b时，均产生酒精，说明该微生物可进行无氧呼吸；当O2浓度为d时，不产生酒精，说明该微生物可进行有氧呼吸，所以该微生物的呼吸类型为有氧呼吸和无氧呼吸。(2)结合题目信息可知，该微生物无氧呼吸的产物是CO2与酒精，而有氧呼吸与无氧呼吸均能产生CO2，所以应该以是否产生酒精作为判断该微生物是否进行了无氧呼吸的依据，橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下可与酒精反应，变成灰绿色。(3)设共消耗葡萄糖X，则2X/3的葡萄糖发酵可产生4X/3的CO2和4X/3的酒精，其余X/3的葡萄糖用于有氧呼吸可产生2X的CO2，所以4X/3＋2X＝15，得X＝4.5，因此产生的酒精的量为6。(4)不同生物无氧呼吸途径不同的原因是酶的种类不同。
[答案] (1)兼性厌氧型 在O2浓度为a和b时，均产生酒精，说明该微生物可进行无氧呼吸；在O2浓度为d时，不产生酒精，说明该微生物可进行有氧呼吸
(2)在酸性条件下，向试管中加入橙色的重铬酸钾溶液，观察是否变成灰绿色 (3)6
(4)细胞内没有催化形成乳酸的酶
[等级过关练]
12．下列有关植物细胞呼吸作用的叙述，正确的是( )
A．分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
B．若细胞既不吸收O2也不放出CO2，说明细胞已停止无氧呼吸
C．适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗
D．利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数不同
C [分生组织细胞进行旺盛的分裂，呼吸速率通常比成熟组织细胞的大，A错误；若细胞既不吸收O2也不放出CO2，可能是产生乳酸的无氧呼吸，如马铃薯块茎、甜菜块根，B错误；适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗，C正确；利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数相同，D错误。]
13．某染料(氧化型为无色，还原型为红色)可用于种子生活力的鉴定。某同学将吸胀的小麦种子平均分成甲、乙两组，并进行染色实验来了解种子的生活力，结果如表所示。
分组
甲组
乙组
处理
种子与染料混合保温
种子煮沸后与染料混合保温
结果
种子中的胚呈红色
种子中的胚未呈红色
下列叙述错误的是( )
A．甲组的胚发生了氧化还原反应
B．呼吸作用产生的NADH使染料变成红色
C．乙组胚细胞膜上的载体蛋白能将染料运出细胞
D．种子中胚细胞代谢活动的强弱会影响染色效果
C [依题意，染料可用于种子生活力的鉴定，染料若氧化呈无色，被还原就呈红色，活细胞有细胞呼吸产生还原剂，染料被还原，故呈红色，而死种子没有代谢，不能将染料还原；甲组细胞是活细胞，胚会发生氧化还原反应，A正确；呼吸作用产生的NADH作为还原剂使染料变成红色，B正确；乙组中的种子煮沸后细胞已经死亡，细胞膜上的载体蛋白变性失活，细胞失去了选择透过性，不能将染料运出细胞，C错误；依题意“染料可用于种子生活力的鉴定”可知，种子中胚细胞代谢活动的强弱会影响染色效果，D正确。]
14．细胞呼吸原理广泛用于生产实践中。下表中有关措施与对应目的不搭配的是( )
选项
应用
措施
目的
A
储存种子
晒干
降低自由水含量，降低细胞呼吸
B
乳酸菌制作酸奶
先通气，后密封
加快乳酸菌繁殖，有利于乳酸发酵
C
水果保鲜
低温
降低酶的活性，降低细胞呼吸
D
栽种庄稼
疏松土壤
促进根有氧呼吸，利于吸收矿质离子
B [种子的储藏，必须降低含水量，使种子处于风干状态，从而使呼吸作用降至最低，以减少有机物的消耗，A正确；乳酸菌是严格厌氧的微生物，所以整个过程要严格密封，B错误；水果保鲜的目的既要保持水分，又要降低呼吸作用，所以低温是最好的方法，C正确；植物根对矿质元素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，从而为根吸收矿质离子提供更多的能量，D正确。]
15．为探究高浓度CO2对冷藏水果细胞呼吸的影响，研究人员将等量新鲜蓝莓分别置于两个密闭的冷藏箱中，一个冷藏箱中只有普通空气(未处理组)，另一个加入等量的含高浓度CO2的空气(CO2处理组)，两组都在4 ℃条件下储藏。以后每10 d取样一次，测定其单位时间内CO2释放量(mol)和O2吸收量(mol)，计算二者的比值得到如图所示曲线(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。
回答下列问题：
(1)实验过程中，0～10 d内蓝莓细胞呼吸产生ATP最多的场所是__________；10 d后未处理组蓝莓细胞呼吸的产物除了CO2外，还有__________；20 d后CO2处理组蓝莓细胞产生CO2的场所是____________________。
