(共35张PPT)
第5章
细胞的能量供应和利用
本章整合
网络构建·素养展示
章末解题·释疑解惑
一、选择题
1．B 细胞内ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的，A正确；ATP除可以由细胞呼吸产生外，还可以由光合作用的光反应阶段产生，B错误；物质跨膜运输中的主动运输需要消耗能量，由ATP提供，C正确；释放的磷酸基团与蛋白质结合从而使蛋白质发生变化，D正确。
2．B 细胞壁的成分是纤维素和果胶，蛋白酶的作用是催化蛋白质的水解，不能除去细胞壁，A错误；纤维素酶的作用是催化纤维素的水解从而除去细胞壁，B正确；盐酸不能除去细胞壁，还能杀死细胞，C错误；淀粉酶的作用是催化淀粉的水解，不能除去细胞壁，D错误。
3．B 由曲线图可知，t2时，酶活性最高，酶能降低反应的活化能，故此时反应的活化能最低，A错误；反应物浓度提高时，反应速率会加快，t2对应的数值可能会增加，B正确；低温有利于酶的保存，C错误；低温能降低酶的活性，空间结构未被破坏，高温破坏酶的空间结构，D错误。
4．C 叶绿体和线粒体都是具有双层膜结构的细胞器；叶绿体光反应阶段分解水，线粒体有氧呼吸的第二阶段利用水；叶绿体光反应阶段分解水产生氧气和H＋，线粒体不能；线粒体可以合成ATP为生命活动供能，叶绿体产生的ATP用于暗反应阶段。
5．D 线粒体内膜上进行有氧呼吸的第三阶段，能够产生大量的ATP，A正确；光反应的场所是类囊体薄膜，能够形成ATP，B正确；细胞质基质中可以发生有氧呼吸的第一阶段和无氧呼吸，都释放能量，能够产生ATP，C正确；叶绿体基质是光合作用暗反应阶段的场所，消耗ATP，不能产生ATP，D错误。
6．D 白天由于光照较强，光合作用强度较大，白天积累了大量的有机物(糖类)；夜晚由于温度较低，导致与细胞呼吸有关的酶的活性较低，晚上细胞呼吸微弱；瓜果往往特别甜的原因是含有的糖分较多，而糖分的积累量＝白天的光合作用制造的糖类－一天细胞呼吸消耗的糖类，而夜晚由于温度较低，细胞呼吸作用微弱，所以一天内积累的糖分比夜晚温度高的地区多。
二、非选择题
1.
项目
光合作用
细胞呼吸(有氧呼吸)
发生部位
含叶绿体的细胞(主要是叶肉细胞)
所有活细胞
反应场所
叶绿体
主要在线粒体内
条件
光、H2O、CO2、适宜的温度、酶、色素
有光、无光均可，适宜的温度、O2、酶
能量代谢
光能转变为化学能，储存在有机物中
有机物中的化学能释放出来，一部分转移到ATP中
2.(1)增加 CO2浓度增加，可使暗反应加快，进而提高光合作用速率 (2)温度、光照强度
(3)不一定成立，可能是固定CO2的酶的活性下降或含量降低。
(4)这种观点是片面的，由于人类活动，地球上空气中的CO2浓度持续上升，这虽然可能减轻由于缺乏CO2对植物光合作用的限制，但也导致了温室效应，温度升高会给地球的生态系统及人类活动带来一系列严重的问题。
直击高考·真题体验
1．(2019·全国卷Ⅲ，4)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
解析：根据题意分析，种子萌发时，吸水膨胀，种皮变软，呼吸作用逐渐增强，将储藏在子叶或胚乳中的营养物质逐步分解，转化为可以被细胞吸收利用的物质，所以种子萌发过程中，呼吸作用强度增加，而有机物因呼吸作用消耗而总量不断减少。综上所述，B、C、D不符合题意，A符合题意。
2．(2019·全国卷Ⅱ，2)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升高会增加酸味的产生
B
解析：马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸，无葡萄糖，A错误；马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖被分解成丙酮酸，丙酮酸在第二阶段转化成乳酸，B正确；马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸属于无氧呼吸的第一阶段，会生成少量ATP，C错误；马铃薯块茎储存时，氧气浓度增加会抑制其无氧呼吸，酸味会减少，D错误。
3．(2019·全国卷Ⅰ，3)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( )
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
解析：黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；还可以利用大气中二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重；植物光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，B、C、D不符合题意，A符合题意。
A
4．(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是______。
甲
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是______，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。
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
乙
CO2
解析：(1)由曲线可以看出，当光照强度大于a时，甲植物对光能利用率更高。(2)种植密度过大，光照强度降低，由曲线可知，甲植物的净光合速率下降更快。(3)在光照强度低时，同等光照强度下，乙植物的净光合速率大于甲植物，属于阴生植物，更适合林下种植。(4)在中午12∶00时，出现“午休”现象，其原因是气孔关闭，二氧化碳进入叶肉细胞少。
5．(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：
(1)从图可知，A叶片是树冠________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____________。
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
暗
无水乙醇
叶片
解析：(1)由两曲线可知，A叶片的净光合速率达到最大时，所需的光照强度低于B叶片，更适合树冠下层。(2)放氧速率不变，说明光反应没有变化，只能是暗反应受到抑制。(3)光合色素是脂溶性的，能溶于有机溶剂，常用无水乙醇。
6．(2018·全国卷Ⅲ)据图回答下列问题：
(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________________。
类囊体薄膜
红光和蓝紫光
(2)植物的叶面积与产量关系密切，叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加群体光合速率和干物质积累速率均______。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”)。
升高
叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但
群体呼吸速率升高，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低
低
解析：(1)光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，主要吸收蓝紫光和红光。(2)净光合速率＝光合速率－呼吸速率。当叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率升高，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)阴生植物与阳生植物相比，更能适应低光照强度，在净光合作用速率为零时，所需光照强度更低。
7．(2017·全国卷Ⅱ)下图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是_______、____________、_________、_____，[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____________________________。
O2
NADP＋
ADP＋Pi
C5
NADH(或还原型辅酶Ⅰ)
C和D
在缺氧条件下进行无氧呼吸
解析：(1)图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②是生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶I(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。
8．(2017·全国卷Ⅰ)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度，已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是________________________________________________________________________________________________________。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”)。
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)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是_____________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________。
甲种植物在光下光合作
用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生
作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增
加
解析：(1)甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，培养后两种植物的光合速率都降低的原因是植物在光下光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量，总体上两种植物都要从小室中吸收CO2，因此，小室中的CO2浓度会降低，从而影响两种植物的光合速率。从题干获知，甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物，因此，当甲种植物的净光合速率为0时，对于乙种植物来说，外界的CO2浓度是超过其CO2补偿点的，乙种植物的光合速率一定大于呼吸速率，即净光合速率大于0。(2)甲种植物在光下经光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水发生在有氧呼吸过程中，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加。(共39张PPT)
第1节 降低化学反应活化能的酶
第1课时 酶的作用和本质
课标要求
核心素养
1.概述酶的作用和本质。
2.通过对有关酶实验的分析，学会控制变量和设计对照实验。
1.生命观念——结构与功能观：酶的功能是由其独特的空间结构决定的。
2.科学探究——实验思路及设计：能够根据实验目的，设计比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论。
新知预习·双基夯实
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____________，统称为细胞代谢。
(2)细胞代谢的条件：需______的催化。
(3)意义：细胞代谢是________________的基础。
化学反应
酶
细胞生命活动
2．比较过氧化氢在不同条件下的分解实验：
(1)实验原理：
(2)实验过程和现象：
(3)实验结论：酶具有________作用，同无机催化剂相比，酶的催化效率________。
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________气泡
3
2
mL
H2O2溶液
3.5%
FeCl3溶液2滴
有________气泡
4
2
mL
H2O2溶液
新鲜肝脏研磨液2滴
有________气泡
较少
较多
大量
催化
更高
二、酶的作用原理和本质及意义
1．酶的作用原理：
(1)活化能：分子从________转变为容易发生化学反应的________状态所需要的能量。
(2)作用机理：同无机催化剂相比，酶降低__________的作用更显著，因而催化效率更高。
2．酶的本质
3．意义：使细胞代谢能在________条件下快速进行。
常态
活跃
活化能
活细胞
催化作用
蛋白质或RNA
温和
(1)酶的作用是为化学反应提供能量。( )
(2)酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率。( )
(3)酶在生物体内有催化和调节作用。( )
(4)酶是具有催化作用的有机物。( )
(5)有些酶中含有核糖。( )
(6)酶只有在活细胞内才能发挥作用。( )
(7)酶可以从食物中直接获取。( )
(8)与无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著。( )
×
×
×
√
√
×
×
√
思考：
1．我们吃芹菜时，无论咀嚼多长时间，都感觉不到甜，而吃馒头时，咀嚼时间长了就会有甜味，你知道是什么原因吗？
提示：芹菜中含大量纤维素，馒头中主要成分为淀粉，人的唾液中含淀粉酶而不含纤维素酶，而酶具有专一性，淀粉酶可将淀粉分解为具有甜味的麦芽糖，却不能将纤维素分解。
2．酶是否只能在活细胞内起作用？举例说明。
提示：不是，酶既可以在细胞内起作用，也可以在细胞外起作用，如消化酶等。
学霸记忆·素养积累
1．细胞代谢是细胞中化学反应的总称。
2．酶是生物催化剂，其催化原理是降低化学反应的活化能。
3．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
课内探究·名师点睛
控制变量
(1)实验中的变量
一
酶在细胞代谢中的作用
含义
上述实验中实例
自变量
实验中人为控制的对实验对象进行处理的因素
氯化铁溶液和肝脏研磨液
因变量
随自变量的改变而变化的变量
过氧化氢分解速率
无关
变量
除自变量外，实验过程中对实验结果造成影响的变量；无关变量应当始终保持相同
溶液的体积，肝脏研磨液的新鲜程度等
知识贴士
(1)一般实验中“验证××”“探究××”，其中“××”就是自变量。
(2)自变量与因变量具有前因后果关系，实验的目的往往是探究或验证自变量对因变量的影响。
(3)无关变量的判断技巧：一是外界环境，如温度、pH等；二是材料本身，比如本实验的肝脏研磨液的新鲜程度等。
(2)对照实验
①含义：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叫作对照实验。
②分为：对照组和实验组。
③1号试管在实验中的作用：对照实验。说明在正常条件下3%的H2O2不易分解，是比较稳定的，从而说明正是由于加热或催化剂的作用使它快速分解。
下列是对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的结果分析，其中正确的是( )
A．在过氧化氢酶的作用下，过氧化氢分解最快，是因为20%的肝脏研磨液的浓度高于FeCl3溶液
B．3.5%的FeCl3溶液对过氧化氢分解速率慢，是因为其浓度过高，影响了活性的正常发挥
C．肝脏研磨液中过氧化氢分解速率快，是因为酶的催化效率比一般无机催化剂的催化效率高
D．如果将4支试管都放在90
℃水浴中，第4支试管(加肝脏研磨液的试管)的反应速率仍为最快
典例剖析
典例
1
C
解析：20%肝脏研磨液中的含酶分子数比3.5%FeCl3溶液中Fe3＋数少得多；催化剂浓度大不会影响催化效率；若将4支试管均放入90
℃水浴中，第4支试管中的酶将会变性，失去催化能力，因为其化学本质为蛋白质。
1．关于生物学实验中的变量，下列说法不正确的是( )
A．任何生物学实验中都需要设置变量
B．对照实验中应遵循单一变量原则
C．对照实验中一定存在自变量
D．无关变量并不是与实验结果没有关系
解析：“单一变量原则”和“对照原则”是生物实验两个最基本的原则。在对照实验中一定存在单一变量(自变量)，同时对实验结果会产生影响的无关变量要严格控制。并不是任何生物学实验都要设置变量，如鉴定类实验一般不需设置变量。
变式训练
A
1．关于酶本质的探索过程
二
酶的本质及作用机理
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
细胞核(主要)
实验验证
实验组
待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应
待测酶液＋吡罗红染液→是否出现红色
对照组1
蛋白质样液＋双缩脲试剂→出现紫色反应
RNA样液＋吡罗红染液→出现红色
3.酶的作用机理
分析可知：
①E1这一部分的能量是指酶所降低的能量；
②E2这一部分的能量是指酶促反应过程中所需能量；
