能量之源—光与光合作用学案

第3讲 能量之源—光与光合作用
【基础自主梳理】
一、捕获光能的色素：
1.绿叶中色素的提取和分离
(1)①可以利用有机溶剂(无水乙醇)提取绿叶中的色素，在研磨时还应加入少许SiO2和CaCO3，其中前者有助于研磨充分，后者可防止研磨中色素被破坏。
（2）分离的原理是利用色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的在滤纸上扩散的快，反之则慢。
（3）层析中，在滤纸条上会呈现四条色素带，它们的颜色自上而下依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，色素带最宽的颜色呈蓝绿色，最窄的颜色呈橙黄色。
2.色素的种类和吸收光谱
色素种类 颜色 吸收光谱 滤纸条上位置
叶绿素 叶绿素a 蓝绿色 主要吸收蓝紫光和红光 中下层
(约占3／4) 叶绿素b 黄绿色 最下层
类胡萝卜素 胡萝卜素 橙黄色 主要吸收蓝紫光 最上层
(约占1／4) 叶黄素 黄色 中上层
[思考感悟]正常杨树的叶为什么呈绿色 秋季为什么变黄了
提示：叶绿体中叶绿素的含量多，且对绿光吸收量最小，绿光被反射出来，所以呈绿色。秋季，叶片中的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜紊较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。
二、叶绿体的结构和功能：
(1)结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外表具双层膜，内部有基粒和基质，基粒是由类囊体堆叠而成。吸收光能的色素分布于类囊体的薄膜，与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中。
(2)功能：是进行光合作用的场所。
三、光合作用的探究历程：
(1)直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料
(2)1771年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气
(3)1779年，荷兰的英格豪斯证明了光和绿叶在更新空气中不可缺少
(4)1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有淀粉
(5)1939年，美国的鲁宾和卡门利用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水
(6)20世纪40年代，美国的卡尔文，利用同位素示踪技术最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
四、光合作用的过程及应用：
(1)光反应：
①场所：叶绿体的类囊体的薄膜上。
②条件：光、色素、酶等。
③物质变化：将水分解为O2和[H]，将ADP和Pi合成ATP。
④能量变化：光能转变为活跃的化学能。
(2)暗反应：
①场所：叶绿体的基质中。
②条件：酶、[H]、ATP。
③物质变化：
a．CO2的固定：C5+CO2_2C3
b．C3的还原：C3+[H] _(CH20)_。
④能量变化：ATP中活跃的化学能转变为稳定的化学能。
(3)应用：
①光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
②影响光合作用强度的因素包括空气中CO2的浓度、土壤中水分的多少、光照的长短和光的强弱以及温度的高低等。
[思考感悟] 为什么瓜果大棚用无色顶棚，而蔬菜类用蓝色的
提示：无色顶棚透光好，光照强，光合作用强度大，糖分积累多。而蓝紫光有利于蛋白质和脂肪的积累，所以使用浅蓝色棚顶有利于改善蔬菜品质，提高蔬菜质量。
六、化能合成作用：
(1)概念：某些细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
(2)实例：硝化细菌能利用氨氧化时所释放的化学能，将CO2和H2O合成糖类。
(3)绿色植物和硝化细菌都能合成有机物，因此属于自养生物，而人、动物、真菌及大多数细菌只能利用环境中现成的有机物，属于异养生物。
[思考感悟] 绿色植物和硝化细菌在代谢方面有什么异同点
提示：相同点：都能将无机物合成有机物，即都是自养生物。不同点：在合成有机物时利用的能量不同，绿色植物利用光能，硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能。
【要点归纳探究】
要点一、对“绿叶中色素的提取和分离”实验解读
1.实验原理：
①利用色素溶于有机溶剂而不溶于水的性质，可以用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。
②利用各种色素在层析液中溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同的原理可以使各种色素相互分离，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
2.实验过程：
观察结果：滤纸条上色素带有四条，分别是(由上到下)橙黄色的胡萝卜素，黄色的叶黄素，蓝绿色的叶绿素a，黄绿色的叶绿素b。如图：
3.实验中几种化学试剂的作用：
①无水乙醇用于提取绿叶中的色素；
②层析液用于分离绿叶中的色素；
③SiO2可增加杵棒与研钵间的摩擦力，破坏细胞结构，使研磨充分；．
④碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
4.注意的问题：
①剪取干燥的定性滤纸，双手尽量不要接触纸面，手要干净、干燥(可以套上塑料袋)，以免污染滤纸。
②加入的SiO2和CaCO3一定要少，否则滤液混浊，杂质多，颜色浅，实验效果差。
③根据试管的长度制备滤纸条，让滤纸条长度高出试管约1 cm，高出部分做直角弯折。
④画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。
[特别提醒]色素提取液呈淡绿色的原因：①研磨不充分，色素未能充分提取出来。 ②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小。③未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
[自主探究1]叶绿体中色素的提取和分离实验主要证明了( )
A．四种色素在层析液中的溶解度和扩散速率不同
B．叶绿体中色素的种类和色素的颜色
C．叶绿素的含量是类胡萝卜素的四倍
D．色素分布在叶绿体片层结构的薄膜上
[答案与解析] B “叶绿体中色素的提取和分离实验”目的就是为了认识叶绿体中色素的种类和颜色。题中A选项是实验原理，C选项是定量分析的结果，D选项是说明叶绿体的结构。
要点二、叶绿体的结构和功能及色素的种类和作用的理解
1.叶绿体的结构和功能
（1）结构(如下图所示)
①双层膜：分内、外膜，包围着几个到几十个绿色基粒等细微结构。
②基粒：每个基粒由许多圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体，色素就分布在类囊体的薄膜上。
③基质：在基粒和基粒之间充满基质，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其受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是高等植物进行光合作用的场所。
2.叶绿体中的色素种类及作用
(1)色素的种类和作用
(2)色素与吸收光谱
(3)不同颜色温室大棚的光合效率
①无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。
②叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
[特别提醒]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，叶变黄。
[特别提醒]将叶绿体长时间置于暗处，叶绿体则转变成不含色素的白色体或只有类胡萝卜素的有色体，但光照后叉可恢复为具有叶绿素的叶绿体。基粒之间还有基粒类囊体与基粒的类囊体相连，从而使各类囊体的腔彼此相通。与光反应有关的色素和酶都分布在类囊体的膜上；与暗反应有关的酶则分布在基质上；叶绿体还含有少量的DNA、RNA。
3.正确分析光合作用的探究历程中的几个重要实验
1.普利斯特利的实验：
（1）实验过程及现象：
（2）结论：植物可以更新空气
（3）实验分析：
①由于缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。
②没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。
③限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。
2.萨克斯的实验：
（1）实验过程及现象：
（2）结论：绿色叶片在光合作用中产生淀粉。
（3）实验分析：
①设置了自身对照，自变量为光照，因变量是颜色变化。
②实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。
③本实验除了证明光合作用的产物有淀粉外，还证明光是光合作用的必要条件。
3.鲁宾和卡门的实验：
（1）实验过程及结论：
①过程：H218O+C02→植物1802 C18O2+H20→植物→02
②结论：光合作用释放的氧气全部来自于水的分解。
（2）实验分析：设置了对照实验，自变量是标记物质(H218O和C18O2)，因变量是O2的放射性.
