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影响光合作用和细胞呼吸的环境因素
新课标 核心素养
1.掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。2.理解影响光合作用的环境因素。3.理解影响细胞呼吸的环境因素。4.通过比较、掌握光合作用与细胞呼吸之间的联系。 1.科学思维——通过观察、搜集，用所学知识分析光合作用原理在生产中的应用。2.科学探究——尝试探究影响动植物细胞呼吸，光合作用的因素等。3.社会责任——关注生活环境，关注环境保护等社会议题。
知识点(一)影响光合作用的环境因素
1．光照强度对光合作用的影响
(1)光照强度比较弱时，光合速率很低。
(2)光照增强，光合速率相应地变大。
(3)当光照强度超过某一定值时，再增大光照强度，光合速率不再增加。
2．CO2浓度对光合作用的影响
(1)CO2是光合作用的原料之一。
(2)在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加。
(3)当CO2浓度达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率不再增加。
3．温度对光合作用的影响
(1)温度影响酶的活性。
(2)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。
(3)高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2进入细胞的量。
4．水和无机盐对光合作用的影响
(1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率。
(2)无机盐能间接影响植物光合速率。
(1)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低(√)
(2)温度较高时光合速率变低的原因主要是酶变性失活(×)
(3)提供适宜浓度的无机盐，能防止植物缺乏症的发生，进而增强光合速率(√)
(4)在我国农业生产实践中，常采用套种方法来提高农作物光合速率(×)
1．(科学思维)CO2浓度对光合作用强度的影响。
(1)根据上图描述CO2浓度对光合作用强度的影响。
提示：在一定范围内，植物光合作用强度随CO2浓度的增加而增强；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合作用强度也不再增强。
(2)分析CO2浓度为A时，对应纵坐标的CO2表现为既不吸收也不释放的原因。
提示：A点时，细胞进行光合作用吸收的CO2量等于细胞呼吸释放的CO2量。
(3)若在B点后适当增加光照强度，曲线会怎样变化？
提示：B点后CO2充足，适当增加光照强度，光合作用强度会增大，曲线会在原曲线上方。
2．(科学思维)试分析温度是如何对光合作用强度产生影响的。
提示：温度影响光合作用强度的实质是通过影响植物体内与光合作用有关的酶的活性，进而影响植物光合作用强度。
3．(社会责任)从光照强度角度考虑，遭遇连续阴雨天气，如何提高温室大棚蔬菜产量？
提示：遭遇连续阴雨天气时，光照强度较弱，适当补充光照可以提高蔬菜产量。
1．下图是某高等绿色植物成熟绿叶组织在某光照强度和适宜温度下，光合作用强度增长速率随CO2浓度变化的情况，下列有关叙述错误的是(　　)
A．D点时，光合作用强度达到最大
B．C点时，适当升高温度后光合作用强度会增强
C．B点时，叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．AB段，限制光合作用强度的主要外界因素是CO2浓度
解析：选B　D点时光合作用强度增长速率为0，光合作用强度达到最大，A正确；由于该曲线是在最适温度下测量的，在C点时，若适当升高温度会使光合作用强度减弱，B错误；B点时，叶肉细胞同时进行光合作用和细胞呼吸，叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，C正确；AB段，限制光合作用强度的主要外界因素是CO2浓度，D正确。
2．下图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙)，以研究光合速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是(　　)
A．在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐减小
B．在b～c段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间
