素养加强课1 酶的相关实验设计
酶相关实验设计中的“酶解法”
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)。
[审题指导] (1)据题干可知，X酶的功能是能将糖原分解为还原糖。
(2)联想到蛋白酶可以改变水解蛋白质从而使其失去功能。
(3)RNA酶可以催化RNA发生水解而使其失去功能。
(4)若X酶的化学本质是蛋白质，被蛋白酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。
(5)若X酶的化学本质是RNA，被RNA酶处理后，则不能将糖原分解为还原糖。
(6)题干中要求设计甲、乙两组实验，二者之间要能相互印证，因此联想相互对照。
[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。
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。其必须保持正常的空间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。设计如图方案。
2．实验设计中可用酶催化底物分解，根据酶处理后的变化或底物的变化，来证明底物的成分或酶的作用。
1．某校研究性学习小组从芍药中提取出一种酶，为探究该酶催化分解的底物是葡萄糖还是蔗糖，该研究性学习小组的同学们设计并做了如图所示的实验。下列相关叙述正确的是( )
甲 乙 甲 乙 甲 乙
A．与无机催化剂不同的是，该酶能通过降低活化能来提高化学反应速率
B．图中的斐林试剂是用0.1 g/mL的NaOH溶液和0.01 g/mL的CuSO4溶液配制的
C．若两支试管均出现砖红色沉淀，则说明该酶催化的底物是蔗糖
D．若该酶催化的底物是葡萄糖，则只有一支试管会出现砖红色沉淀
C [无机催化剂与酶都能通过降低活化能来提高化学反应速率，与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，A项错误；斐林试剂是用0.1 g/mL的NaOH溶液和0.05 g/mL的CuSO4溶液配制的，B项错误；葡萄糖属于还原糖，蔗糖不属于还原糖，若两支试管均出现砖红色沉淀，则说明该酶催化的底物是蔗糖，若两支试管均不出现砖红色沉淀，则说明该酶催化的底物是葡萄糖，C项正确、D项错误。]
2．(2019·广东深圳调研)将甲细菌提取物(含A、B、C、D四种有机物的混合物)和活的乙细菌混合培养一段时间后，从培养基中分离出了活的甲细菌。在无法对上述四种物质进行分离和提纯的前提下，为确定A～D中是哪种物质能使乙细菌转化为甲细菌，请根据题意设计相关实验，要求写出实验设计思路、预期结果及结论。
(1)设计思路：_________________________________________。
(2)预期结果：_________________________________________。
(3)结论：____________________________________________。
[解析] 该实验的目的是探究甲细菌中含有的A、B、C、D四种有机物，哪种化合物可使乙细菌发生转化。由于A、B、C、D四种有机物无法分离和提纯，故只能将其分成4份，再向其中分别加入分解A的酶、分解B的酶、分解C的酶、分解D的酶。再将处理后组别中加入乙细菌，观察其转化情况。若其中某一个组别没有分离出活的甲细菌，表明该物质是促进乙细菌转化为甲细菌的物质。
[答案] (1)取适量的甲细菌的细胞提取物分成4等份，分别放入4支试管并编号，再分别加入可分解A、B、C、D的酶，一段时间后，分别和有乙细菌的培养基混合培养并观察结果
(2)其中有一组混合培养基中没有分离出活的甲细菌
(3)加酶后没有分离出活的甲细菌的实验组中所含对应的有机物为转化物质
酶实验设计中的“对比法”
(2019·衡水金卷)某同学进行了如下有关酶的实验：
甲组：淀粉溶液＋新鲜唾液→加入斐林试剂出现砖红色沉淀
乙组：蔗糖溶液＋新鲜唾液→加入斐林试剂不出现砖红色沉淀
