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第三单元　细胞的能量供应和利用
第一讲　酶和ATP
考纲要求
1．酶在代谢中的作用　Ⅱ
2．ATP在能量代谢中的作用　Ⅱ
3．实验：探究影响酶活性的因素和探究酶的专一性
考点一　酶的本质和作用
　
1．酶本质的探索历程
2．酶在细胞代谢中的作用
(1)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。是细胞生命活动的基础。
(2)活化能：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。
3．比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)实验流程
(2)变量分析
　　
易错整合，判断正误。
(1)酶提供了反应过程所必需的活化能(　×　)
(2)酶在催化反应前后，其分子结构不变(　√　)
(3)酶活性的发挥离不开其特定的结构(　√　)
(4)高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性(　×　)
(5)酶活性最高时的温度不适合酶的保存(　√　)
(6)人体在发热感冒时，常出现厌食现象，这与人体内酶的活性有关，说明酶活性的发挥离不开适宜的温度(　√　)
(7)在稀蛋清液中加入蛋白酶后，再加入双缩脲试剂，由于蛋清液中的蛋白质被分解，因此不再发生紫色反应(　×　)
　　
1．对于酶、激素、神经递质而言，哪些物质在发挥作用后应立即降解或转移？
[提示]激素和神经递质发挥作用后应立即降解(神经递质也可被转移至突触前膜内重新利用)，酶在反应前后数量及性质不变。
2．加热和加入催化剂都可加快反应速率，两者原理一致吗？
[提示]不一致，加热为反应供能，催化剂降低反应活化能。
3．用蛋白酶去除大肠杆菌核糖体的蛋白质，处理后的核糖体仍可完成氨基酸的脱水缩合反应。由此可推测核糖体中能催化该反应的物质是下列哪一种？
①蛋白酶　②RNA　③RNA聚合酶　④逆转录酶
[提示]②
重 难 精 讲
1．酶的本质和作用
内容 解释
产生部位 活细胞内产生 除哺乳动物成熟红细胞外，其他细胞都能产生酶
作用场所 可在细胞内、细胞外、生物体外发挥作用 可在生物体外发挥作用，但不能来自于体外，只能由细胞合成
酶的本质 大多数酶是蛋白质，少数是RNA 合成原料是氨基酸或核糖核苷酸
酶的功能 生物催化剂 酶只起催化功能，且反应前后酶的数量和化学性质不变
作用机理 降低化学反应的活化能 酶不能提供能量
酶的特性 ①高效性 ②专一性 ③作用条件较温和 ①相对于无机催化剂而言，酶的催化效率非常高 ②一种酶只能催化一种或一类化学反应 ③高温、强酸、强碱都会使酶发生变性失活
2．酶的作用特点
(1)酶不能改变化学反应的平衡点，只能改变达到平衡点的时间；
(2)酶和无机催化剂一样，在反应前后性质和数量保持不变，但酶并非能终生发挥作用，酶和其他物质一样也需要更新；
(3)有的酶存在于细胞外(如消化酶)，有的存在于细胞内(如呼吸酶)。
3．典型酶的种类和作用
酶的名称 酶的作用
淀粉酶 催化淀粉水解为麦芽糖
麦芽糖酶 催化麦芽糖分解为葡萄糖
蛋白酶 催化蛋白质水解为多肽
脂肪酶 催化脂肪水解为脂肪酸和甘油
DNA酶 催化DNA水解为脱氧核苷酸
DNA聚合酶 催化DNA复制产生子代DNA
RNA聚合酶 催化DNA转录产生RNA
纤维素酶 分解纤维素
果胶酶 分解果胶
逆转录酶 催化RNA形成DNA单链
DNA连接酶 将两个DNA片段的黏性末端或平末端连接起来
限制酶 识别DNA中特定的核苷酸序列并使磷酸二酯键断裂
酪氨酸酶 催化酪氨酸合成黑色素
解旋酶 催化DNA复制过程中DNA碱基间氢键的断裂
[易错警示]
酶的作用机理
酶和其他催化剂均能降低化学反应的活化能，分析如下：
(1)图中ac和bc段分别表示无催化剂和酶催化时反应进行所需要的活化能。
(2)若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
精 准 命 题
例1　(2018·河南洛阳统考)下列有关酶的叙述，正确的是(　B　)
A．每一种酶只能催化一种化学反应
B．酶的专一性与其空间结构有直接关系
C．酶和无机催化剂的催化机理不同
D．酶不可能通过核孔进入细胞核
[解析]　酶具有专一性，每一种酶只能催化一种或一类化学反应，A项错误；酶的专一性与其空间结构有直接关系，当酶的空间结构改变时，酶作用的底物也可能发生改变，B项正确；酶和无机催化剂的催化机理一样，都是降低化学反应的活化能，C项错误；DNA聚合酶、RNA聚合酶等能通过核孔进入细胞核，分别参与DNA复制和转录过程，D项错误。
技巧点拨
比较酶与激素
产生 化学本质 作用机制 生物功能
激素 内分泌 细胞 蛋白质、多肽、固醇、氨基 酸的衍生物等 作为信号分子作用于相应的靶细胞，并在发挥作用后被灭活 调节作用， 作用后 被灭活
酶 活细胞 绝大多数为 蛋白质，少数 为RNA 作为催化剂降低反应的活化能，在化学反应的前后，其质量与化学性质均不发生改变 催化作用， 作用后保 持不变
共性 ①均具有微量、高效性 ②均具一定的特异性 ③
〔对应训练〕
1．(2018·安徽六校联考)下图表示某反应进行时，有酶参与和无酶参与的能量变化，则下列叙述正确的是(　D　)
A．此反应为放能反应
B．曲线I表示有酶参与
C．E1为反应前后能量的变化
D．酶参与反应时，所降低的活化能为E4
[解析]　反应产物的能量值比反应物的高，因此该反应为吸能反应，A错误；曲线Ⅱ是有酶催化条件下的能量变化，B错误；反应前后能量的变化应为E3，C错误；酶降低的活化能为E4，D正确。
2．(2018·福建厦门双十中学月考)下列关于酶的叙述，正确的是(　C　)
A．人体中酶的活性受温度、pH的影响，并只能在人体的内环境中起作用
B．酶的形成都要经过核糖体的合成、内质网和高尔基体的加工等几个阶段
C．与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中
D．酶均是由内分泌细胞合成的，具有高效性、专一性
[解析]　酶的活性受温度、pH的影响，消化酶在消化道内起催化作用，消化道不属于内环境，A错误；有的酶是RNA，不在核糖体上合成，B错误；与光合作用光反应有关的酶分布在类囊体薄膜上，与暗反应有关的酶分布在叶绿体基质中，C正确；活细胞都能合成酶(哺乳动物成熟的红细胞除外)，用于自身代谢需要，D错误。
考点二　酶的作用特性、影响因素和曲线分析
　
1．酶的特性
(1)高效性：催化效率约是无机催化剂的107～1013倍。
(2)专一性：每一种酶只能催化某一种或一类化学反应。
(3)作用条件较温和：在最适温度和pH条件下，酶的活性最高；高温、过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏而失活；低温条件下酶的活性很低，但空间结构稳定。
2．酶特性相关模型分析
(1)酶的高效性
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点。
(2)酶的专一性
①图像模型解读
解读：图中A表示酶，B表示被酶催化的底物，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。
②曲线模型解读
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。
加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶具有专一性。
　　
真题重组，判断正误。
(1)唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37℃(2017·全国卷Ⅱ，3D)(　×　)
(2)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物(2013·全国卷Ⅱ，6D)(　√　)
(3)蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类(2015·海南单科，4C)(　√　)
(4)纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁(2015·海南单科，4D)(　×　)
(5)如图在t时加酶后反应曲线由Ⅰ变为Ⅲ(2015·广东卷，36A)(　√　)
(6)不同酶的最适温度可能相同(2013·海南卷，T3A)(　√　)
　　
1．(教材P86二拓展题改编)下图表示的是在最适温度下，反应物浓度对酶所催化的化学反应速率的影响。
(1)请解释在A、B、C三点时该反应的状况。
(2)如果A点时温度升高10℃，曲线会发生什么变化？为什么？请画出变化后的曲线。
(3)图示曲线中B点后反应速率的限制因素是什么？欲使B点反应速率上升应采取何种措施？
[提示](1)A点：随着反应物浓度的增加，反应速率加快。B点：反应速率在此时达到最高。C点：反应速率不再随反应物浓度的增加而升高，维持在相对稳定的水平。
(2)如果A点时温度升高10℃，曲线上升的幅度变小。因为图中原曲线表示在最适温度下反应速率随反应物浓度的变化。温度高于或低于最适温度，反应速率都会变慢。
(3)该曲线表明，B点的反应物的浓度足够大，是“酶的数量”限制了反应速率的提高，这时如果加入少量的酶将会使反应速率加快，B点上升。
2．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下图所示，请思考：
(1)甲、乙两种酶的化学本质是否相同？
(2)乙酶活性改变的机制是什么？
[提示](1)观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质。
(2)乙酶被降解的过程中其空间结构会发生改变，从而使其活性丧失。
重 难 精 讲
影响酶促反应的因素
(1)温度和pH
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
③从丙图可以看出：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应速率的影响
①甲图：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
②乙图：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
精 准 命 题
例2　(2018·海南华侨中学月考)为了研究温度对酶活性的影响，某同学在试管中加入了充足的某反应物和相对应的酶，环境及其试管中物质的温度都保持在10℃(低于最适温度)，利用某种装置对试管进行缓慢加热，使温度缓慢上升。根据此实验该同学画出了下面四个曲线图，其中错误的是(　C　)
[解析]　随着时间的进行，生成物的积累量会逐渐增加至最大量，A正确；在实验过程中随着温度的升高，酶的活性先升高再下降，最后活性丧失，B正确；反应底物的剩余量会逐渐减少，不会减少后再增多，C错误；反应速率随时间的变化与酶活性随温度的变化趋势基本相同，D正确。
技巧点拨
“四看法”分析酶促反应曲线
一看两坐标轴的含义：分清自变量与因变量，了解两个变量的关系。
二看曲线的变化：利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。如在分析影响酶促反应速率的因素时，一般情况下，生成物的量未达到饱和时，限制因素是横坐标所表示的因素，当达到饱和后，限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
三看特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等五点，理解特殊点的意义。
四看不同曲线的变化：理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。
〔对应训练〕
3．(2019·高考预测)某校生物兴趣小组的同学进行了如表所示实验。下列相关分析正确的是(　B　)
组别 甲 乙 丙