C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
D．因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行细胞呼吸
解析：选C　在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的平均时间变短，表明光合速率逐渐增大；在b～c段，单独增加光照或温度可以缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，但单独增加NaHCO3溶液浓度不能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降；凡是活细胞都能进行细胞呼吸。
[归纳提升]
1．影响光合作用的环境因素
影响光合作用的环境因素主要包括光照强度、CO2浓度、温度和光合作用必需的无机盐等。
(1)光照强度对光合作用的影响(如图)：
①曲线分析
A点：进行光合作用所需的最低光照强度。
B点：光饱和点。
OA段：在光照强度较低时，植物不进行光合作用。
AB段：随着光照强度的逐渐增强，光合速率也相应变大；当光照强度进一步提高时，光合速率的增加幅度逐渐减小。
B点以后：当光照强度超过一定值时，光合速率不再随着光照强度的增加而增加。
②应用：阴雨天适当给温室补充光照，及时对大棚除霜消雾。
(2)光照面积对光合作用的影响(如图)：
①曲线分析
OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。OB段表明干物质量随叶面积增加而增加，BC段由于呼吸量不断增加，干物质积累量不断降低。
②应用
适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。
(3)CO2浓度对光合作用的影响(如图)：
①曲线分析
A点：进行光合作用所需的最低CO2浓度。
B点：CO2饱和点。
AB段：在一定范围内，植物的光合速率随着CO2浓度的增加而增加。
B点以后：当CO2浓度达到一定值时，随着CO2浓度的增加，光合速率不再变化。
②应用：温室中适当提高CO2浓度，如投入干冰等；大田中“正其行，通其风”，多施有机肥以提高CO2浓度。
(4)温度对光合作用的影响(如图)：
①曲线分析：B点表示最适温度，此时光合速率最大，高于或低于此温度，光合速率都会下降，这是因为温度过高或过低都会影响有关酶的活性。
②应用：温室栽培时，白天适当提高温度，夜间适当降低温度。
名师提醒：①一般来说，植物光合作用的最适温度是25～30 ℃。
②低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低；高温下光合速率也降低的原因主要是高温使植物失水过多，导致气孔关闭，减少了进入细胞的CO2量。
(5)叶龄对光合作用的影响(如图)：
①曲线分析
随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。
②应用
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、即可降低其细胞呼吸消耗的有机物。
(6)必需元素的供应对光合作用的影响(如图)：
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大N、P、K等必需元素的供应，可提高光合速率，但当N、P、K等必需元素的浓度超过一定值后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(7)水分对光合作用的影响：
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会因导致叶片气孔关闭，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。
知识点(二)影响细胞呼吸的环境因素
1．呼吸速率
是植物细胞代谢强弱的一个重要指标，常用单位面积或单位重量的植物体在单位时间内所吸收O2或释放CO2的量来表示。
2．温度
主要影响了与细胞呼吸有关的酶的活性。在一定的温度范围内，酶活性因温度的升高而提高，呼吸速率也会增高；到达最高值后，因温度高于酶的最适温度，酶活性降低，因而呼吸速率也随着温度的升高而下降。
3．O2
是细胞进行有氧呼吸的必要条件。在氧浓度较低范围内，植物的呼吸速率随氧浓度的增加而升高，但增至一定程度时，呼吸速率就不再升高了。
4．CO2
是细胞呼吸的最终产物，当CO2体积分数高于5%时，细胞呼吸明显受到抑制。
5．含水量
在一定范围内，细胞呼吸速率随组织含水量的增加而增高。
(1)温度是通过影响酶的活性来影响细胞呼吸的(√)