(2)实验结果显示，10 d后未处理组蓝莓的CO2/O2的值逐渐增大，出现这种结果的原因_________________________________。根据实验结果推测，高浓度CO2处理对蓝莓细胞的无氧呼吸有明显的____________________________________________________作用。
[解析] (1)实验过程中，0～10 d内两组中CO2释放量和O2吸收量的比值等于1，说明两组蓝莓细胞都只进行有氧呼吸，因此蓝莓细胞呼吸产生ATP最多的场所是线粒体内膜(有氧呼吸的第三阶段)；10 d后未处理组中CO2释放量和O2吸收量的比值大于1，说明蓝莓细胞既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸，因此产物除了CO2外，还有水和酒精；20 d后CO2处理组蓝莓细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，因此产生CO2的场所是线粒体基质和细胞质基质。
(2)实验结果显示，10 d后未处理组中CO2/O2的值逐渐增大，出现这种结果的原因是密闭冷藏箱中O2浓度逐渐降低，蓝莓细胞有氧呼吸逐渐减弱而无氧呼吸逐渐增强。根据题干信息可知，“CO2处理组加入等量的含高浓度CO2的空气”，而曲线中处理组的CO2释放量和O2吸收量的比值低于未处理组，说明高浓度CO2处理对蓝莓细胞的无氧呼吸有明显的抑制作用。
[答案] (1)线粒体内膜 水和酒精 线粒体基质和细胞质基质
(2)密闭冷藏箱中O2浓度逐渐降低，蓝莓细胞有氧呼吸逐渐减弱而无氧呼吸逐渐增强 抑制
16．为探究酵母菌的细胞呼吸，将酵母菌破碎并进行差速离心处理，得到细胞质基质和线粒体，与酵母菌分别装入A～F试管中，加入不同的物质，进行了如下实验(见下表)。
试管编号
加入的物质
细胞质基质
线粒体
酵母菌
A
B
C
D
E
F
葡萄糖
－
＋
－
＋
＋
＋
丙酮酸
＋
－
＋
－
－
－
氧气
＋
－
＋
－
＋
－
注：“＋”表示加入了适量的相关物质，“－”表示未加入相关物质。
(1)会产生CO2和H2O的试管有____________，会产生酒精的试管有____________，根据试管__________的实验结果可判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所。(均填试管编号)
(2)有氧呼吸产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水。2，4－二硝基苯酚(DNP)对该氧化过程没有影响，但使该过程所释放的能量都以热能的形式耗散，表明DNP使分布在________________的酶无法合成ATP。若将DNP加入试管E中，葡萄糖的氧化分解________(填“能”或“不能”)继续进行。
[解析] (1)在有酵母菌和细胞质基质的试管中，酵母菌可将葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，有氧气时可在含有有线粒体的试管中将丙酮酸和[H]彻底氧化分解产生CO2和H2O，无氧气时可在含有细胞质基质的试管中将葡萄糖不彻底地氧化分解产生酒精和CO2，故C、E试管中均可产生CO2和H2O，B、F试管中均可产生酒精。F试管中细胞质基质和线粒体未分开，无法确定无氧呼吸的场所，而与B、D试管的结果进行对比，能确定酵母菌进行无氧呼吸的场所是细胞质基质。
(2)[H]在线粒体内膜上有关酶的作用下，与氧气发生一系列反应形成水，DNP对该过程没有影响，但能影响线粒体内膜上ATP合成酶的活性，从而使能量未用于合成ATP，都以热能的形式散失；试管E中可发生有氧呼吸全过程，加入DNP后，该过程不受影响，但影响ATP的合成。
[答案] (1)C、E B、F B、D、F
(2)线粒体内膜 能
课时分层作业(十七) 捕获光能的色素和结构
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．把叶绿素提取液放在自然光源和三棱镜之间，从镜的另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是( )
A．红光和蓝紫光 B．黄光和蓝紫光
C．绿光和红光 D．黄光和绿光
A [叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。]
2．吸收光能的色素分布在( )
A．叶绿体的外膜上 B．类囊体的薄膜上
C．叶绿体的内膜上 D．叶绿体的基质中
B [叶绿体中吸收光能的色素分布在类囊体的薄膜上。]
3．叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是( )
A．相对分子质量最小
B．相对分子质量最大
C．在层析液中的溶解度最小