步 骤 1 2%蔗糖溶液2 mL 2%蔗糖溶液2 mL 2%蔗糖溶液2 mL
2 蒸馏水1 mL 酵母提取液1 mL 稀释唾液1 mL
3 37℃恒温水浴，保温10 min
4 斐林试剂1 mL 斐林试剂1 mL 斐林试剂1 mL
5 50～65℃温水中加热2 min
实验结果 蓝色 砖红色 蓝色
A．甲、丙组对照说明唾液中不含酶，没有催化作用
B．甲、乙组对照不足以说明酵母提取液中含有蔗糖酶
C．丙组的实验结果可以说明酶的催化作用具有专一性
D．三组的实验结果可以说明酶在高温和强酸条件下失活
[解析]　甲、丙组对照说明唾液中不含催化蔗糖水解的酶，而不是不含酶，A错误；只根据丙组的实验结果不能得出酶的催化作用具有专一性，需要设置对照实验，C错误；该实验中没有涉及高温和强酸条件，故得不出D项所述结论，D错误。
4．(2018·安徽合肥调研)如图1为温度对酶促反应速率的影响示意图，图2的实线表示在温度为a的情况下生成物量与时间的关系，则当温度增加一倍时生成物量与时间的关系是(　B　)
A．曲线1　 B．曲线2
C．曲线3　 D．曲线4
[解析]　从图1可知温度从a增加到2a时，酶促反应速率增大，因此在图2中，当温度从a增加到2a时，反应所需要的时间缩短，但最终生成物的量不变，故曲线2符合题意，本题应选B。
考点三　实验：酶特性的实验探究
　
1．对比法——验证酶的高效性和专一性
(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)催化底物反应速率进行比较，得出结论。
②设计方案
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
③实验操作
(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
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 酶具有专一性
③实验操作
2．梯度法——探究酶的最适温度和最适pH
(1)设计思路
常用“梯度法”来探究酶的最适温度(或pH)，设计实验时需设置一系列不同温度(或pH)的实验组进行相互对照，最后根据实验现象得出结论：酶促反应时间最短的一组所处的温度(或pH)即最适温度(或pH)。相邻组间的差值(即梯度值)越小，测定的最适温度(或pH)就越精确。特别注意：在设计实验过程中，根据“单一变量原则”，除自变量(如温度或pH等)成等差数列相互对照外，其他所有无关变量都必须相同(包括材料的大小、质量、生长状况等)。
(2)设计方案
组别编号 1 2 … n
实验材料 等量的同种底物
pH a1 a2 … an
温度 T1 T2 … Tn
衡量指标 相同时间内，各组酶促反应中生成物量的多少，或底物剩余的多少
实验结论 生成物量最多的一组，或底物剩余最少的一组所处温度(或pH)为最适温度(或pH)
(3)①温度对酶活性的影响操作
②pH对酶活性的影响
序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3
1 注入等量的过氧 化氢酶溶液 2滴 2滴 2滴
2 注入等量的不同pH的溶液 1 mL 蒸馏水 1 mL5% 的HCl 1 mL 5% 的NaOH
3 注入等量的3%的过氧化氢溶液 2 mL 2 mL 2 mL
4 观察实验现象 有大量气 泡产生 无气泡 产生 无气泡 产生
5 将点燃的卫生香插入试管内液面的上方 燃烧剧烈 燃烧较弱 燃烧较弱
[易错警示]
影响酶活性的实验探究中的注意事项
(1)探究温度对酶活性的影响
①实验室使用的α－淀粉酶最适温度为60℃。
②本实验不宜选用H2O2酶，因为H2O2本身在不同的温度下的分解速度不同。
③在温度对酶活性的影响实验中，只能运用碘液检测底物，不能利用斐林试剂检验产物的生成，因为利用斐林试剂检测时需水浴加热到50～65℃，导致低温下的实验组由于温度变化，影响实验结果。
④设计实验程序时，不能将底物和淀粉酶液先混合再控制温度，否则在温度未达到所预设温度时酶已发生作用。
(2)探究pH对酶活性的影响
①实验程序中2、3步一定不能颠倒，否则实验失败。
②本实验中也可将过氧化氢酶和H2O2分别调至同一pH再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。
③本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉水解，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。
精 准 命 题
例3　(2018·吉林大学附属中学月考)下列有关酶的实验设计思路正确的是(　C　)
A．利用过氧化氢和过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响
B．利用淀粉、蔗糖、淀粉酶和碘液验证酶的专一性
C．利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性
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]　过氧化氢的分解受温度的影响，不宜用来探究温度对酶活性的影响，A错误；碘液遇淀粉变蓝色，淀粉酶能催化淀粉水解为麦芽糖等，水解产物遇碘液不显蓝色，蔗糖及其水解产物遇淀粉都不变蓝，故不能验证酶的专一性；B错误；新鲜的猪肝研磨液中含有过氧化氢酶，氯化铁属于无机催化剂，均能催化过氧化氢分解，可利用过氧化氢、新鲜的猪肝研磨液和氯化铁溶液研究酶的高效性，C正确；胃蛋白酶的最适pH为1.5，用胃蛋白酶、蛋清和pH分别为3、7、11的缓冲液验证pH对酶活性的影响不合理，D错误。
归纳总结
与酶有关的实验变量分析
实验目的 自变量 无关变量 因变量
验证酶的 高效性 催化剂的 种类 底物量、反应时间、温度、pH等 单位时间内底物的减少量或生成物的增加量
验证酶的 专一性 酶种类(底 物相同) 酶的量、底物的种类和量、反应时间、温度、pH等
底物种类 (酶相同) 底物量、酶的种类和量、反应时间、温度、pH等
验证温度对酶 活性的影响 温度 酶的种类和量、底物的种类和量、反应时间、pH等
验证pH对酶 活性的影响 pH 酶的种类和量、底物的种类和量、反应时间、温度等
探究酶的最适 温度(或pH) 温度 (或pH) 酶的种类和量、底物的种类和量、反应时间等
〔对应训练〕
5．(2018·云南一检)某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响，得到如图所示的实验结果。请回答相关问题：
(1)酶活性是指酶对化学反应的催化效率，该实验的自变量是pH，以1 h后淀粉剩余量作为检测因变量的指标。
(2)如图所示的实验结果与预期不符，于是活动小组又进行重复(填“对照”“对比”或“重复”)实验，得到与上图无显著差异的结果。查阅资料后发现，盐酸能催化淀粉水解。因此推测，该实验中淀粉可能是在淀粉酶和盐酸的作用下分解的。pH为3条件下的酶活性小于(填“小于”“等于”或“大于”)pH为9条件下的酶活性，原因是两种条件下反应速率基本相同，但pH为3的条件下，有盐酸催化淀粉分解干扰实验结果。
(3)在常温、常压下，与盐酸相比，淀粉酶降低反应活化能的作用更显著，判断依据是1h后，pH为7的条件下淀粉的剩余量小于pH为1条件下淀粉的剩余量。
考点四　ATP的结构与功能
　
1．ATP的结构
归纳如下：
2．ATP的主要功能
细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动所需能量的直接来源。
3．ATP的主要来源
(1)动物、人、真菌和大多数细菌的呼吸作用。
(2)绿色植物的呼吸作用和光合作用。
巧学妙记：ATP中的“一、二、三”
一个腺苷，二个高能磷酸键，三个磷酸基团。
　　
易错整合，判断正误。
(1)1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团(　×　)
(2)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应(　√　)
(3)淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成(　×　)
(4)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　×　)
(5)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源(　×　)
(6)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行(　×　)
(7)能量就是ATP，ATP就是能量(　×　)
　　
1．细胞内产生与消耗ATP的具体场所分别有哪些？
[提示]产生场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体，消耗场所有细胞膜、细胞质基质、叶绿体、线粒体、核糖体、细胞核等生物体的需能部位。
2．请说出生物体内的主要能源物质、主要储能物质、直接能源物质、最终能量来源。
[提示]主要能源物质：糖类；主要储能物质：脂肪；直接能源物质：ATP；最终能量来源：光能。
3．下图为ATP的结构简图，请分析：
(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”？
(2)图示b、c、d所示化学键是否相同？其中最易断裂和重建的是哪一个？
(3)图示框e的名称是什么？它与DNA、RNA有何关系？
[提示](1)图示a处应为“—OH”，即该五碳糖为“核糖”。
(2)图示b为普通磷酸键，c、d则为高能磷酸键，其中d处的键最易断裂和重建。
(3)图示框e为腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一，当发生逆转录时，它可与DNA链中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸配对。
重 难 精 讲
1．ATP的形成途径
2．ATP与ADP的相互转化
ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量
所需酶 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) 储存在高能磷酸键中的能量
能量去路 储存于形成的高能磷酸键中 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
由上表可看出：ATP和ADP的相互转化过程中，反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应，但物质是可循环利用的。
3．细胞内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸第一阶段
消耗ATP：细胞内的生命活动，如物质运输
叶绿体 产生ATP：光反应
消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段
消耗ATP：自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：蛋白质合成
细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等
易错提醒
与能源物质ATP相关的易错点提醒
(1)ATP与ADP相互转化不可逆：ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。
(2)ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量。
(3)不可误认为细胞中含有大量ATP，事实上，细胞中ATP含量很少，ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡。