(2)农田长期水淹后造成的植物烂根与无氧呼吸有关(√)
(3)O2浓度越高，细胞呼吸速率也就越高(×)
(4)人体在剧烈运动时，主要靠无氧呼吸提供能量(×)
1．(科学思维)结合温度影响酶活性的曲线，请绘出温度影响细胞呼吸强度的曲线。
提示：
2．(科学思维)氧气浓度对不同的细胞呼吸方式具有不同的影响效应，结合曲线探究下列问题：
(1)依据曲线，分析不同O2浓度下的细胞呼吸方式。
O2浓度 呼吸方式
O2浓度为0 只进行无氧呼吸
0＜O2浓度＜10% 同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
O2浓度≥10% 只进行有氧呼吸
(2)根据曲线分析O2浓度对有氧呼吸速率和无氧呼吸速率的影响。
提示：①有氧呼吸：在一定范围内，随着O2浓度增加，有氧呼吸速率逐渐增加，但当O2浓度达到一定值时，有氧呼吸速率将不再增加。②无氧呼吸：随着O2浓度增加，无氧呼吸速率逐渐下降。
3．(社会责任)试列举细胞呼吸原理的应用。
提示：
生产或生活实例 应用原理
冰箱保鲜蔬菜 低温抑制酶的活性，降低细胞呼吸对有机物的分解
往包装袋充入氮气进行鲜枣保鲜 充入氮气使氧气含量下降，抑制细胞呼吸对有机物的分解
中耕松土 增加土壤中氧气的含量，增强根细胞的有氧呼吸，促进细胞对无机盐的吸收
用透气的消毒纱布包扎伤口 有氧环境，抑制细菌的繁殖
1．如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，测得CO2释放量和O2吸收量的变化。下列有关此图的分析正确的是(　　)
A．氧浓度为a时，最适于储藏该植物器官
B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍
C．氧浓度为c时，无氧呼吸最弱
D．氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等
解析：选B　以CO2释放量相对值计算，a浓度：O2吸收量为0，只有无氧呼吸；b浓度：有氧呼吸为3，无氧呼吸为(8－3)；c浓度：有氧呼吸为4，无氧呼吸为(6－4)；d浓度：有氧呼吸为7，无氧呼吸为0。由此判断：c浓度最适于储藏；b浓度无氧呼吸消耗葡萄糖为2.5，为有氧呼吸(0.5)的5倍；d点无氧呼吸强度最弱，为0。
2．如图表示大气温度及氧浓度对植物组织内产生CO2的影响，下列相关叙述不正确的是(　　)
A．从图甲可知细胞呼吸最旺盛的温度为B点所对应的温度
B．图甲曲线变化的主要原因是温度影响与细胞呼吸有关的酶的活性
C．图乙中DE段有氧呼吸逐渐减弱，EF段有氧呼吸逐渐增强
D．和D、F点相比，图乙中E点对应的氧浓度更有利于储藏水果和蔬菜
解析：选C　在B点所对应的温度时，细胞呼吸最旺盛，A正确；酶的活性受温度的影响，B正确；随着氧浓度的增加，有氧呼吸逐渐增强，无氧呼吸逐渐减弱，C错误；在E点对应的氧浓度时，细胞呼吸消耗的有机物最少，因此在该氧浓度下更有利于储藏水果和蔬菜，D正确。
[归纳提升]
1．呼吸速率
呼吸速率是指在一定温度下，单位质量的活细胞或组织在单位时间内的CO2释放量或O2消耗量。呼吸速率是研究细胞呼吸的常用指标。
2．影响细胞呼吸的内部因素——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，如旱生植物细胞的呼吸速率小于水生植物，阴生植物细胞的呼吸速率小于阳生植物。
(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，如生殖器官的细胞呼吸速率大于营养器官。
3．影响细胞呼吸的外部因素
因素 影响机理 曲线模型 在实践中的应用
温度 影响呼吸酶的活性：在最适温度时，细胞呼吸速率最大；超过最适温度时，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，呼吸受抑制；低于最适温度时，呼吸酶活性下降，呼吸受抑制 ①低温下储存蔬菜、水果；②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间和阴天适当降温，以减少有机物的消耗，从而提高蔬果产量；③温水和面发 得快
氧气 氧气作为有氧呼吸的原料而影响细胞呼吸的速率和方式。在O2浓度为零时，细胞只进行无氧呼吸；O2浓度大于零且小于10%时，细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；O2浓度为10%以上时，细胞只进行有氧呼吸 ①中耕松土促进根部细胞有氧呼吸；②无氧呼吸过程需要严格控制无氧环境；③在蔬菜和水果的保鲜中，适当降低氧气浓度并增加CO2的浓度(或充入N2)可抑制细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，延长保鲜时间
