資源簡介

第3課時　光合作用原理的應用
課標要求
1．理解影響光合作用的環境因素。
2．簡述化能合成作用。
核心素養
1．科學探究——根據實驗目的，設計實驗探究光合作用的影響因素，會分析相關的實驗裝置。
2．社會責任——能夠根據光合作用原理指導生產實踐。
知識點一　光合作用的強度與化能合成作用
必備知識·夯實雙基
1．光合作用的強度
(1)概念：簡單地說，是指植物在_單位時間__內通過光合作用制造_糖類__的數量。
(2)測量指標
2．探究光照強度對光合作用強度的影響
(1)實驗原理：抽出圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中_下沉__，光照下葉片進行光合作用產生氧氣，充滿細胞間隙，葉片又會_上浮__。光合作用強度越強，單位時間內圓形小葉片_上浮__的數量越_多__。
(2)實驗流程
(3)實驗現象與結果分析：單位時間內，光照強度越強，燒杯內圓形小葉片浮起的數量_越多__，說明在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度_不斷增強__。
特別提醒：(1)富含CO2的清水可用事先通過吹氣的方法補充CO2，也可用質量分數為1%～2%的NaHCO3溶液來提供CO2。
(2)強、中、弱三種光照可用5W的LED燈作為光源，通過改變小燒杯與光源的距離來調節光照強度，也可以不改變兩者間的距離，通過換用不同瓦數的LED燈來改變光照強度。
(3)不能僅用一套實驗裝置通過逐漸改變其條件進行實驗，而應該用一系列裝置進行相互對照。
3．真正光合速率、凈光合速率和細胞呼吸速率的辨析及相互關系
(1)_真正光合速率__就是植物的光合速率，也叫總光合速率或實際光合速率。一般可用“二氧化碳_消耗__速率”“氧氣_產生(生成)__速率”或者“有機物_產生(制造)__速率”來表示。
(2)凈光合速率是指單位時間內植物_積累__的有機物量，也叫表觀光合速率或實測光合速率。一般可用“二氧化碳_吸收__速率”“氧氣_釋放__速率”或者“有機物_積累__速率”來表示。
(3)細胞呼吸速率是指單位時間內植物非綠色組織或綠色組織在黑暗條件下_消耗__的有機物量。一般可用“二氧化碳_釋放__速率”或“氧氣_消耗__(吸收)速率”來表示。
(4)三者數值關系：_真正光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率__。
4．化能合成作用
(1)概念：利用體外環境中的某些_無機物__氧化時所釋放的能量來制造_有機物__的合成作用。
(2)實例
硝化細菌
(3)自養生物和異養生物
類型 概念 代表生物
自養生物 能將_無機物__合成為_有機物__的生物 光能自養生物：_綠色植物__化能自養生物：_硝化細菌__
異養生物 只能利用環境中_現成的有機物__來維持自身生命活動的生物 人、動物、真菌、大多數細菌
活學巧練
1.光照強度對光合作用強度的影響實驗中，可以通過調節臺燈與實驗裝置的距離來調節光照強度。( √ )
2．探究實驗中，圓形小葉片浮起的原因是葉片進行細胞呼吸產生了CO2。( × )
3．綠色植物和硝化細菌都為自養生物，都可通過光合作用制造有機物。( × )
4．化能合成作用與光合作用所利用的無機物原料都是CO2和H2O。( √ )
5．原核生物都是異養生物。( × )
6．測綠色植物的呼吸速率需要在黑暗條件下進行。( √ )
深入探討
1.在實驗中，葉片下降的原因是什么？葉片上浮的原因是什么？影響葉片上浮的外界因素主要是什么？
提示：抽出氣體后，細胞間隙充滿水，葉片下降。光合作用產生的O2導致葉片上浮。影響葉片上浮的主要外界因素是光照強度，即光照強度影響光合作用強度，進而影響葉片上浮。
2．北方夏季中午時，光照強度很強，植物的光合作用將如何變化，原因是什么？
提示：光合作用將減弱。光照強度過強，溫度升高，導致氣孔關閉，細胞CO2供應不足，光合作用減弱。
3．下面是有關農業種植的諺語“黑夜下雨白天晴，打的糧食沒處盛”。請從光合作用的角度分析這句諺語的含義。
提示：夜晚降雨不僅提供水分，還降低溫度，減弱細胞呼吸消耗，白天晴天，提供良好光照，光合作用強，經過一晝夜，有機物的積累量高。
課內探究·名師點睛
光合作用與有氧呼吸的區別和聯系
1．光合作用與有氧呼吸的區別
項目 光合作用 有氧呼吸
物質變化 無機物→有機物 有機物→無機物
能量變化 光能→化學能(儲能) 化學能→ATP中活躍的化學能、熱能(放能)
實質 合成有機物，儲存能量 分解有機物，釋放能量，供細胞利用
場所 葉綠體 活細胞(主要在線粒體)
條件 只在光下進行 有光、無光條件下都能進行
2.[H]和ATP的來源、去路的比較
比較項目 主要來源 主要去路
還原性輔酶 光合作用 光反應中水的光解 作為暗反應階段的還原劑，用于還原C3合成有機物
有氧呼吸 第一、二階段產生 用于第三階段還原O2產生水，同時釋放大量能量
ATP 光合作用 在光反應階段合成ATP，其合成所需能量來自色素吸收、轉化的太陽能 供應暗反應階段C3還原時的能量之需，以穩定的化學能形式儲存在有機物中
有氧呼吸 第一、二、三階段均產生，其中第三階段產生最多，能量來自有機物的分解 作為供能物質直接用于各項生命活動
3．光合作用與細胞呼吸的聯系
(1)物質方面
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
②O2：H2OO2H2O
③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活躍的化學能(CH2O)中穩定的化學能
4．光合速率與呼吸速率的關系
①綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數值為呼吸速率(A點)。
②綠色組織在有光條件下光合作用與細胞呼吸同時進行，測得的數據為凈光合速率。
③真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。該關系式可用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
a．光合作用產生O2量＝O2釋放量＋細胞呼吸消耗O2量。
b．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋細胞呼吸釋放CO2量。
c．光合作用葡萄糖產生量＝葡萄糖積累量(增重部分)＋細胞呼吸消耗葡萄糖量。
5．以凈光合速率的大小來判斷植物能否正常生長(自然狀態下，以一天24 h為單位)
(1)凈光合速率大于0時，植物因積累有機物而正常生長。
(2)凈光合速率等于0時，植物因沒有有機物積累而不能生長。
(3)凈光合速率小于0時，植物因有機物減少而不能生長，且長時間處于此種狀態下植物將死亡。
警示：植物進行光合作用的同時，一定進行細胞呼吸，但在進行細胞呼吸時不一定進行光合作用，因為光合作用只有在有光條件下才能進行，而細胞呼吸只要是活細胞就會進行。
典例剖析
典例1 圖甲為研究光合作用的實驗裝置，用打孔器在某植物的葉片上打出多個圓片，再用氣泵抽出氣體直至葉圓片沉底，然后將等量的葉圓片轉至不同溫度的NaHCO3(等濃度)溶液中，給予一定的光照，測量每個培養皿葉圓片上浮至液面所用的平均時間(圖乙)。下列相關分析正確的是( B )
A．在ab段，隨著水溫的升高，凈光合速率逐漸減小
B．上浮至液面的時間可反映凈光合速率的相對大小
C．通過圖乙分析可以找到真正光合作用的最適溫度
D．因為抽氣后不含氧氣，實驗過程中葉圓片不能進行有氧呼吸
解析： ab段，隨著水溫的增加，葉圓片上浮至液面所需要的時間縮短，說明氧氣釋放速率加快，凈光合速率逐漸增大，A錯誤；凈光合速率代表氧氣釋放速率，影響葉圓片上浮至液面所用的時間，上浮至液面的時間可反映凈光合速率的相對大小，B正確；葉圓片上浮至液面所用的平均時間能反映凈光合速率的相對大小，真正光合作用＝呼吸作用＋凈光合作用，通過圖乙不能找到真正光合作用的最適溫度，C錯誤；雖然抽氣后葉片不含氧氣，但實驗過程中葉片可以進行光合作用產生氧氣，故實驗過程中葉片能進行有氧呼吸，D錯誤。
變式訓練 下圖中甲為植物細胞光合作用的示意圖，乙為水稻品種1和水稻品種2的光合速率與光照強度的關系模式圖。回答相關問題：
(1)圖甲中，A過程為_光反應階段__，①②來自_葉綠體基質__(填場所)，A、B過程產生的_O2和(CH2O)__(填物質)可用于細胞有氧呼吸。
(2)圖乙中，b2點處水稻品種1光合作用合成有機物的速率_等于__(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗有機物的速率。光照強度為c(兩曲線交點)時，水稻品種1單位面積葉片中葉綠體O2產生速率_大于__(填“大于”“等于”或“小于”)水稻品種2。
(3)圖乙中光合速率可以通過測定單位面積葉片在單位時間內O2的釋放量來反映。圖甲生理過程停止時測得的光合速率與圖乙中的_a__ 點相對應。
(4)當光照強度為d時，測得水稻品種1葉片氣孔開放程度比水稻品種2更大，據此參照圖甲，對水稻品種1比水稻品種2的O2釋放速率高的生理機理，科學家作出的解釋為：d點時，水稻品種1葉片氣孔開放程度比水稻品種2更大，_CO2供應(進入細胞間隙)更多、更快，水稻品種1固定CO2形成C3的速率就更快，對光反應產生的ATP、NADPH消耗也更快__，進而提高了O2釋放速率。
解析：(1)圖甲中，A過程需要吸收光能，可以判定A過程為光反應階段；①②是暗反應消耗NADPH和ATP得到的物質，因此①②來自葉綠體基質；光合作用中的產物O2和有機物(CH2O)可以用于呼吸作用。
(2)圖乙中觀察曲線的走向變化可以發現，該曲線并不是從原點開始，因此表示凈光合速率，b2點處凈光合速率為0，所以真正光合作用合成有機物的速率等于呼吸作用消耗有機物的速率；c點時兩條曲線相交，凈光合速率相等，但水稻品種1和水稻品種2的呼吸速率不同(前者大于后者)，因此水稻品種1單位面積葉片中葉綠體的O2產生速率即真正光合速率大于水稻品種2。
(3)圖甲過程停止表示真正光合速率為0，與圖乙中的a點相對應。
(4)由于氣孔與葉片的氣體交換有關，因此水稻品種1氣孔開放程度更大可以推測水稻品種1可吸收更多的CO2，固定CO2形成C3的速率就更快，對光反應產生的ATP、NADPH消耗也更快，從而使光反應速率增加，進而提高O2的釋放速率。
知識點二　影響光合作用強度的因素
必備知識·夯實雙基
影響因素 影響機理
光照強度、光照時間、光的波長(光質) 因光能是_光反應__的動力，光照不同會影響_光反應__
CO2濃度、葉片氣孔開閉程度 因CO2是光合作用_暗反應__的原料，影響CO2的供應量從而影響_暗反應__
無機營養(Mg2＋等)、病蟲害 因葉綠體是_光合作用的場所__，影響葉綠體的形成和結構的因素會影響光合作用
溫度 因光反應、暗反應都需要_酶__的催化，溫度影響_有關酶的活性__會影響光合作用
水 因水是_光反應__的原料；水是良好的溶劑，暗反應的許多種物質能夠溶解在水中，水的流動可以把_ATP、ADP、Pi、NADPH和NADP＋__等運送到需要的部位；水分還能影響_氣孔的開閉__，間接影響CO2進入植物體內，缺水影響光反應和暗反應
深入探討
1.結合光照強度對光合作用的影響，分析在生產上采取什么措施使農作物增產？
提示：(1)大棚生產中，適當增強光照強度，以提高光合速率，使農作物增產。
(2)陰生植物的光補償點和光飽和點都較陽生植物低，生產上采取間作套種農作物，可合理利用光能。
(3)合理密植，既充分利用了光能，又避免了農作物葉片相互遮擋，造成減產。
2．結合二氧化碳對光合作用的影響，分析在生產上采取什么措施使農作物增產？
提示：(1)合理密植，正其行，通其風，增加葉片的二氧化碳供應，使農作物增產。
(2)大棚生產中，通過二氧化碳發生器等方法提高二氧化碳濃度，以達到增產目的；增施農家肥等有機肥，有機物被微生物分解，釋放二氧化碳，同時分解產生的小分子無機物為農作物提供無機鹽；將農作物大棚和養殖家畜的大棚相連通，以增加農作物的二氧化碳供應；及時給大棚通風，以增加二氧化碳供應，達到增產目的。
3．結合溫度對光合作用的影響，分析在生產上采取什么措施使農作物增產？
提示：白天適當提高溫度，以增強光合作用強度，促進農作物生長，夜晚適當降低溫度，以減少呼吸消耗。
課內探究·名師點睛
影響光合作用強度的因素及應用
(1)光照強度
①原理：光照強度通過影響植物的光反應，制約NADPH和ATP的產生，進而影響暗反應。
②曲線分析
A 光照強度為0，只進行細胞呼吸，CO2的釋放速率可代表細胞呼吸速率
A～B段 隨光照強度增加，光合作用強度也逐漸增強，但細胞呼吸強度大于光合作用強度
B點 該點對應的光照強度為光補償點，此時光合作用強度等于細胞呼吸強度
B～C段 隨光照強度不斷增加，光合作用強度也不斷增強，此段光合作用強度大于細胞呼吸強度
C點 該點對應的光照強度(d)為光飽和點，光合作用強度達到最大，C點以后光合作用強度不再增加的內部限制因素有色素含量、酶的數量等，外部因素是CO2濃度、溫度等除光照強度以外的其他環境因素
③應用：a.陰雨天，溫室大棚中適當提高光照強度可以增加光合作用強度；b.一般陰生植物的光補償點和光飽和點均較低，間作套種時應注意農作物的種類搭配，合理利用光能。
(2)CO2濃度
①原理：影響暗反應階段，制約C3的形成。
②曲線分析
a．走勢分析：圖甲和圖乙都表示在一定范圍內，光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大，但當CO2濃度增加到一定值后，光合作用速率不再繼續增大。
b．關鍵點分析：圖甲中A點時光合作用速率等于細胞呼吸速率，此時的CO2濃度稱為CO2補償點，圖乙中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度；圖甲和圖乙中的B和B′點都表示CO2飽和點。
③應用：a.大田生產時“正其行，通其風”；b.增施有機肥；c.溫室栽培農作物還可以使用CO2發生器與雞舍等相連。
(3)溫度
①原理：溫度通過影響與光合作用有關的酶的活性影響光合作用。
②曲線分析
A～B段 在B點之前，隨著溫度升高，光合作用速率增大
B點 B點對應溫度為相關酶的最適溫度，光合作用速率最大
B～C段 隨著溫度升高，相關酶的活性下降，光合作用速率減小，溫度過高時光合作用速率幾乎為零
③應用：a.適時播種；b.溫室栽培植物時，白天適當提高溫度，提高凈光合速率，夜間適當降溫，降低呼吸消耗，保證植物有機物的積累。
(4)水分
①原理：a.缺水會導致葉片氣孔關閉、限制CO2的吸收，間接影響光合作用；b.水是光合作用的原料，缺水可直接影響光合作用，使光合作用減弱。
②曲線分析
圖1表明在農業生產中，可根據作物的需水規律，合理灌溉。圖2曲線E處光合作用強度暫時降低，可能是因為溫度過高，蒸騰作用過強，部分氣孔關閉，影響了CO2的供應。
③應用：及時、合理灌溉。
(5)光質
①原理：光合作用強度與光質(不同波長的光)有關，在可見光光譜的范圍內，不同波長的光下，光合作用效率是不同的。白光是復合光，紅光、藍紫光下植物的光合作用強度較大，綠光下植物的光合作用強度最弱。
②應用
a．無色透明的塑料大棚，日光中各色光均能透過，有色塑料大棚主要透過同色光，其他光被吸收，所以溫室大棚用無色塑料薄膜最有效。
b．實驗中黑暗處理以消耗植物體內的有機物時，若需在有光條件下進行操作和觀察，最好選用發綠光的燈照明，而不選發紅光的燈或發其他光的燈，這樣對實驗影響最小。
(6)必需元素供應
①原理：必需元素影響酶、葉綠素、NADPH、ATP等的合成。在一定濃度范圍內，增加必需元素的供應，可提高光合作用速率，但當超過一定濃度后，植物會因土壤溶液濃度過高，發生滲透失水而萎蔫。
②應用：合理施肥可促進葉片面積增大，促進葉綠素合成，促進光合作用產物的運輸和轉化等，進而提高光合作用速率。
(7)葉齡
①原理：在一定范圍內，隨葉齡增加，葉面積增大，葉片的葉綠體、葉綠素含量增多，光合作用速率增強；隨葉齡繼續增加，當葉面積大小、葉綠體與葉綠素含量處于穩定狀態時，光合作用速率也基本穩定；隨葉齡再繼續增加(衰老時)，葉綠素含量減少，光合作用速率會下降。
②應用：農作物生長后期，適當摘除發黃的老葉，降低細胞呼吸對有機物的消耗。
(8)葉面積指數
①概念：葉面積指數又叫葉面積系數，指單位土地面積上植物葉片總面積，即葉面積指數＝葉片總面積/對應土地面積。
②曲線分析
A點以前 隨葉面積指數的不斷增大，光合作用實際量不斷增大
A點以后 隨葉面積指數的增大，光合作用實際量不再增大，原因是光照已被最大限度利用
B點以前 干物質量隨葉面積指數增大而增加
BC點之間 由于A點以后，光合作用實際量不再增大，但隨葉面積指數的不斷增大，葉片呼吸量不斷增加，所以干物質量不斷減少
③應用：適當修剪和合理密植。
(9)多因子對光合作用速率的影響
圖像
含義 P點及P點之前，限制光合作用速率的主要因素應為橫坐標所表示的因子，隨橫坐標所表示的因子的不斷加強，光合作用速率不斷提高；Q點之后，橫坐標所表示的因子不再是影響光合作用速率的主要因素
應用 溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當調高溫度，增大光合作用相關酶的活性，提高光合作用速率，也可同時充入適量的CO2進一步提高光合作用速率；當溫度適宜時，可適當提高光照強度和CO2濃度以提高光合作用速率
典例剖析
典例2 (2023·黑龍江哈爾濱六中高一上期末)某校生物興趣小組以玉米為實驗材料，研究不同條件下的光合作用速率和呼吸作用速率，繪制了如圖所示的四幅圖，圖中a點不可以表示光合作用速率與呼吸作用速率相等的是( A )
解析：圖A中光照條件下，植物既進行光合作用又進行呼吸作用，植物吸收CO2進行光合作用，積累有機物，故CO2吸收量代表凈光合作用量＝光合作用量－呼吸作用量，黑暗條件下，植物只進行呼吸作用，釋放CO2，消耗有機物，A符合題意；圖B中a點溫室內空氣中的CO2濃度不變，說明光合作用量＝呼吸作用量，B不符合題意；圖C中a點光合作用速率和呼吸作用速率曲線相交，說明光合作用量＝呼吸作用量，C不符合題意；圖D中在a點綠色植物既不吸收CO2，也不釋放CO2，說明光合作用量＝呼吸作用量，D不符合題意。
變式訓練 圖甲表示某植物在不同光照強度下單位時間內CO2釋放量和O2產生總量的變化。圖乙表示該植物在不同光照強度下單位時間內CO2吸收量或CO2釋放量。假設不同光照強度下細胞呼吸強度相等，下列敘述正確的是( B )
A．圖甲中，a點時該植物產生ATP的場所只有線粒體
B．圖甲中，c點時該植物光合作用速率與細胞呼吸速率相等
C．圖甲中的d點對應對乙中的h點，都代表該植物的光飽和點
D．若將環境中的CO2濃度增加，圖乙中的光飽和點一定會發生改變
解析： 圖甲中，a點時該植物只進行細胞呼吸，該植物產生ATP的場所有線粒體、細胞質基質，A錯誤；圖甲中，a點光照強度條件下，O2的產生總量為0，植物不進行光合作用，此時的CO2釋放量可表示呼吸速率，c點時O2的產生總量為6，即c點時該植物光合作用速率與細胞呼吸速率相等，B正確；圖甲顯示的O2產生總量反映的是真正光合作用的量，CO2釋放量＝呼吸作用CO2產生量－光合作用CO2消耗量，圖甲中d點只能說明此時光合作用速率>呼吸作用速率；而圖乙中的h點為光的飽和點，故d點不一定對應h點，C錯誤；若將環境中的CO2濃度增加，圖乙中的光飽和點不一定會發生改變，D錯誤。
一、光合作用、細胞呼吸曲線中關鍵點的移動
CO2(或光)補償點和飽和點的移動方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)補償點B是曲線與橫軸的交點，CO2(或光)飽和點C則是最大光合速率對應的CO2濃度(或光照強度)，位于橫軸上。
(1)呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點B應右移，反之左移；CO2(或光)飽和點C應左移，反之右移；D點應左下移，反之右上移。
(2)呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點B應右移，反之左移；CO2(或光)飽和點C應左移，反之右移。D點應左下移，反之右上移。
(3)與陽生植物相比，陰生植物CO2(或光)補償點和飽和點都應向左移動。
典例3 人參是陰生植物，常生長在以紅松為主的針闊混交林中。已知人參和紅松光合作用的最適溫度為25 ℃，呼吸作用的最適溫度為30 ℃。在25 ℃條件下人參和紅松光合速率與呼吸速率比值(P/R)隨光照強度的變化曲線如圖。下列敘述正確的是( C )
A．光照強度為a時，每日光照12小時，人參可正常生長而紅松不能
B．光照強度為c時，人參和紅松光合作用合成有機物的量相等
C．在b點之后，限制人參P/R增大的主要外界因素是CO2濃度
