第1讲 酶和ATP
1.酶在代谢中的作用(Ⅱ) 2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ) 3.实验：探究影响酶活性的因素
1.ATP是生命活动的直接能源物质(生命观念) 2.根据实验总结酶的化学本质与特性(科学思维) 3.探究温度、pH对酶促反应的影响(科学探究) 4.酶在生产和生活中的应用(社会责任)
酶的本质、作用和特性
1．酶的本质和作用
(1)酶本质的探索历程(连线)
科学家 主要观点或成就
①巴斯德 a．引起发酵的是酵母细胞中的某些物
质，细胞死亡并裂解后才能起作用
②李比希 b．少数RNA也具有生物催化功能
③毕希纳 c．把从酵母细胞中提取出的能引起发
酵的物质叫酿酶
④萨姆纳 d．从刀豆种子中提取出脲酶(第一个)
⑤切赫和
奥特曼 e．证明脲酶的化学本质(蛋白质)和作
用(分解尿素)
f．糖类变成酒精必须有酵母活细胞的
参与
提示：①—f ②—a ③—c ④—d、e ⑤—b
(2)酶的本质和作用
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 主要是细胞核(真核细胞)
来源 一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶
作用场所 细胞内、外或生物体外均可
生理功能 催化作用
(3)作用机理
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作用机理：降低化学反应的活化能。
③如图曲线表示在无酶催化和有酶催化条件下某化学反应的能量变化过程。
Ⅰ.无酶催化与有酶催化的反应曲线分别是②①。
Ⅱ.ca段与ba段的含义分别是无催化剂的条件下反应所需要的活化能、酶降低的活化能。
Ⅲ.若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b点在纵轴上将向上移动。
2．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验过程
(2)变量分析
3．酶的特性
(1)高效性：催化效率大约是无机催化剂的107～1013倍。
(2)专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(3)作用条件较温和：在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。
1．酶提供了反应过程所必需的活化能。 (×)
提示：酶的作用是降低活化能。
2．酶活性的发挥离不开其特定的结构。 (√)
3．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。 (×)
提示：低温不破坏酶的结构。
4．酶活性最高时的温度适合酶的保存。 (×)
提示：酶适合保存在低温条件下。
5．酶在催化反应完成后立即被分解。 (×)
提示：酶是催化剂，其在催化反应完成后不会被分解。
6．酶只能在细胞内发挥作用。 (×)
提示：酶在细胞内和细胞外都能发挥作用。
1．结合图示理解酶的特性
(1)高效性
①曲线分析：酶对应曲线A，无机催化剂对应曲线B，未加催化剂对应曲线C。
②结论：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而酶的催化效率更高。
(2)专一性
①图形分析：
Ⅰ.图中所示的化学反应：BE＋F。
Ⅱ.图中C、D表示不能被该酶催化的物质。
②结论：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(3)作用条件较温和
①酶活性：酶对化学反应的催化效率称为酶活性。
②曲线分析：如图为温度、pH对酶活性的影响。
Ⅰ.甲、乙两图横坐标分别表示温度、pH，b点表示最适温度，e点表示最适pH。
Ⅱ.甲图中，温度由a变为b时，酶活性升高；由c变为b时，酶活性不变，原因是高温时酶的空间结构被破坏且不可恢复。
Ⅲ.乙图中，pH由d变为e或由f变为e时，酶活性均不变，原因是过酸、过碱都会导致酶的空间结构破坏且不可恢复。
③结论：在适宜的温度、pH条件下，酶的活性最高。
2．底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
甲 乙
(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，受酶数量的限制，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。
1．甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示，请思考：
(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同？
(2)乙酶活性改变的机制是什么？
提示：(1)观察题曲线图可知，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，则乙酶的化学本质为蛋白质。
(2)乙酶被降解的过程中其分子空间结构会发生改变，从而使其活性丧失。
2．温度和pH对酶促反应速率的影响与底物浓度和酶浓度对酶促反应速率影响的本质有什么不同？
提示：温度和pH影响酶促反应速率的原因是影响了酶的活性；底物浓度和酶浓度影响酶促反应速率的原因是影响了酶分子和底物分子的结合，酶的活性并没有改变。
3．酶活性受多种因素的影响，如图表示抑制酶活性的两个模型，模型A中的抑制剂与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶对底物的催化效应；模型B中的抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，能改变酶的构型，使酶不能与底物结合，从而使酶失活。
研究发现某氨基酸能降低酶G的活性。请设计实验探究某氨基酸降低酶G活性的作用方式属于模型A还是模型B，简要写出(1)实验思路；(2)预期实验结果及结论。
提示：(1)在酶G量一定且底物浓度合适并使酶活性充分发挥的反应体系中加入某氨基酸，同时不断提高底物浓度，观察酶促反应速率变化。
(2)若酶促反应速率能恢复，则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型A；若酶促反应速率不能恢复，则说明某氨基酸降低酶活性的作用方式属于模型B。
考查酶本质、作用和特性
1．(2019·日照期中)下列有关酶的叙述，正确的是( )
A．酶的数量因参与化学反应而减少
B．细胞中所有酶的合成都受基因控制
C．同一生物体内的各种酶的催化反应条件都相同
D．活细胞都能产生酶，酶在细胞内才起催化作用
B [酶是生物催化剂，酶促反应前后酶的数量不变，A项错误；细胞中的酶是蛋白质或RNA，它们的合成都受基因控制，B项正确；同一生物体内的各种酶的催化反应条件可能不同，C项错误；活细胞都能产生酶，酶在细胞内和细胞外都能起催化作用，D项错误。]
2．(2019·潍坊期中)下列关于酶的叙述，正确的是( )
A．酶的基本组成单位都是氨基酸
B．所有活细胞都含有与细胞呼吸有关的酶
C．酶不参与构成细胞结构也不供能，但可调节细胞代谢
D．酶能加快反应速度是因为它能显著提高化学反应的活化能
B [酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸，A项错误；活细胞都要进行细胞呼吸，因此所有活细胞都含有与细胞呼吸有关的酶，B项正确；酶不参与构成细胞结构也不供能，也不调节细胞代谢，只是起催化作用，C项错误；酶能加快反应速度是因为它能显著降低化学反应的活化能，D项错误。]
与酶相关的常见误区明示
项目 正确说法 错误说法
化学本质 绝大多数是蛋白质，少数是RNA 酶的本质是蛋白质
产生部位 一般来说，凡是活细胞都能产生酶(不考虑哺乳动物的成熟红细胞) 具有分泌功能的细胞才能产生酶
合成原料 氨基酸或核糖核苷酸 氨基酸
合成场所 核糖体或细胞核 核糖体
生理功能 生物催化剂，只起催化作用 酶具有调节、催化等多种功能
来源 在生物体内合成 有的来源于食物
作用场所 既可在细胞内，也可在细胞外、体外发挥作用 只在细胞内起催化作用
温度影响 低温影响酶的活性，不破坏酶的结构，但高温易使酶失活 低温会引起酶变性失活
作用前后 催化反应前后的数量和性质没有变化 发生催化作用后被分解
影响酶促反应的坐标曲线分析
3．(2019·汕头模拟)甲、乙两图是温度、pH对酶活性影响的数学模型。下列有关说法错误的是( )
A．两图中B点代表的含义分别是酶的最适温度和最适pH下的反应速率
B．两图中A点对应的值对酶活性的影响不相同
C．两图中C点对应的温度或pH对酶活性的影响相同
D．保存酶制品最好选择两图中B点对应的温度和pH
D [甲、乙两图中，在B点对应的温度和pH下，酶促反应速率最大，酶的活性最高，分别表示酶的最适温度和最适pH，A正确。甲图中A点对应的温度较低，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定；乙图中A点对应的pH过低，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。因此，甲、乙两图中A点对应的值对酶活性的影响不相同，B正确。甲、乙两图中C点对应的温度或pH均过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，C正确。低温条件下，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。因此，保存酶制品最好在低温条件下保存，即甲图中的A点，D错误。故选D。]
4．(2019·长郡中学测试)长郡中学高三生物兴趣小组为了研究pH对某种酶活性的影响，设置a、b、c三组实验，各组pH条件均不同，其他条件相同且适宜。测定各组在不同反应时间内的产物量，结果如图所示。下列相关分析不正确的是( )
A．a组的pH可能高于b组的pH
B．a组pH条件下，该酶降低化学反应的活化能可能最多
C．在c组pH条件下比较适宜保存酶
D．实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减少实验误差
C [酶的活性在最适pH条件下最高，pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，在过酸或过碱的条件下，酶会变性失活。据此依题意并分析图示可知：a组酶的活性高于b组酶的活性，因此a组的pH可能高于b组的pH，A正确；与b、c组相比，a组酶的活性最高，说明a组pH条件下，该酶降低化学反应的活化能可能最多，B正确；c组产物的最大生成量明显低于a、b组，说明在c组pH条件下，酶已经变性失活，不适宜保存酶，C错误；实验中的“其他条件”为无关变量，实验要求“其他条件相同且适宜”的目的是减少实验误差，D正确。]
“四步法”分析酶促反应曲线
(1)识标：“识标明变量”。明确酶促反应曲线坐标图中横坐标(自变量)和纵坐标(因变量)的含义。
(2)析线：“析线理关系”。分析酶促反应曲线走势，明确因变量怎样随自变量的变化而变化。“上升”“下降”“先升后降”“先升后稳”“水平”等。
(3)明点(特殊点)：“抓点求突破”。明确酶促反应曲线中起点、终点、顶点、拐点、交叉点、特殊条件下的交点等表示的生物学含义。
(4)判断：“先分后合巧辨析”。对多条酶促反应曲线图，根据曲线上不同标示物识别曲线所代表的意义(有的曲线直接标出)，首先对每一条曲线单独分析，进行比较，判断曲线间有无联系或找出相互关系，然后综合分析。
探究影响酶活性的因素(实验)
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)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
1．探究温度影响酶活性的实验不宜选择过氧化氢(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，加热条件下分解会加快，从而影响实验结果。
2．探究pH影响酶活性的实验不宜选择淀粉和淀粉酶作实验材料，因为强酸强碱能催化淀粉水解，从而影响实验结果。
3．若选择淀粉和淀粉酶探究温度影响酶的活性，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。
4．在探究温度影响酶活性的实验中应将淀粉溶液和淀粉酶溶液在设定的温度下先保温一段时间后再混合，而不能先混合再保温，因为酶具有高效性，酶和底物混合后，就发挥催化作用，这样反应不是在设定的温度下完成，自变量控制不严格。
5．在探究pH对酶活性的影响时，需要保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，不宜在未达到预设pH前，让反应物与酶接触。
1．探究温度对酶活性影响最合理的实验步骤是 ( )
①取3支试管，编号，各注入2 mL淀粉液；另取3支试管，编号，各自注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液 ②将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉液试管中，维持各自的温度5 min ③向各试管中滴一滴碘液 ④将6支试管分成三组，每组各有一份淀粉液和一份淀粉酶溶液，分别放在60 ℃的热水、沸水和冰水中 ⑤观察实验现象
A．①②④③⑤ B．①③②④⑤
C．①③④②⑤ D．①④②③⑤
D [实验设计要排除无关变量，酶和底物保持在相同温度下发生催化反应，才能严格控制温度。]
2．(2019·山西联考)为探究影响酶活性的因素，某班同学设计了如下实验，其中合理的是( )
编号 探究课题 选用材料与试剂
A 温度对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液 可溶性淀粉溶液 碘液
B 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液 可溶性淀粉溶液 斐林试剂
C pH对酶活性的影响 过氧化氢溶液 新鲜的肝脏研磨液
D pH对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液 可溶性淀粉溶液 碘液
C [探究温度对酶活性的影响，自变量是温度的不同，依据酶的专一性，应选择新制的淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液，用碘液检测淀粉的剩余量，但不能用斐林试剂检测淀粉的水解产物还原糖，因为用斐林试剂检测需水浴(50～65 ℃)加热，对实验产生干扰，A、B错误；探究pH对酶活性的影响，自变量是pH的不同，新鲜的肝脏研磨液中含有过氧化氢酶，过氧化氢酶催化过氧化氢水解产生水和氧气，因此可通过观察单位时间内气泡的产生量来推知过氧化氢酶的活性，C正确；因淀粉及其水解产物都能与碘液发生反应，且淀粉在酸性条件下加热，也会发生自然水解，所以探究pH对酶活性的影响，不能使用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液和碘液，D错误。]
3．(2019·深圳模拟)由青霉菌中提取的淀粉酶在不同温度条件下分别催化淀粉反应1 h和2 h，其产物麦芽糖的相对含量如图所示。相关分析正确的是( )
A．第1 h内，酶的最适温度在45～50 ℃之间
B．第1 h到第2 h,45 ℃条件下淀粉酶活性提高
C．第1 h到第2 h,50 ℃条件下酶的催化作用明显
D．若只生产1 h,45 ℃左右时麦芽糖产量相对较高
D [由图分析可知，第1 h内，酶的最适温度在40～50 ℃之间，A错误；第1 h到第2 h,45 ℃条件下淀粉酶活性并未提高，只是因为1 h的时间并未将所有淀粉分解成麦芽糖，因此，麦芽糖会在1 h的基础上有所增加，B错误；第1 h到第2 h,50 ℃条件下，产物的量不变，说明酶的催化作用已经丧失，C错误；由图可知，若只生产1 h,45 ℃左右时麦芽糖产量相对较高，D正确。综上所述，选D项。]
4. 图表是某小组为探究“过氧化氢酶的活性是否受pH的影响”而设计的实验操作步骤(猪肝中含有过氧化氢酶)。请回答下列问题：
操作步骤 操作方法 试管甲 试管乙
1 加体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL
2 加质量分数为5%的盐酸溶液 1 mL /
3 加质量分数为5%的氢氧化钠溶液 / 1 mL
4 加质量分数为20%的猪肝研磨液 2滴 2滴
5 观察相同时间内试管中产生的气泡数量
(1)上述操作步骤中存在明显的缺陷，请写出改进方案：①__________________，②_______________。
(2)在完成改进方案后，若实验结果为_________________，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响。
(3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越________________。
(4)如果将本实验的自变量换成温度来探究“过氧化氢酶的活性是否受温度的影响”，你认为是否合适？______，原因是_________。
[解析] (1)本实验应该有蒸馏水对照、过酸、过碱这三组，并且应该是自变量处理在前。(2)在完成改进方案后，若甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡，则说明过氧化氢酶的活性受pH的影响；若甲、乙、丙3支试管中产生的气泡的情况基本一样，则说明过氧化氢酶的活性不受pH的影响。(3)如果本实验用出现一定气泡数量所需要的时间来表示酶的活性，那么所需的时间越长，酶的活性越低。(4)过氧化氢会随温度升高分解加快，从而对实验结果造成干扰，故不能用过氧化氢酶来探究温度对酶活性的影响。
[答案] (1)①操作步骤1、4互换 ②增加丙试管，在加入盐酸或氢氧化钠的步骤中换为加入1 mL蒸馏水，其他步骤与修正后的步骤相同
(2)甲、乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡
(3)低(或“弱”)
(4)不合适 过氧化氢会随温度升高分解加快，从而对实验结果造成干扰
ATP的结构和功能
1．ATP的结构
(1)ATP的元素组成：C、H、O、N、P。
(2)ATP的化学组成：一分子腺嘌呤，一分子核糖和三分子磷酸基团。
(3)ATP的结构简式：A—P～P～P。
(4)ATP中的能量：主要储存在高能磷酸键中。
2．ATP和ADP的相互转化
(1)转化原因：ATP的化学性质不稳定，远离腺苷的那个高能磷酸键容易断裂与合成。