[特别提醒]科学的发展和技术的关系：通过这几个实验可以看出，光合作用的研究发展与物理学和化学的研究进展密切相关，同时科学技术的进步也推动了生物科学研究的发展。
[自主探究2]如图所示，某植物上的绿叶经阳光照射24小时，脱色后并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的位置不呈蓝色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色。本实验证明
①光合作用需要二氧化碳 ②光合作用需要光 ③光合作用需要叶绿素 ④光合作用放出氧 ⑤光合作用制造淀粉
A．①② B．③⑤ C．②⑤ D．①③
[答案与解析]C 该实验中，见光部分产生了淀粉，没见光部分没有产生淀粉，说明光是光合作用的条件，光合作用的产物是淀粉。
要点四、对光合作用的过程的理解
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。用反应式概括为：CO2+H2O(CH2O)+O2。其实光合作用的过程十分复杂，人们根据是否需要光能，把它分为光反应和暗反应两个阶段。具体过程用图解来表示：
1.光反应和暗反应具有明显的区别和联系，如下表：
注：本表中“物质转化”中的序号与上图中的序号一致
[特别提醒]叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
2.光合作用过程中的能量转换过程
[自主探究3]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五碳化合物含量突然上升，则改变的条件是( )
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
[答案与解析]D 细胞中的C5突然上升，说明是CO2的固定减少，C3的还原仍在继续，即光反应正常，故最可能是原因是CO2浓度降低。
要点五、影响光合作用的环境因素分析及其应用
1.光合作用强度表示方法
①单位时间内光合作用产生糖的数量
②单位时间内光合作用吸收CO2的量
③单位时间内光合作用放出O2的量
注意：最容易检测的是③。
2.环境因素对光合作用强度的影响及应用
（1）光照强度
①曲线分析
A点光照强度为O，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的C02全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
（2）CO2 浓度
①曲线分析：图l和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1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；图2中的A＇点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B＇点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。
（3）温度
①曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
（4）必需元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
（5）水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
[自主探究3]将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图。下列相关叙述，正确的是( )
A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移
B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移
C．如果光照强度适当增加，a点右移，b点右移
D．如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移
【答案与解析】D 假定光照强度降低，要达到点a，则需要浓度更高的二氧化碳，a点应右移；假定光照强度升高，二氧化碳利用率升高，要达到点a，在二氧化碳浓度低一些的时候即可达到，a点应左移。另外，光照强度升高.则需要更高浓度的CO2才能达到最大光合作用强度，b点应右移。
[特别提醒]
叶龄与光合效率之间的关系：如图随幼叶的生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增加，光合作用速率不断增加；壮叶的叶面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定；随着叶龄的增加，叶内的叶绿素被破坏，光合速率随之下降。
农业生产中主要通过延长光照时间，增加光照面积和增强光合作用效率等途径提高光能利用率，如轮作、套种和间作等，合理密植。设法满足光合作用的各种环境因素，如利用大棚适当增加光照强度，提高CO2浓度和温度，来提高光合作用效率。
要点六、光合作用与细胞呼吸的区别和联系
1.光合作用与细胞呼吸的区别：
2.联系：
①物质方面
②能量方面
总之，光合作用与细胞呼吸既有区别又相互联系，是相辅相成的。
[特别提醒]光合作用与细胞呼吸的计算
植物进行光合作用吸收CO2的同时，还进行呼吸作用释放CO2，而呼吸作用释放的部分或全部CO2未出植物体又被光合作用利用，这时在光照下测定的CO2的吸收量称为表观光合速率或净光合速率。表观光合速率与真正光合速率的关系如图：
在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下，OA段代表植物呼吸速率，OD段表示植物表观光合作用速率，OA+0D段表示真正光合速率，它们的关系为：真正光合速率=表现光合速率+呼吸速率。
具体表达为：光合作用消耗总CO2=从外界吸收的CO2+呼吸产生的CO2；
光合作用产生的总O2=释放到外界的O2+呼吸消耗的O2
一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)：积累量=白天从外界吸收的CO2—晚上呼吸释放的CO2。
要点七、自养生物和异养生物以及化能合成作用的区分
(3)土壤中的硝化细菌的化能合成作用
[特别提醒]硝化细菌利用氧化环境中的氨来获得能量进行有机物的合成，所以硝化细菌是需氧型生物。
[自主探究4] 硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，需要下列哪种环境条件( )
A．具有NH3及缺氧 B．具有NH3和氧
C．具有硝酸和氧 D．具有硝酸和缺氧
[答案与解析] B 硝化细菌利用氧化分解环境中的氨释放能量，把H2O和CO2合成有机物，所以需要具有NH3和氧
【精典考题例析】
类型一 “绿叶中色素的提取和分离”实验
【例１】（2008广东理基 43）提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是（ ）
A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b
D．胡萝卜素处于滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高
【思路解析】叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂中，由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色，所以，提取液呈现绿色。叶绿体中的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，如胡萝卜素在层析液中扩散得最快；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，如叶绿素b。A选项中未见色素带，其原因是操作失误，不可能是选材不正确。答案：C
