人教版高中生物必修1第5章细胞的能量供应和利用课时学案

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第5章 细胞的能量供应和利用解读章首图文培养学习志向·勇担社会责任章引言结合日常生活经验创设情境，引入有关细胞的能量供应和利用的主题：石头和绿叶在阳光照射下，一个发热一个却不会，从这样的常见现象，引入关于植物的叶片与石头在吸收利用光能方面的不同之处，联系绿色植物的光合作用能吸收、转化和利用能量。在此基础上，简述光合作用的重要意义，提出“细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢？”这一核心问题。章题图是明亮的阳光洒在绿叶上，绿叶上映衬着蚱蜢的剪影，画面的美感，激发同学们学习的冲动。绿叶上还画有叶绿体的亚显微结构模式图和光合作用过程的模式图解，图解突出了光合作用中ATP与ADP的相互转化。章题图左上方的一首诗，形象贴切地点出了章题图的寓意：动植物的生命活动，全都离不开细胞对能量的获取与利用，而能量的最终来源是阳光。当同学们看到这幅图，读到压图的小诗，头脑里便能展开联想：绿叶获取光能，一股股涓涓细流般的光能，通过光合作用固定、储存在绿叶制造的有机物中；蚱蜢吃着鲜嫩的绿叶，能量又悄无声息地流进蚱蜢体内；能量在它们的体内流转激荡，用于物质输入输出，用于生长和发育……其他的生物，其他的生命系统的运转，也都是像这样需要能量的驱动。章首页的题图、题诗、引言，用不同的方式，围绕本章标题明确表述的“细胞的能量供应和利用”这一主题去创设情境。本章的四节内容，则是在这一情境的烘托下，进一步围绕着“能量供应和利用”逐步展开。理清本章架构初识概念体系·具备系统思维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【主干知识梳理】一、酶在细胞代谢中的作用1．细胞代谢(1)场所：活细胞内。(2)实质：各种化学反应的总称。(3)意义：细胞生命活动的基础。2．比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验原理：过氧化氢在水浴加热、FeCl3 溶液中的Fe3＋和肝脏研磨液中过氧化氢酶的作用下加速分解。(2)实验步骤和实验现象：(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。3．控制变量和对照实验(1)自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量。(2)因变量：因自变量改变而变化的变量叫作因变量。(3)无关变量：除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量。(4)对照实验：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。二、酶的作用原理和本质1．酶的作用原理(1)活化能：指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。(2)原理：同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。(3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。2．酶的作用及本质(1)产生场所：活细胞中。(2)生理作用：催化作用。(3)化学本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。【教材微点发掘】1．结合教材第78页图5－1及下图分析酶的作用原理：(1)表示无酶催化时反应进行需要的活化能的是AC段。(2)表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是BC段。(3)酶降低的活化能是AB段。(4)若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向上移动。(5)下表数据是在20 ℃测得的H2O2分解的活化能，数据说明，酶和无机催化剂相比有什么不同？提示：和无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，即催化效率更高。2．萨姆纳从刀豆种子中提取到脲酶，并证明了脲酶是蛋白质(教材第79页“思考·讨论”)。请说明验证脲酶是蛋白质的实验思路：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质教材问题提示思考·讨论1．巴斯德认为发酵与活细胞有关，是合理的；认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用，是不正确的。李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质，是合理的；认为这些物质只有在酵母菌细胞死亡并裂解后才能发挥作用，是不正确的。2．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．毕希纳的实验说明，酵母菌细胞中的某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母菌细胞中一样。4．萨姆纳历时9年，用正确的科学方法，依靠坚持不懈、百折不挠的科学精神，将酶提纯出来。成功属于不畏艰苦的人。5．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。新知探究(一)　酶在细胞代谢中的作用【探究·深化】[情境质疑]阅读教材第77页“探究·实践”“比较过氧化氢在不同条件下的分解”并思考有关问题。1．从材料、用具、操作步骤及安全性等方面分析。(1)实验时，选用新鲜的肝脏作为实验材料的原因是什么？提示：肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生菌的作用下分解，就不能促进过氧化氢分解成H2O和O2。(2)在实验中，为什么将肝脏研磨成溶液？提示：研磨肝脏，使过氧化氢酶释放出来，释放出的过氧化氢酶与试管内过氧化氢分子充分接触，加速过氧化氢的分解。(3)在滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，为什么不能共用一支吸管？提示：滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时，若共用一支吸管，则滴加的FeCl3溶液中会含少量肝脏研磨液，而研磨液中的过氧化氢酶具有高效性，会使两支试管中产生的气泡差别不大，不易对比观察，从而影响实验结果的准确性。2．从实验过程和实验结果分析：(1)2、3、4号三支试管都有气泡放出，但4号试管放出的气泡最多，说明了什么？提示：加热、无机催化剂和酶都能促进过氧化氢的分解，提高反应速率，但是酶的催化效率更高。(2)与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明了什么？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。(3)通过对这个实验结果的分析，你认为酶在细胞代谢中具有什么作用？提示：酶在温和条件下，可以高效地完成对化学反应的催化，即酶具有催化化学反应的作用。[重难点拨]1．酶具有催化作用的实验验证思路2.酶的作用机理酶作用的实质是降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，两者的比较如图所示。图中各字母代表的含义：a、b、c分别代表无催化剂、使用无机催化剂、使用酶催化的化学反应过程，E1、E2、E3分别代表进行相应化学反应所需的活化能，ΔE代表使用酶后降低的活化能。【典题·例析】[典例1]　如图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。有关分析合理的是(　　)A．本实验自变量是催化剂的种类B．本实验的无关变量有温度和过氧化氢的用量等C．1号和4号试管对比可说明酶具有催化作用D．3号和4号试管对比可说明酶具有专一性[解析]　本实验的自变量是温度和催化剂的种类；分析题图可知，温度是自变量，而不是无关变量，本实验的无关变量有酶用量、过氧化氢的量等；分析题图可知，1号与4号对照，其单一变量为是否有酶，可说明酶具有催化作用；3号和4号对照，自变量是催化剂的种类，可说明酶催化作用具有高效性。[答案]　C[典例2]　下列关于活化能的叙述，错误的是(　　)A．分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量B．无机催化剂、水浴加热都可以降低化学反应的活化能　C．酶可以降低化学反应的活化能D．同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著[解析]　酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用效果更显著；水浴加热可以给化学反应提供能量，但不能降低化学反应的活化能。[答案]　B【应用·体验】1．(2022·聊城高一月考)以下对酶的作用比喻不恰当的是(　　)A．酶的作用就像给运动员把跨栏的高度降下来B．酶的作用就像给翻越高山的汽车加大油门C．酶的作用就像制取氧气时在氯酸钾中加了二氧化锰D．酶的作用就像高考时降低了录取的分数线解析：选B　分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能，如果把化学反应比作驾车翻越一座高山，“加热、加压”相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到穿山的隧道，即用催化剂就相当于使原来反应的“难度”降低了，因此A项和D项的比喻都是比较合理的；C项中二氧化锰起到催化剂的作用，因此这个比喻也是恰当的；给汽车加大油门相当于反应中的加热、加压，因此B项比喻是不恰当的。2．下列各图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能，其中正确的图解是(　　)解析：选C　活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，两曲线最高点的差值就是酶降低的活化能，只有C项图中曲线符合。新知探究(二)　酶的本质【探究·深化】[情境质疑]酶是一种生物催化剂，其化学本质是什么？对此科学家们进行了不懈的研究。请完善酶研究的历程图。[重难点拨]1．酶的概念理解2.证明某种酶是蛋白质的实验思路实验组：待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应。对照组：已知蛋白液＋双缩脲试剂→出现紫色反应。【典题·例析】[典例1]　下列有关酶的叙述正确的是(　　)①是有分泌功能的细胞产生的　②有的从食物中获得，有的在体内转化而来　③凡是活细胞，一般都能产生酶　④酶都是蛋白质　⑤有的酶不是蛋白质　⑥酶在代谢中有多种功能　⑦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A．①②⑤　　　　　 B．①⑤⑧C．③⑤⑧ D．①③⑤[解析]　酶是由活细胞产生的，具有生物催化作用的有机物。就酶的化学本质而言，大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，④错误，⑤正确；就酶作用的场所而言，有胞内酶和胞外酶，活细胞一般都能产生胞内酶，①错误，③正确；代谢是细胞内全部有序化学反应的总称，在这一过程中，需要酶的催化，酶只起催化作用，没有调控作用，⑥⑦错误，⑧正确；酶是由活细胞产生的，不能来源于食物；②错误。[答案]　C[典例2]　“塑料垃圾污染”是令世界各国头疼的问题，这是因为塑料制品的主要原料——PET塑料，需要数百年时间才能自然降解。科学家在一次实验中意外生成了一种酶，可以有效将PET塑料降解，有望成为未来治理白色污染的“利器”。(1)PET塑料在自然界中需要数百年才能降解，从酶的角度分析，可能的原因是什么？提示：自然界中的微生物中缺少分解该塑料的酶。(2)这种分解塑料的酶的作用机理是什么？提示：降低化学反应的活化能。(3)这种酶可有效地分解PET塑料，对环境保护的意义是什么？提示：减少环境污染。【应用·体验】1．下列关于酶的叙述，正确的是(　　)A．酶只有在生物体内才能起催化作用B．酶都有消化作用C．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物D．所有酶与双缩脲试剂作用均可发生紫色反应解析：选C　酶虽然是由活细胞产生的，但它的催化作用不一定在生物体内，只要条件适宜，在体内外都可起催化作用。酶的催化作用表现在多方面，有的酶促进物质合成，有的酶促进物质分解，只有消化酶才能促进消化。酶可以作为催化剂，由于酶的成分绝大多数是蛋白质，少数是RNA，当存在蛋白酶或RNA水解酶时，酶也可以作为该催化反应的底物，被催化水解。少数酶是RNA，不能与双缩脲试剂发生紫色反应。2．当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行；当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应立即减慢。由此可以说明(　　)A．RNA是核酸的一种B．RNA有时也可称为遗传物质C．RNA主要存在于细胞质中D．RNA也可作为生物催化剂解析：选D　RNA被有关的酶水解后，化学反应立即减慢，说明该RNA属于酶，可催化此反应的进行，即RNA也具有催化作用，故D正确。A、B、C三项从内容上讲均是正确的说法，但无法从题干信息中得出这些结论，故三项均不符合题意。科学探究——控制变量和设计对照实验1．教材中“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验变量分析2.控制变量的科学方法3．对照实验的类型和对照组、实验组的判断(1)空白对照。设置两组实验，其中施加实验变量(要研究的因素)处理的为实验组，常态或未施加实验变量(要研究的因素)处理的为对照组。自变量为实验变量的有无。一般验证性实验采用空白对照。(2)相互对照。设置三组以上的实验，每一组既作为实验组，同时又是其他组的对照。自变量为实验变量的不同量度(或类别)。一般“探究××最适(佳)条件”的实验采用相互对照。(3)自身对照。实验组、对照组在同一实验对象上进行，即实验处理前的为对照组，处理后的为实验组，自变量为实验变量的处理与否，如“探究植物细胞的吸水和失水”实验。(4)条件对照。增设了与实验变量无关的一组实验。常结合空白对照进行，具有反证或加强作用。如“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中：以蝌蚪为实验材料，甲组(实验组)饲喂甲状腺激素；乙组(条件对照组)饲喂甲状腺抑制剂；丙组(空白对照组)对蝌蚪不做任何处理。通过比较、对照更能充分说明实验变量——甲状腺激素有促进动物生长发育的作用。条件对照的目的是通过对比得出相对立的结论，以验证实验结论的正确性。【素养评价】1．关于生物学实验中的变量，下列说法错误的是(　　)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：选A　只有对照实验中才需设置变量，纯粹的观察实验(如用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动)则无须设置变量。2．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，对实验的处理如表所示。(1)在上表的实验处理中，研究了哪些自变量？________________________，写出一种无关变量：________________________________________________________________________。(2)该实验用的肝脏要求是新鲜的，原因是____________________________________________________________________________________________________________。(3)若要研究生物催化剂与无机催化剂的差别，可选用的实验组合是________________________________________________________________________。(4)若试管1和试管2组成对照实验，能说明的问题是________________________________________________________________________。解析：(1)由表中的实验处理可知，本实验的自变量是温度和催化剂，过氧化氢溶液、FeCl3溶液、肝脏研磨液的用量和溶液的pH等都属于无关变量。(2)若肝脏放置时间太久，会被微生物破坏，其中含有的过氧化氢酶被破坏，从而影响实验效果。(3)若要研究生物催化剂和无机催化剂的差别，实验的自变量是催化剂种类，因此可选用表格中的试管3和试管4。(4)试管1和试管2的实验处理不同的是温度，二者比较可以说明温度对过氧化氢分解具有促进作用，其作用原理是加热使过氧化氢分子得到能量，促使其分解。答案：(1)温度、催化剂　过氧化氢溶液的用量、FeCl3溶液的用量、肝脏研磨液的用量、溶液的pH(写出一种即可)　(2)若肝脏放置时间太长，过氧化氢酶会被破坏，影响实验效果　(3)试管3和试管4　(4)加热使过氧化氢分子得到能量，促使过氧化氢分解[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．从八个角度判断有关酶说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)答案：①√　②×　③×　④×　⑤√　⑥×　⑦×　⑧×2．酶具有极强的催化功能，最根本的原因是(　　)①增加了反应物之间的接触　②降低了化学反应的活化能　③提高了化学反应的活化能　④本身的数量和性质不变化，可反复利用A．①②　　　　　 B．②③C．③④ D．②④解析：选D　酶之所以具有极强的催化功能，关键是它能降低化学反应的活化能，并且它与无机催化剂一样，化学反应前后本身的数量和性质不改变，可反复利用。3．谷丙转氨酶主要存在于各种细胞中，尤以肝细胞为最高，整个肝脏内转氨酶含量约为血中含量的100倍，是最常见的肝功能检查项目。下列关于该酶的叙述正确的是(　　)A．该酶的基本单位是氨基酸B．该酶在健康人群体检结果的值应为0C．该酶的数量因参与化学反应而减少D．该酶能升高化学反应的活化能解析：选A　谷丙转氨酶的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，A正确；由题意可知，谷丙转氨酶主要存在于各种细胞中，在血液也有分布，因此该酶在健康人群体检结果的值大于0，B错误；酶的数量在化学反应前后不会发生改变，C错误；酶能降低化学反应的活化能，但不能升高化学反应的活化能，D错误。4．下表代表胃、小肠中有关消化液的成分及部分酶，下列说法正确的是(　　)A.酶是活细胞产生的具有调节作用的有机物B．与无机催化剂比较，酶能为生化反应提供活化能C．胃酸(HCl)进入小肠后不会降低小肠中酶的活性D．胃蛋白酶进入小肠后，分解蛋白质的能力增强解析：选C　酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，A错误；酶的作用是降低化学反应的活化能，而不是提供活化能，B错误；胃酸(HCl)进入小肠会被NaHCO3中和，不会降低小肠中酶的活性，C正确；胃蛋白酶进入小肠后由于pH不适宜，酶的活性降低甚至失活，分解蛋白质的能力减弱或消失，D错误。5．德国化学家毕希纳将酵母菌细胞放在石英砂中用力研磨、加水搅拌，再进行加压过滤，得到不含酵母菌细胞的提取液。在这些汁液中加入葡萄糖，一段时间后冒出气泡，糖液居然变成了酒。根据以上实验，分析得出的结论错误的是(　　)A．葡萄糖变成酒的过程中发生了化学变化B．将糖变成酒的物质是汁液中的酿酶C．研磨有利于酵母菌细胞内酿酶的释放D．该实验证明酿酶的化学本质是蛋白质解析：选D　葡萄糖变成酒的过程中有气泡生成，发生了化学变化；催化该化学变化进行的是酵母菌细胞内产生的酿酶；研磨有利于酿酶的释放；毕希纳所做的实验，并不能证明酶的化学本质是蛋白质。6．下列实验所采取的措施，未涉及“降低化学反应活化能”原理的是(　　)A．利用果胶酶提高水果的出汁率B．滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解C．滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率D．利用水浴加热提高过氧化氢的分解速率解析：选D　利用果胶酶提高水果出汁率的机理是果胶酶可催化植物细胞壁中的果胶水解，显著降低果胶水解的活化能，从而使果汁更易榨出；肝脏研磨液中含过氧化氢酶，可催化过氧化氢水解，酶作为催化剂，通过降低反应的活化能加快反应速率；FeCl3可作为无机催化剂降低化学反应的活化能，从而提高过氧化氢的分解速率；利用水浴加热提高过氧化氢的分解速率是通过升高温度来提供能量使反应物达到活化态，加快过氧化氢的分解，没有发生化学反应，与催化剂无关。因此只有D项符合题意。7．如图表示有酶催化和无酶催化反应过程中的能量变化。下列相关叙述正确的是(　　)A．曲线Ⅰ表示酶促反应过程B．(a－d)的值表示反应所需的活化能C．(a－b)的值表示酶催化时降低的活化能D．曲线Ⅰ、Ⅱ表示的反应过程所经历的时间相同解析：选C　曲线Ⅱ表示酶促反应过程，A错误；(a－c)的值表示反应所需的活化能，B错误；(a－b)的值表示酶催化时降低的活化能，C正确；曲线Ⅰ、Ⅱ表示的反应过程所经历的时间不相同，曲线Ⅰ反应过程所需时间比曲线Ⅱ长，D错误。8．植物细胞受损后通常会释放出酚氧化酶，使无色的酚氧化生成褐色的物质。请分析回答下列相关问题：(1)酚氧化酶与酚类底物分别储存在细胞的不同结构中。能实现这样的分类存放是因为细胞内具有__________。该系统在细胞生命活动中极为重要，其作用是①细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质运输、能量转换和信息传递的过程中发挥重要作用；②______________________________；③_________________________。酚氧化酶催化酚发生反应的原理是_______________________________________________。(2)研究人员把含有酚氧化酶的提取液做如下表的实验处理， 回答下列问题：试管A、B对照，说明酚氧化酶的化学本质是________。试管C中的颜色是__________。你作出判断的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)细胞中具有生物膜系统，将细胞中的酚类底物与酚氧化酶在细胞质中分隔开。生物膜系统为多种酶提供大量的附着位点，还可将各种细胞器分隔开，避免各种反应相互干扰，保证细胞生命活动高效有序地进行。酶催化的原理是降低化学反应的活化能。(2)B试管中加入蛋白酶，不变色，说明酚氧化酶被蛋白酶水解了，酚氧化酶的本质是蛋白质；C试管加入强酸使酶失活，不能使无色的酚氧化生成褐色的物质。答案：(1)生物膜系统　生物膜系统为多种酶提供大量的附着位点　生物膜系统将各种细胞器分隔开，避免各种反应相互干扰，保证细胞生命活动高效有序地进行　降低化学反应的活化能　(2)蛋白质　无色　强酸使蛋白质的空间结构被破坏，从而使酶失活[迁移·应用·发展]9．为了探究口腔的分泌液中是否有蛋白酶，某同学设计了两组实验，如图所示。在37 ℃水浴中保温一段时间后，1、2号试管中加入适量双缩脲试剂，3、4号试管中不加任何试剂，下列实验能达到目的的是(　　)A．实验②　　　 B．实验①、实验②都能C．实验①　　　　 D．实验①、实验②都不能解析：选A　双缩脲试剂检测的是蛋白质，蛋白酶也是蛋白质，故实验①无法从化学特性上达到目的，只能考虑物理特性，如蛋白块变小或消失，实验②可达到实验目的。10.甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如图所示。下列分析错误的是(　　)A．甲酶能够抗该种蛋白酶降解B．甲酶不可能是具有催化功能的 RNAC．乙酶的化学本质为蛋白质D．乙酶活性的改变是因为其分子结构的改变解析：选B　蛋白酶能催化蛋白质降解。由图可知，在蛋白酶的作用下，甲酶活性没有变化，而乙酶活性逐渐下降，说明甲酶的化学本质不是蛋白质，有可能是RNA，A正确，B错误；而乙酶的化学本质是蛋白质，在蛋白酶的作用下其空间结构发生改变，C、D正确。11．已知2H2O2===2H2O＋O2↑，可以通过观察反应过程中O2的生成速率(即气泡从溶液中释放的速率)来判断H2O2分解的速率。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤，预测实验结果并得出结论。请回答问题。实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液、蒸馏水、质量分数为3.5%的FeCl3溶液、新鲜的质量分数为0.01%的过氧化氢酶溶液、恒温水浴锅、试管若干。(1)实验步骤：①________________________________________________________________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________。(2)实验结果预测及结论：整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速率从快到慢依次是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。由此可得出的结论是____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)如果仅将实验中的恒温水浴的温度改为80 ℃，重做上述实验，O2释放的速率最快的是________________________________________________________________________，原因是_______________________________________________________________。解析：该实验有两个目的：一是验证酶具有催化作用，可通过设置有酶和无酶的两组实验进行研究；二是验证酶具有高效性，可通过比较酶与无机催化剂的催化效率来实现。因此，本实验需要设置3组：H2O2溶液＋蒸馏水、H2O2溶液＋过氧化氢酶溶液、H2O2溶液＋FeCl3溶液。由于该实验属于验证性实验，所以实验结果是确定的，即加过氧化氢酶的一组中O2释放速率最快，加FeCl3溶液的一组次之，加蒸馏水的一组最慢。高温使过氧化氢酶变性失活，故经80 ℃处理后，加有FeCl3溶液的试管中O2释放速率最快。答案：(1)①取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37 ℃恒温水浴锅中保温适当时间　②分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液　③观察各试管中释放气泡的快慢　(2)加过氧化氢酶溶液的试管、加FeCl3溶液的试管、加蒸馏水的试管　酶具有催化作用和高效性　(3)加FeCl3溶液的试管　在此温度下，过氧化氢酶已变性失活第2课时　酶的特性【主干知识梳理】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107～1013倍。(2)意义：使细胞代谢快速进行。2．酶具有专一性(1)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。(2)意义：使细胞代谢能够有条不紊地进行。3．酶的作用条件较温和(1)酶活性：酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。(2)酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温只能使酶的活性降低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。(3)曲线分析：①P点为最适温度；Q点为最适pH。②偏离P点或Q点：酶的活性降低。③过酸、过碱或温度过高：酶失活。二、细胞代谢有序进行的原因1．原因细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。2．实例植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。【教材微点发掘】1．阅读教材第84页第二段正文，说出酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高2．阅读教材第85页“科学·技术·社会”，结合下列材料，完成有关问题。多酶片是一种复方制剂，它主要是由胰酶、胃蛋白酶复合而成的一种药物，其说明书的部分内容如下。[性状]本品为肠溶衣与糖衣的双层包衣片，内层为胰酶，外层为胃蛋白酶。[适应证]用于消化不良、食欲缺乏。[用法用量]口服。一次2～3片，一日3次。[注意事项]本品在酸性条件下易破坏，故服用时切勿嚼碎。(1)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，具有____________________________等特性。由于胰酶和胃蛋白酶________________________________，故可以加工成多酶片保存，方便患者使用。服用多酶片时不能嚼碎的原因是_________________________________________________________________________________________________________。(2)多酶片被肠溶衣与糖衣双层包被，外层包被应为__________(填“肠溶衣”或“糖衣”)。糖衣以糖浆为主要包衣材料，有一定的防潮、隔绝空气、掩盖药物不良气味等作用；肠溶衣为一层特殊包裹物质，能很好保护胰酶不会在胃部被破坏的原因是________________________________________________________________________。答案：(1)高效性、专一性、作用条件温和　在常温下分子结构比较稳定　胰酶会在胃部的酸性环境中变性失活，且会被胃蛋白酶催化水解　(2)糖衣　胃液不能水解破坏肠溶衣新知探究(一)　酶的高效性和专一性【探究·深化】[情境质疑]1．验证酶的高效性：在比较肝脏研磨液(过氧化氢酶)和FeCl3对过氧化氢的催化效率实验中(如图)，试管甲产生的气泡比试管乙多，说明与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。2．验证酶的专一性：(1)实验验证：淀粉和蔗糖不是还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖，麦芽糖、葡萄糖、果糖都是还原糖。下表为比较新鲜唾液(唾液淀粉酶)对淀粉和蔗糖的催化作用实验，请分析：①1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管不出现砖红色沉淀，说明什么？提示：1号试管中淀粉被水解，2号试管中蔗糖没有被水解。②上述实验说明了什么？提示：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的催化作用具有专一性。③上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？提示：不能。因为碘液只能检测淀粉是否被水解，蔗糖分子是否被水解都不会使碘液变色。④肽酶能催化多种多肽水解为氨基酸，是否说明肽酶没有专一性？提示：不是。酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应，肽酶催化的是一类反应，也说明其具有专一性。(2)原理分析：如图可以解释酶具有专一性及其原理，据图分析各字母代表什么意义？提示：图中A表示酶，B表示被A催化分解的底物，E、F表示B被分解后产生的物质，C、D表示不能被A催化的物质。[重难点拨]1．验证酶的高效性(1)设计思路：验证酶高效性的方法是“对比法”，即通过对不同类型催化剂(主要是与无机催化剂作比较)催化底物的反应速率进行比较，得出结论。(2)设计方案：2.验证酶的专一性(1)设计思路：验证酶专一性的方法也是“对比法”，常见的有两种方案：底物相同但酶不同或底物不同但酶相同，最后通过观察酶促反应能否进行得出结论。(2)设计方案：【典题·例析】[典例1]　下列实验或现象能说明酶的高效性的是(　　)①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀释10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂②取两支洁净的试管，分别加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支试管中加适量的淀粉酶溶液，另一支试管中加入等量的蒸馏水，一段时间后，检测淀粉的分解情况　③在两支盛有适量过氧化氢溶液的试管中，分别加入等量过氧化氢酶和FeCl3 溶液，观察气泡的释放速率A．①②③　　　　　　 B．①③C．③ D．②③[解析]　酶的高效性指的是酶与无机催化剂相比，其催化效率更高。[答案]　B[典例2]　在三支试管中均加入等量的体积分数为5%的过氧化氢溶液，再分别加入适量的质量分数为3.5%的FeCl3溶液、鲜鸡肝研磨液、蒸馏水，一段时间内测得底物含量变化如图。下列表述正确的是(　　)①曲线b表示FeCl3的催化作用，a与b的对照反映了无机催化剂的专一性　②曲线c表示鲜鸡肝研磨液中过氧化氢酶的催化作用，a与c对照反映了酶的作用　③曲线c与b的对照可以说明酶的作用效果比无机催化剂好　④曲线a不下降的原因可能是温度过高A．①② B．②③　 C．①②④　 D．