D．若將環境溫度提高至30 ℃，其他條件不變，a點將左移
解析：光照強度為a時，對于人參(B)而言，光合作用速率與呼吸速率的比值(P/R)為1，白天12小時沒有積累有機物，晚上進行呼吸作用消耗有機物，一晝夜干重減少，因此人參和紅松均不能正常生長，A錯誤；c點代表人參和紅松的光合作用速率與呼吸速率的比值(P/R)相等，并不能代表人參和紅松光合作用合成有機物的量相等，B錯誤；影響光合作用的外界因素主要是溫度、光照強度、CO2濃度，而b點為人參的光飽和點，溫度為光合作用的最適溫度為25 ℃，因此在b點之后，限制人參P/R增大的主要外界因素是CO2濃度，C正確；若將環境溫度提高至30 ℃，人參的光合作用會減弱，呼吸作用會增強，所以其他條件不變，a點將右移，D錯誤。故選C。
二、光合速率的測定
1．裝置圖法
(1)裝置中溶液的作用
在測細胞呼吸速率時，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在測凈光合速率時NaHCO3溶液可提供CO2，能保證容器內CO2濃度的恒定。
(2)測定原理
①甲裝置：在黑暗條件下植物只進行細胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細胞呼吸產生的CO2，所以單位時間內紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
②乙裝置：在光照條件下植物進行光合作用和細胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內CO2濃度的恒定，所以單位時間內紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率。
③真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。
(3)測定方法
①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算呼吸速率。
②將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算凈光合速率。
③根據呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。
(4)物理誤差的校正
為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。
2．葉圓片稱重法
測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。
凈光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
3．黑白瓶法
“黑白瓶”問題是一類通過凈光合作用強度和有氧呼吸強度推算總光合作用強度的試題，其中“黑瓶”不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒有初始值兩種情況，規律如下：
規律1：有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。
規律2：沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現有量與黑瓶中測得的現有量之差即總光合作用量。
4．半葉法
如圖所示，將植物對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不作處理)，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。一定時間后，在這兩部分葉片的對應部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，記為MA、MB，開始時二者相應的有機物含量應視為相等，照光后的葉片重量大于暗處的葉片重量，超過部分即為光合作用產物的量，再通過計算可得出光合速率。
典例4 (2023·山東煙臺期末診斷)某興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置若干組，在室溫25 ℃下進行了一系列的實驗，下列對實驗條件及結果的敘述錯誤的是( C )
A．若X溶液為CO2緩沖液并給予光照，液滴移動距離可表示凈光合作用強度大小
B．若要測真正光合作用強度，需另設一裝置遮光處理，X溶液為NaOH溶液
C．若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細胞呼吸時，液滴右移
D．若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為脂肪時，液滴左移
解析：當給予光照時，裝置內植物既進行光合作用也進行呼吸作用，CO2緩沖液可保持裝置內CO2濃度不變，那么液滴移動距離表示凈光合作用釋放O2的多少，A正確；真光合作用強度＝凈光合作用強度＋呼吸作用強度，測呼吸作用強度需另設一裝置，遮光處理(植物不能進行光合作用)，為排除有氧呼吸產生的CO2的干擾，X溶液為NaOH溶液，那么測得的液滴移動距離表示有氧呼吸消耗O2的量，B正確；若X溶液為清水并給予光照，光合作用時，裝置內植物光合作用吸收的CO2量＝釋放的O2量，植物有氧呼吸吸收的O2量＝釋放的CO2量，液滴不移動，C錯誤；若X溶液為清水并遮光處理，開始一段時間內，植物進行有氧呼吸，消耗的底物為脂肪時，其氧化分解消耗O2的量大于產生CO2的量，液滴向左移動，D正確。
典例5 某研究小組為測定不同光照條件下黑藻的光合速率，將等量且生理狀態相同的黑藻植株，分裝于6對黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干凈湖水，分別置于六種不同的光照條件下，24 h后6對黑白瓶中溶氧量變化情況(不考慮其他生物)如下表。以下說法錯誤的是( C )
光照強度(klx) 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) －7 ＋0 ＋6 ＋8 ＋10 ＋10
黑瓶溶氧量(mg/L) －7 －7 －7 －7 －7 －7
A.可以根據黑瓶中溶氧量的變化來計算實驗條件下黑藻的呼吸速率
B．該實驗條件下光照強度為a時白瓶中的黑藻不能生長
C．白瓶中，當光照強度為d時，若其他條件不變，顯著降低CO2濃度，短時間內葉肉細胞中C5含量減少
D．可以根據白瓶中溶氧量的變化計算不同光強下黑藻的凈光合速率
解析：由圖表分析可知，黑瓶中不能進行光合作用，只能進行細胞呼吸，其中溶解氧的減少代表水體中生物的呼吸速率，不考慮其他生物，因此可以根據黑瓶中溶氧量的變化來計算實驗條件下黑藻的呼吸速率，A正確；表中光照強度為a時，白瓶中溶解氧變化量為0，說明此時黑藻的凈光合速率為0，因此，該光照條件下的黑藻不能生長，B正確；白瓶中，當光照強度為d時，若其他條件不變，顯著降低CO2濃度，則會導致C5的消耗減少，而C3的還原過程基本不變，因此，短時間內葉肉細胞中C5含量增加，C錯誤；綜合分析可知，白瓶中溶氧量的變化代表黑藻的凈光合速率，因此可根據白瓶中溶氧量的變化計算不同光強下黑藻的凈光合速率，D正確。
三、自然環境及密閉容器中光合作用變化的模型
圖甲為自然環境中一晝夜CO2吸收和釋放變化曲線，圖乙為密閉玻璃罩內CO2濃度與時間關系曲線。
圖甲：夏季一晝夜CO2吸收和釋放變化曲線 圖乙：密閉玻璃罩內CO2濃度與時間的關系曲線
b點：凌晨2～4時，溫度降低，細胞呼吸減弱，CO2釋放減少。c點：有微弱光照，植物開始進行光合作用。cd段：光合速率小于呼吸速率。d點：上午7時左右，光合速率等于呼吸速率。dh段：光合速率大于呼吸速率。f點：溫度過高，部分氣孔關閉，出現“光合午休”現象。h點：下午6時左右，光合速率等于呼吸速率。hi段：光合速率小于呼吸速率。ij段：無光照，光合作用停止，只進行細胞呼吸 AC段：無光照，植物只進行細胞呼吸。AB段：溫度降低，細胞呼吸減弱。CD段：4時后，有微弱光照，開始進行光合作用，但光合作用強度小于細胞呼吸強度。D點：隨光照增強，光合作用強度等于細胞呼吸強度。DH段：光合作用強度大于細胞呼吸強度。其中EF段出現“光合午休”現象。H點：隨光照減弱，光合作用強度下降，此時光合作用強度等于細胞呼吸強度。HJ段：光照繼續減弱，光合作用強度小于細胞呼吸強度，直至光合作用完全停止
(1)有關有機物變化情況的分析(圖甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是曲線與橫縱坐標圍成的面積)
①能進行光合作用制造有機物時間段：ci段；消耗有機物時間段：aj段。
②積累有機物時間段：dh段；一天中有機物積累最多的時間點：h點。
③光補償點：d點和h點。
④圖甲：一晝夜有機物積累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。
(2)相對密閉環境中，一晝夜植物體內有機物總量變化分析(圖乙)
積累量可用J點與A點對應的CO2濃度的差值表示，據此可判斷24小時該植物是否積累有機物。
①如果J點低于A點，說明經過一晝夜，光合作用制造的有機物多于細胞呼吸消耗的有機物(光合作用CO2固定量大于細胞呼吸CO2產生量)，植物體內的有機物總量增加。
②如果J點高于A點，說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量減少。
③如果J點等于A點，說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量不變。
典例6 　如圖是密閉大棚內番茄在24小時測得的CO2含量和CO2吸收速率的變化曲線圖。下列有關敘述錯誤的是( D )
A．a點CO2釋放量減少可能是由于溫度降低使細胞呼吸減弱
B．d點時光合速率雖有所下降，但仍大于呼吸速率
C．如果N點低于M點，說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量增加
D．番茄通過光合作用制造有機物的時間是ce段
解析： a點之后CO2的釋放量又增加，可推測a點是溫度降低導致細胞呼吸減弱，CO2釋放量減少，A正確；d點時氣溫高，蒸騰作用過強導致部分氣孔關閉，CO2供應不足，光合速率下降，但凈光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正確；番茄通過光合作用制造有機物的時間是bf段，ce段屬于有機物的積累階段，D錯誤。
學霸記憶
1.在一定范圍內，隨著光照強度或CO2濃度的增大，光合速率逐漸增大，但超過一定范圍后，光合速率不再增大。
2．提高光合作用強度的兩種措施是：①控制光照強弱和溫度的高低；②適當增加環境中的CO2濃度。
3．能夠以二氧化碳和水為原料合成糖類的生物，屬于自養生物；只能利用環境中現成有機物來維持自身生命活動的生物，屬于異養生物。
4．化能合成作用是指生物利用某些無機物氧化時釋放的化學能合成有機物的作用。
5．硝化細菌是進行化能合成作用的典型生物。
1．某研究小組進行了探究環境因素對某植物光合作用影響的實驗，實驗結果如圖所示。下列分析正確的是( D )
A．若將CO2濃度改為溫度，則此關系也成立
B．若e點為正常植物的光飽和點，則b－c段影響光合作用速率的環境因素主要有光照強度、CO2濃度、溫度
C．圖中c、d兩點相比，c點植物葉肉細胞中C3的含量要低一些
D．圖中a、c兩點相比，c點時植物葉肉細胞中參與C3還原的NADPH和ATP多
解析：圖中CO2濃度1大于CO2濃度2，若將CO2濃度改為溫度，溫度影響酶的活性，所以溫度和光合作用的強度并不是線性關系，則此關系不一定成立，A錯誤；若e點為正常植物的光飽和點，即達到e后，光合作用的速率不再隨著光照強度的增加而上升，b－c段影響光合作用速率的主要環境因素則不包含光照強度，B錯誤；圖中c、d兩點相比，d點二氧化碳濃度更低，二氧化碳固定速率更慢，植物葉肉細胞中C3的含量要低一些，C錯誤；a點植物比c點時光照強度更弱，光反應速率更慢，產生用于C3還原的NADPH和ATP更少，D正確。故選D。
2．湖北咸寧是中國桂花之鄉，“桂鄉”美名享譽全國，桂花以其獨特的香氣深受人們喜愛。下圖為某科研小組測定其在不同光照條件下的凈光合速率，下列有關說法錯誤的是( C )
A．桂花的葉綠體中有大量由類囊體堆疊而成的基粒，極大地擴展了受光面積
B．若適當提高溫度，光合作用的增加值小于細胞呼吸的增加值，則光補償點右移
C．曲線與橫坐標的交點處，凈光合速率為0，說明光照強度太低，桂花不進行光合作用
D．為了促進桂花幼苗的快速生長，苗木培育工作者可在夜間適當補充紅色或者藍紫色光源
解析： 光合色素分布在類囊體薄膜上，葉綠體內有大量由類囊體堆疊而成的基粒，極大地擴展了受光面積，A正確；光補償點時光合作用與細胞呼吸強度相等，若適當提高溫度，光合作用的增加值小于細胞呼吸的增加值，則應給予更強的光照才能使光合作用與細胞呼吸強度相等，故光補償點應向右移動，B正確；曲線與橫坐標的交點處，凈光合速率為0，此時光合作用和細胞呼吸強度相等，C錯誤；葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光，在夜間適當補充紅色或者藍紫色光源，可以促進桂花幼苗的快速生長，D正確。
3．圖甲表示A、B兩種植物光合速率隨光照強度改變的變化曲線，圖乙表示將A植物放在不同濃度的CO2環境條件下，A植物光合速率受光照強度影響的變化曲線。請分析回答下列問題：
(1)在較長時間連續陰雨的環境中，生長受到顯著影響的植物是_A__。
(2)圖甲中的a點表示_A植物的細胞呼吸速率__，如果用缺鎂的培養液培養A植物幼苗，則b點的移動方向是_向右__。
(3)葉綠體中ADP的移動方向是從_葉綠體基質__向_類囊體薄膜__方向移動；下圖與c點相符合的是_D__。
(4)e點與d點相比較，e點時葉肉細胞中C3的含量_低__(填“高”“低”或“基本一致”，下同)；e點與f點相比較，e點時葉肉細胞中C3的含量_高__。
(5)當光照強度為g時，比較植物A、B的有機物積累速率M1、M2的大小和有機物合成速率N1、N2的大小，結果分別為M1_＝__M2、N1_>__N2(填“>”“<”或“＝”)。
(6)增施農家肥可以提高光合速率的原因是①_農家肥被微生物分解后為農作物提供二氧化碳__；②_農家肥被微生物分解后為農作物提供礦質元素__。
解析：(1)根據題意分析可知，圖甲中A代表的是陽生植物，B代表的是陰生植物，因此在較長時間連續陰雨的環境中，生長受到顯著影響的植物是A。
(2)據題圖分析可知，圖甲中a點對應的光照強度為0，此時植物細胞不進行光合作用，因此該點表示A植物的細胞呼吸速率；鎂是構成葉綠素的重要元素，如果用缺鎂的完全營養液培養A植物幼苗，A植物葉綠素的含量降低，光合作用強度減弱，而細胞呼吸強度不變，因此其光補償點將升高，即b點將右移。
(3)根據光合作用過程分析，在葉綠體基質中進行暗反應，發生ATP水解產生ADP和Pi的過程，而ADP合成ATP的過程發生在類囊體薄膜上，因此葉綠體中ADP由葉綠體基質向類囊體薄膜移動；圖甲中c點為光飽和點，此時光合作用強度大于細胞呼吸強度，對應于圖D。
(4)e點與d點相比較，CO2濃度相同，但是e點光照強度大，光反應產生的ATP和NADPH多，C3還原速率快，而CO2固定產生的C3不變，因此e點細胞中C3含量低；e點與f點相比較，光照強度相同而CO2濃度不同，e點CO2濃度高于f點，CO2固定產生的C3多，光反應產生的NADPH和ATP數量不變，C3被還原速率不變，因此e點細胞中C3含量高。
(5)分析題圖可知，光照強度為g時，植物A、B凈光合作用強度的曲線相交于一點，說明A、B的有機物積累速率M1、M2相等；由于植物A的細胞呼吸強度大于植物B，因此實際光合作用強度是N1>N2。
(6)農家肥含有豐富的有機物，被分解者分解形成二氧化碳、無機鹽等無機物，二氧化碳可以為光合作用提供原料而提高光合作用的強度進而提高農作物的產量，無機鹽可以為植物提供礦質營養進而增加農作物的產量。第1課時　酶的作用和本質
課標要求
1．概述酶的作用和本質。
2．通過對有關酶實驗的分析，學會控制變量和設計對照實驗。
核心素養
1．生命觀念——結構與功能觀：酶的功能是由其獨特的空間結構決定的。
2．科學探究——實驗思路及設計：能夠根據實驗目的，設計比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗，分析結果得出結論。
知識點一　酶在細胞代謝中的作用
必備知識·夯實雙基
1．酶的發現歷程
2．細胞代謝
(1)概念：細胞中每時每刻都進行著許多_化學反應__，統稱為細胞代謝。
(2)實例
①兩分子單糖脫水縮合形成_二糖__，葡萄糖脫水縮合形成淀粉。
②三分子脂肪酸與一分子甘油發生反應形成_三酰甘油__。
(3)意義：細胞生命活動的基礎。
3．酶在細胞代謝中的作用
(1)實驗——比較過氧化氫在不同條件下的分解
①實驗原理：新鮮的肝臟中含有較多的_過氧化氫酶__，H2O2H2O＋O2。
②實驗過程和現象
試管編號 1 2 3 4
相同處理 向4支試管中分別加入2 mL3%的H2O2溶液
不同處理 不處理 放在90 ℃左右的水浴中加熱 滴入2滴Fe Cl3溶液，立即將點燃的衛生香放在試管內液面的上方 滴入_2滴__肝臟研磨液，立即將點燃的衛生香放在試管內液面的上方
現象 氣泡 基本無 _少__ 較多 _很多__
點燃的衛生香 — — _復燃但不明顯__ _復燃明顯__
③實驗結論
Ⅰ.加熱、FeCl3和過氧化氫酶都可以_加快__反應速率。
Ⅱ.與無機催化劑FeCl3相比，過氧化氫酶的催化效率_更高__。
(2)科學方法——控制變量和設計對照實驗
①實驗中的變量
項目 含義 上述實驗中實例
自變量 實驗中_人為控制的對實驗對象進行處理__的因素 不同條件的處理(加熱、_FeCl3溶液__和_肝臟研磨液__)
因變量 因_自變量__改變而變化的變量 _過氧化氫分解速率__
無關變量 除自變量外，實驗過程中對_實驗結果__造成影響的可變因素 溶液的體積、肝臟研磨液的新鮮程度、反應時間等
②對照實驗
Ⅰ.概念：除作為_自變量__的因素外，其余因素(無關變量)都_保持一致__，并將結果進行比較的實驗。
Ⅱ.基本要求：設置_對照組和實驗組__。對照組是指未經實驗因素處理的、實驗結果已知的組別(也叫常態組)，實驗組是指經實驗因素處理的，人為改變條件的、實驗結果未知的組別。
例如：上述實驗中1號試管在實驗中的作用就是對照(空白對照)，2號、3號和4號試管是實驗組。
Ⅲ.實驗的原則：單一變量原則，即除了作為_自變量__的因素不同外，實驗組和對照組的其余因素(無關變量)都_相同__且適宜。
4．酶的作用原理
(1)活化能：分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。
(2)酶作用機理(實質)：_降低反應的活化能__，同無機催化劑相比，酶_降低活化能__的作用更顯著，因而催化效率更高。
(3)酶降低化學反應活化能的圖解
①曲線Ⅱ：_無催化劑催化的__反應曲線。
②曲線Ⅰ：_有酶催化的__反應曲線。
③AC段：在無催化劑的條件下，反應所需要的活化能。
④AB段：酶_降低的活化能__。
⑤若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則B點在縱坐標上將向_上__移動。
(4)酶作用的意義：由于酶的催化作用，細胞代謝才能在較溫和條件下快速有序地進行。
活學巧練
1.細胞代謝只能產生對細胞有用的物質。( × )
2．加熱、無機催化劑和酶都能降低化學反應的活化能。( × )
3．無關變量是對實驗沒有影響的變量。( × )
4．酶通過給反應物提供能量加快反應速率。( × )
深入探討
比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗中，2號試管與3、4號試管能不能形成對照，為什么？
提示：不能，原因是2號試管與3、4號試管之間不符合單一變量原則。
課內探究·名師點睛
1．“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗注意事項
(1)肝臟最好是新鮮的，否則會因酶的數量減少和活性降低影響實驗效果。
(2)過氧化氫溶液最好現配現用，因過氧化氫在常溫下會慢慢分解，長時間放置會導致過氧化氫濃度不準確，影響實驗效果。
(3)取液時，不能混用膠頭滴管，避免試劑混雜，影響實驗結果。
2．加熱與加催化劑的作用機理比較
(1)加熱：給化學分子提供能量。
(2)酶與無機催化劑的共性
①降低化學反應的活化能，使反應速率加快，縮短達到平衡點的時間。
②反應前后性質、數量不變。
③只改變反應速率，不改變反應平衡點。
典例剖析