③E1＋E2＝E这一部分的能量是反应所需总能量，是指无酶催化的时候，分子从常态转变成活跃状态所需的能量，即反应活化能。
(2020·山东省潍坊市期中)细胞代谢离不开酶。下列叙述正确的是( )
A．酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物
B．活细胞产生的酶在生物体外没有活性
C．酶通过为化学反应提供能量发挥催化作用
D．不同的活细胞中含有的酶完全不同
典例剖析
典例
2
A
解析：酶既可以作为催化剂，又可以作为反应底物，例如，唾液淀粉酶作为催化剂，能够催化淀粉水解成还原糖，唾液淀粉酶也可以作为反应底物，被蛋白酶催化水解，A正确；若条件适宜，活细胞产生的酶在生物体外也有活性，B错误；酶通过降低化学反应的活化能而发挥催化作用，C错误；不同的活细胞中含有的酶不完全相同，D错误。
规律总结：有关酶的四个易错点
(1)酶并不都是蛋白质，有的酶是RNA。
(2)酶不仅在细胞内发挥作用，在细胞外和体外都可以发挥作用。
(3)酶作用的实质是降低了化学反应的活化能，不是提供能量。
(4)酶并不是具有分泌功能的细胞才能产生，活细胞一般都能产生酶。
2．(2019·天津十二校联考)下列有关酶的叙述，正确的是( )
①酶是具有分泌功能的细胞产生的 ②有的从食物中获得，有的是体内转化而来的 ③酶是活细胞产生的 ④绝大多数酶的化学本质是蛋白质 ⑤有的酶是蛋白质，有的是固醇 ⑥酶在代谢中有多种功能 ⑦酶在新陈代谢和生长发育中起调控作用 ⑧酶只是起催化作用 ⑨酶只在细胞内发挥作用
A．①②⑤
B．③⑦⑨
C．③④⑧
D．④⑤⑥
变式训练
C
解析：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，少数酶为RNA；酶只有催化功能，在个体发育中起调控作用的是激素。
指点迷津·拨云见日
对照实验的几种类型
通过设置对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。对照实验的设置有以下几类：
a．空白对照：对照组不施加任何处理因素。
b．条件对照：对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素有关的实验因素。
c．自身对照：对照组与实验组在同一受试对象上进行，如以病人用药前后的血压值做对比。
d．相互对照：几种处理(或水平)互为对照。
(不定项)(2020·莆田六中高一月考)如图所示的新鲜土豆片与H2O2接触后，产生的现象及推测正确的是( )
A．若有气体大量产生，可推测新鲜土豆片中含有过氧化氢酶
B．若增加新鲜土豆片的数量，量筒中产生气体的速率加快
C．一段时间后气体量不再增加是因为土豆片的数量有限
D．为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量
典例
3
ABD
解析：新鲜土豆片中含有过氧化氢酶，能催化过氧化氢分解产生氧气(气泡)。增加新鲜土豆片的数量即增加酶的浓度，可使反应速率加快。一段时间后，因底物过氧化氢全部被消耗分解，产生的氧气(气体)量不再增加。为保证实验的严谨性，需要控制温度等无关变量。
?问题探讨?P76
1．提示：可以避免胃对肉块的物理性消化。
2．提示：是胃内的化学物质将肉块分解了。
3．提示：收集胃内化学物质，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
?探究·实践?P77
1．提示：2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2．提示：不能。
3．提示：说明FeCl3溶液中的Fe3＋和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4．提示：4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效地进行，只有酶能够满足这样的条件，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
本实验的结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高
?思考·讨论?P79
1．提示：巴斯德认为发酵与活细胞有关，这是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，这是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，这是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用，这是不正确的。
2．提示：巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
3．提示：毕希纳的实验说明，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，就像在活酵母细胞中一样。
4．提示：萨姆纳历时9年用正确的科学方法，坚持不懈、百折不挠，历经一次又一次的失败，终于将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。
5．提示：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
?练习与应用?P80
一、概念检测
1．D 酶既可以在生物体内起作用，也可以离开生物体发挥作用，如我们在实验室中可以用淀粉酶催化淀粉水解，A、B错误；绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA，C错误。
2．D 酶和无机催化剂一样，都不能为反应物提供能量，A错误；酶和无机催化剂都能降低化学反应的活化能，B错误；酶和无机催化剂都能在温和的条件下催化化学反应的进行，C错误；与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的效果更显著，催化化学反应更高效，D正确。
二、拓展应用
1．探究酶的活性是否受温度的影响
2．提示：巴斯德：发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用。
李比希：引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
毕希纳：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，就像在活酵母细胞中一样。
萨姆纳：酶是蛋白质。
3．提示：可用双缩脲等试剂检测酶是否为蛋白质。在萨姆纳之前，之所以很难鉴定酶的本质，主要是因为细胞中酶的提取和纯化非常困难。(共52张PPT)
第1节 降低化学反应活化能的酶
第2课时 酶的特性
课标要求
核心素养
1.分析酶的高效性和专一性。
2.探究影响酶活性的条件。
3.分析影响酶促反应的条件。
1.生命观念——建立模型：通过建立温度、pH对酶活性的影响等数学模型，理解影响的规律和实质。
2.科学探究——实验思路及设计：合理设计探究温度、pH对酶活性影响的实验步骤，规范实施实验，探究影响的规律。
新知预习·双基夯实
一、酶的特性
1．酶具有高效性
(1)含义：酶的催化效率是无机催化剂的____________________倍。
(2)意义：使细胞代谢________进行。
2．酶具有专一性
(1)含义：每一种酶只能催化______________化学反应。
(2)意义：使细胞代谢能够____________地进行。
107～1013
快速
一种或一类
有条不紊
3．酶的作用条件较温和
(1)酶活性：可用在一定条件下酶催化某一化学反应的________表示。
(2)酶所催化的化学反应一般是在____________的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的____________遭到破坏，使酶永久________。低温只能使酶的活性________，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会________。
速率
比较温和
空间结构
失活
降低
升高
二、酶特性的探究实验
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成__________。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用____________检测溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只催化特定的化学反应。
还原糖
斐林试剂
(2)方法步骤
(3)实验结论
淀粉酶能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。
试管编号
操作步骤
1
2
可溶性淀粉溶液
2
mL
－
________溶液
－
2
mL
新鲜的淀粉酶溶液
2
mL
____________
60
℃保温5
min
新配制的____________
2
mL
2
mL
水浴加热1
min
观察__________________
蔗糖
2
mL
斐林试剂
溶液颜色的变化
(1)酶具有专一性、高效性，且受温度和pH的影响。( )
(2)蛋白酶只能催化蛋白质的水解而不能催化淀粉的水解，这一现象体现了酶的专一性。( )
(3)由于酶在化学反应前后性质和数量没改变，所以酶具有高效性。( )
(4)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。( )
√
√
×
×
(5)人体在发热感冒时，常出现厌食恶心现象，这与人体内酶的活性有关，说明酶活性的发挥离不开适宜的温度等。( )
(6)酶活性最高时的温度适合酶的保存。
( )
(7)pH影响酶活性的实验中实验材料不选择淀粉，原因是酸能促进淀粉水解。( )
(8)探究酶的最适pH，需要在酶的最适温度条件下进行。( )
√
×
√
√
思考：
1．人体口腔内的唾液淀粉酶进入胃之后还能继续发挥作用吗？为什么？
提示：不能。因为胃内pH很低，导致唾液淀粉酶失活。
2．在最适的pH或温度下酶促反应一定能进行吗？
提示：不一定。例如在最适pH条件下，将温度调至100
℃，那么即使在最适pH时，多数酶也会丧失活性，反应不能进行。
3．持续发烧不退有时会危及人的生命，你知道其中的原因吗？
提示：酶的影响因素发生很小的变化时，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37
℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应就不能正常进行了。
学霸记忆·素养积累
1．酶的特性是高效性、专一性和作用条件的温和性。
2．酶具有高效性的原因是：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
3．过酸、过碱或温度过高，都会使酶因空间结构被破坏而失活。
4．在一定的低温下，酶的活性被抑制，但空间结构稳定，在适宜温度下其活性可恢复。
课内探究·名师点睛
1．酶具有高效性
(1)酶的高效性一般是通过酶与无机催化剂的对照来说明的。
(2)在酶的高效性的验证实验中，所用的生物材料必须是新鲜的。
一
酶的特性
(2)实例
步骤
1
淀粉＋淀粉酶
蔗糖＋淀粉酶
2
等量斐林试剂，水浴加热相同时间
现象
出现砖红色沉淀
无颜色变化
结论
酶具有专一性
(2020·江苏省徐州市高一)在如图所示的实验中，下列叙述错误的是( )
A．本实验要注意控制环境温度
B．本实验的自变量是催化剂的种类
C．本实验能说明酶的催化具有专一性
D．两试管的气泡生成的速率不同
典例剖析
典例
1
C
解析：本实验是验证酶的高效性的实验，自变量是催化剂的种类，温度是无关变量，且过氧化氢的分解受温度的影响很大，因此要注意控制环境温度，A、B正确；
本实验用酶与无机催化剂对照，说明了酶的催化作用具有高效性，C错误；由于酶具有高效性，因此在其他条件都相同的条件下，加入过氧化氢酶的试管内的气泡生成速率明显大于加入氯化铁的试管，D正确。
1．(2019·山东省德州市高一)为探究酶的某种特性，现用可溶性淀粉溶液、蔗糖溶液(两者都是非还原糖)以及淀粉酶溶液、斐林试剂等材料进行了如下实验，下列叙述正确的是( )
变式训练
操作步骤
操作项目
试管
1
2
①
注入可溶性淀粉溶液
2
mL
/
②
注入蔗糖溶液
/
2
mL
③
注入淀粉酶溶液
2
mL
2
mL
A．实验的自变量是淀粉酶溶液
B．实验的无关变量有温度、pH等
C．实验结果的检测可用碘液代替斐林试剂
D．实验目的是探究酶的高效性
答案：B
解析：据表格内容可知，本实验的两个试管中所用的酶是相同的，而底物不同，因此该实验是探究酶的专一性，自变量是底物的种类即淀粉溶液与蔗糖溶液，A、D错误；实验中温度、pH、溶液的体积等都属于无关变量，B正确；碘液与蔗糖及蔗糖水解后的产物都不发生反应，用碘液无法检测蔗糖是否被水解，因此不能用碘液代替斐林试剂，C错误。
1．探究温度对酶活性的影响
(1)原理：温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解，淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶的活性。
二
影响酶活性的因素
(2)实例
1试管
1′试管
2试管
2′试管
3试管
3′试管
实验步骤
1
2
mL淀粉溶液
2
mL唾液淀粉酶溶液
2
mL淀粉溶液
2
mL唾液淀粉酶溶液
2
mL淀粉溶液
2
mL唾液淀粉酶溶液
2
在冰水中水浴5
min
在37
℃水中水浴5
min
在沸水中水浴5
min
3
1与1′试管混合摇匀
2与2′试管混合摇匀
3与3′试管混合摇匀
1试管
1′试管
2试管
2′试管
3试管
3′试管
实验步骤
4
冰水中水浴数分钟
37
℃水浴数分钟
沸水中水浴数分钟
5
取出试管，分别滴加2滴碘液摇匀，观察现象
实验现象
呈蓝色
无蓝色出现
呈蓝色
结论
①唾液淀粉酶在37
℃时催化淀粉水解，在0
℃和100
℃时不能发挥催化作用。
②酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高或过低都影响其催化效率
2.探究pH对酶活性的影响(以过氧化氢酶催化过氧化氢分解为例)
①实验原理：过氧化氢分解产生水和氧气，过氧化氢酶可加快过氧化氢的分解，在短时间内产生大量的氧气。pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可根据点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。
②实验过程
步骤
项目
试管1
试管2
试管3
1
加入过氧化氢溶液
2
mL
2
mL
2
mL
2
加入蒸馏水
1
mL
－
－
3
加入盐酸溶液
－
1
mL
－
4
加入NaOH溶液
－
－
1
mL
5
滴加肝脏研磨液
2滴
2滴
2滴
6
37
℃水浴
5
min
5
min
5
min
7
点燃但无火焰的卫生香
复燃
不复燃
不复燃
结论
过氧化氢酶在强酸和强碱环境中不起作用，在中性环境中能催化过氧化氢快速分解
知识贴士
有关酶实验设计的两点提醒
(1)探究不同温度对酶活性的影响时，在加入酶之前，应将底物在各自温度下处理至少5分钟，确保试管内外温度一致。
(2)探究不同pH对酶活性的影响时，可将过氧化氢酶和H2O2溶液分别调至同一pH，再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。
(3)探究不同温度对酶活性的影响时，不宜用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖的反应需水浴加热，而本实验的自变量为温度，须严格控制温度。
(4)探究不同温度对酶活性的影响时，不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解，因为H2O2在加热条件下会自然分解。
下图是温度影响某种酶活性的曲线图，据图分析正确的是( )
A．A点时酶的结构被破坏
B．B点时酶的活性最高
C．随温度升高酶活性增强
D．C点时酶对生化反应有抑制作用
典例剖析
典例
2
B
解析：A点是因为低温抑制了酶的活性，但酶的结构不会被破坏，一旦温度升高到适宜温度时酶活性会恢复，A错误。由图可知B点时酶活性最高，B正确。在最适温度之前随着温度升高酶活性增强，但超过最适温度后随着温度升高酶活性降低，甚至失活，C错误。C点时酶活性虽然不是特别高，但对生化反应仍起催化作用，而不是抑制，D错误。
2．胃液中的蛋白酶，进入小肠后，催化作用大大降低，这是由于( )
A．酶发挥催化作用只有一次
B．小肠内的温度高于胃内的温度
C．小肠内的pH比胃内的pH低
D．小肠内的pH比胃内的pH高
解析：胃蛋白酶适于在胃内的酸性环境下发挥作用，小肠内的pH比胃内的pH高，会导致胃蛋白酶变性失活，选D。
变式训练
D
指点迷津·拨云见日
与酶有关的曲线解读
1．酶高效性的曲线(如图中甲)
(1)催化剂可加快化学反应速率，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶只能缩短达到化学反应平衡点所需的时间，不会改变化学反应的平衡点。
(3)酶只能催化已存在的化学反应。
2．酶专一性的曲线(如图中乙)
(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化A反应物参加的反应。