丙组：蔗糖溶液＋蔗糖酶溶液→加入斐林试剂？
下列叙述正确的是( )
A．丙组的实验结果是“不出现砖红色沉淀”
B．三组实验中，底物的用量属于自变量
C．该同学的实验目的是验证酶的专一性
D．可用碘液代替斐林试剂进行检测
[审题指导] (1)根据三组实验条件分析，甲组和乙组形成对照，自变量是底物的种类；乙组和丙组形成对照，自变量是酶的种类。(2)两组对照实验都是利用的实验设计中的“对比法”。(3)唾液中含有淀粉酶，能催化淀粉水解为麦芽糖；蔗糖酶能催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖。
C [蔗糖酶能催化一分子蔗糖水解成一分子果糖和一分子葡萄糖，果糖和葡萄糖是还原糖，加入斐林试剂水浴加热会使还原糖生成砖红色沉淀，A项错误；底物的用量属于无关变量，B项错误；从实验所用的底物和酶的种类分析可知，该实验的目的是验证酶的专一性，C项正确；唾液淀粉酶能催化甲组淀粉水解成还原糖，不能催化蔗糖水解，碘液使淀粉呈现蓝色，不能使还原糖和蔗糖呈现蓝色，使用碘液无法检测乙、丙组的反应，无法得出结论，D项错误。]
1．验证酶的高效性
设计思路：将用酶催化的反应与用无机催化剂催化的反应进行对照，验证酶的催化效率比无机催化剂高。
设计方案示例：
2．验证酶的专一性
设计思路：酶相同，底物不同(或底物相同，酶不同)。
设计方案示例：
结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。
说明：若验证某种具体酶的专一性，设计思路应该是该种酶作用于不同种底物。
1．(2019·成都二诊)“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验如图所示，3号试管滴加两滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液，4号试管滴加新鲜的肝脏研磨液，下列分析错误的是( )
A．2、4号试管加快反应的原理不同
B．1、4号试管进行对照实验，不能证明酶的高效性
C．该实验可以证明催化剂能通过降低活化能加速反应
D．2、3、4号试管底物反应完毕释放的O2量应相同
C [本实验可以证明催化剂可以加速反应，但不能证明是通过降低活化能实现的。]
2．(2019·青岛检测)小麦种子中含有α、β两种淀粉酶，某学习小组对这两种淀粉酶活性进行探究实验，步骤如下：
①将等量的α?淀粉酶(70 ℃活性不受影响，100 ℃高温下失活)与β?淀粉酶(70 ℃处理15 min即失活)加适量蒸馏水混合，分为甲、乙、丙三组；
②甲组25 ℃下处理，乙组70 ℃水浴处理15 min后取出，丙组100 ℃下处理15 min后取出；
③甲、乙、丙三组分别在25 ℃条件下加入等量且足量的淀粉溶液；
④一段时间后，测得甲、乙、丙三组淀粉剩余量分别为a、b、c。
请回答下列相关问题：
(1)上述两种酶存在差异的直接原因是_____________________。
(2)三组淀粉剩余量最多的是________组(填“甲”“乙”或“丙”)，原因是________________________________。
(3)利用上述实验结果，如何大致比较25 ℃条件下α?淀粉酶和β?淀粉酶活性的大小？________________________________________
_____________________________________________________。
[解析] (3)甲组25 ℃下处理，α?淀粉酶和β?淀粉酶均发挥作用。乙组70 ℃水浴处理15 min后，β?淀粉酶失活，只有α?淀粉酶发挥作用，丙组100 ℃下处理15 min，两种淀粉酶均失活。因此，b－a代表β?淀粉酶分解淀粉的量，c－b代表α?淀粉酶分解淀粉的量。
[答案] (1)氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链的空间结构不同
(2)丙 两种淀粉酶在100 ℃条件下均失去活性，且降到25 ℃活性不能恢复