[拓展链接]“绿叶中色素的提取和分离”实验成功的关键：
①取材：叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多色素。
②研磨：研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。
③画细线：滤液细线不仅要求细、直、齐，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再画一两次。
④层析：滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
类型二 叶绿体的结构和功能
【例2】 (2008.山东卷.7)右图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。在图示结构上
A．生物膜为叶绿体内膜
B．可完成光合作用的全过程
C．发生的能量转换是：光能→电能→化学能
D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
【思路解析】本题主要考查叶绿体的结构与作用,光合作用的基本过程、场所、物质及能量的转化，ATP的产生与作用等。做本题时要注意图文的转化，并将图中的有用信息与光合作用的基础知识进行有机结合。图中显示出：在光照、色素等作用条件下完成了水的光解、ATP的合成和还原剂氢的产生。由此可判断出此过程是光合作用的光反应过程，发生在叶绿体的基粒膜上即类囊体膜上。光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，光反应阶段将光能转变成电能（水光解不断失去电子形成电子流），再将电能转变成ATP和[H]中的活跃的化学能，光反应所产生的ATP只能用于暗反应。而用于植物其他生命活动的ATP全部来自细胞的呼吸作用。故选项C正确。
【答案】C
[拓展链接](1)植物叶中色素的化学性质与叶色的关系
(2)Fe不是叶绿素的组成元素，但Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，在形成过程中起间接作用，缺乏Fe也将无法合成叶绿素。
类型三 光合作用与呼吸作用的关系及应用
【例3】（2008江苏30）某班学生选取了江苏一水体中的4种生物：棚藻（单细胞绿藻），水绵（多细胞绿藻），菹草（高等植物）和颤藻（蓝藻），用其生长旺盛的新鲜材料在人工控制的条件下，A、B两组同时开展平行实验，进行有关光合作用的研究。请分析回答下列问题。
（1）这4种生物中，含有叶绿体的有 。
（2）A组的实验结果如上图所示。据图推测，一年中最早出现生长高峰的生物可能是 ；夏季高温阶段最具生长优势的生物可能是 。
（3）B组测得的棚藻净光合放氧率明显低于A组。仔细对比发现，两组实验条件的唯一差别是B组接种棚藻的浓度明显高于A组。实验在短时间内完成，水中也不缺乏各种营养，造成B组棚藻净光合放氧率低的主要原因是 。
（4）在富营养化水体中，浮游藻类的大量增殖常常会引起鱼类缺氧死亡，这种情形下，导致水体缺氧的主要原因有 和 。
【思路解析】考查不同植物的光合作用强度的影响因素以及富营养化。颤藻属于蓝藻，是原核生物，无叶绿体。其他几种植物是真核生物，含有叶绿体。从图中可以读出不同植物进行光合作用的最适温度不同，栅藻为25℃、水绵为２０℃、菹藻为1５℃、颤藻为３０℃。所以，一年中最早出现生长高峰的生物可能是菹藻，夏季高温长势最好的是颤藻。影响光合作用强度的因素有光照强度、ＣＯ2浓度、温度等，Ｂ组栅藻的浓度高，而其净光合作用放氧率低，最可能是栅藻密度过大导致其接受的光照强度弱所致，在富营养化的水体中，浮游藻类大量繁殖会消耗大量的氧气，另外藻类的大量死亡会导致微生物繁殖，也会消耗大量的氧气。
【答案】（1）栅藻、水绵和菹草 （2）菹草 颤藻 （3）栅藻密度过大导致栅藻接受光照不足 （4）藻类呼吸的耗氧量增加 藻类死亡导致微生物增殖，耗氧量增加
[规律方法]
(1)光合作用和细胞呼吸(有氧呼吸)过程中[H]和ATP的来源与去路比较：
来源 去路
光合作用 光反应中水的光解 作为还原剂用于暗反应阶段中还原C3形成(CH20)等
[H] 有氧呼吸 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸及第二阶段丙酮酸和H2O分解产生 用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放大量能量
ATP 光合作用 光反应阶段ATP合成 所需能量来自色素吸收的太阳光能 用于暗反应阶段C3还原时的能量之需,以稳定化学能形成储存于有机物中
有氧 呼吸 第一、二、三阶段均产生，第三阶段产生最多，能量来自有机物氧化分解 作为能量通货用于各项生命活动
(2)绿色植物体内H2O和CO2中的元素在光合作用和细胞呼吸过程中转化：
①H2O中H和O的转化
a．H的转移途径
b．O的转移途径
②CO2中C和O的转化
a．C的转移途径
b．0的转移途径
【速效提升训练】
一、选择题
l. 将单细胞绿藻置于25℃、适宜的光照和充足的CO2的条件下培养，经过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内三碳化合物的含量突然上升，这是由于 （）
①没有[H]和ATP供应，暗反应停止，三碳化合物不能形成糖类等物质，积累了许多的三碳化合物 ②暗反应仍进行，CO2与五碳化合物结合，继续形成三碳化合物 ③光反应停止，不能形成[H]和ATP ④光反应仍进行，形成[H]和ATP
A．④③② B．③②① C．④② D．③②
B 绿藻在适宜的温度、光照和充足的CO2条件下既能进行光反应又能进行暗反应，当光照突然停止，光反应立即停止，不能形成[H]和ATP，但由于仍有原来光反应的产物[H]和ATP．故暗反应仍然进行，CO2和五碳化合物结合，仍然形成三碳化合物。当[H]和ATP被消耗完，暗反应就停止进行，三碳化合物不能形成糖类，使三碳化合物大量积累，故正确的顺序是③②①。
2.(2008广东卷,4)关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是（）
A．无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源
B．有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATP
C．线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧
D．细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体
2.B 叶肉细胞在光照条件下进行的且能产生ATP的生理过程有光合作用的光反应和呼吸作用。光合作用光反应产生的ATP只用于光合作用的暗反应，而不能用于其他活动。在叶肉细胞的细胞质基质中可进行无氧呼吸，其合成的ATP用于各项生命活动。在有氧条件下，细胞质基质和线粒体共同完成有氧呼吸且都可以产生ATP。除光合作用外的生命活动，所需要的ATP都来源于细胞质基质和线粒体。
3.（2009江苏徐州市六县一区联考）有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度
的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如下表所示。通过对表中数据分析可得出的结论
是（ ）
氧浓度（%） a b c d
产生CO2的量 9mol 12.5mol 15mol 30mol
产生酒精的量 9mol 6.5mol 6mol 0mol
　A．a浓度时酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率
　B．b浓度时酵母菌有氧呼吸速率大于无氧呼吸速率
　C．c浓度时有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵
　D．d浓度时酵母菌只进行有氧呼吸未进行无氧呼吸