②③④[解析]　分析题图可知，曲线a为加入蒸馏水底物含量的变化，曲线b表示FeCl3的催化作用，两者对照不能反映无机催化剂的专一性；曲线c表示鲜鸡肝研磨液中过氧化氢酶的催化作用，过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，a与c对照反映了酶的作用；曲线c与b的对照可以说明与无机催化剂相比，酶具有高效性；本实验中温度为无关变量，三支试管应相同且适宜，因此曲线a不下降的原因不是温度过高。[答案]　B【应用·体验】1．乳糖不耐受是一种由于乳糖酶分泌少、不能完全消化分解母乳或牛乳中的乳糖所引起的非感染性腹泻。如图是乳糖酶分解乳糖的示意图，它表明(　　)A．乳糖酶具有特异性B．乳糖酶催化合成反应C．乳糖酶具有高效性D．乳糖酶活性容易受温度影响解析：选A　据图分析可知，乳糖酶的活性中心与乳糖结合，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，体现了酶的特异性(专一性)；乳糖酶催化分解反应；乳糖酶具有高效性，但据图无法判断；乳糖酶活性容易受温度影响，但据图无法判断。2．(2021·广东学考)姜撞奶是广东著名风味小吃。其做法是将一定温度的牛奶按一定比例倒入姜汁中，一段时间后，牛奶发生凝固现象(凝乳)；若使用煮沸的姜汁，则牛奶无法凝固。推测姜汁中可能含有一种能使蛋白凝固的酶X。某小组通过观察凝乳情况，探究温度对酶X的影响，结果如下表。下列分析和叙述错误的是(　　)A．各组的姜汁用量应相同B．70 ℃是酶X的适宜温度C．该实验证明了酶具有专一性D．温度过高可能破坏酶X的结构解析：选C　该实验证明了酶的活性受温度的影响，温度过高或过低，酶的活性都会降低，该实验不能证明酶具有专一性。新知探究(二)　温度和pH对酶活性的影响【探究·深化】[情境质疑]1．探究温度对酶活性的影响：(1)同一温度下的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。(2)能否用过氧化氢溶液来探究温度对酶活性的影响？提示：不能。探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度，而过氧化氢在高温时会分解，影响对实验结果的分析。(3)在探究温度对淀粉酶活性的影响的实验中能否用斐林试剂来检测？提示：不能。因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色沉淀生成，而该实验需严格控制不同温度。2．探究pH对酶活性的影响：(1)该实验结果说明了酶的活性和pH有什么关系？提示：酶发挥催化作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会使酶活性降低。(2)该实验中，能否在加入肝脏研磨液后，直接加入3%的过氧化氢溶液，然后再调节pH?提示：不能。因为酶的作用具有高效性，在调节pH之前，试管中已经发生了剧烈反应，会影响实验结果。(3)本实验能否选用淀粉酶和淀粉作为实验材料？为什么？提示：不能。因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。[重难点拨]探究酶的最适温度和最适pH1．设计思路2.实验操作(1)探究酶的最适温度： (2)探究酶的最适pH：【典题·例析】[典例1]　为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计最合理的是(　　)[解析]　过氧化氢受热易分解，不宜用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响；淀粉遇碘液会发生颜色变化，而淀粉酶能将淀粉分解，使颜色变浅甚至消失，故可以用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液来探究温度对酶活性的影响；蔗糖酶不能催化淀粉水解；斐林试剂呈碱性，能与酸性物质发生反应，不适合用于探究pH对酶活性的影响，另外酸能催化淀粉的水解，也不适合用淀粉溶液和淀粉酶探究pH对酶活性的影响。[答案]　B　 [典例2]　下列有关酶的实验设计思路的叙述，正确的是(　　)　 A．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性　 B．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和FeCl3溶液研究酶的高效性　 C．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响　　 D．利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响　[解析]　可以利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和斐林试剂验证酶的专一性，但不能用碘液，因为蔗糖是否水解无法判断；过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和FeCl3溶液可以研究酶的高效性；过氧化氢的分解受温度的影响，所以不能用其探究温度对过氧化氢酶的影响；胃蛋白酶的最适pH为1.5，因此不能利用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响。[答案]　B易错提醒与酶有关实验的几个注意点【应用·体验】1．如图表示在某pH范围内酶a和酶b所催化的反应速率的变化情况，下列有关说法正确的是(　　)A．将pH由4调至6，酶b的活性逐渐增强B．在不同温度下，酶a的最适pH不同C．酶b具有高效性，酶a不具有高效性 D．pH为5时，两种酶催化的反应速率相等解析：选D　酶b的最适pH为6，pH为4时，酶失去活性；在不同温度下，酶a的最适pH相同；酶都具有高效性；由图中曲线可以看出，pH为5时，两种酶催化的反应速率相等。2．细胞代谢是细胞生命活动的基础，细胞代谢能正常高效进行离不开酶。下列对酶及相关实验的叙述，错误的是(　　)A．酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物，其基本组成单位是氨基酸或核苷酸B．酶的活性受温度的影响，温度过高或过低都会使酶失活，温度不同，酶的活性也不同C．利用淀粉溶液、淀粉酶溶液和碘液设计实验，可探究温度对酶活性的影响D．利用过氧化氢溶液、过氧化氢酶溶液和酸碱缓冲液设计实验探究pH对酶活性的影响解析：选B　绝大多数酶的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，少数酶是RNA，其基本组成单位是核苷酸，A项正确。温度过低，酶的活性会下降而不会失活；不同的温度条件下，酶的活性也可能相同，B项错误。探究温度对酶活性的影响，底物与酶应该是相配对的，淀粉作底物，淀粉酶作催化剂，实验结果可以用碘液检测，C项正确。探究pH对酶活性的影响实验，可以选择过氧化氢作底物，选择过氧化氢酶作催化剂，酸碱缓冲液能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变，D项正确。科学思维——构建与酶有关的模型1．用曲线模型表示酶的三大特性(1)酶具有高效性。图1中酶参与的反应对应曲线A，无机催化剂参与的反应对应曲线B，未加催化剂时的反应对应曲线C，由此说明，与无机催化剂相比，酶的催化作用具有高效性。(2)酶具有专一性。图2中加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用；而加入酶A的反应速率在一定范围内随反应物浓度的增大明显加快，说明酶的催化作用具有专一性。(3)酶的作用条件温和。①图3中b点表示最适温度，e点表示最适pH。②温度在a点时，酶的活性较低，但不会失活；温度≥c，酶会失活。pH≤d、pH≥f，酶都会失活。③由图3可知，酶的作用条件较温和，在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。2．用曲线模型表示影响酶促反应的因素(1)反应物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系(图1、2)。①图1：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随反应物浓度增加而加快，但当反应物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。②图2：在反应物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。(2)温度和pH与酶促反应速率的关系(图3)。①图3：温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的；反应物浓度和酶浓度是通过影响反应物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。②图3：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化也不改变酶作用的最适pH。【素养评价】1．为了比较甲、乙两种酶对温度和pH的耐受程度(即仍保持活性的范围)的差异，科研人员作了相关的研究，结果如图。下列选项中相关说法正确的是(　　)A．甲酶对温度的耐受程度比乙酶大B．在pH为6～7的环境下，几乎测不到甲酶活性C．在任何pH的环境中，甲酶活性均比乙酶高D．测定pH对酶活性影响时温度应设为20 ℃ 解析：选B　从曲线可以看出，乙酶对温度的耐受程度比甲酶大，A错误；在pH为6～7的环境下，甲酶活性很低，几乎测不到甲酶活性，B正确；在pH大于5时，甲酶活性均比乙酶低，C错误；测定pH对酶活性影响时，温度应设为最适温度，D错误。2．如图表示在不同条件下，酶催化反应的速率(或生成物量)变化，下列有关叙述错误的是(　　)A．甲中虚线可表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速率的关系B．乙中虚线可表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物量的变化示意曲线C．若乙中的实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率D．图丙不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系解析：选D　底物浓度充足时，酶促反应速率与酶浓度成正比，甲中虚线所示反应速率加快，可表示酶量增加一倍时底物浓度和反应速率的关系；催化剂只能缩短达到化学平衡所需要的时间，但不改变化学反应的平衡点，同时酶的催化效率高，故乙中虚线可表示增加酶浓度，生成物量的变化示意曲线；由于酶具有高效性，若乙中实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率；酶促反应开始时底物浓度高，反应快，后来底物逐渐被分解，反应速率降低，则图丙能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系。[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误(1)酶具有专一性、高效性，且受温度和pH的影响。(　　)(2)淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中，可以用斐林试剂检测，也可以用碘液检测。(　　)(3)由于酶在化学反应前后性质和数量没有改变，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)在最适的温度和最适的pH条件下酶的活性最高。(　　)答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√2．加酶洗衣粉的使用说明中一般都有“使用温水洗涤效果更佳”的提示。该项提示的理论依据为(　　)A．酶的活性受pH影响 B．酶具有高效性C．酶的活性受温度影响 D．酶具有专一性解析：选C　酶的活性易受温度影响，不同酶的最适宜温度不同，高于或低于最适宜温度不同，酶的活性都会降低。加酶洗衣粉使用温水洗涤效果更佳，主要是因为温度对酶活性的影响。3．研究表明，一分子过氧化氢酶能在1 min内使5×105个过氧化氢分子分解成氧气和水，相当于Fe3＋催化效率的109倍，但是对糖的水解却不起作用。这个事实说明酶具有(　　)A．多样性、稳定性　　 B．高效性、多样性C．高效性、专一性 D．高效性、稳定性解析：选C　一分子过氧化氢酶相当于Fe3＋催化效率的109倍，说明酶具有高效性，对糖的水解却不起作用说明酶具有专一性。4．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。下列有关酶特性及影响酶活性因素的探究实验的叙述，正确的是(　　)A．探究酶的专一性时，自变量是反应物的种类B．探究酶的高效性时，可设置加酶组和加等量蒸馏水组作为相互对照C．探究酶的最适pH时，至少要设置过碱、中性和过酸三组实验作为对照D．探究酶的最适温度时，将淀粉与淀粉酶混匀后分别置于不同温度下保温解析：选A　酶的专一性是指每一种酶可以催化一种或一类化学反应，据此可以选择不同的底物(即反应物)来探究酶的专一性，此时，实验的自变量是反应物的种类，A正确；酶的高效性是酶与无机催化剂相比，催化效率更高，加酶与加水进行比较，探究的是酶的催化作用，B错误；探究酶的最适pH时，应该设置多组接近最适pH的组别而且梯度要小，一般是系列实验，有pH低于最适pH的组，也有pH高于最适pH的组，C错误；探究酶的最适温度时，应先将淀粉、淀粉酶分别置于相应温度下保温，一段时间后，再将相同温度下的淀粉与淀粉酶混匀进行反应，D错误。5．下列有关酶的实验叙述，正确的是(　　)A．在探究pH对酶活性的影响时，不宜选用过氧化氢酶，宜选用淀粉酶B．若用淀粉和蔗糖来验证淀粉酶的专一性，可用碘液来检测底物是否被分解C．若用淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度，可用斐林试剂来检测底物是否被分解D．验证过氧化氢酶的高效性时，可在过氧化氢溶液中加入FeCl3溶液作为对照组解析：选D　在探究pH对酶活性的影响时，选用的材料为过氧化氢与过氧化氢酶，由于淀粉在酸性条件下也会发生化学反应，因此不宜选用淀粉酶；因为碘液只能检测淀粉是否分解，而不能检测蔗糖是否分解，所以不宜用碘液检测淀粉和蔗糖是否分解；若用淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度，自变量是不同的温度条件，不能用斐林试剂来检测，因为斐林试剂的使用需要改变实验温度，对实验结果有影响；酶具有催化作用，无机催化剂也具有催化作用，酶的催化效率高，验证酶的高效性时应与无机催化剂比较。6.模型是人们为了某种特定目的对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。下列关于如图所示数学模型的分析，正确的是(　　)A．若该图表示温度对酶活性的影响，则a、c两点对应的温度对酶的影响机理相同B．若该图表示温度对酶活性的影响，则b点对应的温度是保存酶的最适温度C．若该图表示pH对酶活性的影响，则a、c两点对应的pH对酶的影响机理相同D．若该图表示pH对人体内酶活性的影响，b点所对应的pH均在7左右解析：选C　a、c两点对应的温度不同，低温条件下酶活性较低，但是酶的空间结构稳定，高温条件下，酶的空间结构遭到破坏，活性下降，则a、c两点对应的温度对酶的影响机理不相同，A错误；低温条件下，酶的分子结构稳定，适宜保存，则图中保存酶的最适温度为a点对应的温度，B错误；过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶活性降低或失活，若该图表示pH对酶活性的影响，则a、c两点对应的pH对酶的影响机理相同，C正确；b点所对应的pH为酶的最适pH，人体内的酶有很多种，不同的酶的最适pH不同，如胃蛋白酶的最适pH为1.5，D错误。7．下面三个图中的曲线是某研究小组围绕探究过氧化氢分解条件而获得的实验结果。试回答下列有关问题：(1)图1、2、3所代表的实验中，实验自变量依次为__________、__________、__________。(2)根据图1可以得出的实验结论是____________________________________________。(3)图2曲线bc段产生的最可能原因是__________________________________________。(4)根据你的理解，图3曲线纵坐标最可能代表____________________________________。解析：(1)图1的两条曲线中一组加入过氧化氢酶，另一组加入Fe3＋，所以自变量为催化剂的种类，图2、3中只有一条曲线，则横坐标即为自变量。(2)图1中两条曲线对比，加过氧化氢酶的一组反应速率较快，而并未改变平衡点，说明酶具有高效性。(3)图2中bc段O2产生速率不再变化，而过氧化氢是过量的，因此酶数量(浓度)是限制因素。(4)图3中横坐标为温度，而曲线表示的含义与酶活性的曲线刚好相反，所以应表示反应物剩余量的多少。答案：(1)催化剂种类　过氧化氢浓度　温度　(2)酶的催化作用具有高效性　(3)反应受过氧化氢酶数量(浓度)的限制　(4)溶液中过氧化氢的剩余量8．下面的表格是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤，据此回答下列问题：(1)在该实验中，自变量是________，在实验中应该控制_________________(写出两个)等无关变量保持相同。(2)实验步骤④为错误操作，正确的操作应该是______________________________。(3)实验的第⑤步最好选用________(填试剂)测定单位时间内淀粉的_________(填“反应量”或“剩余量”)。(4)如将实验中的新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液，你认为是否科学？________，为什么？______________________。解析：(1)探究温度对酶活性影响的实验，自变量是温度，在实验中应该控制pH、酶的浓度、淀粉溶液的浓度、保温时间等无关变量保持相同。(2)酶具有高效性，探究温度对酶活性影响的实验中，应该先设置好酶和淀粉的温度，然后再将相应温度的淀粉和酶混合进行反应，否则不能看出温度对酶活性的影响，所以实验步骤④为错误操作，正确的操作应该是将新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别在相应温度下处理后再混合。(3)淀粉与碘液作用变蓝，因此实验的第⑤步最好选用碘液测定单位时间内淀粉的剩余量，淀粉的剩余量越多，说明酶活性越低。(4)温度会直接影响过氧化氢的分解，故不能用新鲜肝脏研磨液和过氧化氢溶液探究温度对酶活性的影响。答案：(1)温度　 pH、酶的浓度、淀粉溶液的浓度、保温时间(写出两个即可)　(2)将新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别在相应温度下处理后再混合　(3)碘液　剩余量　(4)不科学　 因为温度会直接影响过氧化氢的分解[迁移·应用·发展]9.如图表示在不同条件下的酶促反应速率变化曲线，下列叙述正确的是(　　)A．影响ab段反应速率的主要因素是酶的浓度B．影响bc段反应速率的主要因素是底物浓度C．若降低温度，b点可能会上移D．b点时改变pH，反应速率不变解析：选C　影响ab段反应速率的主要因素是底物浓度；bc段反应速率不再随着底物浓度的变化而变化，故影响bc段反应速率的主要因素不是底物浓度，可能是酶浓度；从曲线图中不能看出酶的最适温度是高于37 ℃，还是低于37 ℃，若降低温度，酶活性有可能升高，b点会上移； b点时改变pH，酶活性改变，反应速率也改变。10.为了研究温度对某种酶活性的影响，设置甲、乙、丙三个实验组，各组温度条件不同，其他条件相同且适宜，测定各组在不同反应时间内的产物浓度，结果如图。以下分析错误的是(　　)A．在t时刻之后，甲组曲线不再上升，是由于受到底物量的限制B．丙组产物浓度长时间不再增加，是由于高温使酶变性失活C．若甲组温度大于乙组温度，则酶的最适温度不可能大于甲组温度D．若甲组温度小于乙组温度，则酶的最适温度不可能大于乙组温度解析：选C　在t时刻之后，甲组曲线不再上升，是由于受到底物数量的限制；丙组产物浓度未达到平衡点，说明高温使酶变性失活；甲组比乙组提前达到平衡点，说明甲组更接近最适温度，若甲组温度大于乙组温度，则酶的最适温度可能大于甲组温度；若甲组温度小于乙组温度，则酶的最适温度不可能大于乙组温度。11．淀粉酶能催化淀粉的水解，其活性受温度、pH等多种因素的影响。回答下列问题：(1)淀粉酶活性是指____________________________。在淀粉酶过量的条件下，增加淀粉溶液浓度，则改变________________(填“酶促反应速率”“酶活性”或“酶促反应速率和酶活性”)。(2)为了探究Cl－、Cu2＋对淀粉酶活性的影响，实验中除了用到NaCl溶液和CuSO4溶液外，还用到Na2SO4溶液，Na2SO4溶液的作用是_________________________________。为了保证Cl－和Cu2＋对淀粉酶活性的影响能够明显体现出来，在反应之前，先将______________________混合，使它们充分作用，然后再与____________混合进行反应。(3)已知酸能促进淀粉水解，而碱不能。下图为某生物兴趣小组测定的不同pH条件下淀粉酶催化淀粉水解的实验结果。pH为3和9时，淀粉酶的活性________(填“相同”或“不同”)。试管中溶液的pH由13调为7后，淀粉含量不会明显减少，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)酶活性是指酶催化特定化学反应的能力。当酶过量时，增加底物浓度，可以增加单位时间内底物与酶结合的概率，从而增加酶促反应速率，而增加底物浓度不改变酶活性。(2)该实验的目的是探究Cl－、Cu2＋对淀粉酶活性的影响，NaCl溶液和CuSO4溶液中除了有Cl－、Cu2＋外，还有Na＋、SOeq \o\al(2－,4)，所以为了排除Na＋、SOeq \o\al(2－,4)对酶活性的影响，还需要设置加入Na2SO4溶液的组别，作为对照。由于酶具有高效性，如果先让酶与底物接触，再加入Cl－和Cu2＋，可能导致Cl－和Cu2＋还未发挥作用催化反应就已完成。为了保证Cl－、Cu2＋对淀粉酶活性的影响能够明显体现出来，在反应之前，应先将NaCl溶液和CuSO4溶液分别与淀粉酶溶液混合，使它们充分作用，然后再与淀粉溶液混合进行反应。(3)由图示可知，pH为3时与pH为9时，1 h后淀粉剩余量相对值相同，又由于酸能促使淀粉水解而碱不能，所以pH为3和9时淀粉酶的活性不同。pH为13时，淀粉酶已经完全丧失活性，将pH由13调为7后，淀粉酶的活性不会恢复，淀粉含量不会明显减少。答案：(1)淀粉酶对淀粉水解反应的催化效率　酶促反应速率　(2)作为对照，排除Na＋、SOeq \o\al(2－,4)对酶活性的影响　NaCl溶液和CuSO4溶液分别与淀粉酶溶液　淀粉溶液　(3)不同　pH为13时，淀粉酶已经完全丧失活性，将pH由13调为7后，淀粉酶的活性不会恢复第2节　细胞的能量“货币”ATP【主干知识梳理】一、ATP的结构与功能1．ATP的结构(1)中文名称：腺苷三磷酸。(2)结构简式：A—P～P～P。(3)符号含义：A代表腺苷，P代表磷酸基团，“～”代表特殊的化学键。2．ATP的特点(1)不稳定：末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。(2)高能量：ATP水解释放的能量高达30.54 kJ/mol，是细胞内的一种高能磷酸化合物。3．ATP的功能ATP能够直接为生命活动提供能量，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。二、ATP和ADP之间的相互转化1．相互转化的反应式。2．相互转化的特点(1)ATP和ADP相互转化时刻不停地发生，且处于动态平衡之中。(2)ATP和ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性。3．合成ATP的能量来源(1)绿色植物：呼吸作用、光合作用。(2)动物、人、真菌和大多数细菌等：呼吸作用。三、ATP的利用1．ATP利用的实例2．ATP供能的原理ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。3．ATP是细胞内流通的能量“货币”(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系：eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(吸能反应：一般与ATP的水解相联系,放能反应：一般与ATP的合成相联系))(2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。【教材微点发掘】1．ATP是生命活动的直接能源物质，结合教材第86页相关内容和下图，回答下列问题：(1)ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，其结构简式是A—P～P～P，其中A代表腺苷，T代表三，表示含有3个磷酸基团，P代表磷酸基团，“—”代表普通磷酸键，“～”代表特殊的化学键。由此可见ATP主要通过两个特殊的化学键储存能量。(2)ATP的组成元素有C、H、O、N、P。若ATP完全水解，会得到腺嘌呤、核糖和磷酸(填成分)。(3)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。2．下图为ATP为主动运输供能示意图，请按照过程顺序排列____________________。(用箭头和图号表示)答案：图1→图3→图23．把ATP比喻成能量的“货币”，此处的“货币”的含义有哪些？提示：(1)ATP和ADP的相互转化，伴随着能量的释放和储存。此外，ATP和ADP的数量还处于动态平衡之中。(2)ATP广泛存在生物的各种细胞中，各类生物(植物、动物、细菌和真菌等)都能以ATP作为直接能源物质，也反映了生物界的统一性，说明了多种多样的生物都有共同的起源，就像货币在某国家内可以流通一样。(3)教材在阐述将ATP比喻为能量“货币”的原因时，是从ATP与吸能反应和放能反应的关系入手的。放能反应促进ATP的合成(ADP与磷酸合成ATP，需吸能)；吸能反应伴随ATP的水解(ATP分解为ADP和磷酸，要放能)。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。(4)ATP可以重复使用，就像货币一样。新知探究(一)　ATP分子的结构【拓展·深化】1．ATP的元素组成与结构2．不同化合物中“A”的辨析【典题·例析】[典例1]　天宫二号与神舟十一号飞船成功对接，航天员在轨完成“太空养蚕”，如图表示太空蚕——“秋丰白玉”体内发生的两个化学反应。下列相关说法正确的是(　　)A．ATP分子中的A是由脱氧核糖和腺嘌呤组成的B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能，也可以转化为光能和化学能C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系D．乳酸菌细胞中不会发生图中ATP与ADP间相互转化的能量供应机制[解析]　ATP分子中的A是由核糖和腺嘌呤组成的，A错误；光合作用过程中合成ATP的能量来源于光能，呼吸作用过程中合成ATP能量来源于化学能，ATP水解释放的能量也可以转化成光能(如萤火虫发光)和化学能(如合成蛋白质)，B正确；细胞中的吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，C错误；乳酸菌细胞中会发生图中ATP与ADP间相互转化的能量供应机制，D错误。[答案]　B[典例2]　下图中的四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的名称正确的是(　　)A．①腺嘌呤脱氧核苷酸 B．②腺苷C．③腺嘌呤 D．④腺嘌呤核糖核苷酸[解析]　①是ATP，ATP去掉两个磷酸基团(P)后余下的圆圈内的部分为腺嘌呤核糖核苷酸；②是腺嘌呤核糖核苷酸，圆圈内是腺嘌呤；③是DNA分子，圆圈内是腺嘌呤脱氧核苷酸；④是单链的RNA，圆圈内是腺嘌呤核糖核苷酸。[答案]　D归纳拓展ATP与核糖核苷酸的关系组成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的化学键。破坏了两个特殊的化学键，剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。【应用·体验】1．下列关于细胞的能量“货币”——ATP的叙述，正确的是(　　)A．ATP中的“T”代表胸腺嘧啶核苷酸B．ATP中远离“A”的特殊的化学键易水解C．ATP的结构简式可表示为A—P—P—PD．细胞中ATP的含量少，化学性质十分稳定解析：选B　ATP中的“T”代表三个(磷酸基团)；ATP中远离“A”的特殊的化学键易水解；ATP的结构简式可表示为A—P～P～P；细胞中ATP的含量少，但其化学性质活跃。2．如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是(　　)A．b键断裂后形成ADP和PiB．图中的3表示ATP中的字母AC．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位D．组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P解析：选D　a键断裂后形成ADP和Pi；图中3表示腺嘌呤，2与3结合为腺苷，即ATP中的A；由1、2、3各一分子形成的物质是组成RNA的基本单位之一；ATP的组成元素为C、H、O、N、P。新知探究(二)　ATP和ADP的相互转化及ATP的利用【探究·深化】[情境质疑]ATP为生命活动提供能量离不开与ADP的相互转化。下图表示ATP和ADP的相互转化过程，请结合该图分析： 1．写出ATP与ADP相互转化的反应式：ATPeq \o(,\s\up7(酶Ⅰ),\s\do5(酶Ⅱ))ADP＋Pi＋能量。2．转化的过程分析：(1)ATP的化学性质不稳定，在有关酶的催化作用下，ATP(A—P～P～P)分子中远离A的那个特殊的化学键容易断裂，远离A的那个磷酸基团就脱离下来，形成游离的Pi(磷酸)，同时，储存在这个特殊的化学键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP(分子简式：A—P～P)。(2)在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP(A—P～P～P)。(3)ATP水解释放的能量是储存在特殊的化学键内的化学能，释放出来后供各项生命活动利用；合成ATP的能量主要来源于呼吸作用分解的有机物中的化学能和光合作用吸收的光能。3．下列过程需要ATP水解提供能量的是①②③④⑤。①主动运输　②生物发光、发电　③肌肉收缩　④淀粉合成　⑤大脑思考　⑥根细胞吸收水分[重难点拨]1．ATP与ADP的相互转化是不可逆的过程2.细胞的能源物质归纳(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。(2)主要能源物质：糖类。(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。(4)主要储能物质：脂肪。(5)直接能源物质：ATP。(6)最终能量来源：太阳能。【典题·例析】[典例1]　对“ATP ADP＋Pi＋能量”的叙述，正确的是(　　)A．①过程和②过程所需的酶都是一样的B．①过程的能量供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解C．①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中D．ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能[解析]　①过程为水解酶催化的水解反应，②过程为合成酶催化的合成反应；①过程释放的能量可供各项生命活动利用，②过程的能量来自呼吸作用分解糖类等有机物释放的能量，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能；生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中；ATP中的活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能，ATP中的活跃化学能可以转化为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能。[答案]　C[典例2]　下列有关ATP的叙述错误的是(　　)A．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求B．图中两次ATP的水解，后者能量可用于各项生命活动C．图中两次合成ATP，前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生D．ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成[解析]　细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，保证了机体对能量的需求，A正确；图中两次ATP的水解，前者能量储存在有机物中，后者能量可用于各项生命活动，B正确；图中两次合成ATP，前者ATP的合成是通过光合作用，所需能量来源于光能，在人体细胞中不会发生，C正确；一分子ATP由3个磷酸基团和1个腺苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成，D错误。[答案]　D【应用·体验】1．ATP-ADP循环的示意图如下。下列叙述正确的是(　　)A．能量①只能来自化学能B．蛋白质的合成过程需要反应①供能C．反应②中ATP中的特殊的化学键都断裂D．