(3)比较b－a(β?淀粉酶的活性)与c－b(α?淀粉酶的活性)数值的大小
酶实验设计中的“梯度法”
37 ℃时，测量不同pH条件下人体两种消化酶的活性，结果如表所示。下列有关叙述正确的是( )
pH 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
淀粉酶活性[mg/(g·30 min)] 200 203 250 300 350 490 450 200
蛋白酶活性[μg/(g·30 min)] 1 520 1 750 1 500 1 400 1 020 980 700 500
A.该实验的自变量是淀粉酶活性和蛋白酶活性
B．为进一步确定该淀粉酶的最适pH，应该在4.0到6.0间细化梯度
C．由表可知不同酶的最适pH不同
D．表中蛋白酶活性可以表示胰蛋白酶的活性
[审题指导] (1)实验探究的内容是37 ℃条件下，pH对两种消化酶活性的影响，自变量是pH及酶的种类。(2)要在适宜温度和利用“梯度法”设置的不同pH下分别测定酶的活性。(3)根据pH梯度设置下的酶活性的测定结果判断淀粉酶的适宜pH在5.0～7.0之间，蛋白酶的适宜pH在1.0～3.0之间。(4)胃蛋白酶的适宜pH为1.5左右。
C [根据表格分析，该实验的自变量是pH和酶的种类，因变量是淀粉酶活性和蛋白酶活性，A项错误；为进一步确定该淀粉酶的最适pH，应该在5.0到7.0间细化梯度，B项错误；表格显示，两种酶活性最高对应的pH不同，说明不同酶的最适pH不同，C项正确；表格中蛋白酶的活性最适宜pH在2.0左右，可以代表胃蛋白酶，而胰蛋白酶的最适宜pH是偏碱性的，D项错误。]
1．探究酶的最适温度
(1)设计思路
(2)设计方案
2．探究酶的最适pH
(1)设计思路
(2)设计方案
1．如图表示酶X的活性与温度的关系示意图。下列有关分析错误的是( )
A．在实际生产中，酶X制剂几乎在所有的季节都能使用
B．酶X的化学本质是有机物，具有高效性和专一性的特点
C．测定酶X的活性时，实验对pH、底物量和酶量没有要求
D．在20～40 ℃范围内设置更小的温度梯度，可进一步探究酶X的最适温度
C [据图可知，酶X在10～70 ℃条件下的活性都较高，由此可推知在实际生产中，酶X制剂几乎在所有的季节都能使用，A项正确；酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，酶具有高效性和专一性的特点，B项正确；本题研究的是酶X的活性与温度的关系，自变量是温度，pH、底物量和酶量均属于无关变量，所以测定酶X的活性时，pH、底物量和酶量都应保持相同且适宜，C项错误；本实验可确定酶X的最适温度在20～40 ℃之间，但由于温度梯度较大，所以要进一步探究酶X的最适温度，可在20～40 ℃范围内设置更小的温度梯度，D项正确。]
2．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_____________(答出两点即可)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)酶大多数是蛋白质，少数是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
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第三单元 细胞的能量供应和利用
素养加强课1 酶的相关实验设计
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酶相关实验设计中的“酶解法”
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酶实验设计中的“对比法”
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酶实验设计中的“梯度法”
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Thank you for watching !