(4)误认为ATP转化为ADP不消耗水：ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
精 准 命 题
例4　(2018·河南重点校模拟)关于ATP的叙述中，错误的是(　A　)
A．ATP分子中含有三个高能磷酸键
B．正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化
C．ATP分子水解掉两个高能磷酸键后变成腺嘌呤核糖核苷酸
D．ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
[解析]　ATP分子是由一个腺苷和三个磷酸基团构成的，它含有一个普通磷酸键和两个高能磷酸键，水解掉两个高能磷酸键后变成腺嘌呤核糖核苷酸，A错误，C正确；细胞中ATP的含量不多，但能不断地合成和水解(正常细胞中ATP与ADP的相互转化，时刻不停地发生且处于动态平衡之中)，从而保证细胞中稳定的供能环境，B正确；ATP分子中的“A”代表腺嘌呤和核糖组成的腺苷，而DNA、RNA中的碱基“A”代表腺嘌呤，D正确。
技巧点拨
ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义辨析
(1)ATP结构中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
(2)DNA结构中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。
(3)RNA结构中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。
(4)核苷酸结构中的A为腺嘌呤。
可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。
〔对应训练〕
6．(2018·天津实验中学阶段性考试)如图是生物界中能量“通货”——ATP的循环示意图。下列相关叙述正确的是(　B　)
A．图中的M指的是腺苷，N指的是核糖
B．食物为ATP“充电”指的是呼吸作用分解食物中的有机物产能
C．图中不同来源的ATP均可用于胞吞和胞吐
D．ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要
[解析]　图中M指的是腺嘌呤，A错误，ATP充电指的是食物中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，B正确；光合作用产生的ATP只能用于暗反应，不能用于胞吞和胞吐，C错误；ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”同样需要酶的催化，D错误。
7．(2018·天津静海一中月考)下列对细胞代谢需要的直接能源物质的相关叙述，正确的是(　C　)
A．该物质大量产生时一定伴随线粒体对O2的大量消耗
B．该物质不可能产生、消耗于同一细胞器
C．葡萄糖的跨膜运输不一定消耗该物质
D．人体细胞内贮存有大量的该物质，以适应生理活动的需要
[解析]　细胞的直接能源物质是ATP，原核细胞大量产生ATP时没有线粒体的参与，A错误；在叶绿体中可产生和消耗ATP，B错误；葡萄糖进入红细胞的跨膜运输方式为协助扩散，不耗能，C正确；细胞内不会大量储存ATP，D错误。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔高考必背语句〕
1．酶的催化效率高的原因是：同无机催化剂相比；酶能显著降低化学反应的活化能。
2．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。酶具有专一性、高效性、作用条件较温和。
3．在最适的温度和pH条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
4．过酸、过碱或温度过高使酶永久失活的原因：酶的空间结构遭到破坏。但低温抑制酶的活性，不破坏酶的空间结构。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2017·全国卷Ⅱ，3)下列关于生物体中酶的叙述，正确的是(　C　)
A．在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶
B．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C．从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D．唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37℃
[解析]　盐析法主要用于蛋白质的分离、纯化，胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，因而可用盐析法进行沉淀，C项正确。真核细胞中DNA主要分布于细胞核中，细胞质中的线粒体和叶绿体中也有少量DNA分布，所以参与DNA合成的酶也可分布于线粒体和叶绿体中，A项错误。酶作为生物催化剂可以在生物体内发挥作用，也可以在生物体外发挥作用，B项错误。唾液淀粉酶催化反应的最适温度为37℃左右，而该酶通常在低温下保存，D项错误。
2．(2016·全国卷Ⅰ，3)若除酶外所有试剂均已预保温，则在测定酶活力的试验中，下列操作顺序合理的是(　C　)
A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
[解析]　根据题意可知，该实验的pH为无关变量，为了排除pH的干扰，应在酶和底物混合之前加入缓冲液，为酶促反应提供稳定的pH环境，A、B、D项都错误，C项正确。
3．(2015·海南卷，3)ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙述，错误的是(　D　)
A．酒精发酵过程中有ATP生成
B．ATP可为物质跨膜运输提供能量
C．ATP中高能磷酸键水解可释放能量
D．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
[解析]　ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成，D错误。
4．(2017·天津理综)将A、B两种物质混合，T1时加入酶C。如图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。叙述错误的是(　C　)
A．酶C降低了A生成B这一反应的活化能
B．该体系中酶促反应速率先快后慢
C．T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的
D．适当降低反应温度，T2值增大
[解析]　加入酶C后A浓度降低，B浓度升高，说明在酶C的催化下A能生成B，酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能，A项正确；随着反应的进行，底物A浓度由大变小，酶促反应速率先快后慢，B项正确、C项错误；图示反应在最适温度下进行，降低反应温度，反应速率将减慢，反应时间将延长，T2值增大，D项正确。
5．(2016·全国卷Ⅱ，29)为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20℃)、B组(40℃)和C组(60℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。回答下列问题：
(1)三个温度条件下，该酶活性最高的是B组。
(2)在时间t1之前，如果A组温度提高10℃，那么A组酶催化反应的速度会加快。
(3)如果在时间t2时，向C组反应体系中增加2倍量的底物，其他条件保持不变，那么在t3时，C组产物总量不变，原因是60℃条件下，t2时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加。
(4)生物体内酶的化学本质是蛋白质或RNA，其特性有高效性和专一性(答出两点即可)。
[解析]　(1)图中信息表明：40℃条件下产物浓度达到最大值所需时间比20℃条件下短，且40℃条件下产物浓度最大值大于60℃条件下，故在三个温度条件下，该酶活性最高的是B组。(2)由图可知，在20℃～40℃范围内的酶活性均大于20℃时的酶活性，故在t1前，如果A组温度提高10℃，那么A组酶催化反应的速度会加快。(3)图中信息表明：在t2时，60℃条件下的酶已失活，故此时增加底物，反应产物总量不会增加。(4)绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶的化学本质是RNA；酶的特性包括：高效性、专一性、作用条件较温和。
第二讲　细胞呼吸
考纲要求
1．细胞呼吸　Ⅱ
2．实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
考点一　有氧呼吸和无氧呼吸的过程
　
1．细胞呼吸
是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。
2．细胞的有氧呼吸
(1)过程图解
(2)写出有氧呼吸总反应式(标出氧元素的来源与去向)
。
3．无氧呼吸
4．不同生物无氧呼吸产物
[易错警示]
无氧呼吸过程共产生2个ATP，而这2个ATP只产自第一阶段，第二阶段不产生ATP。
　　
易错整合，判断正误。
(1)在有氧与缺氧的条件下细胞质基质中都能形成ATP(　√　)
(2)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水(　×　)
(3)线粒体将葡萄糖氧化分解成CO2和H2O(　×　)
(4)无氧呼吸能产生ATP，但没有[H]的生成过程(　×　)
(5)检测酵母菌培养过程中是否产生CO2可判断其呼吸方式(　×　)
(6)有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP(　×　)
(7)乳酸菌细胞内，细胞呼吸第一阶段产生[H]，第二阶段消耗[H](　√　)
　　
　以下甲、乙两图都表示某生物的CO2释放量和O2吸收量的变化，请解读：
(1)甲、乙两图中只进行无氧呼吸、只进行有氧呼吸及两种呼吸作用共存的对应点或段分别是什么？你的判断依据是什么？
(2)两图中哪一点(或段)适合水果、蔬菜贮藏？请说出判断依据。
(3)下列生物中其呼吸状况能用甲、乙两图表示的是AB。
A．酵母菌　　 B．绿色植物(非绿色器官)
C．乳酸菌　 D．人
[提示](1)只进行无氧呼吸：甲中a、乙中A点；只进行有氧呼吸：甲中d、乙中C点之后(含C点)；两种呼吸共存：甲中b、c乙中AC段(不含A、C点)。判断依据为甲中a及乙中A点时无O2消耗，应只进行无氧呼吸，甲中d及乙中C点之后(含C点)，O2吸收量与CO2释放量相等，应只进行有氧呼吸，甲中b、c及乙中AC段(不含A、C点)CO2释放量大于O2吸收量，故除有氧呼吸外，还应存在无氧呼吸。
(2)甲图中c、乙图中B点最适合水果、蔬菜贮存，因为此时CO2释放量最少，呼吸作用消耗有机物最少。
重 难 精 讲
1．过程图解
2．有氧呼吸中氧元素的来源和去路
注：有氧呼吸中H2O既是反应物，又是生成物，且生成的H2O中的氧全部来自O2。
3．有氧呼吸和无氧呼吸的比较
有氧呼吸 无氧呼吸
区别 场所 细胞质基质和线粒体 细胞质基质
条件 氧气，多种酶 无氧气，多种酶
物质 变化 葡萄糖彻底氧化分解，生成CO2和H2O 葡萄糖分解不彻底，生成乳酸或酒精和CO2
能量 变化 释放大量能量，产生大量ATP 释放少量能量，产生少量ATP
特点 受O2和温度等因素的影响 有氧气存在时，无氧呼吸受抑制
联系 二者第一阶段反应完全相同，并且都在细胞质基质中进行；本质都是氧化分解有机物、释放能量，产生ATP
4．细胞呼吸中的相关实验
(1)细胞呼吸速率的测定
①实验装置：
②实验原理：组织细胞呼吸作用吸收O2，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的水滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。装置乙为对照。