CO2浓度 增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用
H2O 在一定范围内，细胞呼吸强度随细胞含水量的增加而加强，随细胞含水量的减少而减弱 ①粮食收仓前要进行晾晒处理；②种子萌发前进行浸泡处理
知识点(三)光合作用和细胞呼吸原理的应用
1．增加光照面积、延长光照时间等可以充分利用光能。
2．适当增强细胞呼吸可以促进作物的生长发育。
3．在储藏果蔬时，一般采用适当降低温度或氧浓度的方法，抑制细胞呼吸，以减少有机物的消耗。
(1)在水稻生产中，采用露田或晒田等措施，就是为了改善土壤通氧条件(√)
(2)储藏果蔬一般是提供无氧条件(×)
(3)细胞呼吸越强越不利于有机物的积累(×)
1．(科学思维)夏季中午，光照强、温度高，但植物的光合作用强度反而减弱，原因是什么？
提示：光照过强、温度高→气孔关闭→CO2供应不足→光合作用强度减弱。
2．(社会责任)大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。
提示：有机肥被微生物分解产生无机盐和CO2，无机盐被植物吸收利用，CO2能增大棚内的CO2浓度，提高作物的光合速率。
3．(社会责任)从温度方面考虑，如何能有效提高大棚蔬菜的产量？
提示：白天适当提高温度，保证光合速率较大；晚上适当降低温度，来适当降低蔬菜呼吸速率，从而保证有机物积累较多，提高蔬菜的产量。
1．如何使作物最大限度地利用太阳光能进行光合作用，是现代化农业生产中提高作物产量的根本问题。下列措施不能有效提高光能利用效率的是(　　)
A．阴雨天气提高温室中的CO2浓度
B．将玉米与大豆混合种植
C．为农作物补充镁元素，保证叶绿素的含量
D．合理灌溉，使植株保持挺拔
解析：选A　阴雨天气，光照强度减弱，这种情况下补充CO2达不到提高光能利用率的目的；玉米与大豆套种可以充分利用光能，进而达到提高光能利用率的目的；充足的叶绿素可以保证对光的最大吸收；植株挺拔，叶片充分展开，有利于对光的吸收。
2．细胞呼吸的原理广泛应用于生产实践中，下列分析错误的是(　　)
A．种子贮存时应先晒干，降低其自由水的含量，从而降低细胞呼吸强度
B．应用乳酸菌制作酸奶，应先通气，后密封，有利于乳酸菌发酵
C．水果保鲜可用低温法，降低酶的活性，降低细胞呼吸强度
D．栽种庄稼，要多疏松土壤，提高根细胞的呼吸强度，有利于吸收K＋等生长所需元素
解析：选B　种子贮存时应先晒干，以降低其自由水的含量，从而降低细胞呼吸强度；应用乳酸菌制作酸奶，由于乳酸菌是厌氧菌，因此无氧、密封有利于乳酸菌发酵；水果保鲜可用低温法，以降低酶的活性，从而降低细胞呼吸强度；栽种庄稼时要多疏松土壤，以提高根细胞的呼吸强度，有利于吸收K＋等生长所需元素。
[归纳提升]
农业生产中提高光能利用率的主要途径：延长光照时间、增加光照面积和提高光合作用效率等。
(1)大田中：采取套种、合理密植等措施可使植物充分吸收阳光以达到增产的目的。
(2)大棚中：采取适当延长光照时间、提高CO2浓度和温度等措施以提高光合作用效率。
(3)给作物补充适宜浓度的无机盐，如施用含N、P、K、Mn、Zn等元素的肥料，提高作物的光合作用效率。
[学习小结]
　　　　
1．下图表示在一定范围内，不同环境因素与水稻叶片光合作用强度的关系，对其描述错误的是(　　)
A．如果横坐标是CO2含量，则a为红光，b为白光
B．如果横坐标是CO2含量，则a为强光，b为弱光
C．如果横坐标是光照强度，则a的CO2含量较高，b的CO2含量较低
D．如果横坐标是光照强度，则a的温度较适宜，b的温度较低
解析：选A　如果横坐标是CO2含量，则相同的CO2含量时，植物对白光的吸收值大于红光，因此光合作用强度较大，即a为白光，b为红光。
2．稻田长期不排水，可造成水稻幼根腐烂，主要原因是(　　)
A．水稻无法进行光合作用
B．必需的营养物质严重缺乏
C．有氧呼吸产生的热能无法散失
D．无氧呼吸的产物对根产生毒害作用
解析：选D　稻田长期不排水，水稻幼根进行无氧呼吸生成CO2和酒精，酒精对根产生毒害作用导致植物幼根腐烂。
3.右图为温度对某植物细胞呼吸速率影响的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．a～b段，温度升高促进了线粒体内的葡萄糖分解过程
B．b～c段，与细胞呼吸有关的酶发生热变性的速率加快
C．b点时，氧与葡萄糖中的碳结合生成的二氧化碳最多
D．c点时，细胞呼吸产生的绝大部分能量储存在ATP中
解析：选B　葡萄糖分解发生在细胞质基质而不是线粒体；b～c段温度上升，呼吸速率迅速下降，说明酶发生热变性的速率加快；氧气与[H]反应生成水，不生成二氧化碳；细胞呼吸产生的绝大部分能量以热能形式散失。