(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化A反应物参加的反应。
3．影响酶活性的曲线(如图)
(1)在一定条件下，酶活性最大时的温度(或pH)称为该酶的最适温度(或pH)。
(2)在一定温度(或pH)范围内，随温度(或pH)的升高，酶的活性增强；当温度(或pH)升高到一定限度时，酶活性会随温度(或pH)的升高而减弱。
(3)过酸、过碱、高温会破坏酶的空间结构，导致酶永久失活，而低温时酶的活性降低，不会失活。
4．酶和反应物的浓度与反应速率的关系曲线(如图)
(1)反应速率与酶浓度的关系：在反应物充足，其他条件均适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比(如图中甲)。
(2)反应速率与反应物浓度的关系：在酶量一定的条件下，在一定范围内，反应速率会随着反应物浓度的增加而增大，但当反应物浓度达到一定值后，由于受酶数量或酶活性的限制，反应速率不再增大(如图中乙)。
5．反应时间对酶促反应速率的影响(如图)
(1)甲、乙、丙三图中的时间t0、t1、和t2是一致的。
(2)随着反应的进行，反应物因被消耗而减少，生成物因生成而增多。
(3)t0～t1段，因为反应物较充足，所以反应速率较快，反应物消耗较快，生成物生成速度较快。t1～t2段，因为反应物的量减少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被耗尽，生成物也不再增加，此时反应速率为0。
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( )
典例
3
A．pH＝a时，e点下移，d点左移
B．适当降低温度，e点不移，d点右移
C．pH＝c时，e点为0
D．过氧化氢量增加，e点不移，d点左移
答案：B
解析：pH由b→a时，酶的活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但pH改变不会改变化学反应的平衡点，故e点不移，d点右移，A项错误；图乙是在最适温度下绘制的，若温度降低，则酶活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但温度降低不会改变化学反应的平衡点，故d点右移，e点不移，B项正确；pH＝c时，过碱条件破坏酶的空间结构使酶失活、不能催化过氧化氢分解，但过氧化氢在常温下也能分解，所以e点不为0，C项错误；过氧化氢量增加时，达到化学反应平衡所需时间延长，且化学反应的平衡点升高，即e点上移，d点右移，D项错误。
规律方法 分析影响酶促反应速率因素的曲线图的一般方法
(1)识标：理解图中纵坐标和横坐标的含义，一般横坐标表示温度、pH、反应时间等，纵坐标表示反应速率等。
(2)明点：分析图中起止点和最高点的含义，一般起点为零，最高点表示最适温度或pH，酶的活性最大，止点表示酶的活性为零或生成物的量最大。
(3)析图：根据相关原理判断曲线的变化情况，具体看曲线是上升还是下降，从而确定酶促反应速率的变化趋势。
(2019·河南省三门峡市高一)将某种酶运用到工业生产前，需测定使用该酶的最佳温度范围。下图中的曲线①表示在各种温度下该酶活性相对于最高酶活性的百分比。将该酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，即下图中的曲线②，由此得到的数据为酶的热稳定性数据。据此作出的判断，正确的是( )
典例
4
A．曲线①可知65
℃是该酶活性最高的温度
B．曲线②的各数据点是在对应温度下测得的
C．该酶的热稳定性在70
℃之后急剧下降
D．该酶使用的最佳温度是80
℃
答案：C
解析：由曲线①可知，该酶活性最高的温度是80
℃，A项错误；由于曲线②是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，而酶活性最高的温度为80
℃，因此曲线中数据均为80
℃下测得的数据，B项错误；曲线②显示，该酶的热稳定性从30
℃开始不断下降，在70
℃后急剧下降，C项正确；酶的最佳温度可以认为是既能使酶具有高的催化活性，又能维持较长时间的稳定，所以该酶使用的最佳温度范围是60
℃～70
℃，D项错误。
?探究·实践?P81
1．提示：有，实验不排除偶然性，结论只能验证不能完全相信。
2．提示：①加入淀粉酶溶液后，60
℃热水中保温5
min的目的是什么？(利于淀粉酶发挥作用)
②能否在加入淀粉酶溶液后直接加入斐林试剂？(不能，斐林试剂会使淀粉酶失活)。
本实验的结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
?练习与应用?P85
一、概念检测
1．D 嫩肉粉能分解蛋白质，能分解蛋白质的酶是蛋白酶。
2．B 唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，催化蛋白质水解的酶是蛋白酶。
3．D 可溶性糖转化为淀粉是酶促反应，高温可以使可溶性糖转化为淀粉的酶的空间结构发生改变而失去活性，可溶性糖不能转化成淀粉，从而保持其甜味，D正确。
二、拓展应用
1．提示：这个模型中A代表某类酶，B代表反应物，C和D代表产物。这个模型的含义是：酶A与底物B专一性地结合，催化反应的发生，生成产物C和D。这个模型揭示了酶的专一性。
2．(1)提示：A点：随着反应物浓度的增加，反应速率加快。B点：反应速率在此时达到最高。C点：反应速率不再随反应物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。
(2)提示：如果A点时温度升高10
℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下反应速率随底物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢，如图曲线Ⅰ。
(3)提示：该曲线表明，B点的反应物的浓度足够大，是酶的数量限制了反应速率的提高，这时加入少量的酶，会使反应速率加快。如图曲线Ⅱ。(共46张PPT)
第2节 细胞的能量“货币”ATP
新知预习·双基夯实
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课内探究·名师点睛
指点迷津·拨云见日
训练巩固·课堂达标
夯基提能作业
新知预习·双基夯实
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．ATP的名称与简式：
(1)中文名称：______________。
(2)结构简式：__________________。
腺苷三磷酸
A—P～P～P
腺苷
核糖
磷酸基团
特殊的化学键
高能磷酸
直接能源物质
ADP
ATP
2．能量的来源及去路：
3．原因及特点：
(1)原因：ATP分子中______________________________________很容易水解。
(2)特点：时刻不停地发生并且处于____________之中。
三、ATP的利用
1．细胞内吸能反应一般与______________的反应相联系，由______________提供能量；放能反应一般与______________的反应相联系，释放的能量储存在__________中。
远离A的磷酸基团具有较高的转移势能
动态平衡
ATP水解
ATP水解
ATP合成
ATP
2．举例说明有哪些生命活动需要利用ATP：______________________________________________________________________________________________。
3．ATP水解释放的____________使__________等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，________________变化，________也被改变，因而可以参与________________。
细胞的主动运输、胞吞胞吐、各种吸能反应，还可用于生物发光发电、
肌肉收缩、大脑思考等生命活动
磷酸基团
蛋白质
空间结构发生
活性
各种化学反应
1．ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸。( )
2．人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。( )
3．ATP能够及时转化成ADP，这有效地保证了细胞内能量的供应。( )
4．ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP。( )
√
×
√
√
5．ATP含有3个特殊化学键，但是只有一个特殊化学键会发生断裂。( )
6．ATP中的A不代表腺嘌呤，当脱去两个磷酸后，形成的物质为RNA的基本单位之一。( )
7．酶的催化反应都需要消耗ATP。( )
8．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。( )
9．活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。( )
×
√
×
√
×
思考：
1．ATP中去除两个磷酸基团后是构建哪种物质的基本单位？
提示：RNA。
2．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。
3．人们不论在运动时还是休息时，细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化，这种转化属于可逆反应吗？
提示：不属于，所需酶及场所等不同。
4．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。
学霸记忆·素养积累
4．细胞内ATP与ADP的相互转化的能量供应机制是生物界的共性。
5．动物、人、真菌等合成ATP的途径是呼吸作用。
6．绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。
7．ATP是生命活动的直接能源物质。
课内探究·名师点睛
1．ATP的组成
一
ATP的结构和生理功能
2．ATP与核苷酸的关系
组成ATP和核苷酸的元素是相同的，都是C、H、O、N、P。ATP中存在一个普通磷酸键和两个特殊化学键。破坏了两个特殊化学键，剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。
3．ATP的生理功能
细胞代谢所需的能量绝大多数是由细胞内的ATP直接提供的。ATP是细胞代谢所需能量的直接来源。
4．ATP的结构与功能的相互关系
(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的磷酸基团很容易脱离与形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。
(2)ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质需转化为ATP才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。
知识贴士
(1)DNA和RNA的组成中的A表示腺嘌呤这种碱基，而在ATP中A代表的是腺苷，即核糖与腺嘌呤的组合体。
(2)每个ATP分子中只含有2个特殊化学键(～)，其中只有远离腺苷的特殊化学键易断裂或合成。
(2020·山东省潍坊市高一)如图为ATP分子结构式。下列相关叙述错误的是( )
A．图中五碳糖为核糖
B．图中虚线框中的基团是腺苷
C．该分子中有2个特殊化学键
D．该分子水解掉两个磷酸基团后为核糖核苷酸
典例剖析
典例
1
B
解析：ATP中的“A”代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，因此图中五碳糖为核糖，A正确；图中虚线框中的基团是腺嘌呤，B错误；ATP分子中有2个特殊化学键，C正确；ATP分子水解掉两个磷酸基团后，剩余的部分是腺嘌呤核糖核苷酸，D正确。
1．有人把ATP比作细胞的能量“货币”，说明ATP是细胞生命活动的( )
A．直接能源
B．储备能源
C．间接能源
D．主要能源
变式训练
A
二
ATP与ADP可以相互转化
2．解读
(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系。
(2)主动运输等吸能反应与ATP的分解相联系，所以ATP是直接供能物质。
(3)ATP在生物体内含量很少，又不断通过各种生命活动大量消耗，但ATP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡之中。
知识贴士
ATP为生命活动提供的是化学能
ATP是细胞内的直接供能物质，但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的，如植物对水分的吸收和运输，其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。
以下对生物体ATP的叙述中，正确的是( )
A．ATP与ADP是同一种物质的两种形态
B．动物细胞中，产生ATP的过程为呼吸作用
C．ATP脱掉两个磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核苷酸
D．ATP和ADP的相互转化是两个完全可逆的过程
解析：ATP(腺苷三磷酸)和ADP(腺苷二磷酸)是两种不同的物质，A错误；细胞呼吸可以产生能量，用于合成ATP，B正确。ATP脱掉两个磷酸基团后为腺嘌呤核糖核苷酸，C错误。ATP和ADP的相互转化，从物质来讲是可逆的，但从能量、场所、酶来讲是不可逆的，D错误。
典例剖析
典例
2
B
2．(2019·山东省德州市高一)
有关ATP的叙述错误的是( )
A．ATP中的能量可来源于光能、化学能
B．ATP是由三个磷酸基团和一个腺嘌呤构成
C．有机物的氧化分解一般与ATP的合成相联系
D．ATP和ADP相互转化的能量供应机制是生物界共性
变式训练
B
解析：形成ATP可通过呼吸作用和光合作用，通过呼吸作用合成ATP，其能量来源于化学能；通过光合作用合成ATP，其能量来源于光能。故ATP中的能量可以来源于光能、化学能，A正确；ATP是由三个磷酸基团和一个腺苷构成，B错误；有机物氧化分解产生的能量一部分用于ATP的合成，因此有机物的氧化分解一般与ATP的合成相联系，C正确；细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性，从一个侧面说明了生物界具有统一性，D正确。
指点迷津·拨云见日
一、ATP和ADP的相互转化是不可逆的
1．ATP与ADP的相互转化
反应式
ATP→ADP＋Pi＋能量
能量＋Pi＋ADP→ATP
类型
水解反应
合成反应
条件
水解酶
合成酶
场所
活细胞内多种场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
能量转化
放能
储能
能量来源
磷酸基团的脱离
呼吸作用、光合作用
能量去向
用于各项生命活动
储存于ATP中的特殊化学键中
2.ATP与ADP的转化式的含义
细胞内ATP与ADP的循环过程，并不表示化学上的可逆反应。
(1)从反应条件上看：由于酶具有专一性，因此，二者反应条件不同。
(2)从反应场所上看：ATP的合成场所与分解场所不完全相同。
(3)从能量来源上看：二者的能量来源不同。
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。
提示：判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和生成物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。
以下为ATP和ADP相互转化的示意图，对这一过程的叙述不正确的是( )
A．存在着能量的释放和储存
B．保证了生命活动的顺利进行
C．持续不断地在生物活细胞中进行
D．此过程物质与能量变化都是可逆的
典例
3
D
解析：该反应为ATP与ADP的相互转化，存在着能量的释放和储存，A正确；ATP释放的能量用于各项生命活动，保证了生命活动顺利进行，B正确；体内ATP的含量较少，可与ADP迅速转化，持续不断地在生物活细胞中进行，C正确；此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，D错误。
二、ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系
ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。
(1)ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
(2)DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。
(3)RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。
(4)核苷酸中的A为腺嘌呤。
由此可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。
(2019·河南省洛阳市高一)
在如图所示的四种化合物的化学组成中，与圆圈中“A”所对应的名称相符合的是( )