3.D 当产生的CO2的量与产生酒精的量相等，说明只进行无氧呼吸，如a浓度时酵母菌只进行有氧呼吸。当产生的CO2的量大于产生酒精的量，说明同时进行两种形式的呼吸如b浓度时酵母菌进行的呼吸。如果无酒精产生，说明只进行有氧呼吸如d浓度时酵母菌只进行有氧呼吸未进行无氧呼吸。
4.（2008江苏卷,5）下列关于叶绿体和光合作用的描述中，正确的是（ ）
A．叶片反射绿光故呈绿色，因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小
B．叶绿体的类囊体膜上含有自身光合作用所需的各种色素
C．光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的
D．光合作用强烈时，暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物
B 色素吸收可见太阳光。A选项中，叶片之所以为绿色，是因为叶绿体中色素对绿色光吸收量最少；B选项中叶绿体中色素主要存在于叶绿体的类囊体薄膜上；C选项叶绿体中ATP的合成来自光合作用的光反应；D选项中在光合作用的暗反应中，每固定一分子二氧化碳需要一分子五碳化合物，生成两分子三碳化合物。
5．下图是[H]随化合物在生物体内的转移过程，下列对其分析错误的是
A．水中的[H]经①→②转移到葡萄糖，要发生[H]与C3结合，该过程属于暗反应
B．葡萄糖中的[H]经②→①转移到水中，此过程需要氧气参与
C．葡萄糖中的[H]经②→④过程一般在缺氧条件下才能进行
D．图中的所有过程都可以发生在小麦的叶肉细胞内
5.D ①→②中，①是光反应产生[H]，②是[H]还原C3为葡萄糖，故选项A正确。②→①中，②是有氧呼吸第一阶段，C3为丙酮酸，①为有氧呼吸的第三阶段，[H]与O2结合形成水，故选项B正确。②→④为无氧呼吸产生酒精或乳酸的过程，在缺氧条件下进行，故选项C正确。过程④中小麦叶肉细胞中不能形成乳酸，故D错误。
6．在光照充足的环境里，将黑藻放入含有180的水中，过一段后，分析18O放射性标志，最有可能的是( )
A．在植物体内的葡萄糖中发现
B．在植物体内的淀粉中发现
C．在植物体内脂肪、蛋白质和淀粉中均可发现
D．在植物体周围的空气中发现
6．D本题考查的是光合作用中参加反应的水中氧元素的转移途径，分析光合作用的过程得知，水在光反应中在光下分解，其中的氧元素以氧气的形式释放出来。
7．下图表示白天叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，下列有关此图的叙述正确的是
A．如果图示中的气体交换处于相对平衡状态，长时间如此植物将不能正常生活
B．细胞器A和B内都有少量DNA，所以它们所需要的蛋白质都是由本身基因表达产生
C．CO2和O2通过两种细胞器膜的方式都是协助扩散
D．两种细胞器内发生相同的能量转化
7.A 由两种细胞器之间交换的气体可以判断，A是线粒体，B是叶绿体。虽然它们都含有少量的DNA，但它们属于半自主性细胞器，很多蛋白质仍是细胞核基因表达的结果，所以B错。CO2和O2通过两种细胞器膜的方式都是自由扩散而不是协助扩散，所以C错。A发生的能量转化是将有机物中的化学能转化成热能或ATP中的活跃的化学能，而B中的能量转化是光能→活跃的化学能→稳定的化学能，所以D错。两种细胞器在白天如果发生的气体交换如果处于相对平衡的状态，则一昼夜的净光合作用量为负值，长期如此植物将不能正常生活。
8．如图表示温度对植物光合作用和呼吸作用的影响，有关说法错误的是
A．随着温度的升高，呼吸作用速率将逐渐加快
B．温度从5℃变为35℃的过程中，有机物的积累量(CO2相对值)先增加后减少
C．呼吸作用相关酶和光合作用相关酶的最适温度不同
D．温室栽培蔬菜时，温度最好控制在25～30℃
8. A 细胞的呼吸作用过程需要酶的催化作用，温度对酶活性的影响具有双重性，也就是说酶都有一个最适温度，高于或低于最适温度的温度下，酶的活性都将低于酶的最大活性。
9.提取和分离叶绿体色素的正确顺序是 ( )
A．进行纸层析→制取滤液→在滤纸条上画线→将实验材料剪碎后研磨
B．制取滤液进行纸层析→在滤纸条上画线→将实验材料剪碎后研磨
C. 将实验材料剪碎后研磨→在滤纸条上画线制取滤液→进行纸层析
D．将实验材料剪碎后研磨→制取滤液→在滤纸条上画线→进行纸层析
D 掌握提取和分离色素的步骤。将实验材料称量-剪碎-研磨一过滤制取滤液一在滤纸条上画线一进行纸层析
二、非选择题
10.图3-4为夏季晴朗白天某植物叶片光合作用强度变化曲线图，请观察后回答下列问题：
(1)曲线AB段表明光合作用强度随光照增强
(2)对于C点光合作用强度减弱的解释是：由于中午 过高， 作用过大，叶片的气孔关闭，使光合作用原料之一的 供应大量减少，以至 反应阶段植物体内的五碳化合物不能与之结合，使 大为减少；
(3)DE段光合作用强度下降的原因是 ，以至光合作用 反应产生的 减少，因而影响 反应的进行；
(4)如用14CO2示踪，在光合作用过程中，14C在下列分子的转移途径是( )
解析：光的强弱影响光反应速度，而光反应的快慢同样影响暗反应的进行，暗反应中CO2先与C5生成2C3，C3再接受光反应生成的[H]和ATP被还原，然后经过一系列变化生成糖类及五碳化合物，完成暗反应过程。
答案：(1)而增强 （2）温度 蒸腾 CO2 暗 三碳化合物 (3)光照逐渐减弱 光 [H]和ATP 暗 （4）C
11.[探究 分析]（2008理综宁夏28）（16分）将长势相同、数量相等的甲、乙两个品种的大豆幼苗分别置于两个相同的密闭透明玻璃罩内，在光照、温度等相同且适宜的条件下培养，定时测定玻璃罩内的CO2含量，结果如图。据图回答：
（1）0～25 min期间，影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主要因素是　　　　　含量。
（2）乙植株比甲植株固定CO2的能力　　　　　。
（3）0～15 min期间植株释放O2速率的变化趋势是　　　　　。
（4）30～45 min期间两个玻璃罩内CO2含量相对稳定的原因是　　　　　。
解析：本题为实验资料分析,主要考查了植物光合作用过程中相关的反应物与产物的变化及影响光合作用因素,也涉及了呼吸作用的内容.在答题时,要注意图文的转化,要注意提取和改造题干中的有用信息,并尽量用生物学术语来组织答案。
分析如下：将长势相同、数量相等的甲、乙两品种的大豆幼苗分别置于两个相同的密闭透明玻璃罩内，在相同的适宜光照、温度等条件下培养，定时测量玻璃罩内的CO2含量，结果如题图。这段文字表明，玻璃罩内的豆苗同时进行着光合作作用和呼吸作用。由图示结果可知：在一定时间内，玻璃罩内CO2浓度随着时间的推移而逐渐下降，这说明大豆苗利用CO2进行光合作用并释放O2；随着玻璃罩内CO2被利用，CO2浓度越来越低，光合作用越来越弱，O2释放速率越来越慢，这说明限制光合作用强度的主要因素是CO2含量。由图示还可看出：玻璃罩乙比甲中的CO2浓度下降得快，这说明乙植株比甲植株固定CO2的能力强。当植物的光合作用速率与呼吸作用的强度相等时，玻璃罩内CO2的浓度保持稳定。
答案：⑴CO2 ⑵强 ⑶减慢 ⑷植物呼吸作用释放CO2的量与其光合作用消耗CO2的量相等（或呼吸速率与光合速率相等）
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一、选择题（15小题，每小题4分，共60分）
1.（2008海南，2）关于叶绿体色素在光合作用过程作用的描述，错误的是（ ）
A.叶绿体色素与ATP的合成有关 B.叶绿体色素参与ATP的分解
C.叶绿体色素与O2和[H]的形成有关 D.叶绿体色素能吸收和传递光能
1.B 叶绿体色素能吸收和传递光能，在光合作用的光反应阶段，色素吸收光能，将水分解成O2和[H]，同时在类囊体薄膜上合成ATP，所以ACD均正确；ATP的分解是在水解酶的作用下完成的，与色素无关。
2.（2008海南，3）在日光下，植物叶片中的叶绿素（ ）
A.大量吸收绿光 B.等量吸收不同波长的光
C.主要吸收蓝紫光和绿光 D.主要吸收蓝紫光和红光
2. D 不同的色素对光的吸收是不同的，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卡素主要吸收蓝紫光；各种色素对绿光的吸收都很少。