必修>
分子与细胞
FENZ
YU BAO
待测酶液
蛋白酶RNA
处理
酶处理
检测所催化的反
应是否能够发生
谢谢次赏
谢谢赏
素养加强课2 光合作用细胞呼吸的综合
光合作用和细胞呼吸过程的联系
(2017·全国卷Ⅱ)如图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是________、________、________、________，[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______________________________。
[审题指导] (1)题目给出了叶肉细胞光合作用和呼吸作用的过程图解，首先根据光合作用和呼吸作用的过程判断A、B、C、D表示的过程，然后判断①②③④代表的物质。(2)光合作用和呼吸作用中产生ATP的过程和结构。(3)丙酮酸转化成酒精发生在无氧呼吸过程，无氧呼吸是在缺氧的条件下进行的。
[审题指导] 本题考查光合作用的过程、有氧呼吸和无氧呼吸的过程。(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(C)中进行有氧呼吸的第一阶段，线粒体(D)中进行有氧呼吸的第二和第三阶段。(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和CO2。
[答案] (1)O2 NADP＋ ADP＋Pi C5 NADH(或还原型辅酶Ⅰ) (2)C和D (3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
1．光合作用与细胞呼吸过程的联系
(1)写出下列物质名称：b.O2，c.ATP，d.ADP，e.NADPH([H])，f.C5，g.CO2，h.C3。
(2)填写下表生理过程及场所
序号 ① ② ③ ④ ⑤
生理过程 光反应 暗反应 有氧呼吸第一阶段 有氧呼吸第二阶段 有氧呼吸第三阶段
场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
(3)物质方面
C：CO2C6H12O6丙酮酸CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H]C6H12O6[H]H2O
(4)能量方面
2．光合作用和有氧呼吸中[H]、ATP的来源和去路
比较项目 来源 去路
[H] 光合作用 光反应中水的光解 作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物等
有氧呼吸 第一、二阶段产生 用于第三阶段与氧气结合产生水，同时释放大量能量
ATP 光合作用 在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转换的太阳能 用于暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中
有氧呼吸 第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解 作为直接能源物质用于各项生命活动
1．(2019·衡水中学二调)如图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图，下列叙述正确的是( )
A．过程①发生在叶绿体中，过程③发生在线粒体中
B．过程①产生NADH，过程③消耗NADPH
C．若叶肉细胞中过程②的速率大于过程③的，则植物干重增加
D．过程③中ATP的合成与放能反应相联系，过程④与吸能反应相联系
D [过程①为光合作用的光反应，发生在叶绿体中，过程③是有氧呼吸或无氧呼吸过程，不一定发生在线粒体中，A错误；过程①产生NADPH，过程③消耗NADH，B错误；若叶肉细胞中过程②的速率大于过程③的，则植物干重不一定增加，因为还有其他部分不能进行光合作用的细胞还要通过呼吸消耗有机物，C错误；过程③中ATP的合成需要能量，与放能反应相联系；过程④是ATP的水解，释放能量，与吸能反应相联系，D正确。]
2．(2019·深圳一模)如图中的a、b、c为植物细胞内物质转化的过程。下列有关叙述错误的是( )
A．b、d过程都有热能的释放
B．b、d过程在人体细胞中也可进行
C．a、c、d过程都是在生物膜上进行的
D．在光照充足等适宜条件下，a强于b，c强于d
C [据图分析可知，b是有氧呼吸的第一、二阶段，d是有氧呼吸的第三阶段，这三个阶段都有热能释放，A正确；人体内可以进行呼吸作用，b、d属于有氧呼吸，B正确；在生物膜上发生的生理过程是[c]光反应(场所是叶绿体的类囊体膜上)和[d]有氧呼吸的第三阶段(线粒体内膜)；[a]暗反应过程发生在叶绿体基质中，[b]有氧呼吸的第一、第二阶段发生的场所是细胞质基质和线粒体基质，C错误；在光照充足，条件适宜的情况下，光合作用强度大于呼吸作用强度，所以a强于b，c强于d，D正确。]
3．(2019·枣庄期末)如图为植物细胞代谢的部分过程简图，①～⑦为相关生理过程。据图回答问题：
(1)图中C3的名称是________________，可为②提供能量的生理过程是__________________(填图中序号)。