D．在层析液中的溶解度最大
C [色素分离的原理是根据不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液扩散得快，溶解度小的随层析液扩散得慢，层析时随层析液在滤纸上的扩散而分开。]
4．叶绿体中不含有的成分是( )
A．DNA和RNA B．与光合作用有关的酶
C．色素 D．与呼吸作用有关的酶
D [在叶绿体基质中含有少量的DNA和RNA，类囊体薄膜上含有光合色素，与光合作用有关的酶存在于类囊体薄膜上和基质中，因此叶绿体是进行光合作用的场所。叶绿体不能进行呼吸作用，也就是说叶绿体内不含有与呼吸作用有关的酶。]
5．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因不可能是( )
A．未加石英砂，研磨不充分
B．一次加入大量的无水乙醇提取
C．分次加入少量无水乙醇提取
D．使用放置数天的菠菜叶
C [此题考查绿叶中色素的提取和分离。实验中收集到的滤液绿色过浅，一方面可能是绿叶放置时间过长，叶绿素分解了或研磨不充分；另一方面可能是加入的溶剂过多，不会是分次加入少量无水乙醇提取所致。]
6．关于叶绿素的叙述，错误的是( )
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
D [叶绿素主要是叶绿素a和叶绿素b，叶绿素中都含有镁元素，A正确。叶绿素吸收的光能可用于光合作用，B正确。叶绿素a和叶绿素b在红光区吸收峰值不同，叶绿素a较高，C正确。植物呈现绿色是由于叶绿素不能吸收绿光，D错误。]
7.下列是关于绿叶中色素的提取和分离实验的几种说法，其中正确的是( )
A．色素提取的原理是色素在层析液中的溶解度不同
B．研磨叶片时加CaCO3的作用是使研磨更加充分
C．色素分离的结果可以用右图表示(1、2、3、4分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b)
D．层析液可用93号汽油代替
D [色素提取的原理是色素能溶解于有机溶剂，而分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同；研磨叶片时加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏；色素分离的结果如图中所示，1、2、3、4分别表示的是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素；93号汽油在化学性质上与层析液相似。]
8．关于叶绿体色素的叙述错误的是( )
A．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光
B．绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同
C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素
D．乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能
D [叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，A正确；叶绿体中叶绿素含量约为3/4，类胡萝卜素含量约为1/4，B正确；不同色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸条上的扩散速率不同，可用纸层析法对其进行分离，C正确；乙醇提取的叶绿素只要结构没有被破坏，仍可以吸收光能。]
9．如图表示绿叶中的色素的提取和分离实验中纸层析的结果，据图判断用作实验材料的叶片颜色为( )
A．红色 B．黄色
C．绿色 D．紫色
B [本题主要考查绿叶中的色素提取和分离实验及滤纸条上各色素带的位置，粗细(含量)以及颜色等方面的相关知识。在绿叶中的色素的提取和分离实验中，滤纸条上的四条色素带距点样处的距离由近及远分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，由图可知，叶绿素含量比类胡萝卜素含量少，用作实验材料的叶片应呈黄色，B选项正确。]
10．下面是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具。据图回答：
① ② ③ ④
(1)图中步骤①加入研钵内的物质为A.________10 mL，作用是________；B.________少许，作用是使研磨充分；C.________少许，作用是________________。
(2)图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有____________。