3.（2008江苏，4）下列对有关实验的描述中，错误的是（ ）
A．分离叶绿体中的色素时，不同色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同
B．用低倍镜观察不到紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离和复原过程
C．观察叶片细胞的叶绿体时，先在低倍镜下找到叶片细胞再换高倍镜观察
D．甲基绿染色可使人口腔上皮细胞的细胞核呈绿色
3.B 色素分离的原理就是不同色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同；观察叶片细胞中叶绿体时，必须先用低倍镜，再换高倍镜；甲基绿能将DNA染成绿色，DNA主要存在于细胞核中。紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞比较大，可以在低倍镜下观察到。
4.在叶绿体中色素提取和分离实验中，实验结果表明，在滤纸条上相邻色素带之间距离最大的是( )
A．叶绿素a和叶绿素b B．叶绿素a和叶黄素
C．叶黄素和胡萝卜素 D．无法判断
4.C 滤纸条上出现四条色素带，自上而下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。由于胡萝卜素扩散的速度最快，所以相邻色素带之间距离最大的是胡萝卜素和叶黄素。
5. （2008广东文科基础）黑暗条件下生长的水稻幼苗缺少的光合色素有（）
A．叶绿素a与叶绿素b B．叶绿素a与叶黄素
C．叶绿素b与胡萝b素 D．叶绿素a与胡萝b素
5.A 光照是形成叶绿素的必要条件，无光就不能形成叶绿素。
6.（2008重庆理综，４）下列有关番茄代谢或调节的变化趋势图，正确的是（）
6.A 图A是光合作用强度与种植密度的关系图，在植物迅速生长期，密植的植物由于相互遮挡，光合作用速率会比稀植的相对弱些；图B是光合作用强度与光照强度的关系，完全水淹情况下，植物根不能进行正常有氧呼吸，甚至烂根，故其光合作用强度不会随光照强度的增强而提高；图C是在缺K+的情况下，不同年龄叶片中含K+的含量与时间的关系，K+在植物体内以离子状态存在，在植物缺乏时会由老叶运输到细嫩的叶片中；在果实的发育中，果实将成熟时，生长素的含量会降低，乙烯的含量会升高。
7.(2008广东卷，5)用高倍显微镜观察黑藻叶绿体时，可见叶绿体（）
A．具有双层膜 B．呈绿色带状 C．内部有许多基粒 D．呈绿色椭球形
7.D 本题考查细胞的显微结构及叶绿体的形态特征。具有双层膜和内部有许多基粒，这属于叶绿体的亚显微结构，只有通过电子显微镜才能看到，在光学显微镜下只能看到叶绿体的形态。高等植物细胞的叶绿体一般为球形、椭球形，水绵的叶绿体为带状。
8.（2008宁夏理综，2）为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是
A.光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B.光照、无空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
C.黑暗、有空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
D.光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
8.D 光合作用需要的条件有光照、CO2、水、叶绿体等；该实验中不能有空气，以避免空气中氧气的干扰；临时装片中需要有NaHCO3稀溶液提供CO2。
9.光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段。下列有关叙述正确的是( )
A．光反应不需要酶，暗反应需要酶 B．光反应消耗水，暗反应消耗ATP
C．光反应固定CO2，暗反应还原CO2 D．光反应储存能量，暗反应释放能量
9.B 光反应进行的条件是需要水、光照和叶绿素，暗反应进行的条件是需要ATP和[H]。
10.右图为四种植物(I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)在不同光照强度下光合作用速率的曲线，其中最适于在荫蔽条件下生长的植物是( )
A．I B．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ
10.D Ⅳ植物在弱光下的光合作用速率比其他植物高，最适于在荫蔽条件下生长。
11．（07年江苏高考题改编）下图为植物新陈代谢示意图：
下列相关说法错误的是
A．过程①发生的能量转换是由各种色素完成的
B．当突然停止光照，②过程将减弱直至停止
C．④过程中的能量由ATP中远离腺苷的高能磷酸键水解后释放
D．当O2停止供应后，过程③产生ATP的速度下降
10．A．过程①发生的能量转换是光能→活跃的化学能，完成该转换过程的色素是少数处于特殊状态的叶绿素分子，并非全部的色素都能具有这样的功能；光照是影响光合作用的重要因素，当突然停止光照后，过程①（光反应）停止，产生的[H]和ATP减少，所以过程③减弱直至停止；过程③代表细胞呼吸，有氧呼吸产生ATP的效率比无氧呼吸更高。
12.溴代麝香草酚蓝(BTB)是一种灵敏的酸碱指示剂，对光不敏感。其一定浓度的水溶液中性偏碱时呈淡蓝色，弱酸性时呈淡黄色。向4支试管分别注入5 mL淡蓝色BTB水溶液，根据下表的处理顺序操作。
注：“+”表示有，“-”表示无
在适宜黑藻生长的温度下放置2小时后，溶液呈现淡蓝色的试管有( )
A．试管1、试管2 B．试管2、试管3 C．试管3、试管4 D．试管1、试管4
D 光合作用需CO2和光，细胞呼吸有光无光都能进行。试管1中无CO2，最初光合作用不能进行，只能进行细胞呼吸，释放出CO2，在适宜的光照条件下，黑藻利用其呼吸产生的CO2进行光合作用，溶液趋于中性，呈淡蓝色；2号试管中没有绿色植物，充入饱和CO2使溶液呈弱酸性；3号试管没有光照，绿色植物不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，释放出CO2使溶液呈弱酸性；4号试管中光合作用强度大于细胞呼吸强度，CO2消耗大于呼吸释放，溶液趋于中性，呈淡蓝色。
13.(2009年江苏盐城期中考试)下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
13. D A错：①②④代表ATP，其中量最大的是④。B错：③代表水。C错：线粒体只完成有氧呼吸中的第二、三阶段。原核生物中的好氧生物也能进行有氧呼吸过程，所以D正确。
14.一密闭透明薄膜大棚内，一天中的光照强度与棚内植物制造有机物量分别如图曲线I、曲线Ⅱ所示。在采取某项措施后，棚内植物制造有机物量则如曲线III所示。采取的这项措施是 ( )
A.降低温度 B.提高湿度 C.增加CO2浓度 D.增加O2浓度
14. C 图示中午12点前后光照强度达到最大值，但植物制造有机物的量却呈现明显减少(曲线III)现象，其原因是棚内空气不畅，叶肉细胞内CO2量减少，影响暗反应速率，适当增加CO2浓度，可提高暗反应速率，增加有机物的量。
15.一般来说，光照强，光合作用增强。但在夏天光照最强的中午光合作用反而下降了，分析原因是 ( )
A．强烈的蒸腾作用抑制了光合作用 B．光照太强，降低了酶的活性
C．由于气孔关闭，氧气不能排放 D．气孔关闭，CO2不足
15. D 夏天的中午，光照太强，这时叶片气孔关闭，以减少蒸腾面积和避免叶片温度升高，同时，气孔关闭以利于保水。因气孔关闭，暗反应所需CO2的供给途径被截断，影响暗反应的进行。
二、非选择题
16.请根据图示回答下列问题：
(1)装置B内的绿色植物，在有光照的条件下，可进行____作用，写出发生作用的反应式：____________________。
(2)把D处扎紧，E处打开，当反应进行一段时间后，如何检验绿色植物产生何种气体 ____________________________.