4．光照增强，光合作用增强。但在光照最强的夏季中午，由于气孔关闭，光合作用强度反而减弱。主要原因是(　　)
A．暗反应过程中二氧化碳吸收不足，C3产生得太少
B．夏季气温太高，酶活性降低
C．夏季光照太强，叶绿素分解
D．水分蒸腾散失太多，光反应产生的ATP和NADPH少
解析：选A　夏季中午由于光照过强，植物为了防止蒸腾作用散失过多的水分，气孔关闭，导致暗反应中二氧化碳固定减少，生成的C3太少，A正确；夏季一天中气温最高的时间是下午14点左右，与光合速率在中午12点下降不符，B错误；光照过强不会引起叶绿素分解，并且中午过后光合速率又不断恢复，如果叶绿素分解，将会造成不可逆的损伤，光合速率不会恢复，C错误；中午光照最强，因此光反应产生的ATP和NADPH应该较多，D错误。
5．在大棚栽培蔬菜过程中，不能提高光合作用强度的措施是(　　)
A．适当降低夜间温度　　　 B．适时通风透气
C．适时增施有机肥 D．适当提高光照强度
解析：选A　本题考查的是提高光合作用强度的措施。提高光合作用强度的措施有适时通风透气、适时增施有机肥、适当提高光照强度，B、C、D不符合题意；而适当降低夜间温度不能提高光合作用强度，A符合题意。
6．下图表示某植物在不同温度下的光合速率和呼吸速率。下列有关分析中正确的是(　　)
A．25 ℃时光合速率最大
B．35 ℃时仍能积累有机物
C．32 ℃时光合速率等于呼吸速率
D．35 ℃时呼吸速率最大
解析：选B　25 ℃时，植物的净光合速率最大，不代表总光合速率最大，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，从图中可以看出30 ℃和35 ℃时的光合速率均大于25 ℃时的，A错误；35 ℃时，植物的净光合速率为3.00 mg/h，因此仍能积累有机物，B正确；32 ℃时，净光合速率等于呼吸速率，则光合速率是呼吸速率的两倍，C错误；仅由题图无法判断35 ℃之后的呼吸速率大小，故无法得出35 ℃时呼吸速率最大，D错误。
对应学生用书P76
题型1　光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP含量的变化可以采用下图分析：
条件 C3含量 C5含量 [H]和ATP含量 (CH2O)合成量 模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少或没有 减少甚至停止
光照由弱到强，CO2供应不变 减少 增加 增加 增加
光照不变，CO2由充足到不足 减少 增加 增加 减少甚至停止
光照不变，CO2由不足到充足 增加 减少 减少 增加
1．将单细胞绿藻置于25 ℃、适宜的光照及充足的CO2条件下培养，经过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内C3的含量突然上升，这主要是由于(　　)
A．暗反应停止，不能形成NADPH和ATP
B．暗反应仍进行，C3继续形成C5
C．光反应仍能形成NADPH和ATP，促进了C3的形成并得到积累
D．光反应停止，不能形成NADPH和ATP，C3不能被还原，积累了C3
解析：选D　停止光照则光反应不能进行，不能形成ATP和NADPH，从而使C3的还原停止，所以C3的含量升高。
2.右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的改变而变化的情况，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　突然停止光照，光反应产生的NADPH和ATP减少，被还原的C3减少，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将增加，C5的相对含量将减少；突然增加CO2浓度，CO2被C5固定形成C3的量增加，消耗的C5量增加，C3还原速率不变，植物细胞内C3相对含量增加，C5相对含量减少；降低环境温度，CO2固定速率和C3还原速率均下降，C5的相对含量不会大幅度地增加；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。
题型2　单因子和多因子对光合作用的影响
1．单因子变量对光合速率的影响
(1)光照强度(如下图)：
①曲线分析
　
　
B点后
②应用：a.大棚种植时，适当增强光照强度，提高光合速率，积累更多的有机物；b.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。
(2)CO2浓度：
①曲线分析
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′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，提高光合速率。