典例1 下圖表示“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗，下列有關分析合理的是( C )
A．本實驗的自變量只是催化劑的不同
B．本實驗的無關變量有溫度和酶的用量等
C．1號與2號、1號與4號可分別構成對照實驗
D．分析1號、2號試管的實驗結果可知加熱能降低反應的活化能
解析： 1號試管是對照組，2號、3號和4號試管分別進行的操作是加熱、加無機催化劑、加酶，這些處理就是自變量，因此該實驗的自變量是溫度和催化劑的種類，A錯誤；除自變量外，實驗過程中存在的會影響實驗現象或結果的因素或條件稱為無關變量，過氧化氫的濃度、溶液體積、反應時間、酶的用量等是無關變量，而溫度是自變量之一，B錯誤；1號與2號對照，可說明加熱能促進過氧化氫分解，1號與4號對照，可得出過氧化氫酶能催化過氧化氫分解，C正確；加熱能使過氧化氫分子從常態轉變成容易反應的活躍狀態，不是降低反應的活化能，D錯誤。
變式訓練 如圖所示，①表示有酶催化的反應曲線，②表示沒有酶催化的反應曲線，E表示酶降低的活化能，正確的圖解是( C )
解析： 由于酶的作用是降低化學反應的活化能，①表示有酶催化的反應曲線，②表示沒有酶催化的反應曲線，故①比②曲線的峰值要低，且①②曲線峰值的差值表示降低的活化能E，C正確。
知識點二　酶的本質
必備知識·夯實雙基
1．酶本質的探索歷程
(1)巴斯德之前：發酵是一個純化學過程，與生命活動無關。
(2)巴斯德與李比希的爭論
(3)畢希納(德國)：獲得含有釀酶的提取液，但未能分離鑒定出酶。
(4)薩姆納(美國)：1926年用丙酮提取出了刀豆種子中的脲酶，后用多種方法證明脲酶是_蛋白質__。
(5)切赫和奧特曼(美國)：20世紀80年代，發現少數_RNA__也具有催化功能。
2．酶的概念
酶是活細胞產生的具有_催化作用__的有機物，其中絕大多數酶是_蛋白質__，少數是_RNA__。
活學巧練
1.酶是活細胞產生的，只能在細胞內起作用。( × )
2．所有的酶都是在核糖體上合成的。( × )
3．酶具有催化、調節等多種功能。( × )
深入探討
薩姆納獲得的脲酶結晶究竟是什么物質？結合你學的知識給出一種可行的鑒定方法。
提示：蛋白質；利用雙縮脲試劑進行鑒定。
課內探究·名師點睛
酶的本質和作用
化學本質 絕大多數是蛋白質 少數是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成場所 核糖體 細胞核(主要)
實驗驗證 實驗組 待測酶液＋雙縮脲試劑→是否出現紫色反應 待測酶液＋吡羅紅染液→是否出現紅色
對照組1 蛋白質樣液＋雙縮脲試劑→出現紫色反應 RNA樣液＋吡羅紅染液→出現紅色
對照組2 待測酶液不再具有催化能力 待測酶液不再具有催化能力
來源 一般活細胞中均能產生
生理功能 具有生物催化功能
作用機理 降低化學反應的活化能
典例剖析
典例2 酶是由活細胞產生的。下列關于酶的敘述中，正確的一組是( A )
①酶是一類具有生物催化作用的蛋白質 ②酶在代謝中只能起催化作用 ③酶在化學反應前后種類和數量都不會發生改變 ④酶之所以能夠改變化學反應速率，是因為提供了化學反應所需的活化能 ⑤只要條件適宜，酶在生物體外也能催化相應的化學反應
A．②③⑤ B．①②④
C．①③⑤ D．②③④
[解析]　 大部分酶是蛋白質，但少數酶是RNA，①錯誤；酶的作用是催化，作用機理是降低化學反應的活化能，但自身在反應前后種類和數量不發生改變，②③正確、④錯誤；酶在生物體內外都可以發揮作用，⑤正確。
變式訓練 下列有關酶的敘述，正確的是( B )
A．酶的數量因參與化學反應而減少
B．酶的基本組成單位是氨基酸或核糖核苷酸
C．同一生物體不同細胞內的各種酶催化反應各不相同
D．任何一個活細胞都能產生酶，酶在細胞內才起催化作用
解析：酶的數量不會隨著化學反應而變化；絕大多數酶屬于蛋白質，少數酶為RNA，故酶的基本組成單位為氨基酸或核糖核苷酸；同一生物體不同細胞內的酶有相同種類，如呼吸酶，它們催化的反應是相同的；酶是活細胞產生的具有生物催化作用的有機物，除特殊情況下活細胞均能產生酶，酶可以在細胞內或細胞外起催化作用。
科學方法：控制變量和設計對照實驗
1．變量：實驗過程中的變化因素稱為變量。
2．對照實驗
①含義：除作為自變量的因素外，其余因素(無關變量)都保持一致，并將結果進行比較的實驗。
③實驗設計原則
a．對照原則：設計對照實驗，既要有對照組又要有實驗組。
b．單一變量原則：實驗設計時只有一個自變量，且無關變量在對照組和實驗組中均要保持一致且適宜。
c．等量性原則：指除單一變量可以變化外，其他的實驗條件應是一樣的，如所用試劑量要相同、放在相同條件下培養、取長勢相同的植物培養等。
典例3 下表是有關淀粉酶的探究實驗，“＋”表示加，“－”表示不加。下列敘述正確的是( D )
試管編號 1 2
2 mL3%淀粉溶液 ＋ －
2 mL 3%蔗糖溶液 － ＋
1 mL2%淀粉酶溶液 ＋ ＋
結果檢測 滴加斐林試劑并水浴加熱
實驗結果 磚紅色 無磚紅色
A.實驗的目的是探究pH對淀粉酶活性的影響
B．能用碘液對實驗的結果進行檢測
C．實驗中的自變量是催化劑的種類
D．實驗結果說明淀粉酶具有專一性
解析： 分析圖表信息可知，該實驗中的單一變量為底物的種類而不是pH，故實驗目的不是探究pH對淀粉酶活性的影響，A、C錯誤；本實驗不可用碘液對實驗結果進行檢測，因為不管淀粉酶能否催化蔗糖分解，溶液都不變色，B錯誤；實驗結果為淀粉酶催化淀粉水解生成的還原糖，可與斐林試劑發生反應生成磚紅色沉淀，而蔗糖一組不能發生反應，說明淀粉酶具有專一性，D正確。
學霸記憶
1.細胞代謝是細胞中化學反應的總稱。
2．酶是生物催化劑，其催化原理是降低化學反應的活化能。
3．酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，絕大多數是蛋白質，少數是RNA。
1．如圖曲線表示物質A生成物質P的化學反應，分別為無催化條件和有酶催化條件下的能量變化過程。下列相關敘述正確的是( D )
A．ab段表示在有酶催化條件下，使物質A生成物質P反應發生需要的活化能
B．ad段表示在無催化劑催化條件下，使物質A生成物質P反應發生需要的活化能
C．若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則b在縱軸上將向下移動
D．若只改變反應的溫度或pH條件，則圖中曲線的原有形狀可發生改變
解析：根據圖中曲線、文字說明和酶的作用原理可知bc段表示在有酶催化條件下，使物質A生成物質P反應時需要的活化能；根據活化能概念可知，ac段表示無催化劑時所需的活化能；無機催化劑催化效率低，降低的活化能少，b應向上移動；溫度或pH影響酶的活性甚至會使酶喪失活性，因此會改變化學反應所需的活化能，因此改變溫度或pH，則圖中曲線的形狀也會改變，所以D正確，A、B、C錯誤。
2．(2023·蘭州一中高一期末)下列關于比較過氧化氫在不同條件下分解的實驗描述，正確的是( B )
A．分別往試管中加入兩滴肝臟研磨液、FeCl3溶液，保證了催化劑用量相等
B．該實驗的自變量是高溫、FeCl3溶液和肝臟研磨液，因變量是H2O2的分解速率
C．實驗的溫度、底物的量等都能影響實驗的結果，都是該實驗的自變量
D．通過該對比實驗，證明酶具有高效性
解析：每滴FeCl3溶液中的Fe3＋數大約是每滴肝臟研磨液中的過氧化氫酶分子數的25萬倍，分別往試管中加入兩滴肝臟研磨液、FeCl3溶液，保證了加入溶液的量相等，但催化劑的用量并不相等，A錯誤；該實驗的自變量是高溫、FeCl3溶液和肝臟研磨液等處理條件，因變量是H2O2的分解速率，B正確；實驗的溫度、底物的量等都能影響實驗的結果，都是該實驗的無關變量，C錯誤；該實驗并不都是實驗組，還設置有對照組，不是對比實驗，D錯誤；故選B。
3．(2023·湖南雨花高一期末)某校生物興趣小組為探究影響酶活性的因素而設計了以下實驗方案。請分析后回答下列問題：
試管 底物和試劑 實驗條件
甲 1 cm3蛋白塊＋4 mL胃蛋白酶溶液 37 ℃水溶液
乙 1 cm3蛋白塊＋4 mL胃蛋白酶溶液 70 ℃水溶液
丙 1 cm3蛋白塊＋4 mL胃蛋白酶溶液 0 ℃水溶液
(1)該實驗中，pH屬于_無關__變量，所以三支試管的pH應_保持一致且適宜。
(2)甲、乙、丙三支試管中，酶活性最高的是_甲__試管。
(3)如將實驗的材料換為新鮮肝臟研磨液和H2O2溶液，此設計不科學，其理由是_H2O2在加熱的條件下會分解__。
(4)如果直接選用雙縮脲試劑來檢測實驗結果，此設計也不合理，理由是_胃蛋白酶是蛋白質，也會與雙縮脲試劑反應出現紫色現象__。
解析：(1)該實驗的自變量是溫度，pH屬于無關變量，無關變量應保持一致且適宜。(2)探究胃蛋白酶活性可以用相同的時間內蛋白塊體積的變化表示，相同時間內蛋白塊體積減小多，說明酶活性高。甲、乙、丙三支試管中，37 ℃下酶活性最高，故酶活性最高的是甲試管。(3)由于過氧化氫本身隨溫度升高，分解速率加快，因此不能將實驗材料換成新鮮的肝臟研磨液和H2O2溶液。(4)胃蛋白酶本身是蛋白質，可以與雙縮脲試劑反應出現紫色現象，因此不能直接選用雙縮脲試劑檢測實驗結果。第1課時　捕獲光能的色素和結構
課標要求
1．理解實驗“綠葉中色素的提取和分離”的原理和方法，掌握基本操作技能。
2．掌握綠葉中色素的種類和作用，明確葉綠體的結構和功能。
核心素養
1．生命觀念——結構與功能觀：葉綠體的結構尤其是基粒大大擴展了膜面積，與光合作用的功能相適應。
2．科學探究——實驗思路及設計：科學設計提取和分離色素的實驗步驟，注意每個操作步驟的規范性。
知識點一　捕獲光能的色素對應學生用書學案P102
必備知識·夯實雙基
1．綠葉中色素的提取和分離
2．色素的含量和種類
活學巧練
1.在綠葉中色素的提取實驗中加入二氧化硅可以防止破壞葉綠素。( × )
2．葉綠體中進行光合作用所需的酶分布于內膜、基質和類囊體。( × )
3．綠葉中含量越多的色素，其在濾紙條上擴散得越快。( × )
深入探討
色素的提取非常成功，但層析后濾紙條上色素帶非常模糊，其原因可能有哪些？
提示：①畫濾液細線次數太少。②濾液細線觸及層析液，且時間較長，色素溶解到層析液中。
課內探究·名師點睛
捕獲光能的色素
1．綠葉中色素的功能和合成
(1)功能：色素可以吸收、傳遞和轉化光能。
(2)影響葉綠素合成的因素
葉綠素的合成易受光照、溫度和礦質元素等因素影響。
①光照：光是影響葉綠素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而黑暗條件下葉片發黃。
②溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的合成。低溫時，葉綠素分子易被破壞，葉片發黃。
③礦質元素：葉綠素中含N、Mg等元素，若缺少這些元素，將導致葉綠素無法合成，老葉先變黃。另外，Fe是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，缺Fe也將導致葉綠素合成受阻，幼葉先變黃。
2．實驗結果——有關色素帶的分析
(1)從色素帶的位置可知，各種色素在層析液中溶解度的高低依次為：胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b。(記憶口訣：胡、黃、a、b)
(2)從色素帶的寬度可知，各種色素的含量一般情況下為：葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。
3．注意事項及原因分析
過程 注意事項 原因分析
提取色素 選新鮮綠色的葉片 使濾液中色素含量高
研磨時加無水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3 研磨充分和保護色素
迅速、充分研磨 減少乙醇揮發，充分溶解色素
盛放濾液的試管口加棉塞 減少乙醇揮發和色素氧化
分離色素 濾紙預先干燥處理 使層析液在濾紙上快速擴散
濾液細線要直、細、勻 使分離出的色素帶平整不重疊
濾液細線干燥后再重畫一到兩次 增加色素附著量使分離出的色素帶清晰分明
濾液細線不觸及層析液 防止色素直接溶解到層析液中
典例剖析
典例1 (2023·遼寧遼河油田第一高級中學高一期末)下列是新鮮綠葉的四種光合色素在濾紙上分離的情況，以下說法正確的是( C )
A．甲、乙、丙、丁依次表示胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b
B．四種色素都能溶解在層析液中，乙色素的溶解度最大
C．水稻在收獲時節，葉片中色素量的變化是(甲＋乙)<(丙＋丁)
D．提取色素時加入碳酸鈣是為了研磨充分
解析： 甲、乙、丙、丁依次表示葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，A錯誤；四種色素都能溶解在層析液中，丁色素的溶解度最大，B錯誤；水稻在收獲時節，葉綠素含量較低，所以(甲＋乙)＜(丙＋丁)，C正確；提取色素時加入二氧化硅為了研磨充分，加入碳酸鈣為了保護色素，D錯誤。故選C。
變式訓練 (2023·江蘇省鎮江市高一質檢)在“綠葉中色素的提取和分離”的實驗中，加入碳酸鈣的目的是( D )
A．溶解色素 B．使研磨更加充分
C．分離色素 D．防止色素被破壞
解析：在綠葉中色素的提取和分離的實驗中，溶解色素的是無水乙醇或丙酮，A錯誤；實驗中加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分，B錯誤；分離色素的是層析液，C錯誤；加入碳酸鈣的目的是防止色素被破壞，D正確。
知識點二　葉綠體的結構和功能
必備知識·夯實雙基
1．葉綠體的結構
2．葉綠體的功能：進行_光合作用__的場所。
活學巧練
1.沒有葉綠體的生物無法進行光合作用。( × )
2．植物細胞都含有葉綠體。( × )
3．在真核細胞內，能進行光合作用的色素分布在葉綠體以及液泡中。( × )
深入探討
1.在大棚種植時一般選用哪種顏色的薄膜？為什么？
提示：一般選用無色透明的薄膜，因為能夠透過各種單色光。
2．陰天時，為了增加蔬菜的產量，在功率相同的情況下，應該選擇什么顏色(藍紫光或紅光/白光)的照明燈為蔬菜補充光源？為什么？
提示：藍紫光或紅光。在照明燈功率相同的情況下，用發藍紫光或紅光的照明燈，植物利用光能的效率最高。
課內探究·名師點睛
葉綠體的結構適于進行光合作用
1．葉綠體中色素的吸收光譜
色素種類 吸收光 吸收光譜圖示
葉綠素(含量約占3/4) 葉綠素a(藍綠色) 吸收紅光和藍紫光
葉綠素b(黃綠色) 吸收紅光和藍紫光
類胡蘿卜素(含量約占1/4) 胡蘿卜素(橙黃色) 吸收藍紫光
葉黃素(黃色) 吸收藍紫光
2.葉綠體的結構及功能
(1)結構
①雙層膜：分為內膜和外膜，其主要功能是控制物質進出葉綠體。
②基粒：由囊狀結構堆疊而成，這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。
③基質：在基粒與基粒之間充滿基質，基質中含有與光合作用有關的酶。
(2)功能
葉綠體內的基粒和類囊體擴展了受光面積，含有許多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。
3．葉綠體功能的驗證實驗
(1)實驗過程及現象
(2)實驗結論
①葉綠體是進行光合作用的場所。
②O2是由葉綠體釋放的。
(3)實驗設計巧妙之處
①實驗材料選擇水綿和好氧細菌：水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
②沒有空氣的黑暗環境：排除了氧氣和光的干擾。
③用極細的光束點狀投射：葉綠體上可分為獲得光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗。
④進行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對照實驗：明確實驗結果完全是由光照引起的。
知識貼士
(1)光合作用的酶分布在類囊體的薄膜上和基質中，但光合色素只分布在類囊體的薄膜上。
(2)葉綠體以囊狀結構堆疊成基粒的方式增大膜面積，而線粒體以內膜向內腔折疊形成嵴的方式增大膜面積。
典例剖析
典例2 如圖為葉綠體結構示意圖，下列敘述不正確的是( C )
A．①具有選擇透過性
B．吸收光能的色素分布在②上
C．與光合作用有關的酶只分布在③中
D．葉綠體具有雙層膜
解析：與光合作用有關的酶分布在②③。
變式訓練 德國科學家恩格爾曼設計了一個實驗研究光合作用的吸收光譜。他將三棱鏡產生的散射光投射到絲狀水綿體上，并在水綿懸液中放入需氧細菌，觀察細菌的聚集情況(如圖所示)。他由實驗結果得出光合作用在紅光區和藍紫光區最強。這個實驗的思路是( B )
A．細菌對不同的光反應不一，細菌聚集多的地方，細菌光合作用強
B．需氧細菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強
C．需氧細菌聚集多的地方，產生的有機物多，水綿光合作用強
D．需氧細菌大量消耗O2，使水綿的光合速率大幅度加快
解析： 細菌不能進行光合作用，該實驗中進行光合作用的是水綿，A錯誤；該實驗的設計思路是需氧細菌需要O2，水綿光合作用強的部位，產生的O2多，在O2含量多的地方需氧細菌的數量多，B正確、C錯誤；水綿光合速率的快慢與需氧細菌大量消耗O2無明顯關系，D錯誤。
1．不同顏色溫室大棚的光合效率
無色透明大棚中各色光均能透過，有色大棚主要透射同色光，其他光被其吸收，所以用無色透明薄膜的大棚光合效率更高，而葉綠素對綠光吸收最少，綠色的塑料薄膜的大棚光合效率最低。
2．光質與光合效率
(1)不同波長的光對光合效率的影響不同。光合效率大小為白光、紅光、藍紫光、橙黃光、綠光。葉綠體中的色素吸收最多的是藍紫光和紅光，在日光照射的基礎上，用紅色、藍紫色燈光可以提高光合效率。
(2)不同顏色的藻類吸收不同波長的光。水層對光波中的紅、橙部分的吸收明顯多于對藍、綠部分的吸收，即到達深水層的光線是相對富含短波長的光，吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水較深的地方。這是藻類對光照條件適應的一種表現。
典例3 大棚種植西蘭花能夠讓我們在寒冷的冬季也能享受其美味。為了增加其產量，大棚內照明燈的顏色和大棚的塑料薄膜顏色選擇最好的組合為( A )
A．藍紫光或紅光、無色透明
B．藍紫光或紅光、黃色透明
C．白光、黃色透明
D．白光、無色透明
解析：由于照明燈的功率是一定的，所以在相同的功率下，用藍紫光或紅光的照明燈，植物利用光能的效率更高；由于太陽光是一定的，所以用無色透明的塑料薄膜，植物獲得光能更多。
學霸記憶
1.無水乙醇能提取綠葉中的色素，層析液可分離色素。
2．用無水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在無水乙醇中。
3．不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。
4．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。
5．層析后濾紙條上自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。
6．葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。
7．色素分布于葉綠體類囊體薄膜上，而與光合作用有關的酶則分布于類囊體薄膜和葉綠體基質中。
1．(2022·河南省洛陽市高一)如圖是對菠菜葉片葉綠體色素分離的結果示意圖。下列相關分析正確的是( B )
A．將濾紙條剪去兩角的目的是方便層析液的吸附
B．①對應的色素在層析液中的溶解度最大
C．如果③④帶寬減小一定是忘記添加碳酸鈣
D．畫濾液細線前先用鉛筆畫細線能夠促進色素的層析
解析：制備濾紙條時要將濾紙條的一端剪去兩角，目的是使色素在濾紙條上擴散均勻，A錯誤；①對應的色素在層析液中的溶解度最大，所以在濾紙條上擴散的速度最快，處于濾紙條的最上端，B正確；如果③④(葉綠素)帶寬減小可能是忘記添加碳酸鈣，也可能是材料不新鮮，葉綠素含量減少，C錯誤；畫濾液細線前先用鉛筆畫細線，能夠使得濾液細線畫的細而直，D錯誤。
2．(2023·四川廣安高一期末)下圖是綠色植物光合作用過程中葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜圖。據圖分析下列敘述錯誤的是( C )
A．光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示
B．葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，而綠光吸收量最少被反射出來，所以葉片呈綠色