能量②可用于乳酸在人体肝脏中再生成葡萄糖解析：选D　能量①可来自光能、化学能；蛋白质的合成需要ATP提供能量，即需要反应②供能；ATP的结构简式为A—P～P～P，含有2个特殊的化学键，反应②中有一个特殊的化学键断裂；乳酸在人体肝脏中再生成葡萄糖消耗能量，需要反应②提供能量。2．ATP是生物体内重要的能源物质，下列有关叙述错误的是(　　)A．AMP可以作为合成ADP及mRNA的原料B．甲过程中释放的能量可以用于细胞分裂C．丁过程中合成ATP所需能量可以是光能、化学能、热能D．催化甲过程和丁过程的酶肯定不是同一种酶解析：选C　AMP是腺苷一磷酸，可作为合成ADP的原料(AMP＋Pi＋能量→ADP)，又是腺嘌呤核糖核苷酸，可作为合成mRNA的原料，A正确；ATP是生物体内的直接能源物质，其水解释放的能量可以用于各项生命活动，B正确；光能在光合作用的光反应中可转化为ATP中的能量，细胞呼吸中有机物分解释放出的能量，也可合成ATP，但热能无法用于合成ATP，C错误；酶具有专一性，催化甲过程和丁过程的酶不是同一种酶，D正确。科学视野——生命活动的直接能源物质ATP是生命活动最主要的直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，除ATP外，还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸后都是构成RNA的基本单位，它们的关系如下图所示：这四种物质中，其中ATP是生物体的直接能源物质，就是说你在运动，吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP 可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。【素养评价】1．ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物只有碱基不同，下列相关叙述错误的是(　　)A．ATP是细胞内唯一的直接能源物质B．一分子GTP中有2个特殊的化学键和1个普通磷酸键C．CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖构成的D．UTP彻底水解的产物有尿嘧啶、磷酸和核糖解析：选A　ATP是细胞内的直接能源物质，但不是唯一的，少数由GTP、CTP和UTP提供能量，A错误；GTP结构与ATP相似，故一分子GTP中有2个特殊的化学键和1个普通磷酸键，B正确；CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖构成的，C正确；UTP彻底水解的产物有尿嘧啶、磷酸和核糖，D正确。2．ATP是细胞的直接能源物质。dATP(d表示脱氧)是脱氧腺苷三磷酸的英文名称缩写，其结构式可简写成dA—P～P～P。下列有关分析错误的是(　　)A．一分子dATP由三分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成B．细胞内生成dATP时有能量的储存，常与放能反应相联系C．在DNA合成过程中，dATP是构成DNA的基本单位之一D．dATP具有特殊的化学键，可能为细胞的某些反应提供能量解析：选C　dATP与ATP结构类似，从其结构简式可知，一分子dATP由三分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成，A正确；细胞内生成dATP时可形成特殊的化学键，有能量的储存，常与放能反应相联系，B正确；DNA的基本组成单位是四种脱氧核苷酸，而dATP是脱氧腺苷三磷酸，在DNA合成过程中，dATP不是构成DNA的基本单位，C错误；dATP含有2个特殊的化学键，可能为细胞的某些反应提供能量，D正确。3．ATP荧光仪是专门设计用于快速检测微生物数量的测试仪器，其工作原理是ATP的含量与活细胞的活性、种类和数量成一定的比例关系。ATP可以和虫荧光素作用而发出生物光，光的强度和微生物的数量成一定的比例关系，其反应式如下，下列有关ATP及ATP荧光仪工作原理的叙述，错误的是(　　)虫荧光素＋ATP＋O2eq \o(――→,\s\up7(荧光素酶),\s\do5(Mg2＋))虫荧光素(被氧化的)＋AMP＋CO2＋PPi＋光A．检测过程中ATP内的化学能转变成光能B．荧光的强度能反映微生物的数量C．ATP释放能量需要酶的参与D．微生物体内ATP的产生都需要氧气的参与解析：选D　不同种类的微生物产生ATP的条件不同，厌氧微生物产生ATP不需要氧气的参与，若有氧气存在，其代谢反而受到抑制，ATP的产生量会减少。[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列有关叙述的正误(1)ATP是高能磷酸化合物，只含有3个特殊的化学键。(　　)(2)ATP水解为ADP释放的能量来自特殊的化学键。(　　)(3)两个相邻的磷酸基团都带正电荷，会出现相互排斥。(　　)(4)ATP在细胞内的含量很高，才能满足细胞对于能量的需求。(　　)(5)所有生物细胞内ATP合成所需要的能量都来自细胞呼吸作用分解有机物释放的能量。(　　)(6)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(　　)答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×2．生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是(　　)A．太阳能、糖类、ATP B．ATP、糖类、脂肪C．ATP、脂肪、太阳能 D．ATP、糖类、太阳能解析：选D　生物体内生命活动的直接能源物质是ATP，主要能源物质是糖类，最终能源物质是太阳能。3．驱动蛋白能催化ATP水解，还能与细胞骨架特异性结合，并沿着骨架定向行走，将所携带的细胞器或大分子物质送到指定位置。驱动蛋白每行走一步需要消耗一个ATP分子。下列相关叙述错误的是(　　)A．驱动蛋白能识别ATP分子和细胞骨架B．细胞骨架是物质和细胞器运输的轨道C．由活细胞产生的ATP合成酶在体外也具有催化活性D．代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率远大于合成速率解析：选D　驱动蛋白能识别ATP分子和细胞骨架，A正确；细胞骨架是物质和细胞器运输的轨道，B正确；只要条件适宜，由活细胞产生的ATP合成酶在体外也具有催化活性，C正确；代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率等于合成速率，D错误。4．在ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都有“A”，下图圆圈中的“A”依次表示(　　)A．腺苷、腺嘌呤、腺嘌呤、腺苷B．腺嘌呤、腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸、腺嘌呤C．腺苷、腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸、腺嘌呤D．腺苷、腺嘌呤核糖核苷酸、腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤解析：选C　由图可知，图①中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成；图②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；图③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；图④中的A为腺嘌呤。5．如图1为ATP的结构简图，图2为ATP与ADP相互转化的关系式，以下说法错误的是(　　)A．图1的A与ATP中的“A”为同一种物质，b、c为特殊的化学键B．图2中反应向右进行时，图1中的c断裂并释放能量C．酶1和酶2的作用机理都是降低化学反应所需的活化能D．ATP与ADP快速转化依赖于酶的高效性解析：选A　图1的A代表腺嘌呤，ATP中的“A”代表腺苷；图2中反应向右进行时，ATP转化为ADP，图1中的c断裂并释放能量；酶1和酶2的作用机理都是降低化学反应所需的活化能；ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用的高效性。6．下列四项中，能正确表示运动员比赛时其肌细胞中ATP含量变化的是(纵轴表示细胞中的ATP含量，横轴表示时间)(　　)解析：选B　比赛时运动员首先要消耗ATP，但体内ATP含量很少，其能量供应有限，所以有减少趋势。ATP被利用后可由ADP迅速转化，随着ATP的再生，其含量又会进一步增加，故肌细胞中ATP含量的变化趋势为先降低，后升高。7.根据如图所示能量的释放、转移和利用，回答有关问题：(1)在一般情况下，人体生理活动所需能量都是通过分解__________________等能源物质获得的，通过A________过程，将能源物质转变成CO2和H2O。(2)上述过程产生的能量，一部分以化学能的形式储存在B中，B代表________，B是由ADP和C______化合而来；另一部分以______形式散失。(3)若用32P标记磷酸加入细胞培养液中，短时间内快速分离出细胞内的ATP，结果ATP浓度变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团却已带上了放射性标记。这一事实证明____________________________________。你得出结论的依据是________________________________________________________________________。解析：(1)糖类为细胞主要能源物质，脂类和蛋白质也能供能。有氧呼吸将能源物质转变成CO2和H2O，同时生成ATP，供给生命活动需要。(2)细胞呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，一部分以化学能的形式储存在B(ATP)中，ADP和Pi结合生成ATP。(3)人体大量消耗ATP，但消耗后可迅速合成，使细胞内的ATP保持动态平衡。答案：(1)糖类、脂类、蛋白质　氧化分解(2)ATP　磷酸　热能(3)细胞内的ATP含量保持动态平衡，ATP浓度不变，但部分ATP被分解，新的ATP又重新合成　部分ATP的末端磷酸基团带上了放射性标记[迁移·应用·发展]8．在线粒体的内外膜间隙中存在着腺苷酸激酶，它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP。下列有关叙述错误的是(　　)A．当温度较高时会影响腺苷酸激酶的活性B．腺苷酸激酶极有可能是一种ATP水解酶C．腺苷酸激酶的释放不会影响细胞内ADP、ATP的含量D．心肌细胞可以通过自身的核糖体合成腺苷酸激酶解析：选C　温度影响酶的活性，腺苷酸激酶的活性也受温度的影响，A正确；由题干信息“它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP”，可知腺苷酸激酶能催化ATP 水解，则腺苷酸激酶极有可能是一种ATP水解酶，B正确；腺苷酸激酶的释放会消耗ATP，会使ATP 含量减少，ADP 含量增加，C错误；腺苷酸激酶本质为蛋白质，心肌细胞可以通过自身的核糖体合成腺苷酸激酶，D正确。9．科学家发现某些蚜虫能合成类胡萝卜素，其体内的类胡萝卜素不仅能吸收光能，传递给负责能量生产的组织细胞，而且还决定蚜虫的体色。阳光下蚜虫的ATP生成量将会增加，黑暗时蚜虫的ATP生成量会下降。下列有关叙述正确的是(　　)A．正常情况下，蚜虫在黑暗中合成ATP时会伴随着O2的消耗B．蚜虫合成ATP时所需能量仅仅来自呼吸作用C．蚜虫做同一强度的运动时，阳光下和黑暗中的ATP消耗量不一样D．蚜虫ATP生成量在阳光下比黑暗时多，说明其体内的ATP含量不稳定解析：选A　黑暗中蚜虫合成ATP的生理过程是呼吸作用，伴随着O2的消耗，A正确；蚜虫合成ATP时需要的能量不仅来自呼吸作用释放的化学能，还来自光能，B错误；蚜虫做同一强度的运动时，消耗的ATP只来自呼吸作用，故在阳光下和黑暗中的ATP消耗量相同，C错误；蚜虫ATP生成量在阳光下比黑暗时多，但阳光下消耗的ATP也增加，ATP的消耗与ATP的生成处于动态平衡中，故体内的ATP含量处于稳定状态，D错误。10．经研究证实ATP是细胞的能量“货币”。请分析回答下列问题：(1)ATP分子结构简式是______________，中文名称为____________。研究发现，正常成年人剧烈运动状态下每分钟有0.5 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是______________(写方程式并标明条件)。(2)细胞间隙中的ATP在有关酶的作用下，三个磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是________。(3)用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两支试管中，各加入少量的水，使之混合，可以观察到试管中发出淡黄色荧光。约过15 min荧光消失，如下图所示。这时再将ATP溶液加入其中一支试管中，将葡萄糖溶液加入另一支试管中，发现加ATP溶液的试管中发出荧光，而加葡萄糖溶液的试管中不发荧光。上述对照实验说明：①萤火虫发光是将__________能转变成__________能的过程。②这一过程所需的能量由__________提供。③________不是生命活动的直接能源。解析：(1)ATP的中文名称是腺苷三磷酸，其结构简式为A—P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团。ATP在生物体内含量很少，但在细胞内ATP与ADP的相互转化十分迅速。(2)ATP由一个腺苷和三个磷酸基团组成。ATP在有关酶的催化作用下，脱去三个磷酸基团后只剩下“A”，即腺苷。(3)分析题意可知，荧光消失后，加入ATP的一组发出荧光，而加入葡萄糖的一组没有发出荧光，这说明该过程所需的能量由ATP提供，萤火虫发光是将化学能转变成光能，葡萄糖不是生命活动的直接能源。答案：(1)A—P～P～P　腺苷三磷酸　ATP ADP＋Pi＋能量　(2)腺苷　(3)①化学　光　②ATP　③葡萄糖第3节　细胞呼吸的原理和应用第1课时　细胞呼吸的方式与有氧呼吸【主干知识梳理】一、探究酵母菌细胞呼吸的方式1．实验原理(1)酵母菌的代谢类型：在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。(2)细胞呼吸方式的判断：在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物不同，以此来确定酵母菌细胞呼吸的方式。2．实验装置(填写所需试剂)3．检测细胞呼吸产物所用试剂与实验现象4.实验结论(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。(2)在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。(3)在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。二、有氧呼吸1．主要场所——线粒体(据图填空)(1)写出图中序号代表的结构名称：①外膜；②嵴；③内膜；④线粒体基质。(2)与有氧呼吸有关的酶分布在：②、③、④。2．过程3.化学反应式C6H12O6＋6H2O＋6O2eq \o(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量。4．概念细胞在氧的参与下，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。【教材微点发掘】1．某兴趣小组想探究酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置，如下图A～D所示。(1)请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)，有氧条件下的装置序号：C→A→B(或C→B→A→B)；无氧条件下的装置序号：D→B。(2)装置中C瓶的作用是吸收空气中的CO2，排除其对实验结果的干扰；B瓶中澄清的石灰水还可用溴麝香草酚蓝溶液代替。(3)若要检测无氧呼吸时是否有酒精生成，应用酸性重铬酸钾溶液，现象是溶液颜色变为灰绿色。2．细胞呼吸产生的[H]是什么物质？其成分是蛋白质吗？提示：细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方式，NADH是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原态， N指烟酰胺，A指腺嘌呤，D是二核苷酸，因此[H]的成分不是蛋白质。教材问题提示思考·讨论1．有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，因此，1 mol葡萄糖能够使32 mol ADP分子转化为ATP分子。2．提示：燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证了有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。新知探究(一)　探究酵母菌细胞呼吸的方式【探究·深化】[情境质疑]酵母菌是兼性厌氧菌，因此可以用酵母菌来研究有氧呼吸和无氧呼吸。下面是简易的实验装置，结合该图进行探究：1．变量的控制及实验操作：(1)本实验的自变量为氧气的有无，因变量为是否有CO2和酒精的产生。(2)甲装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？提示：NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变浑浊是由于酵母菌有氧呼吸产生的CO2所引起的。(3)甲装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？提示：保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。(4)乙装置中，为什么要将B瓶封口放置一段时间后，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶？提示：B瓶刚封口后，有氧气存在，酵母菌进行有氧呼吸，一段时间后，B瓶中的氧消耗完，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。(5)将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶的原因是什么？提示：①加热煮沸后，葡萄糖溶液中的细菌会被杀死，可排除其他微生物对实验结果的影响；②加热煮沸时，可排出溶液中的O2；③若不冷却直接加入，温度过高会将酵母菌杀死。2．代谢产物的鉴定：(1)酵母菌细胞呼吸能产生CO2，试探究如何检测CO2产生量的多少？提示：CO2可使澄清的石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2产生量的多少。(2)能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？分析原因。提示：不能。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，故不能以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式。应以酒精为指标，因为酵母菌只有进行无氧呼吸时才能产生酒精。[重难点拨]1．实验步骤2．实验现象【典题·例析】[典例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．CO2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浑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[解析]　CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄；在该实验中，温度、pH、培养液浓度等都属于无关变量，无关变量需保持相同且适宜；酵母菌是兼性厌氧菌，有氧呼吸和无氧呼吸都有CO2生成，而CO2可使澄清石灰水变浑浊，因此通过观察澄清石灰水是否变浑浊不能判断酵母菌的呼吸方式；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。[答案]　C[典例2]　以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”，装置图如下。下列关于该实验过程与结果的叙述，错误的是(　　)A．将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖溶液的甲试管后需振荡混匀B．在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境C．乙试管中澄清的石灰水变浑浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2D．拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味[解析]　干酵母需要用温水化开，以保持酵母菌的活性；酵母菌悬液加入葡萄糖溶液后要充分振荡，使葡萄糖与酵母菌混匀并充分接触，利于发生反应。在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡以制造无氧环境，利于乙醇发酵。若乙试管中的澄清石灰水变浑浊，说明酵母菌细胞呼吸产生了CO2。甲试管中的酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，酒精具有挥发性，所以拔掉甲试管塞子后可闻到酒精的气味。[答案]　B【应用·体验】1．如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，以下说法中正确的是(　　)A．两套装置均需要在黑暗条件下进行B．装置乙在Ⅱ处可检测到有酒精生成C．装置乙是对照组，装置甲是实验组D．装置甲NaOH溶液的作用是吸收 Ⅰ 处的CO2解析：选B　两套装置均不需要在黑暗条件下进行；Ⅱ处酵母菌产生酒精；此实验是对比实验，没有对照组，都是实验组；装置甲中NaOH溶液的作用是吸收空气中的CO2。2．将酵母菌研磨成匀浆，离心后得到只含细胞质基质的上清液和含线粒体的沉淀物，分别放入甲、乙、丙三支试管中(如表)，并置于适宜温度但隔绝空气的条件下一段时间。下列叙述错误的是(　　)A.丙试管中有少量CO2产生B．乙试管中不发生反应C．丙试管中有少量的ATP产生D．甲试管中最终产物为CO2和H2O解析：选D　甲试管中含有上清液和葡萄糖溶液，在隔绝空气的条件下，可进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。乙试管中含有线粒体和葡萄糖溶液，葡萄糖不能进入线粒体，所以不发生反应。丙试管中是完整的酵母菌和葡萄糖溶液，隔绝空气的条件下进行无氧呼吸产生少量CO2和ATP。新知探究(二)　有氧呼吸【探究·深化】[情境质疑]有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把有机物彻底氧化分解(通常以分解葡萄糖为主)，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。下图为有氧呼吸过程图示，据此分析有关问题：1．物质转变过程分析：(1)糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？提示：因为线粒体膜上不含运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。(2)有氧呼吸过程中，H2O参与第二阶段反应，在第三阶段产生；[H]在第一、二阶段产生，参与第三阶段的反应；O2只在第三阶段参与反应，CO2是在第二阶段产生的。(3)若用18O分别标记有氧呼吸中C6H12O6中的氧和O2 中的氧，18O会分别出现在哪种产物中？提示：C6Heq \o\al( 18,12)O6―→C18O2；18O2―→Heq \o\al(18,2)O。(4)根据有氧呼吸的过程，写出有氧呼吸的反应式，并标出各元素的去向。提示：2．能量转化过程分析：有氧呼吸过程中，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，其余的能量则以热能的形式散失。请你计算一下，有氧呼吸的能量转换效率大约是多少？这些能量大约能使多少个ADP转化为ATP?提示：977.28÷2 870×100%≈34.05%,977.28÷30.54＝32(mol)。[重难点拨]1．细胞呼吸反应物、生成物、场所与呼吸类型的关系2．有氧呼吸中氧元素的来源和去路3．能量代谢有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP，细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，少部分转移到ATP中。【典题·例析】[典例1]　如图甲是绿色植物在晴朗的白天有氧呼吸各阶段反应示意图，其中1～7表示能量或物质，图乙是线粒体简图。下列叙述错误的是(　　)A．图甲中2→3过程，所有活细胞内都能进行B．图甲中3→6过程，发生在图乙的②处C．图乙的③处能发生图甲中生成4的反应D．叶肉细胞内产生的6将全部释放到大气中[解析]　图甲中2→3过程表示有氧呼吸的第一阶段，与无氧呼吸的第一阶段完全相同，而活细胞都能进行细胞呼吸(有氧呼吸或无氧呼吸)；图甲中3→6过程表示有氧呼吸的第二阶段，场所是线粒体基质，即图乙的②处；图乙中③处为线粒体内膜，是有氧呼吸第三阶段的场所，发生[H]与O2结合生成水的过程，图甲中4指的是水；白天叶肉细胞中线粒体产生的6(CO2)可用于光合作用。[答案]　D[典例2]　提取鼠肝细胞的线粒体作为实验材料，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸时，测得氧的消耗量较大；当注入葡萄糖时，测得氧的消耗量较小，同时注入细胞质基质和葡萄糖时，氧消耗量又较大。下列叙述中与实验结果不符合的是(　　)A．有氧呼吸中，线粒体内进行的是第二、三阶段B．在线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖C．葡萄糖只能在细胞质基质内被分解成丙酮酸D．水是在细胞质基质中生成的[解析]　有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒体中进行，第三阶段[H]与氧气结合才有水的生成。[答案]　D【应用·体验】1．下图中表示的是某绿色植物细胞内部分物质的转变过程，下列有关叙述错误的是(　　)①图中①②两物质分别为H2O和O2②图中(二)、(三)两阶段产生[H]的场所都是线粒体③图中(三)阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖④该过程只能在有光的条件下进行，无光时不能进行A．①②③　　　　　 B．①②④C．②③④ D．①③④解析：选C　图中(一)、(二)、(三)分别表示有氧呼吸的第一、二、三阶段，前两个阶段产生[H]，第三个阶段消耗[H]，②错误；丙酮酸在H2O的参与下彻底分解成CO2和[H]，所以有氧呼吸第三阶段消耗的[H]最终来源于葡萄糖和H2O，③错误；有无光照都可进行呼吸作用，④错误。2．关于同位素标记法研究动物体细胞有氧呼吸的过程，下列叙述错误的是(　　)A．用18O标记葡萄糖，产物H2O中能检测到18OB．用18O标记氧气，能检测到的产物有Heq \o\al(18,2)O和C18O2C．用14C标记葡萄糖，产物CO2中能检测到放射性D．用14C标记葡萄糖，在线粒体中能检测到放射性解析：选A　用18O标记葡萄糖，在有氧呼吸过程中，葡萄糖中的18O进入CO2，不进入H2O，H2O中的氧来源于O2，因此产物CO2中能检测到18O，产物H2O中不能检测到18O，A错误；O2参与有氧呼吸第三阶段形成H2O，用18O标记O2，产物Heq \o\al(18,2)O中能检测到18O，Heq \o\al(18,2)O参与有氧呼吸第二阶段，其场所为线粒体基质，形成产物C18O2，因此在线粒体基质形成的产物C18O2中也能检测到18O，B正确；用14C标记葡萄糖，葡萄糖中的14C进入有氧呼吸产生CO2中，场所是线粒体基质，故在线粒体中能检测到放射性，C、D正确。科学探究——对照实验与对比实验1．对照实验如果两组实验中，除了一个因素不同外，其余因素都相同，那么这两组实验称为对照实验。对照实验一般要设对照组和实验组。一般来说，保持原有状态的组为对照组，人为改变条件的组为实验组；或者是已知实验结果的组为对照组，未知实验结果的组为实验组。2．对比实验设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验称为对比实验。对比实验结果事先一般均未知。对比实验不设对照组，均为实验组(或互为实验组和对照组)，是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。在探究酵母菌细胞呼吸方式的活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响，图示如下：【素养评价】1．对比实验是科学探究中常用的方法之一。下列有关叙述错误的是(　　)A．探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验B．对比实验中每个实验组的结果通常都是事先未知的C．对比实验往往没有对照组，而是设置两个或两个以上的实验组D．对比实验中因变量可以用多种指标表示，无关变量只需相同即可解析：选D　探究酵母菌细胞呼吸的方式运用了对比实验法，A正确；对比实验中每个实验组的结果通常是事先未知的，通过实验结果的对比来说明问题，B正确；对比实验往往没有对照组，而是设置两个或两个以上的实验组相互对照，C正确；对比实验的因变量可以用多种指标表示，无关变量需相同且适宜，D错误。2.如图表示的是测定保温桶内温度变化的实验装置。某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用的情况。材料用具：保温桶(500 mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。实验假设：酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出热量更多。(1)取A、B两装置设计实验如下，请补充下表中内容：(2)B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是________，这是控制实验的__________变量。(3)要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个C装置。请写出C装置的实验步骤：(4)实验预期：在适宜条件下实验，30分钟后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是________________(用“<”“＝”或“>”表示)，则假设成立。解析：A、B两个实验装置作对照，A为有氧条件，B为无氧条件(步骤三加入石蜡油，隔绝氧气)。B装置煮沸的目的是去除氧气，和步骤三目的一样。两装置步骤二加入的都是10 g活性干酵母，体现了单一变量的实验原则。C装置和B装置作对照，用来排除其他因素造成的温度变化，因此，除了步骤二加入没有活性干酵母外，其他条件应该和B装置一样。A装置中酵母菌进行了有氧呼吸释放大量能量，温度最高，C装置没有活酵母菌，没有细胞呼吸，温度最低，B装置中酵母菌进行了无氧呼吸，释放的能量比A装置少，因此，装置A、B、C温度大小关系是A>B>C。答案：(1)①不加入石蜡油　②加入10 g活性干酵母(2)去除氧气　自　(3)③加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液　④加入10 g没有活性干酵母　(4)A>B>C[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误(1)酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生二氧化碳。(　　)(2)根据石灰水变浑浊的程度可以确定CO2产生量的多少。(　　)(3)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。(　　)(4)有氧呼吸的过程只发生在线粒体内。(　　)(5)有氧呼吸三个阶段所需要的酶是相同的。(　　)(6)需氧型细菌有氧呼吸的主要场所是线粒体。(　　)答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×2．交警检测司机是否存在酒后驾驶的违法行为时，可选用的试剂是(　　)A．溴麝香草酚蓝溶液B．斐林试剂C．重铬酸钾的浓硫酸溶液D．澄清的石灰水解析：选C　橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精反应生成灰绿色的硫酸铬，利用此原理可检测酒精的存在。3．有氧呼吸全过程的三个阶段中，相同的产物是(　　)A．ATP　　　　　　 B．H2O和CO2C．H2O和丙酮酸 D．乳酸和ATP解析：选A　有氧呼吸第一阶段的产物是丙酮酸、[H]和少量ATP；第二阶段的产物是CO2、[H]和少量ATP；第三阶段的产物是H2O、大量的ATP，故三个阶段的相同产物为ATP。4．下列关于有氧呼吸的阶段中，不在线粒体中进行的是(　　)A．[H]传递给O2生成水B．丙酮酸分解为CO2和[H]C．C6H12O6分解为丙酮酸D．ADP与磷酸反应生成ATP解析：选C　[H]与O2结合生成水发生在线粒体内膜上；丙酮酸与水反应生成CO2和[H]是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体基质中；C6H12O6分解为丙酮酸和[H]是有氧呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中，不发生在线粒体中；ADP与磷酸反应生成ATP在细胞质基质和线粒体中都可以发生。