(2)细胞呼吸类型的探究
①实验装置：
装置甲中NaOH溶液的作用是吸收呼吸所产生的CO2，红色液滴移动的距离代表种子呼吸吸收的O2量。装置乙中红色液滴移动的距离代表种子呼吸吸收的O2量与产生的CO2量的差值。
②实验分析：
现象 结论
甲装置 乙装置
液滴左移 液滴不动 只进行有氧呼吸
液滴不动 液滴右移 只进行无氧呼吸
液滴左移 液滴右移 既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
(3)注意事项
①为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌，所测种子进行消毒处理。
②对照组的设置：为防止气压、温度等物理因素(或非生物因素)所引起的误差，应设置对照实验，将所测定的生物灭活(将种子煮熟)，其他条件均不变。
③若选用绿色植物作实验材料，测定细胞呼吸速率，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
(4)探究细胞呼吸过程场所的实验(一般是探究第二阶段的场所)常见方法是用离心的方法把动物细胞的细胞质基质和线粒体分开，分别加入丙酮酸，检测CO2的产生。
[易错警示]
有关细胞呼吸的7个易错点
(1)有H2O生成的一定是有氧呼吸，有CO2生成的可能是有氧呼吸，也可能是无氧呼吸，但一定不是乳酸发酵。
(2)不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(3)无氧呼吸只释放少量能量，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。
(4)水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。
(5)真核生物细胞并非都能进行有氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。
(6)原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌等，因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。
精 准 命 题
考向一　 细胞呼吸方式的判断
例1　(2018·东北师大附中月考)下面三个装置可用于研究萌发种子的呼吸作用方式及其产物，有关分析不正确的是(　B　)
A．装置甲可用于探究呼吸作用是否产生热量
B．装置乙的有色液滴向左移动，说明种子萌发只进行有氧呼吸
C．装置丙可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生二氧化碳
D．三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都需要设置对照实验
[解析]　装置甲中有温度计，且使用了保温桶(可以防止种子细胞呼吸释放的热量散失)，可以用于探究呼吸作用是否产生热量，A正确；装置乙中NaOH溶液能吸收二氧化碳，有色液滴向左移动是该装置中氧气减少所致，说明种子萌发时一定进行有氧呼吸，但种子细胞也可能同时进行无氧呼吸，B错误；澄清的石灰水可用于检测二氧化碳，因此，装置丙可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生二氧化碳，C正确；三个装置中的种子都必须进行消毒处理，以杀死种子表面的微生物，避免微生物的呼吸作用对实验产生干扰，并且三个装置都要设置相应的对照实验，D正确。
例2　(2018·河南郑州第二次质量预测)呼吸熵(PQ＝放出的CO2量/吸收的O2量)可作为描述细胞呼吸过程中氧气供应状态的一种指标。下图是酵母菌氧化分解葡萄糖过程中氧分压与呼吸熵的关系。以下叙述中，正确的是(　B　)
A．呼吸熵越大，细胞有氧呼吸越强，无氧呼吸越弱
B．B点有氧呼吸的强度大于A点有氧呼吸的强度
C．为了减少有机物的损耗，最好将氧分压调至C点
D．C点以后，细胞呼吸强度不再随氧分压的变化而变化
[解析]　以葡萄糖为底物的有氧呼吸过程中产生的CO2量与O2量相等，无氧呼吸不消耗氧气，因此呼吸熵越大，说明消耗的氧气越少，有氧呼吸越弱，释放的CO2越多，无氧呼吸越强，A错误；B点呼吸熵小于A点，说明B点时耗氧多，有氧呼吸的强度大于A点，B正确；C点呼吸熵为1，细胞仅进行有氧呼吸，消耗有机物较多，C错误；C点后细胞呼吸强度随氧分压升高而升高，到一定程度后不再发生改变，D错误。
技巧点拨
根据气体的变化和场所情况判断细胞呼吸类型的方法
(1)根据CO2释放量与O2消耗量判断(呼吸底物为葡萄糖)
①不消耗O2，释放CO2―→只进行无氧呼吸。
②无CO2释放―→只进行产生乳酸的无氧呼吸。
③酒精产生量等于CO2量―→只进行产生酒精的无氧呼吸。
④CO2释放量等于O2的吸收量―→只进行有氧呼吸。
⑤CO2释放量大于O2的吸收量―→既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自酒精发酵。
⑥CO2释放量小于O2吸收量：底物中有脂肪。
⑦酒精产生量小于CO2量―→既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自有氧呼吸。
(2)根据场所判断
①真核细胞：若整个呼吸过程均在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸；若部分过程在线粒体中进行，则为有氧呼吸。
②原核细胞：原核细胞没有线粒体，故原核细胞的细胞呼吸在细胞质和细胞膜上进行，其呼吸方式应根据产物判断，若只有二氧化碳和水产生则为有氧呼吸，若还有乳酸或酒精产生，则还存在无氧呼吸。
考向二　细胞呼吸的过程
例3　(2019·高考预测)如图是酵母菌呼吸作用实验示意图，相关叙述正确的是(　A　)
A．条件X下葡萄糖中能量的去向有三处
B．条件Y下，葡萄糖在线粒体中被分解，并产生CO2和水
C．试剂甲为溴麝香草酚蓝水溶液
D．物质a产生的场所为线粒体基质
[解析]　选项A，根据产物酒精判断条件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，大部分以热能形成散失；选项B，线粒体不能利用葡萄糖；选项C，试剂甲为酸性重铬酸钾溶液；选项D，图中无氧呼吸产生CO2的场所为细胞质基质，有氧呼吸产生CO2的场所为线粒体基质。
技巧点拨
细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去路
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
考向三：细胞呼吸的相关计算
例4　(2018·河北石家庄质量检测)某兴趣小组对不同氧浓度下酵母菌的细胞呼吸方式及产物展开了研究，下图为测得的实验数据。据图中信息推断，错误的是(　C　)
A．氧浓度为a时，酵母菌只进行无氧呼吸
B．氧浓度为b和d时，酵母菌细胞呼吸方式不同
C．氧浓度为c时，有2/5的葡萄糖用于有氧呼吸
D．a、b、c、d四个氧浓度下，酵母菌都能产生[H]和ATP
[解析]　氧浓度为a时，此酵母菌只进行无氧呼吸，A正确；氧浓度为b时，产生CO2的量大于产生酒精的量，故存在有氧呼吸和无氧呼吸两种呼吸方式，而氧浓度为d时，产生酒精的量为0，说明只存在有氧呼吸，B正确；氧浓度为c时，无氧呼吸产生6 mol酒精，则消耗3 mol葡萄糖，同时产生6 molCO2，可推出有氧呼吸产生CO2的量为15－6＝9(mol)，消耗1.5 mol葡萄糖，故有1/3的葡萄糖用于有氧呼吸，C错误；a、b、c、d四个氧浓度下，酵母菌均进行着细胞呼吸，故都能产生[H]和ATP，D正确。
技巧点拨
细胞呼吸过程中的比值归纳(以酵母菌为例)
(1)有氧呼吸葡萄糖︰O2︰CO2＝1︰6︰6。
(2)无氧呼吸葡萄糖︰CO2︰酒精＝1︰2︰2或葡萄糖︰乳酸＝1︰2。
(3)消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为1︰3。
(4)消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为3︰4。
〔对应训练〕
1．(2018·安徽重点校模拟)下列关于植物呼吸作用的叙述，正确的是(　A　)
A．呼吸作用的中间产物丙酮酸可以通过线粒体双层膜
B．是否产生二氧化碳是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别
C．高等植物只进行有氧呼吸不能进行无氧呼吸
D．种子库中贮藏的风干种子不能进行呼吸作用
[解析]　丙酮酸在细胞质基质中产生(有氧呼吸第一阶段产生丙酮酸，进行的场所是细胞质基质)，能通过线粒体双层膜进入线粒体，在线粒体内进行彻底氧化分解，释放大量的能量，A正确；植物细胞的有氧呼吸和产物为酒精的无氧呼吸都可产生二氧化碳，B错误；高等植物既可以进行有氧呼吸也可以进行无氧呼吸，C错误；种子库中贮藏的种子仍能进行呼吸作用，只是呼吸作用较弱，D错误。
2．(2018·江西鹰潭一中月考)如图表示的是有氧呼吸过程，下列有关说法正确的是(　C　)
A．①②③中数值最大的是①
B．产生①②的场所是线粒体
C．④代表的物质是氧气
D．乳酸菌能完成图示全过程
[解析]　①、②、③分别表示的是有氧呼吸第一、二、三阶段释放出的能量，其中第三阶段[H]和氧气结合，释放的能量最多，即③最大，A错误；有氧呼吸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，B错误；乳酸菌是厌氧型原核生物，没有线粒体，也不能进行有氧呼吸，D错误。故本题选C。
3．(2018·江西临川一中月考)将一些苹果储藏在密闭容器中，较长时间后会闻到酒香。当通入不同浓度的O2时，其O2的消耗速率和CO2的产生速率如表所示(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列叙述错误的是(　D　)
氧浓度(%) a b c d e
CO2产生速率 (mol·min－1) 1.2 1.0 1.3 1.6 3.0
O2消耗速率 (mol·min－1 0 0.5 0.7 1.2 3.0
A．氧浓度为a时，细胞呼吸只在细胞质基质中进行
B．氧浓度为b时，较适宜苹果的储藏
C．氧浓度为c时，有氧呼吸产生CO2的速率为0.7 mol·min－1
D．氧浓度为d时，无氧呼吸消耗葡萄糖的速率是有氧呼吸的1/4
[解析]　有氧呼吸消耗的氧气量与产生的二氧化碳量相等，氧气浓度为a时，O2消耗速率为0，细胞只进行无氧呼吸，无氧呼吸的场所是细胞质基质，A正确；氧浓度为b时，有氧呼吸与无氧呼吸共存，但总的二氧化碳产生量最少，有机物消耗量少，故较适宜苹果的储藏，B正确；氧浓度为c时，氧气消耗速率为0.7 mol·min－1，有氧呼吸产生二氧化碳的速率与之相同，C正确；氧浓度为d时，有氧呼吸产生CO2的速率是1.2 mol·min－1，消耗葡萄糖的速率是0.2 mol·min－1，无氧呼吸产生CO2的速率是0.4 mol·min－1，消耗葡萄糖的速率是0.2 mol·min－1，故此情况下有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等，D错误。
考点二　影响细胞呼吸的因素及其应用
　
1．温度
(1)影响原理：温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。
(2)曲线分析：
①a点为该酶的最适温度，细胞呼吸速率最快。
②温度低于a时，随温度降低，酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
③温度高于a时，随温度升高，酶活性下降，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。
(3)实际应用：
①保鲜：水果、蔬菜等放入冰箱的冷藏室中，可延长保鲜时间。