(2)转化关系及过程比较：
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
能量来源 光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸) 储存在高能磷酸键中的能量
能量去路 储存于形成的高能磷酸键中 用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位
3.ATP的功能与动、植物细胞代谢
(1)植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。
(2)植物光合作用光反应阶段产生的ATP一般只用于暗反应，不用于其他生命活动；植物或动物细胞呼吸产生的ATP才能用于多种生命活动。
(3)ATP水解释放的能量可用于主动运输、发光发电、肌肉收缩、物质合成、大脑思考等。
1．1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。 (×)
提示：1个ATP分子中含有1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团。
2．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。 (√)
3．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。 (×)
提示：淀粉水解成葡萄糖时不合成ATP。
4．人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。
(×)
提示：细胞中的ATP与ADP的含量处于动态平衡状态，保证能量供应。
5．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。 (×)
提示：无氧呼吸也能产生ATP。
6．线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP。 (×)
提示：内质网膜上不能产生ATP。
7．ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少，ATP与ADP时刻不停地进行相互转化。 (√)
1．ATP的再生和利用图解
2．细胞内常见产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸第一阶段消耗ATP：一些吸能反应
叶绿体 产生ATP：光反应消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段消耗ATP：自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等
1．据图分析ATP的结构和特点
(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”？
(2)图示b、c、d所示化学键是否相同？其中最易断裂和重建的是哪一个？
(3)图示框e中结构的名称是什么？它与RNA有何关系？
提示：(1)图示a处应为“—OH”，因为该五碳糖为核糖。
(2)图示b为普通磷酸键，c、d则为高能磷酸键，其中d处的化学键最易断裂和重建。
(3)图示框e中结构为腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一。
2．细胞内ATP和ADP的转化是不是可逆反应？为什么？
提示：细胞内ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面不尽相同， 因此细胞内ATP和ADP的转化不是可逆反应，但物质可以重复利用。
3．人的心肌细胞比口腔上皮细胞新陈代谢旺盛，那么心肌细胞比口腔上皮细胞含有的ATP多吗？
提示：ATP在细胞中的含量很少，心肌细胞含有的ATP并不比口腔上皮细胞多，只是ATP与ADP的相互转化更迅速。
4．实验室里有萤火虫尾部研磨粉、生理盐水、葡萄糖溶液、ATP溶液，请设计实验证明ATP是直接能源物质。写出实验步骤和实验结果。
提示：将萤火虫尾部研磨粉用生理盐水配制成悬浊液；取两支试管编号为甲、乙，分别加入等量的已配制的悬浊液；向甲试管中加入两滴ATP溶液，向乙试管中加入两滴葡萄糖溶液，在黑暗环境中观察两试管；观察到甲试管发出荧光，乙试管没有发出荧光。
ATP的结构及其合成和利用
1．(2019·广州一模)如图表示生物体内发生的两个化学反应，请判断下列相关说法中正确的是( )
A．ATP分子水解时，图中所示的化学键③④最易断裂
B．图中酶1和酶2的化学本质相同，但是二者的种类不同
C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系
D．ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内
B [分析图形可知，ATP分子水解时，图中所示的化学键④最易断裂，提供能量，A错误；图中酶1和酶2的化学本质相同都是蛋白质，但是二者的种类不同，B正确；细胞中的放能反应一般与ATP的合成反应相联系，吸能反应一般与ATP的分解反应相联系，C错误；ATP与ADP间相互转化的能量供应机制发生在一切细胞内，D错误。]
2．(2019·潍坊期中)细胞内的化学反应伴随着能量的变化。以下相关叙述错误的是( )
A．ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性
B．光合作用暗反应过程中有机物的合成需要ATP水解提供能量
C．有机物氧化分解释放能量并储存在ATP中，因此属于吸能反应
D．ATP水解释放的能量也可以用于维持人体体温的相对稳定
C [放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，有机物氧化分解释放能量并储存在ATP中，属于放能反应。]
ATP的拓展考查
3．(2019·河南九校联考)核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等，脱氧核苷三磷酸(dNTP，d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是( )
A．dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同
B．dNTP含有2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量
C．DNA复制时需dATP、dTTP越多，则DNA结构越稳定
D．真核细胞分裂时，胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制
B [dNTP和NTP的区别在于五碳糖种类不同和碱基种类不同，A错误；DNA复制时，dNTP需要断裂2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量，B正确；DNA复制时需dCTP、dGTP越多，则DNA结构越稳定，C错误；真核细胞进行分裂时，除核DNA进行复制外，细胞质DNA也有复制，胞内dNTP不可能全部进入细胞核中，D错误。因此，本题答案选B。]
1.四个角度区别酶和激素
2．ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量。
3．细胞中ATP的含量很少，但是ATP与ADP的相互转化非常迅速，能为生命活动提供大量能量。无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP的含量都保持动态平衡，不会剧烈变化。
1.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。
2．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，少数是RNA。
3．酶具有专一性和高效性，作用条件较温和。
4．低温抑制酶的活性，但不破坏酶的空间结构。
5．高温、过酸、过碱都会导致酶分子空间结构破坏而永久失去活性。
6．ATP是为细胞生命活动提供能量的直接能源物质。
7．细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
8．吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，需要ATP水解酶的催化，同时也消耗水；放能反应一般与ATP的合成相联系。
真题体验| 感悟高考 淬炼考能
1．(2019·天津高考)下列过程需ATP水解提供能量的是( )
A．唾液淀粉酶水解淀粉
B．生长素的极性运输
C．光反应阶段中水在光下分解
D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
B [唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A项错误；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B项正确；光反应阶段中水在光下分解产生[H]和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C项错误；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生ATP，也不消耗ATP，D项错误。]
2．(2018·浙江高考)ATP是细胞中的能量“通货”，下列叙述正确的是 ( )
A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B．ATP－ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
C [光反应和细胞呼吸可以产生ATP。ATP在细胞内含量少，易再生，ATP－ADP循环不会使细胞储存大量的ATP。ATP水解形成ADP和磷酸基团，同时释放能量。ATP中有两个高能磷酸键，其中远离腺苷的高能磷酸键易水解，另一个高能磷酸键不易水解。]
3．(2017·全国卷Ⅱ)下列关于生物体中酶的叙述，正确的是( )
A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶
B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度都是37 ℃
C [本题考查酶的种类、分布、特性与保存。在细胞核外，叶绿体和线粒体中也含有参与DNA合成的酶，A错误；由活细胞产生的酶，在生物体外适宜的条件下也有催化活性，如唾液淀粉酶在适宜条件下可催化试管中的淀粉水解，B错误；盐析可使蛋白质沉淀，但不会破坏蛋白质的空间结构，析出的蛋白质仍可以溶解在水中，其化学性质不会发生改变，C正确；唾液淀粉酶催化反应的最适温度是37 ℃，但保存时应在低温条件下，D错误。]
4．(2016·全国卷Ⅰ)若除酶外所有试剂均已预保温，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，酶与底物混合后再用缓冲液调pH，这样在达到设定pH之前酶就发挥了作用，实验结果不准确，故缓冲液应在加入底物和酶之前加入，只有C项符合要求。]
5．(2016·全国卷Ⅱ)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 ℃条件下的该酶活性大于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组和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
6．为了检测玉米子粒发芽过程中淀粉含量变化，将不同发芽阶段的玉米子粒纵切，滴加________，进
行观察。结果显示，胚乳呈蓝色块状，且随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小。
(1)上述实验可得出的结论是____________________________。
(2)为了验证上述蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果，设计了如下实验：在1～4号试管中分别加入相应的提取液和溶液(如图所示)，40 ℃温育30 min后，分别加入斐林试剂并60 ℃水浴加热，观察试管内颜色变化。请继续以下分析：
①设置试管1作为对照，其主要目的是________。
②试管2中应加入的X是________的提取液。
③预测试管3中的颜色变化是________。若试管4未出现预期结果(其他试管中结果符合预期)，则最可能的原因是________。
[解析] (1)淀粉遇碘变蓝色，常用碘液检测生物组织中淀粉的存在。随着发芽时间的延长，蓝色块状物变小，说明玉米萌发过程中会不断消耗胚乳中储存的淀粉，使胚乳中的淀粉逐渐减少。(2)在验证蓝色块状物变小是淀粉酶作用的结果的实验设计中，要严格遵循对照原则、单一变量原则等。设置1号试管的主要目的是排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖，试管2中应加入发芽前玉米提取液。试管3与试管4对照，预期二者的颜色变化都是蓝色→砖红色，说明发芽玉米提取液中含有淀粉酶并催化淀粉水解成还原糖；如果试管4没有出现砖红色沉淀，最可能的原因是淀粉酶失活。
[答案] 碘液 (1)玉米发芽过程中胚乳中的淀粉逐渐减少 (2)①排除用于实验的淀粉溶液中含有还原糖
②发芽前玉米 ③蓝色→砖红色 淀粉酶已失活
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(共119张PPT)
第三单元 细胞的能量供应和利用
第1讲 酶和ATP
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酶的本质、作用和特性
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蛋白质
RNA
氨基酸
核糖核苷酸
核糖体
催化作用
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常态
活跃
降低化学反应的活化能
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*
无催化剂的条件下反应所需要的
②①
向上
活化能、酶降低的活化能
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高效性
专一性
一种或一类
最适宜的温度和pH
高温、过酸、过碱
低温
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×
√
×
×
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×
×
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探究影响酶活性的因素(实验)
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催化效率
碘液
蓝色
淀粉酶
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H2O2酶
H2O和O2
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淀粉溶液
淀粉酶溶液
H2O2溶液
H2O2酶溶液
反应物与酶的量、温度
梯度温度
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碘液
溶液颜色变化
气泡产生的快慢
蓝色
慢
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ATP的结构和功能
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C、H、O、N、P
腺嘌呤
核糖
磷酸
A—P～P～P
高能磷酸键
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高能磷酸键
远离腺苷
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ATP水解酶
光能
化学能
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细胞质基质、线粒体、
各项生命活动
叶绿体
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光合作用和细胞呼吸
细胞呼吸
暗反应
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×
√
×
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×
×
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×
√
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第2讲 细胞呼吸
1.细胞呼吸(Ⅱ) 2.实验：探究酵母菌的呼吸方式
1.细胞呼吸是有机物氧化分解，释放能量的过程(生命观念) 2.比较有氧呼吸和无氧呼吸的场所和过程的不同(科学思维) 3.探究有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的方式(科学探究) 4.细胞呼吸的原理在生产和生活中的应用(社会责任)
细胞呼吸的类型和过程
1．细胞呼吸
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)概念：是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
(2)过程
(3)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)
。
3．无氧呼吸
(1)概念：是指细胞在没有氧气的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程。
(2)场所：全过程是在细胞质基质中进行的。
(3)过程
(4)反应式
①产物为酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。