C．類胡蘿卜素在紅光區吸收的光能可用于光反應中ATP的合成
D．葉片在640～660 nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的
解析：由于光反應產生的[H]和ATP能用于暗反應，暗反應要吸收CO2，所以光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示，A正確；葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素和類胡蘿卜素基本不吸收綠光，綠光被反射出來，所以葉片呈現綠色，B正確；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，幾乎不吸收紅光，所以幾乎不能利用紅光來合成光反應中的ATP，C錯誤；640～660 nm波長主要是紅光區域，該區域的光可被葉綠素吸收利用，因此葉片在640～660 nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的，D正確。故選C。
3．(2023·廣西欽州高一期末)下面是甲、乙、丙三位同學進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗的過程，請根據問題回答：
(1)甲同學選用新鮮菠菜的綠色葉片進行實驗，在濾紙上出現了四條清晰的色素帶，如(左)圖所示。甲同學分離色素的方法是_紙層析法__，濾紙條上色素帶位置的不同主要取決于_色素在層析液中溶解度的大小__。從上到下數，葉黃素位于第_2__條色素帶。
(2)乙同學改變甲同學所用層析液組成后繼續進行實驗，在濾紙條上出現了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出含色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后分別放在陽光和三棱鏡之間，通過分析色素溶液的_吸收光譜(對不同波長的光被吸收的情況)__來判斷色素帶上色素種類。
(3)丙同學對甲同學“綠葉中色素的分離”實驗進行改進，實驗裝置如上圖(右)所示，該同學應將提取到的濾液滴在_a__處(填“a”或“b”)，棉線燈芯下端應浸沒在_層析液__中。實驗結果得到四個不同顏色的同心圓，排列在最內側的色素是_葉綠素b__(填色素的名稱)。
解析：(1)分離色素使用的方法為紙層析法；色素在層析液中的溶解度不同，其隨著層析液在濾紙上擴散的速度不同，最后出現不同位置的色素帶，故濾紙條上色素帶的位置不同主要取決于色素在層析液中溶解度的大小。由上到下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，所以葉黃素位于第2條色素帶。
(2)乙同學改變甲同學所用層析液組成后繼續進行實驗，在濾紙條上出現了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出含色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后分別放在陽光和三棱鏡之間，通過分析色素溶液的吸收光譜來判斷色素帶上色素種類，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。
(3)丙同學應將提取到的濾液滴在濾紙中央的地方，即a處，棉線燈芯下端應浸沒在層析液中。實驗結果得到四個不同顏色的同心圓，排列在最內側的色素是溶解度最小的葉綠素b。第2課時　酶的特性
課標要求
1．分析酶的高效性和專一性。
2．探究影響酶活性的條件。
3．分析影響酶促反應的條件。
核心素養
1．生命觀念——建立模型：通過建立溫度、pH對酶活性的影響等數學模型，理解影響的規律和實質。
2．科學探究——實驗思路及設計：合理設計探究溫度、pH對酶活性影響的實驗步驟，規范實施實驗，探究影響的規律。
知識點一　酶的特性
必備知識·夯實雙基
1．酶具有高效性
(1)含義：酶的催化效率是無機催化劑的_107～1013__倍。
(2)意義：使細胞代謝_快速__進行。
2．酶具有專一性
(1)含義：每一種酶只能催化_一種或一類__化學反應。
(2)意義：使細胞代謝能夠_有條不紊__地進行。
3．酶的作用條件較溫和
(1)酶活性：可用在一定條件下酶催化某一化學反應的_速率__表示。
(2)酶所催化的化學反應一般是在_比較溫和__的條件下進行的。過酸、過堿或溫度過高，都會使酶的_空間結構__遭到破壞，使酶永久_失活__。低溫只能使酶的活性_降低__，但酶的空間結構穩定，在適宜的溫度下酶的活性會_恢復__。
活學巧練
1.酶具有專一性、高效性，且受溫度和pH的影響。( √ )
2．蛋白酶只能催化蛋白質的水解而不能催化淀粉的水解，這一現象體現了酶的專一性。( √ )
3．由于酶在化學反應前后性質和數量沒改變，所以酶具有高效性。( × )
4．高溫和低溫均能破壞酶的結構使其失去活性。( × )
深入探討
淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉和蔗糖都是非還原糖，但淀粉水解后會生成麥芽糖，蔗糖水解后會產生葡萄糖和果糖，麥芽糖、葡萄糖和果糖都是還原糖。下表為比較淀粉酶對淀粉和蔗糖的催化作用實驗，請分析：
試管編號 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL —
蔗糖溶液 — 2 mL
新鮮的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保溫5 min
新配制的斐林試劑 2 mL 2 mL
水浴加熱2 min
實驗現象 有磚紅色沉淀 沒有磚紅色沉淀
(1)1號試管有磚紅色沉淀生成，2號試管不出現磚紅色沉淀，說明什么？你能從該實驗得到什么結論？
提示：1號試管有磚紅色沉淀生成，說明產生了還原糖，淀粉被水解；2號試管不出現磚紅色沉淀，說明蔗糖沒有被水解。
結論：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有專一性。
(2)上述實驗中能否使用碘液代替斐林試劑作為鑒定試劑？
提示：不能，因為碘液只能檢測淀粉的有無，而蔗糖分子無論是否被水解都不會使碘液變色。
(3)該實驗的自變量和因變量分別是什么？
提示：自變量：底物的種類；因變量：底物是否被淀粉酶水解。
(4)本實驗的設計思路是什么？你還有其他設計思路嗎？
提示：本實驗設計思路：探究同一種酶是否能催化不同底物水解。
另一種設計思路：探究不同種類的酶能否催化同一種底物的水解。
課內探究·名師點睛
1．酶的高效性及實驗驗證
(1)實驗組：底物＋酶→底物分解速率(或產物形成速率)。
(2)對照組：底物＋無機催化劑→底物分解速率(或產物形成速率)。
(3)酶具有高效性的曲線(如圖)
2．酶的專一性及實驗設計
(1)思路：同一種酶催化不同的化學反應。
(2)實驗設計
步驟 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶
2 等量斐林試劑，水浴加熱相同時間
現象 出現磚紅色沉淀 無顏色變化
結論 酶具有專一性
(3)酶專一性的曲線
典例剖析
典例1 下列實驗或現象能說明酶的高效性的是( B )
①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀釋10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于無機催化劑
②取兩支潔凈的試管，分別加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支試管中加入適量的淀粉酶溶液，另一支試管中加入等量的蒸餾水，一段時間后，檢測淀粉的分解情況 ③在兩支盛有適量過氧化氫溶液的試管中，分別加入等量過氧化氫酶和FeCl3溶液，觀察氣泡的釋放速率
A．①②③ B．①③
C．③ D．②③
解析： 酶相對于無機催化劑來說具有高效性。把唾液稀釋后催化淀粉完全水解的速度仍快于無機催化劑，說明酶具有高效性。
變式訓練 下列關于酶的專一性的敘述，不正確的是( B )
A．過氧化氫酶只能催化過氧化氫的分解，不能催化其他化學反應
B．每一種酶只能催化一種化學反應的進行
C．催化唾液淀粉酶水解的酶是蛋白酶
D．二肽酶能催化由不同氨基酸脫水縮合成的二肽的水解
解析： 酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學反應，B錯誤。
知識點二　酶特性的探究
實驗必備知識·夯實雙基
探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用
(1)實驗原理：淀粉和蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成_還原糖__。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分別加入淀粉酶，再用_斐林試劑__檢測溶液中有無還原糖，就可以看出淀粉酶是否只催化特定的化學反應。
(2)方法步驟
　　試管編號操作步驟　　　　　 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL －
_蔗糖__溶液 － 2 mL
新鮮的淀粉酶溶液 2 mL _2_mL__
60 ℃保溫5 min
新配制的_斐林試劑__ 2 mL 2 mL
水浴加熱1 min
觀察_溶液顏色的變化__
(3)實驗結論
淀粉酶能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解，說明酶具有專一性。
活學巧練
1.酶促反應速率既可以用反應物的消耗速率表示，也可以用產物的生成速率表示。( √ )
2．pH影響酶活性的實驗中實驗材料不選擇淀粉，原因是酸能促進淀粉水解。( √ )
3．探究影響酶活性的條件實驗中，至少要設置三組實驗。( √ )
4．市售α-淀粉酶的最適溫度在50～75 ℃，而來自人體的唾液淀粉酶的最適溫度在37 ℃左右。( √ )
5．低溫、高溫、過酸、過堿條件下酶的活性都很低，且酶的空間結構都發生了不可逆的改變。( × )
深入探討
探究溫度對酶活性的影響實驗
下列3組實驗是探究溫度對酶活性的影響，請分別從中尋找錯誤：
實驗一
序號 項目 試管
1 2
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL
3 溫度 0 ℃ 90 ℃
4 相同溫度下兩溶液混合 混合液 混合液
5 斐林試劑 2 mL 2 mL
6 實驗現象
錯誤：_缺少60_℃的對照組，且不應用斐林試劑作為檢測試劑__。
實驗二
序號 項目 試管
1 2 3
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
3 溫度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
4 碘液 2滴 2滴 2滴
5 實驗現象
錯誤：_未對底物和酶進行保溫處理就混合在一起__。
實驗三
序號 項目 試管
1 2 3
1 過氧化氫溶液 5 mL 5 mL 5 mL
2 溫度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
3 過氧化氫酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
4 實驗現象
錯誤：_不應選用過氧化氫溶液作為反應底物，因為高溫條件下，會直接使底物分解加快，而不是通過影響酶的活性來影響底物的分解__。
課內探究·名師點睛
1．探究影響酶活性實驗的“四步曲”
(1)分組編號：將實驗器具分組編號并裝入相應的等量試劑。
(2)控制變量：控制影響酶活性的條件(如溫度)，即首先將底物、酶液分別處理到預設的條件。
(3)進行反應：讓酶液與底物混合，在預設的條件(如溫度、pH等)下反應，無關變量保持相同。
(4)結果檢測：檢測實驗的因變量，觀察并記錄實驗結果。
2．可供參考的實驗設計
(1)①探究溫度對淀粉酶活性的影響
序號 項目 1 1* 2 2* 3 3*
1 注入可溶性淀粉溶液保溫5 min 2 mL — 2 mL — 2 mL —
2 注入淀粉酶溶液保溫5 min — 1 mL — 1 mL — 1 mL
3 溫度條件(℃) 0 60 100
4 相同溫度下淀粉溶液與淀粉酶溶液混合，保持溫度 3 mL混合液 3 mL混合液 3 mL混合液
5 碘液檢驗 變藍 不變藍 變藍
結論：溫度能影響酶的活性。
②探究pH對淀粉酶活性的影響
序號 項目 試管1 試管2 試管3
1 注入新鮮的肝臟研磨液 每支試管各1 mL
2 不同pH的處理 注入物質的量濃度為0.01 mol/L的鹽酸溶液1mL 注入蒸餾水1 mL 注入物質的量濃度為0.01 mol/L的NaOH溶液1 mL
3 注入過氧化氫溶液 每支試管各2 mL
4 用帶火星的衛生香進行檢驗
5 預期實驗現象 無反應 迅速復燃 無反應
結論：pH能影響酶的活性。
(2)實驗材料的選擇：選擇實驗材料時，要注意排除自變量本身對實驗結果的影響，保證自變量只是通過影響酶活性而影響實驗結果，不能直接影響實驗結果。
(3)若底物選擇淀粉和蔗糖，用淀粉酶來驗證酶的專一性時，檢測底物是否被分解的試劑“宜”選用斐林試劑，“不宜”選用碘液，因為碘液無法檢測蔗糖是否被分解。
(4)若選擇淀粉和淀粉酶探究酶的最適溫度，檢測底物被分解的試劑“宜”選用碘液，“不宜”選用斐林試劑，因為用斐林試劑鑒定時需水浴加熱，而該實驗中需嚴格控制溫度。
(5)在探究pH對酶活性影響時，“宜”保證酶的最適溫度(排除溫度干擾)，且將酶溶液的pH調至實驗要求的pH后再讓反應物與底物接觸，“不宜”在未達到預設pH前就讓反應物與酶接觸。
(6)在探究溫度對酶活性的影響時，“宜”保證酶的最適pH(排除pH干擾)，且將酶和底物分別保溫(實驗要求的溫度)后，再混合繼續保溫，“不宜”在未分別保溫前就讓反應物與酶接觸。
典例剖析
典例2 探究溫度對酶活性影響最合理的實驗步驟是( D )
①取3支試管編號，注入2 mL淀粉溶液；另取3支試管編號，各注入1 mL新鮮的淀粉酶溶液 ②將淀粉酶溶液注入相同溫度下的淀粉溶液試管中，維持各自的溫度5 min ③向各試管滴一滴碘液 ④將6支試管分成三組，每組各有一份淀粉溶液和一份淀粉酶溶液，分別放在60 ℃的熱水、沸水和冰水中5 min
⑤觀察實驗現象
A．①②④③⑤ B．①③②④⑤
C．①③④②⑤ D．①④②③⑤
解析： 根據實驗目的可知，實驗的自變量為溫度，由于實驗需要嚴格控制單一變量，在淀粉溶液和淀粉酶溶液混合之前首先需要將它們各自保溫到一定溫度，然后再混合，并且混合后還需要在相應的溫度條件下保溫讓其充分反應。因此最合理的實驗步驟應為①④②③⑤。
變式訓練 (2022·山東省臨沂第一中學高一月考)下列有關酶的探究實驗的敘述，合理的是( C )
A．探究pH對酶活性的影響，用α-淀粉酶分別在pH為1、7、14條件下催化淀粉水解，用斐林試劑檢測比較還原糖的產生情況
B．探究溫度對酶活性的影響用α－淀粉酶分別在100 ℃、60 ℃、0 ℃下催化淀粉水解，用斐林試劑檢測比較還原糖的產生情況
C．探究酶的專一性，用α-淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖水解，檢測是否有還原糖生成
D．探究酶的高效性，實驗中的自變量是酶的種類和用量
與酶促反應速率有關的曲線分析
1．底物濃度影響酶促反應速率曲線的分析
(1)底物濃度較低時，酶促反應速率與底物濃度成正比，即隨底物濃度的增加而加快。
(2)當所有的酶都與底物結合后，再增加底物濃度，酶促反應速率不再加快(此時限制酶促反應速率的因素是酶的數量)。
2．酶濃度影響酶促反應速率曲線的分析
在有足夠底物且不受其他因素影響的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比。
3．溫度和pH共同作用對酶活性的影響
(1)反應溶液中pH的變化不影響酶作用的最適溫度。
(2)反應溶液中溫度的變化不影響酶作用的最適pH。
易錯提醒：(1)適當增加酶的濃度會提高反應速率，但生成物的量不會增加；若適當增加反應物的濃度，提高反應速率的同時生成物的量也增加。
(2)不同因素影響酶促反應速率的本質不同
①溫度和pH通過影響酶的活性而影響酶促反應速率。
②底物濃度和酶濃度通過影響酶與底物的接觸而影響酶促反應速率，并不影響酶的活性。
③抑制劑、激活劑也影響酶活性。
典例3 如圖表示在最適溫度下，某種酶的催化反應速率與反應物濃度之間的關系。下列有關敘述正確的是( C )
A．適當提高反應溫度，B點向右上方移動
B．在B點適當增加酶濃度，反應速率不變
C．在A點提高反應物濃度，反應速率加快
D．在C點提高反應物濃度，產物不再增加
解析：在最適溫度下酶的活性最高，溫度偏高或偏低，酶的活性都會明顯降低，即B點會向左下方移動，A錯誤；在B點增加酶的濃度，反應速率加快，B錯誤；從題圖看出，在C點提高反應物濃度，反應速率不再加快，但產物的量還會增加，D錯誤。
典例4　(2022·河南省三門峽市高一)將某種酶運用到工業生產前，需測定使用該酶的最佳溫度范圍。下圖中的曲線①表示在各種溫度下該酶活性相對于最高酶活性的百分比。將該酶在不同溫度下保溫足夠長的時間，再在酶活性最高的溫度下測其殘余酶活性，即下圖中的曲線②，由此得到的數據為酶的熱穩定性數據。據此作出的判斷，正確的是( C )
A．由曲線①可知65 ℃是該酶活性最高的溫度
B．曲線②的各數據點是在對應溫度下測得的
C．該酶的熱穩定性在70 ℃之后急劇下降
D．該酶使用的最佳溫度是80 ℃
解析：由曲線①可知，該酶活性最高的溫度是80 ℃，A項錯誤；由于曲線②是將該種酶在不同溫度下保溫足夠長的時間，再在酶活性最高的溫度下測其殘余酶活性，而酶活性最高的溫度為80 ℃，因此曲線中數據均為80 ℃下測得的數據，B項錯誤；曲線②顯示，該酶的熱穩定性從30 ℃開始不斷下降，在70 ℃后急劇下降，C項正確；酶的最佳溫度可以認為是既能使酶具有高的催化活性，又能維持較長時間的穩定，所以該酶使用的最佳溫度范圍是60 ℃～70 ℃，D項錯誤。
學霸記憶
1.酶的特性是高效性、專一性和作用條件的溫和性。
2．酶具有高效性的原因是：與無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著。
3．過酸、過堿或溫度過高，都會使酶因空間結構被破壞而失活。
4．在一定的低溫下，酶的活性被抑制，但空間結構穩定，在適宜溫度下其活性可恢復。
1．某研究性學習小組按下表進行了實驗操作，發現試管2比試管1產生了明顯多的氣泡。該實驗說明了( B )
操作順序 具體操作 試管
1 2
① 加入體積分數為3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL
② 滴加質量分數為3.5%的FeCl3溶液 2滴 —
滴加質量分數為20%的肝臟研磨液(含過氧化氫酶) — 2滴
A.酶具有專一性 B．酶具有高效性
C．酶具有多樣性 D．酶是蛋白質
解析： 根據表中信息可以看出，該實驗的自變量是催化劑的種類(酶和無機催化劑)，因變量是過氧化氫分解速率的快慢；根據題干中“試管2比試管1產生了明顯多的氣泡”可推知，過氧化氫酶的催化效率比無機催化劑FeCl3要高，因此該實驗說明了酶具有高效性，故選B。
2．下列與酶相關實驗的敘述中，正確的是( D )
A．探究酶的高效性時，自變量可以是酶的種類
B．探究淀粉酶的專一性時，自變量只能是酶的種類
C．探究pH對酶活性的影響時，自變量不止一種
D．探究溫度對酶活性的影響時，因變量不止一種
解析：探究酶的高效性，自變量是催化劑的種類；探究淀粉酶的專一性，自變量也可以是底物種類；探究pH對酶活性的影響時，自變量就是pH；探究溫度對酶活性的影響時，因變量可以是產物的生成速率或底物的消耗速率。
3．紫甘薯收獲后在儲存過程中甜度會不斷增加，這一過程與其含有的β-淀粉酶有關。為了研究紫甘薯中β－淀粉酶的催化活性，進行了如下實驗。
①從紫甘薯中提取β-淀粉酶，獲得酶液；
②在6支試管中分別加入2 mL pH＝3、pH＝4、pH＝5、pH＝6、pH＝7、pH＝8的緩沖液；
③每支試管中加入1 mL 2%淀粉溶液、0.2 mL酶液，40 ℃條件下保溫15 min；
④將所有試管移入沸水浴中處理5 min；
⑤向每支試管中加入適量斐林試劑，水浴加熱，檢測試管中溶液變化。
分析得到不同pH條件下相對酶活性，結果如圖甲所示。
(1)步驟④操作的目的是_終止反應__。
(2)步驟⑤試管內出現的_磚紅色沉淀__越多，表明生成的還原糖越_多__，酶的活性越_高__。