A．①—腺嘌呤核糖核苷酸
B．②—腺苷
C．③—腺嘌呤脱氧核苷酸
D．④—腺嘌呤
典例
4
D
解析：ATP是由腺苷和3个磷酸基团构成的，腺苷是由一分子腺嘌呤和一分子核糖构成，①图中圈出的是ATP中的一分子腺苷，A错误；②图代表DNA，A代表的是腺嘌呤脱氧核苷酸，B错误；③图代表的是RNA，构成RNA的单位之一是腺嘌呤核糖核苷酸，C错误；④图指的是核苷酸，一分子的核苷酸是由一分子的磷酸、一分子的五碳糖、一分子的含氮碱基组成，所以④图指的是腺嘌呤，D正确。
?问题探讨?P86
1．提示：萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾，繁衍后代。
提示：萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
提示：有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
?练习与应用?P89
一、概念检测
1．B ATP中含有两个特殊化学键，与腺苷A直接相连的磷酸键为普通磷酸键。
2．D 腺苷三磷酸(ATP)为生物各项生命活动直接提供能量。
3．B ATP是生命活动的直接能源物质，故细胞质和细胞核中都有ATP分布，A正确；ATP来源于光合作用和呼吸作用，故合成ATP所需的能量来源于光能和有机物中的化学能，B错误；ATP可以水解为ADP和磷酸，C正确；人体内ATP的含量并不高，但和ADP的相互转化是永不停息地进行着，故正常细胞中ATP和ADP的比值是相对稳定的，D正确。
4．C 离子通过离子泵的跨膜运输需要载体蛋白和消耗能量，属于主动运输，是逆浓度梯度进行的，A、B错误；动物一氧化碳中毒减少能量的供应，进而会降低离子泵跨膜运输离子的速率，C正确；离子的跨膜运输需要载体蛋白，因此加入蛋白质变性剂会降低离子泵跨膜运输离子的速率，D错误。
二、拓展应用
1．提示：吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应，需要消耗能量，是吸能反应。这一反应所需要的能量是ATP水解时所释放的能量。
放能反应：如丙酮酸的氧化分解，能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能的形式散失外，还用于ADP转化为ATP的反应，储存在ATP中。
2．提示：在储存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下两个特点：①ATP分子中含有的化学能比较少，一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖分解释放能量的1/94；②ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能才能被细胞利用。
3．提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”——ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源。(共45张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
第1课时 细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程
课标要求
核心素养
1.分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。
2.概述有氧呼吸的三个阶段，写出有氧呼吸的反应式。
3.探究酵母菌细胞呼吸的方式，学会控制和检测实验变量。
1.生命观念——结构与功能观：线粒体结构与细胞呼吸的关系。
2.科学思维——分析与综合：分析有氧呼吸的三个阶段，理解细胞呼吸的实质。
3.科学探究——根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。
新知预习·双基夯实
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
二、有氧呼吸
(1)在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中，必须保证酵母菌是新鲜的、有活性的。( )
(2)只检测有无CO2产生即可确定酵母菌的呼吸方式。
( )
(3)根据石灰水变混浊的程度可以确定CO2产生量的多少。
( )
(4)酒精在中性或酸性条件下与重铬酸钾溶液反应产生灰绿色。
( )
(5)有氧呼吸的过程只发生在线粒体内。
( )
√
×
√
×
×
(6)有氧呼吸三个阶段所需要的酶是相同的。( )
(7)有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。
( )
(8)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。( )
(9)有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。( )
(10)需氧型细菌有氧呼吸的主要场所是线粒体。( )
×
√
×
×
×
思考：
1．利用课本酵母菌呼吸方式实验装置，设计实验，比较有氧呼吸与无氧呼吸能量释放的多少？
提示：在A、B瓶增加温度计，加入等量的酵母菌、葡萄糖培养液等，相同条件下观察比较温度计刻度上升情况。
2．酿酒业常用的菌种是酵母菌，发酵池往往封入一部分空气，为什么？
提示：酵母菌是兼性厌氧菌，有氧时进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，把氧气耗尽，然后进行无氧呼吸产生酒精。
3．有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其消耗发生在哪个阶段？
提示：有氧呼吸过程中第一、二阶段有[H]产生，其去向是在第三阶段与氧气结合形成水。
4．有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？
提示：有氧呼吸的生成物CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O来自氧气。
学霸记忆·素养积累
课内探究·名师点睛
1．实验原理
(1)酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下均能生存，有氧呼吸产生H2O和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。
一
探究酵母菌的呼吸方式
2．探究过程
提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件
下；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什
么？
↓
作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可
用于酿酒、发面等)作出合理的假设
3．实验分析及拓展
(1)实验分析
①通入甲中A瓶的空气需先通过NaOH溶液的目的是保证进入A瓶的气体中不含有CO2，保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸产生的。
②乙中B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌无氧呼吸产生的。
(2)不同材料呼吸实验的设计
①若探究种子呼吸状况则不必遮光，但需“死种子”作对照。
②若探究“植株或幼苗”呼吸状况，应进行遮光处理，以防止光合作用的干扰，同时可设置同种状况但杀死的植株或幼苗作对照。
知识贴士
酵母菌是兼性厌氧生物，是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，而人体中的某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物异化作用类型的区分，不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的，而是以在有氧或无氧的条件下能否正常生存为依据的。
利用右图所示装置探究酵母菌的无氧呼吸，正确的操作方法是( )
A．A瓶密封后，应该立即连通B瓶
B．A瓶先敞口，培养一段时间，再连通B瓶
C．A瓶密封后，培养一段时间，再连通B瓶
D．实验后，在B瓶中加入重铬酸钾检验有无酒精产生
典例剖析
典例
1
C
解析：A瓶密封后，锥形瓶内仍有少量氧气，所以不能立即连通B瓶，A错误；探究酵母菌的无氧呼吸的条件是无氧，所以A瓶先敞口培养一段时间不符合要求，B错误；A瓶密封后，培养一段时间，以便消耗掉瓶中的氧气，再连通B瓶，确保产生的二氧化碳都是无氧呼吸产生的，C正确；实验过程中，二氧化碳通过导管进入B瓶，酒精仍在A瓶中，所以实验结束后，取A瓶中培养液加入重铬酸钾检验酒精的产生，D错误。
1．下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是( )
A．二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄
B．实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液浓度等
C．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．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
变式训练
C
解析：酵母菌呼吸产物CO2可用澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝溶液来检测，实验现象分别是澄清石灰水变混浊、溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄；酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2，因此不能根据CO2的产生与否来判断细胞呼吸方式；实验过程中需将葡萄糖溶液煮沸，目的是灭菌和去除溶液中的O2，减小实验的误差，此外还需保持无关变量温度、pH、培养液浓度等适宜。
1．线粒体的结构(如图所示)
二
有氧呼吸
2．有氧呼吸的概念及实质
(1)概念：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
(2)实质：细胞在O2的参与下，氧化分解有机物，释放能量，供给生命活动的需要。
3．有氧呼吸的过程
有氧呼吸过程
第一阶段
第二阶段
第三阶段
场所
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
反应物
葡萄糖(C6H12O6)
丙酮酸(C3H4O3)＋H2O
[H]＋O2
产物
丙酮酸＋[H]
CO2＋[H]
H2O
是否需氧
不需氧
不需氧
需氧
特别提醒：反应式中左右两边的水不能抵消，原因是左边的水是用于生成[H]和部分CO2的，而右边的水分子中的氧原子全部来自O2。CO2中的氧原子一半来自C6H12O6，一半来自参与反应的水分子。
(2020·河北定州中学高一月考)如图表示有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是( )
A．①②④中数值最大的是①
B．③代表的物质名称是氧气
C．线粒体能完成图示全过程
D．原核生物能完成图示全过程
典例剖析
典例
2
D
解析：有氧呼吸过程中第三阶段释放的能量最多，即图中的④，A错误；③是有氧呼吸第二阶段的反应物——水，B错误；有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质，C错误；原核细胞没有线粒体，但是可以进行有氧呼吸，如蓝细菌，故原核生物能完成图示全过程，D正确。
2．(2019·南京一中月考)下图是有氧呼吸过程的图解，据图回答(1)～(3)题：
(1)有氧呼吸是从__________的氧化分解开始的，全过程分为______个阶段。
变式训练
葡萄糖
三
(2)有氧呼吸的主要场所是__________；进入该场所的呼吸底物是__________；释放的CO2是在第______阶段产生的；H2O是在第______阶段形成的；产生能量最多的是第______阶段。
(3)有氧呼吸中O2的作用是___________________________________，写出有氧呼吸的总反应式：_______________________________________
______。
线粒体
丙酮酸
二
三
三
与[H]结合生成H2O，产生大量的能量
能量
解析：对照图解分析有氧呼吸过程。第一阶段发生在细胞质基质中，1分子葡萄糖分解为2分子的丙酮酸，同时产生[H]和少量能量；第二阶段发生在线粒体基质中，丙酮酸和水彻底分解为CO2，同时产生[H]和少量能量；第三阶段发生在线粒体内膜上，[H]和O2结合生成H2O，同时产生大量能量。
指点迷津·拨云见日
关于细胞呼吸方式探究的注意事项
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，才可加入酵母菌。否则，高温会杀死酵母菌。
2．有氧条件：必须持续通入空气，以保证O2的充足。空气通入A瓶之前先用NaOH溶液处理，目的是吸收CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰。
无氧条件：装置中B瓶应封口放置一段时间后，再连接澄清的石灰水，其目的是先让酵母菌将B瓶中的O2消耗完，确保只进行无氧呼吸。
3．在25～35
℃的环境中进行实验，此时的酵母菌中酶活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显。
4．浓硫酸有腐蚀性，往试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。
下图为探究酵母菌呼吸方式的实验设计装置。下列叙述正确的是( )
A．实验自变量为温度
B．实验因变量为CO2的多少
C．空气泵泵入的气体应先除去O2
D．乙、丙两试管加入干酵母后应煮沸冷却除去CO2
典例
3
B
解析：该实验的自变量是氧气的有无，温度属于无关变量，A错误；该实验通过Ca(OH)2溶液检测CO2的产生量，B正确；空气泵通入气体是为有氧呼吸提供O2，但应先除去泵入气体中的CO2，C错误；乙、丙两试管的培养液需煮沸(除去CO2)冷却后再加入干酵母，避免高温杀死酵母菌，D错误。
?问题探讨?P90
1．通气是为了使酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖，密封是为了使酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。
2．在氧气充足的环境下，其繁殖速度大大提高，因此能大量繁殖。
3．可以为酵母菌的生命活动提供能量。
?思考·讨论?P93
1．有氧呼吸的能量转化效率大约是977.28÷2
870≈34%，由于1
mol
ATP水解释放的能量是30.54
kJ，所以这些能量大约可以使977.28÷30.54×6.02×1023＝1.93×1025个ADP转化为ATP。
2．保护细胞的基本结构。如果组成细胞的化合物迅速而彻底地氧化分解，能量会迅速地全部释放出来，细胞的基本结构也会因此遭到彻底的破坏。(共66张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
第2课时 无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用
课标要求
核心素养
1.概述无氧呼吸的过程。
2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
3.举例说明细胞呼吸原理的应用。
1.生命观念——分析与综合：分析有氧呼吸与无氧呼吸的过程，区别二者的异同。
2.社会责任——依据细胞呼吸原理指导农业生产，解决实际问题。
新知预习·双基夯实
一、无氧呼吸
1．条件：无氧条件下。
2．场所：______________
3．类型
细胞质基质
细胞质基质
[H]＋丙酮酸
酒精＋CO2
乳酸
2C2H5OH＋2CO2
2C3H6O3
第一阶段
少量ATP
酒精或乳酸
二、细胞呼吸
1．概念：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的
____________，生成______________________，释放出能量并生成__________的过程。
2．实质：氧化分解__________，释放能量。
氧化分解
二氧化碳或其他产物
ATP
有机物
三、细胞呼吸原理的应用
(1)哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。( )
(2)无氧呼吸的终产物是丙酮酸。( )
(3)无氧呼吸是不需氧的呼吸，因而其底物分解不属于氧化反应。( )
(4)葡萄糖氧化分解为丙酮酸只发生在有氧呼吸过程中。( )
(5)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。( )
√
×
×
×
×
(6)人剧烈运动时产生的CO2是有氧呼吸和无氧呼吸共同的产物。( )
(7)无氧呼吸的全过程都在细胞质基质中进行。( )
(8)破伤风杆菌适宜生活在有氧的环境中。( )