(3)若要加强绿色植物的光合作用，可在A装置中加入 __________盐和稀HCI(此时把D处打开)，写出化学反应方程式：________________________________.
(4)若用黑纸把B装置罩上一昼夜(D处扎紧)，绿色植物主要进行______作用，初步分析，从异化作用来看，它的代谢类型是__________，写出其反应式：_________ .
(5)光合作用发生在细胞的何种结构上____________。有氧呼吸主要发生在细胞的何种结构上 ____________。构成这种结构的膜主要是哪些化学成分 ______________。
(6)把F通入C瓶的石灰水中，石灰水将__________，写出化学反应式____________ 。
16.解析：有光条件下，瓶中绿色植物能进行光合作用，光合作用产生O2，利用O2能助燃的性质测定O2的存在。光合作用不仅需光，而且还需要CO2，在一定条件下增加CO2浓度可加强光合作用效率，所以A瓶应为产生 CO2的反应，所以应用碳酸盐与稀盐酸反应。将D处扎紧后给B瓶遮光，绿色植物不能进行光合作用，但呼吸作用应能进行。它产生的CO2能使石灰水变浑浊，光合作用的场所在细胞内的叶绿体中，而有氧呼吸的主要场所是线粒体，两者都属于膜结构，都主要由磷脂和蛋白质构成。
答案：(1)光合
(2)把带火星的木条插入C瓶中，木条迅速着火，说明有氧气生成。
(3)碳酸
(4)呼吸 需氧型
十能量
(5)叶绿体 线粒体 磷脂分子和蛋白质分子
(6)变浑浊
17.下图中的各曲线中，I为某一农田一昼夜的温度变化曲线，Ⅱ为光照变化曲线，Ⅲ为植物吸收二氧化碳的变化曲线，请据图完成问题：
(1)植物在______段内制造有机物。
(2)植物在______段内积累有机物。
(3)d处凹陷，原因是温度过高，叶片上______关闭，______吸收量减少．影响了光合作用中的______反应效率。
(4)a处凸起，原因是下半夜______偏低，使呼吸作用______.
解析：首先要明确曲线图坐标的含义：横坐标表示时间(O～24时)，纵坐标向上表示二氧化碳吸收量越来越大．纵坐标向下表示二氧化碳释放量越来越大。同时还要明确三条曲线所表示的生物学含义：I为某一农田一昼夜的温度变化曲线．Ⅱ为光照变化曲线，Ⅲ为植物吸收二氧化碳的变化曲线。
答案：(1)b～f (2)c～e (3)气孔 二氧化碳 暗 (4)温度 减弱
18.（2008上海,36）请回答下列有关光合作用的问题。
（1）光合作用受到温度、二氧化碳和光照强度的影响。其中，光照强度直接影响光合作用的 过程；二氧化碳浓度直接影响光合作用的 过程。
（2）甲图表示在二氧化碳充足的条件下，某植物光合速度与光照强度和温度的关系。
1）在温度为10℃、光照强度大于 千勒克司时，光合速度不再增加。当温度为30℃、光照强度小于L3千勒克司时，光合速度的限制因素是 。
2）根据甲图，在乙图的坐标上标出光照强度为L2千勒克司，温度分别为10℃、20℃和30℃时的光合速度。
（3）丙图表示A、B两种植物的光合速度与光照强度的关系。
1）当在 千勒克司光照强度条件下，A、B两种植物的光合速度相同。
2）A植物在光照强度为9千勒克司时，2小时单位叶面积可积累葡萄糖 mg。（计算结果保留一位小数。相对原子质量C-12，H-1，O-16）
3）A植物在1天内（12小时白天，12小时黑夜），要使有机物积累量为正值，白天平均光照强度必须大于 千勒克司。
【答案】（1）光反应 暗反应 （2）1）L1 光照强度 2）见下图 （3）1）6 2）10.9 3）6
【解析】光合作用包括光反应过程和暗反应过程,植物吸收固定光能发生在光反应阶段，固定二氧化碳发生在暗反应阶段。从甲图可以看出，当在温度为10℃、光照强度大于L1千勒克司时，光合速度不再增加，当温度为30℃、光照强度小于L3千勒克司时，光合速度随光照强度的增大而增大，所以限制因素是光照强度。甲图中，当光照强度为L2时，温度分别为10℃、20℃和30℃时的光合速度分别为2、4、4（单位）。丙图中的A和B分别表示阳生植物和阴生植物的光合作用速率与光照强度的关系，从图中可以看出，阳生植物的呼吸速度为4，阴生植物的呼吸速率为2，图中表示的是净光合作用速率，其真光合作用速率=净光合作用速率+呼吸作用速率，所以当光照强度为6千勒克司时，阳生植物的光合作用速率=4+4=8，阴生植物的真光合作用速率=2+6=8。A植物（阳生植物）在光照强度为9千勒克司时，净光合作用速率为8，则2小时单位叶面积吸收二氧化碳量为16mg，折算葡萄糖合成量=16×180/6÷44=10.9。欲使A植物一昼夜内有机物积累量为正值，最少应使白天12小时光合作用净量大于夜晚12小时的呼吸作用量，由于昼夜时间相等，如果两者刚好相等，则一昼夜中有机物的净积累量为0，此时白天的净光合作用每小时净量应与夜晚呼吸作用量相等，即纵座标值为4时，也就是当光照强度大于6千勒克司时才能满足上述条件。
【单元体系构建】
【基础专题整合】
一、有关酶的实验结果判断
1．根据两类催化剂催化H2O2产生O2的多少来判断酶的高效性
2．根据斐林试剂与还原糖发生氧化还原反应判断酶的专一性
3．根据碘试剂与非还原糖的颜色变化判断淀粉的水解
淀粉+蒸馏水→淀粉+碘液→紫蓝色复合物(淀粉未被水解)
淀粉+淀粉酶→麦芽糖+碘液→无紫蓝色复合物(淀粉已被水解)
4．根据温度变化来酶的活性和结构的变化
5．根据酸碱度变化来判断酶的活性和结构的变化
过酸←酸性增强←最适酸碱度→碱性增强→过碱
｜ ｜ ｜ ｜ ｜
无活性←活性降低←活性最高→活性降低→无活性
｜ ｜ ｜ ｜ ｜
变性 ←渐变性 ←未变性 → 渐变性 → 变性
[跟踪训练1】能正确说明酶不同于无机催化剂的催化特性的是 ( )
A．酶都是蛋白质
B．酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用
C．酶的活性随着温度的升高而不断提高
D．每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应
【解析】选D。酶是活细胞产生的具催化作用的有机物，少数RNA也有生物催化作用。酶虽然一般情况下都是在生物体内发挥催化作用，但在体外适宜的条件下也具有催化作用。在一定范围内酶的活性随温度的升高而升高，但超过酶的最适温度，酶的活性随温度的升高而降低甚至丧失。与无机催化剂不同的是酶具有专一性，每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应。