(2)在适宜光照下，若用HO浇灌植物，则放射性的18O______(填“会”或“不会”)出现在葡萄糖中，原因是________。
(3)图中⑤⑦过程中，葡萄糖中能量的去向是______________。
(4)过程⑥发生的具体部位是___________________________。
(5)一棵植物在生长过程中，光合作用产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生的ATP的量，原因是_________________________。
[解析] (1)为植物细胞吸收无机盐提供能量的是细胞呼吸产生的ATP。(2)在有氧呼吸过程中，水中的氧能够转移到CO2中。(3)图中⑤⑦过程中，葡萄糖中能量的去向是包括热能的形式散失、转移到ATP中、储存在酒精中。
[答案] (1)丙酮酸 ⑤⑥
(2)会 用HO浇灌植物时，水中的18O通过有氧呼吸的第二阶段形成C18O2，进而被光合作用的暗反应阶段利用，形成葡萄糖，(或用HO浇灌植物时，水中的18O通过过程⑥形成C18O2，进而被④过程利用，形成葡萄糖)
(3)以化学能的形式储存在酒精和ATP中及以热能的形式散失
(4)线粒体基质和线粒体内膜
(5)植物在生长过程中，光合作用产生的ATP中的能量转移到有机物中，植物体中的有机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量，且释放的能量也只有部分转移到ATP中
总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是
______________________________________________________。
(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。
[审题指导] (1)第二问第一空考查识图。第二空考查群体干物质积累速率(净光合速率)与群体总光合速率和群体呼吸速率的关系。即：净光合速率＝总光合速率一呼吸速率。(2)第三问明确阴生植物的特点：阴生植物适宜在弱光下生长，注意关键语句：“光合作用吸收和呼吸作用放出的CO2相等时”的理解，明确问的是“光照强度的高低”。
[解析] (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜上，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到光补偿点需要的光照强度低。
[答案] (1)类囊体膜 蓝紫光和红光 (2)增加 群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低 (3)低
1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根据坐标曲线判定
a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，则该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。
②根据关键词判定
检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率
CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量
有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量
2.光合作用和细胞呼吸的曲线分析
(1)植物生长速率取决于净光合量而不是“总光合量”，如图中n值为净光合速率(虚线表示)，n值＝总光合速率－呼吸速率。
(2)解答与呼吸作用、光合作用曲线综合题应特别关注的信息
①光照强度为“0”意味着光合作用不能进行，此时气体变化量全由细胞呼吸引起，可作为呼吸强度指标。
②光照下吸收CO2量应为净光合量。
③光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用消耗CO2的量与呼吸作用产生CO2量间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。
1．(2019·五省创优联考)如图表示在适宜的条件下，两种植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率随光照强度的变化情况。下列相关叙述正确的是( )
A．当光照强度为P时，植物Ⅰ、Ⅱ的O2产生速率相等
B．若白天光照时间为12 h，则平均光照强度需大于N，植物Ⅰ才能正常生长
C．当光照强度为Q时，限制植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率的因素均为光照强度
D．当光照强度为Q时，光照14 h，黑暗10 h，植物Ⅰ固定的CO2量为92 mg