②产物为乳酸：C6H12O62C3H6O3＋能量。
(5)能量
①只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。
②葡萄糖分子的大部分能量存留在酒精或乳酸中。
(人教版必修1 P94“小字内容及相关信息”改编)1 mol葡萄糖彻底氧化分解及分解成乳酸时分别释放多少能量？其中有多少能量储存于ATP中？两者有何差异及共性？热能散失是否是能源浪费？
提示：1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放的能量2 870 kJ中有1 161 kJ左右的能量转移至ATP中，其余能量则以热能形式散失。而1 mol葡萄糖分解成乳酸时释放196.65 kJ能量，有61.08 kJ左右转移至ATP中。两者的共性是多数能量以热能形式散失，差异是彻底氧化分解释放能量较多，热能散失是维持体温所必需的，并非能源浪费。
1．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。 (×)
提示：[H]与氧结合生成水的过程发生在线粒体内膜上。
2．线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O。 (×)
提示：在线粒体中参与氧化分解的是丙酮酸。
3．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2可判断其呼吸方式。 (×)
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。
4．有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP。 (×)
提示：有氧呼吸第二阶段产生少量ATP。
5．无氧呼吸不需要O2参与，最终有[H]的积累。 (×)
提示：无氧呼吸第二阶段消耗[H]，[H]被用于还原丙酮酸。
6．人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。 (√)
1．有氧呼吸与无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 反应条件 需要O2，需要酶 不需要O2，需要酶
呼吸场所 细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜 细胞质基质
产物 CO2、H2O 酒精和CO2或乳酸
能量释放 有机物彻底氧化分解，释放大量能量 有机物分解不彻底，能量释放较少
相同点 实质 分解有机物，释放能量，生成ATP
意义 为各项生命活动提供能量；为体内其他化合物的合成提供原料
联系 第一阶段相同
2.细胞呼吸中[H]和ATP的来源与去向
项目 来源 去向
[H] 有氧呼吸：C6H12O6和H2O；无氧呼吸：C6H12O6 有氧呼吸：与O2结合生成水；无氧呼吸：还原丙酮酸
ATP 有氧呼吸：三个阶段都产生；无氧呼吸：只在第一阶段产生 用于几乎各项生命活动(除光合作用的暗反应)
3.细胞呼吸中能量的释放与去向
1．据图综合分析细胞呼吸过程中物质和能量的变化
(1)反应①②③④中，必须在有氧条件下进行的是哪一过程？可在人体细胞中进行的是哪些过程？
(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，其原因是什么？
(3)如果有氧呼吸和无氧呼吸产生等量的CO2，所消耗的葡萄糖之比是多少？
提示：(1)②；①②④。
(2)种子有氧呼吸过程中产生了水。
(3)1∶3。
2．动物细胞无氧呼吸产生乳酸，多数植物细胞无氧呼吸产生酒精和CO2，有些植物细胞无氧呼吸产生乳酸，其原因是什么？
提示：无氧呼吸的产物不同的原因是酶的种类不同，根本上是基因不同。
3．如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸，消耗O2的量要大于产生CO2的量，其原因是什么？
提示：与葡萄糖相比，脂肪含H量高，因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。
4．某同学做了如下实验：取A、B两支试管。在A管中加入煮熟的蚕豆子叶，B管中加入发芽的蚕豆子叶。在两管中分别加入甲烯蓝溶液(注：甲烯蓝氧化态为蓝色，接受氢后为无色)，一段时间后倒出溶液，两管中的子叶都呈蓝色，然后，两管分别加水淹没子叶、抽气、在水面上覆盖适量石蜡油，37 ℃保温一段时间后，发现A管中的子叶不变色，B管中的子叶蓝色变浅。请思考分析：
(1)B管中子叶蓝色变浅的原因是什么？
(2)A管子叶为什么不变色？实验中设置A管的目的是什么？
提示：(1)B管中子叶在无氧呼吸过程中产生的氢能使甲烯蓝还原。
(2)A管中子叶细胞的酶失活，无呼吸作用。实验中设置A管的目的是作对照实验。
考查细胞呼吸的过程
1．(2019·广州一模)如图为有氧呼吸过程示意图。下列相关叙述错误的是( )
A．过程①②③均可产生ATP
B．过程②产生的CO2中的O均来自甲
C．乙来自C6H12O6、甲和丁
D．丙和丁属于同一种物质
B [过程①②③分别表示有氧呼吸的第一、第二和第三阶段，这三个阶段都可以产生ATP，A项正确；有氧呼吸第二阶段(②)产生的CO2中的O一部分来自丁(H2O)，另一部分来自甲(丙酮酸)，B项错误；乙是[H]，一部分来自C6H12O6，另一部分来自甲和丁，C项正确；丙和丁都是H2O，D项正确。]
2．(2019·深圳模拟)如图表示人体中细胞呼吸的过程，数字代表反应过程。下列叙述正确的是( )
A．过程①代表人体细胞中糖原或淀粉的水解
B．过程②后，葡萄糖分子中少部分化学能存在于丙酮酸中
C．过程③只发生在线粒体中
D．过程④产生的乳酸可在原细胞中再生成葡萄糖
C [人体细胞没有淀粉的水解过程，A项错误；过程②后，葡萄糖分子中大部分化学能存在于丙酮酸中，B项错误；人体细胞中过程③只发生在线粒体中，C项正确；肌肉细胞中产生的乳酸能在肝脏细胞中再生成葡萄糖，不能在肌肉细胞中再生成葡萄糖，D项错误。]
细胞呼吸的场所与过程的四点提醒
(1)线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，但部分原核生物无线粒体，也能进行有氧呼吸。
(2)无线粒体的真核生物(或细胞)只能进行无氧呼吸，如蛔虫、哺乳动物成熟的红细胞等。
(3)细胞呼吸释放的能量，大部分以热能的形式散失，少部分以化学能的形式储存在ATP中。
(4)人体内产生的CO2只来自有氧呼吸，人体无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。
考查细胞呼吸方式的判断与综合
3．下列关于细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A．细胞的有氧呼吸产生CO2，无氧呼吸不产生CO2
B．有H2O产生的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸
C．若细胞既不吸收O2也不放出CO2，说明细胞呼吸已停止
D．分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
B [无氧呼吸也能产生CO2 ，A项错误；有H2O产生的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸，B项正确；若细胞既不吸收O2也不放出CO2，也可能进行产生乳酸的无氧呼吸，C项错误；分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的大，D项错误。]
4．将酵母菌置于20 ℃和40 ℃的条件下，分别培养6 h和12 h后，酵母菌细胞呼吸产生的CO2量的情况如下表所示。下列有关分析错误的是( )
温度 20 ℃ 40 ℃
培养时间 6 h 12 h 6 h 12 h
CO2产生量 ＋＋ ＋＋＋ ＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋
(“＋”的多少与CO2产生量成正比)
A．一定条件下，酵母菌的细胞质基质和线粒体能同时产生CO2
B．在一定的范围内，温度升高，细胞呼吸酶的活性变大，相同时间内细胞呼吸产生的CO2量增多
C．20 ℃条件下，酵母菌在前6 h消耗的葡萄糖的量比后6 h消耗的多
D．40 ℃条件下培养酵母菌6 h，培养液中的葡萄糖可能已经被消耗完
C [在一定条件下，酵母菌能进行无氧呼吸，也能进行有氧呼吸，CO2产生的场所分别为细胞质基质和线粒体，A正确；一定温度范围内，呼吸酶的活性随着温度升高而升高，细胞呼吸速率随之加快，B正确；20 ℃下，随着CO2产生量的增多，酵母菌无氧呼吸速率增大，不知道无氧呼吸和有氧呼吸的比率，因而无法确定消耗的葡萄糖量，C错误；40 ℃条件下，6 h和12 h产生的CO2量相同，所以可能是葡萄糖被消耗完，D正确。 ]
判断细胞呼吸方式的三大依据
影响细胞呼吸的因素及应用
1．温度对细胞呼吸的影响
(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．氧气对细胞呼吸的影响
(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浓度为0时，只进行无氧呼吸。
②O2消耗曲线与CO2生成曲线重合以后(图中P点以后)，只进行有氧呼吸。
③O2消耗曲线与CO2生成曲线重合之前(图中P点之前，不包括0点)，既进行有氧呼吸又进行产生酒精的无氧呼吸。
④阴影部分的相对值表示不同氧浓度下无氧呼吸中CO2的释放量。
(2)应用
3．水分对细胞呼吸的影响
(1)影响
(2)应用
4．CO2浓度对细胞呼吸的影响
(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，如图。
(2)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。
1．同一叶片在不同生长发育时期，其细胞呼吸速率有差异。(√)
2．严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为此条件下细胞呼吸分解有机物最少。 (×)
提示：无氧环境中，细胞无氧呼吸消耗的有机物较多。
3．粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿度的环境中储藏。
(×)
提示：粮食种子应储藏在干燥环境中。
4．温室大棚中，可以通过夜间适当降温来提高农作物的产量。
(√)
5．破伤风杆菌易在锈钉扎过的伤口深处繁殖，原因是伤口深处氧气缺乏。 (√)
6．剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸。 (×)
提示：剧烈运动时，肌细胞主要进行有氧呼吸。
1．某豆科植物种子萌发过程中CO2释放和O2吸收速率的变化趋势如图所示。据图思考。
(1)在12～24 h期间，呼吸速率逐渐增强，在此期间呼吸作用的主要方式是什么？该呼吸方式在细胞中发生的部位是什么？其产物是什么？
(2)从第12 h到胚根长出期间，萌发种子的干物质总量会有什么变化？主要原因是什么？
(3)胚根长出后，萌发种子明显升高的细胞呼吸方式是哪一种？
提示：(1)无氧呼吸；细胞质基质；酒精和二氧化碳。
(2)减少；种子不进行光合作用，不能制造有机物，同时细胞呼吸消耗有机物，使有机物总量下降。
(3)有氧呼吸。
2．鱼在夏季黎明时分常常浮头的原因是什么？
提示：黎明时分水中溶解氧不足。
3．密封地窑能长时间储存水果、地瓜、马铃薯的原因是什么？
提示：密封的地窑CO2浓度高，能够抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
4．大豆种子萌发过程中，氧气消耗量等于CO2释放量时，是无氧呼吸的消失点吗？
提示：大豆种子富含脂肪，而脂肪氧化分解时耗氧量大于CO2释放量，故当二者相等时，大豆种子应该还在进行微弱的无氧呼吸。
考查环境因素对细胞呼吸的影响
1．(2019·曲靖一中期末)研究发现，冬小麦在秋冬受低温袭击时，呼吸速率先升高后降低。持续的冷害使根生长迟缓，吸收能力下降，但细胞内可溶性糖的含量有明显的提高。下列推断错误的是( )
A．冷害初期呼吸作用增强，有利于抵御寒冷
B．持续低温使根细胞呼吸减弱，吸收矿质营养能力下降
C．低温时细胞内结合水的比例上升，有利于适应低温环境
D．持续低温使线粒体内氧化酶活性增强，促进淀粉分解为可溶性糖
D [冷害初期呼吸作用增强，释放能量增加，利于抵御寒冷，A正确；持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱，使细胞呼吸减弱，供能减少，吸收矿质营养能力下降，B正确； 低温使细胞内结合水含量增加，自由水含量降低，细胞液浓度升高，有利于适应低温环境，C正确； 持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱，使细胞呼吸减弱，氧化酶与淀粉分解无关，D错误。]
2．稻田长期浸水，会导致水稻幼根变黑腐烂。测得水稻幼根从开始浸水到变黑腐烂时细胞呼吸速率的变化曲线如图。下列叙述正确的是( )
A．Ⅰ阶段幼根细胞的有氧呼吸速率和无氧呼吸速率皆降低
B．Ⅱ阶段幼根细胞的有氧呼吸速率和无氧呼吸速率皆升高
C．Ⅰ阶段和Ⅲ阶段呼吸速率下降的主要原因相同
D．为避免幼根变黑腐烂，稻田宜在Ⅱ阶段前适时排水
D [水稻幼根刚开始浸水时即Ⅰ阶段时，由于水中氧气的含量降低，有氧呼吸速率降低，有些细胞开始进行无氧呼吸，A错误；随着浸泡时间的延长，在Ⅱ阶段时，有氧呼吸越来越弱，而无氧呼吸强度不断增强，B错误；Ⅰ阶段由于水中氧气含量少，有氧呼吸速率降低，Ⅲ阶段由于无氧呼吸使酒精积累，对植物根细胞产生毒害作用，导致无氧呼吸速率下降，C错误；水稻幼根变黑腐烂是因为细胞进行无氧呼吸产生的酒精会毒害幼根，故应在Ⅱ阶段前适时排水，D正确。]
细胞呼吸原理的应用
3．(2019·潍坊期中)下列关于细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是( )
A．稻田需要定期排水，防止幼根缺氧变黑腐烂
B．提倡慢跑有助于避免肌细胞通过无氧呼吸大量积累乳酸和CO2
C．利用乳酸菌制作酸奶的过程需隔绝空气
D．皮肤破损较深的患者，应及时到医院注射破伤风抗毒血清
B [稻田需要定期排水，防止幼根缺氧进行无氧呼吸产生酒精伤害细胞，使根变黑腐烂，A项正确；提倡慢跑有助于避免肌细胞进行无氧呼吸，但肌细胞无氧呼吸不会产生CO2，B项错误；乳酸菌是厌氧菌，因此利用乳酸菌制作酸奶的过程需隔绝空气，C项正确；皮肤破损较深的患者，易感染厌氧型破伤风杆菌，应及时到医院注射破伤风抗毒血清，D项正确。]
4．(2019·山西名校联考)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 种子贮存 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 [种子的贮藏，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；乳酸菌是厌氧型微生物，所以整个过程要严格密封，B错误；水果保鲜的目的是既要保持水分，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。]
细胞呼吸的相关实验
探究酵母菌的细胞呼吸方式
1．实验原理
2．实验步骤
(1)配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为5%的葡萄糖溶液，分别装入A、B两锥形瓶中。
(2)设计对比实验
①甲组中空气先通过NaOH溶液的目的是去除空气中的CO2。
②乙组中B瓶先密封放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是耗尽瓶中原有的氧气。
③CO2检测：观察两组装置中澄清石灰水的变化。
④酒精检测：取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入两支干净的试管中，向两试管中分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液，并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液的颜色变化。
(3)实验现象
条件 澄清石灰水的变化 两试管的变化
甲组 变混浊快 无变化
乙组 变混浊慢 出现灰绿色
(4)实验结论
①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
②在有氧条件下产生CO2多而快，在无氧条件下产生酒精，还产生少量的CO2。
1．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2，可判断其呼吸方式。
(×)
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物中都有CO2。
2．在酸性条件下，酒精会使重铬酸钾溶液由蓝变绿再变黄。(×)
提示：应该是由橙色变成灰绿色。
3．检测CO2的产生除澄清石灰水外，还可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测。 (√)
4．在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可直接向酵母菌培养液中添加酸性的重铬酸钾溶液检测酒精。 (×)
提示：应各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支试管中，加酸性的重铬酸钾溶液检测。
5．在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可依据澄清石灰水的混浊程度判断细胞呼吸的方式。 (√)
1．细胞呼吸速率的测定
(1)实验装置
(2)实验原理：组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。
(3)误差的校正
为排除温度、气压等无关变量的干扰，可设置对照装置。对照装置与上述装置相比，不同点是用等量的死亡的种子代替萌发的小麦种子，其余均相同。
2．细胞呼吸方式的实验探究
(1)实验装置(以发芽种子为例)
(2)实验原理
①装置一中NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸所产生的CO2，着色液滴移动的距离代表发芽种子细胞呼吸吸收O2的量。