(3)β-淀粉酶的最適pH是_7左右__，圖乙的A、B、C、D中代表β-淀粉酶的是_A__，此模型可以解釋酶具有_專一__性。
(4)在啤酒釀造中添加β－淀粉酶制劑，可以使其口味更清爽。飲用含有β-淀粉酶的啤酒不會影響人體健康，理由是_該酶是蛋白質，可在人體消化酶催化下被分解成氨基酸后吸收、利用__。
解析：(1)步驟④將所有試管移入沸水浴中處理5 min，該操作的目的是終止反應，使酶失活。
(2)β-淀粉酶能將淀粉溶液分解為還原糖，還原糖與斐林試劑水浴加熱，會出現磚紅色沉淀，試管內出現的磚紅色沉淀越多，表明生成的還原糖越多，酶的活性越高。
(3)分析圖甲可知：β-淀粉酶的最適pH是7左右，據題分析：圖乙的A、B、C、D中代表β-淀粉酶的是A，此模型可以解釋酶具有專一性。
(4)含有β-淀粉酶的啤酒不會影響人體健康，因為酶是蛋白質，可在人體消化酶催化下被分解成氨基酸后吸收、利用。第2課時　無氧呼吸與細胞呼吸原理的應用
課標要求
1．概述無氧呼吸的過程。
2．說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。
3．舉例說明細胞呼吸原理的應用。
核心素養
1．生命觀念——分析與綜合：分析有氧呼吸與無氧呼吸的過程，區別二者的異同。
2．社會責任——依據細胞呼吸原理指導農業生產，解決實際問題。
知識點一　有氧呼吸和無氧呼吸的比較
必備知識·夯實雙基
1．無氧呼吸
(1)條件：無氧條件下。
(2)場所：_細胞質基質__
(3)類型
　　　類型項目　　　 酒精發酵 乳酸發酵
場所 _細胞質基質__
過程 第一階段 葡萄糖_[H]＋丙酮酸__＋少量能量
第二階段 丙酮酸＋[H]_酒精＋CO2__ 丙酮酸＋[H]_乳酸__
化學反應式 C6H12O6_2C2H5OH(酒精)___＋2CO2__＋少量能量 C6H12O6_2C3H6O3(乳酸)__＋少量能量
能量轉化 只在_第一階段__釋放出少量的能量，生成_少量ATP__，葡萄糖分子中的大部分能量則存留在_酒精或乳酸__中
2.細胞呼吸
(1)概念：細胞呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的_氧化分解__，生成_二氧化碳或其他產物__，釋放出能量并生成_ATP__的過程。
(2)實質：氧化分解_有機物__，釋放能量。
活學巧練
1.哺乳動物成熟的紅細胞只能進行無氧呼吸。 ( √ )
2．無氧呼吸的終產物是丙酮酸。( × )
3．無氧呼吸是不需氧的呼吸，因而其底物分解不屬于氧化反應。( × )
4．無氧呼吸不需要O2的參與，該過程最終有[H]的積累。( × )
5．人劇烈運動時產生的CO2是有氧呼吸和無氧呼吸共同的產物。( × )
深入探討
1.為什么不同生物無氧呼吸產物不同？
提示：不同生物無氧呼吸的酶不同。
2．(實踐應用)劇烈運動后的肌肉酸疼是怎樣造成的？
提示：劇烈運動，氧氣供應不足，肌肉細胞進行無氧呼吸產生了乳酸，造成肌肉酸疼。
課內探究·名師點睛
1．有氧呼吸和無氧呼吸過程圖解
2．有氧呼吸和無氧呼吸的比較
項目 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 條件 需氧 不需氧
場所 細胞質基質(第一階段)線粒體(第二、三階段) 細胞質基質
分解程度 葡萄糖被徹底分解 葡萄糖分解不徹底
產物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2
能量釋放 大量能量 少量能量
相同點 反應條件 需酶和適宜溫度
本質 氧化分解有機物，釋放能量，生成ATP
過程 第一階段從葡萄糖到丙酮酸完全相同
3.與無氧呼吸有關的幾個易錯點
(1)不同生物無氧呼吸產物不同是由于催化反應的酶的種類不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(2)大多數植物、酵母菌無氧呼吸的產物為酒精和CO2；有些高等植物的某些器官如玉米胚、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等進行無氧呼吸時產生乳酸；高等動物、人及乳酸菌的無氧呼吸只產生乳酸。
(3)無氧呼吸第一階段產生的[H]用于還原丙酮酸。
(4)無氧呼吸只在第一階段釋放能量。
4．與細胞呼吸有關的計算
C6H12O6＋6H2O＋6O212H2O＋6CO2＋能量
C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量
(1)消耗等量葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼吸產生的CO2的物質的量之比為1?3。
(2)產生等量的CO2時，無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖的物質的量之比為3?1。
(3)無氧呼吸產生的酒精和CO2的物質的量相等；有氧呼吸消耗O2和產生CO2的物質的量相等。
知識貼士
(1)有氧呼吸和無氧呼吸總反應式中的能量不能寫成ATP，因為大部分能量以熱能形式散失。
(2)1 mol葡萄糖徹底氧化分解后，釋放出2 870 kJ的能量，其中977.28 kJ的能量儲存在ATP中，其余的以熱能形式散失。
(3)1 mol葡萄糖生成乳酸釋放的能量為196.65 kJ，其中只有61.08 kJ的能量轉移到ATP(生成2 mol ATP)中，其余部分以熱能的形式散失。人體肌細胞無氧呼吸產生的乳酸，能在肌細胞中再次轉化為葡萄糖。
(4)無氧呼吸只有第一階段釋放能量，第二階段沒有能量釋放。而有氧呼吸三個階段均釋放能量。
5．細胞呼吸的意義
(1)為生物體的生命活動提供能量。生物體內的糖類、脂類、蛋白質等有機物都富含能量，但這些能量不能直接被各種生命活動所利用，需要通過呼吸作用分解有機物，釋放能量，轉化到能量“貨幣”ATP中，由ATP直接推動各種生命活動的進行，如細胞的分裂、礦質元素的吸收、有機物之間的轉化等。
(2)呼吸作用是各種有機物相互轉化的樞紐。呼吸作用的過程中會產生各種各樣的中間產物，這些中間產物是合成體內其他化合物的原料。呼吸作用能把生物體的糖代謝、脂類代謝、蛋白質代謝等連成一個整體，成為體內各種有機物相互轉化的樞紐。聯系三大有機物代謝過程的主要樞紐物質是丙酮酸。
(3)在維持恒溫動物的體溫、植物抗病等方面有重要作用。
典例剖析
典例1 人體有氧呼吸和無氧呼吸的相同之處是( A )
①都有葡萄糖分解成丙酮酸的階段
②所需的酶基本相同
③都是氧化分解有機物，釋放能量的過程
④都產生CO2
⑤都產生了[H]
A．①③⑤　　　　　　 B．①③④
C．①③④⑤ D．①②③④⑤
解析：①有氧呼吸與無氧呼吸的第一階段相同，都是葡萄糖分解成丙酮酸，①正確；②有氧呼吸與無氧呼吸的反應過程不同，酶的作用具有專一性，因此酶不同，②錯誤；③不論是有氧呼吸還是無氧呼吸，本質是氧化分解有機物釋放能量的過程，③正確；④人的有氧呼吸的產物是二氧化碳和水，無氧呼吸的產物是乳酸，不產生二氧化碳，④錯誤；⑤有氧呼吸與無氧呼吸過程中都有[H]的產生，⑤正確。綜上所述人體有氧呼吸和無氧呼吸相同的是①③⑤。
規律方法
有關細胞呼吸過程的三點提醒
(1)產生CO2的不只是有氧呼吸，無氧呼吸產生酒精的過程中也有CO2的產生。
(2)有氧呼吸過程中生成的水和反應物中的水其來源和去向不同，所以不是同一分子。
(3)不是所有植物的無氧呼吸產物都是酒精和二氧化碳，玉米胚、甜菜根等植物組織的無氧呼吸產物為乳酸。
變式訓練 (2023·甘肅張掖市第二中學高一期末)在呼吸過程中有二氧化碳放出，則可判斷此過程( D )
A．一定是無氧呼吸
B．一定是有氧呼吸
C．一定不是酒精發酵
D．一定不是乳酸發酵
解析： 在細胞呼吸過程中有CO2放出，可能是有氧呼吸，也可能是產生酒精和二氧化碳的無氧呼吸，ABC錯誤；乳酸發酵時只產生乳酸，不產生二氧化碳，故細胞呼吸過程中有CO2放出一定不是乳酸發酵，D正確。故選D。
知識點二　細胞呼吸原理的應用
必備知識·夯實雙基
1．包扎傷口時，需要選用_透氣__的消毒紗布或“創可貼”等敷料。
2．釀酒時要先通氣后密封，通氣的目的是_讓酵母菌進行有氧呼吸并大量繁殖__，密封的目的是_讓酵母菌在無氧條件下進行酒精發酵__。
3．對花盆里的土壤經常進行_松土透氣__。
4．糧食儲藏需要的條件是_(零上)低溫、低氧和干燥__；蔬菜、水果儲藏的條件是_(零上)低溫、低氧__和適宜的_濕度__。
活學巧練
1.用透氣的消毒紗布包扎傷口，目的是保證傷口處細胞的有氧呼吸。( × )
2．無氧和零下低溫的環境有利于水果保鮮。( × )
3．及時排澇，能防止水稻根細胞受酒精毒害。( √ )
深入探討
1．根據如右圖像，分析影響細胞呼吸的外界因素：
(1)由曲線判斷O2濃度對無氧呼吸和有氧呼吸的影響分別是什么？
(2)在儲藏蔬菜或水果時，為降低細胞呼吸，減少有機物的消耗，儲藏室內的O2應調節到圖中的_B__點所對應的濃度。
提示：(1)抑制無氧呼吸，促進有氧呼吸。
2．儲存谷粒時將谷粒曬干，既能減少細胞內_自由水__含量，又能降低_有氧呼吸的速率__；還可以通過控制_低溫__、_低氧__等條件來降低有氧呼吸速率。儲藏新鮮蔬菜、水果與儲藏谷粒相比，不能放在_干燥__的環境下，要有一定的_濕度__。
課內探究·名師點睛
影響細胞呼吸的因素及其應用
(1)內因
①遺傳特性：不同種類的植物細胞呼吸速率不同。
實例：旱生植物小于水生植物，陰生植物小于陽生植物。
②生長發育時期：同一植物在不同的生長發育時期細胞呼吸速率不同。
實例：幼苗期細胞呼吸速率高，成熟期細胞呼吸速率低。
③器官類型：同一植物的不同器官細胞呼吸速率不同。
實例：生殖器官大于營養器官。
(2)外因
①溫度
a．影響：細胞呼吸是一系列酶促反應，溫度通過影響酶的活性來影響細胞呼吸速率。細胞呼吸的最適溫度一般在25～35 ℃之間。
b．應用
②氧氣
a．影響(如圖)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2對無氧呼吸過程有抑制作用。Ⅰ.O2濃度＝0時，只進行無氧呼吸。
Ⅱ.0Ⅲ.O2濃度≥10%時，只進行有氧呼吸。
Ⅳ.O2濃度＝5%時，有機物消耗最少。
b．應用
③水分
a．影響
b．應用
④CO2
a．影響：CO2是細胞呼吸的最終產物，積累過多會抑制細胞呼吸的進行。如右圖：
b．應用：適當增加CO2濃度，有利于水果和蔬菜的保鮮。
典例剖析
典例2 (2023·湖南長沙高一期末)結合細胞呼吸原理，分析下列日常生活中的做法，其中不合理的是( D )
A．選用透氣的消毒紗布包扎傷口
B．定期給花盆中的植物松土透氣
C．低溫低氧條件下保存蔬菜水果
D．采用快速短跑等進行有氧運動
解析： 快速短跑會進行無氧呼吸。
變式訓練 如圖表示大氣溫度及氧濃度對植物組織內產生CO2的影響，下列相關敘述不正確的是( C )
A．從圖甲可知細胞呼吸最旺盛的溫度為B點所對應的溫度
B．圖甲曲線變化的主要原因是溫度影響與細胞呼吸有關的酶的活性
C．圖乙中DE段有氧呼吸逐漸減弱，EF段有氧呼吸逐漸增強
D．和D、F點相比，圖乙中E點對應的氧濃度更有利于儲藏水果和蔬菜
解析： 圖乙中DE段無氧呼吸逐漸減弱，有氧呼吸逐漸加強，C錯誤。
一、細胞呼吸方式的判斷
1．判定指標
CO2釋放量、O2消耗量以及酒精產生量。
2．判定原理
呼吸底物是葡萄糖時，若只進行有氧呼吸，則O2消耗量?CO2產生量＝1?1；若只進行產生酒精的無氧呼吸(酒精發酵)，則O2消耗量?CO2產生量?酒精產生量＝0?1?1，若只進行產生乳酸的無氧呼吸(乳酸發酵)，則無O2的消耗和CO2的產生。
3．判定方法(底物為葡萄糖)
物質變化特點 細胞呼吸方式
① CO2釋放量＝O2吸收量 只進行有氧呼吸
② 不消耗氧氣，釋放CO2 只進行酒精發酵
③ CO2釋放量>O2消耗量 進行有氧呼吸和酒精發酵，多余的CO2來自于酒精發酵
④ 酒精產生量＝CO2釋放量 只進行酒精發酵
⑤ 酒精產生量⑥ 無CO2釋放 只進行乳酸發酵
4.方法拓展
(1)如果出現CO2釋放量(2)有時還可根據發生的場所進行細胞呼吸方式的判定，如真核細胞均在細胞質基質中進行的是無氧呼吸。
典例3 下表表示蘋果在儲存過程中，有關氣體變化的情況。下列分析正確的是( B )
氧濃度(%) a b c d
CO2產生速率(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
　　A．氧濃度為a時，細胞呼吸會產生乳酸
B．氧濃度為b時，細胞呼吸消耗的葡萄糖最少
C．氧濃度為c時，無氧呼吸產生CO2的速率為0.3 mol/min
D．氧濃度為d時，有氧呼吸消耗的葡萄糖的量是無氧呼吸的2倍
解析：氧濃度為a時，O2消耗速率為0，故只進行無氧呼吸，產物是酒精與二氧化碳，A錯誤；氧濃度為b時，細胞呼吸產生二氧化碳量最少，此時細胞呼吸最弱，消耗的葡萄糖最少，B正確；氧濃度為c時，據表格數據可知，有氧呼吸O2的消耗速率為0.7 mol/min，則有氧呼吸CO2產生速率為0.7 mol/min，無氧呼吸產生CO2的速率為1.3－0.7＝0.6 mol/min，C錯誤；氧濃度為d時，O2的消耗速率為1.2 mol/min，則有氧呼吸消耗葡萄糖的速率為1.2×1/6＝0.2 mol/min，此時無氧呼吸CO2產生速率為1.6－1.2＝0.4 mol/min，無氧呼吸消耗葡萄糖的速率為0.4×1/2＝0.2 mol/min。故氧濃度為d時，有氧呼吸消耗葡萄糖的量等于無氧呼吸消耗葡萄糖的量，D錯誤。
二、細胞呼吸方式的實驗探究
(1)實驗設計
欲確認某生物的呼吸類型，應設置兩套呼吸裝置。
如圖所示(以發芽種子為例)：
(2)實驗結果預測和結論
實驗現象 結論
裝置1液滴 裝置2液滴
不動 不動 只進行產乳酸的無氧呼吸或種子已死亡
不動 右移 只進行產生酒精的無氧呼吸
左移 右移 進行有氧呼吸和產生酒精的無氧呼吸
左移 不動 只進行有氧呼吸或進行有氧呼吸和產乳酸的無氧呼吸
特別提醒：為使實驗結果精確，除減少無關變量的干擾外，還應設置對照裝置。對照裝置與裝置2相比，不同點是用煮熟的發芽種子代替發芽種子，其余均相同。
典例4 (2023·黑龍江哈爾濱三中高二期末)某生物興趣小組用如圖所示實驗裝置在一定條件下測定萌發的小麥種子(已消毒)的呼吸速率(僅考慮氧化糖類)。下列有關說法錯誤的是( B )
A．若X為無菌水，向試管充入N2即可測定小麥種子的無氧呼吸速率
B．若X為NaOH溶液，且毛細管中的液滴向左移動，表明種子只進行有氧呼吸
C．若X為無菌水，且毛細管中的液滴向右移動，表明種子進行了無氧呼吸
D．為了減小誤差，可增設放有等量同種死亡種子且其他條件不變的對照組
解析： 試管充入N2也可以測定小麥種子無氧呼吸速率，因為其進行無氧呼吸產生酒精和二氧化碳，液滴可以移動，故能測定，A正確；NaOH溶液的作用是吸收萌發種子呼吸產生的二氧化碳，液滴向左移動，是因為廣口瓶中氧氣減少，說明一定存在有氧呼吸，但不能說明不存在無氧呼吸，B錯誤；若X為無菌水時，該裝置測定的是氧氣的消耗量和二氧化碳產生量的差值，有氧呼吸中氧氣的消耗量等于二氧化碳產生量，毛細管中的液滴向右移動，說明一定存在無氧呼吸，但不能說明不存在有氧呼吸，C正確；為了減小誤差，增加實驗說服力，可增加等量同種死亡種子且其他條件不變的對照組，可以排除溫度、氣壓等物理因素的干擾，D正確。故選B。
學霸記憶
1.無氧呼吸只在第一階段釋放少量能量。
2．無氧呼吸方程式：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量(少量)；C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量(少量)。
3．影響細胞呼吸的因素：溫度、O2濃度、CO2濃度、水等。
1．如圖是細胞呼吸過程的圖解。在人體細胞中不能發生的過程是( B )
A．① B．②
C．③ D．④
解析：圖中①為細胞呼吸的第一階段，人體可以發生，A不符合題意；圖中②為無氧呼吸第二階段，產生C2H5OH，人體不會進行，B符合題意；③為無氧呼吸第二階段，產生C3H6O3，人體可以發生，C不符合題意；④為有氧呼吸第二、三階段，O2和[H]反應生成H2O，合成大量ATP，人體可以發生，D不符合題意。
2．(2023·湖北襄陽高一檢測)如圖表示一植物的非綠色器官在不同的氧濃度下氣體交換的相對值的變化，下列有關敘述正確的是( B )
A．圖中曲線QR區段下降的主要原因是氧氣濃度增加，有氧呼吸受抑制
B．Q點只進行無氧呼吸，P點只進行有氧呼吸
C．若圖中的AB段與BC段的距離等長，此時有氧呼吸消耗的葡萄糖量等于無氧呼吸消耗的葡萄糖量
D．氧濃度應調節到Q點的對應濃度，更有利于水果的運輸
解析：圖中曲線QR區段CO2生成量急劇減少的主要原因是氧氣濃度增加，無氧呼吸受抑制，A錯誤；縱軸上Q點時沒有消耗氧氣，但產生了CO2，說明細胞只進行無氧呼吸，P點產生的CO2與消耗的氧氣相等，說明P點時細胞只進行有氧呼吸，是無氧呼吸消失點，B正確；若圖中的AB段與BC段的距離等長，說明無氧呼吸產生的CO2等于有氧呼吸產生的CO2，那么無氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的3倍，C錯誤；在長途運輸新鮮蔬菜時，將氧濃度調節到R點的對應濃度，此時蔬菜的有氧呼吸強度較低，同時又抑制了無氧呼吸，蔬菜中的有機物消耗較少，D錯誤。
3．在自然界中，洪水、灌溉不均勻等因素易使植株根系供氧不足，造成“低氧脅迫”。不同植物品種對“低氧脅迫”的耐受能力不同。研究人員采用無土栽培的方法，研究了“低氧脅迫”對兩個黃瓜品種(A、B)根系細胞呼吸的影響，測得第6天時根系細胞中丙酮酸和酒精的含量，結果如表所示。請回答下列問題：
實驗處理 正常通氣，品種A 正常通氣，品種B 低氧，品種A 低氧，品種B
丙酮酸/(μmol·g－1) 0.18 0.19 0.21 0.34
酒/(μmol·g－1) 2.45 2.49 6.00 4.00
(1)黃瓜根系細胞中丙酮酸轉變為酒精的場所是_細胞質基質__，此過程_不能__(填“能”或“不能”)生成ATP。
(2)該實驗的自變量是_通氣量(或通入氧氣量)和黃瓜品種__。實驗結果表明，品種A耐低氧能力比品種B_強__(填“強”或“弱”)。
(3)松土是許多農作物栽培中經常采取的一項措施。請寫出農田松土對農作物或環境可能的影響。(至少寫出三點)
[答案]　(3)促進根細胞有氧呼吸，有利于農作物生長；除去雜草，有利于農作物生長；避免根進行無氧呼吸產生酒精對根部造成傷害；松土有利于土壤需氧微生物分解作用產生更多CO2，增加局部CO2濃度；松土不當，破壞植物根系，對農作物造成傷害；松土導致水土流失
解析：(1)黃瓜細胞中丙酮酸轉變為酒精的過程屬于無氧呼吸第二階段，發生在細胞質基質，該過程不能產生ATP。(2)該實驗的自變量是通氣量(或通入氧氣量)和黃瓜品種；與品種B相比，品種A的丙酮酸增加較少，而酒精增加較多，說明品種A耐低氧能力比品種B強。本章整合
1．(2022·湖南卷)洗滌劑中的堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構象，分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識別并降解(自溶)失活。此外，加熱也能使堿性蛋白酶失活，如圖所示。下列敘述錯誤的是( B )
A．堿性蛋白酶在一定條件下可發生自溶失活
B．加熱導致堿性蛋白酶構象改變是不可逆的
C．添加酶穩定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果
D．添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量，減少環境污染
解析： 由題“部分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識別并降解(自溶)失活”可知，堿性蛋白酶在一定條件下可發生自溶失活，A正確；由圖可知，加熱導致堿性蛋白酶由天然狀態變為部分解折疊，部分解折疊的堿性蛋白酶降溫后可恢復到天然狀態，因此加熱導致堿性蛋白酶構象改變是可逆的，B錯誤；堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構象，而且加熱也能使堿性蛋白酶失活，會降低堿性蛋白酶的洗滌劑去污效果，添加酶穩定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果，C正確；酶具有高效性，堿性蛋白酶能使蛋白質水解成多肽和氨基酸，具有很強的分解蛋白質的能力，可有效地清除汗漬、奶漬、醬油漬等污漬，添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量，減少環境污染，D正確。