二、光合作用与细胞呼吸的比较
1．从具体过程看物质循环和能量流动
物质循环(反复循环)
能量流动(单向递减)
2．[H]和ATP的来源和去路
＼ 来源 去路
[H] 光合作用 光反应中水的光解 作为还原剂用于暗反应阶段中还原 C3形成(CH2O)等
有氧呼吸 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸及第二阶段丙酮酸和 H2O 分解产生 用于第三阶段还原 O2产生H2O，同时释放大量能量
ATP 光合作用 光反应阶段ATP合成所需能量来自色素吸收的太阳光能 用于暗反应阶段 C3还原时的能量之需，以稳定化学能形式储存于有机物中
有氧呼吸 第一、二、三阶段均产生，第三阶段产生最多，能量来自有机物氧化分解 作为能量通货用于各项生命活动
3．不同状况下，植物气体代谢特点及代谢相对强度的表示
(1)黑暗状况时：植物只进行细胞呼吸，不进行光合作用。
①气体代谢特点
此状态下，植物从外界吸收O2，并将细胞呼吸产生的CO2释放到体外，如图甲所示。
②细胞呼吸相对强度可用如下三种方式表示：
a．CO2释放量(或实验容器内CO2增加量)；
b．O2吸收量(或实验容器内O2减少量)；
c．植物重量(有机物)的减少量。
(2)较强光照时：植物同时进行细胞呼吸和光合作用，且光合作用强度大于细胞呼吸强度。
①气体代谢特点
植物光合作用产生的氧气(用m表示)除用于植物的有氧呼吸消耗(用m1表示)之外，其余的氧气释放到周围的环境中(用m2表示)。
植物光合作用所利用的CO2(用n表示)除来自植物自身细胞呼吸(用n1表示)外，不足的部分从外界吸收(用n2表示)，如图乙所示。
分析乙图可知，有如下数量关系：m=m1+m2，n=nl+n2。
②光合作用相对强度可用如下三种方式表示：
a．O2释放量(或实验容器内O2增加量)；
b．CO2吸收量(或实验容器内CO2减少量)；
c．植物重量(有机物)的增加量。
③表观光合速率和真正光合速率
真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率
表观光合速率常用O2释放量、CO2吸收量、有机物积累量等来表示。
真正光合速率常用光合作用产生O2量、CO2固定量、有机物的产生量来表示。
【跟踪训练2】如图甲、乙是在外界条件恒定的情况下，种子细胞呼吸及植物光合作用实验装置示意图。丙图中曲线①表示种子细胞呼吸相对强度的变化，曲线②表示植物光合作用相对强度的变化。由漏斗向盛放种子的广口瓶内加入少量水后(图中a点)，丙图的曲线发生了变化。请据图回答：
(1)曲线①在ab段上升的原因是_______________；曲线②在cd段上升的原因是______________。
(2)曲线②在d点后趋平说明____________________________。
(3)除上述内容所涉及的因素以外，影响甲装置中种子细胞呼吸的主要外界因素还有_______；影响乙装置中植物光合作用的主要外界因素还有_____________________。
【解析】由装置甲可以看出，向种子中加入水后，种子开始吸水萌发，细胞呼吸增强，产生大量的CO2，CO2通过导管进入到乙装置中，使乙中植物的光合作用强度增强，所以在cd段植物的光合作用随CO2浓度的增加，光合作用强度增强。到d点后，由于CO2浓度达到一定浓度时，CO2不再是限制光合作用的因素，所以光合作用强度不随CO2的增加而增强了，其限制因素可能是温度、光照强度、水等外界因素。
答案：(1)种子吸水萌发，细胞呼吸加强 装置甲中种子呼吸产生的CO2进入装置乙，光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加 (2)当二氧化碳浓度提高到一定程度时，光合作用的强度不再随二氧化碳含量的提高而增强 (3)温度 温度、光照强度和水
三、 对影响光合速率的几组曲线图的剖析
植物的光合作用受内外因素的影响，而衡量内外因素对光合作用影响程度的常用指标是光合速率(或光合作用强度)。影响光合速率的因素有很多，本文主要介绍的是光照强度、光照面积、CO2浓度、矿质营养、温度和叶龄等因子，下面仅就其相关的几组曲线结合例题进行剖析，以供同行参考。
1．光照面积
(1)图像(如图)
(2)关键点含义
OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大。A点为光合作用叶面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。
OB段干物质量随光合作用增加而增加，因为A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加，OC段呼吸量不断增加，所以干物质积累量逐渐降低，如BC段。植物的叶面积指数不能超过C点，若超过C点，植物将入不敷出，无法生活下去。
(3)应用
适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长、封行过早，使中下层叶片所受的光照往往在光补偿点以下，增大有机物消耗，造成不必要的浪费。
【例1】叶面积指数是指单位土地面积上植物的总叶面积，叶面积指数越大，叶片交错重叠程度越大。如图表示叶面积指数与光合作用和细胞呼吸两个重要生理过程的关系，则当叶面积指数大约为多少时对农作物增产最有利
A.2 B .5 C．7 D. 9
【解析】选B。作物产量=光合作用制造有机物量一细胞呼吸消耗有机物量。不难看出，叶面积指数大约为5时对农作物增产最有利。
2．CO2的浓度和矿质元素
(1)图像(如图)
(2)关键点含义
CO2是光合作用的原料，CO2浓度的高低直接影响暗反应的速率，矿质元素直接或间接地影响光合作用，例如Mg是叶绿素的组分，N是光合酶的组分，P是ATP的组分等。在一定范围内，随C02和矿质元素的增多，光合速率逐渐提高，但到A点，即CO2和矿质元素达到饱和点，光合速率不再提高。当CO2的浓度升高到一定限度(超过B点)时会影响植物的细胞呼吸，而导致光合作用下降。矿质元素的浓度很高时(超过B点)，也会影响光合作用，如氮肥过多，会造成农作物徒长倒伏。矿质元素浓度过高还会影响根细胞的吸水甚至导致细胞质壁分离，影响细胞的生命活动。
(3)应用
“正其行，通其风”，温室内补充CO2，即提高CO2浓度，可增加产量。合理施肥可促进叶面积增大，提高叶绿素、酶等的合成率，可提高光合作用速率。
【例2】科学家研究发现，用“汽水”浇灌植物能促进植物的生长，原因是“汽水”能