(3)图中步骤③剪去两角的作用是________________，画滤液细线的要求是_______________________________________________________________。
(4)图中步骤④中加盖的目的是________________；色素带最宽的是________，扩散速度最快的是________。
(5)秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量约3/4的________和________分解，从而显示出________和________的颜色。
[解析] (1)研磨时需要加入3种物质：10 mL无水乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅，作用是可以增大摩擦力，以便充分研磨使细胞和叶绿体破碎；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素被破坏，研磨时需要加入少许碳酸钙来中和有机酸。(2)过滤研磨液时，漏斗基部通常使用单层尼龙布而不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。(3)剪去滤纸两角的作用是防止两边色素扩散过快。画滤液细线的要求是细、齐、直。(4)4种色素在层析液中溶解度不同导致各种色素在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离色素的目的。由于层析液有毒，且可以挥发，所以要加盖。色素带的宽度不同是由各种色素含量不同造成的，且色素的含量越多，色素带越宽。一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a的色素带最宽。(5)叶绿素不稳定，易分解，而叶黄素和胡萝卜素较稳定，故秋天树叶会由绿变黄。
[答案] (1)无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙 防止色素被破坏 (2)单层尼龙布 (3)防止色素带扩散不整齐 细、齐、直 (4)防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素 (5)叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
11．分析下图，认识叶绿体的结构和功能，并完成相关问题：
(1)叶绿体是进行光合作用的场所。与光合作用有关的色素在[ ]____________上。
(2)与线粒体相比较，在结构上的相同点是_________________________
____________________，不同点是________________________________
_______________________________________________________________。
(3)结构总是与功能相适应，试分析叶绿体的结构与功能的关系_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)在叶绿体结构中，类囊体薄膜上分布有与光合作用有关的色素。(2)叶绿体和线粒体均为双层膜细胞器，线粒体内膜形成嵴，叶绿体有囊状结构。(3)叶绿体膜面积的增大，有利于光合作用的进行。
[答案] (1)2 类囊体薄膜
(2)都有双层膜结构，都有基质 叶绿体内膜光滑，线粒体内膜形成嵴，叶绿体有囊状结构，线粒体无囊状结构
(3)类囊体和基粒数目多，扩大了受光面积，有利于进行光合作用
[等级过关练]
12．关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．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
D．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 [提取绿叶中色素的原理是叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂，如无水乙醇中，A项正确。叶绿素分子中含有镁元素，镁元素可以由植物根细胞通过主动运输方式从土壤溶液中吸收，也可以在叶面施肥后由叶片吸收，B项正确。叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用，其中吸收的主要是可见光中的红光和蓝紫光，红外光和紫外光不属于可见光，C项错误。叶绿素的合成需要光，在黑暗条件下叶绿素不能合成，黑暗中生长的植物幼苗叶片主要呈现类胡萝卜素(叶黄素和胡萝卜素)的颜色，即幼苗叶片表现为黄色，D项正确。]
13．以下四图(虚线表示林中空地的光谱，实线表示林下的光谱)中，能反映阳光经上层叶片对光的吸收后，透到林下的光波组成的是( )