②促进生长：温室中栽培蔬菜时，夜间适当降低温度，可降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高蔬菜的产量。
2．氧气
(1)影响原理：氧气促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。
(2)曲线分析：
①A点时，氧浓度为零，细胞只进行无氧呼吸。
②氧浓度为0～10%时，随氧浓度的升高，无氧呼吸速率减慢。B点时，有氧呼吸释放的CO2量等于无氧呼吸释放的CO2量；C、D点：横坐标相同，无氧呼吸停止。
③氧浓度在0～20%时，随氧浓度升高，有氧呼吸速率逐渐加快。
④随氧浓度的升高，细胞呼吸速率先减慢后加快，最后趋于稳定。
⑤氧浓度为5%左右时，细胞呼吸强度最弱。
(3)实际应用：
①保鲜：低氧(氧含量5%左右)有利于蔬菜保鲜。
②促进生长：农作物中耕松土可以增加土壤中氧气的含量，促进根部有氧呼吸促进生长。
③防止无氧呼吸：陆生植物长时间水淹，土壤中氧含量降低，植物因无氧呼吸产生的酒精积累而烂根。
④控制呼吸方式：制葡萄酒时，初期进行有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖，发酵时严格控制无氧环境，促进酵母菌的无氧呼吸。
3．二氧化碳
(1)影响原理：CO2是细胞呼吸的终产物，积累过多会抑制细胞呼吸。
(2)曲线分析：
(3)实际应用：
①保鲜：地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
②抑菌：薯片等食品充气保存，可抑制微生物的繁殖。
4．水含量
(1)影响原理：
①各种生化反应需溶解在水中才能进行，自由水含量升高，新陈代谢加快。
②水是有氧呼吸的反应物之一，含水量会影响细胞呼吸的进行。
(2)实际应用：
①抑制细胞呼吸：晒干的种子自由水含量降低，细胞呼吸减慢，更有利于储存。
②促进细胞呼吸：浸泡的种子有利于种子的萌发。
重 难 精 讲
1．内部因素——遗传因素(决定酶的种类和数量)
(1)不同种类的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
(2)同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。
(3)同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。
2．外部因素
影响机理 曲线模型 实践应用
温度 影响呼吸酶的活性：最适温度时，细胞呼吸最强；超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，呼吸受抑制；低于最适温度酶活性下降，呼吸受抑制 ①低温下贮存蔬菜、水果； ②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，以降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量
氧气 氧气作为有氧呼吸的原料而影响细胞呼吸的速率和性质(在O2浓度为零时只进行无氧呼吸；浓度为大于零小于10%时，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为10%以上时，只进行有氧呼吸) 适当降低氧气浓度能够抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，以延长蔬菜、水果的保鲜时间
CO2 浓度 增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释 在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度，可提高保鲜效果
H2O 在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱 将种子风干，以减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，延长作物种子储藏时间
3．应用
[易错警示]
(1)O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为细胞可进行无氧呼吸。
(2)随着O2浓度的增加，无氧呼吸受到抑制，有氧呼吸也因氧气浓度较低而较弱，细胞呼吸的总强度较低；但随着氧气浓度的升高，有氧呼吸逐渐增强，细胞呼吸总强度增大。
(3)从化学平衡的角度分析，高浓度的CO2在一定程度上可以抑制细胞呼吸。
(4)储存种子需要低氧、低温、干燥的环境，储存水果蔬菜需要低氧、零上低温、低湿的环境，以减少有机物的消耗。
精 准 命 题
例5　(2018·湖南衡阳八中月考)甲、乙两图均表示氧浓度对呼吸作用(底物为葡萄糖)的影响，下列相关叙述正确的是(　B　)
A．甲图中，氧浓度为a时只进行无氧呼吸，呼吸产物中有乳酸或酒精
B．甲图中，氧浓度为d时只进行有氧呼吸
C．乙图中，储存种子或水果时，A点对应的氧浓度最适宜
D．根据乙图可知，在C点对应的氧浓度条件下只进行有氧呼吸
[解析]　甲图中氧浓度为a时，只释放CO2，不吸收O2，只进行无氧呼吸，由于无氧呼吸产物中有CO2，因此呼吸产物中有酒精，不会有乳酸，A错误；甲图中氧浓度为d时，CO2释放量与O2吸收量相等，只进行有氧呼吸，B正确；乙图中在C点对应的氧浓度下CO2释放量最少，最适宜储存种子或水果，C错误；根据乙图可知，A～C段，随着氧浓度增大，无氧呼吸在减弱，有氧呼吸在加强，在C点对应氧浓度条件下，无氧呼吸和有氧呼吸都在进行，D错误。
〔对应训练〕
4．(2018·重庆巴蜀中学月考)下列对生产措施或生活中所涉及的细胞呼吸知识的叙述，不正确的是(　C　)
A．提倡慢跑，可防止因无氧呼吸产生乳酸使人体肌肉酸胀乏力
B．用酵母菌发酵生产酒精的过程中，pH发生变化是其死亡率上升的原因之一
C．选用透气性好的“创可贴”，是为保证人体细胞的有氧呼吸
D．作物种子贮藏前需要干燥，主要是通过减少水分以抑制细胞呼吸
[解析]　慢跑过程中肌细胞内氧气供应充足，可避免因无氧呼吸产生大量乳酸使肌肉酸胀；A正确；酵母菌发酵过程中，因有大量二氧化碳的产生，pH会逐渐降低，这是引起酵母菌死亡的原因之一，B正确；选用透气性好的“创可贴”，是为了抑制厌氧菌的生存和繁殖，人体细胞有氧呼吸需要的氧气主要来自组织液，C错误；作物种子在贮藏前需要干燥，使其散失大量自由水，以抑制细胞呼吸，减少有机物消耗，D正确。
5．(2018·四川成都一诊)干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是水是细胞内的良好溶剂，许多生物化学反应需要水的参与，水参与物质运输(至少答出两点)。
(2)种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是水、酒精和CO2。若种子萌发过程缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需；无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括适宜的光照、CO2和无机盐。
[解析]　(1)自由水是细胞内的良好溶剂，许多生物化学反应都需要水的参与，水也参与细胞内物质的运输，所以干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快。(2)由图示可知，种子萌发过程中的12～30 h之间CO2释放量大于O2的吸收量，推断种子同时进行无氧呼吸和有氧呼吸，有氧呼吸的产物为水和CO2，无氧呼吸的产物为酒精和CO2。如果种子萌发过程中缺氧，将导致无氧呼吸速率加快，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，同时无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡。(3)胚芽出土后幼苗能够进行光合作用制造有机物，与种子萌发时相比，正常生长还需要适宜的光照、CO2和无机盐等。
考点三　实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
　
1．实验原理
(1)酵母菌的代谢类型和细胞呼吸方式：
(2)细胞呼吸产物的检测：
产物 试剂 现象(颜色变化)
CO2 澄清的石灰水 变混浊
溴麝香草酚蓝水溶液 蓝色→绿色→黄色
酒精 在酸性条件下橙色的重铬酸钾溶液 橙色→灰绿色
2．实验步骤
(1)配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为5%的葡萄糖溶液，分别装入A、B两锥形瓶中。
(2)如图连接好实验装置：
(3)放置一段时间后观察实验现象。
①观察两组装置中澄清石灰水的变化。
②检测是否有酒精产生：
取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入A、B两支干净的试管中。向两试管中分别滴加酸性重铬酸钾溶液0.5mL，并振荡。观察试管中溶液的颜色变化。
3．实验现象
甲组 乙组
澄清的石灰水 培养液 澄清的石灰水 培养液
现象 变混浊 橙色 变混浊 灰绿色
4．实验结论
重 难 精 讲
1．实验原理
2．实验流程
3．实验中的关键步骤
(1)将装置(甲)连通橡皮球，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过NaOH的锥形瓶，清除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
(2)B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
精 准 命 题
例6　(2018·山西太原一中月考)利用如图1所示的实验装置，测得温度与酵母菌无氧呼吸速率的关系(如图2所示)，下列有关叙述正确的是(　B　)
A．试管中加水的目的是为细胞呼吸提供原料
B．葡萄糖溶液煮沸的目的是除杂菌及排除氧气
C．可用溴麝香草酚蓝水溶液检测有无酒精产生
D．本实验说明25℃为酵母菌无氧呼吸的最适温度
[解析]　试管中加水的主要目的是制造无氧环境及便于统计单位时间内产生的气泡数，A错误；葡萄糖溶液煮沸是为了除杂菌及排除氧气，B正确；溴麝香草酚蓝水溶液用于检测CO2，酸性重铬酸钾溶液用于检测酒精，C错误；据图中数据判断，0～25℃范围内，曲线均呈上升趋势，但25℃以后的实验数据不详，因此无法判断25℃是否为酵母菌无氧呼吸的最适温度，D错误。
〔对应训练〕
6．(2018·太原一模)下列关于探究酵母菌细胞呼吸作用的产物的叙述，正确的是(　C　)
A．如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌只进行有氧呼吸
B．如果产生的气体使溴麝香草酚蓝水溶液变黄色，则酵母菌只进行无氧呼吸
C．无论进行有氧呼吸还是无氧呼吸，酵母菌都能产生CO2
D．酵母菌发酵时不产生气体，但其发酵液能使重铬酸钾变灰绿色
[解析]　澄清石灰水和溴麝香草酚蓝溶液都用于检测CO2，酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，因此产生的气体使澄清的石灰水变混浊，或使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，并不能说明酵母菌的呼吸方式。
7．为研究酵母菌的呼吸方式，某生物小组制作了如图a—f所示装置，下列判断不合理的是(　B　)
A．若a装置液滴不移动，b装置液滴右移，说明酵母菌仅进行无氧呼吸
B．若a装置液滴左移，b装置液滴右移，说明酵母菌仅进行有氧呼吸
C．连接e→c→d，给装置通空气，d中石灰水变混浊，可验证酵母菌进行了有氧呼吸
D．f放置一段时间后，连接f→d，d中石灰水变混浊，可验 证酵母菌进行了无氧呼吸
[解析]　若a装置液滴左移，因呼吸作用产生的CO2被NaOH吸收，故说明酵母菌进行有氧呼吸吸收了O2，b装置液滴右移，说明无氧呼吸产生了CO2，故B项错误。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔高考必背语句〕