2．(2022·全國乙卷)某種酶P由RNA和蛋白質組成，可催化底物轉化為相應的產物。為探究該酶不同組分催化反應所需的條件。某同學進行了下列5組實驗(表中“＋”表示有，“－”表示無)。
實驗組 ① ② ③ ④ ⑤
底物 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
RNA組分 ＋ ＋ － ＋ －
蛋白質組分 ＋ － ＋ － ＋
低濃度Mg2＋ ＋ ＋ ＋ － －
高濃度Mg2＋ － － － ＋ ＋
產物 ＋ － － ＋ －
根據實驗結果可以得出的結論是( C )
A．酶P必須在高濃度Mg2＋條件下才具有催化活性
B．蛋白質組分的催化活性隨Mg2＋濃度升高而升高
C．在高濃度Mg2＋條件下RNA組分具有催化活性
D．在高濃度Mg2＋條件下蛋白質組分具有催化活性
解析： 第①組中，酶P在低濃度Mg2＋條件下，有產物生成，說明酶P在該條件下具有催化活性，A錯誤；第③組和第⑤組對照，無關變量是底物和蛋白質組分，自變量是Mg2＋濃度，無論是高濃度Mg2＋條件下還是低濃度Mg2＋條件下，兩組均沒有產物生成，說明蛋白質組分無催化活性，B、D錯誤；第②組和第④組對照，無關變量是底物和RNA組分，自變量是Mg2＋濃度，第④組在高濃度Mg2＋條件下有產物生成，第②組在低濃度Mg2＋條件下，沒有產物生成，說明在高濃度Mg2＋條件下RNA組分具有催化活性，C正確。
3．(2022·河北卷)關于呼吸作用的敘述，正確的是( B )
A．酵母菌無氧呼吸不產生使溴麝香草酚藍溶液變黃的氣體
B．種子萌發時需要有氧呼吸為新器官的發育提供原料和能量
C．有機物徹底分解、產生大量ATP的過程發生在線粒體基質中
D．通氣培養的酵母菌液過濾后，濾液加入重鉻酸鉀濃硫酸溶液后變為灰綠色
解析： 能使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃的成分是二氧化碳，酵母菌無氧呼吸可產生二氧化碳，A錯誤；種子萌發時種子中的有機物經有氧呼吸氧化分解，可為新器官的發育提供原料和能量，B正確；有機物徹底分解、產生大量ATP的過程是有氧呼吸第三階段，場所是線粒體內膜，C錯誤；酸性的重鉻酸鉀可用于檢測酒精，兩者反應呈灰綠色，而通氣培養時酵母菌進行有氧呼吸，不產生酒精，故酵母菌液過濾后的濾液加入重鉻酸鉀濃硫酸溶液后不會變為灰綠色，D錯誤。
4．(2022·浙江卷)下列關于細胞呼吸的敘述，錯誤的是( B )
A．人體劇烈運動會導致骨骼肌細胞產生較多的乳酸
B．制作酸奶過程中乳酸菌可產生大量的丙酮酸和CO2
C．梨果肉細胞厭氧呼吸釋放的能量一部分用于合成ATP
D．酵母菌的乙醇發酵過程中通入O2會影響乙醇的生成量
解析： 劇烈運動時人體細胞可以進行厭氧呼吸，厭氧呼吸的產物是乳酸，故人體劇烈運動時會導致骨骼肌細胞產生較多的乳酸，A正確； 制作酸奶利用的是乳酸菌厭氧發酵的原理，乳酸菌厭氧呼吸的產物是乳酸，無二氧化碳產生，B錯誤；梨果肉細胞厭氧呼吸第一階段能產生少量能量，該部分能量大部分以熱能的形式散失了，少部分可用于合成ATP，C正確；酵母菌乙醇發酵是利用酵母菌在無氧條件下產生乙醇的原理，故發酵過程中通入氧氣會導致其厭氧呼吸受抑制而影響乙醇的生成量，D正確。
5．(2022·山東卷)植物細胞內10%～25%的葡萄糖經過一系列反應，產生NADPH、CO2和多種中間產物，該過程稱為磷酸戊糖途徑。該途徑的中間產物可進一步生成氨基酸和核苷酸等。下列說法錯誤的是( C )
A．磷酸戊糖途徑產生的NADPH與有氧呼吸產生的還原型輔酶不同
B．與有氧呼吸相比，葡萄糖經磷酸戊糖途徑產生的能量少
C．正常生理條件下，利用14C標記的葡萄糖可追蹤磷酸戊糖途徑中各產物的生成
D．受傷組織修復過程中所需要的原料可由該途徑的中間產物轉化生成
解析： 根據題意，磷酸戊糖途徑產生的NADPH是為其他物質的合成提供原料，而有氧呼吸產生的還原型輔酶是NADH，能與O2反應產生水，A正確；有氧呼吸是葡萄糖徹底氧化分解釋放能量的過程，而磷酸戊糖途徑產生了多種中間產物，中間產物還進一步生成了其他有機物，所以葡萄糖經磷酸戊糖途徑產生的能量比有氧呼吸少，B正確；正常生理條件下，只有10%～25%的葡萄糖參加了磷酸戊糖途徑，其余的葡萄糖會參與其他代謝反應，例如有氧呼吸，所以用14C標記葡萄糖，無法追蹤磷酸戊糖途徑中各產物的生成，C錯誤；受傷組織修復即是植物組織的再生過程，細胞需要增殖，所以需要核苷酸和氨基酸等原料，而磷酸戊糖途徑的中間產物可生成氨基酸和核苷酸等，D正確。
6．(2022·全國乙卷)某同學將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養，發現容器內CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對穩定。關于這一實驗現象，下列解釋合理的是( D )
A．初期光合速率逐漸升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持穩定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
解析： 初期容器內CO2濃度較大，光合作用強于呼吸作用，植物吸收CO2釋放O2，使密閉容器內的CO2濃度下降，O2濃度上升，A錯誤；根據分析由于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下，容器內的CO2濃度下降，所以說明植物光合作用大于呼吸作用，但由于CO2含量逐漸降低，從而使植物光合速率逐漸降低，直到光合作用與呼吸作用相等，容器中氣體趨于穩定，B錯誤；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C錯誤，D正確。
7．(2022·北京卷)光合作用強度受環境因素的影響。車前草的光合速率與葉片溫度、CO2濃度的關系如下圖。據圖分析不能得出( D )
A．低于最適溫度時，光合速率隨溫度升高而升高
B．在一定的范圍內，CO2濃度升高可使光合作用最適溫度升高
C．CO2濃度為200 μL·L－1時，溫度對光合速率影響小
D．10 ℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續提高
解析： 分析題圖可知，當CO2濃度一定時，光合速率會隨著溫度的升高而增大，達到最適溫度時，光合速率達到最高值，后隨著溫度的繼續升高而減小，A正確；分析題圖可知，當CO2濃度為200 μL·L－1時，最適溫度為25 ℃左右；當CO2濃度為370 μL·L－1時，最適溫度為30 ℃；當CO2濃度為1 000 μL·L－1時，最適溫度接近40 ℃，可以表明在一定范圍內，CO2濃度的升高會使光合作用最適溫度升高，B正確；分析題圖可知，當CO2濃度為200 μL·L－1時，光合速率隨溫度的升高而改變程度不大，光合速率在溫度的升高下，持續在數值為10處波動，而CO2濃度為其他數值時，光合速率隨著溫度的升高變化程度較大，曲線有較大的變化趨勢，所以表明CO2濃度為200 μL·L－1時，溫度對光合速率影響小，C正確；分析題圖可知，10 ℃條件下，CO2濃度為200 μL·L－1至370 μL·L－1時，光合速率有顯著提高，而370 μL·L－1至1 000 μL·L－1時，光合速率無明顯的提高趨勢，而且370 μL·L－1時與1 000 μL·L－1時，兩者光合速率數值接近同一數值，所以不能表明10 ℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續提高，D錯誤。
8．(2022·海南卷)某小組為了探究適宜溫度下CO2對光合作用的影響，將四組等量菠菜葉圓片排氣后，分別置于盛有等體積不同濃度NaHCO3溶液的燒杯中，從燒杯底部給予適宜光照，記錄葉圓片上浮所需時長，結果如圖。下列有關敘述正確的是( B )
A．本實驗中，溫度、NaHCO3濃度和光照都屬于自變量
B．葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率
C．四組實驗中，0.5%NaHCO3溶液中葉圓片光合速率最高
D．若在4 ℃條件下進行本實驗，則各組葉圓片上浮所需時長均會縮短
解析： 本實驗是探究適宜溫度下CO2對光合作用的影響，自變量為CO2濃度(NaHCO3溶液濃度)，溫度和光照為無關變量，A錯誤；當光合作用產生的氧氣大于細胞呼吸吸收的氧氣時，葉圓片上浮，葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率，B正確；四組實驗中，0.5%NaHCO3溶液中葉圓片上浮需要的時間最長，光合速率最低，C錯誤；若在4 ℃條件下進行本實驗，由于低溫會使酶的活性降低，凈光合速率可能降低，故各組葉圓片上浮所需時長可能均會延長，D錯誤。
9．(2021·河北省高考)人體成熟紅細胞能夠運輸O2和CO2，其部分結構和功能如圖，①～⑤表示相關過程。下列敘述錯誤的是( D )
A．血液流經肌肉組織時，氣體A和B分別是CO2和O2
B．①和②是自由擴散，④和⑤是協助擴散
C．成熟紅細胞通過無氧呼吸分解葡萄糖產生ATP，為③提供能量
D．成熟紅細胞表面的糖蛋白處于不斷流動和更新中
解析：根據題意可知，紅細胞能運輸O2和CO2，肌肉細胞進行有氧呼吸時，消耗O2，產生CO2，可以判斷氣體A和B分別是CO2和O2，A正確；①和②表示氣體進出紅細胞，一般氣體等小分子進出細胞的方式為自由擴散，④是載體蛋白運輸葡萄糖進入紅細胞，順濃度梯度，不需要消耗能量，為協助擴散，⑤是H2O通過水通道蛋白進入紅細胞，屬于協助擴散，B正確；③為紅細胞通過消耗能量主動吸收K＋排出Na＋，成熟紅細胞沒有線粒體，不能進行有氧呼吸，只能通過無氧呼吸分解葡萄糖產生ATP，為③提供能量，C正確；成熟紅細胞沒有核糖體，不能再合成新的蛋白質，細胞膜上的糖蛋白不能更新，糖蛋白存在于細胞膜的外表面，由于細胞膜具有流動性，其表面的糖蛋白處于不斷流動中，D錯誤。故選D。
10．(2021·全國甲卷)某同學將酵母菌接種在馬鈴薯培養液中進行實驗，不可能得到的結果是( B )
A．該菌在有氧條件下能夠繁殖
B．該菌在無氧呼吸的過程中無丙酮酸產生
C．該菌在無氧條件下能夠產生乙醇
D．該菌在有氧和無氧條件下都能產生CO2
解析：酵母菌有細胞核，是真菌生物，其代謝類型是異養兼性厭氧型，與無氧條件相比，在有氧條件下，產生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合題意；酵母菌無氧呼吸在細胞質基質中進行，無氧呼吸第一階段產生丙酮酸、還原性的氫，并釋放少量的能量，第二階段丙酮酸被還原性氫還原成乙醇，并生成二氧化碳，B符合題意，C不符合題意；酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都在第二階段生成CO2，D不符合題意。故選B。
11．(2020·山東卷)經內質網加工的蛋白質進入高爾基體后，S酶會在其中的某些蛋白質上形成M6P標志。具有該標志的蛋白質能被高爾基體膜上的M6P受體識別，經高爾基體膜包裹形成囊泡，在囊泡逐漸轉化為溶酶體的過程中，帶有M6P標志的蛋白質轉化為溶酶體酶；不能發生此識別過程的蛋白質經囊泡運往細胞膜。下列說法錯誤的是( D )
A．M6P標志的形成過程體現了S酶的專一性
B．附著在內質網上的核糖體參與溶酶體酶的合成
C．S酶功能喪失的細胞中，衰老和損傷的細胞器會在細胞內積累
D．M6P受體基因缺陷的細胞中，帶有M6P標志的蛋白質會聚集在高爾基體內
解析：酶具有專一性的特點，S酶在某些蛋白質上形成M6P標志，體現了S酶的專一性，A正確；由分析可知，部分經內質網加工的蛋白質，在S酶的作用下會轉變為溶酶體酶，該蛋白質是由附著在內質網上的核糖體合成的，B正確；由分析可知，在S酶的作用下形成溶酶體酶，而S酶功能喪失的細胞中，溶酶體酶的合成會受阻，則衰老和損傷的細胞器會在細胞內積累，C正確；M6P受體基因缺陷的細胞中，帶有M6P標志的蛋白質不能被識別，最終會被分泌到細胞外，D錯誤。故選D。
12．(2020·山東卷)癌細胞即使在氧氣供應充足的條件下也主要依賴無氧呼吸產生ATP，這種現象稱為“瓦堡效應”。下列說法錯誤的是( B )
A．“瓦堡效應”導致癌細胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌細胞中丙酮酸轉化為乳酸的過程會生成少量ATP
C．癌細胞呼吸作用過程中丙酮酸主要在細胞質基質中被利用
D．消耗等量的葡萄糖，癌細胞呼吸作用產生的NADH比正常細胞少
解析：由于葡萄糖無氧呼吸時只能釋放少量的能量，故“瓦堡效應”導致癌細胞需要吸收大量的葡萄糖來為生命活動供能，A正確；無氧呼吸只在第一階段產生少量ATP，癌細胞中進行無氧呼吸時，第二階段由丙酮酸轉化為乳酸的過程不會生成ATP，B錯誤；由題干信息和分析可知，癌細胞主要進行無氧呼吸，故丙酮酸主要在細胞質基質中被利用，C正確；由分析可知，無氧呼吸只有第一階段產生少量的NADH，而有氧呼吸的第一階段和第二階段都能產生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌細胞呼吸作用產生的NADH比正常細胞少，D正確。故選B。
13．(2020·北京卷)用新鮮制備的含過氧化氫酶的馬鈴薯懸液進行分解H2O2的實驗，兩組實驗結果如圖。第1組曲線是在pH＝7.0、20 ℃條件下，向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL酶懸液的結果。與第1組相比，第2組實驗只做了一個改變。第2組實驗提高了( B )
A．懸液中酶的濃度　 B．H2O2溶液的濃度
C．反應體系的溫度 D．反應體系的pH
解析：提高酶的濃度能夠提高速率，不能提高氧氣的量，A錯誤；提高H2O2溶液的濃度，就是提高底物濃度，產物的量增加，B正確；適度的提高溫度可以加快反應速率，不能提高產物的量，C錯誤；改變反應體系的pH，可以改變反應速率，不能提高產物的量，D錯誤。故選B。
14．(2020·浙江卷)將某植物葉片分離得到的葉綠體，分別置于含不同蔗糖濃度的反應介質溶液中，測量其光合速率，結果如圖所示。圖中光合速率用單位時間內單位葉綠素含量消耗的二氧化碳量表示。下列敘述正確的是( A )
A．測得的該植物葉片的光合速率小于該葉片分離得到的葉綠體的光合速率
B．若分離的葉綠體中存在一定比例的破碎葉綠體，測得的光合速率與無破碎葉綠體的相比，光合速率偏大
C．若該植物較長時間處于遮陰環境，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B－C段對應的關系相似
D．若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中A－B段對應的關系相似
解析：測得植物葉片的光合速率是葉片的總光合速率減去葉片的呼吸速率，而分離得到的葉綠體的光合速率，就是總光合速率，A正確；破碎葉綠體，其葉綠素釋放出來，被破壞，導致消耗二氧化碳減少，測得的光合速率與無破碎葉綠體的相比，光合速率偏小，B錯誤；若該植物較長時間處于遮陰環境，光照不足，光反應減弱，影響暗反應速率，蔗糖合成一直較少，C錯誤；若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片光合作用產生的蔗糖不能運到花瓣，在葉片積累，光合速率下降，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B－C段對應的關系相似，D錯誤。故選A。
15．(2022·全國甲卷)根據光合作用中CO2的固定方式不同，可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反應階段的產物是相同的，光反應階段的產物是O2、[H]和ATP(答出3點即可)。
(2)正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位，原因是自身呼吸消耗或建造植物體結構(答出1點即可)。
(3)干旱會導致氣孔開度減小，研究發現在同等程度干旱條件下，C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析，可能的原因是C4植物的CO2補償點低于C3植物，C4植物能夠利用較低濃度的CO2。
解析：(1)光合作用光反應階段的場所是葉綠體的類囊體薄膜上，光反應發生的物質變化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反應階段生成的產物有O2、[H]和ATP。(2)葉片光合作用產物一部分用來建造植物體結構和自身呼吸消耗，其余部分被輸送到植物體的儲藏器官儲存起來。故正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途徑有C4和C3途徑，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisco；而C3植物只有C3途徑，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱會導致氣孔開度減小，葉片氣孔關閉，CO2吸收減少；由于C4植物的CO2補償點低于C3植物，則C4植物能夠利用較低濃度的CO2，因此光合作用受影響較小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生長得好。
16．(2021·全國甲卷)植物的根細胞可以通過不同方式吸收外界溶液中的K＋。回答下列問題：
(1)細胞外的K＋可以跨膜進入植物的根細胞。細胞膜和核膜及細胞器膜等共同構成了細胞的生物膜系統，生物膜的結構特點是_具有一定的流動性__。
(2)細胞外的K＋能夠通過離子通道進入植物的根細胞。離子通道是由_蛋白質__復合物構成的，其運輸的特點是_順濃度梯度運輸(不消耗能量)__(答出一點即可)。
(3)細胞外的K＋可以通過載體蛋白逆濃度梯度進入植物的根細胞。在有呼吸抑制劑的條件下，根細胞對K＋的吸收速率降低，原因是_根細胞吸收K＋為主動運輸，所需要的能量由細胞呼吸提供__。
解析：(1)生物膜的結構特點是具有一定的流動性。
(2)離子通道是由蛋白質復合物構成的，一種通道只能先讓某種離子通過，而另一些離子則不容易通過，即離子通道具有選擇性。
(3)細胞外的K＋可以通過載體蛋白逆濃度梯度進入植物的根細胞。可知是主動運輸過程，主動運輸需要消耗能量，而細胞中的能量由細胞呼吸提供，因此呼吸抑制劑會降低細胞對K＋的吸收速率。第1課時　細胞呼吸的方式和有氧呼吸過程
課標要求
1．分析細胞呼吸和有機燃料燃燒產生能量過程的不同，理解細胞呼吸的本質。
2．概述有氧呼吸的三個階段，寫出有氧呼吸的反應式。
3．探究酵母菌細胞呼吸的方式，學會控制和檢測實驗變量。
核心素養
1．生命觀念——結構與功能觀：線粒體結構與細胞呼吸的關系。
2．科學思維——分析與綜合：分析有氧呼吸的三個階段，理解細胞呼吸的實質。
3．科學探究——根據實驗目的，設計探究酵母菌細胞呼吸方式的實驗裝置，實施方案，觀察實驗結果，得出正確結論。
知識點一　探究酵母菌細胞呼吸的方式
必備知識·夯實雙基
活學巧練
1.只檢測有無CO2產生即可確定酵母菌的呼吸方式。( × )
2．根據石灰水變混濁的程度可以確定CO2產生量的多少。( √ )
3．酒精在中性或酸性條件下與重鉻酸鉀溶液反應產生灰綠色。( × )
深入探討
釀酒業常用的菌種是酵母菌，發酵池往往封入一部分空氣，為什么？
提示：酵母菌是兼性厭氧菌，有氧時進行有氧呼吸，大量繁殖獲得大量菌種，把氧氣耗盡，然后進行無氧呼吸產生酒精。
課內探究·名師點睛
1．實驗原理
(1)酵母菌是兼性厭氧菌，在有氧和無氧條件下均能生存，有氧呼吸產生H2O和CO2，無氧呼吸產生酒精和CO2。
(2)呼吸產物——CO2和酒精的檢測
①澄清石灰水變混濁，且混濁程度與CO2產量有關；
②藍色的溴麝香草酚藍溶液變綠再變黃，且變黃時間長短與CO2產量有關；
③橙色重鉻酸鉀溶液變灰綠色。
2．實驗分析
①通入甲中A瓶的空氣需先通過NaOH溶液的目的是保證進入A瓶的氣體中不含有CO2，保證使第三個錐形瓶中的澄清石灰水變混濁的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸產生的。
②乙中B瓶應封口放置一段時間，待酵母菌將B瓶中的氧氣消耗完后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，確保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌無氧呼吸產生的。
知識貼士