A [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。当阳光经上层叶片对光的吸收后，透到林下的光波组成中，红光和蓝紫光的量明显减少，A项正确。]
14．学生利用新鲜菠菜叶进行绿叶中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是( )
A．甲可能误用蒸馏水做提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C．丙是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
C [甲的实验结果是没有分离出色素，色素不溶于水，因此推测可能是误用蒸馏水做提取液和层析液。乙的结果分离出了色素，但含量少，可能是研磨时未加入SiO2。丙图分离出了色素，但根据四种色素与点样处的距离与正常操作时四种色素的正常含量不对应。丁的实验结果胡萝卜素和叶黄素的含量正常，叶绿素的含量很少，可能是因为研磨时未加入CaCO3。]
15．美国科学家恩格尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体)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，结果如下图所示：
A．黑暗中B．白光下 ．不同颜色的光点下
(1)描述B情况下细菌的分布情况如何？_____________________________
_______________________________________________________________，
如此分布是因为光合作用释放了________。
(2)该实验证实了光合作用的场所是________，吸收光能的色素和与光合作用有关的酶分别分布在____________________、________________。
(3)恩格尔曼进行装置C的实验的目的是什么？
________________________________________________________________，
在________点的细菌特别多。
[解析] (1)白光的光质较为均匀，好氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。(2)通过螺旋状的叶绿体与好氧细菌的关系可以看出进行光合作用的位置在叶绿体上，色素分布在叶绿体的类囊体的薄膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中。(3)C实验中自变量是光质，主要有红、绿、蓝三区，而在红光和蓝光点的好氧细菌远远多于绿光点的。
[答案] (1)细菌集中在叶绿体周围 O2
(2)叶绿体 类囊体的薄膜上 类囊体上和基质中
(3)找出不同颜色的光对光合作用的影响 红光和蓝光
16．某科研人员研究不同遮光处理对白桦光合作用生理特性的影响结果如图。
(1)叶片中叶绿素含量是维持植物正常光合作用的主要指标，叶绿素主要存在于白桦叶片的________________(具体部位)，通过上图的结果发现白桦叶绿素含量随____________而增加，提高了白桦在弱光环境下的捕光能力。研究发现植物体内的叶绿素处于不断的合成和分解中。请从该角度去解释叶绿素含量增加的原因：__________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)叶绿素b/叶绿素a的值可作为植物利用弱光能力的判断指标，研究人员发现遮光处理增大了白桦叶绿素b/叶绿素a的值。通过高中课本________________实验可以验证该结论。你的实验证据是____________________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)叶绿素分布在叶绿体类囊体的薄膜上。由图读出叶绿素含量随遮光程度的增加而增加。叶绿素含量的增加，可从叶绿素的合成和分解两个角度分析。(2)通过色素的提取和分离实验，比较遮光组和全光组叶片色素提取和分离后，黄绿色色素带(叶绿素b)与蓝绿色色素带(叶绿素a)宽度的比值可证明遮光处理增大了白桦树叶片中叶绿素b/叶绿素a的值。
[答案] (1)叶绿体类囊体薄膜 遮光程度的增加
叶绿素的合成量变化不大，分解量减少(或叶绿素的合成量增加，分解量变化不大或叶绿素的合成量增加，分解量减少)
(2)色素的提取和分离 滤纸条上黄绿色的色素带宽度与蓝绿色的色素带宽度的比值遮光组大于非遮光组
课时分层作业(十八) 光合作用的原理和应用
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．下列物质中，可以在叶绿体类囊体薄膜上被消耗的有( )
A．水、二氧化碳、ATP B．氧气、水、ATP
C．水、ADP、Pi D．ADP、C3、水
C [在叶绿体类囊体薄膜上发生的是光反应，该过程有ATP的形成和水的光解。]