②装置二中着色液滴移动的距离代表植物细胞呼吸产生CO2的量与吸收O2量的差值。
(3)实验现象和结论
实验现象 结论
装置一液滴 装置二液滴
不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸
不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移 不动 进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
1．用酵母菌使葡萄汁发酵产生葡萄酒，当酒精含量达到12%～16%时，发酵就停止了，试分析其原因是什么。
提示：酵母菌在无氧及其他条件合适的情况下，随着发酵产物(如酒精)增多，营养物质的减少及酸碱度发生变化等影响，其繁殖速度逐渐下降，死亡率逐渐上升，酒精发酵最终会停止。
2．为验证酵母菌细胞中线粒体对相关物质的利用情况，现从酵母菌细胞中分离得到的具有活性的线粒体为实验材料进行如下实验。
组别 步骤一 步骤二 步骤三
1 加入线粒体 加入葡萄糖 加入溴麝香草酚蓝水溶液，一段时间后观察溶液颜色的变化情况
2 加入线粒体 加入丙酮酸
(1)从酵母菌细胞中分离得到线粒体常用的实验方法是什么？
(2)请预期两组实验的实验结果，并简述判断理由。
提示：(1)差速离心法。
(2)第1组溶液为蓝色，第2组溶液颜色由蓝变绿再变黄，第1组中由于葡萄糖不能进入线粒体被利用，所以无CO2生成；第2组丙酮酸可进入线粒体被利用，生成CO2，使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
考查探究酵母菌细胞呼吸方式的教材实验
1．(2019·衡水金卷)下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述，正确的是( )
A．选择酵母菌为实验材料是因为酵母菌是自养、兼性厌氧型微生物，易于培养
B．通过设置有氧(对照组)和无氧(实验组)的对照，易于判断酵母菌的呼吸方式
C．将进气管、排气管与锥形瓶连接后需要进行气密性检查，确保不漏气
D．实验的因变量是澄清石灰水是否变混浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化
C [在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，选择酵母菌作为实验材料是因为酵母菌具有兼性厌氧且易于培养的特点，但它不是自养型微生物，A项错误；在该实验中所设置的有氧组和无氧组都是实验组，是为了相互对比，易于判断酵母菌的呼吸方式，B项错误；为了保证实验结果的准确性，将进气管、排气管与锥形瓶连接后通常需要进行气密性检查，确保不漏气，C项正确；本实验的因变量是酵母菌CO2产生的快慢和是否有酒精生成，D项错误。]
2．(2019·宁夏育才中学月考)为了探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学将实验材料和用具按如图所示安装好。以下关于该实验的说法，不正确的是( )
甲组 乙组
A．甲、乙两组实验探究的分别是酵母菌在有氧、无氧条件下的呼吸方式
B．加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2
C．将橙色的重铬酸钾溶液滴入B瓶中变成灰绿色，证明有酒精产生
D．乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是消耗B瓶中的O2以形成无氧的环境
C [甲组营造的是有氧环境，乙组营造的是无氧环境，A正确；甲组加入NaOH溶液的目的是吸收空气中的CO2，即排除空气中的CO2对实验结果的干扰，B正确；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色，C错误；乙组中B瓶先封口放置一段时间的目的是消耗B瓶中的O2以形成无氧的环境，D正确。]
考查探究酵母菌细胞呼吸方式的拓展实验
3．(2019·潍坊期末)某研究小组为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，设计了如图的实验装置(不考虑其他因素的影响)。以下说法错误的是( )
甲 乙
A．甲装置有色液滴不动，说明酵母菌只进行无氧呼吸
B．甲装置有色液滴左移，说明酵母菌只进行有氧呼吸
C．乙装置有色液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸
D．乙装置有色液滴右移，说明酵母菌中一定存在无氧呼吸
B [甲装置中放入的是NaOH溶液和酵母菌葡萄糖培养液，NaOH溶液能吸收CO2，有色液滴的移动量代表O2的吸收量。乙装置放入的是清水和酵母菌葡萄糖培养液，清水不能吸收CO2，乙装置中酵母菌进行有氧呼吸，吸收的O2和释放的CO2量相等，有色液滴不移动，乙装置中酵母菌进行无氧呼吸，释放CO2会造成有色液滴右移。]
4．(2019·河南洛阳月考)某实验小组为“探究酵母菌呼吸方式”，设计如图所示的实验装置。实验中，先向气球中加入10 mL酵母菌培养液，再向气球中注入一定量的氧气，扎紧气球，置于装有20 ℃温水的烧杯中，再将整个装置置于20 ℃的恒温水浴中，记录实验开始30 min后烧杯中液面变化量。下列叙述错误的是 ( )
A．若酵母菌进行了无氧呼吸，则液面应该下降
B．该装置还可以用来“探究酵母菌进行无氧呼吸的最适温度”
C．若30 min后液面没有变化是因为酵母菌只进行了有氧呼吸
D．需设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照
A [若酵母菌进行了无氧呼吸，无氧呼吸不吸收氧气，但是释放二氧化碳，因此会导致气球的体积增大，烧杯中的液面应该上升；可设置多个该实验装置，自变量为不同梯度的温度，因变量为烧杯液面上升的高度，用来“探究酵母菌进行无氧呼吸的最适温度”；有氧呼吸过程中吸收的氧气量等于释放的二氧化碳量，而无氧呼吸只释放二氧化碳，因此若30 min后液面没有变化是因为酵母菌只进行了有氧呼吸；需设置一个气球中加入等量煮沸过的酵母菌培养液的相同装置作为对照，以校对物理因素对实验结果的影响。]
考查细胞呼吸速率的测定及其他实验
5．(2019·淄博模拟)某同学用如图所示实验装置测定果蝇幼虫的呼吸速率。实验所用的毛细管横截面积为1 mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25 ℃水浴中，10 min后关闭软管夹，随后每隔5 min记录一次毛细管中液滴移动的位置，结果如下表所示。下列分析正确的是 ( )
实验时间(min) 10 15 20 25 30 35
液滴移动距离(mm) 0 32.5 65 100 130 162.5
A.图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向右移动
B．在20～30 min内氧气的平均吸收速率为6.5 mm3/min
C．如将X换为清水，并向试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率
D．增设的对照实验只需将装置中的X换成清水，并将该装置置于相同的环境中
B [题图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向左移动，A项错误；在20～30 min内氧气的平均吸收速率为(130－65)×1÷10＝6.5(mm3/min)，B项正确；果蝇幼虫无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，无论是否进行无氧呼吸液滴都不会移动，C项错误；对照实验中应将装置中的果蝇幼虫换成等数量的死幼虫，并将该装置置于相同环境中，重复上述实验，D项错误。]
6．酵母菌为兼性厌氧型单细胞真菌，某研究小组用它进行了如下三组实验。图甲为在注射器中加入5 mL含酵母菌的培养液，吸入10 mL空气后加塞密闭，一段时间后，发现针筒内的气体体积增加。图乙为①号、②号试管中均加入3 mL蒸馏水和少许0.1%溴麝香草酚蓝(简称BTB)溶液，直至溶液呈蓝绿色时为止(当环境偏酸性时，BTB溶液呈黄色)。
甲 乙
(1)图甲中，实验起初一段时间内，针筒内的气体体积未发生变化，但溶液中有气泡产生，与气泡产生有关的细胞结构是__________。实验一段时间后，发现针筒内的气体体积开始增加，此时酵母菌细胞开始进行__________呼吸。
(2)图乙中，①号试管内溶液颜色变化是由蓝绿色变成__________，设置②号试管的作用是作为__________。
(3)若要证明甲、乙两组装置中释放的气泡是酵母菌产生的，都需要设置一个对照组同步实验，对照组的设置为另取一相同装置，将容器中含酵母菌的培养液换成______________________，其他条件相同。
[解析] (1)实验起初一段时间内，由于注射器内有足够的氧气，酵母菌只进行有氧呼吸，有氧呼吸吸收的氧气与消耗的二氧化碳的体积相同，因此针筒内的气体体积未发生变化，但溶液中有气泡产生，是由于有氧呼吸产生了二氧化碳，产生二氧化碳的结构是线粒体基质。实验一段时间后，氧气逐渐被消耗，发现针筒内的气体体积开始增加，此时酵母菌细胞开始进行无氧呼吸。(2)溴麝香草酚蓝溶液是用于检测二氧化碳的，由于酵母菌在细胞呼吸过程中能产生CO2，因此一段时间后①号试管中的溶液由蓝绿色逐渐变成黄色。设置②号试管的作用是作为对照。(3)若要证明甲、乙两组装置中释放的气泡是酵母菌产生的，都需要设置一个对照组同步实验，对照组的设置为另取一相同装置，将容器中含酵母菌的培养液换成等量含灭活酵母菌的培养液，其他条件相同。
[答案] (1)线粒体(基质) 无氧
(2)黄色 对照
(3)等量含灭活酵母菌的培养液
1.有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。
2．葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才能进入线粒体被分解。
3．无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。
4．人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。
5．无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中。
6．O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为此时细胞进行无氧呼吸。
1.有氧呼吸反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
2．无氧呼吸反应式：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量，C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
3．有氧呼吸三个阶段均能产生ATP，第三阶段产生ATP最多。
4．有水产生的细胞呼吸一定是有氧呼吸。
5．有氧呼吸和无氧呼吸的实质都是氧化分解有机物，释放能量，形成ATP。
6．不同生物细胞进行无氧呼吸产物不同的直接原因是所含酶的种类不同。
7．O2抑制细胞无氧呼吸，促进细胞有氧呼吸。
真题体验| 感悟高考 淬炼考能
1．(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。]
2．(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。]
3．(2019·海南高考)下列关于绿色植物的叙述，错误的是( )
A．植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B．植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的
C．遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D．植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
B [有氧呼吸不需要光照，植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸，A正确；植物细胞中ATP不一定都是在膜上合成的，如细胞质基质和线粒体基质也可以合成ATP，B错误；合成叶绿素需要光照，遮光培养会导致光照减弱，会导致叶肉细胞的叶绿素含量下降，C正确；植物幼茎的绿色部分含有叶绿体，能进行光合作用，所有的活细胞都能进行呼吸作用，D正确。]
4．(2018·全国卷Ⅲ)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是( )
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
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
C [植物在黑暗中既可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸，A正确；食物链上某一营养级同化的能量大部分用于呼吸消耗，B正确；对于以糖类为底物的呼吸作用来说，有氧呼吸的产物是CO2和H2O，无氧呼吸的产物为乳酸或者酒精和CO2，C错误；植物光合作用的光反应阶段、有氧呼吸的第一、第二、第三阶段以及无氧呼吸第一阶段都可以合成ATP，D正确。]
5．(2017·海南高考)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。]
6．(2017·海南高考)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，染料若被氧化则呈无色，被还原则呈红色，活细胞有细胞呼吸产生还原剂，染料被还原，故呈红色，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。]
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(共120张PPT)
第三单元 细胞的能量供应和利用
第2讲 细胞呼吸
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细胞呼吸的类型和过程
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ATP
氧化分解
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大量ATP
二氧化碳和水
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多种酶的催化
不彻底的氧化产物
细胞质基质
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2C2H5OH＋2CO2＋能量
2C3H6O3＋能量
第一阶段
酒精或乳酸
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×
×
×
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×
×
√
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影响细胞呼吸的因素及应用
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酶的活性
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降温
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有氧呼吸
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反应物
介质
加快
减慢
晾晒
浸泡
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抑制
增加
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√
×
×
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√
√
×
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细胞呼吸的相关实验
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葡萄糖
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耗尽瓶中原有的氧气
去除空气中的CO2
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还产生少量的CO2
变混浊快
变混浊慢
产生CO2多而快
产生酒精
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×
×
√
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×
√
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第3讲 光合作用(Ⅰ)
1.光合作用的基本过程(Ⅱ) 2.实验：叶绿体色素的提取和分离
1.叶绿体的结构与功能相适应；物质和能量观：通过光合作用合成有机物，储存能量(生命观念) 2.比较光反应和暗反应，掌握光合作用的过程(科学思维) 3.分析色素的提取与分离的结果(科学探究) 4.光合作用的原理在生产中的应用(社会责任)
捕获光能的色素和叶绿体的结构
1．叶绿体中色素的种类和颜色
色素的种类 色素的颜色
叶绿素 叶绿素a 蓝绿色
叶绿素b 黄绿色
类胡萝卜素 叶黄素 黄色
胡萝卜素 橙黄色
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出：(1)色素的功能：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)色素吸收光的范围：可见光的波长范围大约是390～760 nm，一般叶绿体中的色素只吸收可见光，对红外光和紫外光不吸收。
3．叶绿体的结构与功能
(2)功能：进行光合作用的场所。
4．恩格尔曼实验方法的巧妙之处