酵母菌是兼性厭氧生物，是因為它既能進行有氧呼吸也能進行無氧呼吸，而人體中的某些細胞既能進行有氧呼吸也能短暫的進行無氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物異化作用類型的區分，不是以能否進行有氧、無氧呼吸為依據的，而是以在有氧或無氧的條件下能否正常生存為依據的。
典例剖析
典例1 下列關于探究酵母菌細胞呼吸方式實驗的敘述正確的是( C )
A．選擇酵母菌為實驗材料是因為酵母菌是自養、兼性厭氧型微生物，易于培養
B．通過設置有氧(對照組)和無氧(實驗組)的對照，易于判斷酵母菌的呼吸方式
C．將實驗裝置連接后需要進行氣密性檢查，確保不漏氣
D．實驗的因變量是澄清石灰水是否變混濁和加入酸性重鉻酸鉀溶液后樣液的顏色變化
解析： 酵母菌是單細胞生物，屬于異養、兼性厭氧型微生物，易于培養，A錯誤；通過設置有氧和無氧兩個實驗組進行相互對照，易于判斷酵母菌的細胞呼吸方式，B錯誤；實驗的因變量是澄清石灰水的混濁程度和加入酸性重鉻酸鉀溶液后樣液的顏色變化，D錯誤。
變式訓練 (2022·福建龍巖一中期末)如圖為“探究酵母菌細胞呼吸的方式”的實驗裝置，下列有關敘述錯誤的是( B )
A．A瓶加入質量分數為10%的NaOH溶液是為了吸收空氣中的CO2
B．若向B瓶和D瓶中加入重鉻酸鉀的濃硫酸溶液，則D瓶內的溶液會變黃
C．可根據溴麝香草酚藍溶液變黃的時間長短，來檢測CO2的產生情況
D．裝置乙D瓶先封口放置一段時間的目的是消耗瓶中的O2以形成無氧的環境
解析： 裝置甲中酵母菌進行有氧呼吸，產生二氧化碳和水，裝置乙中酵母菌無氧呼吸產生酒精和二氧化碳，故向B瓶和D瓶中加入重鉻酸鉀的濃硫酸溶液，則D瓶內的溶液會變成灰綠色，B錯誤。
知識點二　有氧呼吸
必備知識·夯實雙基
活學巧練
1.有氧呼吸的三個階段均可產生ATP，但第三階段產生的最多。( √ )
2．有氧呼吸產生的[H]在線粒體基質中與氧結合生成水。( × )
3．有氧呼吸的第三階段既消耗水又產生水。( × )
深入討論
1.有氧呼吸過程中哪幾個階段有[H]產生？其消耗發生在哪個階段？
提示：有氧呼吸過程中第一、二階段有[H]產生，其去向是在第三階段與氧氣結合形成水。
2．有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分別來自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O從何而來？
提示：有氧呼吸的生成物CO2中的C來自葡萄糖，O來自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O來自氧氣。
課內探究·名師點睛
1．線粒體的結構(如右圖所示)
(1) 雙層膜
(2)嵴：由內膜的某些部位向內腔折疊形成。嵴使內膜的表面積大大增加，更有利于有氧呼吸的進行。
(3)基質：嵴的周圍充滿液態的基質。線粒體基質中含有少量的DNA和RNA，含有許多種與有氧呼吸有關的酶。
2．有氧呼吸的過程
有氧呼吸過程 第一階段 第二階段 第三階段
場所 細胞質基質 線粒體基質 線粒體內膜
反應物 葡萄糖(C6H12O6) 丙酮酸(C3H4O3)＋H2O [H]＋O2
產物 丙酮酸＋[H] CO2＋[H] H2O
是否需氧 不需氧 不需氧 需氧
產生ATP數量 少量(2 mol) 少量(2 mol) 大量(28 mol)
反應式 C6H12O62C3H4O3＋4[H]＋能量 2C3H4O3＋6H2O6CO2＋20[H]＋能量 24[H]＋6O212H2O＋能量
總反應式及各元素的去向
特別提醒：反應式中左右兩邊的水不能抵消，原因是左邊的水是用于生成[H]和部分CO2的，而右邊的水分子中的氧原子全部來自O2。CO2中的氧原子一半來自C6H12O6，一半來自參與反應的水分子。
3．有氧呼吸過程中的產能及能量利用率
(1)產能
1 mol葡萄糖(2 870 kJ)
(2)能量利用率：葡萄糖有氧分解時，能量利用率為×100%≈34.05%，還有約65.95%的能量以熱能的形式散失。
易錯提醒：(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物質，但不是唯一的物質。
(2)葡萄糖不能進入線粒體，需要在細胞質基質中分解為丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能進入線粒體中進一步分解。
(3)真核細胞中哺乳動物成熟的紅細胞、蛔蟲無線粒體，只能進行無氧呼吸。線粒體不是進行有氧呼吸必需的結構，如藍細菌(原核生物)無線粒體，但能進行有氧呼吸。
典例剖析
典例2 (2022·山東青島高一學業考試)研究者將青蛙細胞放在低滲溶液中漲破、離心得到線粒體外膜及膜間隙成分、內膜、線粒體基質等，下列相關敘述錯誤的是( B )
A．線粒體外膜先破裂是因為外膜面積比內膜小
B．線粒體可在有氧條件下將葡萄糖分解為CO2和水
C．處理線粒體過程中，可得到丙酮酸、核苷酸和氨基酸等成分
D．青蛙進行各項生命活動所需的ATP主要來自線粒體
解析： 線粒體可在有氧條件下將丙酮酸分解為CO2和水，B錯誤。
變式訓練 如圖表示細胞有氧呼吸的過程，其中①～③代表有關生理過程發生的場所，甲、乙代表有關物質。下列相關敘述正確的是( D )
A．①、②和③分別是細胞質基質、線粒體內膜和線粒體基質
B．①和②所含酶的種類相同
C．②和③都能產生大量ATP
D．甲、乙分別代表丙酮酸、[H]
解析： 圖中①是細胞質基質，②表示線粒體基質，③表示線粒體內膜；①中進行的是細胞呼吸的第一階段，②中進行的是有氧呼吸的第二階段，所以所含酶的種類不同；②中進行的是有氧呼吸的第二階段，只能產生少量ATP，③中進行的是有氧呼吸的第三階段，能產生大量ATP。
1．探究酵母菌細胞呼吸方式實驗的條件控制
(1)有氧條件：裝置甲連通橡皮球(或氣泵)，讓空氣間歇性地依次通過三個錐形瓶，既保證O2的充分供應，又使空氣先經過盛有NaOH溶液的錐形瓶，除去空氣中的CO2，保證第三個錐形瓶的澄清石灰水變混濁是酵母菌有氧呼吸產生的CO2所致。
(2)無氧條件：裝置乙中B瓶應封口放置一段時間后，待酵母菌將B瓶中的O2消耗完，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，確保是無氧呼吸產生的CO2使澄清的石灰水變混濁。
2．對比實驗
設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析，來探究某種因素對實驗對象的影響，這樣的實驗叫作對比實驗，也叫相互對照實驗。在本節課的探究活動中，需要設置有氧和無氧兩種條件，探究酵母菌在不同氧氣條件下細胞呼吸的方式，這兩個實驗組的結果都是事先未知的，它們之間形成相互對照，沒有另設對照組，都是實驗組。
典例3 (2023·廣東實驗中學高一月考)某同學為了研究酵母菌細胞呼吸的方式，制作了如下圖所示的實驗裝置。甲、乙瓶中各加等量的經煮沸后冷卻的葡萄糖溶液，并加入等量的酵母菌，乙瓶內用液體石蠟隔絕空氣。對該實驗的分析，錯誤的是 ( D )
A．該實驗不能以有無CO2的產生來判斷酵母菌的細胞呼吸方式
B．將葡萄糖溶液煮沸可以防止雜菌污染，以免影響實驗結果
C．乙瓶中通過滴加酸性重鉻酸鉀溶液鑒定是否有酒精生成
D．乙瓶為甲的空白對照實驗，以排除無關因素對酵母菌細胞呼吸的影響
解析：酵母菌的有氧呼吸和無氧呼吸都可以產生CO2，因此不能以有無CO2的產生來判斷酵母菌的細胞呼吸方式，A項正確；將葡萄糖溶液煮沸可以殺菌，防止雜菌的細胞呼吸對實驗結果產生影響，B項正確；橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下遇酒精變成灰綠色，以此鑒定是否有酒精生成，C項正確；甲、乙都是實驗組，該實驗為對比實驗，D項錯誤。
學霸記憶
1.CO2可使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃。
2．橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下可與酒精發生化學反應，變成灰綠色。
3．有氧呼吸的反應式為：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
1．下列關于“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗的敘述，錯誤的是( A )
A．通過檢測CO2是否生成可判斷酵母菌細胞呼吸的方式
B．實驗使用的酵母菌培養液是適宜質量分數的葡萄糖溶液
C．實驗應該設計有氧條件和無氧條件下的對比實驗，分別分析酵母菌細胞呼吸情況
D．橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下與乙醇反應變成灰綠色
解析：酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都產生二氧化碳，因此通過檢測CO2是否生成不能判斷酵母菌細胞呼吸的方式，A錯誤；實驗使用的酵母菌培養液是適宜質量分數的葡萄糖溶液，否則濃度過高，會導致酵母菌失水死亡，B正確；有氧條件和無氧條件分別對應探究有氧呼吸和無氧呼吸能否發生，所以實驗應該設計有氧條件和無氧條件下的對比實驗，分別分析酵母菌細胞呼吸情況，C正確；橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下與乙醇反應變成灰綠色，D正確。故選A。
2．(2022·江西南昌一中月考)有氧呼吸是細胞呼吸的主要方式，下列關于有氧呼吸的敘述正確的是( D )
A．有氧呼吸每個階段都生成ATP，第三階段生成量最少
B．有氧呼吸的每個階段都有O2參與
C．[H]在第一、二、三階段產生，作用是還原O2生成H2O
D．有氧呼吸過程中，有機物中的能量是經過一系列的反應逐步釋放的
解析：有氧呼吸中，有機物中的能量是經過一系列的反應逐步釋放的，第三階段放出能量最多，只有第三階段有氧氣參與，[H]產生于第一、二階段，作用于第三階段。
3．某生物興趣小組想探究：酵母菌是否在有氧、無氧條件下均能產生CO2。現提供若干套(每套均有數個)實驗裝置，如圖(A～D)所示，請分析作答：
(1)根據實驗目的選擇裝置序號，并按照實驗的組裝要求排序(裝置可重復使用)有氧條件下的裝置序號：_C→(B)→A→B__；無氧條件下的裝置序號：_D→B__。
(2)B瓶中澄清的石灰水還可用 溴麝香草酚藍溶液　代替，根據其溶液變成_黃色__(顏色)的時間長短，可以檢測酵母菌培養液中產生CO2的情況。
(3)一段時間后，在A、D中取少量培養液，滴加_酸性重鉻酸鉀__溶液檢測酒精的存在，若存在酒精，會出現的顏色變化為_橙色變為灰綠色__。
(4)A培養瓶中酵母菌細胞呼吸，釋放的CO2是在_線粒體基質__中產生的，H2O是在_線粒體內膜__中形成的；產生ATP最多的是第三階段。總反應式： C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量　。
解析：(1)要檢測酵母菌有氧呼吸的產物，需要給酵母菌培養液通入不含二氧化碳的空氣，從而保證檢測的二氧化碳全部由呼吸作用產生，不是空氣中的，所以有氧呼吸的裝置應為：C→A→B(或C→B→A→B)。要檢測酵母菌無氧呼吸的產物，需要給酵母菌培養液無氧的環境，并檢測產物是否有二氧化碳，所以無氧呼吸的裝置應為：D→B；
(2)C瓶中氫氧化鈉的作用是吸收空氣中的二氧化碳，保證進入B瓶的二氧化碳都是酵母菌呼吸作用產生的。二氧化碳除了可以用澄清石灰水鑒定外，還可以利用溴麝香草酚藍溶液鑒定。所以B瓶中澄清的石灰水還可用溴麝香草酚藍溶液代替，顏色變化由藍變綠再變黃，可以根據顏色變化的時間長短，檢測酵母菌培養液中的產生CO2情況。
(3)鑒定酒精的有無可以用酸性重鉻酸鉀，重鉻酸鉀在酸性條件下與酒精反應會由橙色變為灰綠色。
(4)有氧呼吸第二階段產生CO2，發生在線粒體基質，第三階段產生水，發生在線粒體內膜。A培養瓶中酵母菌細胞呼吸，釋放的CO2是在線粒體基質中產生的，H2O是在線粒體內膜中形成的；產生ATP最多的是第三階段。總反應式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。第2節　細胞的能量“貨幣”ATP
課標要求
1．簡述ATP的化學組成和特點。
2．簡述ATP和ADP的相互轉化。
3．解釋ATP在能量代謝中的作用。
核心素養
1．生命觀念——結構與功能觀：認同ATP的結構與功能相適應。
2．科學思維——分析與綜合：ATP與ADP之間的相互轉化；理解ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。
知識點一　ATP是一種高能磷酸化合物
必備知識·夯實雙基
1．中文名稱：_腺苷三磷酸__。
2．結構簡式：A—P～P～P，其中A代表_腺苷__，P代表_磷酸基團__，～代表_特殊的化學鍵__。
3．特點
(1)ATP不穩定的原因：由于ATP中兩個相鄰的磷酸基團都_帶負電荷而相互排斥__等原因，使得特殊的化學鍵不穩定，末端磷酸基團有較高的_轉移勢能__。
(2)ATP的水解過程就是_釋放能量__的過程，1 mol ATP水解釋放的能量高達30.54 kJ，所以說ATP是一種_高能磷酸化合物__。
4．功能：ATP是驅動細胞生命活動的_直接能源__物質。
5．ATP的供能機理：ATP在_酶__的作用下水解時，脫離下來的_末端磷酸基團__挾能量與其他分子結合，從而使后者發生變化。
活學巧練
1.ATP是細胞內主要的能源物質。( × )
2．ATP由1個腺嘌呤和3個磷酸基團構成。( × )
3．ATP是高能磷酸化合物，含3個特殊化學鍵，其中末端的磷酸基團具有較高的轉移勢能。( × )
深入探討
ATP的結構及特點
1．根據ATP結構式思考下列問題：
(1)圖中①②③的結構分別是什么？
提示：腺嘌呤、核糖、磷酸基團。
(2)腺苷是由圖中哪些結構組成的？
提示：①②。
(3)ATP分子去掉2個磷酸基團后的剩余部分是什么物質？
提示：腺嘌呤核糖核苷酸。
(4)若ATP完全水解，會得到哪些成分？
提示：腺嘌呤、核糖、磷酸。
2．為什么ATP中遠離A端的特殊化學鍵不穩定？ATP怎樣實現能量的轉移？
提示：由于兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥等原因，使得這種化學鍵不穩定，末端磷酸基團有一種離開ATP而與其他分子結合的趨勢，也就是具有較高的轉移勢能。當ATP在酶的作用下水解時，脫離下來的末端磷酸基團挾能量與其他分子結合，從而使后者發生變化。
課內探究·名師點睛
1. ATP的分子組成(如圖)
(1)元素組成：ATP是由C、H、O、N、P五種元素組成的，這與核酸的元素組成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本組成單位之一。
(3)ATP的結構組成可以用“1、2、3”來總結，“1”表示1個腺苷，“2”表示兩個特殊的化學鍵，“3”表示3個磷酸基團。
(4)拓展：ATP是生命活動最主要的直接能源物質，但不是唯一的直接能源物質，除ATP外，還有UTP、GTP和CTP。UTP是由一個尿嘧啶、一個核糖、三個磷酸連接而成的；GTP是由一個鳥嘌呤、一個核糖、三個磷酸連接而成的；CTP是由一個胞嘧啶、一個核糖、三個磷酸連接而成的。每個分子去掉兩個磷酸基團后都是構成RNA的基本單位，它們的關系如下圖所示：
這四種物質中，ATP是生物體的直接能源物質，當人體在運動、吸收氨基酸、葡萄糖等營養物質時都會消耗ATP，ATP是能量“貨幣”。GTP可用于合成蛋白質，CTP可用于合成脂質，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改變為脫氧核糖，就轉變為dATP(脫氧腺苷三磷酸)。
2．生物體內的能源物質總結
(1)能源物質：糖類、脂肪、蛋白質、ATP。
(2)主要能源物質：糖類。
(3)儲能物質：脂肪、淀粉(植物細胞)、糖原(動物細胞)。
(4)主要儲能物質：脂肪。
(5)直接能源物質：ATP
(6)最終能量來源：太陽能。
典例剖析
典例1 下列關于ATP的敘述中正確的是( C )
A．ATP中存在3個特殊的化學鍵
B．腺苷三磷酸可簡寫為A—P—P～P
C．ATP是生物體內的直接能源物質
D．靠近A的特殊化學鍵容易斷裂
解析：ATP中存在2個特殊的化學鍵，A項錯誤；腺苷三磷酸可簡寫為A—P～P～P，B項錯誤；ATP是直接能源物質，C項正確；遠離A的特殊化學鍵容易斷裂，D項錯誤。
變式訓練 下列有關ATP結構簡圖的敘述，正確的是( D )
A．圖中的A代表腺苷，b、c為特殊化學鍵
B．a是組成DNA的基本單位之一
C．ATP是生物體內良好的儲能物質
D．ATP中的“A”與RNA中的堿基“A”表示的不是同一種物質
解析： 圖中A代表的是腺嘌呤，A項錯誤；a是組成RNA的基本單位之一，B項錯誤；ATP是生命活動的直接能源物質，不是良好的儲能物質，C項錯誤；ATP中的“A”代表腺苷，RNA中的堿基“A”代表腺嘌呤，D項正確。
知識點二　ATP和ADP可以相互轉化及ATP的利用
必備知識·夯實雙基
1．過程
(1)釋放能量：ATP_ADP__＋Pi＋能量。
(2)儲存能量：ADP＋Pi＋能量_ATP__。
2．能量的來源及去路
3．原因及特點
(1)原因：ATP分子中_末端磷酸基團具有較高的轉移勢能__很容易水解。
(2)特點：時刻不停地發生并且處于_動態平衡__之中。
4．ATP的利用
(1)細胞內吸能反應一般與_ATP水解__的反應相聯系，由_ATP水解__提供能量；放能反應一般與_ATP合成__的反應相聯系，釋放的能量儲存在_ATP__中。
(2)舉例說明有哪些生命活動需要利用ATP：_細胞的主動運輸、胞吞胞吐、各種吸能反應，還可用于生物發光發電、肌肉收縮、大腦思考等生命活動__。
(3)ATP水解釋放的_磷酸基團__使_蛋白質__等分子磷酸化，這在細胞中是常見的。這些分子被磷酸化后，_空間結構發生__變化，_活性__也被改變，因而可以參與_各種化學反應__。
活學巧練
1.人在饑餓時，細胞中ATP與ADP的含量難以達到動態平衡。( × )
2．ATP能夠及時轉化成ADP，這有效地保證了細胞內能量的供應。( √ )
3．ATP在細胞內含量并不高，活細胞都能產生ATP，也都會消耗ATP。( √ )
4．ATP中的A不代表腺嘌呤，當脫去兩個磷酸后，形成的物質為RNA的基本單位之一。( √ )
5．ATP水解釋放的能量可用于細胞內的吸能反應。( √ )
深入探討
1.人們不論在運動時還是休息時，細胞內時刻進行著ATP與ADP的相互轉化，這種轉化屬于可逆反應嗎？
提示：不屬于，所需酶及場所和能量來源等不同。
2．ATP在細胞內的含量是很少的，如成年人細胞內ADP和ATP的總量僅為2～10 mg，而一個正常成年人在靜止狀態下24 h將有40 kg的ATP發生轉化。為滿足能量需要，分析生物體是如何解決這一矛盾的？
提示：ATP與ADP在細胞內的相互轉化是十分迅速的，且物質可以重復利用，因此，能滿足生命活動對能量的需要。
課內探究·名師點睛
ATP轉化及利用圖示
圖示1：
圖示2：
例：ATP如何為主動運輸供能
ATPATP水解Ca2＋釋放到膜外
知識貼士
(1)光合作用和呼吸作用等放能反應與ATP的合成相聯系。
(2)主動運輸等吸能反應與ATP的分解相聯系，所以ATP是直接供能物質。
(3)ATP在生物體內含量很少，又不斷通過各種生命活動大量消耗，但ATP在細胞內的轉化十分迅速，從而使細胞中的ATP總是處于一種動態平衡之中。
(4)ATP為生命活動提供的是化學能。
(5)ATP是細胞內的直接供能物質，但并非所有的生命活動所需的能量都是由ATP提供的，如葡萄糖的主動運輸所需能量可以來自Na＋的電勢差能。
典例剖析
典例2 生物體內能量代謝中ATP的合成和利用過程如圖所示。以下說法錯誤的是( C )
A．動植物體內都有呼吸作用為ATP的合成提供能量
B．①過程和②過程利用的酶和進行場所不相同
C．c表示吸收的能量，d表示釋放的能量，兩者形式相同
D．ATP在活細胞中含量很少，但轉化速度很快
解析： 圖示中的a可表示呼吸作用，b可表示光合作用，動植物體內都有呼吸作用為ATP的合成提供能量，A項正確；①過程為ATP的合成，②過程為ATP的水解，二者利用的酶和進行場所不相同，B項正確；c表示ATP合成過程中吸收的能量，主要是光能、化學能，而d表示ATP水解釋放的能量，可以有多種形式，C項錯誤；ATP在活細胞中的含量很少，但轉換速度很快，D項正確。
變式訓練 在某細胞培養液中加入32P標記的磷酸分子，短時間內分離出細胞的ATP，發現其含量變化不大，但部分ATP的末端磷酸基團已帶上放射性標記，該現象能夠說明( B )
①ATP中遠離腺苷的磷酸基團容易脫離32P
②32P標記的ATP是新合成的
③ATP是細胞內的直接能源物質
④該過程中ATP既有合成又有分解
A．①②③④ B．①②④