1．细胞呼吸：是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。
2．有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
3．无氧呼吸是指细胞不需要氧的参与，通过多种酶的催化作用，将葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，释放少量能量，产生少量ATP的过程。
4．有氧呼吸三个阶段的场所分别是细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜。
5．细胞呼吸的意义是为各种生命活动提供能量，为细胞内各种物质间转化提供中间产物。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2018·全国Ⅲ，5)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是(　C　)
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C．有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D．植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
[解析]　A对：植物体的细胞呼吸在有光或无光条件下都可以进行，氧气充足时进行有氧呼吸，氧气缺少时进行无氧呼吸。B对：在食物链中，输入某一营养级的能量，一部分用于此营养级生物自身的生长、发育和繁殖等生命活动，一部分则通过细胞呼吸以热能的形式散失。C错：有氧呼吸的产物是水和CO2，无氧呼吸的产物是酒精和CO2或者是乳酸。D对：有氧呼吸的三个阶段都有ATP产生，光合作用的光反应阶段有ATP产生。
2．(2018·天津卷，5)为探究酵母菌的呼吸方式，在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中，加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液，密封后在最适温度下培养。培养液中的O2和CO2相对含量变化见下图。有关分析错误的是(　C　)
A．t1→t2，酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B．t3时，培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C．若降低10 ℃培养，O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D．实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
[解析]　A对：t1→t2，培养液中O2相对含量下降，但与0→t1段相比，下降幅度变小，故酵母菌的有氧呼吸速率不断下降。B对：t3时，培养液中O2相对含量比较低，酵母菌主要进行无氧呼吸；t1时，培养液中O2相对含量较高，酵母菌主要进行有氧呼吸。t3时无氧呼吸产生CO2的速率与t1时产生CO2的速率近似相等，相同量的葡萄糖无氧呼吸产生的CO2量比有氧呼吸少，可见t3时培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快。C错：由题意可知，曲线是在最适温度下获得的，若降低10 ℃培养，则呼吸速率下降，O2相对含量达到稳定所需时间会延长。D对：因酵母菌在后期进行了长时间的无氧呼吸，产生了酒精，故实验后的培养液滤液加入适量橙色的酸性重铬酸钾溶液后会变成灰绿色。
3．(2017·海南卷，7)下列有关植物细胞呼吸作用的叙述，正确的是(　C　)
A．分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
B．若细胞既不吸收O2也不放出CO2，说明细胞已停止无氧呼吸
C．适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗
D．利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数不同
[解析]　与成熟组织细胞相比，分生组织细胞代谢旺盛，呼吸速率快，A错误。某些植物组织细胞无氧呼吸产物为乳酸，产生乳酸的无氧呼吸过程，既不吸收O2也不放出CO2，B错误。降低氧气浓度，有氧呼吸减弱，有机物消耗减慢，C正确。利用葡萄糖进行有氧呼吸时，吸收O2与释放CO2的摩尔数相同，D错误。
第三讲　光合作用
考纲要求
1．光合作用的基本过程　Ⅱ
2．影响光合作用速率的环境因素　Ⅱ
3．实验：绿叶中色素的提取和分离
考点一　实验：绿叶中色素的提取和分离
　
1．实验原理：
(1)色素的提取：绿叶中色素溶于有机溶剂无水乙醇，而不溶于水中。
(2)色素的分离：各种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．实验步骤
提取色素
↓
制备滤纸条
↓
画滤液细线
↓
分离色素
↓
观察结果：滤纸条上呈现四条颜色、宽窄不同的色素带
　　
易错整合，判断正误。
(1)利用纸层析法可分离出4种叶绿体色素。(　√　)
(2)乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能。(　×　)
(3)液泡中色素吸收的光能用于光合作用。(　×　)
(4)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。(　×　)
　　
1．为什么要选新鲜的绿色叶片？
[提示]因为获得的滤液中色素含量高。
2．滤纸为什么需预先干燥处理？
[提示]干燥处理的目的是使层析液在滤纸上快速扩散。
3．为什么研磨时要迅速？
[提示]叶绿素不稳定，易被破坏，因此研磨要迅速、充分，以保证提取较多的色素。
4．为什么盛放滤液的试管管口加棉塞？
[提示]防止乙醇挥发和色素氧化。
5．分析滤纸条上色素带宽窄不同的原因。
[提示]不同种类的色素在绿叶中的含量不同，含量多的色素带宽，反之色素带窄。
重 难 精 讲
1．实验流程
步骤 操作要点 说明
提 取 色 素 研 磨 ①无水乙醇：作为提取液，可溶解绿叶中的色素 ②SiO2：使研磨更充分 ③CaCO3：防止研磨时叶绿素受到破坏
过 滤 研磨后并用 单层尼龙布过滤
制备滤 纸条 剪去两角的滤纸条一端1 cm处用铅笔画一条细线 剪去两角以保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形色素带
画滤液 细线 用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线，待滤液干后再画一两次 ①滤液细线要细、直 ②干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同
色素 分离 将适量层析液倒入试管→插入滤纸条→棉塞塞紧试管口
实验 结果 分析
色素种类 色素 颜色 色素 含量 溶解度 扩散 速度
胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快
叶黄素 黄色 较少 较高 较快
叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢
叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢
[易错警示]
(1)从色素带的宽度可推知色素含量的多少。
(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度大小。
(3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
精 准 命 题
例1　(2018·江西临川二中模拟)利用乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)，当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确位置应为(　B　)
[解析]　叶绿体中的色素在滤纸条上的扩散速度不同，在层析液中溶解度大则扩散速度快，溶解度小则扩散速度慢，从而使色素得以分离，滤纸条上的色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，由于混合液中各种色素均有，因此5位置会出现4条色素带，故B正确。
技巧点拨
绿叶中色素提取和分离异常现象分析
收集到的滤液绿色过浅
原因 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分 ②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少 ③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇) ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
原因 ①滤液细线不直；②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
原因 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 ③误用蒸馏水作提取液或层析液，导致无色素带
〔对应训练〕
1．(2018·福建三明九中二检)关于叶绿素提取的叙述，错误的是(　C　)
A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
[解析]　叶绿体中的四种色素包括叶绿素a、叶绿素b，叶黄素和胡萝卜素，它们都溶于无水乙醇，C错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2(石英砂)可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏，故A、B、D正确。
2．(2018·辽宁大连三中期中)下列有关绿叶中色素的提取、分离及功能验证实验，叙述正确的是(　B　)
A．叶绿体色素能够在滤纸上分离开的原因是不同的色素分子大小不同
B．分离色素时要注意不能让层析液没及滤液细线，是为了避免色素进入层析液中
C．将叶绿体色素提取液装入试管，让一束白光穿过该滤液后再经三棱镜对光进行色散，光谱的颜色明显减弱的是绿光
D．提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照和CO2可进行光合作用
[解析]　不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素在滤纸上扩散的速度快，故叶绿体色素能够在滤纸上分离开，A错误；分离色素时不能让层析液没及滤液细线，否则色素会进入层析液中，B正确；叶绿体色素对绿光吸收最少，白光穿过该滤液后再经三棱镜对光进行色散，光谱的颜色明显减弱的是红光和蓝紫光，C错误；光合作用不仅需要多种色素的参与，还需叶绿体中的多种酶，因此仅仅有叶绿素，光合作用无法进行，D错误。
考点二　捕获光能的色素及光合作用发现史中的经典实验
　
1．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)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，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
2．叶绿体的结构和捕获光能的色素
(1)叶绿体
①结构示意图：
②功能：进行光合作用的场所。
(2)色素的种类和功能
色素 功能 滤纸条上位置
叶绿 素 叶绿素a：蓝绿色 吸收 蓝紫光和红光 中下层
叶绿素b：黄绿色 最下层
类胡萝卜素 叶黄素：黄色 吸收 蓝紫光 中上层
胡萝卜素：橙黄色 最上层