(9)及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。( )
(10)无氧和零下低温环境有利于水果保鲜。( )
×
√
×
√
×
思考：
1．为什么不同生物无氧呼吸产物不同？
提示：不同生物无氧呼吸的酶不同。
2．无氧呼吸释放的能量为什么比有氧呼吸少？
提示：无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，还有很大一部分能量存在于不彻底的氧化产物乳酸或酒精中。
3．(实践应用)剧烈运动后的肌肉酸疼是怎样造成的？
提示：剧烈运动，氧气供应不足，肌肉细胞进行无氧呼吸产生了乳酸，造成肌肉酸疼。
4．果蔬的储存方式与粮食的储存方式有什么不同？
提示：果蔬储存：零上低温、低氧、高CO2、一定湿度。粮食储存；低温、低氧、高CO2、干燥。
学霸记忆·素养积累
课内探究·名师点睛
1．有氧呼吸和无氧呼吸过程图解
一
有氧呼吸和无氧呼吸过程的比较
2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目
有氧呼吸
无氧呼吸
不同点
条件
需氧
不需氧
场所
细胞质基质(第一阶段)
线粒体(第二、三阶段)
细胞质基质
分解程度
葡萄糖被彻底分解
葡萄糖分解不彻底
产物
CO2、H2O
乳酸或酒精和CO2
能量释放
大量能量
少量能量
相同点
反应条件
需酶和适宜温度
本质
氧化分解有机物，释放能量，生成ATP
过程
第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同
3.与无氧呼吸有关的几个易错点
(1)不同生物无氧呼吸产物不同是由于催化反应的酶的种类不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(2)大多数植物、酵母菌无氧呼吸的产物为酒精和CO2；有些高等植物的某些器官如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等进行无氧呼吸时产生乳酸；高等动物、人及乳酸菌的无氧呼吸只产生乳酸。
(3)无氧呼吸第一阶段产生的[H]用于还原丙酮酸。
(4)无氧呼吸只在第一阶段释放能量。
知识贴士
(1)有氧呼吸和无氧呼吸总反应式中的能量不能写成ATP，因为大部分能量以热能形式散失。
(2)1
mol葡萄糖彻底氧化分解后，释放出2
870
kJ的能量，其中977.28
kJ的能量储存在ATP中，其余的以热能形式散失。
(3)1
mol葡萄糖生成乳酸释放的能量为196.65
kJ，其中只有61.08
kJ的能量转移到ATP(生成2
mol
ATP)中，其余部分以热能的形式散失。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肌细胞中再次转化为葡萄糖。
(4)无氧呼吸只有第一阶段释放能量，第二阶段没有能量释放。而有氧呼吸三个阶段均释放能量。
5．细胞呼吸的意义
(1)为生物体的生命活动提供能量。生物体内的糖类、脂类、蛋白质等有机物都富含能量，但这些能量不能直接被各种生命活动所利用，需要通过呼吸作用分解有机物，释放能量，转化到能量“货币”ATP中，由ATP直接推动各种生命活动的进行，如细胞的分裂、矿质元素的吸收、有机物之间的转化等。
(2)呼吸作用是各种有机物相互转化的枢纽。呼吸作用的过程中会产生各种各样的中间产物，这些中间产物是合成体内其他化合物的原料。呼吸作用能把生物体的糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢等连成一个整体，成为体内各种有机物相互转化的枢纽。联系三大有机物代谢过程的主要枢纽物质是丙酮酸。
(3)在维持恒温动物的体温、植物抗病等方面有重要作用。
人体有氧呼吸和无氧呼吸的相同之处是( )
①都有葡萄糖分解成丙酮酸的阶段 ②所需的酶基本相同 ③都是氧化分解有机物，释放能量的过程 ④都产生CO2 ⑤都产生了[H]
A．①③⑤
B．①③④
C．①③④⑤
D．①②③④⑤
典例剖析
典例
1
A
解析：①有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段相同，都是葡萄糖分解成丙酮酸，①正确；②有氧呼吸与无氧呼吸的反应过程不同，酶的作用具有专一性，因此酶不同，②错误；③不论是有氧呼吸还是无氧呼吸，本质是氧化分解有机物释放能量的过程，③正确；④人的有氧呼吸的产物是二氧化碳和水，无氧呼吸的产物是乳酸，不产生二氧化碳，④错误；⑤有氧呼吸与无氧呼吸过程中都有[H]的产生，⑤正确。综上所述人体有氧呼吸和无氧呼吸相同的是①③⑤。
规律方法
有关细胞呼吸过程的三点提醒
(1)产生CO2的不只是有氧呼吸，无氧呼吸产生酒精的过程中也有CO2的产生。
(2)有氧呼吸过程中生成的水和反应物中的水其来源和去向不同，所以不是同一分子。
(3)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．(不定项)(2019·湛江一中)下列关于细胞呼吸的叙述，不正确的是( )
A．人在剧烈运动时，人体产生的CO2来自有氧呼吸
B．人在憋气时有氧呼吸停止
C．肺炎链球菌有氧呼吸产生二氧化碳的场所在线粒体基质
D．无氧呼吸第一阶段产生[H]，第二阶段消耗[H]
变式训练
BC
解析：人体无氧呼吸的产物是乳酸，没有二氧化碳，A正确；人在憋气时，体内绝大部分细胞仍在进行有氧呼吸，B错误；肺炎链球菌是原核生物，细胞中没有线粒体，C错误；无氧呼吸第一阶段产生[H]，第二阶段消耗[H]，D正确。
一、应用
二
细胞呼吸的应用及影响因素
类型
应用
原理
有氧呼吸
提倡有氧运动
不会因剧烈运动时，肌肉细胞进行无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力
作物栽培时及时松土
利用根的有氧呼吸，促进根部无机盐的吸收
稻田定期排水
水稻的根比较适应无氧呼吸，但也需要进行有氧呼吸，定期排水避免根部因无氧呼吸产生的大量酒精对细胞产生毒害作用，防止根腐烂
生产醋酸、味精等
醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸
类型
应用
原理
有氧呼吸
利用酵母菌发面
在馒头、面包的制作过程中，利用酵母菌的有氧呼吸，使馒头、面包变得松软可口
选用“创可贴”、透气的消毒纱布包扎伤口
为伤口创造有氧的环境，避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口的愈合
无氧呼吸
伤口过深或被锈铁钉扎伤，需及时治疗
避免破伤风芽孢杆菌进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风
制作酸菜、酸奶、泡菜等
利用的是乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的过程
二、影响细胞呼吸速率的内因
项目
体现
实例
遗传特性
不同种类生物的呼吸速率不同
阴生植物小于阳生植物
生长发育的不同时期
同一生物的不同生长发育时期呼吸速率不同
婴幼儿大于老年人；幼苗期大于成熟期
不同器官或组织
同一生物的不同器官或组织的呼吸速率不同
心肌细胞大于皮肤细胞；植物生殖器官大于营养器官
三、影响细胞呼吸的外因
1．温度：通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致，如图甲所示。
生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，来降低细胞呼吸，减少有机物的消耗。
2．氧气浓度
(1)对于无氧呼吸：随氧气浓度增加而受抑制，氧气浓度越高，抑制作用越强，氧气浓度达到一定值时，被完全抑制。如图乙所示。
(2)对于有氧呼吸：氧气是有氧呼吸的原料之一，在一定范围内，随着氧气浓度的增加，有氧呼吸速率增强，但当氧气浓度增加到一定值时，有氧呼吸速率不再增加。如图丙所示。
(3)应用
①作物栽培中，采取中耕松土，防止土壤板结等措施，都是尽量使O2浓度位于E点之上，保证根细胞的正常呼吸，有利于肥料的吸收。
②生产中利用低氧(A点的浓度)抑制细胞呼吸、减少对有机物的消耗来延长蔬菜、水果、粮食的保存时间。
3．CO2浓度：增加CO2浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用。
4．水：水既是细胞呼吸的原料，也是产物，细胞呼吸过程必须在有水的环境中才能完成。一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。
应用：粮油种子在贮藏时，必须降低含水量，使种子呈风干状态，降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗；同时防止微生物大量繁殖而使种子变质。
(2019·江苏省徐州市高一)下列关于细胞呼吸原理在生活、生产中应用的叙述，错误的是( )
A．施肥的同时结合松土，有利于根吸收矿质元素离子
B．适当降低温度和氧浓度，有利于果蔬储藏
C．用透气的纱布包扎伤口，可抑制厌氧菌的大量繁殖
D．给含有酵母菌的发酵液连续通气，可以提高产酒量
典例剖析
典例
2
D
解析：植物根吸收矿质离子的方式是主动运输，需消耗能量，施肥同时结合松土，有利于根细胞的有氧呼吸，A项正确；适当降低温度和氧浓度，能降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗，故有利于果蔬储藏，B项正确；用透气的纱布包扎伤口，能给伤口创设一个有氧环境，防止厌氧菌的繁殖，C项正确；酵母菌酿酒过程中前期充入氧气，有利于酵母菌的繁殖，使细胞数目增多，而后期要创设无氧环境，让其进行无氧呼吸产生酒精，D项错误。
2．(不定项)下列叙述符合生物学原理的是( )
A．水稻根部主要进行无氧呼吸，所以能长期适应缺氧环境
B．快速登山时，人体的能量主要来自有机物分解产生二氧化碳的过程
C．蔬菜在低氧、一定湿度、低温的环境中，可延长保鲜时间
D．淀粉经发酵可产生酒精，是通过乳酸菌的无氧呼吸实现的
变式训练
BC
解析：水稻根部主要进行的是有氧呼吸，A错误；蔬菜储藏环境应该是低氧、零上低温和具有一定湿度，C正确；淀粉经发酵可产生酒精，是通过酵母菌发酵实现的，D错误；快速登山也是有氧运动，人体的能量供应主要来自有氧呼吸将有机物分解成二氧化碳和水的过程，B正确。
1．曲线分析
三
呼吸作用的曲线分析及计算
(2)有氧呼吸与无氧呼吸中CO2产生量、葡萄糖的消耗量与ATP合成量的比较：
①在消耗相同葡萄糖的情况下，有氧呼吸与无氧呼吸中CO2产生量的比为3∶1，ATP合成量的比为16∶1。
②在产生相同CO2的情况下：有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为1∶3。
③在合成相同ATP的情况下：有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为1∶16。
④在一个有氧呼吸与无氧呼吸同时进行的过程中，O2的吸收量与CO2的产生量的比为3∶4时，说明此过程中有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等，若此比例小于3∶4，说明此过程中无氧呼吸占优势；若此比例大于3∶4，说明此过程中有氧呼吸占优势。
如图表示某种植物的非绿色器官在不同氧气浓度下的有氧呼吸和无氧呼吸过程中CO2的释放量，据图判断下列分析正确的是( )
典例剖析
典例
3
B
A．图中乙曲线在b时无氧呼吸最强
B．图中甲曲线表示在不同O2浓度下无氧呼吸过程中CO2的释放量
C．O2浓度为d时该器官的细胞既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
D．若甲代表的细胞呼吸方式在O2浓度为b时消耗了A
mol的葡萄糖，则乙代表的细胞呼吸方式在O2浓度为b时消耗的葡萄糖为A/2
mol
解析：图中乙曲线表示有氧呼吸中CO2的释放量随O2浓度的变化；图中甲曲线表示无氧呼吸中CO2的释放量随O2浓度的变化。当O2浓度为b时，无氧呼吸和有氧呼吸释放的CO2量是相同的，有氧呼吸消耗的葡萄糖为无氧呼吸的1/3；当O2浓度为d时，无氧呼吸已经停止，只进行有氧呼吸。
3．密闭容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌，1小时后测得容器中的氧气减少24
mL，二氧化碳增加48
mL，则一小时内酵母菌无氧呼吸所消耗的葡萄糖是有氧呼吸的( )
A．1/3倍
B．1/2倍
C．2倍
D．3倍
变式训练
D
指点迷津·拨云见日
一、细胞呼吸方式的判断
1．判定指标
CO2释放量、O2消耗量以及酒精产生量。
2．判定原理
呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则O2消耗量∶CO2产生量＝1∶1；若只进行产生酒精的无氧呼吸(酒精发酵)，则O2消耗量∶CO2产生量∶酒精产生量＝0∶1∶1，若只进行产生乳酸的无氧呼吸(乳酸发酵)，则无O2的消耗和CO2的产生。
3．判定方法(底物为葡萄糖)
物质变化特点
细胞呼吸方式
①
CO2释放量＝O2吸收量
只进行有氧呼吸
②
不消耗氧气，释放CO2
只进行酒精发酵
③
CO2释放量>O2消耗量
进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自于酒精发酵
④
酒精产生量＝CO2释放量
只进行酒精发酵
⑤
酒精产生量进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自有氧呼吸
⑥
无CO2释放
只进行乳酸发酵
4.方法拓展
(1)如果出现CO2释放量(2)有时还可根据发生的场所进行细胞呼吸方式的判定，如真核细胞均在细胞质基质中进行的是无氧呼吸。
(2020·湖北省十堰市高一)下表表示苹果在储存过程中，有关气体变化的情况。下列分析正确的是( )
A．氧浓度为a时，细胞呼吸会产生乳酸
B．氧浓度为b时，细胞呼吸消耗的葡萄糖最少
C．氧浓度为c时，无氧呼吸产生CO2的速率为0.3
mol/min
D．氧浓度为d时，有氧呼吸消耗的葡萄糖的量是无氧呼吸的2倍
典例
4
B
氧浓度(%)
a
b
c
d
CO2产生速率(mol/min)
1.2
1.0
1.3
1.6
O2的消耗速率(mol/min)
0
0.5
0.7
1.2
解析：氧浓度为a时，O2消耗速率为0，故只进行无氧呼吸，产物是酒精与二氧化碳，A错误；氧浓度为b时，细胞呼吸产生二氧化碳量最少，此时细胞呼吸最弱，消耗的葡萄糖最少，B正确；氧浓度为c时，据表格数据可知，有氧呼吸O2的消耗速率为0.7
mol/min，则有氧呼吸CO2产生速率为0.7
mol/min，无氧呼吸产生CO2的速率为1.3－0.7＝0.6
mol/min，C错误；氧浓度为d时，O2的消耗速率为1.2
mol/min，则有氧呼吸消耗葡萄糖的速率为1.2×1/6＝0.2
mol/min，此时无氧呼吸CO2产生速率为1.6－1.2＝0.4
mol/min，无氧呼吸消耗葡萄糖的速率为0.4×1/2＝0.2
mol/min。故氧浓度为d时，有氧呼吸消耗葡萄糖的量等于无氧呼吸消耗葡萄糖的量，D错误。
二、细胞呼吸方式的实验探究
(1)实验设计
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置。
如图所示(以发芽种子为例)：
(2)实验结果预测和结论
实验现象
结论
装置1液滴
装置2液滴
不动
不动
只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
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
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
特别提醒：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置2相比，不同点是用煮熟的发芽种子代替发芽种子，其余均相同。
如图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)，下列有关实验装置和结果的分析，错误的是
( )
典例
5
A．通过装置1仅仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸
B．用水代替NaOH溶液设置装置2，通过装置2液滴的移动情况可以探究出酵母菌是否进行无氧呼吸
C．用水代替Na0H溶液设置装置2，如果装置1中液滴左移，装置2中液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
D．用水代替NaOH溶液设置装置2，装置2中液滴可能向左移
答案：D
解析：烧杯中的NaOH溶液能吸收细胞呼吸产生的CO2，所以液滴移动的距离代表细胞呼吸消耗O2的量，因此通过装置1仅仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸；用水代替NaOH溶液设置装置2，由于水不吸收气体也不释放气体，所以液滴移动的距离代表细胞呼吸释放的CO2量与消耗O2量的差值，如果液滴移动说明酵母菌进行了无氧呼吸，如果液滴不移动，说明酵母菌不进行无氧呼吸；用水代替NaOH溶液设置2，如果装置1中液滴左移，说明有O2的消耗，可以推断出酵母菌进行了有氧呼吸，装置2中液滴右移，说明细胞呼吸释放的CO2量多于O2的消耗量，推断出酵母菌还进行了无氧呼吸；用水代替NaOH溶液设置装置2，由于葡萄糖作底物不可能出现O2的消耗量大于CO2的释放量的情况，所以装置2中液滴不可能向左移。