5．通常情况下，有氧呼吸所产生的CO2和H2O中的氧可分别来自(　　)A．吸入的O2和葡萄糖B．葡萄糖和丙酮酸C．丙酮酸和吸入的O2D．吸入的O2和丙酮酸解析：选C　在有氧呼吸的第二阶段丙酮酸分解产生CO2，在有氧呼吸的第三阶段细胞从外界吸收的O2与[H]结合生成H2O。6．(2021·广东学考)如图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置。下列叙述错误的是(　　)A．该装置适用于探究酵母菌的无氧呼吸B．酵母菌培养液应加入甲瓶中C．可用溴麝香草酚蓝水溶液检测CO2D．取乙瓶的溶液来检测发酵产生的酒精解析：选D　甲瓶中有酵母菌培养液，经无氧呼吸产生酒精，应取甲瓶的溶液来检测发酵产生的酒精。7．下列关于有氧呼吸的叙述正确的是(　　)A．有氧呼吸时，生成物水中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解B．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水C．有氧呼吸第二阶段也能产生少量ATPD．有氧呼吸产生的能量全部储存在ATP中解析：选C　有氧呼吸时，生成物水中的氢来自葡萄糖和反应物水；有氧呼吸产生的[H]在线粒体内膜上与氧结合生成水，释放大量能量；有氧呼吸第二阶段也释放少量能量，并产生少量ATP；以葡萄糖为底物的有氧呼吸所释放的能量大部分以热能形式散失，只有少部分储存在ATP中。8．用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是(　　)A．葡萄糖→丙酮酸→水B．葡萄糖→丙酮酸→氧C．葡萄糖→氧→水D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳解析：选D　有氧呼吸过程中，若用18O标记葡萄糖，18O的转移途径为：葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。9．菜粉蝶幼虫因体细胞中有NADH脱氢酶(催化[H]与氧反应的酶)而对鱼藤酮十分敏感，生产上常利用鱼藤酮来防治菜粉蝶幼虫。下列相关分析错误的是(　　)A．幼虫体细胞线粒体内膜上分布有NADH脱氢酶B．幼虫体细胞内的NADH主要来自线粒体基质C．幼虫体细胞有氧呼吸的三个阶段都能产生NADHD．鱼藤酮会降低幼虫体细胞内的ATP水平，从而导致幼虫死亡解析：选C　NADH脱氢酶是催化[H]与氧反应的酶，[H]与氧反应的场所是线粒体内膜，故幼虫体细胞线粒体内膜上分布有NADH脱氢酶，A正确；有氧呼吸第一阶段产生少量NADH，场所是细胞质基质，有氧呼吸第二阶段产生大量NADH，场所是线粒体基质，因此幼虫体细胞内的NADH主要来自线粒体基质，B正确；幼虫体细胞有氧呼吸的第一、第二阶段能产生NADH，第三阶段消耗NADH，C错误；鱼藤酮会降低幼虫体细胞内的ATP水平，从而导致幼虫死亡，D正确。10.如图表示线粒体的亚显微结构示意图。请据图分析回答下列问题：(1)线粒体由[1]________和[　]________包被形成。其中后者向内腔折叠形成[　]________，从而扩大了________的附着面积。(2)线粒体是________的主要场所，其中有关的酶分布在[2]________和[4]_________中。(3)线粒体广泛存在于________细胞中。从数量来看，__________________的细胞中往往含量较多；从分布来看，细胞内部____________的部位往往分布较多。(4)不是所有的细胞都具有线粒体。在下列细胞中，没有线粒体的是______________，能够进行有氧呼吸的是________(均填选项)。A．乳酸菌 B．念珠蓝细菌　C．衣藻 D．变形虫 E．蛔虫　　F．人的成熟红细胞解析：(1)线粒体有内膜、外膜两层膜，内膜向内折叠形成嵴，从而扩大了膜的面积，可以附着更多的酶。(2)有氧呼吸主要在线粒体上进行。(3)新陈代谢旺盛的动植物细胞需要线粒体释放更多的能量，所以含有较多的线粒体。(4)乳酸菌、念珠蓝细菌、蛔虫、人成熟红细胞没有线粒体，念珠蓝细菌因为含有有氧呼吸的酶也可以进行有氧呼吸。答案：(1)外膜　[2]内膜　[3]嵴　酶　(2)有氧呼吸　内膜　基质　(3)动植物　新陈代谢旺盛　新陈代谢旺盛　(4)ABEF　BCD[迁移·应用·发展]11．如图为人体细胞内葡萄糖代谢过程简图，①～③是生化反应过程，甲～丁代表相关物质。下列说法错误的是(　　)A．①②③过程都伴有ATP的生成B．甲、乙、丙、丁表示的物质各不相同C．①②过程均有乙生成，但催化①②过程的酶不同D．图示生理过程既能发生在真核生物的细胞中，也能发生在原核生物的细胞中解析：选B　①②③过程都伴有ATP的生成，其中过程③生成的ATP最多。甲代表的是丙酮酸，乙代表的是[H]，丙和丁代表的都是水。①②过程均有乙([H])的生成，但过程①是葡萄糖分解，发生在细胞质基质中；过程②是丙酮酸分解，发生在线位体基质中，所以催化①②过程的酶不同。真核细胞和原核细胞中均能进行有氧呼吸过程。12．如图为某真核细胞有氧呼吸的基本流程图，下列相关叙述正确的是(　　)A．阶段a不能发生在硝化细菌中B．阶段b在细胞质基质中进行C．阶段c中的能量均贮存于ATP中，最终用于各项生命活动D．物质①为CO2，其在线粒体基质中的浓度高于在细胞质基质中的解析：选D　阶段a为有氧呼吸的第一阶段，能发生在硝化细菌中，A错误；阶段b是有氧呼吸第二阶段的一部分，在线粒体基质中进行，B错误；阶段c中释放的能量大部分以热能形式散失，只有少部分储存在ATP中，用于各项生命活动，C错误；物质①为CO2，产生于有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质中，所以其在线粒体基质中的浓度高于在细胞质基质中的，D正确。13．为揭示有氧呼吸过程中的生化反应途径，科学家经历了复杂的探索。请回答下列问题：(1)科学家用鸽子的飞行肌作为研究材料，因为飞行肌细胞呼吸速率较高，适合用于研究氧化分解过程。葡萄糖在细胞质基质中经过糖酵解(有氧呼吸第一阶段)产生的________进入线粒体，最终分解为________和水，释放大量能量，为肌细胞供能。(2)20世纪30年代，科学家分别发现线粒体内存在两个反应过程，表示如下(字母代表不同中间产物)。过程1：A→B→C→D→E过程2：E→F→G→H两个反应过程存在什么关系呢？科学家利用丙二酸(抑制E→F过程)和中间产物F进行实验，结果如下图所示。根据实验结果分析，过程1与过程2最可能连成______(填“线形”或“环形”)代谢途径，理由是_______________________________________________________________。(3)现代生物学技术为研究代谢过程提供了更直接的手段。例如，科学家曾用__________________法追踪各种有氧呼吸中间产物转化的详细过程。(4)有氧呼吸生化反应途径的揭示过程，给你带来的关于科学研究的启示有________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根据有氧呼吸的过程可知，葡萄糖在细胞质基质中经过糖酵解(有氧呼吸第一阶段)产生的丙酮酸进入线粒体，最终分解为CO2和水，释放大量能量，为肌细胞供能。(2)依据实验结果可推测过程1与过程2最可能连成环形代谢途径，理由：第3组和第1组相比，注射物质F，使过程1中的A和C含量增加，说明过程2可促进过程1；第3组和第2组相比，由于注射了丙二酸，抑制了E→F的过程，导致E物质积累，但E的含量远高于第2组，支持环形代谢途径的假设。(3)现代生物学技术为研究代谢过程提供了更直接的手段。例如，科学家曾用同位素示踪法追踪各种有氧呼吸中间产物转化的详细过程。(4)有氧呼吸生化反应途径的揭示过程，带给我们的启示有技术促进科学的发展、科学研究注重实验证据等。答案：(1)丙酮酸　CO2　(2)环形　第3组和第1组相比，注射物质F，使过程1中的A和C含量增加，说明过程2可促进过程1(或第3组和第2组相比，由于注射了丙二酸，抑制了E→F的过程，导致E物质积累，但E的含量远高于第2组，支持环形代谢途径的假设)　(3)同位素示踪　(4)技术促进科学发展、科学研究注重实验证据等(合理即可)第2课时　无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用【主干知识梳理】一、无氧呼吸1．类型及反应式2．场所：细胞质基质3．过程(1)第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同。(2)第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和CO2，或者转化成乳酸。二、细胞呼吸原理的应用(1)包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布。(2)酿酒时要先通气后密封，通气的目的是让酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖，密封的目的是让酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵。(3)对花盆里的土壤经常进行松土透气。(4)粮食储藏需要的条件是(零上)低温、低氧和干燥；蔬菜、水果储藏的条件是(零上)低温、低氧和适宜的湿度。【教材微点发掘】　阅读教材第93、95页“思考·讨论”结合生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解，回答下列问题：(1)苹果储藏久了，会有酒味产生，其原因是发生了图中①③过程；而马铃薯块茎储藏久了却没有酒味产生，其原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中①④过程。(填序号)(2)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大的现象，其原因是种子在有氧呼吸过程中产生了水。(3)1 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖在分解生成乳酸以后，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向分别是什么？提示：无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中没有释放出来；而葡萄糖氧化分解释放的能量主要以热能形式散失了。(4)运动成为当今人们生活的一种时尚，人在剧烈运动时，会因骨骼肌进行无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛。健身教练提倡有氧运动，请根据有氧呼吸和无氧呼吸的产物及释放能量多少的角度分析原因。提示：有氧呼吸的产物是CO2和H2O，对于机体的影响较小，且有机物中的能量全部释放。而无氧呼吸产物中的乳酸对机体不利，且有机物中的能量仅释放一部分。所以提倡有氧运动。教材问题提示一、思考·讨论1．略。2．提示：酸奶制作利用了乳酸菌的无氧呼吸；收获后的粮食要晒干再储藏，就是通过降低细胞呼吸速率来延长储藏时间。二、思维训练这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生成细胞内的结构。由此可见，证据1、证据3和证据4，能够支持这一论点，而证据2不支持。新知探究(一)　无氧呼吸及其与有氧呼吸的关系【拓展·深化】1．比较有氧呼吸与无氧呼吸2.有氧呼吸和无氧呼吸过程图解3．细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路【典题·例析】[典例1]　下列四个选项中有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是(　　)A．南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气B．农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长C．油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气D．柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用[解析]　南方稻区早稻浸种后催芽过程中，“常用40 ℃左右温水淋种”可以为种子的呼吸作用提供水分和适宜的温度，“时常翻种”可以为种子的呼吸作用提供氧气，A正确；种子无氧呼吸会产生酒精，因此，农作物种子入库贮藏时，应在低氧和零上低温条件下保存，贮藏寿命会显著延长，B错误；油料作物种子中含有大量脂肪，脂肪中C、H含量高，O含量低，油料作物种子萌发时呼吸作用需要消耗大量氧气，因此，油料作物种子播种时宜浅播，C正确；柑橘在塑料袋中密封保存使水分散失减少，氧气浓度降低，从而降低了呼吸速率，低氧、一定湿度是新鲜水果保存的适宜条件，D正确。[答案]　B[典例2]　如图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。下列有关叙述正确的是(　　)A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为ATPD．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2[解析]　题图为细胞呼吸的全过程，①②过程为无氧呼吸，①④③过程为有氧呼吸，a、b、c、d、e分别表示丙酮酸、CO2、[H]、O2、酒精；催化反应②和④的酶分别存在于细胞质基质和线粒体基质中；无氧呼吸的第一阶段也产生[H]。[答案]　D易错提醒有关无氧呼吸的两点提醒无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段不产生ATP；无氧呼吸产生乳酸还是酒精和二氧化碳，与细胞内的酶有关，一种细胞的无氧呼吸产物只能是其中一种。【应用·体验】1．细胞内葡萄糖分解代谢过程如图所示，下列叙述正确的是(　　)A．酵母菌细胞质基质中可进行①和②过程B．剧烈运动时骨骼肌细胞中进行①和④过程C．乳酸菌细胞进行①和③过程中均产生[H]D．①过程是各类细胞分解葡萄糖共同途径解析：选D　②过程在酵母菌线粒体中进行，A错误；剧烈运动时骨骼肌细胞中有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，且无氧呼吸产生乳酸，故进行①②③过程，B错误；乳酸菌细胞进行③过程不产生[H]，C错误；各类细胞的有氧呼吸和无氧呼吸共同进行①过程，D正确。2．研究人员探究缺氧条件下北欧鲫鱼细胞呼吸的特点，结果如图。下列叙述正确的是(　　)A．图中能产生ATP的过程有①②③，过程①发生在细胞质基质B．取培养该鱼的水样加入碱性的重铬酸钾溶液振荡混合均匀，水样变成灰绿色C．为验证北欧鲫鱼肌细胞具有上述呼吸特点，可将该鱼在氧气充足条件下培养D．北欧鲫鱼的其他组织细胞产生的乳酸最终转化为酒精排出体外解析：选D　图中能产生ATP的过程只有①②，③过程不释放能量，没有ATP产生，过程①②③都发生在细胞质基质中；取培养该鱼的水样加入酸性的重铬酸钾溶液振荡混合均匀，水样变成灰绿色；为验证北欧鲫鱼肌细胞具有上述呼吸特点，可将该鱼在缺氧条件下培养；根据图示可知，北欧鲫鱼的其他组织细胞产生的乳酸最终转化为酒精排出体外。新知探究(二)　影响细胞呼吸的环境因素及应用【拓展·深化】1．氧气2.温度3.二氧化碳4.水分【典题·例析】[典例1]　如图表示某种植物的非绿色器官在不同O2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(　　)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n 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n/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。[答案]　B[典例2]　如图表示某种植物的非绿色器官在不同O2浓度下CO2的释放量与O2的吸收量的变化，请据图回答以下问题：(1)O2浓度为0时，该器官的呼吸类型是________。(2)在O2浓度为b%以下时(不包括0)，该器官的呼吸类型是________________，原因是____________。(3)该器官CO2释放与O2吸收两条曲线在Q点重合，其呼吸类型为______________，原因是____________________________。(4)由该曲线可知，我们在进行果实和种子贮藏时，应取约a/2的O2浓度值，理由是_________________________________________________________________________。(5)图中阴影部分的面积代表____________________________。[解析]　(1)O2浓度为0时，有CO2释放，该器官只进行无氧呼吸。(2)在O2浓度为b%以下时，CO2的释放量大于O2的吸收量，该器官的呼吸类型是无氧呼吸和有氧呼吸。(3)当两条曲线在Q点重合时，说明CO2释放量与O2吸收量相等，则该器官的呼吸类型为有氧呼吸。(4)由该曲线可知，我们在进行果实和种子贮藏时，应取约a/2的O2浓度值，因为CO2的释放量最少，消耗的有机物最少。(5)图中阴影部分的面积代表无氧呼吸中CO2的释放量。[答案]　(1)无氧呼吸　(2)无氧呼吸和有氧呼吸　CO2的释放量大于O2的吸收量　(3)有氧呼吸　CO2的释放量等于O2的吸收量　(4)细胞呼吸最弱，有机物消耗少　(5)无氧呼吸中CO2的释放量【应用·体验】1．如图是外界条件对植物呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是(　　)A．从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是b点对应的温度B．乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸C．乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖D．乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制解析：选B　甲图中b点温度下植物呼吸作用的相对速率最大，说明该温度下细胞呼吸最旺盛；随O2浓度增大有氧呼吸增强，无氧呼吸减弱，故乙图中曲线Ⅰ表示无氧呼吸，曲线Ⅱ表示有氧呼吸；细胞呼吸利用的有机物主要是葡萄糖；有氧呼吸需要酶的参与，温度会影响酶的活性，故有氧呼吸还受温度或呼吸酶数量的限制，使曲线Ⅱ最终趋于平衡。2．下列所述生产与生活中的做法，合理的是(　　)A．做面包时加入酵母菌并维持密闭状态B．水稻田适时排水晒田以保证根系通气C．白天定时给栽培大棚通风以保证氧气供应D．用不透气的消毒材料包扎伤口以避免感染解析：选B　做面包时加入酵母菌是因为酵母菌细胞呼吸产生二氧化碳使面包松软多孔，由于酵母菌无氧呼吸产生酒精，故不能维持密闭状态；水稻田适时排水晒田的目的是保证根系通气，防止根系细胞无氧呼吸产生酒精，造成毒害；白天定时给栽培大棚通风的目的是保证二氧化碳的供应，利于植物进行光合作用；用透气的消毒材料包扎伤口以抑制厌氧菌大量繁殖，避免感染。科学探究——细胞呼吸类型的判断与实验探究1．“三看法”判断呼吸的类型(1)一看反应物和产物。①消耗氧气或产物中有水，一定是有氧呼吸。②产物中有酒精或乳酸，一定是无氧呼吸。(2)二看物质的量的关系。①无CO2产生：乳酸发酵。②不消耗O2，但产生CO2：酒精发酵。③消耗O2量＝产生CO2量：有氧呼吸。④消耗O2量<产生CO2量：有氧呼吸、无氧呼吸。根据产生CO2与消耗O2的多少，又分为以下三种情况：(3)三看反应的场所。①真核生物体内若只在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸。②若有线粒体参与，则存在有氧呼吸。 2．设计实验探究细胞呼吸类型(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：[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。【素养评价】1．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(　　)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NaOH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中液滴可能向左移解析：选D　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溶液设置装置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。2．某实验小组为探究酵母菌的呼吸方式，做了以下两组实验：用注射器A缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液，倒置，排尽注射器中的气体，再吸入25 mL无菌氧气，密封；用注射器B缓慢吸入25 mL酵母菌葡萄糖溶液，倒置，排尽注射器中的气体，密封。将两注射器置于25 ℃的水浴锅中保温一段时间(不考虑溶液体积的变化)，以下说法错误的是(　　)A．当观察到注射器A中的总体积大50 mL时，说明酵母菌进行了无氧呼吸B．取注射器B中的适量液体，滴加少量酸性重铬酸钾溶液，溶液颜色由橙色变为灰绿色C．将注射器A中的气体通入溴麝香草酚蓝溶液中，可观察到溶液颜色由蓝变绿再变黄D．当注射器A、B中的总体积均为50 mL时，两注射器中酵母菌消耗的葡萄糖的量相同解析：选D　若注射器A中酵母菌只进行有氧呼吸，以葡萄糖为底物时，细胞呼吸消耗的O2量等于产生的CO2量，则注射器中气体体积不变，总体积为50 mL；当注射器A中的总体积大于50 mL时，则说明酵母菌进行了无氧呼吸，A正确；注射器B中为无氧条件，酵母菌进行无氧呼吸产生了酒精，酒精可以与酸性重铬酸钾溶液反应，使溶液颜色由橙色变为灰绿色，B正确；注射器A中的酵母菌进行细胞呼吸产生CO2，CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，C正确；当注射器A、B中的总体积均为50 mL时，注射器A中酵母菌只进行有氧呼吸，最多产生25 mL CO2，注射器B中酵母菌只进行无氧呼吸，产生了25 mL CO2，以葡萄糖为呼吸底物，产生等量CO2时，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸少，D错误。[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误(1)无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。(　　)(2)无氧呼吸和有氧呼吸的第一阶段完全相同。(　　)(3)无氧呼吸的两个阶段都能产生ATP。(　　)(4)稻田定期排水有利于根系进行有氧呼吸，防止幼根黑腐。(　　)(5)提倡慢跑等有氧运动，是因为有氧呼吸可以产生大量的ATP，使肌肉有力量。(　　)答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×2．在人体细胞利用葡萄糖进行细胞呼吸过程中，关于[H]的来源和用途的叙述，最准确的是(　　)解析：选B　人体细胞利用葡萄糖进行有氧呼吸的过程中，[H]来源于葡萄糖和水，其在第三阶段与氧结合生成水，A错误，B正确；人体细胞利用葡萄糖进行无氧呼吸的过程中，[H]来源于葡萄糖，用于生成乳酸，C、D错误。3．(2021·全国甲卷)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是(　　)A．该菌在有氧条件下能够繁殖B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2解析：选B　酵母菌的代谢类型是异氧兼性厌氧型，与无氧条件相比，在有氧条件下，产生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合题意；酵母菌的无氧呼吸在细胞质基质中进行，第一阶段产生丙酮酸、[H]，并释放少量能量，第二阶段丙酮酸分解成乙醇和二氧化碳，B符合题意，C不符合题意；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都可以在第二阶段生成CO2，D不符合题意。4．下列各项应用中，主要利用细胞呼吸原理的是(　　)①中耕松土　②果蔬保鲜　③储存种子　④汛期农田及时排水　⑤合理密植　⑥糖渍盐渍食品　⑦用透气的消毒纱布包扎伤口　⑧移栽幼苗时尽量选择在早晨或傍晚时进行A．②③④⑤⑥　　 B．①②③④⑦C．②③④⑦⑧ D．①②③④⑤⑥⑦⑧解析：选B　影响呼吸作用的因素有氧气、水和温度等。①④⑦涉及的是呼吸作用的氧气因素，②涉及的是温度因素，③涉及的是水分因素。5．买罐头食品时，发现罐头盖上印有“如发现盖子鼓起，请勿选购”的字样。引起盖子鼓起最可能的原因是(　　)A．好氧型细菌呼吸，产生CO2和H2OB．微生物呼吸，产生CO2和C2H5OHC．乳酸菌呼吸，产生CO2和C3H6O3D．酵母菌呼吸，产生CO2和H2O解析：选B　罐头食品的容器内是密闭的无氧环境，残留的微生物只能进行无氧呼吸，盖子鼓起是由某种微生物进行无氧呼吸产生CO2所致。好氧型细菌进行有氧呼吸；乳酸菌进行无氧呼吸产生乳酸，不生成CO2；酵母菌进行无氧呼吸产生CO2和C2H5OH。6．测得某一植物的果实在一段时间内释放CO2的量比吸收的O2的量大，且蛋白质、脂肪含量不变，糖类含量减少。下列选项中有关解释最合理的是(　　)A．有氧呼吸占优势B．有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖量相等C．无氧呼吸占优势D．既进行无氧呼吸又进行有氧呼吸解析：选D　有氧呼吸吸收的O2和释放CO2的量相等，无氧呼吸不消耗O2但是有CO2的释放，所以此时既进行无氧呼吸又进行有氧呼吸。7．如图是酵母菌呼吸作用示意图，下列相关叙述正确的是(　　)A．条件X下葡萄糖中能量的去向有三处B．人体骨骼肌细胞在X条件下也会产生物质aC．条件Y下，葡萄糖在线粒体中被分解，并产生CO2和水D．试剂甲为溴麝香草酚蓝溶液，现象Z是由蓝变绿再变黄　解析：选A　根据产物酒精可判断条件X为无氧，无氧呼吸过程中葡萄糖中的能量一部分储存在酒精中，一部分储存在ATP中，一部分以热能形式散失；人体骨骼肌细胞在X条件下只能产生乳酸，不会产生物质a(CO2)；线粒体不能利用葡萄糖，条件Y下，葡萄糖在细胞质基质中分解成丙酮酸，丙酮酸在线粒体中被分解，并产生CO2和水；试剂甲为酸性重铬酸钾溶液，可用于检测酒精是否存在。8.如图曲线①、曲线②描述的是环境因素与呼吸作用的关系，下列叙述错误的是(　　)A．曲线①代表无氧呼吸，氧浓度为10%时无氧呼吸停止B．曲线②代表有氧呼吸，且在一定范围内随氧浓度增大，呼吸作用强度不断增强C．图中曲线②最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制D．图中两曲线的交点说明，此时有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖量相同解析：选D　随着氧浓度增大CO2的释放量降低，所以曲线①代表无氧呼吸，氧浓度为10%时CO2释放量为0，说明此时无氧呼吸停止；曲线②代表有氧呼吸，且在一定范围内随着氧浓度增大呼吸作用强度不断增强，但是当氧浓度达到一定值时，CO2释放量不再增加；图中曲线②最终趋于平衡，细胞呼吸强度不再增大，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制；图中两曲线的交点说明有氧呼吸与无氧呼吸释放的CO2量相等，此时有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖量之比为1∶3。9．过氧化物酶体是真核细胞中的一种细胞器，其内可发生RH2＋O2eq \o(――→,\s\up7(酶),\s\do5(　))R＋H2O2反应，对细胞内的氧水平有很大的影响。下图为线粒体和过氧化物酶体中相关生化反应速率在不同O2浓度下的变化曲线。据图分析，下列叙述错误的是(　　)A．线粒体和过氧化物酶体消耗O2的酶均分布在相应的细胞器基质中B．低O2浓度条件下，线粒体的酶比过氧化物酶体中的酶催化效率高C．过氧化物酶体利用O2的能力随O2浓度的增加而增强D．过氧化物酶体可保护细胞免受高浓度氧的毒害解析：选A　线粒体消耗O2的酶分布在线粒体内膜上，A错误；据曲线图可知，低O2浓度条件下，线粒体的酶比过氧化物酶体中的酶催化效率高，B正确；据曲线图可知，过氧化物酶体利用O2的能力随O2浓度的增加而增强，C正确；过氧化物酶体可保护细胞免受高浓度氧的毒害，D正确。10．下列是外界因素影响呼吸速率的图示，由图可知下列说法错误的是(　　)A．超过最适温度，呼吸酶活性降低，细胞呼吸受抑制B．O2浓度为10%时适宜贮藏水果、蔬菜C．适当提高CO2浓度利于贮藏水果、蔬菜D．种子含水量是制约种子细胞呼吸强弱的重要因素解析：选B　温度影响酶的活性，超过最适温度时，呼吸酶活性降低，细胞呼吸受抑制，A正确；分析图乙可知，O2浓度为10%时，有氧呼吸较强，此时有机物消耗较多，不适宜贮藏水果、蔬菜，B错误；分析图丙可知，随CO2浓度升高，呼吸速率下降，故适当提高CO2浓度有利于贮藏水果、蔬菜，C正确；分析图丁可知，含水量影响种子细胞呼吸速率，随着含水量的增加，呼吸速率先上升后下降，故种子含水量是制约种子细胞呼吸强弱的重要因素，D正确。11．将200 mL含酵母菌的培养液放入500 mL的密闭容器内，该容器内酵母菌不同呼吸方式的CO2释放速率随时间变化情况如图所示。请回答下列问题：(1)图中a曲线表示的呼吸方式为______________，判断依据是______________________________________________________________________________________________。(2)密闭容器内开始产生酒精的时间是________(填“6 h前”“6 h时”或“6 h后”)。(3)8 h时细胞内ATP的合成场所是____________，此时合成ATP所需能量________(填“能”或“不能”)来自丙酮酸的分解。(4)密闭容器内CO2的总释放量在6 h时________(填“小于”“等于”或“大于”)8 h时。解析：(1)刚开始时容器内有O2，酵母菌进行有氧呼吸，随着O2逐渐被消耗，有氧呼吸逐渐减弱，开始出现无氧呼吸，因此曲线a表示有氧呼吸，曲线b表示无氧呼吸。(2)分析题图可知，密闭容器内酵母菌在6 h前开始进行无氧呼吸，即6 h前就开始产生酒精。(3)8 h时酵母菌只进行无氧呼吸，细胞内合成ATP的场所是细胞质基质，此时产生的ATP来自无氧呼吸第一阶段，即葡萄糖分解为丙酮酸和[H]的过程，而无氧呼吸第二阶段不产生ATP。(4)分析题图可知，酵母菌一直在进行细胞呼吸，则一直在释放CO2，故随时间的变化，CO2的总释放量一直在增加，所以密闭容器内CO2的总释放量在6 h时小于8 h时。答案：(1)有氧呼吸　开始时酵母菌可利用密闭容器内的O2进行有氧呼吸，随着时间的延长，O2含量逐渐减少，有氧呼吸减弱直至为零　(2)6 h前　(3)细胞质基质　不能　(4)小于12．甲图为不完整的呼吸作用示意图，乙图为线粒体结构模式图。请据图回答：(1)甲图中X代表的物质是___________，E代表的物质可能是______________。(2)甲图中有氧呼吸的途径是__________，其中产生能量最多的是________阶段。(均填字母)(3)甲图中C、D阶段发生的场所依次对应于乙图中的_________(填序号)。过程C中CO2的氧元素来自__________________(填物质名称)，为检测生成的CO2，除了用澄清石灰水外，还可用________________________________________________________________________溶液，现象为_________________。(4)A阶段与E物质产生阶段的反应属于______，写出此过程的总反应式：________________________________________________________________________。如果有氧呼吸和无氧呼吸产生等量的CO2，则所消耗的葡萄糖之比为____________。解析：(1)根据题意分析可知，甲图中X代表的物质是丙酮酸，E代表的物质可能是酒精和CO2。(2)根据题意分析可知，A、C、D表示有氧呼吸，其中产生能量最多的是有氧呼吸第三阶段，即D。(3)甲图中C、D阶段分别表示有氧呼吸的第二和第三阶段，发生的场所依次是线粒体基质(图乙中的②)和线粒体内膜(图乙中的①)。过程C中CO2的氧元素来自丙酮酸和H2O，检测CO2，除了用澄清石灰水外，还可用溴麝香草酚蓝溶液，观察溶液是否由蓝变绿再变黄。(4)E代表的物质可能是酒精和CO2，A阶段与E物质产生阶段的反应属于无氧呼吸，发生的总反应式：C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量。如果有氧呼吸和无氧呼吸产生等量的CO2，则所消耗的葡萄糖之比为1∶3。答案：(1)丙酮酸　酒精和CO2　(2)A、C、D　 D(3)②、①　丙酮酸和H2O　溴麝香草酚蓝　由蓝变绿再变黄　(4)无氧呼吸　C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量　1∶3[迁移·应用·发展]13．如图表示某植物的非绿色器官在O2浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是(　　)A．O2浓度为a时，最适于贮藏该植物器官B．O2浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍C．