巧学妙记：
叶绿体色素的种类和吸收光谱
蓝绿a、黄绿b，吸收红、蓝、紫；叶子黄、胡萝卜橙，吸收蓝紫光。
3．光合作用的探究历程(连线)
　　
易错整合，判断正误。
(1)叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。(　√　)
(2)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多(　×　)
(3)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(　×　)
(4)光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与。(　√　)
(5)没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。(　×　)
　　
1．为什么叶片一般呈现绿色？
[提示]因为叶绿素对绿光吸收很少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。
2．为什么无色透明的大棚中植物的光合效率最高？
[提示]无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。
3．下面是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：
(1)恩格尔实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
(2)两实验均需要进行“黑暗”处理吗？
(3)两实验如何设计对照实验？
[提示](1)选择水绵和好氧细菌．水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)图示的两实验中，只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理，目的是消耗掉细胞中原有的淀粉。
(3)恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
重 难 精 讲
1．叶绿体中的色素
分布 叶绿体类囊体薄膜上
功能 吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)
化学特性 不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法 纸层析法
色素种类 及特点 叶绿素 (约占3/4) 叶绿素a(蓝绿色) 主要吸收红光、蓝紫光
叶绿素b(黄绿色)
类胡萝卜素 (约占1/4) 胡萝卜素(橙黄色) 主要吸收蓝紫光
叶黄素(黄色)
吸收光 谱图示 图示说明 ①阳光经三棱镜折射后形成不同波长和颜色的光 ②折射光透过色素滤液时部分光被吸收 ③色素对红光和蓝紫光吸收较多，使两光区呈现暗带
2．光合作用发现史经典实验
(1)1771年普里斯特利实验
缺点：缺乏对照组(记录时漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件，后来英格豪斯为其纠正)。
(2)1864年萨克斯实验
提前暗处理——消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰
(3)1880年恩格尔曼实验
实验组：极细光束照射处的叶绿体。
对照组：黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。
(4)20世纪30年代鲁宾、卡门实验
实验方法：同位素标记法
相互对照
【注意】在光合作用的发现中，大多数科学家们利用了对照实验，使结果和结论更科学、准确。
(1)萨克斯：自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为颜色变化。
(2)恩格尔曼：自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧菌的分布。
(3)鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质HO与C18O2，因变量为O2的放射性。
(4)普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。
[易错警示]
1．色素与叶片颜色
正常绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3︰1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色
叶色变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄
叶色变红 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色
2．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而类胡萝卜素分子较为稳定，使叶子变黄。
(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。
3．恩格尔曼对叶绿体功能的实验验证的四妙之处
(1)实验材料选得妙：用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。
(2)排除干扰的方法妙：实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常进行。
(3)观测指标设计得妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。
(4)实验对照设计得妙：进行局部光照和完全曝光的对照实验，从而说明实验结果不同是由光照条件不同引起的。
精 准 命 题
考向一　光合作用发现史上的经典实验
例2　(2018·山东聊城一中质检)人们对于光合作用的认识经历了漫长的探索过程，下列有关说法错误的是(　A　)
A．德国科学家梅耶指出植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存在淀粉中
B．萨克斯采用碘蒸气检测淀粉的方法，证明叶片在光下能产生淀粉
C．卡尔文利用同位素标记法探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
D．恩格尔曼用水绵作为实验材料证明了植物进行光合作用的场所是叶绿体
[解析]　梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时把光能转化成化学能储存起来，但并未指出储存于什么物质中，A错误；萨克斯的实验采用了碘蒸气检测淀粉的方法，证明了光合作用的产物有淀粉，B正确；卡尔文用同位素标记法探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，C正确；恩格尔曼用水绵作为实验材料，证明了光合作用的场所是叶绿体，D正确。
考向二　色素及色素的吸收光谱
例3　(2017·全国卷Ⅲ，3)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　)
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]　类胡萝卜素不吸收红光，A错误；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，B正确；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，C正确；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放氧气，D正确。
〔对应训练〕
3．(2018·辽宁五校联考)下表是在适宜条件下测得的某植物叶绿体色素吸收光能的情况，有关分析不正确的是(　B　)
波长/nm 400 450 500 550 600 670 700
吸收光能 百分比(%) 叶绿素a 40 68 5 15 16 40 16
全部色素 75 93 50 35 45 75 35
A．O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比变化基本一致
B．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光时，叶绿体中C3的量会增加
C．该植物缺乏Mg时，叶绿素a吸收光能百分比的减小幅度更大
D．环境温度大幅度降低，该植物对光能的利用能力降低
[解析]　植物进行光合作用时，光反应阶段能吸收光能并产生[H]和ATP，同时释放出氧气，因此在一定范围内，色素吸收利用的光能越多，氧气释放量越大，A正确；当光波长由550 nm转为670 nm时，植物吸收光能的百分比增加，光反应阶段加快，产生的[H]和ATP增多，C3的还原加快，因此叶绿体中C3的含量会减少，B错误；Mg是叶绿素的组成元素，当植物缺乏Mg时，叶绿素a不能合成，因此叶绿素a吸收光能百分比的减小幅度更大，C正确；当环境温度大幅度降低时，与光合作用有关的酶活性降低，植物对光能的利用能力降低，D正确。
4．(2018·湖北三校联考)历经一个多世纪，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物，在下面几个著名实验中，相关叙述不正确的是(　D　)
A．普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气
B．萨克斯的实验可证明光合作用的产物有淀粉
C．恩格尔曼的实验能证明氧气是叶绿体释放出来的
D．卡尔文的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气只来自H2O
[解析]　证明了光合作用产生的氧气只来自H2O的科学家是鲁宾和卡门，卡尔文研究的是暗反应过程中碳的转移途径，D错误。
考点三　光合作用的过程
　
1．概念
指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
2．光合作用的过程
3．反应式(写出反应式并标出元素的去向)
(1)若有机物为(CH2O)：。
(2)若有机物为C6H12O6：。
巧学妙记：光合作用的过程“一、二、三、四”
　　
真题重组，判断正误。
(1)叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中(2017·全国卷Ⅲ，2B)(　√　)
(2)某植物的绿色幼苗在黑暗中变成黄色，这种变化是由环境造成的(2017·全国卷Ⅲ，6B)(　√　)
(3)叶绿体中可进行CO2的固定但不能合成ATP(　×　)
(4)照光培养一段时间的绿藻，用黑布迅速将培养瓶罩上，绿藻细胞的叶绿体内CO2的固定加快(2014·全国卷Ⅰ，2B)(　×　)
　　
1．暗反应所需ATP可以由线粒体提供吗？
[提示]不可以，只能由光反应提供。
2．分析命题热图，明确答题要点
下面是光合作用的图示，请分析：
(1)结构A中发生了怎样的能量转变？
(2)当供给14CO2时，放射性出现的顺序是： 。
(3)如果突然停止光照，短时间内C5的含量将会下降。C5的合成速率将会下降。
[提示](1)光能→ATP中活跃的化学能。
重 难 精 讲
1．光合作用过程图解
以上图解可简化为：
2．光反应与暗反应的比较
过程 光反应 暗反应
根据 区别 必须在光下 有光、无光都可以
条件 光照、叶绿素、酶 多种酶
实质 将光能转化为化学能，并释放出O2 同化CO2，合成有机物
场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质
物质 转化 ①水光解 2H2O4[H]＋O2 ②ATP的合成 ADP＋Pi＋能量 ATP ①CO2固定 CO2＋C52C3 ②C3的还原 2C3(CH2O)＋C5
能量 转化 光能―→活跃的化学能ATP ATP中活跃的化学 能―→(CH2O)等有机物中 稳定的化学能