(1)巧选实验材料：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；用好氧细菌可以确定释放氧气的部位。
(2)妙法排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
(3)巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
(人教版必修1 P99页“与社会的联系”)
温室或大棚种植蔬菜时，最好选择什么颜色的玻璃或塑料薄膜？说明原因。
提示：无色透明。有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光，其他色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用的进行；而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各种色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行。
1．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。 (√)
2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。 (×)
提示：叶绿体中色素吸收的光能用于光合作用。
3．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。 (×)
提示：叶片黄化，说明叶绿体中的叶绿素减少，所以吸收红光减少。
4．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 (×)
提示：基质中有酶分布，但没有色素。
5．没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。 (×)
提示：蓝藻细胞没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用。
影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶子变黄。
1．为什么高等植物的叶片一般呈现绿色？说出你的理由。
提示：因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来，所以高等植物的叶片一般呈现绿色。
2．入秋后，叶片逐渐变黄，试解释其原因。
提示：入秋后，气温逐渐降低，低温可导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中叶绿素含量减少，类胡萝卜素含量增加，导致叶片变黄。
3．为了探究弱光和强光对某种绿色植物的叶片内各种光合色素含量的影响，请简要写出实验设计思路并利用所学知识进行检测。
提示：将某种生理状态、大小等相同的绿色植株平均分为甲、乙、丙3组，甲组给予弱光照、乙组给予自然光照，丙组给予强光照，其他条件相同且适宜，一段时间后取每组相同部位的等量叶片进行色素的提取和分离，比较滤纸条上各种色素带的宽度。
考查色素的种类和作用
1．(2019·广州一模)下列关于植物细胞中光合色素的说法正确的是( )
A．光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上
B．Mg是构成叶绿素所必需的微量元素
C．叶绿素对绿光吸收最多，所以叶片呈绿色
D．用纸层析法分离色素时，含量多的色素在滤纸上扩散得快
A [植物细胞中光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A项正确；Mg是构成叶绿素所必需的大量元素，B项错误；叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈绿色，C项错误；用纸层析法分离色素时，溶解度高的色素在滤纸上扩散得快，D项错误。]
2．(2019·邢台市高三质检)下列关于植物细胞叶绿体内光合色素的叙述，正确的是( )
A．胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光和蓝紫光
B．叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少，使绿光被反射出来
C．四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是胡萝卜素
D．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变
B [胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A项错误；叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少，使绿光被反射出来，B项正确；四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是叶绿素b，C项错误；植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会发生改变，D项错误。]
考查叶绿体的结构和功能
3．(2019·烟台模拟)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 ( )
A．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
B．H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中
C．CO2的固定过程发生在类囊体的薄膜上
D．光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
D [叶绿体中的色素主要分布在类囊体薄膜上，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。]
4．(2019·重庆南开中学月考)下列关于叶绿体的叙述，正确的是( )
A．叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积
B．叶绿体基质中NADP＋能形成NADPH
C．类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光
D．类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
C [叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜，而是类囊体薄膜，A项错误；NADP＋形成NADPH的场所是基粒，B项错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C项正确；催化CO2的固定和还原的酶存在叶绿体的基质中，D项错误。]
绿叶中色素的提取和分离(实验)
1．实验原理
2．实验步骤
(1)提取色素
①研磨
操作图解 添加物质 作用
无水乙醇 溶解色素
二氧化硅 研磨充分
碳酸钙 保护色素
②过滤：用单层尼龙布过滤→收集滤液。
(2)分离色素
主要操作 操作要点 操作目的
制备滤纸条 一端剪去两角 保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐
用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线 滤液细线要细、直，使各色素扩散的起点相同
画滤液细线 待滤液干后，再画一两次 使滤液细线上有较多的色素
层析 层析液不能触及滤液细线，否则色素会溶解在层析液中，而不会沿滤纸条向上扩散
3.实验结果分析
结合图示填写表格内容。
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
a 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快
b 叶黄素 黄色 较少 较高 较快
c 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢
d 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
1．(2019·石家庄模拟)下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的操作，正确的是 ( )
A．使用定性滤纸过滤研磨液
B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复划线2～3次
D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
B [过滤的目的主要是将滤渣和滤液分开，要用尼龙布而不能用滤纸过滤研磨液，故A错误；干燥处理定性滤纸是为了让层析液能够更快地上升，使色素更好地分离，故B正确；画滤液细线，要等一次画完干燥后才能重复，防止滤液细线过粗，故C错误；叶绿体中色素不溶于水，而溶于有机溶剂，可用无水乙醇溶解色素，故D错误。]
2．(2019·山西名校联考)下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述，不正确的是( )
A．用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同
B．色素在层析液中的溶解度不同，导致色素带的位置不同
C．研磨绿叶时不加CaCO3，则滤纸条上四条色素带变窄的比例相同
D．只画一次滤液细线会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄
C [绿叶中各种光合色素的含量不同，故用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同，A正确。绿叶中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的，扩散速度快；溶解度小的，扩散速度慢，B正确。提取色素时加入CaCO3是为了防止色素被破坏，特别是防止叶绿素被破坏，因此研磨绿叶时不加CaCO3，则滤纸条上四条色素带变窄的比例不相同，C错误。只画一次滤液细线，滤纸上含有的色素含量减少，会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄，D正确。]
3．(2019·武汉模拟)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是 ( )
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
C．四种色素在层析液中溶解度的大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D．如果滤液细线触及石油醚，会缩短分离得到四条色素带的时间
B [由图可知，强光照时叶绿素含量下降，类胡萝卜素含量上升，因此正常光照下的绿色更深，A错误；强光照的作用可能是抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素中溶解度大的，在滤纸上扩散速度快，因此四种色素在层析液中溶解度的大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；如果滤液细线触及石油醚，四种色素会溶解于层析液中，得不到四条色素带，D错误。]
4．(2019·攀枝花模拟)在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中，选用某植物A、B两个品种，在正常光照和弱光照下进行实验，部分实验内容与结果见下表。
品种 光照处理 叶绿素a含量(mg/cm2) 叶绿素b含量(mg/cm2) 类胡萝卜素总含量(mg/cm2) 光合作用速率[μmol CO2/(m2·s)]
A 正常光照 1.81 0.42 1.02 4.59
A 弱光照 0.99 0.25 0.46 2.60
B 正常光照 1.39 0.27 0.78 3.97
B 弱光照 3.80 3.04 0.62 2.97
回答下列问题：
(1)据表推知，该实验的自变量是________________________，无关变量是__________(两个即可)。
(2)表中的光合色素位于叶绿体的____________膜上。用纸层析法将品种B绿叶光合色素分离的原理是_____________________。
(3)据表分析，在弱光照处理时，品种A和品种B的光合作用速率都减慢，但品种B比品种A的光合作用速率减慢程度低，原因是________________________________________________。
[答案] (1)光照强度和植物种类 温度、二氧化碳浓度(合理即可)
(2)类囊体的薄 光合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)品种B在弱光照处理时叶绿素a和叶绿素b含量增加
光合作用的过程
1．光合作用的探究历程
科学家 关键设计或现象 实验结论(观点)
普利斯特利 点燃的蜡烛(小鼠)＋绿色植物→蜡烛不熄灭(小鼠不死亡) 植物可以更新空气
英格豪斯 500多次植物更新空气的实验 植物只有在光下才能更新空气
梅耶 依据能量转化与守恒定律 光合作用把光能转换为化学能
萨克斯 光合作用产物除氧气外还有淀粉
恩格尔曼 氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
鲁宾和卡门 光合作用释放氧气全部来自H2O
卡尔文 用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性 光合作用中碳原子的转移途径为：14CO2→14C3→(14CH2O)
2.光合作用的过程
(1)根据如图分析光反应与暗反应的区别
过程 Ⅰ.光反应 Ⅱ.暗反应
场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质
条件 光、色素和酶 多种酶
原料 水、NADP＋、ADP、Pi [H](NADPH)、ATP、CO2
产物 [H](NADPH)、ATP、O2 (CH2O)、ADP、Pi
物质变化 ①水的光解： H2O[H]＋O2 ②ATP的合成：ADP＋PiATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5
能量变化 光能→ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
(2)根据如图分析光反应与暗反应的联系
①光反应为暗反应提供ATP和NADPH。
②暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。
(3)写出光合作用总反应式，并用箭头标注反应物中H、O的去向：
。
3．光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 光能 无机物氧化释放的能量
代表生物 绿色植物 硝化细菌
相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
(人教版必修1 P103“相关信息”)光合作用光反应阶段产生的[H]代表的物质是什么？与细胞呼吸过程中产生的[H]代表的物质相同吗？
提示：光合作用光反应阶段产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，二者不相同。因此，两者代表的物质不相同。
1．光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂。 (√)
2．H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。 (×)
提示：H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上。
3．只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。 (×)
提示：在暗反应不能进行时，因光反应产生的[H]和ATP的积累，光反应也要停止。
4．在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中C3和C5含量都迅速增加。 (×)
提示：突然停止光照后，C3增加，C5减少。
5．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，其叶绿体内CO2的固定立即停止。 (×)
提示：光反应停止后，光反应产生的[H]和ATP仍可被暗反应利用一段时间。
6．土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖。 (√)
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化
如图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化
1．光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用有什么不同？
提示：光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原和叶绿体中蛋白质、核酸的合成。细胞呼吸产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动。
2．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。每组处理的总时间均为135 s，光照与黑暗处理情况见如图所示(A、B、C三组光照与黑暗处理时间相同)。结果是A组光合作用产物的相对含量为50%；B组光合作用产物的相对含量为70%；C组光合作用产物的相对含量为94%；D组光合作用产物的相对含量为100%。
(1)各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件适宜且相同，这样处理的目的是什么？
(2)可以判断，单位光照时间内，B组和C组植物合成有机物的量都高于D组植物合成有机物的量，判断依据是什么？如何解释这一实验结果？
提示：(1)排除无关变量对实验结果的干扰(或保证自变量的唯一性)。