2．在光合作用中，不需要酶参与的过程是( )
A．CO2的固定 B．叶绿素吸收光能
C．三碳化合物的还原 D．ATP的形成
B [色素分子吸收光能的过程中不需要酶的催化。]
3.右图所示为叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化。下列叙述不正确的是( )
A．图中的①是植物吸收的水分子
B．光合色素都分布在结构②上
C．光能转变为[H]和ATP中的化学能
D．[H]、O2和ATP都能用于暗反应
D [光反应产生的[H]和ATP用于暗反应，O2释放出去或被线粒体利用。]
4．在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是( )
A．ATP和ADP同时由类囊体向叶绿体基质运动
B．ATP和ADP同时由叶绿体基质向类囊体运动
C．ATP由类囊体向叶绿体基质运动，ADP的运动方向则相反
D．ADP由类囊体向叶绿体基质运动，ATP的运动方向则相反
C [在叶绿体中，ATP在类囊体的薄膜上产生，在叶绿体基质中被消耗产生ADP，而ADP的转运方向则与ATP相反。]
5．冬季，利用温室种植蔬菜时，不利于提高蔬菜作物产量的措施是( )
A．调控昼夜温差 B．阻止空气流通
C．补充人工光照 D．调控温室湿度
B [温室是密闭的，随着光合作用的进行，CO2浓度不断降低，因此阻止空气流通不利于蔬菜生长。]
6．为提高温室大棚中蔬菜的产量，应采取的正确措施是( )
A．在白天和夜间都应适当降低温度
B．在白天和夜间都应适当提高温度
C．在夜间适当提高温度，在白天适当降低温度
D．在白天适当提高温度，在夜间适当降低温度
D [植物在白天进行光合作用和细胞呼吸，在夜间只进行细胞呼吸。白天适当提高温度可以增强光合作用，夜间适当降低温度可以减少细胞呼吸对有机物的消耗，从而使有机物的积累增多，产量提高。]
7.在右图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原因是( )
A．叶片吸水膨胀，密度减小
B．叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上
C．溶液内产生的CO2大量附着在叶面上
D．NaHCO3溶液因放出CO2而密度增大
B [当叶片中的气体被抽空后沉入水底，由于光照时叶片进行光合作用产生的氧气充满了细胞间隙，使浮力增大而重新浮出液面。]
8．如图表示某种植物在最适温度和0.03%的CO2浓度条件下，光合作用合成量随光照强度变化的曲线，若在B点时改变某种条件。结果发生了如曲线b的变化，则改变的环境因素是( )
A．适当提高温度 B．增大光照强度
C．适当增加CO2浓度 D．增加酶的数量
C [此时温度已经是最适温度，所以再提高温度会使酶的活性降低，光合作用速率降低；B点是光照的饱和点，此时光照不是限制光合作用的因素；CO2的浓度为0.03%，相对较低，所以增加CO2浓度会提高光合作用的速率；酶的数量属于内因。]
9．下列叙述错误的是( )
A．温度和光照会影响CO2的同化速率
B．光合作用中O2的产生发生在光反应阶段
C．光反应产生的ATP和NADPH不参与暗反应
D．土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖
C [温度影响酶活性，光照影响光反应，二者均会影响暗反应中CO2的同化速率，A项正确；光反应分解水，产生O2，B项正确；光反应产生的ATP和NADPH参与暗反应，C项错误；硝化细菌属于自养型生物，可以利用CO2和H2O合成糖类。]
10．下图甲表示某绿色植物进行光合作用的示意图，图乙为外界因素对光合作用影响的关系图。请分析回答：
图甲 图乙
(1)图甲中a、b两个生理过程发生的场所是____________，若适当提高CO2浓度，短时间内图中C的含量变化是________。
(2)图甲中物质D为________________，D的生成量可代表光合作用的强度。除此外，下列哪些选项也能够代表光合作用强度？________。
A．O2的释放量 B．C3化合物的量
C．C5化合物的量 D．CO2的吸收量
(3)经研究发现，该植物夜晚虽然能吸收CO2，却不能合成D，原因是_______________________________________________________________。
(4)在电子显微镜下观察，可看到叶绿体内部有一些颗粒，它们被看作是叶绿体的脂质仓库，其体积随叶绿体的生长而逐渐变小，可能的原因是_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(5)图乙中，如果X代表土壤中Mg2＋浓度，则X可通过影响____________________的合成来影响光合速率；如果X代表CO2的含量，则X主要通过影响______________的产生来影响光合速率。