C．①②③ D．②③④
解析：由于是部分ATP的末端磷酸基團已帶上放射性標記，說明ATP中遠離A的磷酸基團容易脫離，形成ADP，①正確；部分ATP的末端磷酸基團已帶上放射性標記，說明部分32P標記的ATP是重新合成的，②正確；由于題干中沒有說明ATP供能的過程，所以不能說明ATP是細胞內的直接能源物質，③錯誤；ATP含量變化不大和部分ATP的末端磷酸基團已帶上放射性標記，說明該過程中ATP既有合成又有分解，④正確。所以該現象能夠說明的是①②④。
1．ATP與ADP的轉化式的含義
細胞內ATP與ADP的循環過程，并不表示化學上的可逆反應。
(1)從反應條件上看：由于酶具有專一性，因此，二者反應條件不同。
(2)從反應場所上看：ATP的合成場所與分解場所不完全相同。
(3)從能量來源上看：二者的能量來源不同。
綜上所述，ATP和ADP相互轉化的過程應判斷為
“物質是可逆的，能量是不可逆的”或解釋為“物質是可以循環利用的，能量是不能循環的”。
提示：判斷一個化學反應是不是可逆反應，不僅要看反應物和生成物是否相同，還要看反應的條件、場所是否相同。
2．ATP與DNA、RNA、核苷酸的聯系
ATP與DNA、RNA、核苷酸的結構中都含有“A”，但在不同物質中“A”表示的含義不同，如圖所示。
(1)ATP中的A為腺苷，由腺嘌呤和核糖組成。
(2)DNA分子中的A為腺嘌呤脫氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脫氧核糖和一分子磷酸組成。
(3)RNA分子中的A為腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸組成。
(4)核苷酸中的A為腺嘌呤。
由此可見，它們的共同點是都含有腺嘌呤。
典例3 ATP是細胞的能量“貨幣”，是生命活動的直接能源物質，如圖為ATP的結構和ATP與ADP相互轉化的關系式。下列說法不正確的是( C )
ATPADP＋Pi＋能量
圖2
A．ATP和ADP快速轉化依賴于酶催化作用具有的高效性
B．圖2中反應向右進行時，釋放能量，圖1中的c鍵斷裂
C．圖1中的“A”代表腺苷，如果b、c特殊的化學鍵都斷裂則是構成RNA的基本單位之一
D．圖2的兩個反應總是處于“動態平衡”中，如劇烈運動時ATP分解量增加，此時其合成量也增加
解析： ATP和ADP快速轉化依賴于酶催化作用具有的高效性，A正確；ATP水解時遠離腺苷的特殊化學鍵斷裂，釋放大量能量，供細胞的生命活動利用，B正確；圖1中的“A”代表腺嘌呤，如果b、c特殊的化學鍵都斷裂則是構成RNA的基本單位之一，C錯誤；圖2的兩個反應總是處于“動態平衡”中，如劇烈運動時ATP分解量增加，此時其合成量也增加，D正確。故選C。
學霸記憶
1.ATP的結構簡式是A—P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基團，“～”代表特殊化學鍵。
2．一個ATP分子中有1個腺苷，3個磷酸基團，其中含有2個特殊化學鍵。
3．ATP與ADP相互轉化的反應式：ATPADP＋Pi＋能量。
4．細胞內ATP與ADP的相互轉化的能量供應機制是生物界的共性。
5．動物、人、真菌等合成ATP的途徑是呼吸作用。
6．綠色植物合成ATP的途徑是光合作用和呼吸作用。
7．ATP是生命活動的直接能源物質。
1．一分子ATP具有的腺苷、特殊的化學鍵、磷酸基團的數量依次為( A )
A．1、2、3 B．1、1、2
C．1、2、2 D．2、2、3
解析： ATP的結構簡式為A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基團，“～”代表特殊的化學鍵，可見，一分子ATP含有1個腺苷、2個特殊的化學鍵、3個磷酸基團。
2．(2023·江蘇連云港高一期末)下圖是生物體內ATP和ADP相互轉化表達式，下列相關敘述正確的是( B )
ATPADP＋Pi＋能量
A．反應需要的酶1和酶2是同一種酶
B．ATP與ADP相互轉化處于動態平衡
C．該反應物質與能量變化都是可逆的
D．ATP釋放的能量主要用于再合成ATP
解析： 此反應不是可逆反應，故酶1和酶2不是同一種酶，A錯誤；此過程物質變化是可逆的，而能量變化是不可逆的，C錯誤；ATP釋放的能量直接用于其他生命活動，而ATP合成的能量來自光能和有機物中的化學能，D錯誤。
3．結合ATP為主動運輸供能示意圖，解釋ATP為生命活動供能的機理。
(1)參與Ca2＋主動運輸的載體蛋白是一種_催化ATP水解__的酶，當膜內側的Ca2＋與其相應位點結合時，其酶活性就被激活了。
(2)在載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的_末端磷酸基團__脫離下來與載體蛋白結合，這一過程伴隨著_能量__的轉移，這就是_載體蛋白的磷酸化__。該過程導致載體蛋白_空間結構__發生變化，使Ca2＋的結合位點轉向膜外側，將Ca2＋放到膜外。
解析：(1)通過分析可知，參與Ca2＋主動運輸的載體蛋白是一種催化ATP水解的酶。
(2)一個ATP分子含有三個磷酸基團，其中遠離腺苷的磷酸基團最容易水解脫落，故在載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基團脫離，伴隨著能量的轉移，一方面與載體蛋白結合，導致載體蛋白的磷酸化，使載體蛋白的空間結構發生變化；另一方面也為空間結構反應提供了能量，使Ca2＋從細胞膜一側轉移到另一側，由此可見，Ca2＋的跨膜運輸屬于主動運輸。第2課時　光合作用的原理
課標要求
1．說明光合作用以及對它的認識過程。
2．掌握光合作用過程中的物質變化和能量變化。
核心素養
1．科學思維——分析與綜合：分析光合作用光反應和暗反應過程，認同兩個階段既有區別又有聯系。
2．生命觀念——用物質和能量觀，闡明光合作用過程，能初步用結構和功能觀，說明葉綠體是光合作用的場所。
知識點一　光合作用的概念和探究歷程
必備知識·夯實雙基
1．概念
光合作用是指綠色植物通過_葉綠體__，利用_光__能，把_二氧化碳__和_水轉化成儲存著能量的_有機物__，并且釋放出_氧氣__的過程。
2．探究歷程
(1)19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，_CO2分子__的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成_甲醛__，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過_光合作用__轉化成糖。
(2)1937年，英國植物學家希爾發現，在離體_葉綠體__的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有水，沒有二氧化碳)，在光照下可以釋放出_氧氣__。像這樣，_離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣__的化學反應稱作希爾反應。
(3)1941年，美國科學家魯賓和卡門用_同位素示蹤__的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標記H2O和CO2，使它們分別變成HO和C18O2。然后，進行了兩組實驗：第一組給植物提供 H2O和C18O2　，第二組給同種植物提供_HO和CO2__。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是_O2__，第二組釋放的都是_18O2__。
(4)1954年，美國科學家阿爾農發現，在光照下，葉綠體可合成_ATP__。1957年，他發現這一過程總是與_水的光解__相伴隨。
(5)20世紀40年代，美國的卡爾文利用_同位素標記__法最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑。
3．反應式： CO2＋H2O(CH2O)＋O2　。
深入探討
1.若突然停止光照，光反應和暗反應如何變化？
提示：光反應立即停止，暗反應仍能進行一段時間，最后也停止。
2．希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否能說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部來自水？
提示：不能，僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發生水的光解，產生氧氣。沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也沒有觀察到氧元素的轉移。
課內探究·名師點睛
光合作用的探究歷程
1．希爾實驗
(1)實驗過程：離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣。
(2)實驗結論：在適當條件下葉綠體產生氧氣。
2．魯賓和卡門實驗
(1)巧妙之處：兩組實驗相互對照直觀地表現出氧氣來自水中的氧，而不是來自二氧化碳中的氧。
(2)自變量為被標記的C18O2和HO，因變量是O2的質量(相對分子質量)。
3．卡爾文循環
(1)探究方法——同位素標記法
用14C標記CO2，追蹤檢測放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑。
(2)結論
碳的轉化途徑：14CO2＋C5→14C3→(14CH2O)。
名師點撥：魯賓、卡門實驗對照方式不同
魯賓和卡門實驗的對照方式為相互對照(通過標記不同的物質：HO與C18O2)。
典例剖析
典例1 希爾從細胞中分離出葉綠體，并發現在沒有CO2時，給予葉綠體光照，就能放出O2，同時使電子受體還原。希爾反應是：H2O＋氧化態電子受體→還原態電子受體＋1/2O2。在希爾反應的基礎上，阿爾農又發現在光下的葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP；進一步實驗，撤去光照，供給CO2，發現NADPH和ATP被消耗，并產生有機物。下列關于希爾反應和阿爾農發現的敘述不正確的是( B )
A．光合作用釋放的O2來自水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成發生在葉綠體類囊體的薄膜上
C．希爾反應與CO2合成有機物的過程是兩個過程
D．光合作用的光反應過程為CO2合成有機物提供ATP和NADPH
解析： 從希爾反應和阿爾農發現，得不到信息：NADPH和ATP的形成發生在葉綠體類囊體的薄膜上，B錯誤。
變式訓練 下列有關科學家的經典研究中，采用了同位素標記法的是( D )
①恩格爾曼發現光合作用的場所
②希爾發現在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑在光照下可以釋放出氧氣
③魯賓和卡門證明光合作用釋放的氧氣中的氧元素來源
④CO2轉變成糖類過程中碳元素的轉移途徑
⑤通過分泌蛋白的合成和分泌證明細胞器之間的協調配合
A．①③④ B．②④⑤
C．①②④⑤ D．③④⑤
解析： 恩格爾曼采用水綿、需氧細菌和極細光束進行對照實驗，發現光合作用的場所是葉綠體，他的實驗過程并沒有采用同位素標記法，①錯誤；希爾沒有采用同位素標記法，②錯誤；魯賓和卡門采用同位素標記法進行實驗證明光合作用釋放的O2來自水，③正確；卡爾文采用同位素標記法探明了CO2轉變成糖類過程中碳元素的轉移途徑，④正確；用3H標記氨基酸(同位素標記)，通過檢測放射性，可以探明分泌蛋白的合成和分泌過程，從而證明細胞器之間的協調配合，⑤正確。
知識點二　光合作用的原理
必備知識·夯實雙基
1．填寫圖中字母所代表的物質
a：_O2__　b：_C3__　c：_CO2__d：_NADPH__
2．光反應(Ⅰ過程)
場所 _葉綠體的類囊體的薄膜上__
外界條件 _光照__
物質變化 ①H2O→_NADPH＋O2__②ADP＋Pi＋能量→_ATP__
能量變化 光能→_ATP和NADPH__中活躍的化學能
3.暗反應(Ⅱ過程)
場所 _葉綠體基質__
外界條件 CO2
物質變化 ①CO2→_C3__→(CH2O)②_ATP__→ADP＋Pi＋能量
能量變化 ATP和NADPH中活躍的化學能→_有機物__中穩定的化學能
活學巧練
1.光合作用產生的O2來自CO2和H2O中的O。( × )
2．光反應和暗反應必須都在光照條件下才能進行。( × )
3．光反應為暗反應提供NADPH和ATP；暗反應為光反應提供ADP和Pi。( √ )
4．光合作用光反應階段產生的NADPH可在葉綠體基質中作為還原劑。( √ )
5．離體的葉綠體基質中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反應。( √ )
深入探討
如果給予植物相同時間的光照，只是一組持續光照，另一組光照和黑暗間隔處理，積累的有機物是否相同？
提示：不同。如果總光照時間相同，光照和黑暗間隔處理比一直光照處理積累的有機物多，因為間隔光照時NADPH、ATP基本不積累，利用充分，但一直光照會造成NADPH、ATP的積累，利用不充分。
課內探究·名師點睛
1．光合作用的過程圖解
(1)光反應過程
(2)暗反應過程
2．光反應和暗反應的比較
(1)區別
項目 光反應 暗反應
實質 光能轉化為化學能，并釋放出O2 同化CO2，合成有機物
反應時間 短促 較緩慢
需要條件 外界條件：光照；內部條件：色素、酶 不需要光照；內部條件：酶
反應場所 葉綠體類囊體的薄膜 葉綠體基質
物質變化 ①水的光解：水分解成NADPH和O2②ATP的合成：在相關酶的作用下，ADP和Pi形成ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3②C3的還原：2C3(CH2O)＋C5
能量變化 光能→ATP和NADPH中活躍的化學能 ATP和NADPH中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能
相應產物 O2、ATP和NADPH 糖類等有機物
　　(2)聯系：光反應為暗反應提供NADPH、ATP，暗反應為光反應提供ADP和Pi，如圖所示：
3．光合作用過程中物質交換分析
(1)光合作用過程中C、H、O元素轉移途徑
(2)14C18O2214C3(14CHO)＋HO
(3)光合作用總反應式與C、H、O元素的去向(以生成葡萄糖為例)
知識貼士：有關光合作用過程的四點提醒
(1)葉綠體的內膜既不參與光反應，也不參與暗反應。
(2)光反應階段為暗反應提供ATP、NADPH，ATP從類囊體薄膜移向葉綠體基質。而暗反應則為光反應提供ADP和Pi，ADP從葉綠體基質移向類囊體薄膜。
(3)光反應階段必須是在有光條件下進行，而暗反應階段有光無光都能進行，但需光反應提供的NADPH和ATP，故暗反應不能長期在無光環境中進行。
(4)在自然條件下，光反應階段和暗反應階段同時進行，不分先后。
典例剖析
典例2 (2023·重慶一中高一期末)如圖為光合作用示意圖。下列說法不正確的是( C )
A．①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2
B．暗反應中，CO2首先與C5結合生成C3，然后被還原為(CH2O)
C．黑暗條件下，光反應停止，暗反應將持續不斷地進行下去
D．增加光照強度或降低二氧化碳濃度，C3的含量都將減少
解析：①表示水光解的產物O2，③表示還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2，A正確；暗反應中，CO2首先與C5結合生成C3，然后被還原為(CH2O)，B正確；黑暗條件下，光反應停止，暗反應沒有光反應提供NADPH和ATP，不會持續地進行下去，C錯誤；增加光照強度，光反應增強，產生的NADPH和ATP增多，C3減少；降低二氧化碳濃度，二氧化碳的固定過程受到抑制，C3減少，D正確；故選C。
變式訓練 下列關于光合作用的敘述，正確的是( B )
A．綠色植物所有的細胞都能進行光合作用
B．光合作用的產物既有有機物，也有無機物
C．光合作用的光反應只在光下進行，暗反應只在黑暗中進行
D．光合作用的暗反應需要酶，光反應不需要酶
解析： 綠色植物含有葉綠體的細胞才能進行光合作用，A錯誤；光合作用的產物中糖類等是有機物，O2是無機物，B正確；光合作用的光反應需要光，只在白天進行，暗反應有光無光都能進行，C錯誤；光合作用的光反應和暗反應都需要酶，D錯誤。
光照和CO2濃度驟變時，C3、C5、NADPH和ATP物質含量變化分析
1．分析思路
當外界條件改變時，光合作用中C3、C5、NADPH、ATP含量的變化可以采用下圖分析：
2．分析結果
條件 C3 C5 NADPH和ATP 模型分析
光照由強到弱，CO2供應不變 增加 減少 減少
光照由弱到強，CO2供應不變 減少 增加 增加
光照不變，CO2由充足到不足 減少 增加 增加
光照不變，CO2由不足到充足 增加 減少 減少
典例3 CO2供應不足最終可影響到綠色植物釋放O2減少，以下敘述中最直接的原因是( D )
A．CO2供應不足使固定形成的C3減少
B．C3還原所消耗的ATP和NADPH減少
C．ATP和NADPH減少使光反應分解水減少
D．ADP、Pi、NADP＋減少使光反應分解水減少
解析： 根據光合作用過程可知，CO2供應不足，C3減少，光反應積累的NADPH和ATP的量相對增多，細胞中ADP、Pi、NADP＋相應地減少，光反應能力下降，分解水減少，釋放O2減少。
學霸記憶
1.光合作用的實質是合成有機物，儲存能量；而呼吸作用的實質是分解有機物，釋放能量。
2．光合作用的反應式為：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
3．光反應的場所是類囊體薄膜，產物是O2、NADPH和ATP。
4．暗反應的場所是葉綠體基質，產物是糖類等物質。
5．光合作用中的物質轉化為：
①14CO2―→14C3―→(14CH2O)；②HO―→18O2。
6．光合作用的能量轉換為：光能―→ATP和NADPH中活躍的化學能―→有機物中穩定的化學能。
1．下圖為高等綠色植物的光合作用圖解。下列相關說法正確的是( D )
A．①是光合色素，可用層析液提取
B．②是O2，全部用于該植物有氧呼吸的第三階段
C．③是C3，能被氧化為(CH2O)
D．④是ATP，在葉綠體基質中被消耗
解析：①是光合色素，可用無水乙醇提取，A錯誤；②是O2，當光合作用大于呼吸作用時，一部分氧氣釋放到細胞外，B錯誤；三碳化合物被NADPH還原形成有機物，不是被氧化形成有機物，C錯誤；④是ATP，是光反應的產物，用于暗反應中三碳化合物的還原階段，其消耗場所是葉綠體基質，D正確。
2．(2023·湖北黃石市高一月考)下圖表示葉肉細胞光反應的部分生理過程，下列有關該圖的分析，錯誤的是( C )
A．光照強度變弱時物質B的生成速率會降低
B．可推測，H＋參與物質A的生成過程
C．物質A將參與暗反應中CO2的固定過程
D．物質B能以自由擴散的方式跨過葉綠體膜
解析：光照強度變弱時，光反應減弱，物質B氧氣的生成速率會降低，A正確；可推測，H＋參與物質ATP的生成過程，B正確；ATP將參與暗反應中C3的還原過程，C錯誤；物質B氧氣能以自由擴散的方式跨過葉綠體膜，D正確。故選C。
3．甲圖表示光合作用部分過程的圖解，乙圖表示改變光照后，與光合作用有關的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在細胞內的變化曲線。據圖回答問題：
(1)圖中A表示的物質是_NADPH__，它是由_水在光下分解__產生的，其作用主要是_用于C3的還原和提供能量__。
(2)圖中ATP形成所需的能量最終來自于_太陽能(光能)__。若用同位素標記14CO2，則14C最終進入的物質是_(CH2O)__。
(3)圖乙中曲線a表示的化合物是_C3__，在無光照時，其含量迅速上升的原因是_無光時，C3還原受阻，C3合成仍在進行__。
(4)曲線b表示的化合物是_C5__，在無光照時，其含量下降的原因是_無光時，C5與CO2結合形成C3，且C3不能被還原為C5__。
解析：分析甲圖可以看出，過程②為C3的還原，它需要ATP和NADPH，NADPH是水在光下分解產生的。CO2首先被C5固定生成C3，然后被還原生成葡萄糖等有機物。根據圖乙，黑暗條件下光反應停止，產生的NADPH和ATP迅速減少，使C3的還原受阻，而此時CO2仍在不斷地被C5固定形成C3而使C3的含量迅速上升，可見a應是C3含量的變化曲線，那么b則是C5含量的變化曲線。

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