(2)B组和C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的70%和94%。因为随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和[H]能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
考查光合作用探究历程的相关实验
1．(2019·衡水金卷)下列有关光合作用探究历程的叙述正确的是( )
A．英格豪斯认为密闭玻璃罩中蜡烛熄灭的根本原因是缺乏足够的氧气
B．萨克斯的实验中叶片曝光的一半变蓝，说明叶绿体在光下产生了淀粉
C．鲁宾和卡门用18O只标记H2O，证明了光合作用释放的氧气都来自水
D．恩格尔曼的水绵实验利用了好氧细菌的生理特点作为因变量观测指标
D [英格豪斯认为植物只有绿叶才能更新空气，A项错误；萨克斯实验证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉，B项错误；鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用释放的氧气都来自水，C项错误。]
2．光合作用的暗反应阶段主要包括：C5和CO2结合生成C3，C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光，科学家利用小球藻进行实验，结果如图所示。请回答下列问题：
(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应怎样处理？
_______________________________________________________
______________________________________________________。
(2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是___________________，作出此判断的依据是__________________________________________
_____________________________________________________。
(3)若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，短时间内细胞中C3和C5含量的变化趋势分别是_______________________
_____________________________________________________。
[解析] (1)据题意可知：欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质。(2)分析图示可知：当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关，据此可判断：暗反应阶段间接依赖光照的反应是C3经一系列变化生成糖类和C5。(3)若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，导致CO2和C5结合形成C3和CO2固定过程减弱，新生成的C3减少，而原有的C3继续被还原为C5和糖类，所以短时间内细胞中C3含量降低，C5含量升高。
[答案] (1)每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质 (2)C3经一系列变化生成糖类和C5 当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关 (3)C3含量降低，C5含量升高
考查光合作用的过程
3．(2019·惠州模拟)用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上，短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量上升，则NaHSO3溶液的作用可能是( )
A．促进叶绿体中CO2的固定
B．抑制叶绿体中C3的还原
C．促进叶绿体中ATP的合成
D．抑制叶绿体中有机物的输出
C [若NaHSO3溶液促进叶绿体中CO2的固定，则CO2被C5固定形成的C3增加，消耗的C5增加，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，A项错误；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中C3的还原，则C3被还原生成的C5减少，消耗的C3减少，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，B项错误；若NaHSO3溶液促进叶绿体中ATP的合成，则被还原的C3增加，生成的C5增加，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将增加，C3的含量将减少，C项正确；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中有机物的输出，意味着暗反应中C3的还原过程变慢，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，D项错误。]
4．(2019·唐山期末)某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别 加入物质 条件 实验现象
A组 DCPIP溶液 适宜温度和光照等条件 产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组 适量磷酸、 NaHCO3 (CH2O)/C3比值增高
(注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。)
请分析回答：
(1)分离获得完整叶绿体需要用到的方法是________和过滤。
(2)A组气泡中成分是________，DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是__________________。
(3)B组(CH2O)/C3比值增高的原因是_____________________。
[解析] (1)分离获得完整叶绿体需要用到的方法是差速离心和过滤。(2)A组可以进行光合作用的光反应阶段，气泡中成分是O2, DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色溶液，DCPIP由蓝紫色变无色说明被还原了，原因是光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原。(3)B组(CH2O)/C3比值增高的原因是磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)。ATP的形成需要游离磷酸，适量磷酸能够加快光反应的速率，生成ATP供暗反应使用，因此实验组中光反应速率高，ATP生成多，促进暗反应中(CH2O)合成。
[答案] (1)差速离心 (2)O2 光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原 (3)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)
1.可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体(如蓝藻等)，但是都有光合色素。
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，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
3．植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
4．暗反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。
5．光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
6．叶绿体产生的ATP只能用于自身的物质合成，不能直接用于细胞中其他部位的生命活动。
1.叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
2．吸收光能的四种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
3．叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
4．光合作用释放的O2来自H2O。
5．光反应阶段就是叶绿体中的色素吸收光能，将H2O分解成[H]和O2，同时形成ATP的过程。
6．暗反应过程是在叶绿体基质内，在多种酶催化下完成的，包括CO2的固定和C3的还原等过程。
真题体验| 感悟高考 淬炼考能
1．(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。]
2．(2019·海南高考)下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是( )
A．光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B．红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C．光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D．红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
B [光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的[H]和ATP，A正确；胡萝卜素不能吸收红光，B错误；光反应中，将光能转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C正确；红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP中活跃的化学能，D正确。故选B。]
3．(2019·江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
D [研磨时加入CaCO3能防止叶绿素被破坏，A项错误；层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，层析分离时烧杯上要加盖，C项错误；对照图示结果分析可知，该种蓝藻中没有叶黄素和叶绿素b，D项正确。]
4．(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．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
A [本题考查色素对光能的吸收、光合作用的过程。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，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；题干中给出“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”，光合作用吸收CO2、释放O2，O2的释放意味着CO2的吸收，C正确；640～660 nm波长光正好是叶绿素的吸收区，故叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。]
5．(2016·全国卷Ⅱ)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于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。]
6．(2016·天津高考)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是( )
A．红光，ATP下降
B．红光，未被还原的C3上升
C．绿光，[H]下降
D．绿光，C5上升
C [叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光吸收最少，因此当突然改用光照强度与白光相同的红光照射时，光反应增强，ATP、[H]、C5含量上升，ADP、C3含量减少；当突然改用光照强度与白光相同的绿光照射时，光反应减弱，ATP、[H]、C5含量减少，ADP、C3含量增多。]
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(共97张PPT)
第三单元 细胞的能量供应和利用
第3讲 光合作用(Ⅰ)
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捕获光能的色素和叶绿体的结构
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蓝绿
黄绿
叶黄素
胡萝卜素
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红光和蓝紫光
蓝紫光
可见光
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光合作用
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氧气
氧气
光
有光照
无光照
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√
×
×
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×
×
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绿叶中色素的提取和分离(实验)
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溶解色素
保护色素
单层尼龙布
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细、直
均匀、整齐
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滤液细线
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胡萝卜素
最少
较少
较快
蓝绿色
较低
叶绿素b
最低
最慢
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光合作用的过程
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更新空气
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光下
光能
化学能
淀粉
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H2O
叶绿体
叶绿体
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光反应
暗反应
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
光
O2
(CH2O)
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ATP
CO2
2C3
2C3
(CH2O)
活跃的化学能
活跃的化学能
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ADP、Pi、NADP＋
ATP和NADPH
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CO2和H2O
光能
无机物氧化释放的能量
硝化细菌
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√
×
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×
×
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×
√
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第4讲 光合作用(Ⅱ)
影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)
1.通过光合作用合成有机物，储存能量(生命观念) 2.通过曲线图分析光照强度、温度、CO2浓度等对光合作用的影响；模型与建模：建立光照强度、温度、CO2浓度等对光合作用影响的数学模型(科学思维) 3.探究环境因素对光合作用的影响(科学探究) 4.光合作用的原理在生产中的应用(社会责任)
影响光合作用的环境因素及应用
1．光合作用强度
(1)含义：植物在单位时间单位面积内，通过光合作用制造糖类的数量。
(2)两种表示方法
①一定时间内原料的消耗量。
②一定时间内产物的生成量。
2．影响光合作用过程的环境因素
(1)空气中CO2浓度。
(2)土壤中水分含量。
(3)光照长短、强弱以及光的成分。
(4)温度的高低。
1．生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要限制因素是光照强度。 (√)
2．延长光照时间能提高光合作用强度。 (×)
提示：延长光照时间只能提高光合作用的产物量，不能提高光合作用强度。
3．植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。 (×)
提示：植物体从土壤中吸收的水分主要用于蒸腾作用。
4．停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。 (√)
5．夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 (×)
提示：出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度过高，引起气孔关闭，CO2吸收减少，而不是环境中CO2浓度过低。
1．光照强度对光合作用的影响及应用