特别提醒：有氧呼吸和无氧呼吸强度的判断
NaOH溶液组：NaOH吸收CO2，所以液滴的移动距离代表消耗O2量，即有氧呼吸的强度；蒸馏水组：液滴移动距离是有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2量与有氧呼吸消耗O2量的差值，而有氧呼吸产生与消耗的物质的量相等，故该组液滴移动距离代表无氧呼吸的强度。(以上只适用无氧呼吸产酒精的生物)
?讨讨?P95
1．用透气的创可贴包扎伤口，可防止厌氧型细菌在伤口内繁殖，有利于伤口的愈合；利用粮食和酵母菌等在控制通气的条件下进行发酵，通过酵母菌的无氧呼吸产生酒精；给花盆中板结的土壤松土，有利于根进行有氧呼吸，促进根系生长等。
2．胖人通过适量运动，细胞呼吸速率会加快，细胞内有机物分解会加速，体重会下降。应该将蔬菜和瓜果放入冰箱或地窖等低温的地方储藏，这样能够降低细胞呼吸速率，减少有机物的消耗。
?练习与应用?P96
一、概念检测
1．(1)× (2)√
2．C 氧气浓度为0时，该器官只进行无氧呼吸，A错误；氧气浓度在10%以下时，二氧化碳的释放量大于氧气的吸收量，说明细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，B错误；氧气浓度在10%以上时，细胞呼吸吸收的氧气量等于释放的二氧化碳量，说明该器官的呼吸作用方式是有氧呼吸，C正确；氧气浓度低，细胞进行无氧呼吸，产生的酒精对器官有损害作用，保存该器官，应保存在无氧呼吸和有氧呼吸的最低点，即氧气浓度最好控制在5%左右，D错误。
3．B 甲试管中只有细胞质基质，没有线粒体，酵母菌不能进行有氧呼吸；乙试管中只含有线粒体等细胞器，不能进行呼吸作用；丙试管中含有酵母菌完整的细胞结构，可以进行有氧呼吸，将葡萄糖彻底氧化分解，生成CO2和H2O。
二、拓展应用
1．提示：松土是我国农业生产中一项传统的耕作措施，松土可以增加土壤的透气性，促进土壤中枯枝落叶、动物遗体和粪便等有机物的分解，从而有利于农作物生长。但是，松土容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素。科学研究表明，产生沙尘暴的地表物质以粉尘为主，这些粉尘主要来自农田。由于松土促进了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的排放，从而使温室效应和全球气候变暖问题变得更加严重。此外，松土还增加了农业生产的成本，可减少松土次数以降低不良影响。
2．提示：有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段完全相同。原始的大气中没有氧气，最初的单细胞生物只能进行无氧呼吸，后来出现了能够进行有氧呼吸的单细胞生物。骨骼肌细胞仍保留无氧呼吸能力，这能够说明这是漫长的生物进化留下的印记。(共45张PPT)
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
课标要求
核心素养
1.理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的原理和方法，掌握基本操作技能。
2.掌握绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。
1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。
2.科学探究——实验思路及设计：科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。
新知预习·双基夯实
一、绿叶中色素的提取和分离
二、色素的含量和种类
三、叶绿体的结构和功能
1．叶绿体的结构
2．叶绿体的功能：进行____________的场所。
光合作用
1．在绿叶中色素的提取实验中加入二氧化硅可以防止破坏叶绿素( )
2．过滤研磨液时漏斗基部放一块剪好的滤纸进行过滤，将滤液收集到试管中( )
3．叶绿素主要吸收蓝紫光和红光( )
4．没有叶绿体的生物无法进行光合作用( )
5．叶绿体中进行光合作用所需的酶分布于内膜、基质和类囊体。( )
×
×
√
×
×
思考：
1．色素的提取非常成功，但层析后滤纸条上色素带非常模糊，其原因可能有哪些？
提示：①画滤液细线次数太少。②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素溶解到层析液中。
2．实验过程中，甲同学忘记加入二氧化硅，乙同学没有加入无水乙醇，而是加了水，请分析他们可能出现的实验结果。
提示：甲同学的结果是滤液中的色素浓度很低，滤纸条上色素带颜色很浅；乙同学的结果是滤纸条上没有出现色素带。
3．夏季的树叶多为绿的海洋，到了深秋时节更有“看万山红遍，层林尽染”的美景，试从生物学角度分析其原因。
提示：春夏时节叶绿素所占比例大，故叶子为绿色，而到了深秋叶绿素大量分解，类胡萝卜素含量相对增加，故叶子为黄色或橙黄色。
4．植物能进行光合作用制造有机物，有位同学就想：“如果人能像绿色植物一样，岂不是不用吃饭了吗？”如果该同学的想法能实现，你认为人体细胞应具备什么样的结构？
提示：细胞质中有叶绿体。
5．在大棚种植时一般选用哪种颜色的薄膜？为什么？
提示：一般选用无色透明的薄膜，因为能够透过各种单色光。
学霸记忆·素养积累
1．无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。
2．用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。
3．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。
4．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
5．层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
6．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。
7．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
课内探究·名师点睛
1．绿叶中色素的功能和合成
(1)功能：色素可以吸收、传递和转化光能。
(2)影响叶绿素合成的因素
叶绿素的合成易受光照、温度和矿质元素等因素影响。
①光照：光是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而黑暗条件下叶片发黄。
一
捕获光能的色素
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，叶片发黄。
③矿质元素：叶绿素中含N、Mg等元素，若缺少这些元素，将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。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，幼叶先变黄。
2．实验结果——有关色素带的分析
(1)从色素带的位置可知，各种色素在层析液中溶解度的高低依次为：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(记忆口诀：胡、黄、a、b)
(2)从色素带的宽度可知，各种色素的含量一般情况下为：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
3．注意事项及原因分析
过程
注意事项
原因分析
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
减少乙醇挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管口加棉塞
减少乙醇挥发和色素氧化
分离色素
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要直、细、匀
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再重画一到两次
使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
某班学生完成对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，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析最不合理的是( )
典例剖析
典例
1
A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
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
答案：C
解析：甲图中没有色素的原因可能是误用蒸馏水作提取液和层析液；乙图中色素的量较少，可能是因为研磨时未加入SiO2而导致研磨不充分；丙、丁图中叶绿素含量比类胡萝卜素含量低，原因可能是未加入CaCO3而导致色素被破坏。
规律总结：绿叶中色素提取分离异常现象分析
(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，提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠的原因分析：
①滤液细线不直，重复画线时细线不重叠。
②滤液细线过粗。
(3)滤纸条看不见色素带的原因分析：
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.(2019·河南省洛阳市高一)如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是( )
变式训练
B
A．将滤纸条剪去两角的目的是方便层析液的吸附
B．①对应的色素在层析液中的溶解度最大
C．如果③④带宽减小一定是忘记添加碳酸钙
D．画滤液细线前先用铅笔画细线能够促进色素的层析
解析：制备滤纸条时要将滤纸条的一端剪去两角，目的是使色素在滤纸条上扩散均匀，A错误；①对应的色素在层析液中的溶解度最大，所以在滤纸条上扩散的速度最快，处于滤纸条的最上端，B正确；如果③④(叶绿素)带宽减小可能是忘记添加碳酸钙，也可能是材料不新鲜，叶绿素含量减少，C错误；画滤液细线前先用铅笔画细线，能够使得滤液细线画得细而直，D错误。
1．叶绿体中色素的吸收光谱
二
叶绿体的结构适于进行光合作用
2.叶绿体的结构及功能
(1)结构：
①双层膜：分为内膜和外膜，其主要功能是控制物质进出叶绿体。
②基粒：由囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。
③基质：在基粒与基粒之间充满基质，基质中含有与光合作用有关的酶。
(2)功能：
叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
(3)实验设计巧妙之处：
①实验材料选择水绵和好氧细菌：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气的部位。
②没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。
③用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。
④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。
知识贴士
(1)光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中，但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。
(2)叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积，而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积。
下列关于叶绿体中色素的叙述，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
解析：Mg是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，用于光合作用的光反应过程；叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同；叶绿素不能有效地吸收绿光，绿光被反射出来，使植物呈现绿色。
典例剖析
典例
2
D
2．为了探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生，某学者设计了以下实验：制作载有水绵和好氧细菌的临时装片，用极细光束照射水绵，同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析，错误的是( )
A．在光束照射到水绵之前，应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱
B．临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中
C．好氧细菌起指示作用
D．水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验
变式训练
A
解析：本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气，而与光的种类没有关系，不需要三棱镜将混合光分解成连续光谱；为了防止空气对实验结果的影响，应该排除空气；好氧细菌的分布密疏，表示了氧气产生的多少；水绵的叶绿体便于观察且有利于设置对照实验。
指点迷津·拨云见日
1．不同颜色温室大棚的光合效率
无色透明大棚中各色光均能透过，有色大棚主要透射同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明薄膜的大棚光合效率更高，而叶绿素对绿光吸收最少，绿色的塑料薄膜的大棚光合效率最低。
2．光质与光合效率
(1)不同波长的光对光合效率的影响不同。光合效率大小为白光、红光、蓝紫光、橙黄光、绿光。叶绿体中的色素吸收最多的是蓝紫光和红光，在日光照射的基础上，用红色、蓝色灯光可以提高光合效率。
(2)不同颜色的藻类吸收不同波长的光。水层对光波中的红、橙部分的吸收明显多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水较深的地方。这是藻类对光照条件适应的一种表现。
大棚种植西兰花能够让我们在寒冷的冬季也能享受其美味。为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚的塑料薄膜颜色选择最好的组合为( )
A．蓝紫光或红光、无色透明
B．蓝紫光或红光、黄色透明
C．白光、黄色透明
D．白光、无色透明
解析：由于照明灯的功率是一定的，所以在相同的功率下，用蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率更高；由于太阳光是一定的，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得光能更多。
典例
3
A
?问题探讨?P97
1．提示：采用人工光源在室内直接给作物补光是促进植物生长的有效途径，可以促进植物生长，提高植物产量。
2．提示：二氧化碳是光合作用的原料，原料越多合成的有机物就越多，但二氧化碳浓度过高，光合作用会被抑制，故应控制浓度。植物生长需要多种无机盐，它们对植物的生长起着重要的作用，不同植物和同一植物的不同生长时期所需要的无机盐的种类和比例是不同的，因此应控制营养液成分。温度主要通过影响酶的活性影响光合速率。白天适当增强光照和提高室温，可提高光合作用效率增加有机物的积累，夜晚适当降低室温可减少植物呼吸作用对有机物的消耗，有利于有机物的积累。
?探究·实践?P98
1．提示：滤纸条上有4条不同颜色的色素带，从上往下依次为：胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。
2．这说明了绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上扩散得快慢也不同。
?思考·讨论?P100
1．提示：氧气是叶绿体释放的。
2．提示：实验材料选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察，用需氧细菌可确定氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上的有光照部位和无光照部位，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了实验结果等。
3．提示：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用并释放出大量的氧气，使需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
4．提示：叶绿体是进行光合作用的场所。
?练习与应用?P101
一、概念检测