B [当光照强度为P时，植物Ⅰ、Ⅱ的净光合速率相等，但由于两者呼吸速率不同，因此植物Ⅰ、Ⅱ的O2产生速率即总光合速率不相等，A错误；若要植物Ⅰ能正常生长，且白天光照时间为12 h，则白天12 h有机物的积累量必须至少等于晚上12 h有机物的消耗量，因此平均光照强度需大于N，B正确； 当光照强度为Q时，光照强度已经不是限制植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率的因素，C错误； 当光照强度为Q时，植物Ⅰ净光合速率为8 mg·h－1，光照14 h，黑暗10 h，植物Ⅰ固定的CO2量即总光合作用强度为14×(8＋2)＝140(mg)，D错误。]
2．(2019·哈尔滨模拟)某同学研究某湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸时，设计了如下操作：
①取三个相同的透明玻璃瓶标号a、b、c，并将a瓶用不透光的黑布包起来；
②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水，并测定c瓶中水的溶氧量；
③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24 h后取出；
④测定a、b两瓶中水的溶氧量，三个瓶子的测量结果如图所示。
下列有关24 h内X深度水体中生物光合作用和有氧呼吸情况的分析，正确的是 ( )
A．光合作用产生的氧气量为(k－v)mol/瓶
B．光合作用产生的氧气量为(k－w)mol/瓶
C．有氧呼吸消耗的氧气量为(k－v)mol/瓶
D．有氧呼吸消耗的氧气量为v mol/瓶
A [实验中测定的c瓶中水的溶氧量为w mol/瓶，是湖中X深度瓶中初始溶氧量。a瓶为不透光黑瓶，a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24 h后取出，测定a、b两瓶中水的溶氧量分别为v mol/瓶和k mol/瓶，因此，(w－v) mol/瓶为24 h内X深度瓶中生物有氧呼吸消耗的氧气的量；(k－w) mol/瓶为24 h内X深度水瓶中生物的净光合作用释放氧气的量。24 h内X深度水体中生物光合作用产生的氧气量为净光合量＋有氧呼吸消耗氧气的量＝(k－w)＋(w－v)＝(k－v) mol/瓶。]
3．(2019·衡水中学月考)为了测量某植物的光合速率，在不同温度条件下，给植物一定强度的光照，植物的初始质量为M，光照12 h后质量为M＋X，再黑暗处理12 h后，其质量为M＋Y。不同温度条件下测定的X和Y如表所示。下列叙述错误的是( )
温度/℃ 15 20 25 30 35
X/g 1.0 2.4 3.2 4.8 4.0
Y/g 0.4 1.6 2.1 3.2 2.0
A.该植物的总光合速率可表示为(2X－Y)/12
B．适当延长光照和黑暗处理时间可减小实验误差
C．该植物置于30 ℃的光照环境下比较有利于有机物的积累
D．在15～35 ℃的温度范围内，细胞呼吸速率先上升后下降
D [在光照下，植物进行12 h光合作用后质量增加X，则X为净光合作用量。再黑暗处理12 h后，呼吸作用消耗量为X－Y，总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝X＋ (X－Y)＝(2X－Y)，故总光合速率可表示为(2X－Y)/12，A项正确；测量时出现误差不可避免，如果实验时间过短就测量，取平均值后，均摊在每小时内的误差就较大；如果适当延长时间，取平均值后，均摊在每小时内的误差就较小，更接近实际值，B项正确；在光照条件下，该植物在30 ℃下净光合速率最大，最有利于有机物积累，C项正确；在15～35 ℃的温度范围内，12 h呼吸作用消耗量(X－Y)依次是0.6、0.8、1.1、1.6、2.0，由此可知，细胞呼吸速率一直在上升，D项错误。]
自然和密闭环境中植物生长问题
(2017·全国卷Ⅰ)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是_________________________________________________________。甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是
______________________________________________________。
[审题指导] (1)题干给出了“CO2补偿点”的概念，即光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。题干还给出了“甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的”。(2)第(1)问给出的问题情景是“甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养”，问培养后发现两种植物光合速率都下降的原因是什么？植物在培养过程中，光合速率大于呼吸速率，密闭环境中CO2浓度降低。甲植物的净光合速率为0时，光合速率等于呼吸速率，根据题干信息，推出此时，乙种植物的净光合速率。(3)第(2)问的问题情景是“甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中”，问题是“照光培养一段时间后，植物的有氧呼吸增加的原因是什么？”有氧呼吸增加一定是O2含量增加了，O2含量增加的原因是植物光合作用产生了O2。