[解析] 图中A是C5化合物，B是C3化合物、C是NADPH、D为光合产物—有机物，O2的释放量和CO2的吸收量的变化趋势和有机物的变化趋势是一致的，都可作为光合作用进行状况的反应指标；而C3化合物的总量和C5化合物的总量在条件不变的情况下不发生变化；Mg2＋是合成叶绿素的主要元素，Mg2＋的缺少会影响光合速率。
[答案] (1)叶绿体基质 下降
(2)(CH2O)(或有机物、糖类) AD
(3)没有光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供NADPH和ATP
(4)颗粒中的脂质参与构成叶绿体中的膜结构
(5)叶绿素(或色素) 三碳化合物(C3)
11．1937年植物学家希尔发现，离体的叶绿体中加入“氢”接受者，比如二氯酚吲哚酚(DCPIP)，光照后依然能够释放氧气，蓝色氧化状态的DCPIP接受“氢”后变成无色还原状态的DCPIPH2。研究者为了验证该过程，在密闭条件下进行如下实验：
溶液种类
A试管
B试管
C试管
D试管
叶绿体悬浮液
1 mL
－
1 mL
－
DCPIP
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mol/L
蔗糖溶液
4 mL
5 mL
4 mL
5 mL
光照条件
光照
光照
黑暗
黑暗
上层液体颜色
无色
蓝色
蓝色
蓝色
(1)自然环境中叶肉细胞的叶绿体产生氢的场所是__________，这些氢在暗反应的__________过程中被消耗。
(2)实验中制备叶绿体悬浮液使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是________________________________，A试管除了颜色变化外，实验过程中还能观察到的现象是______________。
(3)A与C的比较可以说明氢产生的条件是__________，设置B和D试管的目的是说明DCPIP__________________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)自然环境中叶肉细胞的叶绿体产生氢的场所是叶绿体的类囊体薄膜，叶绿体产生的氢在暗反应中用于C3的还原过程。
(2)实验中制备叶绿体悬浮液使用蔗糖溶液可以维持叶绿体的渗透压，避免使用蒸馏水使叶绿体吸水涨破。A试管有叶绿体和光照，除了颜色变化外，实验过程中还能观察到有气泡产生。
(3)A与C的比较可以说明氢产生的条件是需要光照，B和D试管作为对照实验，说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色。
[答案] (1)类囊体薄膜 C3的还原
(2)避免叶绿体吸水涨破 有气泡产生
(3)需要光照 在光照和黑暗条件下自身不会变色
[等级过关练]
12．如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( )
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
B [由题图分析，c是CO2，a和b分别是NADPH、ATP，若在其他条件不变的情况下，将c降低至极低水平，CO2的固定减弱，C3还原减慢，消耗NADPH和ATP减少，则a、b在叶绿体中含量都将会上升。]
13．如图为某农作物光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同，则据图分析，下列叙述错误的是( )
A．在水分充足时该农作物光合作用没有出现“午休”现象
B．曲线Ⅱ的波谷的形成与气孔有关
C．适时进行灌溉可以缓解该农作物光合作用的“午休”程度
D．导致曲线Ⅲ所示日变化的主要因素是土壤含水量
D [分析题图，自变量是土壤含水量、光照强度，因变量是光合速率。由题干信息“曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据”及分析曲线图可知，在水分充足时(如降雨后第2天)该农作物光合作用没有出现“午休”现象，A项正确；由曲线图可知，曲线Ⅱ双峰的形成与光照强度的变化有关，波谷的形成是由光照过强导致气孔关闭，进而固定的CO2减少引起的，即曲线Ⅱ的波谷的形成与气孔有关，B项正确；经上述分析可知，在水分充足时该农作物光合作用没有出现“午休”现象，故适时进行灌溉可以缓解农作物光合作用的“午休”程度，C项正确；导致曲线Ⅲ所示日变化的主要因素是光照强度，导致曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应光合速率不同的主要因素是土壤含水量，D项错误。]
14．在下列四组实验条件下，测定了不同光照强度对光合速率的影响，结果如曲线图所示。①0.1%CO2，30 ℃；②0.1%CO2，20 ℃；③0.03%CO2，30 ℃；④0.03%CO2，20 ℃。下列叙述错误的是( )