A.加强细胞呼吸 B.加强光合作用 C.改良碱性土壤，调节pH D．加强植物蒸腾作用
【解析】选B。“汽水”实际上是充入C02气体的弱酸性溶液，它可缓慢释放出CO2气体，而CO2是光合作用暗反应的原料，在一定范围内增加O2浓度可提高光合作用强度，从而促进植物有机物的积累(同时汽水中CO2与水形成的碳酸，在土壤中进一步解离为H+和HCO3-可加强植物的根系与矿质离子的交换吸附，也可起到促进植物体生长的作用)。
3．温度
(1)图像(如图)
(2)关键点含义
光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。植物一般在10℃～35℃下正常进行光合作用，其中AB段(10℃～35℃)随温度的升高光合作用逐渐加强，35℃以上光合酶活性下降，光合作用速率开始下降，50℃时光合作用完全停止。
(3)应用
冬天，温室栽培植物可适当提高温度；夏季，温室栽培植物又可适当降低温度。白天使温室温度调至光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温度，以降低细胞呼吸，从而保证有机物的积累。
【例3】下列哪种条件下栽培番茄，对增产有利
A.日温15℃、夜温26℃ B．日温26℃、夜温15℃
C.昼夜恒温26℃ D.昼夜恒温15℃
【解析】选B。要提高作物的产量，必须设法提高光合产量，降低呼吸消耗量。白天适当高温，有利于提高光合产量，因为光合作用也是一系列由酶催化的反应；夜晚适当低温，有利于减少细胞呼吸消耗有机物的量，从而达到提高产量的目的。所以应该保持适当的昼夜温差。但如果是阴雨天．光照弱，光合作用很难提高，就只能设法降低细胞呼吸了，所以夜晚应适当降低温度，并保持昼夜温差。
三、坐标曲线题解题方法
解决坐标曲线题的方法，可概括为：“识标”、“明点”、“析线”三个基本步骤。
l．识标
坐标曲线：实际上是“横坐标”(或自变量)对“纵坐标”(或因变量)的影响结果，“标”不同，曲线的含义就不同，形状也就可能不同。所以，认真识别坐标图中纵横坐标的含义，找出纵、横坐标之间的联系，是解好这类题型的前提。例如：下图①和②虽然曲线形状相同，但由于“标”不同，每段曲线的含义不同。
③和④在相同的反应过程中，“标”不同，就得出形状不同的曲线。
2．明点
曲线是满足一定条件的点的集合，这些点中，有些点很特殊，如曲线的起点、转折点、终点，曲线与纵横坐标或者其他曲线的交点等，往往隐含着某些限制条件或某些特殊的生物学含义，明确这些特殊点的含义是解题的关键。例如，如图曲线中，特殊点就有A、B、C、D四个，而这些点的含义往往就是试题考查的内容。
3．析线
正确分析曲线的形状，何时开始上升、何时趋向平缓、何时出现转折，原因分别是什么等，这是解题的关键。如图曲线中，我们要在“识标”、“明点”的基础上，进一步分析线段的内涵。图中A点为光合作用叶面积的饱和点；OA段表明叶面积指数从0～5时，光合作用实际量随叶面积指数的不断增大而增大；当叶面积指数大于5时，光合作用实际量不再随叶面积指数增大而增大，因为有很多叶片被遮挡而处在光补偿点以下；OB段表明干物质量随光合作用增加而增加；由于A点以后光合作用量不再增加，而叶面积指数不断增加其呼吸量也不断增加(直线OC)，所以干物质积累量逐渐降低，即出现BC段。
[跟踪训练3]如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素 ( )
A．叶绿素、类胡萝卜素 B.类胡萝卜素、叶绿素
C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素a、叶绿素b
A。根据曲线分析可知，A主要吸收红光和蓝紫光，B主要吸收蓝紫光，因此A为叶绿素，B为类胡萝卜素。
四、光合作用与细胞呼吸相联系的计算题精析
绿色植物不论只考虑叶片还是从完整植物个体来看，既进行细胞呼吸，又进行光合作用。因此，在研究绿色植物的物质、能量变化时，既要考虑其白天进行的光合作用，又要考虑其一昼夜24小时都进行的细胞呼吸(此时多数只考虑有氧呼吸)．此类计算题能够综合考查学生对两项生理活动理解的情况。
【例】下表是用红外线测量仪对某植物释放气体进行测量获得的数据。
30℃ 15℃黑暗5 h
一定光照10 h 黑暗5 h
释放O2 640 mg 释放CO2 220 mg 释放CO2 110 mg
若该植物处于白天平均温度30℃，晚上平均温度15℃，有效日照15 h。请计算：
(1)该植物1昼夜内共制造有机物 _____mg，白天积累有机物_____ mg，一昼夜积累有机物_____mg。
(2)该植物在夜晚维持生命活动需要_____ kJ能量。
【解析】(1)解此类计算题，首先要对下列图解所表示的光合作用与细胞呼吸之间物质利用关系理解透彻。
植物光合作用首先会利用细胞呼吸产生的CO2(A1)，不足再从外界吸收(A2)。同样，光合作用产生的O2(包括有机物)，首先会提供给细胞呼吸利用(B1)，用不完时会释放到外界(B2)或积累(有机物)。由于大多数情况(阴雨天或北方寒冷的冬季除外)下光合作用强度会远远大于细胞呼吸，所以不论只考虑白天还是一昼夜，植物都会不断向外界释放O2，从外界吸收CO2。据此．可以得到下列关系：
光合作用释放O2(B2)=光合作用产生O2总量—细胞呼吸总消耗O2(Bl或B1+B3)；
植物积累的有机物=光合作用制造的有机物—细胞呼吸消耗的有机物；
植物吸收CO2(A2)=光合作用消耗CO2总量—细胞呼吸释放CO2(A1或A1+A3)。
通过从外界吸收CO2量(A2)或光合作用释放O2量(B2)计算出的是植物积累的有机物。如果只考虑白天，则细胞呼吸释放CO2量只是经A1过程供给光合作用，而如果考虑一昼夜,则还要加算植物夜间释放到外界的CO2(A3)，即(A1+A2)．此时A2表示植物一昼夜净从外界吸收的CO2。细胞呼吸消耗O2量情况与此相同。
根据上述分析，该植物白天积累的有机物(设为X)，可通过15 h释放的O2量(15×mg)
来计算；而白天消耗的有机物(设为W)，可通过30℃时释放的CO2(15Xmg)来计算。X+W为植物在白天制造的有机物，也就是一昼夜制造的有机物。而夜晚植物仍呼吸消耗有机物(设为Y，可通过夜晚释放的CO2量(9×110/5mg)来计算，X=Y既为一昼夜积累有机物量。植物在夜晚分解有机物释放能量就是为维持生命活动(设为Q)。同时要注意，每mol葡萄糖释放的能量只有l 161 kJ用于生命活动，其余以热的形式散失。
答案：(1)1 350 mg 900 mg 765 mg (2)0．87 kJ