[解析] (1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，刚开始时小室内CO2浓度较高，光合作用强度大于呼吸作用强度，一段时间后，CO2浓度降低，暗反应受阻，进而使两种植物的光合速率都降低。甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，因此当甲种植物的净光合速率为0时，CO2浓度达到甲种植物的CO2补偿点，此时乙种植物光合作用强度仍大于呼吸作用强度，净光合速率大于0。(2)将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中照光培养一段时间，该小室内是有CO2的，植物可以进行光合作用，甲种植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2含量增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2含量增加时，有氧呼吸会增强。
[答案] (1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低 大于0 (2)甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2含量增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2含量增加时，有氧呼吸会增强
1．自然环境中一昼夜植物的光合作用曲线
如图表示自然环境中一昼夜植物吸收CO2的速率
(1)a点：夜温降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
(2)开始进行光合作用的点：b；结束光合作用的点：m。
(3)光合速率与呼吸速率相等的点：c、h；有机物积累量最大的点：h。
(4)de段下降的原因是气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱。
2．自然光照下，密闭环境中植物生长问题
下面两图表示自然光照下，密闭环境中植物生长引起的密闭环境中CO2含量和O2含量的变化。
(一) (二)
(1)光合速率等于呼吸速率的点：A、C。
(2)图(一)中若N点低于虚线，则该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。
(3)图(二)中若N点低于虚线，则该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O2浓度减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。
3．恒定光照下，密闭环境中植物生长问题
生长发育状况相同的甲、乙两种植物，分别放在两个完全相同的密闭无色玻璃罩内，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测量培养过程中玻璃罩内CO2浓度的变化如图所示。
(1)开始时，容器内CO2浓度逐渐降低，表明光合速率大于呼吸速率。后来，容器内CO2浓度不再降低，维持稳定，表明光合速率与呼吸速率相等。
(2)t1之前，甲植物固定CO2的能力大于乙植物；t1之后，乙植物固定CO2的能力大于甲植物。
(3)若将甲、乙两种植物放在同一密闭玻璃罩内，一段时间后，甲植物的生长最先受到严重影响，因为甲植物的CO2补偿点比乙植物的高，光合作用最先受到CO2浓度限制。
1．两棵同种生长状况基本相同的植物，分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示；在相同自然条件下，测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁曲线所示。回答下列问题：
(1)ab段和cd段，引起曲线下降的主要环境因素分别是____________和________。
(2)一昼夜中，装置甲、乙中植物积累的有机物较多的是________(填“甲”或“乙”)。
(3)导致e点(12时左右)时光合作用强度明显减弱的主要原因是
______________________________________________________。
(4)装置甲的植物叶绿体中，在14时C5含量比10时________(填“高”或“低”)。
[解析] (1)图丙中，ab段下降的原因是密闭装置中二氧化碳被光合作用消耗，浓度降低；图丁中cd段下降的原因是光照减弱。(2)根据图丙和图丁可知，一昼夜中，图丁中曲线和横轴围成的面积，上部与下部的差值远大于图丙，说明装置乙中植物积累的有机物较多。(3)e点(12时左右)时，温度高，蒸腾作用强，为减少水分散失，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。(4)装置甲中14时比10时二氧化碳浓度低，消耗的C5少，因此14时植物叶绿体中C5含量高。
[答案] (1)二氧化碳浓度 光照强度 (2)乙 (3)温度高，导致气孔关闭，二氧化碳供应减少 (4)高