(1)原理：光照强度影响光反应阶段，制约ATP及NADPH的产生，进而制约暗反应。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，AB段光合作用强度小于细胞呼吸强度；
B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)；
BD段：光合作用强度大于细胞呼吸强度；
C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而加强)。
②实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物。
(3)应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物、林间带树种的配置和冬季温室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2浓度对光合作用的影响及应用
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成。
(2)曲线分析
图甲 图乙
图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B点和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)应用
①大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
②温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，施用农家肥，与猪舍、鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
3．温度对光合作用的影响及应用
(1)原理：温度通过影响光合酶的活性影响光合作用强度。
(2)曲线分析
光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。
4．水对光合作用的影响及应用
(1)原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
(2)曲线分析
图1 图2
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线上E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，气孔关闭，影响了CO2的供应。
(3)应用：预防干旱，合理灌溉。
5．矿质元素对光合作用的影响及应用
(1)原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是酶的组成元素，N、P是ATP、磷脂的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等。
(2)曲线分析
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液的浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。
(3)应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
6．光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
(1)常见曲线
图中：a.高CO2浓度 b．中CO2浓度 c．低CO2浓度
①高光强 ②中光强 ③低光强
(2)曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(3)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
7．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
1．在温室大棚生产中，施用农家肥能够提高作物的产量，原理是什么？
提示：农家肥中的有机物被微生物分解能够产生无机盐和CO2，为大棚作物的生长补充CO2和无机盐，提高大棚作物的产量。
2．在农业生产上，农作物的种植密度过大时，农作物的产量反而会降低，原因是什么？
提示：农作物的种植密度过大时，会造成作物下部的叶片通风和透光度低；下部的叶片因光照强度和CO2浓度低，光合速率降低，而作物种植密度大又造成整体上作物的细胞呼吸强度的增大，因此作物的净光合速率降低。
3．生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点和光补偿点如何变化，原因是什么？
提示：光饱和点降低，因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和[H]少。光补偿点升高，因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大。
4．研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的14CO2进行光合作用，然后检测并比较14C标记的有机化合物的量。(1)该实验的目的是什么？(2)B组14C标记的(14CH2O)的量比A组低，原因是什么？
提示：(1)探究Mg2＋对植物光合作用的影响 (2)缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少。
5．研究表明，钙(CaCl2)与脱落酸(ABA)都能提高棉花的抗旱能力，并且混合使用效果更佳，请简要写出证明该观点的实验设计思路。
提示：在干旱条件下分别用清水、CaCl2、ABA及CaCl2和ABA的混合物分别处理棉花，测量并比较四种情况下的净光合速率大小。
考查环境因素影响光合作用的坐标曲线分析
1．(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________。
(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________，判断的依据是
_______________________________________________________
______________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(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________(填“O2”或“CO2”)不足。
[解析] (1)由题图可知，乙的光饱和点及光补偿点都比甲低，因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时，甲种植物光合作用强度高于乙种植物，因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知，甲种植物的光饱和点较高，对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低，所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高，气孔部分关闭，因此进入叶肉细胞的CO2不足，叶片的光合速率明显下降。
[答案] (1)甲
(2)甲 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)乙
(4)CO2
2．在适宜光照下，测定植物甲、乙在不同CO2浓度下的光合速率，结果如图所示。回答问题。
(1)CO2浓度为q时，限制植物甲、乙光合作用的环境因素分别是__________________；若曲线是在光合作用的适宜温度下所测，现提高环境温度，q点将向__________移动。
(2)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，在适宜光照下，一段时间后，植物____________可能无法正常生长，原因是______________________________________________________。
(3)CO2浓度为r时，植物甲的总光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)植物乙的总光合速率；当CO2浓度为q时，植物乙与植物甲固定的CO2量的差值为__________________。
[解析] (1)据图可知，CO2浓度为q时，限制植物甲光合作用的环境因素是CO2浓度，限制植物乙光合作用的环境因素是温度，若图中曲线是在光合作用的适宜温度下测得，提高环境温度，植物甲的光合速率会下降，只有在更高的CO2浓度下，植物甲的光合速率才能与呼吸速率相等，q点将右移。(2)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，适宜光照下，一段时间后，植物的净光合速率大于0，随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降，在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长。(3)当CO2浓度为0时，纵坐标所示数值表示呼吸速率，当CO2浓度大于0时，纵坐标所示数值表示净光合速率，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率。据此分析可知，当CO2浓度为r时，植物甲、植物乙的净光合速率均等于b，但植物甲的呼吸速率(d)大于植物乙的呼吸速率(c)，所以植物甲的总光合速率大于植物乙的总光合速率。当CO2浓度为q时，植物甲的净光合速率为0，植物乙的净光合速率为b，此时植物乙与植物甲固定的CO2量(总光合速率)的差值＝b＋c－d。
[答案] (1)CO2浓度、温度 右
(2)甲 在光照、密闭的环境中，植物的净光合速率大于0，随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降，在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长
(3)大于 b＋c－d
考查环境因素影响光合作用的实验分析
3．(2019·河北省调研)某生物兴趣小组在探究多种环境因素对水稻光合作用影响的活动中，测得水稻吸收(用“＋”表示)或释放(用“－”表示)CO2的速率(单位：mg·h－1)随温度变化的部分数据如下表所示。请回答下列问题：
组别 条件 温度
10 ℃ 20 ℃ 30 ℃ 35 ℃ 40 ℃ 45 ℃
A 黑暗 －5 －10 －18 －34 －40 －34
B 适当遮荫，CO2浓度为0.03% 3 5 0 －16 －24 －24
C 全光照，CO2浓度为0.03% 5 8 4 2 0 －14
D 全光照，CO2浓度为1.22% 10 20 40 28 12 0
(1)A组数据可表示水稻的__________随温度变化的情况。由表中数据可知，影响水稻光合速率的外界因素有__________________。
(2)分析表中数据可知，在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组的，其原因是_____________________________________。
(3)若对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，根据表格中信息，应选择光照为__________、CO2浓度为________、光照下温度为________和黑暗下温度为__________的条件，以保证水稻内有机物的积累量最多。
[解析] (1)A组实验是在黑暗条件下测得的，可以表示水稻在不同温度条件下的呼吸速率；根据以上分析可知，影响光合速率的因素有温度、光照强度和CO2浓度。(2)根据表格分析，B与C组的单一变量是光照强度，即在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组，C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多，促进了C3的还原，使暗反应加快，光合速率升高，所以表格中在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组。(3)根据题意分析，对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，且要求水稻内有机物积累的最多，则光照条件下的净光合速率与黑暗条件下的呼吸速率的差值应该最大，因此应选择光照为全光照、CO2浓度为1.22%、光照下温度为30 ℃和黑暗下温度为10 ℃的条件。
[答案] (1)呼吸速率 光照强度、温度、CO2浓度
(2)在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组的，C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多，促进了C3的还原，使暗反应加快，光合速率升高 (3)全光照 1.22% 30 ℃ 10 ℃
光合作用的相关实验探究
探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
(1)在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。
(2)台灯距烧杯的距离不同，则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度不同。
(3)光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间不同。
2．实验步骤及主要操作
实验步骤 主要操作
制备小圆形叶片 将绿色菠菜叶片用直径为1 cm的打孔器打出小圆形叶片30片
排出细胞间隙中的气体 将小圆形叶片和适量清水置于注射器中，排出注射器内残留的空气，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出，重复几次
分装小圆形叶片 将小圆形叶片各10片，分别放入暗处盛有20 mL富含CO2的清水的3个小烧杯中。这时的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底
控制自变量(光照强度) 把3个烧杯分别放在距离台灯位置10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的位置上，打开台灯
观察并记录 一定时间内小圆形叶片浮起的数量
1．制备小圆形叶片，用打孔器打孔时，不必要避开大的叶脉。
(×)
提示：叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
2．在探究光照强度对光合作用的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。 (×)
提示：在一定范围内，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐增加，但当达到光饱和点以后，光照强度再增加，光合作用强度则不再随之增加。
3．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变。 (×)
提示：衰老的叶片中，叶绿体中叶绿素被逐渐降解，含量减少，故植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会发生改变。
4．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短。 (×)
提示：光照时间不会影响光合作用速率。
5．光合作用强度可以用光合作用消耗糖类的数量来表示。 (×)
提示：光合作用强度可以用植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量表示。
1．光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制方法
实验条件 控制方法
增加水中O2 泵入空气或吹气或放入绿色水生植物
减少水中O2 容器密封或油膜覆盖或用凉开水
除去容器中CO2 氢氧化钠溶液
除去叶中原有淀粉 置于黑暗环境中
除去叶中叶绿素 酒精隔水加热
除去光合作用对细胞呼吸的干扰 给植株遮光
得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光
维持容器内CO2浓度的恒定 适宜浓度的NaHCO3溶液
2.液滴移动法测定光合速率
(1)测定装置
(2)测定方法
①测定呼吸速率
a．装置小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液，用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩应遮光处理，目的是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，单位时间内移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率
a．装置小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于维持容器内CO2浓度的恒定。
b．给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动，单位时间内移动距离代表净光合速率。
③误差校正
为排除温度、气压等因素引起的气体体积膨胀，应设计对照实验。对照实验与如图不同之处在于不放植物或放置死亡的植物。
④实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
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，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。即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。
某兴趣小组设计如图所示实验装置探究“光照强度对黑藻光合速率的影响”。
(1)单位时间内有色小液滴的移动距离代表一定量的黑藻单位时间内什么的量？
(2)如果利用该装置测定在一定光照强度下黑藻叶绿体实际光合作用的速率，可采取什么方法(写出具体的实验思路)?