O2浓度为c时，无氧呼吸最弱D．O2浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等解析：选B　O2浓度为a时，植物只进行无氧呼吸，会产生大量酒精，因此在a浓度下不适于储藏该植物器官，A错误；O2浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为(8－3)÷2＝2.5，而有氧呼吸消耗葡萄糖的量为3÷6＝0.5，因此该浓度下，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍，B正确；O2浓度为d时，植物只进行有氧呼吸，不进行无氧呼吸，即无氧呼吸最弱，C、D错误。14．为探究酵母菌呼吸方式的类型，设计了如图所示的装置。下列有关叙述错误的是(　　)A．假设装置一中的红色液滴左移，装置二中的红色液滴不动，则说明酵母菌只进行有氧呼吸B．假设装置一中的红色液滴不移动，装置二中的红色液滴右移，则说明酵母菌只进行无氧呼吸C．假设装置一中的红色液滴左移，装置二中的红色液滴右移，则说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸D．假设装置一、二中的红色液滴均不动，则说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸解析：选D　两套装置的不同之处在于里面放的液体。装置一中放的是NaOH溶液，能吸收CO2，如果红色液滴左移，则说明酵母菌进行有氧呼吸，装置二中是清水，若红色液滴不动，则说明酵母菌只进行有氧呼吸，A正确。装置一中红色液滴不动，说明不消耗氧气进行无氧呼吸，装置二中红色液滴右移，说明只进行无氧呼吸，B正确。装置一中红色液滴左移，说明进行有氧呼吸，装置二中红色液滴右移，说明进行无氧呼吸，C正确。装置一和装置二中的红色液滴均不动，说明酵母菌可能已经死亡，D错误。15．为研究温度的变化对贮藏器官呼吸作用的影响，研究人员以马铃薯块茎为材料，进行了如下实验：实验一将两组相同的马铃薯块茎，分别置于低温(4 ℃)和室温(22 ℃)条件下贮藏10 d，发现低温组块茎中淀粉酶含量显著高于室温组。实验二将马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃后，再回到20 ℃环境中，测定CO2的释放速率的变化，结果如图所示。回答下列问题：(1)当马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃环境中，CO2的释放速率下降，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)当马铃薯块茎重新移回到20 ℃环境中，与之前20 ℃环境相比，CO2的释放速率明显升高。综合上述实验，合理的解释是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)某小组想重复实验一，但他们在比较两组块茎中淀粉酶含量多少时遇到了困难。若提供淀粉、碘液等试剂，请帮助他们设计出比较两组块茎中淀粉酶含量多少的实验思路。(只需写出思路即可，不需预测结果)解析：(1)当马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃环境中，温度降低导致酶的活性下降，呼吸作用减弱，产生的CO2减少，从而导致CO2的释放速率下降。(2)当马铃薯块茎重新移回到20 ℃环境中，与之前20 ℃环境相比，CO2的释放速率明显升高，可能的原因是在0 ℃环境中淀粉酶含量增加，催化淀粉水解生成的还原糖增加，为之后20 ℃条件下呼吸作用提供更多的底物，呼吸作用较之前20 ℃时强。(3)根据题干信息可知，实验的目的是比较两组块茎中淀粉酶含量的多少，若提供淀粉、碘液等试剂，可取等质量4 ℃和22 ℃处理后的马铃薯块茎，研磨过滤制备酶的提取液，催化等量的淀粉水解，用碘液检测，比较相同时间后溶液颜色的深浅即可。答案：(1)温度降低导致酶的活性下降，呼吸作用减弱，产生的CO2减少　(2)在0 ℃环境中淀粉酶含量增加，催化淀粉水解生成的还原糖增加，为之后20 ℃条件下呼吸作用提供更多的底物，呼吸作用较之前20 ℃时强　(3)取等质量4 ℃和22 ℃处理后的马铃薯块茎，研磨过滤制备酶的提取液，催化等量的淀粉水解，用碘液检测，比较水解相同时间后溶液颜色深浅。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【主干知识梳理】一、绿叶中色素的提取和分离1．提取绿叶中的色素(1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。(2)实验步骤：2．分离绿叶中的色素(1)原理：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。(2)实验步骤：二、绿叶中色素的种类及叶绿体的结构和功能1．色素的种类及吸收光谱(1)叶绿素a：蓝绿色，主要吸收蓝紫光和红光。(2)叶绿素b：黄绿色，主要吸收蓝紫光和红光。(3)胡萝卜素：橙黄色，主要吸收蓝紫光。(4)叶黄素：黄色，主要吸收蓝紫光。2．叶绿体的结构和功能(1)形态：一般呈扁平的椭球形或球形。(2)结构(填图)：(3)功能：绿色植物进行光合作用的场所。【教材微点发掘】1．结合教材第99页图5－12回答有关问题：(1)从图中可以读出：叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大；类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对绿光吸收量较少，所以叶片呈现绿色。(2)秋天叶片变黄的原因：低温破坏了叶绿素，叶片呈现出类胡萝卜素的颜色。(3)温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？提示：红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。(4)温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？提示：无色的玻璃或塑料薄膜。2.分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法，即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，请写出①～④依次对应的色素及颜色。答案：①——胡萝卜素(橙黄色)　②——叶黄素(黄色)　③——叶绿素a(蓝绿色)　④——叶绿素b(黄绿色)新知探究(一)　绿叶中色素的提取和分离【探究·深化】[情境质疑]1．下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：(1)提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？A、B、C各起什么作用？提示：A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是无水乙醇，作用是溶解色素。(2)制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？画滤液细线有什么要求？提示：防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。(3)色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？提示：否则滤液细线中的色素会溶解于层析液中，不能分离。2．结合分离到的色素在滤纸条上的分布情况图示分析下列问题：(1)含量最多和最少的色素分别是哪两种？提示：叶绿素a和胡萝卜素。(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种？提示：胡萝卜素和叶绿素b。(3)分子结构最相似的是哪两种色素？提示：叶绿素a和叶绿素b。(4)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。[重难点拨]1．注意事项及原因分析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。【典题·例析】[典例1]　在用新鲜菠菜叶进行色素提取和分离的实验中，下列叙述正确的是(　　)A．将滤液收集到试管中后，应及时用棉塞将试管口塞紧B．画滤液细线时，在点样线上需连续重复多次画线C．滤液细线浸入层析液，可导致滤纸条上色素带重叠D．滤纸条上跑得最远的是橙黄色的胡萝卜素，含量最多的是叶绿素b[解析]　为了防止收集到试管中的滤液挥发散失，所以应及时用棉塞将试管口塞紧，A正确；画滤液细线时，在点样线上需在前一次干后再画下一次，一般重复2～3次，B错误；滤液细线不能触及或浸入层析液，否则会导致色素溶解在层析液中，使滤纸条上不出现色素带或色素带变浅，C错误；滤纸条上跑得最远的是橙黄色的胡萝卜素，含量最多的是叶绿素a，D错误。[答案]　A[典例2]　在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为(　　)A．①②③④　　　　 B．②④①③C．④②③① D．③②①④[解析]　由表格中信息可知，甲同学加的溶剂为水，而不是有机溶剂无水乙醇，色素不溶于水，因而提取不到叶绿体中的色素，所得结果应为②；乙同学的操作正确，所得结果应为④，即自上而下依次出现胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，且叶绿素a和叶绿素b的含量较多；丙同学尽管使用了有机溶剂无水乙醇，可以提取到色素，但由于未加CaCO3，叶绿素可能会被破坏，因而下边的两条色素带比正常的窄，应为①；丁同学未加SiO2，可能研磨不充分，导致各种色素的提取量均少于正常水平，应为③。[答案]　B归纳拓展绿叶中色素提取和分离实验的异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析。①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的无水乙醇，色素溶液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。【应用·体验】1．提取绿叶中色素、纸层析分离和光吸收实验中，有关叙述错误的是(　　)A．将5 g绿叶放入研钵中，再放入少许二氧化硅、碳酸钙和10 mL无水乙醇，进行迅速充分研磨就可提取到绿叶中色素B．将提取的色素液放在阳光和三棱镜之间就可看到叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱C．绿叶中色素分离的理论依据是它们在层析液中的溶解度不同D．若观察实验结果未见色素带，可能的原因是滤纸上的滤液细线触及了层析液解析：选B　将5 g绿叶放入研钵中，再放入少许二氧化硅、碳酸钙和10 mL无水乙醇，进行迅速充分研磨，由于叶肉细胞破裂，其细胞内的色素分子便会溶于提取液(无水乙醇)中，再经过滤便可提取到绿叶中色素，A正确；从叶绿体中提取的色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，将提取的色素液放在阳光和三棱镜之间，可看到连续光谱中红光区和蓝紫光区变暗，B错误；不同色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸条上的扩散速度不同，利用此原理可以分离各种色素，C正确；若观察实验结果未见色素带，是因为没有色素在滤纸条上扩散，最可能的原因是滤纸上的滤液细线触及了层析液，因而滤液细线中的色素溶于层析液中，D正确。2．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(　　)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SiO2C．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解析：选C　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；乙图中色素含量较少，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而导致叶绿素被破坏。新知探究(二)　叶绿体中色素的功能【拓展·深化】1．色素的种类、含量、颜色及吸收光谱2.叶绿体色素的功能及应用(1)叶绿体色素的主要功能是吸收、传递和转化光能。(2)植物绿叶呈现绿色的原因是其对绿光的吸收较少，绿光被反射出来。秋天叶片变黄的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出了类胡萝卜素的颜色。部分植物叶片变红的原因：低温破坏了叶绿素，呈现出液泡中花青素的颜色。(3)在农业生产中，温室大棚应使用无色透明的塑料薄膜或玻璃，因为它们能让所有的光都透过，效果最好；若为大棚内植物补充光照，应选择补充红光或蓝紫光，因为相同强度的红光或蓝紫光，比白光的光合作用强度要高。【典题·例析】[典例]　植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　)A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的[解析]　类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放O2。[答案]　A【应用·体验】1．下图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少)，则图甲、乙分别是(　　)A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱B．叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱解析：选B　从图观察，图甲吸收光谱在蓝紫光区和红光区，应为叶绿素分子的吸收光谱；图乙吸收光谱只在蓝紫光区，应为类胡萝卜素的吸收光谱。2．将在黑暗中放置一段时间的叶片均分为4小块，分别置于不同的试管中，按下表进行实验处理，其中着色最浅的叶片所在的试管是(　　)注：“＋”表示具有该条件。A．①　　　 B．②　　　　C．③　　　　 D．④解析：选D　在不同的光照条件下，光合作用强度不同，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光几乎不吸收，故在白光下，叶片光合作用最强，经碘液处理后，着色最深；绿光下，叶片光合作用最弱，着色最浅。新知探究(三)　叶绿体的结构和功能【探究·深化】[情境质疑]如图是恩格尔曼的实验示意图，结合教材“思考·讨论”的内容思考：(1)恩格尔曼的第一个实验中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在所有受光的部位。该实验可以得出什么结论？提示：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。(2)恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？提示：①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；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。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多和获得光照少的部位，相当于一组对照实验。④进行黑暗、局部光照和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的等。(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？提示：这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。(4)综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？提示：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。[重难点拨]1．叶绿体结构与功能的适应(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素，且类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体内部的膜面积，为酶和色素提供了更多的附着位点。2．恩格尔曼实验分析(1)实验材料选择水绵和需氧细菌的原因：①水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；②用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(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多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。【典题·例析】[典例]　如图甲是叶绿体结构模式图，乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是(　　)A．甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大B．图乙所示的结构来自图甲中的③C．③中的叶绿素在液泡中也有D．ATP的合成场所只有叶绿体[解析]　甲是叶绿体，主要通过大量的类囊体堆叠成基粒来增大膜面积；图甲中的③是类囊体，图乙含有光合色素，光合色素分布在类囊体薄膜上，所以图乙所示结构来自图甲中的③；③中的色素是叶绿素和类胡萝卜素，与光合作用有关，液泡中的色素是花青素等，和光合作用没有关系；ATP合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。[答案]　B易错提醒有关叶绿体的“三点提醒”(1)并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，只有进行光合作用的细胞才含有叶绿体。(2)叶绿体的外膜与内膜不含有色素。(3)叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌细胞没有叶绿体，也能进行光合作用。【应用·体验】1．为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：制作载有水绵和需氧细菌的临时装片，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．需氧细菌起指示作用D．水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验解析：选A　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，不需用三棱镜将混合光分解成连续光谱；为了防止空气、光对实验结果的影响，应该排除空气，把临时装片放在黑暗环境中；需氧细菌的分布密疏，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。2．1881年，德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将三棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是(　　)A．细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵光合速率快，则该种光有利于光合作用解析：选B　需氧细菌向O2 浓度高的地方聚集，据此可推断光合作用的放氧部位和光合作用强度。3．据图回答下列问题：(1)如图为叶绿体的结构模式图，其中组成①______、②____________的基本支架是____________。(2)叶绿体内含有很多③________，极大地扩展了受光面积。(3)光合作用的酶存在于________上和________中；光合作用的色素存在于________上。解析：(1)由图分析可知，①外膜、②内膜都属于生物膜，生物膜的基本支架是磷脂双分子层。(2)每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。(3)基粒是由类囊体堆叠而成的，其上分布着大量与光合作用有关的酶和色素，另外与光合作用有关的酶还分布在叶绿体的基质中。答案：(1)外膜　内膜　磷脂双分子层　(2)基粒　(3)基粒　叶绿体基质　基粒科学探究——探究植物叶片颜色异常变化与色素的关系1．影响叶绿素合成的三大因素2.探究植物叶片颜色异常变化与色素的关系【素养评价】1．如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行实验的流程。相关叙述错误的是(　　)A．纸层析法分离色素的原理是色素在层析液中溶解度不同B．两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色C．若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异都不大D．两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域解析：选D　纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度大的，扩散速度快，A正确；结果①中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色，分别是叶黄素和胡萝卜素，B正确；镁是叶绿素合成的必需元素，若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异都不大，C正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，结果②吸收光谱最明显的差异出现在红光区域，D错误。2．植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷会导致植株矮小，叶色暗绿。依据叶色变化推断可能是缺少类胡萝卜素，试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。实验所需主要用具、试剂：烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。(1)实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。(2)实验假设：______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)实验步骤：第一步：取两个烧杯编号为A、B，各放入同样数量、_______________________的黄瓜幼苗。第二步：A烧杯中加入________________，B烧杯中加入等量____________________，置于相同且适宜的条件下培养，培养到两组黄瓜苗叶片出现颜色差异为止。第三步：分别从A、B两组中选取________，用______提取叶片色素，用________法分离色素，观察比较_____________________________________________________________________________________________________________________________。(4)实验结果预测：①A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致，说明缺磷导致的叶色暗绿，不是由于类胡萝卜素缺乏所致。②________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：根据题中的实验目的，可确定该实验的假设为：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗，实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液和缺磷的完全培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验，最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。答案：(2)缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿(3)第一步：同一品种且长势相近、苗龄相同第二步：完全培养液　仅缺磷的完全培养液第三步：等量叶片　无水乙醇　纸层析　A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅(4)②A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带)，说明缺磷导致的叶色暗绿，是由于类胡萝卜素缺乏所致[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误(1)光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。(　　)(2)绿叶中含有的色素可以溶解在水中。(　　)(3)分离后的色素在滤纸条上呈现出四条带，距离滤液细线最远的是叶绿素b。(　　)(4)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。(　　)(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。(　　)答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×2．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是(　　)A．使用定性滤纸过滤研磨液B．将干燥处理过的定性滤纸用于层析C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素解析：选B　在提取绿叶中的色素时，漏斗基部放单层尼龙布进行过滤；纸层析法分离滤液中的色素时，需用干燥的定性滤纸；画出一条滤液细线后需等滤液干后再重复画线1～2次；研磨叶片时应用无水乙醇溶解色素。3．下列关于叶绿体的叙述，错误的是(　　)A．基粒由类囊体堆叠而成B．叶绿体膜由双层膜组成C．能进行光合作用的细胞内都有叶绿体D．类囊体膜上有叶绿素和酶解析：选C　叶绿体是进行光合作用的场所，但光合作用不一定都发生在叶绿体中，如蓝细菌等无叶绿体，也能进行光合作用。4．关于叶绿素的叙述，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：选D　叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素；叶绿素a和叶绿素b吸收的光能可用于光合作用的光反应；叶绿素a在红光区的吸收峰值高于叶绿素b；植物呈现绿色是由于叶绿素吸收绿光最少，绿光被反射出来的缘故。5．关于叶绿体中类囊体的叙述，正确的是(　　)A．叶绿体中的一个基粒就是一个类囊体B．光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上C．组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系D．基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积解析：选D　叶绿体是双层膜结构，膜内有许多绿色的基粒，基粒和基粒之间充满着基质。每个基粒都含有两个以上的类囊体，类囊体由单层膜构成。叶绿体的基粒之间通过膜状结构相连。基粒及类囊体扩大了叶绿体内膜的表面积，因此扩大了光合作用的反应面积。6.某生物兴趣小组想探究蔬菜不同叶片叶绿素含量的区别，选择了新鲜菠菜的绿叶、嫩黄叶进行色素的提取和分离实验。实验结果如图所示，下列判断正确的是(　　)解析：选A　滤纸条从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素带的宽窄与色素含量有关，绿叶中所含叶绿素a和叶绿素b较多，则对应滤纸条上的叶绿素a和叶绿素b的条带较宽，应为滤纸条甲。嫩黄叶中所含叶绿素a和叶绿素b较少，应为滤纸条乙。7．如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素(　　)A．叶绿素a、叶绿素b　 B．类胡萝卜素、叶绿素C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素、类胡萝卜素解析：选D　根据图中曲线可知，甲有两个吸收峰，分别位于蓝紫光区和红光区，乙只有一个吸收峰，位于蓝紫光区，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。所以甲为叶绿素，乙为类胡萝卜素。8．德国科学家恩格尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体)研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一张载有细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移向氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如下图所示。(1)描述B情况下细菌的分布情况如何：________________________________，如此分布是因为光合作用释放了________。(2)该实验证实了光合作用的场所是______，吸收光能的色素和催化反应的酶分别分布在____________、__________________。(3)恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是什么？_________________________________，在________点的细菌特别多。解析：(1)白光的光质较为均匀，好氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。(2)通过螺旋状的叶绿体与好氧细菌的关系可以看出进行光合作用的场所为叶绿体，色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中。(3)在C实验中的自变量是光质，主要有红、绿、蓝三区，在红光点和蓝光点的好氧细菌远远多于绿光点。答案：(1)细菌集中分布在叶绿体周围　O2　(2)叶绿体　类囊体的薄膜上　类囊体上和基质中(3)找出不同颜色的光对光合作用的影响　红光和蓝光[迁移·应用·发展]9．将长势相同的三盆麦苗分别置于钟罩内，如图所示，若干天后，与丙盆相比，甲、乙两盆麦苗长势(　　)A．甲、乙、丙三盆麦苗长势相近B．甲与丙长势相近，乙比丙长势差C．乙与丙长势相近，甲比丙长势差D．甲、乙长势都比丙好解析：选C　甲钟罩的绿色透明膜的特性是不吸收绿光，因此罩内的麦苗得到的主要是绿光。同理，乙盆的麦苗得到的主要是红光和蓝紫光。丙钟罩的透明膜能透过各种波长的光，即麦苗能得到各种波长的光，则丙盆在该实验中起对照作用。由于麦苗进行光合作用主要利用的是可见光中的红光和蓝紫光，所以，乙盆与丙盆的麦苗长势相近，而甲盆中的麦苗缺少可利用的光能，长势较差。10．迁移率(Rf)是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标，也可用于各色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中色素层析的部分结果。下列相关叙述错误的是(　　)A.色素甲的迁移率(Rf)是0.95B．色素丙主要吸收红光和蓝紫光C．色素乙比色素甲扩散速度快D．叶片衰老过程中色素丁含量逐渐减少解析：选C　据表格分析，色素甲的迁移率＝7.6/8.0＝0.95；色素丙的平均移动距离＝(1.9＋1.5＋1.4)÷3＝1.6，迁移率＝1.6/8.0＝0.20，再根据迁移率的大小确定色素的溶解度的高低，因此，色素甲表示胡萝卜素，色素乙表示叶黄素，色素丙表示叶绿素a，色素丁表示叶绿素b。所以，色素丙主要吸收红光和蓝紫光，色素甲比色素乙扩散速度快，叶片衰老过程中叶绿素含量会逐渐减少。11．下列是某小组在完成绿叶中色素的提取和分离实验时所遇到的问题，请分析回答问题：(1)绿叶中的色素都能溶解于层析液中，它们被分离的原理是_____________________，在滤纸上扩散速度最快的色素是_____________________________________________。(2)将5 g新鲜完整的菠菜叶放在研钵中，加入二氧化硅后，迅速研磨成糊状，发现糊状的研磨液呈现浅绿色，其原因是___________________________________________________。(3)实验过程中，为防止挥发性物质大量挥发，采取的措施有________________________________________________________________________。(4)某生物小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别，分别选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”做“绿叶中色素的提取和分离”实验，色素层析结果如图所示。请根据实验结果回答问题：①绿叶组的滤纸条是____________(填字母)，判断依据是____________________________________________________________________________。