A．比较曲线①和②可知，30 ℃时光合作用酶的活性高于20 ℃时光合作用酶的活性
B．比较曲线①和③可知，适度提高CO2浓度能提高光合速率
C．比较曲线①和④可知，温度和CO2浓度是光合速率的主要影响因素
D．P点四条曲线重合，说明此时光照强度是光合速率的主要影响因素
C [曲线①和②CO2浓度相同，但曲线①温度高，光合速率大，说明30 ℃时光合作用酶的活性高于20 ℃时光合作用酶的活性，A正确。曲线①和③温度相同，但①CO2浓度高，光合速率也高，说明适度提高CO2浓度能提高光合速率，B正确。曲线①和④有温度和CO2浓度两个自变量，两者无法进行比较，C错误。P点光照强度低，四条曲线重合，说明此时光照强度是光合速率的主要影响因素，D正确。]
15．下图是利用溶氧量变化来测定黄瓜叶片光合速率的装置。实验在最适温度下进行，反应杯的溶液中加入少量NaHCO3是为了提供CO2。请回答：
(1)黄瓜叶片放入反应杯前需抽空叶肉细胞间隙内的气体，目的是_______________________________________________________________。
(2)随着测试时间的延长，叶片的光合速率逐渐下降，原因是密闭的反应杯中________，此时，叶绿体中的________碳化合物含量下降，________碳化合物含量上升。
(3)若提高恒温水浴的温度，则光合速率________。若将光源远离反应杯，则光合速率________。
(4)该法同样可用于叶片呼吸强度的测定，只需对反应杯_______________________________________________________________。
[解析] (1)实验前黄瓜叶片抽空叶肉细胞间隙内的气体是为了防止叶肉细胞间隙内储存的气体影响实验结果。(2)实验时间过长的情况下，反应杯中由于NaHCO3被消耗，但CO2的浓度过低，光合作用速率逐渐下降。CO2不足时，叶绿体中的三碳化合物由于原料的不足而合成减少，五碳化合物由于消耗减少而含量上升。(3)由于实验是在最适温度下进行的，因此，提高恒温水浴的温度，光合作用速率下降。光源远离反应杯，光照减弱，光合作用速率下降。(4)测定呼吸强度时，为排除光合作用的影响，实验要在黑暗处进行。
[答案] (1)排除原有气体对实验结果的干扰 (2)CO2不足 三 五 (3)下降 下降 (4)进行黑暗处理
16．科研人员利用温室栽培作物进行了探究实验，结果如图所示，请回答下列问题：
(1)本实验的自变量是__________________。由实验结果可知，该作物光合作用相关酶活性的最适温度在__________ ℃之间。
(2)当CO2浓度低于0.06%时，暗反应中__________的生成速率限制了光合作用速率。
(3)与20 ℃相比，温度为10 ℃时，增加CO2浓度对提高光合作用速率的效果__________(填“显著”或“不显著”)，原因是_______________________________________________________________。
(4)如图为某兴趣小组探究影响光合速率的因素与光合速率之间的关系时绘制的曲线图。
①该实验探究的因素中可直接影响NADPH生成的是__________。图中在光照强度O～P点限制光合速率的环境因素主要是__________________________。
②若在图乙中高浓度CO2的条件下，Q点的光照强度瞬间改为P点的光照强度，则短时间内叶绿体中C3含量增加的原因是_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
③绘制图示曲线的数据__________(填“能”或“不能”)直接测量，原因是_______________________________________________________________。
[解析] (1)分析曲线图可知，本实验的自变量是温度和CO2浓度。由实验结果可知，四种温度相比，30 ℃比较适宜，因此该作物光合作用相关酶活性的最适温度在20～40 ℃之间。(2)当CO2浓度低于0.06%时，二氧化碳浓度是限制光合速率的主要因素，二氧化碳参与光合作用暗反应中二氧化碳的固定并产生三碳化合物，即暗反应中三碳化合物(或C3)的生成速率限制了光合作用速率。(3)与20 ℃相比，温度为10 ℃时，增加CO2浓度对提高光合作用速率的效果不显著，原因是10 ℃时酶活性低。
[答案] (1)温度和CO2浓度 20～40
(2)三碳化合物(C3) (3)不显著 10 ℃时酶活性低 (4)①光照强度 光照强度 ②光照强度减弱，导致光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原速率减慢；同时CO2的固定仍正常进行 ③不能 图示反映的是总光合速率，而有光时测得的是净光合速率(合理即可)