关系 ①光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供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
3．叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
项目 条件 C3 C5 [H]和ATP (CH2O) 合成量
光照不变 停止CO2供应 减少 增加 增加 减少或没有
光照不变 CO2供应增加 增加 减少 减少 增加
光照不变，CO2供应不 变，(CH2O)运输受阻 增加 减少 增加 减少
停止光照 CO2供应不变 增加 下降 减少或没有 减少或没有
突然光照 CO2供应不变 减少 增加 增加 增加
[易错警示]
辨析光合作用过程
(1)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。
(2)CO2中的C先进入C3(不进入C5)，再进入(CH2O)，可用放射性同位素标记法证明。
(3)若同一植物处在两种不同情况下进行光合作用：
第一种情况是光照10分钟后，黑暗10分钟；第二种情况是光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：前者<后者(暗反应时间长)。
精 准 命 题
例4　(2018·山东师大附中模拟)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为过程)，下列判断错误的是(　D　)
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表示水分的吸收，③表示水的光解
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到具有放射性的18O
D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将迅速下降
[解析]　叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，光合作用能将光能转换成ATP中活跃的化学能，A正确；图中①表示水分的吸收，③表示水的光解，B正确；将O2用18O标记，则其转移途径为18O→HO(有氧呼吸第三阶段)，C6H12O6＋6HO＋6O2→6C18O2＋12H2O,6C18O2＋6H2O→C6HO6＋6O2，故最终在有机物中能检测到放射性，C正确；突然停止光照，则光反应停止，[H]和ATP的含量下降，故在CO2供应充足时，C3被还原的量减少，C3含量将迅速上升，D错误。
技巧点拨
模型法分析光合作用过程中物质的量的变化
[特别提醒]　(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
(2)以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量变化是一致的。
〔对应训练〕
5．(2018·江西重点中学联考)M·Calvin等人研究光合作用时进行了以下实验：在某种绿藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间后从培养液中提取并分析放射性物质。预测实验结果是(　B　)
A．光照时间越长，固定产生的三碳化合物越多
B．光照时间越长，产生的放射性物质的种类越多
C．无论光照时间长短，放射性物质都会分布在叶绿体的类囊体膜上
D．只要给予光照，放射性就会出现在[H]中
[解析]　光合作用的暗反应过程中固定二氧化碳产生的三碳化合物会被还原，A错误；光照时间越长，含有放射性的物质参与的反应越多，产生的放射性物质种类越多，B正确；实验开始后的短时间内，放射性物质应分布在叶绿体的基质中，C错误；[H]是光反应阶段产生的，而二氧化碳是用于暗反应阶段的，D错误。
6．(2018·福建福州三中质检)对某植株作如下处理：(甲)持续光照10 min，(乙)光照5 s再暗处理5 s，连续交替进行20 min。若其他条件相同，则甲、乙两种情况下，植物所制造的有机物总量是(　B　)
A．甲多于乙　 B．甲少于乙
C．两者相等　 D．无法确定
[解析]　光合作用过程分为光反应和暗反应，两者是在不同的酶的作用下独立进行的，但暗反应需要光反应提供ATP和[H]，甲、乙光照时间相同，光反应产物的量相同，但乙组暗反应时间比甲组长，CO2的固定和C3还原充分，光合作用产生的有机物多，故本题选B。
考点四　光合作用速率的影响因素及应用
　)
1．影响光合作用的因素
(1)光合作用强度：
①含义：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
②指标：一定时间内
(2)影响光合作用的环境因素有CO2浓度、水分、光照的长短与强弱及光的成分、温度的高低等。
2．光合作用与化能合成作用的比较
光合作用 化能合成作用
本质 都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量 光能 氧化无机物放出的能量
代表生物 绿色植物 硝化细菌等微生物
　　
易错整合，判断正误。
(1)生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要限制因素是光反应(　√　)
(2)延长光照时间能提高光合作用强度(　×　)
(3)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用(　×　)
(4)停止供水，植物光合速率下降，这是由于水是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质(　√　)
(5)夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低(　×　)
　　
1．夏季连续阴天，大棚中作物提高产量应采取哪些措施？
[提示]白天适当增加光照，夜晚适当降温，可以提高作物产量。
2．光饱和点后，限制光合速率的内部因素主要有哪些？
[提示]色素含量、酶的数量、C5的含量等。
3．说出光照强度、CO2浓度、温度影响光合作用强度的原理。
[提示]光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率；CO2浓度是通过影响暗反应制约光合速率；温度是通过影响酶的活性来影响光合速率。
重 难 精 讲
1．单因子对光合作用速率影响的分析
(1)光照强度
①曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点左移，C点降低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
(2)CO2浓度
①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。
(3)温度
①曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
(4)必需矿质元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物因渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(5)水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
2．多因子对光合作用速率影响的分析
(1)曲线分析：
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增强光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
精 准 命 题
例5　(2018·江西赣州期中)下列各图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示的因素外，其他环境因素均控制在最适范围。下列分析错误的是(　D　)
A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量
B．乙图中d点比c点在相同时间内叶肉细胞中生成C5的速率快
C．M、N点的限制因素主要是光照强度，P点的限制因素主要是温度
D．丙图中，随着温度的继续升高，曲线走势将稳定不变
[解析]　甲图中a点时，光照强度已达到饱和，CO2也是高浓度，其他环境因素最适，因此限制因素可能为叶绿体中酶的数量，A正确；乙图中d点比c点光照强度大，光反应较强，能为暗反应提供更多的[H]和ATP用于还原C3，因此C5生成速率快，B正确；M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度，C正确；温度主要通过影响光合作用有关酶的活性来影响光合速率，故光合作用有最适温度，丙图中，若曲线的终点对应的温度还没有达到最适温度，则随着温度的再升高，曲线走势会先上升再下降，若曲线的终点对应的温度已经达到了最适温度，则随着温度的再升高，曲线走势会下降，D错误。
技巧点拨
解答光合作用相关曲线的基本步骤
明标 即明确横坐标和纵坐标所表示的含义
找点 即找出曲线中的起点、止点、顶点、交点和转折点等关键点。 如光照强度或CO2浓度对光合作用强度影响的曲线中，在光照强度为0时，曲线在纵坐标上对应的点表示细胞呼吸所释放的CO2量或消耗的O2量；曲线在横坐标上的交点为光补偿点，即表示光合作用强度与细胞呼吸强度相同时的光照强度
析线 即找出曲线上升、下降或波动等变化趋势，并找出变化的原因。如夏天一天中的光合作用曲线，往往会呈现“M”型变化，其“午休”效应出现的原因是缺水导致气孔关闭，使得CO2供应不足
找因 在受多种因素影响时，找出曲线的限制因素。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，从而将多因素转变为单一因素，进而确定限制因素
〔对应训练〕
7．(2018·辽宁五校联考)某生物小组利用图1装置在光合作用最适温度(25℃)下培养某植株幼苗，通过测定不同时段密闭玻璃罩内幼苗的O2释放速率来测量光合速率，结果如图2所示，以下说法错误的是(　B　)
A．若用缺镁的完全培养液培养一段时间，光合作用的光反应减弱，暗反应也减弱
B．曲线中t1～t4时段，玻璃罩内CO2浓度最高点和最低点依次是t1和t4
C．t4时补充CO2，此时叶绿体内C3的生成量将增多
D．若t4时玻璃罩内O2的量比t0时增加了128 mg，则此阶段植株积累葡萄糖的量为120 mg
[解析]　若培养液缺镁，则会影响叶绿素的合成，进而影响光反应的进行，而光反应能为暗反应提供ATP和[H]，从而又会影响暗反应的进行，A正确。在t1到t2时段，氧气释放速率为负值，此时二氧化碳浓度还会增加，即在t2时二氧化碳浓度最高，B错误。在t4时补充二氧化碳后，被固定的二氧化碳量增多，使C3生成量增加，C正确。在此时间段中氧气的积累量对应于葡萄糖的积累量，为6 mol O2对应于1 mol葡萄糖，则氧气增加128 mg，葡萄糖的积累量为180×128÷(6×32)＝120(mg)，D正确。
8．如表为某学校兴趣小组探究影响植物光合作用因素所做的实验及结果，据表回答下列有关问题：
容器 植株 光照 部位 光质 光照强 度(klx) 温度 (℃) 容器中O2增加速 率(mL/8小时)
1 天竺葵 叶 红 20 22 120
2 天竺葵 叶 黄 20 22 15
3 天竺葵 根 红 20 22 －10
4 紫罗兰 叶 红 20 22 80
5 紫罗兰 叶 黄 20 22 10
注：假设植株各部位呼吸速率相同。
(1)1号容器天竺葵产氧速率是130 mL/8小时。
(2)据表可知，该探究影响植物光合作用的因素有植物种类、光照部位、光质。
(3)1号容器比2号容器O2增加速率大，只是因为天竺葵吸收红光比黄光多，而不是不同光质下天竺葵

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