②嫩黄叶组的滤纸条是__________(填字母)，判断依据是____________________________________________________________________________。解析：(1)叶绿体中的各种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，从而使各种色素相互分离，其中扩散速度最快的是胡萝卜素，最慢的是叶绿素b。(2)在色素的提取过程中，二氧化硅能使研磨更加充分，碳酸钙则可防止色素在研磨过程中被破坏，无水乙醇可以把色素溶解并从绿叶中提取出来。(3)由于提取液和层析液都易挥发，因此在研磨过程中要迅速，滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞严，层析时要用培养皿盖住小烧杯。(4)蓝绿色的叶绿素a带和黄绿色的叶绿素b带较宽的是绿叶组，蓝绿色的叶绿素a带和黄绿色的叶绿素b带较窄的是嫩黄叶组。答案：(1)不同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　胡萝卜素　(2)没有加入碳酸钙和无水乙醇，叶绿素分子受到破坏，色素没有溶解在乙醇中被提取出来　(3)迅速研磨，及时用棉塞将试管口塞严或用培养皿盖住小烧杯　(4)①A　叶绿素a带和叶绿素b带较宽　②B　叶绿素a带和叶绿素b带较窄第2课时　光合作用的原理【主干知识梳理】一、光合作用的概念及探索光合作用原理的部分实验1．光合作用的概念(1)场所：绿色植物的叶绿体。(2)能量来源：光能。(3)反应物：CO2和H2O。(4)产物：O2、糖类等有机物。2．探索光合作用原理的部分实验二、光合作用的过程1．反应式。2．过程(据图填空)①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。3．光反应与暗反应的比较【教材微点发掘】1．阅读教材第102页“思考·讨论”，结合利用小球藻进行光合作用实验的示意图，可求出图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少。提示：图中A、B物质是O2，均来自反应物中的H2O。A、B分别为 O2、18O2，二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。2．下图表示光能转换为电能的示意图(教材第103页“相关信息”)，A代表处于特殊状态下的叶绿素a，B代表具有吸收和传递光能作用的色素，C和D代表传递电子的物质。请回答相关问题：(1)叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是____________________，二是提供能量________________________________________________________________________。(2)水分解为______的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成________。答案：(1)将水分解为氧和H＋　促使ADP和Pi反应形成ATP　(2)氧和H＋　NADPH教材问题提示一、思考·讨论(一)探索光合作用原理的部分实验1．不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。2．能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。3．光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。4．合理即可。例如：H2Oeq \o(――→,\s\up7(光照),\s\do5(叶绿体))O2＋NADPH＋能量ADP＋Pi＋eq \o(――→,\s\up7(↓),\s\do5(　))ATP(二)光反应和暗反应的区别与联系1．本问题可以用列表的形式解决：2.①物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP＋。②能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。二、旁栏思考用这种方法观测到的O2的产生量，实际是光合作用的O2释放量，与植物光合作用实际产生的O2量不同，没有考虑到植物自身呼吸作用对O2的消耗。新知探究(一)　探索光合作用原理的实验【探究·深化】人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进过程，请阅读教材的内容，讨论并交流下列问题：实验一：1937年，希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。该实验说明：________________________________________________________________。答案：叶绿体在有氢受体的水溶液中光照可产生O2实验二：1954年，阿尔农等用离体的叶绿体做实验。在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和氢受体时，体系中就会有ATP和NADPH产生。在黑暗条件下，只要供给了ATP和NADPH，叶绿体就能将CO2转变为糖。该实验说明：__________________________________________________。答案：叶绿体照光条件下，反应体系中有ADP/Pi和氢受体存在时可产生ATP和NADPH。在黑暗条件下，有ATP和NADPH时，叶绿体可将CO2转变为糖实验三：20世纪40年代，卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。(1)上述实验中卡尔文等是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了____________等技术方法。实验结果说明CO2中C的转移路径是__________(请用“→”表示)。(2)卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高；停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。由此可见C3和C5之间的关系是____________(请用箭头表示)。答案：(1)同位素示踪法　CO2→C3→C6(2)【典题·例析】[典例]　卡尔文等用14CO2供小球藻光合作用，探明CO2中的碳转化成有机物碳的途径，下列叙述错误的是(　　)A．用同位素标记的化合物，化学性质不会改变B．该实验的自变量是时间C．长时间给小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5D．用C18O2供小球藻光合作用，也可达到实验目的[解析]　同位素标记的化合物，化学性质不会改变，A正确；该实验的自变量是时间，B正确；长时间给小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5，C正确；用C18O2供小球藻光合作用，只能探明CO2中的氧转化成有机物氧的途径，D错误。[答案]　D【应用·体验】1．下列实验中科学家使用的手段或技术显著不同于其他的是(　　)A．科学家对分泌蛋白的合成和分泌的研究B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水C．恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所D．卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径解析：选C　科学家利用同位素标记法对分泌蛋白的合成和分泌进行了研究，发现3H标记的亮氨酸在细胞内出现的先后顺序分别是核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜外；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，即2Heq \o\al( 18,2)O→4[H]＋18O2；恩格尔曼用极细的光束和好氧菌做实验，证明叶绿体是光合作用的场所；卡尔文利用同位素标记法探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即14CO2―→14C3→(14CH2O)。2．如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。实验进行一段时间后，下列相关叙述错误的是(　　)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的质量解析：选C　分析题图可知，Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3；④中小球藻含有(CHeq \o\al( 18,2)O)，而①中小球藻含有(CH2O)，故④中小球藻质量大于①中的小球藻质量；④和②中的水都为Heq \o\al(18,2)O，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②。新知探究(二)　光合作用的过程【探究·深化】[情境质疑]光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。如图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：(1)暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。(2)若用18O标记H2O中的O，则能在光合作用的哪些物质中检测到18O?提示：18O可在释放的O2中检测到。(3)若用14C标记CO2中的C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。(4)夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？提示：C3下降，C5上升。[重难点拨]1．明确光反应与暗反应的联系(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。2．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化。(2)物质含量变化：[特别提醒]　①以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，而且是在条件改变后的短时间内发生的。②在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；NADPH 和ATP的含量变化是一致的，即都增加，或都减少。【典题·例析】[典例1]　如图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)。下列判断错误的是(　　)A．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能储存在c中B．图中①表示H2O的吸收，③表示H2O的光解C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性18OD．d为还原型辅酶Ⅱ[解析]　分析图示可知，图中a物质表示色素，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能储存在ATP中，A正确。图中①表示根从土壤中吸收H2O，③表示H2O的光解，B正确。将氧气用18O 标记，氧气首先参与有氧呼吸生成水，该水分子可以参与有氧呼吸第二阶段，此时氧元素将转移到二氧化碳中，然后含放射性的二氧化碳参与光合作用，最终在(CH2O)中能检测到放射性18O，C正确。d和磷酸反应生成c，为暗反应中C3的还原提供能量，因此d为ADP，D错误。[答案]　D[典例2]　正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)A．O2的产生停止B．CO2的固定加快C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降[解析]　黑暗处理后，光反应停止，O2的产生停止。ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP＋增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。[答案]　B方法规律光合作用过程中相关物质的变化规律【应用·体验】1．下图为叶绿体中某生理过程示意图，有关叙述错误的是(　　)A．该过程所利用的光一般都是可见光B．叶绿体内膜被破坏后，O2将不能产生C．该过程形成的ATP主要用于暗反应D．Pi在ADP和ATP的转化过程中起重要作用解析：选B　光反应阶段所利用的光一般都是可见光，A正确；光反应阶段在类囊体薄膜上进行，因此叶绿体内膜被破坏后，O2仍继续产生，B错误；光反应阶段形成的ATP用于暗反应中C3的还原，C正确；ATP水解生成ADP和Pi，Pi和ADP结合生成ATP，D正确。2.如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析，正确的是(　　)A．突然停止光照　 B．突然增加CO2浓度C．降低环境温度 D．增加光照强度解析：选D　增加光照强度，光反应产生的NADPH和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D正确。科学思维——归纳概括光合作用与细胞呼吸的关系光合作用与呼吸作用关系模型分析(1)物质联系：①C：CO2eq \o(――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq \o(――→,\s\up7(有氧),\s\do5(呼吸Ⅰ))C3H4O3eq \o(――→,\s\up7(有氧),\s\do5(呼吸Ⅱ))CO2②O：H2Oeq \o(――→,\s\up7(光反应))O2eq \o(――→,\s\up7(有氧呼吸Ⅲ))H2O③H：H2Oeq \o(――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \o(――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq \o(――→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(Ⅰ、Ⅱ))[H]eq \o(――→,\s\up7(有氧呼吸Ⅲ))H2O(2)能量联系：【素养评价】1．下图是某植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化图解，其中①～④表示过程。下列相关叙述错误的是(　　)A．过程①③④都能合成ATPB．过程①②③④总是同时进行C．过程①③都在生物膜上进行D．过程④产生的[H]还来自水解析：选B　据图可知，过程①～④依次是光合作用的光反应阶段、光合作用的暗反应阶段、有氧呼吸的第三阶段以及有氧呼吸的第一、二阶段，其中①③④都能合成ATP，A正确；过程①②③④不一定同时进行，如晚上仅进行③④(有氧呼吸)而不进行①②(光合作用)，B错误；过程①是光合作用的光反应阶段，场所是类囊体薄膜，过程③是有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜，C正确；过程④是有氧呼吸的第一、二阶段，产生的[H]除了来自葡萄糖之外，还来自水，D正确。2．下图为高等绿色植物光合作用和细胞呼吸之间关系的示意图，其中①～⑥代表不同物质。回答下列问题：(1)为研究该植物绿叶中色素的种类，需将提取到的色素在滤纸上分离，色素分离依据的原理是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)③代表的物质是________，其产生的场所是________。植物通过光反应把太阳能转变为活跃的化学能储存在__________________(填物质名称)中，通过暗反应把活跃的化学能转变为稳定的化学能储存于________(填序)中。(3)请用“→”和物质写出14CO2中的14C在光合作用中的转移途径：________________________________________________________________________。(4)图中④→CO2的过程是细胞呼吸的______阶段，该过程在________________________________中进行。(5)从上图可以看出，光合作用和细胞呼吸并非简单的可逆反应，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)色素的提取和分离实验中，色素分离的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。(2)据图分析可知，③代表的物质是O2，其产生的场所是类囊体薄膜。植物通过光反应把太阳能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能，通过暗反应把ATP和NADPH中活跃的化学能转变为④糖类等有机物中稳定的化学能。(3) 14CO2中的14C在光合作用中的转移途径为14CO2→三碳化合物→糖类。(4)图中葡萄糖生成CO2的过程是有氧呼吸的第一和第二阶段，该过程在细胞质基质和线粒体基质中进行。(5)从图可以看出，光合作用和细胞呼吸只是反应前后的物质相同，但反应场所、所需酶的种类、物质分解过程等均不同，故不是简单的可逆反应。答案：(1)不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢　(2)O2　类囊体薄膜　ATP和NADPH　④　(3)14CO2→三碳化合物→糖类　(4)第一和第二　细胞质基质和线粒体基质　(5)二者只是反应前后的物质相同，但反应场所、所需酶的种类、物质分解过程等均不同[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列叙述的正误(1)光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。(　　)(2)高等绿色植物白天进行光反应，夜晚进行暗反应。(　　)(3)光反应释放的能量可用于暗反应，暗反应释放的能量也可以用于光反应。(　　)(4)光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O。(　　)答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×2．在光合作用过程中，光能最初用于(　　)A．CO2的固定　　　　 B．C3的还原C．水的光解 D．将淀粉分解为葡萄糖解析：选C　光能被转化成ATP中活跃的化学能，同时分解水产生H＋和O2。3．在光合作用中，不需要酶参与的过程是(　　)A．CO2的固定 B．叶绿素吸收光能C．三碳化合物的还原 D．ATP的形成解析：选B　色素分子吸收光能的过程中不需要酶的催化。4．光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列参与暗反应必需的物质是(　　)A．H2O、CO2、ADP B．CO2、NADPH、ATPC．H2O、CO2、ATP D．NADPH 、H2O、ADP解析：选B　光合作用暗反应过程包括CO2的固定(CO2＋C5eq \o(――→,\s\up7(酶))2C3)和C3的还原[2C3eq \o(――→,\s\up7(NADPH、ATP),\s\do5(酶))(CH2O)＋C5]，需要NADPH 作为还原剂和酶的催化，并消耗能量(ATP)。5．晴天的中午在叶肉细胞中，CO2的产生和固定场所分别是(　　)①类囊体薄膜　 ②叶绿体基质　 ③线粒体内膜　④线粒体基质A．③①　　　　　　　 B．④②C．①② D．④③解析：选B　晴天中午叶肉细胞进行有氧呼吸和光合作用，CO2的产生是在有氧呼吸的第二阶段，此过程发生在线粒体基质中；CO2的固定是在光合作用的暗反应阶段，是在叶绿体基质中进行的。6．(2021·广东高考)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是(　　)A．Rubisco存在于细胞质基质中B．激活Rubisco需要黑暗条件C．Rubisco催化CO2固定需要ATPD．Rubisco催化C5和CO2结合解析：选D　Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应的场所是叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即催化C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。7.如图为叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化，下列叙述错误的是(　　)A．图中的①是植物吸收的水分子B．光合作用的色素都分布在结构②上C．光能转变为NADPH和ATP中的化学能D．NADPH、O2和ATP都能用于暗反应解析：选D　图中的结构表示叶绿体的类囊体。水在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，所以图中的①是植物吸收的水分子；叶绿体中的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上；在叶绿体的类囊体薄膜上，色素将吸收的光能转变为NADPH和ATP中的化学能； NADPH和ATP都能用于暗反应，O2不用于暗反应，直接释放。8.如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，关于甲物质和乙物质的相对分子质量的比较，正确的是(　　)A．甲<乙 B．甲＝乙C．甲>乙 D．无法确定解析：选A　根据光反应的过程可以看出，氧气中的氧元素来源于水中的氧原子，所以甲物质是16O2，乙物质是18O2，得出图中甲物质和乙物质的相对分子质量之比为16∶18＝8∶9。9．研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　)A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素解析：选A　乙醇酸是光合作用暗反应的产物，暗反应的场所是叶绿体基质，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；在该反应体系中能进行光合作用的整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于自身的呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合色素，D错误。10．植物光合作用合成的糖类会从叶肉经果柄运输到果实。在夏季晴朗的白天，科研人员用14CO2供给某种绿色植物的叶片进行光合作用，一段时间后测定叶肉、果柄和果实中糖类的放射性强度，结果如表所示。回答下列问题：(1)本实验在探究糖类的运行和变化规律时运用了______________法。(2)推测光合作用合成的糖类主要以______的形式从叶肉运输到果实，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)与果柄相比，果实中蔗糖的放射性强度下降的原因是________________________________________________________________________________________________。(4)在上述实验中，如果在植物进行光合作用一段时间后，突然停止光照，同时使植物所处的温度下降至2 ℃，短时间内该植物叶肉细胞中14C3的放射性强度基本不变，分析其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根据题意和题表分析可知，实验在探究糖类的运行和变化规律时运用了放射性同位素标记法。(2)表中果柄中蔗糖的放射性强度较高，而葡萄糖和果糖的放射性强度很低，说明光合作用合成的糖类是以蔗糖的形式从叶肉运输到果实。(3)与果柄相比，果实中有一部分蔗糖分解成了葡萄糖和果糖，所以放射性强度下降。(4)在植物进行光合作用一段时间后，突然停止光照，同时使植物所处的温度下降至2 ℃，[H]和ATP的含量降低，低温抑制了酶的活性，14C3的消耗速率与合成速率均减慢，所以14C3的放射性强度基本不变。答案：(1)同位素标记　(2)蔗糖　果柄中蔗糖的放射性强度较高，而葡萄糖和果糖的放射性强度很低(3)果实中有一部分蔗糖分解成了葡萄糖和果糖(4)停止光照，[H]和ATP的含量降低，低温抑制了酶的活性，14C3的消耗速率与合成速率均减慢，所以14C3的放射性强度基本不变[迁移·应用·发展]11．如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是(　　)A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATPB．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低解析：选D　根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。12．下图表示将某植物叶片置于适宜条件下，不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量变化。以下推测错误的是(　　)A．a→b，暗反应消耗ATP的速率增加B．a→b，CO2固定速率比C3的还原速率快C．b→c，光合速率等于呼吸速率D．b→c，可能是光反应限制了光合速率解析：选C　a→b，随叶肉细胞间隙CO2浓度的升高，CO2的固定加快，C3生成增多，C3的还原加快，则消耗ATP的速率增加，A正确；a→b，C5含量降低，说明CO2固定速率比C3的还原速率快，B正确；b→c，叶肉细胞间隙CO2的相对浓度较高，C5含量基本维持不变，表示已达到CO2饱和点，此时光合速率应大于呼吸速率，叶片的净光合速率大于零，C错误；b→c，C5的相对含量基本不变，可能是光反应产生的NADPH和ATP的数量限制了光合速率，D正确。13．人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是____________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是__________________________________________。(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。解析：(1)根据题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块2利用电能电解H2O生成H＋和O2，并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模块2执行相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类，相当于光合作用的暗反应。暗反应中CO2和C5结合生成C3，C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5)，乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)由于植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下，土壤含水量低，导致植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。答案：(1)模块1和模块2　五碳化合物(或C5)　(2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)高于　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)　(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少第3课时　光合作用原理的应用【主干知识梳理】一、光合作用原理的应用1．光合作用强度(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(2)影响因素：只要是影响到光合作用的原料、动力、场所、酶的活性等的因素都会影响光合作用强度：①原料——水、CO2，如环境中CO2浓度、土壤中水分含量等。②动力——光能，如光照的强弱、长短以及光的成分等。③场所——叶绿体，如无机营养、病虫害等。④酶——影响酶活性的因素，如温度等。2．探究环境因素对光合作用强度的影响实验流程：二、化能合成作用1．化能合成作用(1)概念：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。(2)实例：硝化细菌能利用土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而氧化成硝酸(HNO3)。这两个化学反应中所释放的化学能将CO2和H2O合成为糖类，供自身利用。2．光合作用与化能合成作用的比较【教材微点发掘】1．植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。光合作用产生O2，呼吸作用消耗O2。如果在暗处检测到植物消耗O2的速率是5 mg/(100 cm2叶·h)，而在光下测得释放O2的速率是8 mg/(100 cm2叶·h)，那么该植物通过光合作用的光反应产生O2的速率是____________mg/(100 cm2叶·h)。答案：13 2．下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题：(1)光合作用强度可以通过测定植物在单位时间内产生的氧气量来表示，也可以通过测定______________或______________来表示。(2)引起AB段光合作用强度不断增强的主要环境因素是____________，该因素的增强促进了光合作用中__________反应阶段，从而为暗反应阶段提供更多的____________。(3)BC段光合作用强度下降的主要原因是__________________________，导致光合作用中的________过程受阻，从而影响光合作用。(4)C点与B点相比，C3的含量相对________(填“增加”或“减少”)。(5)请从影响光合作用强度的环境因素的角度，提出一个夏季晴朗中午增加光合作用强度的措施：________________________________________________________________________。答案：(1)固定的CO2量　制造的有机物量　(2)光照强度　光　ATP、NADPH　(3)气孔部分关闭，CO2吸收量减少　CO2固定　(4)减少　(5)适当遮阴新知探究(一)　探究环境因素对光合作用强度的影响【探究·深化】结合教材第105页“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验完成有关问题。(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片上浮的数量越多。(2)实验流程：(3)实验结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量越多，说明一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。(4)在实验中，叶片下降的原因是什么？光照后叶片为什么上升？提示：抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降；光照后，叶片进行光合作用，细胞间隙又充满气体，叶片上升。(5)小圆形叶片上浮实验中的三个关注点：①叶片上浮的原因是光合作用产生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。②打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。③为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。【应用·体验】1.取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭装置内，并分别给予a、b、c三种不同强度的光照，其他条件一致。照光相同时间后，测得各装置内氧气的增加量如图所示。下列叙述错误的是(　　)A．装置内增加的氧气来自水B．光照强度为a时，光合作用停止C．丙组装置内的CO2含量照光后比照光前低D．该图反映了光合作用强度与光照强度的关系解析：选B　光反应阶段，水的光解产生氧气，A正确。光照强度为a时，有氧气释放，所以光合作用没有停止，B错误。由于光合作用消耗CO2产生氧气，则丙组装置内的CO2含量在照光后比照光前低，C正确。该图反映了光合作用强度与光照强度的关系，D正确。2．取生长旺盛的天竺葵叶片，用打孔器打出小圆片若干并抽取叶片细胞内空气，均分后置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同的一定强度光照，记录圆叶片上浮至液面所需时间，其结果绘制的曲线如图。相关叙述错误的是(　　)A．YZ段平缓的限制因素可能是光照强度B．Y点比X点细胞内的C5含量高C．Z点后曲线上行，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致D．