2．(2019·安徽毛坦厂中学模拟)某生物小组先将同一生长状况的某种植株均分为Ⅰ、Ⅱ两组，分别培养在完全培养液、只缺镁的培养液中，置于适宜条件下培养两周后，再将两种条件下的植株分别移入两个密闭玻璃容器内，置于室外(晴天)相同的条件下，测定密闭容器中一天的CO2浓度变化情况，如图所示。
Ⅰ组 Ⅱ组
(1)__________组是在缺镁条件下培养的植株，判断的理由是___________。
(2)对于这两组植株来说，B1、B2两个点对应的光照强度又称为___________。在这一天内，B1对应的时刻__________(填“等于”“早于”或“晚于”)B2对应的时刻，原因是_______________。
[解析] (1)在光照时间段内，Ⅰ组CO2浓度下降幅度大于Ⅱ组，因此判断Ⅰ组的光合速率大于Ⅱ组。(2)B1、B2两点对应的光照强度下，光合速率等于呼吸速率，因此两点对应的光照强度为光补偿点。随时间推移光照强度逐渐减弱，Ⅰ组含有较多的叶绿素，对光的吸收、转化能力远大于Ⅱ组，故B1对应的时刻晚于B2对应的时刻。
[答案] (1)Ⅱ 光照较强的时间段内，Ⅱ组的光合速率明显小于Ⅰ组的光合速率(或“光照时间段内，Ⅱ组的二氧化碳浓度下降幅度远小于Ⅰ组的”“24小时后，Ⅱ组的二氧化碳浓度远高于Ⅰ组的”，合理即可) (2)光补偿点 晚于 随时间推移光照强度逐渐减弱，Ⅰ组含有较多的叶绿素，对光的吸收、转化能力远大于Ⅱ组(合理即可)
3．(2019·长郡中学测试)将A、B两种长势相同的植物置于相同的、温度适宜且恒定、光照恒定的密闭小室中，测得每个小室内CO2浓度随时间的变化如图所示。回答下列问题：
(1)当时间在10～20 min时，A、B两种植物中，CO2利用率较高的是__________________，理由是___________________________
______________________________________________________。
(2)若将A、B植物单独种植在干旱程度不同的土壤中，更适合生活在干旱土壤中的植物是__________________，理由是
______________________________________________________。
(3)夏季晴朗白天中午12：00时，植物叶片的光合速率会降低，A、B植物降低较快的是__________。
(4)叶片吸收的CO2需先__________(填“还原”或“固定”)成为C3，才能转变为糖类。
[解析] (1)图示纵坐标表示密闭小室中CO2浓度。随着时间的递增，在0～20 min时段内，玻璃罩内的CO2含量逐渐降低，说明此时段内被植物吸收并且用于光合作用的CO2量大于呼吸作用产生的CO2量；但在10～20 min时段内，B植物所在的密闭小室内CO2浓度下降的幅度比A植物的大，说明在10～20 min时段内，B植物对CO2的利用率较A植物高。(2)当玻璃罩内的CO2含量不发生变化时，A植物所在的玻璃罩内CO2浓度高于B植物，说明B植物在低浓度CO2时仍可进行光合作用，其固定CO2的能力较A植物强。土壤干旱，造成植物的根从土壤中吸收的水分减少，加之植物还会通过蒸腾作用失去部分水分，因此会导致植物的气孔关闭，CO2供应不足，而B植物在低浓度CO2时仍可进行光合作用，说明在干旱土壤中，B植物固定CO2的能力较A植物强，因此B植物更适合生活在干旱土壤中。(3)夏季晴朗白天中午12：00时，光照强，环境温度高，蒸腾作用旺盛，部分保卫细胞因失水而导致气孔关闭，使得CO2的供应不足，暗反应减弱，进而引起叶片的光合速率下降。因B植物固定CO2的能力较A植物强，所以A植物叶片的光合速率降低较B植物快。(4)CO2是光合作用暗反应的原料。叶片吸收的CO2需先与C5结合被固定成为C3，之后在ATP提供能量的前提下被[H]还原为C5和糖类(CH2O)。
[答案] (1)B植物 CO2浓度降低说明CO2被植物吸收利用，10～20 min时B植物所在的密闭小室内CO2浓度下降的幅度比A植物的大，说明在10～20 min时，B植物对CO2的利用率较高 (2)B植物 干旱会导致植物的气孔关闭，CO2供应不足，B植物在低浓度CO2时仍可进行光合作用，说明B植物种植在干旱土壤中固定CO2的能力较A植物强，因此B植物更适合生活在干旱土壤中 (3)A植物 (4)固定
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第三单元 细胞的能量供应和利用
素养加强课2 光合作用细胞呼吸的综合
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光合作用和细胞呼吸过程的联系
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总光合速率、净光合速率和呼吸
速率的关系
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自然和密闭环境中植物生长问题
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必修>
分子与细胞
FENZ
YU BAO
密闭
甲
氧气释放速率
氧气释放速
61218时间率
1218时间
丙
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