1．(1)× 提示：叶绿体中的胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a及叶绿素b都能吸收光能用于光合作用。
(2)√
(3)× 提示：植物之所以呈现绿色，是因为植物几乎不吸收绿光，将绿光反射出去了。
2．A 并不是所有的植物细胞中都含有4种色素，如洋葱根尖细胞中不含叶绿素，A错误；有的植物的液泡也含有一定的色素，主要是花青素，B正确；植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类，二者都可以吸收光能，C、D正确。
二、拓展应用
1．提示：有关。不同颜色的藻类植物吸收不同波长的光。藻类植物本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分的吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
2．提示：植物工厂生产蔬菜是一种高投入、高技术、精装备的生产体系。可以更好地满足蔬菜生长的环境条件，提高生产效率。该生产技术的大面积推广具有一定难度，但代表了未来生产技术的一个重要方向。(共46张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理
新知预习·双基夯实
一、光合作用的概念和探究历程
1．概念：
光合作用是指绿色植物通过__________，利用______能，把____________和______转化成储存着能量的__________，并且释放出________的过程。
2．探究历程：
(1)19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，______________的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成________，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过____________转化成糖。
叶绿体
光
二氧化碳
水
有机物
氧气
CO2分子
甲醛
光合作用
(2)1937年，英国植物学家希尔发现，在离体__________的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出________。像这样，________________________________________
________的化学反应称作希尔反应。
叶绿体
氧气
离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产
生氧气
同位素示踪
H2O和C18O2
O2
18O2
(4)1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成__________。1957年，他发现这一过程总是与____________相伴随。
(5)20世纪40年代，美国的卡尔文利用______________法最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
3．反应式：______________________________________。
ATP
水的光解
同位素标记
二、光合作用的原理
1．填写图中字母所代表的物质：
a：________ b：________ c：__________ d：__________
O2
C3
CO2
[H]
2．光反应(Ⅰ过程)：
场所
__________________________
外界条件
________
物质变化
①H2O→________________
②ADP＋Pi＋能量→__________
能量变化
光能→__________中活跃的化学能
叶绿体的类囊体的薄膜上
光照
[H]＋O2
ATP
ATP
3．暗反应(Ⅱ过程)：
场所
______________
外界条件
CO2
物质变化
①CO2→________→(CH2O)
②__________→ADP＋Pi＋能量
能量变化
ATP中活跃的化学能→__________中稳定的化学能
叶绿体基质
C3
ATP
有机物
(1)光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O。( )
(2)绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，产物是有机物和O2。( )
(3)绿色植物进行光合作用的能量来源于光能。( )
(4)光反应和暗反应必须都在光照条件下才能进行。( )
×
√
√
×
(5)光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。( )
(6)光反应产生的ATP可用于核糖体合成蛋白质。( )
(7)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。( )
(8)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应。( )
√
×
√
√
思考：
1．鲁宾、卡门实验方法是什么？
提示：同位素标记法。
2．若突然停止光照，光反应和暗反应如何变化？
提示：光反应立即停止，暗反应仍能进行一段时间，最后也停止。
3．光合作用产生的[H]与呼吸作用产生的[H]是否相同？
提示：不同。光合作用产生的[H]为NADPH，而呼吸作用产生的[H]为NADH。
学霸记忆·素养积累
课内探究·名师点睛
1．希尔实验
(1)实验过程：离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。
(2)实验结论：在适当条件下叶绿体产生氧气。
一
光合作用的探究历程
3．卡尔文循环
(1)探究方法——同位素标记法：
用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
(2)结论：
碳的转化途径：14CO2＋C5→14C3→(14CH2O)。
名师点拨：萨克斯和鲁宾、卡门实验对照方式不同
科学是在实验和争论中前进的，光合作用的探究历程就是如此。在下面几个关于光合作用的实验中，相关叙述正确的是( )
A．恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量
B．阿尔农的实验证明了在光照下叶绿体可合成ATP
C．希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他还原剂在光照下可以释放出氧气
D．鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自CO2而不是H2O
典例剖析
典例
1
B
解析：恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用生成氧气，没有定量分析生成氧气的量，A错误；阿尔农通过实验说明了在光照下叶绿体可合成ATP，B正确；希尔加入的是氧化剂，C错误；鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2，D错误。
1．下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是( )
变式训练
A．Y2的质量大于Y3的质量
B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C．②中水的质量大于④中水的质量
D．试管①的质量大于试管②的质量
答案：C
解析：②与④中H2O均被18O标记，单位时间内消耗等量的水，剩余水的质量也相等。
1．光合作用的过程图解
(1)光反应过程
二
光合作用的过程
(2)暗反应过程
2．光反应和暗反应的比较
(1)区别
项目
光反应
暗反应
实质
光能转化为化学能，并释放出O2
同化CO2，合成有机物
反应时间
短促
较缓慢
需要条件
外界条件：光照；内部条件：色素、酶
不需要光照；内部条件：酶
反应场所
叶绿体类囊体的薄膜
叶绿体基质
(2)联系：光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图所示：
知识贴士：有关光合作用过程的四点提醒
(1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。
(2)光反应阶段为暗反应提供ATP、[H]，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。而暗反应则为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
(3)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供的[H]和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。
(4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。
(2019·吉林友好学校高一)下列关于光合作用的叙述，错误的是( )
A．光反应阶段不需要酶的参与
B．暗反应阶段既有C5的生成又有C5的消耗
C．光合作用过程中既有[H]的产生又有[H]的消耗
D．光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能
典例剖析
典例
2
A
解析：光反应阶段光的吸收不需要酶的参与，ATP的生成需要酶的参与，A符合题意；暗反应阶段既有C3的还原生成C5，又有CO2与C5的结合(CO2固定)消耗C5，B不符合题意；光合作用过程中光反应阶段产生[H]，暗反应阶段又有C3的还原消耗[H]，C不符合题意；光合作用过程将光能转换成暗反应能利用的化学能，储存在有机物中，D不符合题意。故选A。
2．如图为高等绿色植物光合作用图解。相关说法不正确的是( )
A．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段
B．光合作用可分为两个阶段，光反应和暗反应阶段
C．三碳化合物在[H]、ATP和酶的作用下，被还原形成(CH2O)
D．③为C3，在叶绿体类囊体薄膜上转化为C5和(CH2O)
变式训练
D
解析：②是水光解的产物之一氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段，A项正确；光合作用可分为光反应和暗反应阶段，B项正确；三碳化合物在光反应产生的[H]、ATP和叶绿体基质中酶的作用下，被还原形成(CH2O)，C项正确；C3在叶绿体基质中转化为C5和(CH2O)，D项错误。
指点迷津·拨云见日
光照和CO2浓度骤变时，C3、C5、[H]和ATP物质含量变化分析
1．分析思路
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下图分析：
2．分析结果
玉兰叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，如果将它移至暗室中，短时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化分别是( )
A．增多 减少
B．减少 增多
C．增多 增多
D．减少 减少
解析：叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，C3和C5处于动态平衡状态；移至暗室后，短时间内由于光反应速度下降，ATP和[H]的合成减少，C3还原成C5的过程受到影响，而C5仍能正常和CO2反应生成C3，故C3增多，C5减少。
典例
3
A
在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内C5含量突然上升，则改变的条件可能是( )
A．停止光照
B．停止光照并降低CO2浓度
C．升高CO2浓度
D．降低CO2浓度
解析：CO2是暗反应进行的条件之一，如果CO2减少，自然就不能顺利地形成C3，已有的C3仍会通过C3还原途径而生成C5。这样C3减少，C5形成后却不能进一步转变，于是就积累起来。
典例
4
D
?思考·讨论?P102
1．提示：否。
2．提示：是。
3．提示：光合作用释放的氧气中的氧元素来自参加反应的水而不是来自CO2。
4．提示：
?思考·讨论?P104
1．提示：光反应阶段与暗反应阶段的区别如表所示：
2.提示：(1)物质联系：光反应阶段产生的NADPH，在暗反应阶段用于还原三碳化合物；(2)能量联系：光反应阶段生成的ATP在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，为三碳化合物形成糖类提供能量，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。(共73张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
第3课时 光合作用原理的应用
新知预习·双基夯实
一、光合作用原理的应用
1．光合作用强度的概念：植物在单位时间内通过光合作用制造______________。
2．光合作用强度的影响因素和衡量指标：
(1)影响因素：
(2)衡量指标：
①________消耗的数量。
②________生成的数量。
糖类的数量
原料
产物
打孔器
注射器
小圆形叶片内的气体
黑暗
水
↓
分组：取3只小烧杯，分别倒入20
mL富含____________的清水、放
入10片小圆形叶片
↓
光照：分别对这3个实验装置进行______________三种光照
↓
观察并记录：同一时间段内各实验装置中______________________
二氧化碳
强、中、弱
小圆形叶片浮起的数量
二、化能合成作用
1．概念：利用体外环境中的某些__________氧化时所释放的能量来制造__________的合成作用。
2．实例：
无机物
有机物
氨氧化成硝酸时
水和二氧化碳
糖类
3．自养生物和异养生物：
类型
概念
代表生物
自养生物
能将__________合成为__________的生物
光能自养生物：____________化能自养生物：____________
异养生物
只能利用环境中________________来维持自身生命活动的生物
人、动物、真菌、大多数细菌
无机物
有机物
绿色植物
硝化细菌
现成的有机物
1．光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。( )
2．探究实验中，小圆形叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。( )
3．绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合作用制造有机物。( )
4．化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是CO2和H2O。( )
5．原核生物都是异养生物。( )
6．自养生物合成有机物时只能利用光能。( )
√
×
×
√
×
×
思考：
1．在实验中，叶片下降的原因是什么？叶片上浮的原因是什么？影响叶片上浮的外界因素主要是什么？
提示：抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降。光合作用产生的O2导致叶片上浮。影响叶片上浮的主要外界因素是光照强度，即光照强度影响光合作用强度，进而影响叶片上浮。
2．本实验每组小圆形叶片由10片改为3片可以吗？
提示：不可以。叶片太少，不能排除偶然性。
3．北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用将如何变化，原因是什么？
提示：光合作用将减弱。光照强度过强，温度升高，导致气孔关闭，细胞CO2供应不足，光合作用减弱。
4．大棚种植使用有机肥或放干冰有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。
提示：有机肥在被微生物分解的时候会释放CO2，放干冰也会释放CO2，增加了大棚中的CO2浓度，促进光合作用。
5．光饱和点后，限制光合速率的内部因素主要有哪些？
提示：色素含量、酶的数量、C5的含量等。
6．下面是有关农业种植的谚语“黑夜下雨白天晴，打的粮食没处盛”。请从光合作用的角度分析这句谚语的含义。
提示：夜晚降雨不仅提供水分，还降低温度，减弱细胞呼吸消耗，白天晴天，提供良好光照，光合作用强，经过一昼夜，有机物的积累量高。
学霸记忆·素养积累
1．在一定范围内，随着光照强度或CO2浓度的增大，光合速率逐渐增大，但超过一定范围后，光合速率不再增大。
2．提高光合作用强度的两种措施是：①控制光照强弱和温度的高低；②适当增加环境中的CO2浓度。
3．能够以二氧化碳和水为原料合成糖类的生物，属于自养生物；只能利用环境中现成有机物来维持自身生命活动的生物，属于异养生物。
4．化能合成作用是指生物利用某些无机物氧化时释放的化学能合成有机物的作用。
5．硝化细菌是进行化能合成作用的典型生物。
课内探究·名师点睛
1．光合作用强度
(1)概念：简单地说，光合作用强度(又称光合速率)是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，是描述光合作用强弱的指标。
一
探究环境因素对光合作用强度的影响
②沉水：用注射器抽出叶片内气体，放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。黑暗条件的设计是为了防止光合作用的进行。