Y点时叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体解析：选B　YZ段平缓，说明随着CO2浓度的增加光合作用不再增强，则限制因素可能是光照强度；Y点与X点相比，CO2浓度高，CO2的固定加快，则Y点细胞内的C5含量低；Z点后光照不变，CO2浓度升高，而曲线上行，说明光合作用减弱，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致；Y点既有光合作用又有呼吸作用，则叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体。新知探究(二)　影响光合作用的因素【拓展·深化】1．光照强度2.CO2浓度3.温度4.矿质元素【典题·例析】[典例1]　在CO2浓度相同、光照不同的条件下，对油菜光合速率日变化研究的实验结果如图所示。以下分析错误的是(　　)A．据图可知，油菜最大光合速率上午均比下午高，这与环境因素的变化有关B．与Ⅰ相比，Ⅱ出现“午休现象”是由于中午光照强、温度高，导致叶片气孔关闭影响光合作用的暗反应阶段，从而使光合速率下降C．与Ⅱ相比，Ⅲ也出现了“午休现象”，可推测油菜的光合速率除受外界环境因素影响外，还受遗传因素的控制D．据图可知，提高CO2浓度， Ⅰ的光合速率可达到 Ⅲ[解析]　通过曲线可以看出，油菜的最大光合速率上午均比下午高，因为上午的光照强度和温度等环境因素对于植物的光合作用来说比下午更适宜，A正确。出现“午休现象”是因为中午温度高、光照强，植物蒸腾作用失水剧烈导致气孔关闭，致使进入细胞的CO2减少，光合作用的暗反应减弱，使光合速率下降，B正确。Ⅲ是恒定光照强度下，与Ⅱ相比同样时间也出现了“午休现象”，很可能是内部因素影响即遗传因素控制，C正确。Ⅰ的光合速率较低是因为阴天光照强度较弱引起的光反应较弱，产生的NADPH和ATP较少，即使增大CO2浓度也不能提高光合速率，D错误。[答案]　D[典例2]　科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图。请据图判断，下列叙述错误的是(　　)A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度的不同C．光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高D．光照强度为a～c时，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高[解析]　光照强度为a时，影响曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度的温度、光照强度相同，而CO2浓度不同；光照强度为b时，影响曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度的CO2浓度和光照强度相同，而温度不同；在光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ都未达到光饱和点，光合作用强度随光照强度升高而升高；光照强度在a～c之间时，曲线Ⅲ已达到光饱和点，随光照强度增加，光合作用强度不再增加。[答案]　D方法规律多因素对光合作用影响的曲线分析方法解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。【应用·体验】1．图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化；图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系。下列有关说法正确的是(　　)A．图甲中，光照强度为b时，光合速率等于呼吸速率B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2C．图乙中，当光照强度为x时，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体D．图乙中，限制e、f、g点光合速率的因素主要是光照强度解析：选B　分析图甲可知，光照强度为b时，CO2的释放量和O2产生总量相等，细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，说明此时细胞呼吸大于光合作用，A错误；光照强度为d时，水稻叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，光照强度为a时，CO2的释放量即为呼吸速率，则光照强度为d时，O2产生总量为8单位，需要消耗的CO2也为8单位，所以单位时间内需从外界吸收CO2为2单位，B正确；图乙中所示生物为蓝细菌，蓝细菌不含线粒体和叶绿体，C错误；图乙中，限制g点光合速率的因素不是光照强度，可能是CO2浓度及温度等，D错误。2．影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，既有内部因素(如酶的活性等)，又有外界因素(如光照强度等)。(1)若x代表光照强度，反映光照强度影响光合速率的曲线是______，它主要影响______阶段。(2)在外部因素适宜时，反映影响光合速率的内部因素的曲线是________。(3)在不同季节或一天的不同时间，植物光合速率一般不同，图B是为验证温度对光合速率影响的实验装置，请回答下列问题。①本实验的原理是：a._______________________________________________；b.________________________________________________________________________ __。②在实验过程中可通过观察______________________________________来判断光合作用的强度。解析：(1)若x代表光照强度，则反映与光合速率关系的曲线为a曲线，光照主要影响光反应阶段。(2)限制光合作用的内部因素有酶的活性、色素的数量、C5的含量等。由于题中提出外界条件是适宜的，因此随着内因的变化，光合速率将不断增加，对应图中曲线b。(3)本实验中的自变量是温度，而温度是通过影响酶的活性来影响光合作用的，光合速率可用O2产生的快慢来表示。答案：(1)a　光反应　(2)b　(3)①a.温度主要通过影响光合作用有关的酶的活性影响光合作用的强度　b．在一定时间内，光合作用产生的O2量可反映光合作用的强度　②一定时间内，光合作用产生O2的气泡数科学探究——呼吸速率、净光合速率和总光合速率的测定1．呼吸速率、净光合速率和总光合速率的表示方法(1)呼吸速率的表示方法：将植物置于黑暗环境中，测定单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。(2)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。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。2．光合速率与呼吸速率的关系下图1表示光照强度与CO2的吸收速率的关系，图2表示线粒体与叶绿体的关系。结合图2与图1中的曲线分析如下：(1)图1中A点光照强度为0，只进行呼吸作用，与图2中乙对应。OA代表呼吸速率。(2)图1中AB段由于光照强度较弱，光合速率小于呼吸速率，所以呼吸作用释放的CO2一部分被叶绿体吸收，另一部分释放出去，与图2中甲对应。(3)图1中B点表示光合速率与呼吸速率相等，表现为既不吸收CO2也不释放CO2，与图2中丙对应。B点对应的光照强度为光的补偿点。(4)B点以后，由于光照强度继续增大，光合速率大于呼吸速率，呼吸作用释放的CO2不能够满足光合作用的需求，表现为从外界吸收CO2，与图2中丁对应；C点以后，光照强度再增加，光合速率不再增大，C点对应的光照强度称为光的饱和点；OD为净光合速率。由以上分析可知：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。3．利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率(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，保证了容器内CO2浓度的恒定。(2)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。(3)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，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。【素养评价】1.植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下，测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合速率。下列有关说法错误的是(　　)A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只是线粒体B．该植物叶片的呼吸速率是5 mg/(100 cm2叶·h)C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点光照强度条件下11 h，其余时间置于黑暗中，则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mgD．已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中b点将向右移，c点将向左下移动解析：选A　在a点所示条件下，细胞只进行呼吸作用，产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体；a点的纵坐标表示呼吸速率；c点光照强度下，11 h光照每100 cm2叶片CO2净吸收量为11×10＝110(mg)，晚上每100 cm2叶片细胞呼吸释放CO2的量为13×5＝65(mg)，一昼夜每100 cm2叶片CO2净吸收量为45 mg；将温度提高到30 ℃，真正光合速率降低，细胞呼吸速率增大，净光合速率降低，c点将向左下移，光补偿点(b点)将向右移。2．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)，不可能出现的是(　　)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，乙装置水滴左移解析：选B　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(光合速率大于呼吸速率)甲装置内水滴右移；黑暗或较弱光照条件下(光合速率小于呼吸速率)甲装置内水滴左移；适宜光照条件下(光合速率等于呼吸速率)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。3．(2023·河北百校联盟模拟)蕨麻也叫“人参果”，具有很高的营养价值和药用价值。科研工作者为了研究高原寒冷地区蕨麻的光合作用效率和外界影响因素，选择若尔盖草原(位于青藏高原东部边缘，年平均气温1.7 ℃)中高寒草地和高寒湿地两个典型生态系统对植物的光合速率进行了相关实验，结果如图所示。回答下列有关问题：(1)若要获取总光合速率的数据，还需在________条件下测量蕨麻的________。(2)如图为在晴朗天气下测得的数据绘制的曲线，分析两条曲线可得出结论：①草地蕨麻和湿地蕨麻均出现“午休现象”；②在8：00～18：00，草地蕨麻比湿地蕨麻的净光合速率________(填“高”或“低”)；③从总体趋势上来看，________________________。图中曲线出现c1、c2的原因可能是______________________________________。(3)有人认为，限制高寒地区植物光合作用的因素主要为温度，若将温度上升到20 ℃，蕨麻的光合速率会有大幅度提高，若要驳斥这种观点，你的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率需要在黑暗条件下测得。(2)分析两条曲线可知，在8：00～18：00，草地蕨麻比湿地蕨麻的净光合速率低；从总体趋势来看，草地蕨麻和湿地蕨麻的净光合速率均是先上升后下降且相差不大。图中曲线出现c1、c2的原因可能是光照过强，气温过高，植株气孔部分关闭，植物吸收CO2的能力减弱，暗反应速率下降，从而使净光合速率下降。(3)从适应的角度分析，高寒植物是自然选择的结果，其光合作用、细胞呼吸相关的酶的适宜温度与目前高寒环境相匹配，提高温度反而有可能打破这种适应，蕨麻的光合速率不但不会大幅度提高，反而可能会下降。答案：(1)黑暗　呼吸速率　(2)②低　③草地蕨麻和湿地蕨麻的净光合速率均呈现先上升后下降的趋势，且两者相差不大　光照过强，气温过高，植株气孔部分关闭，植物吸收CO2的能力减弱，暗反应速率下降，从而使净光合速率下降　(3)生物对环境具有适应性，蕨麻是适应高寒环境的生物，若将温度上升到20 ℃可能会导致与光合作用和呼吸作用相关的酶活性降低甚至失活，会出现光合速率降低甚至光合作用不能进行的情况(合理即可)[课时跟踪检测][理解·巩固·落实]1．判断下列有关叙述的正误(1)影响光合作用强度的外界因素有CO2浓度、温度、光照强度等。(　　)(2)CO2浓度是通过影响暗反应过程来影响光合作用的。(　　)(3)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间的距离来调节光照强度。(　　)(4)探究实验中，小圆形叶片浮起的原因是叶片进行呼吸作用产生的二氧化碳导致的。(　　)答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×2．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：选A　植物光合作用消耗CO2，产生有机物和O2，因此，光合作用强度的指标可以是B、C、D选项中的指标。植物体鲜重增加量主要是水分的增加，不能作为光合作用强度的指标。3．硝化细菌将CO2和水合成糖类，其能量来自(　　)A．光能 B．电能C．化学能 D．生物能解析：选C　硝化细菌利用将NH3氧化成亚硝酸(HNO2)、硝酸(HNO3)所释放的能量将CO2和水合成糖类。4．下列有关化能合成作用与光合作用的叙述，正确的是(　　)A．进行光合作用的生物是自养型生物，进行化能合成作用的生物是异养型生物B．化能合成作用需要CO2和H2OC．进行化能合成作用的生物可以是硝化细菌、大肠杆菌D．硝化细菌能将NH3氧化并利用其释放的能量将NH3转化为有机物解析：选B　进行化能合成作用的生物是自养型生物，A错误；化能合成作用需要CO2和H2O，B正确；大肠杆菌为异养型生物，C错误；硝化细菌能将NH3氧化并利用其释放的能量将CO2和H2O合成糖类，D错误。5．(2021·湖南高考)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是(　　)A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度解析：选A　弱光条件下植物没有O2的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有O2的释放，A错误；CO2性质不活泼，在暗反应阶段，一个CO2分子被一个C5分子固定以后，很快形成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP释放的能量并且被NADPH还原，因此CO2不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期减掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和CO2，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。6．科学家提取植物细胞中的叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用的过程(如下表，表中“＋”表示有或添加，“－”表示无或不添加)。下列条件下能产生葡萄糖的是(　　)解析：选D　光合作用分光反应和暗反应两大阶段，光反应在基粒上进行，需要光照；暗反应进行时需要光反应提供NADPH和ATP，需要叶绿体基质中的C5和大气中的CO2参与，只有D项符合产生葡萄糖的条件。7.在右图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原因是(　　)A．叶片吸水膨胀，密度减小B．叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上C．溶液内产生的CO2大量附着在叶面上D．NaHCO3溶液因放出CO2而密度增大解析：选B　当叶片中的气体被抽空后，叶片沉入水底，由于光照时叶片进行光合作用产生的O2充满了细胞间隙，使叶片的浮力增大而重新浮出液面。8．如图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合速率的影响。下列有关叙述错误的是(　　)A．曲线a→b点，叶绿体中C3浓度降低B．b→d点，叶绿体中C5浓度升高C．曲线a→b点，叶绿体中C5生成速率降低D．d点时，限制光合速率的环境因素可能有CO2浓度和温度等解析：选C　曲线中a→b点时，光照强度增强，光反应产生的NADPH和ATP增加，促进暗反应中C3还原，导致叶绿体中C3浓度降低；曲线中b→d点时，CO2浓度降低，CO2用于暗反应中和C5固定生成C3的反应减弱，因此叶绿体中C5浓度升高；曲线中a→b点时，光照强度增强，光反应产生的NADPH和ATP增加，促进暗反应中C3还原，导致叶绿体中C3浓度降低，相对应的C5生成速率升高；曲线中d点为光饱和点，限制光合速率的环境因素可能有CO2浓度和温度等。9．在温度适宜的条件下，测定植物叶片在不同光照强度下的CO2吸收量，结果如下表。下列有关叙述正确的是(　　)A.该植物叶片在光照强度小于2.0 klx的条件下，不进行光合作用B．光照强度为6.0 klx时，植物叶片合成葡萄糖的量为12 mg·100 cm－2·h－1C．光照强度为8.0 klx时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度D．光照强度为10.0 klx时，该植物在缺镁环境中的CO2吸收量不变解析：选C　分析表格数据可知，当光照强度为2.0 klx时，测得叶片CO2吸收量为0，说明此光照强度下光合速率等于呼吸速率，即光照强度小于2.0 klx的条件下植物能进行光合作用；光照强度为6.0 klx时，植物叶片共消耗CO2为12 mg·100 cm－2·h－1，根据光合作用生成葡萄糖的总反应式：消耗6 mol CO2生成1 mol C6H12O6，故合成葡萄糖的量为(12×180)÷(6×44)≈8.2(mg·100 cm－2·h－1)；光照强度为8.0 klx时，植物光合速率达到最大值，此时限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度；植物如果缺镁会影响叶绿素的合成，使光反应强度降低，从而影响暗反应。10．(2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________(答出3点即可)。(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是__________________________________(答出1点即可)。(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段的产物有O2、NADPH和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来供自身呼吸消耗。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少。由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。答案：(1)O2、NADPH和ATP 　(2)自身呼吸消耗　(3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，干旱条件下CO2吸收减少，胞间CO2浓度较低，C4植物受到影响较小11．某人在一定浓度的CO2和一定温度条件下，测定植物叶片在不同光照条件下的光合速率。下图1给出了光照强度与该植物叶片光合速率的关系，图2表示细胞内CO2和O2的转移方向。请据图回答下列问题：(1)根据图1，该植物叶片的呼吸速率是__________mg CO2/(100 cm2叶·h)。当光照强度为4 klx时，该植物叶片总(真正)光合速率是每100 cm2叶每小时吸收CO2______mg。(2)c点以后影响光合速率的环境因素可能有______________(回答一种即可)。(3)若突然将该植物从光下移到黑暗中，叶绿体中C3含量短时间内的变化将是______。若该植物叶肉细胞处于图2所示状态，则对应图1曲线中______点。解析：叶片的呼吸速率为光照强度为0时，CO2的释放速率；总光合速率是净光合速率与呼吸速率之和。当光照强度达到光饱和点后，限制光合速率的因素可能是CO2浓度或温度。答案：(1)6　12　(2)CO2浓度(或温度等)(3)增加　b[迁移·应用·发展]12．下图为某植物CO2消耗速率和CO2吸收速率随时间的变化曲线。下列说法错误的是(　　)A．该植物在7：00已开始进行光合作用B．在18：00时，该植物有机物的积累量达到最大C．与18：00相比，7：00时C3的还原速率较快D．曲线b在10：00～12：00之间下降的主要原因是气孔关闭导致暗反应减弱解析：选D　该植物在7：00前就已进行光合作用，只是光合作用强度小于呼吸作用强度，A正确；18：00时是一天中第二个光补偿点，植物有机物的积累量达到最大，B正确；7：00与18：00相比，CO2消耗速率高，故7：00时C3的还原速率较快，C正确；曲线a在10：00～12：00之间继续升高，说明暗反应并未减弱，曲线b在10：00～12：00之间下降的主要原因是气温升高，呼吸作用强度增强，所以吸收的CO2减少，D错误。13．如图为测定细胞代谢相关速率的实验装置。下列叙述正确的是(　　)A．直接测定植株总光合速率时，小烧杯的液体应为NaHCO3溶液B．测定植株的净光合速率时，应在光下进行，且小烧杯的液体应为NaOH溶液C．测定植株的呼吸速率时，小烧杯的液体应为清水D．测定植株的呼吸速率时，应在黑暗条件下进行解析：选D　图示装置不能直接测定总光合速率，A错误；如果要测定植株的净光合速率，则应在光下进行，且烧杯内的液体应为清水，B错误；如果要测定植株的呼吸速率，则烧杯内的液体应为NaOH溶液，C错误；由于光合作用能产生氧气，所以测定植株的呼吸速率时，应在黑暗条件下进行，D正确。14．(2022·广东高考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。回答下列问题：(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量______________，原因可能是___________________________________________________________________________。(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的______________________________，因而生长更快。(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究。实验材料：选择前期____________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以____________为对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)分析图b可知，与A组相比，C组叶片叶绿素含量较高，原因可能是遮阴条件一方面减弱了叶绿素的降解，另一方面增加了叶绿素的合成。(2)由图b可知，B组的净光合速率大于A组和C组的，推测B组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物，因而生长更快。(3)结合题意可知，该实验的目的是探究B组条件可能会提高作物产量。因此，应选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组作为对照，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。然后比较各组玉米的平均单株产量。如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。答案：(1)较高　遮阴条件减弱了叶绿素的降解，同时增加了叶绿素的合成　(2)糖类等光合产物　(3)光照等培养条件　A组　遮阴比例　探究能提高作物产量的最适遮阴比例阶段验收评价(四)　细胞的能量供应和利用(时间：60分钟　满分：100分)一、选择题(本题共16小题，每小题3分，共48分)1．下列有关生物体内酶的说法，正确的是(　　)A．低温、高温、过酸或过碱都会使酶的空间结构改变而失活B．酶能为化学反应的顺利进行提供活化能C．酶的活性与温度、pH的变化都有关系D．酶的基本组成单位是氨基酸解析：选C　高温、过酸或过碱都会使酶的空间结构改变而失活，低温使酶的活性受到抑制，但是酶的空间结构稳定；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，不能为化学反应提供活化能；温度、pH的变化都会影响酶的活性；酶的本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA，RNA 的基本单位是核糖核苷酸。2．ATP是细胞生命活动的能量“货币”。下列叙述错误的是(　　)A．糖类、脂肪和蛋白质等有机物中储存了大量ATPB．等量的葡萄糖通过酒精发酵和有氧呼吸产生的ATP数量不同C．光合作用和呼吸作用都产生ATP，所需的ADP可共用D．ATP与ADP的相互转化由不同的酶催化完成解析：选A　糖类、脂肪和蛋白质等有机物中都储存着化学能，但ATP是一种高能磷酸化合物，不能储存在这些有机物中，A错误；由于有氧呼吸能彻底分解有机物，而酒精发酵属于无氧呼吸，不能将有机物彻底分解，所以分解等量的葡萄糖有氧呼吸产生ATP的数量比无氧呼吸多，B正确；光合作用和呼吸作用都产生ATP，所需要的ADP都是一样的，故可共用，C正确；催化ATP与ADP相互转化的酶不同，分别为ATP合成酶和ATP水解酶，D正确。3．下列有关化能合成作用的叙述，正确的是(　　)①不利用光能　②利用环境中物质氧化释放的能量　③在叶绿素作用下　④将H2O和CO2合成有机物　⑤储能不多，对自然界作用不大　⑥属异养型A．①②③　 B．①②④　　C．①④⑤　　 D．②④⑥解析：选B　化能合成作用是利用氧化体外环境中的无机物产生的化学能，将H2O和CO2合成有机物的过程。该过程不需要叶绿素，此类生物的新陈代谢类型为化能自养型。4．下列有关细胞呼吸的说法，正确的是(　　)A．细胞呼吸的实质是有机物氧化分解，释放能量B．各种糖类都可以直接经细胞呼吸氧化分解C．无氧呼吸能产生ATP，没有[H]的积累D．剧烈运动时，人体细胞主要由无氧呼吸供能解析：选A　细胞呼吸的实质是有机物氧化分解，释放能量，供生命活动的需要；并非各种糖类都可以氧化分解，为细胞供能，如核糖和脱氧核糖是核酸的组成成分，不能为细胞提供能量；无氧呼吸能产生少量ATP，同时有[H]的积累；剧烈运动时，人体细胞主要由有氧呼吸供能，无氧呼吸也能提供少量能量。5．(2022·广东高考)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力，TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后，取种胚浸于0.5%TTC溶液中，30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是(　　)A．该反应需要在光下进行B．TTF可在细胞质基质中生成C．TTF生成量与保温时间无关D．不能用红色深浅判断种子活力高低解析：选B　种子通过细胞呼吸产生[H]的过程不需要光，A错误；细胞呼吸的第一阶段能产生[H]，且该过程发生在细胞质基质中，[H]可将TTC还原成TTF，B正确；保温时间长短可影响[H]的生成量，进而影响TTF的生成量，C错误；活力高的种子代谢旺盛，相同时间内产生的[H]多，还原成的TTF也多，实验过程中种胚出现的红色深，反之，实验过程中种胚出现的红色浅，故能用红色深浅判断种子活力高低，D错误。6．下图表示细胞内的能量释放、转移和利用的过程。下列有关分析不合理的是(　　)A．a过程中必定有[H]的产生和消耗B．通过a过程，能源物质中的能量大多数可能是以乙的形式散失的C．放能反应一般与图中b代表的反应相联系D．图中c代表的反应主要发生在线粒体中解析：选D　a过程表示细胞呼吸，其实质是分解有机物，释放能量，该过程中必定有[H]的产生和消耗，A正确。通过a过程如果进行有氧呼吸，则能源物质中的能量大多数是以乙(热能)的形式散失；如果进行无氧呼吸，则能源物质中的能量大多数仍储存在有机物乳酸或酒精中，B正确。放能反应一般与图中b代表的反应(ATP的合成)相联系，C正确。图中c代表的反应是ATP的水解过程，可发生在所有细胞中，D错误。7．下列关于线粒体和叶绿体的说法，错误的是(　　)A．两种细胞器都依靠增大膜面积来提高代谢效率B．两种细胞器中都可进行基因的选择性表达C．线粒体中丙酮酸的氧化分解需要O2的参与D．叶绿体中C3的还原需要还原型辅酶Ⅱ的催化解析：选C　线粒体和叶绿体扩大膜面积的方式不同，线粒体内膜向内折叠形成嵴，叶绿体类囊体堆叠形成基粒，都增大了细胞的膜表面，提高了代谢速率；线粒体中与叶绿体中所合成的蛋白质存在差异，是基因选择性表达的结果；丙酮酸的分解在线粒体基质中进行，不需要O2的参与，O2是在有氧呼吸第三阶段中作为还原氢的受体；光合作用中C3的还原需要还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的催化。8．(2022·湖南高考)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是(　　)A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染解析：选B　由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此在一定程度内，加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；加酶洗衣粉可以降低表面活性剂的数量，减少洗涤剂使用量，使洗涤剂向低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染，D正确。9．下图是新鲜小麦绿叶的四种叶绿体色素在滤纸上层析分离的情况，以下叙述错误的是(　　)A．甲为叶绿素b，乙为叶绿素aB．丙和丁主要吸收蓝紫光C．色素带浸入层析液中而分离为甲、乙、丙、丁四种色素D．小麦成熟时叶中色素含量(甲＋乙)＜(丙＋丁)解析：选C　据图分析可知，甲为叶绿素b，乙是叶绿素a，A正确；丙和丁是类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光，B正确；进行纸层析时，色素带不能浸入层析液，否则色素会溶于层析液，达不到分离的效果，C错误；小麦成熟时，叶绿素被分解，所以其含量比类胡萝卜素少，叶片呈黄色，D正确。10．在光合作用的探究历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和NADPH的产生过程，如图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是(　　)A．绿色植物对光能的吸收需要叶绿体色素和酶的共同作用B．过程②发生在类囊体膜上并存在能量的转换C．NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应D．自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中解析：选B　绿色植物对光能的吸收需要叶绿体色素的作用，不需要酶的作用，A错误；过程②发生在类囊体膜上，电能转化为NADPH中活跃的化学能，B正确；CO2和C5结合形成C3的过程只需要酶的催化，不需要NADPH，C错误；光能自养生物可能是原核生物，也可能是真核生物，原核生物细胞中无叶绿体，D错误。11．(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　　)A．初期光合速率逐渐升高，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，之后呼吸速率保持稳定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：选D　初期容器内CO2浓度较大，光合速率大于呼吸速率，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度逐渐下降，O2浓度逐渐上升，导致光合速率逐渐降低，A错误；密闭容器在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，说明植物光合速率大于呼吸速率，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合速率与呼吸速率相等，容器中气体趋于稳定，B错误；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错误，D正确。12．如图为某植物在适宜的条件下，CO2吸收速率与光照强度的关系图像。下列分析错误的是(　　)A．若温度降低，则a点上移B．b点时细胞呼吸消耗的O2量等于光合作用产生的O2量C．若CO2浓度升高，则c点左移D．