提示：(1)释放氧气 (2)首先不给予光照，测出黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)；再给予一定光照条件，其他条件不变，测出黑藻单位时间内氧气释放量(净光合作用速率)；然后将光照条件下黑藻单位时间氧气释放量(净光合作用速率)加上黑暗条件下黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)，就是该光照条件下黑藻叶绿体实际光合作用的速率。
考查环境因素影响光合速率的实验探究
1．(2019·衡水金卷)光合作用受多种因素的影响，某实验小组想利用如图所示装置对影响植物光合作用的两大因素进行研究，以便为大棚种植时条件的控制提供依据，实验中温度条件适宜且稳定。回答下列问题。
(1)假定光合作用的产物和呼吸作用的底物都是葡萄糖，忽略无氧呼吸，密闭容器中不放缓冲液时，液滴不移动，原因是___________________________。
(2)由表中数据可以看出，__________________为限制光合作用的环境因素；比较7、8、9组结果可以得出，此时限制光合作用的因素可能是______________。
(3)1组和2组左移的距离相等，对此做出的解释是____________________。
(4)大棚中可采取_________________(至少答出两点)等措施提高CO2浓度，这些措施下，若大棚中的CO2浓度只能提高至0.05%，则适宜的光照强度有可能低于_______________________。
[解析] (1)无论光合作用强度和呼吸作用强度哪个更大，光合作用利用的CO2均等于产生的O2量，有氧呼吸利用的O2量等于产生的CO2量，外界温度适宜且稳定，则物理因素造成的影响可以忽略，因此密闭容器中气体的压力不会改变，液滴不移动。(2)由表中数据可以看出，光照强度和CO2浓度均可成为限制光合作用的因素。比较7、8、9组结果可以看出，提高光照强度和提高CO2浓度，液滴移动的距离均未改变，推断出此时限制光合作用的因素不是光照强度和CO2浓度，可能是光合色素的量、参与光合作用的酶的数量或叶绿体的数量。(3)1组无光照，只能进行呼吸作用，呼吸作用吸收O2，液滴左移，2组有光照，但CO2浓度与1组相同且很低，此时与1组液滴左移距离相同，说明CO2浓度过低时，植物无法进行光合作用。(4)施有机肥、合理通风、化学反应法(使用CO2发生器)均可提高大棚中的CO2浓度；表中显示当CO2浓度为0.05%时，液滴右移112 mm需要的最低光照强度为1 000 lx，若大棚中CO2的浓度只能提高至0.05%，则适宜的光照强度有可能低于1 000 lx。
[答案] (1)植物吸收的气体量始终等于释放的气体量
(2)光照强度和CO2浓度 光合色素的量(或参与光合作用的酶的数量或叶绿体的数量)
(3)CO2浓度过低时，植物无法进行光合作用
(4)施有机肥、合理通风、化学反应法(或使用CO2发生器) 1 000 lx
考查光合速率的测定
2．现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光(A)，另一半不遮光(B)，并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位为mg/(dm2·h)。下列说法正确的是 ( )
A．该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，能测出实际光合作用的强度
B．(m2－m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量
C．m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小
D．m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小
A [假设原来半片叶重为m0，m1和m2分别表示在适宜光照和温度下照射一段时间后的被截取的部分(A部分)干重和被截取的部分(B部分)干重，而在该时间段内，前者只进行细胞呼吸，而后者同时进行光合作用和细胞呼吸，则m0－m1＝细胞呼吸速率，m2－m0为光照下的净光合作用速率，实际光合作用速率＝净光合作用速率＋细胞呼吸速率＝m2－m0＋m0－m1＝m2－m1，即B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的合成量。]
3．(2019·全国卷Ⅱ节选)通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内__________________；C与B的差值表示这段时间内________________；A与B的差值表示这段时间内____________________。
[解析] 若干小时后，透光的乙瓶中的O2含量(C)与水样中O2的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中O2的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的O2含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。
[答案] 生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
1.植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降的主要原因是缺水引起气孔部分关闭，CO2供应不足。
2．增加土壤中的矿质元素供应可提高光合速率，但土壤中矿质元素浓度过高，会引起植物渗透失水，光合作用强度下降。
3．易错易混的“总光合速率” “净光合速率”与“呼吸速率”
1.光照强度：直接影响光反应的速率，光反应产物[H]和ATP的数量多少会影响暗反应的速率。
2．温度：影响光合作用过程，特别是影响暗反应中酶的催化效率，从而影响光合速率。
3．CO2浓度：CO2是暗反应的原料，CO2浓度直接影响光合速率。
4．矿质元素：直接或间接影响光合作用。例如，镁是叶绿素的组成成分，氮对酶的含量有影响，磷是ATP的组成成分。
5．光合速率与呼吸速率的关系：(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
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1．(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会___________________，出现这种变化的主要原因是______________。
(3)有研究表明，干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
[解析] (1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
[答案] (1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
2．(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________(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是______________________________________。
(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________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________。
[解析] (1)树冠下层叶片达到最大净光合速率时所需的光照强度会低于上层叶片，故由图中曲线可得出A叶片是树冠下层叶片。(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，说明CO2的吸收量减少，但测得放氧速率不变，由此可知，光反应速率基本不变，因此，净光合速率下降的主要原因是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用有机溶剂无水乙醇对叶绿素进行提取。
[答案] (1)下层 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)暗 (3)无水乙醇
3．(2016·全国卷Ⅲ)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：
对照组 实验组一 实验组二 实验组三 实验组四
实验处理 温度/℃ 36 36 36 31 25
相对湿度/% 17 27 52 52 52
实验结果 光合速率/mg CO2·dm－2·h－1 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7
回答下列问题：
(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是________，其依据是__________________________；并可推测，________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
(2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是_____________________________________。
(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。
[解析] (1)根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下，随温度的变化，光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)与实验组四相比，实验组三的温度高6 ℃，光合速率有所提高，说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高实验组四的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，不需要消耗ATP。
[答案] (1)湿度(或相对湿度) 在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大 增加 (2)四 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 (3)不需要 不需要
4．(2016·全国卷Ⅱ)BTB是一种酸碱指示剂。BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7支试管中。其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。
试管编号 1 2 3 4 5 6 7
水草 无 有 有 有 有 有 有
距日光灯的距离(cm) 20 遮光* 100 80 60 40 20
50 min后试管中溶液的颜色 浅绿色 X 浅黄色 黄绿色 浅绿色 浅蓝色 蓝色
*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100 cm的地方。
若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：
(1)本实验中，50 min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由________________________引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是________(填“可靠的”或“不可靠的”)。
(2)表中X代表的颜色应为________(填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”)，判断依据是_____________________________________。
(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草______________________________________________________。
[解析] (1)1号试管中没有加水草，50 min后1号试管的溶液颜色仍为浅绿色，说明无关变量不会引起溶液颜色的变化，2至7号试管的实验结果应是由水草的光合作用和呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量减少了，无关变量对实验结果有影响，则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的。(2)2号试管进行了遮光，水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用产生CO2，而且与3号试管(光合作用强度小于呼吸作用强度)相比，2号试管溶液中的CO2含量更多，颜色应为黄色。(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下溶液中CO2含量没有变化，水草的光合作用强度与呼吸作用强度相等，吸收与释放的CO2量相等。
[答案] (1)不同光强下水草的光合作用和呼吸作用 不可靠的 (2)黄色 水草不进行光合作用，只进行呼吸作用，溶液中CO2浓度高于3号试管 (3)光合作用强度等于呼吸作用强度，吸收与释放的CO2量相等
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(共104张PPT)
第三单元 细胞的能量供应和利用
第4讲 光合作用(Ⅱ)
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影响光合作用的环境因素及应用
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糖类
消耗量
生成量
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CO2浓度
水分含量
强弱
成分
温度
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√
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×
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√
×
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光合作用的相关实验探究
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光照强度
光合作用
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O2
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清水
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CO2
细胞间隙充满了水
小圆形叶片浮起
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×
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×
×
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×
×
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必修>
分子与细胞
FENZ
YU BAO
知识·能力·素养
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