(3)实验装置分析
①自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与试管之间的距离来调节光照强度的大小。
②中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温产生影响。
③因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强度。
3．实验结果分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如下：
(2)在弱光下，此时的光合速率小于或等于呼吸速率，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图：
(3)在中、强光下，光合速率大于呼吸速率，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图：
知识贴士
本实验中易产生的两个认识误区
(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值，而是光合作用的净产值，即光合作用强度减去呼吸作用强度。
(2)叶片浮起之前并不是不进行光合作用，而是光合速率小于呼吸速率或者是释放的氧气量较少。
某实验小组为探究光照强度对植物光合速率的影响，组装如下图所示实验装置，下列说法正确的是( )
典例剖析
典例
1
A．碳酸氢钠溶液浓度、温度都为无关变量
B．光照强度由0不断增大的过程中，毛细管中水滴不断右移直至不动
C．当毛细管中水滴不动时，叶肉细胞中叶绿体所需CO2全部来自同一细胞的线粒体
D．碳酸氢钠水解产生的CO2需穿过3层磷脂分子才能进入叶肉细胞参与光合作用
答案：A
解析：本实验的自变量是不同光照强度，碳酸氢钠溶液浓度、温度都为无关变量，A正确；光照强度由0不断增大的过程中，毛细管中水滴先左移后右移直至不动，B错误；当毛细管中水滴不动时，叶肉细胞中叶绿体所需CO2还可以来自其他细胞的线粒体和外界环境，C错误；CO2需穿过3层膜6层磷脂分子层才能进入叶肉细胞参与光合作用，D错误。
1．某同学为探究光照强度对光合作用强度的影响，设计实验如下：
①摘取外形正常、生长旺盛的绿叶若干，在绿叶上避开大型叶脉用打孔器打出直径为1
cm的小圆形叶片40片。
②用适当方法使小圆形叶片内部的气体全部逸出，放入黑暗处盛有蒸馏水的烧杯中待用，此时叶片全部沉在水底。
(1)实验中小圆形叶片下沉的原因是________________________。
(2)欲研究光照强度对光合作用强度的影响，但实验室只有一种40
W灯泡，可以通过______________________________达到目的。
变式训练
叶片细胞间隙充满了水
调节光源与实验装置间的距离
(3)在此实验基础上给予________________________的条件，观察实验现象。
(4)本实验的检测指标为_______________________________________
___________________________。
(5)若小圆形叶片取自大叶脉处，则所测得的光合作用强度会较当前值偏______。
适宜温度和CO2浓度
相同时间内，小圆形叶片浮起的数量或全
部小圆形叶片上浮所需时间
低
解析：(1)细胞内存在的气体排出，细胞间隙中充满水，因此细胞会沉入水底。
(2)改变光源的距离，可调节光照强度的大小。
(3)探究光照强度对光合作用的影响，光照强度为自变量，其他条件为无关变量，应保持一致且适宜。
(4)相同时间内，叶片浮起来的数量或全部叶片浮起时间可以用来判断光合速率的大小，从而观察光照强度的影响。
(5)叶脉处叶绿体少，光合作用弱。
1．光照强度：
(1)原理：光照强度主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生，进而影响暗反应阶段。
(2)曲线(如图)
二
影响光合作用的环境因素及在生产中的应用
(3)应用：
①欲使植物正常生长，则应使光照强度大于B点对应的光照强度。
②适当提高光照强度：如阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾等。
③合理密植和间作套种：阴生植物的光补偿点和光饱和点低，因此间作套种农作物可以充分利用光照。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，制约C3的生成进而影响光合作用强度。
(2)曲线(如图)
关键点
A
CO2的补偿点：光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度
A′
进行光合作用所需的最低CO2浓度
B和B′
CO2饱和点
走势分析
图1和图2
一定范围内，光合作用强度随CO2浓度的增大而增大，但当CO2达到一定的浓度时，光合作用强度不再增强
(3)应用：
①大气中的CO2浓度处于OA′段时，植物无法进行光合作用。
②在农业生产中可通过“正其行，通其风”和增施农家肥等措施增加CO2浓度，提高光合作用速率。
3．温度
(1)原理：通过影响酶活性进而影响光合作用。
(2)曲线：
①AB段：随着温度升高，光合作用强度增强。
②B点：光合作用最适温度。
③BC段：随着温度升高，光合作用强度减弱。
④温度过高时，酶失活，光合作用完全停止。
(3)应用：
①适时播种。
②温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。
4．水及矿质元素对光合作用的影响
(1)原理：①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，水还会影响气孔的开闭，从而影响CO2进入植物体。
(2)曲线：
(3)应用：
①合理施肥；②预防干旱，合理灌溉。
5．多因子变量对光合速率的影响
(1)曲线分析：
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，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。
知识贴士
关于环境因素影响光合速率的两点提醒
(1)温度改变对光合作用的影响：当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
(2)CO2浓度对光合作用的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用。
在下图曲线图中，有M、N、O、P、Q五个点，对它们含义的叙述中正确的是( )
典例剖析
典例
2
①M点时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼吸作用强度 ②N点时，植物体只进行呼吸作用；O点时，植物体的光合作用强度等于呼吸作用强度 ③Q点时，光照强度不再是限制光合速率的因子，CO2浓度是限制光合速率的主要因素 ④P点前，限制光合速率的主要因素是光照强度
A．①②
B．①③
C．③④
D．②④
答案：C
解析：M点，只进行呼吸作用；N点，光合作用强度等于呼吸作用强度；O点，植物既进行光合作用也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼吸作用强度；Q点，CO2浓度是光合作用的限制因素，光照强度不是；P点前，限制光合作用的因素是光照强度。
2．(2019·湖北省十堰市高一)下列有关植物光合作用的应用的叙述错误的是( )
A．雨天的大棚中适当增加人工光照有助于提高光合作用强度
B．冬季晴天的中午在大棚中适当增加CO2的供应有助于提高光合作用强度
C．夏季雨天的农田，升高温度有助于提高光合作用强度
D．立秋后的农田，适当施用农家肥有助于提高光合作用强度
变式训练
C
解析：阴雨天，光照强度减弱，限制了光合作用强度，大棚中适当增加人工光照有助于提高光合作用强度，A正确；冬季晴天的中午大棚中由于密闭不通风，导致CO2浓度较低，影响了植物的光合作用，此时适当增加CO2的供应有助于提高光合作用强度，B正确；夏季雨天由于光照强度较弱，此时限制光合作用的主要因素是光照强度，因此升高温度也不能提高光合作用强度，反而温度高了呼吸作用增强，会增加有机物的消耗，C错误；立秋后的农田，适当使用农家肥，经过微生物的分解作用可以为农作物提供CO2，有助于提高光合作用强度，D正确。
1．光合作用与有氧呼吸的区别
三
光合作用与有氧呼吸的区别和联系
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物→有机物
有机物→无机物
能量变化
光能→化学能(储能)
化学能→ATP中活跃的化学能、热能(放能)
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光条件下都能进行
2.[H]和ATP的来源、去路的比较
比较项目
主要来源
主要去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物
有氧呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生水，同时释放大量能量
ATP
光合作用
在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转化的太阳能
供应暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中
有氧呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解
作为供能物质直接用于各项生命活动
3.光合作用与细胞呼吸的联系
4．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．光合作用产生O2量＝O2释放量＋细胞呼吸消耗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。
5．以净光合速率的大小来判断植物能否正常生长(自然状态下，以一天24
h为单位)
(1)净光合速率大于0时，植物因积累有机物而正常生长。
(2)净光合速率等于0时，植物因没有有机物积累而不能生长。
(3)净光合速率小于0时，植物因有机物减少而不能生长，且长时间处于此种状态下植物将死亡。
警示：植物进行光合作用的同时，一定进行细胞呼吸，但在进行细胞呼吸时不一定进行光合作用，因为光合作用只有在有光条件下才能进行，而细胞呼吸只要是活细胞就会进行。
光合作用强度可以用多种指标表示，以下不适合的是( )
A．植物体鲜重增加量
B．植物体干重增加量
C．O2释放量
D．CO2吸收量
解析：在植物的鲜重中，水分占有的比例最大，而光合作用强度是以合成有机物的多少作为衡量标准的，因此不宜用植物鲜重作为指标。其他各项都能反映出有机物的变化情况，可以作为衡量指标。
典例剖析
典例
3
A
3．如图表示某植物在不同光照强度下，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的相对变化。对植物生理过程分析正确的是( )
变式训练
A．光照强度为a时，光合作用强度不为零
B．光照强度为b时，光合作用与呼吸作用强度相等
C．光照强度为c时，光合作用强度是呼吸作用强度的两倍
D．光照强度为d时，光合作用从环境中吸收2个单位的CO2
答案：D
解析：光照强度为a时，没有氧气产生(不是释放)，光合作用强度为0；光照强度为b时，CO2释放量等于O2产生总量，即呼吸作用CO2产生总量大于光合作用氧气产生总量，光合作用小于呼吸作用强度；光照强度为c时，没有CO2释放，且O2产生总量与a点时的CO2的释放量相等，所以光合作用强度等于呼吸作用强度，不是两倍关系；光照强度为d时，O2产生量8个单位，超过了细胞呼吸的6个单位，光合作用除了消耗呼吸产生的CO2，还要从环境中吸收2个单位的CO2。
指点迷津·拨云见日
一、光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动
CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。
(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移；CO2(或光)饱和点C应左移，反之右移；D点应左下移，反之右上移。
(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移；CO2(或光)饱和点C应左移，反之右移。D点应左下移，反之右上移。
(3)与阳生植物相比，阴生植物CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
如图甲表示A、B两种植物光合速率随光照强度改变的变化曲线，图乙表示将A植物放在适宜温度、不同浓度CO2环境条件下，A植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。请分析回答：
典例
4
(1)在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是______。
(2)图甲中的“a”点表示__________________。如果以缺镁的完全营养液培养A植物幼苗，则b点的移动方向是________。
(3)如丙图所示中与甲图c点相符合的是______(填序号)。
(4)e点与d点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量______；f点之后，限制A植物光合速率的主要因素为______________。
(5)当光照强度为g时，比较植物A、B的有机物积累速率Ma、Mb的大小和有机物合成速率Na、Nb的大小，结果应分别为Ma______Mb、Na
______Nb。
A
植物的呼吸速率
右移
D
低
CO2浓度
＝
>
解析：(1)据图甲可知，A植物的光补偿点b较高，为阳生植物，在较长时间连续阴雨的环境中，生长会受到显著影响。(2)图甲中“a”点时没有光照，此时二氧化碳的释放速率表示呼吸速率。以缺镁的完全营养液培养A植物幼苗，由于镁参与叶绿素的合成，A植物叶绿素合成减少，需要较强的光照才能达到光补偿点，b点应向右移动。(3)甲图c点时光合作用大于呼吸作用，叶绿体光合作用利用的二氧化碳来自外界和线粒体的释放，如丙图D所示。
(4)e点与d点相比较，e点时光照强度较大，光反应产生的ATP和[H]较多，叶肉细胞中C3还原过程加快，含量降低；图乙是适宜温度下光合速率曲线，f点之后，提高二氧化碳浓度，可提高光合速率，即限制A植物光合速率的主要因素为CO2浓度。(5)图甲中曲线代表净光合速率，当光照强度为g时，A、B植物净光合速率相等，有机物积累速率Ma＝Mb，有机物合成速率代表实际光合速率，由于A植物的呼吸速率较大，故Na>Nb。
二、光合速率的测定
(1)装置中溶液的作用
在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，能保证容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定原理
①甲装置：在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
②乙装置：在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(4)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。
下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度在恒定水平。下列几种实验结果(给予相同的环境条件)，可能出现的是
( )
典例
5
A．甲、乙装置水滴都左移
B．甲、乙装置水滴都右移
C．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移
D．甲装置水滴右移，乙装置水滴左移
答案：ACD
解析：根据题意可知，装置中的NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2浓度在恒定水平，故甲装置内的气压变化是由O2含量变化引起的，较强光照条件下(光合强度大于呼吸强度)甲装置内水滴右移，黑暗或较弱光照条件下(光合强度小于呼吸强度)甲装置内水滴左移，适宜光照条件下(光合强度等于呼吸强度)甲装置内水滴不动；乙装置内青蛙只进行细胞呼吸不进行光合作用，故乙装置内水滴只会左移。
?练习与应用?P106
一、概念检测
1．(1)√ 提示：在光反应阶段，叶绿体利用所吸收的光能，将水分解为[H]和氧，其中氧以分子形式释放出去。
(2)× 提示：光反应必须在有光的条件下进行，暗反应有光、无光均可。
(3)× 提示：影响光反应的因素也会影响暗反应。
2．D 提示：CO2参与暗反应，与C5结合形成C3，在ATP、NADPH和有关酶的作用下形成糖类。
3．O2 NADPH ATP ADP＋Pi NADP＋ C3 C5
二、拓展应用
1．(1)光照强度不断增强
(2)此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2吸收量减少
(3)光照强度不断减弱
(4)提示：温度、光照强度
(5)提示：适当提高温度和光照强度
2．提示：大约可以生存10天左右。因为潮湿的土壤有水分、无机盐，有光照的条件下可以进行光合作用，产生的CO2可以循环利用。