在c点时该植物每小时光合作用利用CO2总量为44 mg解析：选C　图示为在适宜条件下测定的CO2吸收速率，若温度降低，则呼吸速率会降低，a点上移；b点是光补偿点，此时光合作用和呼吸作用达到动态平衡，即细胞呼吸消耗的O2量等于光合作用产生的O2量；若CO2浓度升高，则光合作用强度增加，达到最大光合作用强度所需的最小的光照强度增加，即饱和点右移；c点时净光合速率为36 mg·h－1，细胞呼吸速率为8 mg·h－1，所以实际光合速率用CO2消耗速率表示为44 mg·h－1。13．如图是探究氧气浓度对酵母菌细胞呼吸方式影响的实验结果。下列有关叙述错误的是(　　)A．实验自变量是氧气浓度，因变量是CO2和酒精生成量B．在氧气浓度为a或d时，酵母菌的呼吸方式都只有一种C．在氧气浓度为c时，酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖约是无氧呼吸消耗葡萄糖的3倍D．实验结果表明，有氧时酵母菌的无氧呼吸会受到抑制解析：选C　分析图解可知，实验自变量是氧气浓度，因变量是CO2和酒精生成量；由分析可知，氧气浓度为a时，酵母菌只进行无氧呼吸，氧气浓度为d时，酵母菌只进行有氧呼吸；在氧气浓度为c时，CO2的释放量为20 mol，根据酒精量可知，10 mol CO2是有氧呼吸释放的，10 mol CO2是无氧呼吸释放的，因此根据有氧呼吸和无氧呼吸的总反应式可知，酵母菌无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的3倍；实验结果表明，有氧时酵母菌的无氧呼吸会受到抑制。14．如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，①～⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断，下列说法错误的是(　　)A．X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATPB．①～⑤过程中能产生ATP的有①②③④C．②⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定D．光合速率小于呼吸速率时，④过程产生的CO2会释放到细胞外解析：选B　据题图分析可知，Z表示ATP，Y表示丙酮酸，X表示C3；光合作用的光反应阶段①和有氧呼吸的三个阶段③④都能产生ATP，而光合作用的暗反应阶段中的C3的还原过程不能产生ATP；图中②表示C3的还原过程，⑤表示CO2的固定过程；光合速率小于呼吸速率时，叶肉细胞会有CO2的净释放，即④过程产生的CO2会释放到细胞外。15．(2021·广东高考)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是(　　)A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大解析：选D　由图分析可知，在正常光照下，t2的叶绿体相对受光面积低于t1，即二者光合速率相同时，t2所需的光照强度高于t1，由此可推断，t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)，但t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)，A、B正确；通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；由题干信息可知，该题研究的是三者光合速率差异与叶绿体在细胞中分布位置的关系，据题干信息无法得出三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大，D错误。16．图1表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内O2吸收和释放速率的变化示意图，a、b点对应时刻分别为6点和19点。图2表示光照强度与植物光合速率的关系。下列有关说法错误的是(　　)A．图1中24小时内不进行光合作用的时段是0～5点和20～24点B．图1的阴影部分可表示6～19点有机物的积累量C．图2中限制ac段光合速率的主要外界因素是光照强度D．图2的c点时，每个细胞合成ATP的场所都有细胞质基质、线粒体、叶绿体解析：选D　据题图分析，图1中0～5点和20～24点O2吸收速率一直保持最大，只进行呼吸作用，不进行光合作用，A正确；图中6时和19时光合速率＝呼吸速率，故图1的阴影部分可表示6～19 点有机物的积累量，B正确；图2中ac段光合速率随光照强度的增大而增大，说明此段限制光合速率的主要外界因素是光照强度，C正确；图2的c点时，每个细胞合成ATP的场所都有细胞质基质、线粒体，能够进行光合作用的细胞产生ATP的场所还有叶绿体，D错误。二、非选择题(本题共4小题，共52分)17．(12分)下面是某同学所做的有关过氧化氢在不同条件下分解的验证性实验(温度为常温)。请根据该实验回答下列问题：(1)实验中采用的肝脏必须是新鲜的，目的是保证_____________。(2)该实验中，衡量过氧化氢分解的快慢是以单位时间内______________为指标，过氧化氢分解最快的试管是________。如果仅将上述实验条件由常温改为90 ℃水浴，重复实验，过氧化氢分解最快的试管是________。(3)试管a和b的实验现象几乎相同，是因为高温会破坏酶的__________，从而使其永久失去活性。(4)若要探究酶的高效性，可选用的实验组合是_____________(填试管编号)。(5)过氧化氢在90 ℃水浴中分解与c试管中的原理___________(填“相同”或“不相同”)，c和d试管作用原理____________(填“相同”或“不相同”)。解析：(1)实验中采用的肝脏必须是新鲜的，目的是保证酶的活性。(2)该实验中，衡量过氧化氢分解的快慢是以单位时间内产生气泡数量为指标，由于d试管中的催化剂是过氧化氢酶，且温度适宜，催化效率高，过氧化氢分解速率快，产生气泡最多。过氧化氢分解最快的试管是d。如果仅将上述实验条件由常温改为90 ℃水浴，过氧化氢酶变性失活，而FeCl3的催化能力基本不受影响，重复实验，过氧化氢分解最快的试管是c。(3)试管a和b的实验现象几乎相同，是因为高温会破坏酶的空间结构，从而使其永久失去活性。(4)若要探究酶的高效性，可选用的实验组合是c和d。(5)过氧化氢在90 ℃水浴中分解与c试管中的原理不相同，c和d试管作用原理相同，都运用了催化剂。答案：(1)酶的活性　(2)产生气泡数量　d　c　(3)空间结构　(4)c和d　(5)不相同　相同18．(12分)某兴趣小组欲探究酵母菌在有氧、无氧条件下是否均能产生CO2，进行了如下实验，请据图分析回答下列问题：(1)若探究酵母菌有氧条件下是否能产生CO2，选择图1提供的装置，写出正确的连接顺序：________________(用字母和箭头表示)。本实验还需控制_____________________(至少答出两点)等无关变量。(2)若图2中的酵母菌只进行有氧呼吸，则红色液滴__________，若酵母菌只进行无氧呼吸，则红色液滴________。(均填“向左移动”“向右移动”或“不动”)(3)请写出酵母菌代谢产生酒精的化学反应式：________________________________，此过程发生的场所是_________________。解析：(1)有氧呼吸需要的装置是c→a→b，无氧呼吸的装置是d→b，实验遵循单一变量原则，所以本实验还需控制温度、pH、培养液的浓度和体积等无关变量。(2)NaOH溶液可以吸收产生的CO2，若图2中的酵母菌只进行有氧呼吸，则红色液滴向左移动；若酵母菌只进行无氧呼吸，说明没有消耗氧气，而产生的CO2又被NaOH溶液吸收，则红色液滴不动。(3)酵母菌代谢产生酒精的化学反应式为C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量，其发生的场所是细胞质基质。答案：(1)c→a→b(或c→b→a→b)　温度、pH、培养液的浓度和体积　(2)向左移动　 不动　(3)C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量　细胞质基质19．(14分)下图1为玉米叶肉细胞内某些代谢过程中物质变化的示意图，其中①～④表示不同的生理过程，X、Y表示参与代谢的物质。图2为将玉米植株置于一定条件下，测定CO2的吸收速率数据绘制的曲线图。请回答下列问题：(1)图1中，③表示光合作用的_________过程，②过程发生的场所是_____________。(2)X代表的物质是_________。NADPH在③过程中与_________结合形成C5。(3)图2表示影响光合作用的因素有___________________________________________________________________________________________________________。(4)图2中，当光照强度大于8时，25 ℃与15 ℃条件下有机物的合成速率分别为M1、M2，结果应为M1______M2(填“>”“<”或“＝”)。解析：(1)图1中，③表示光合作用的暗反应过程，②过程发生的场所是线粒体内膜。(2)X代表的物质是O2。NADPH在③过程中与C3结合形成C5。(3)图2表示影响光合作用的因素有光照强度和温度。(4)图2中，当光照强度大于8时，25 ℃与15 ℃条件下有机物的合成速率分别为M1、M2，光照强度大于8时，两温度下净光合速率相等，但15 ℃时细胞呼吸速率<25 ℃时细胞呼吸速率，因此结果应为M1＞M2。答案：(1)暗反应　线粒体(或线粒体内膜) (2)O2　C3　(3)光照强度和温度(缺一不可)　(4)＞20．(2022·湖南高考)(14分)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。回答下列问题：(1)在此条件下，该水稻种子________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是__________________________________________________________________________________________________________________。(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是______________________________________________________________(答出两点即可)。(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害，减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有________特性。解析：(1)种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，因此光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时，虽然光照强度低于光补偿点，但光照有利于叶片叶绿素的形成，种子仍能萌发并成苗。(2)将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害，减少杂草生长，须灌水覆盖，此时种子获得氧气较少，可通过无氧呼吸分解有机物供能，无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用，推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。答案：(1)能　种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成　(2)不能　光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花　(3)耐受酒精毒害学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质。2.通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。1.细胞代谢是细胞中化学反应的总称，细胞代谢离不开酶。2.酶是生物催化剂，其催化作用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。步骤和现象相同处理向4支试管中分别加入2 mL过氧化氢溶液不同处理不处理放在90 ℃左右的水浴中加热滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液现象气泡基本无少较多很多带火星卫生香无复燃有复燃复燃性较强复燃性很强条件无催化剂催化FeCl3催化过氧化氢酶催化活化能/ (kJ·mol－1)755429设计思路实验组：底物＋相应酶液eq \o(――→,\s\up7(检测),\s\do5(　))底物被分解对照组：底物＋等量蒸馏水eq \o(――→,\s\up7(检测),\s\do5(　))底物不被分解实验变量自变量是相应酶液的有无，因变量是底物是否被分解结果分析根据底物性质利用相应试剂检测，若底物被分解，则证明酶具有催化作用，否则不具有催化作用化学本质大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体主要在细胞核来源一般活细胞均能产生生理功能具有生物催化作用自变量因变量无关变量对照组实验组2号：水浴加热；3号：加FeCl3溶液；4号：加肝脏研磨液过氧化氢分解速率反应物的浓度；反应时间；实验室的温度；FeCl3溶液浓度和肝脏研磨液的新鲜程度等1号试管2、3、4号试管试管组别实验处理加入3%过氧化氢/mL温度加入试剂试管12常温—试管2290 ℃—试管32常温2滴3.5%FeCl3溶液试管42常温2滴20%肝脏研磨液角度说法判断①产生场所一般来说，活细胞都能产生酶②化学本质酶是具有催化作用的蛋白质③合成原料酶的基本单位是氨基酸，因此氨基酸是酶的合成原料④合成场所酶是在核糖体上合成的⑤来源　　酶只能在生物体内合成，不能从食物中获得⑥作用　　酶具有催化、调节等多种功能⑦作用场所酶只在细胞内发挥作用⑧温度影响低温和高温均能使酶变性失活器官消化液名称pH消化液成分胃胃液1～2胃酸(HCl)、胃蛋白酶小肠肠液、胆汁、胰液7～8NaHCO3、蛋白酶、肽酶、脂肪酶、淀粉酶等分组酚氧化酶提取液的处理加入缓冲液加入酚类底物实验后的颜色A不做处理2 mL2 mL褐色B加入蛋白酶，10 min2 mL2 mL无色C加入三氯乙酸(强酸)，10 min2 mL2 mL？学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.阐明酶的高效性、专一性和作用条件较温和。2.通过相关的实验和探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照组和重复组。1.酶具有高效性、专一性和作用条件的温和性。2.酶具有高效性的原因：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遭到破坏而永久失活。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。操作步骤试管1试管2可溶性淀粉溶液/mL2—蔗糖溶液/mL—2新鲜的淀粉酶溶液/mL222支试管内的液体混合均匀后，60 ℃保温5 min新配制的斐林试剂/mL22煮沸1 min观察溶液颜色的变化项目实验组对照组材料等量的同一种底物试剂与底物相对应的酶溶液等量的无机催化剂现象反应速率很快；或反应用时短反应速率缓慢；或反应用时长结论酶具有高效性项目方案一方案二实验组对照组实验组对照组材料底物相同(等量)与酶相对应的底物另外一种底物试剂与底物相对应的酶另外一种酶同一种酶(等量)现象发生反应不发生反应发生反应不发生反应结论酶具有专一性步骤试管编号11′22′33′加入3%的可溶性淀粉溶液/mL2—2—2—加入2%的淀粉酶溶液/mL—1—1—1不同温度下处理5 min100 ℃(或0 ℃)60 ℃0 ℃(或100 ℃)将同一温度下的两种物质混合后保温5 min滴加碘液1滴1滴1滴结果(现象)变蓝不变蓝变蓝结论酶的催化作用需在适宜的温度下进行，温度过高或过低都会影响酶的活性步骤试管编号12320%的肝脏研磨液/mL111蒸馏水/mL1——0.01 mol/L的氢氧化钠溶液/mL—1—0.01 mol/L的盐酸溶液/mL——13%的过氧化氢溶液/mL222振荡试管结果有大量气泡产生无明显气泡无明显气泡组别编号12…n实验材料等量的同种底物温度(pH)T1(a1)T2(a2)…Tn(an)衡量指标相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余量的多少实验结论生成物量最多的一组，或底物剩余量最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH)选项探究课题选用材料与试剂A温度对酶活性的影响过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液B温度对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液CpH对酶活性的影响新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液DpH对酶活性的影响新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂探究温度对酶活性影响的实验实验步骤分组甲乙丙①淀粉酶溶液/mL111②可溶性淀粉溶液/mL555③控制温度/℃06090④将新鲜淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温⑤测定单位时间内淀粉的_________学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.依据ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。2.根据ATP与ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用。1.ATP的结构简式是A－P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表特殊的化学键。2.ATP与ADP相互转化的能量供应机制在所有生物的细胞内都一样。3.动物、人、真菌和大多数细菌等合成ATP的途径是通过呼吸作用。4.绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。5.许多吸能反应与ATP的水解相联系，许多放能反应与ATP的合成相联系。化合物结构简式“A”含义共同点ATP腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤DNA腺嘌呤脱氧核苷酸RNA腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸腺嘌呤项目ATP的合成ATP的水解反应式ADP＋Pi＋能量eq \o(――→,\s\up7(酶)) ATPATPeq \o(――→,\s\up7(酶))ADP＋Pi＋能量酶的类型ATP合成酶ATP水解酶能量来源光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)储存在特殊的化学键中的能量能量去路储存于形成的特殊的化学键中用于各项生命活动反应场所细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部位学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。2.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。1.酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。2.对比实验要设置两个或两个以上的实验组，也叫相互对照实验。3.有氧呼吸的反应式为：C6H12O6＋6H2O＋6O2 eq \o(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量。检测产物所用试剂实验现象二氧化碳澄清的石灰水变浑浊溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄酒精(酸性)重铬酸钾溶液橙色变成灰绿色阶段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丙酮酸、水[H]、O2生成物丙酮酸、[H]、ATPCO2、[H]、ATPH2O、ATP能量少量能量少量能量大量能量项目澄清的石灰水的变化/出现变化的时间橙色的酸性重铬酸钾溶液甲组(有氧)变浑浊/快无变化乙组(无氧)变浑浊/慢出现灰绿色试管编号加入物质甲上清液＋葡萄糖溶液乙沉淀物＋葡萄糖溶液丙酵母菌＋葡萄糖溶液装置方法步骤一方法步骤二方法步骤三A加入240 mL的葡萄糖溶液加入10 g活性干酵母①__________B加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液②__________加入石蜡油，铺满液面装置方法步骤一方法步骤二方法步骤三C③__________________________________④__________________________________加入石蜡油，铺满液面学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。2.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。1.无氧呼吸的两种反应类型：①C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3＋少量能量；②C6H12O6eq \o(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量。2.无氧呼吸分为两个阶段，需要不同的酶催化，但都在细胞质基质中进行。3.细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。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和线粒体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释放能量大量少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，合成ATP过程第一阶段完全相同意义为生物体的各项生命活动提供能量项目来源去路[H]有氧呼吸：C6H12O6和H2O无氧呼吸：C6H12O6有氧呼吸：与O2结合生成水无氧呼吸：还原丙酮酸ATP有氧呼吸：三个阶段都产生无氧呼吸：只在第一阶段产生用于各项生命活动(1)曲线分析：由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有抑制作用①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸；②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸；③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸；④O2浓度为5%时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果(2)应用eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(①中耕松土促进植物根部有氧呼吸,②无氧发酵过程需要严格控制无氧环境,③低氧仓库储藏粮食、水果和蔬菜))(1)温度主要通过影响呼吸酶的活性，进而影响呼吸作用。在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止(2)应用eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(①低温储存食品,②大棚栽培在夜间,　和阴天适当降温,③温水和面发酵快))(1)CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行(2)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜(1)在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至停止(2)应用eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(①粮食在收仓前要进,　行晾晒处理,②干种子萌发前进行,　浸泡处理))V(CO2)/V(O2)＝4/3有氧呼吸＝无氧呼吸V(CO2)/V(O2)>4/3有氧呼吸<无氧呼吸V(CO2)/V(O2)<4/3有氧呼吸>无氧呼吸实验现象结论装置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选项呼吸类型[H]的来源[H]的用途A有氧呼吸只来源于葡萄糖用于生成水B有氧呼吸来源于葡萄糖和水用于生成水C无氧呼吸来源于葡萄糖和水用于生成乳酸D无氧呼吸只来源于葡萄糖用于生成酒精学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.阐明“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法。2.说出植物捕获光能的色素的种类和作用。3.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。1.无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。2.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。3.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。4.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。5.光合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。过程注意事项操作目的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、充分研磨防止乙醇挥发，充分溶解色素盛放滤液的试管管口加棉塞防止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细、齐、直使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一两次增加色素量；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项目甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－种类叶绿素(占3/4)类胡萝卜素(占1/4)叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素颜色蓝绿色黄绿色橙黄色黄色吸收光谱主要吸收蓝紫光和红光主要吸收蓝紫光试管编号①②③④实验处理CO2溶液＋＋＋＋光照白光蓝光红光绿光碘液＋＋＋＋光照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，叶变黄选项组别滤纸条编号判断依据A绿叶甲叶绿素a带和叶绿素b带较宽B嫩黄叶甲叶绿素a带和叶绿素b带较宽C绿叶乙上起的第一和第二条带较窄D嫩黄叶乙上起的第一和第二条带较窄分组溶剂移动距离色素甲移动距离色素乙移动距离色素丙移动距离色素丁移动距离实验组17.81.9实验组28.21.5实验组38.01.4平均移动距离8.07.60.8迁移率(Rf)无0.530.10学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.描述光合作用是怎样进行的。2.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。1.光合作用的反应式为：CO2＋H2Oeq \o(――→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))(CH2O)＋O2。2.光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、NADPH和ATP。3.暗(碳)反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。4.光合作用的能量转换为：光能―→ATP、NADPH中的化学能―→有机物中稳定的化学能。科学家实验过程及现象实验结论希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气光合作用释放的O2来自水；氧气的产生和糖类的合成不是(填“是”或“不是”)同一个化学反应鲁宾和卡门Heq \o\al( 18,2)O＋CO2―→植物―→18O2_H2O＋C18O2―→植物―→O2光合作用释放的O2中的氧元素来自水阿尔农在光照下，叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随水的光解可合成ATP项目光反应暗反应场所类囊体的薄膜上叶绿体基质中条件需光不需要光物质变化H2Oeq \o(――→,\s\up7(光能))H＋＋O2＋能量；NADP＋＋H＋＋能量―→NADPH；ADP＋Pi＋能量eq \o(――→,\s\up7(酶))ATPCO2＋C5eq \o(――→,\s\up7(酶))2C3；2C3 eq \o(――――→,\s\up7(NADPH、ATP),\s\do5(酶))(CH2O)＋C5能量变化光能―→ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能→(CH2O)中的化学能名称光反应暗反应所需条件必须有光有光或无光均可进行场所类囊体薄膜叶绿体基质物质变化水光解为O2和H＋；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解能量转化光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能条件C3C5NADPH([H])和ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足减少增加增加光照不变，CO2由不足到充足增加减少减少部位放射性强度(相对值)葡萄糖果糖蔗糖叶肉36428果柄很低很低41果实363626学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。2.关注光合作用原理的应用。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主要措施：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。项目光合作用化能合成作用生物类型绿色植物和光合细菌硝化细菌等能量来源光能体外物质氧化释放的化学能相同点能将无机物合成有机物，并储存能量曲线模型模型分析曲线对应点细胞生理活动ATP产生场所植物组织外观表现A点只进行细胞呼吸，不进行光合作用只在细胞质基质和线粒体从外界吸收eq \a\vs4\al(O2)，向外界排出CO2AB段(不含A、B点)呼吸量>光合量细胞质基质、线粒体、叶绿体从外界吸收O2，向外界排出CO2B点光合量＝呼吸量与外界不发生气体交换B点之后光合量>呼吸量从外界吸收CO2，向外界释放O2。此时植物可更新空气应用①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能原理CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成曲线模型及分析图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′对应的点都表示CO2饱和点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，提高光合速率原理温度通过影响酶的活性影响光合作用曲线模型及分析AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大B点：酶的最适温度，光合速率最大BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零应用温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，提高植物有机物的积累量曲线模型原理矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是eq \a\vs4\al(酶)的组成元素，N、P是ATP的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等曲线分析应用在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物发生渗透失水而导致植物光合作用强度下降在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高光能利用率选项场所光照CO2ATPNADPHC5A基质－＋－＋＋B基粒＋＋－－＋C基质和基粒－＋－－－D基质和基粒＋＋－－＋光照强度/klx02.04.06.08.010.0CO2吸收量/ (mg·100cm－2·h－1)－4.004.08.010.010.0步骤试管编号abcd加入试剂3%过氧化氢2 mL3%过氧化氢2 mL3%过氧化氢2 mL3%过氧化氢2 mL设置反应条件蒸馏水煮熟的肝脏研磨液FeCl3溶液肝脏研磨液剂量2滴2滴2滴2滴观察气泡产生