(3)温度：
①曲线分析：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。
②应用：冬季，温室栽培白天可适当提高温度，增大光合速率，提高产量。晚上可适当降低温度，以减少细胞呼吸消耗的有机物。
2．多因子变量对光合速率的影响
(1)曲线分析：
P点之前：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点之后：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度，以提高光合速率。
3.右图表示某植物的一个叶肉细胞及其相关生理过程示意图，下列说法中错误的是(　　)
A．图中的叶肉细胞呼吸释放的CO2量大于光合作用固定的CO2量
B．M中NADPH的运动方向是从叶绿体的类囊体到叶绿体的基质
C．M、N既能进行DNA复制又能产生ATP　
D．真核细胞中都含有M、N，原核细胞中都不含M、N
解析：选D　图中的叶肉细胞呼吸释放的CO2量大于光合作用固定的CO2量；叶绿体中NADPH的运动方向是由叶绿体的类囊体膜(光反应场所)到叶绿体的基质(暗反应场所)；线粒体和叶绿体中含有DNA，既能进行DNA复制又能产生ATP；蛔虫细胞中不含线粒体(N)，叶绿体只分布在植物的绿色细胞中，根细胞中没有叶绿体(M)。
4．下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况。除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析正确的是(　　)
A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
B．乙图中c点与d点相比，相同时间内叶肉细胞中C3的消耗量多
C．图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度和光照强度
D．丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
解析：选A　甲图中a点时光合速率不再增大，限制因素可能是叶绿体中色素的含量，A正确；乙图中c点与d点相比，相同时间内叶肉细胞中C3的消耗量少，B错误；图中M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度和温度，C错误；丙图中，随着温度的升高，光合速率提高，超过一定范围，光合速率将下降，D错误。
题型3　光合作用和细胞呼吸的综合分析
正确分析与光合作用和细胞呼吸有关的综合题
此类题多以物质变化过程图或曲线图来考查光合作用和细胞呼吸的联系。
(1)理清细胞呼吸、光合作用过程中的物质联系和能量联系。
①物质联系
C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2
O：H2OO2H2OCO2暗反应,(CH2O)
H：H2O[H](CH2O)[H]H2O
②能量联系
光能ATP中的化学能(CH2O)中的化学能
可归纳为
(2)通过曲线图识别光合强度、呼吸强度大小，理清细胞模式图中各气体进出的含义。
①A点：只有细胞呼吸，如图甲所示；
②AB段(不包括A、B两点)：呼吸强度＞光合强度，如图乙所示；
③B点：呼吸强度＝光合强度，如图丙所示；
④BC段(B点以后)：呼吸强度＜光合强度，如图丁所示。
5．下图是生物体内能量供应及利用的示意图，下列说法错误的是(　　)
A．A过程一定伴随O2的释放，D过程不需要O2的直接参与
B．A过程产生的ATP可用于B过程中C3的还原
C．A、C中合成ATP所需的能量来源不相同
D．C过程葡萄糖中的化学能全部转移到ATP中
解析：选D　根据题图所示，A是光合作用的光反应，产物有O2、ATP和NADPH，其中ATP和NADPH可以参与B暗反应中C3的还原，D是ATP的水解过程，不需要O2的直接参与，A、B正确；A(光合作用光反应阶段)产生的ATP的能量来源是光能，C的能量来源是细胞呼吸中有机物分解释放的一部分能量，C正确；细胞呼吸C过程葡萄糖中的化学能只有少部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失，D错误。
6．下图表示高等植物细胞的两个重要生理过程中C、H、O的变化，某同学在分析时，做出了相关判断，你认为判断有误的是(　　)
A．甲为光合作用，乙为有氧呼吸
B．甲中的H2O在类囊体膜上被消耗，乙中H2O的消耗与产生都在线粒体中
C．甲和乙过程中都有还原性物质的产生与消耗
D．甲过程全在叶绿体中进行，乙过程全在线粒体中进行
解析：选D　甲是将CO2和H2O合成有机物的过程，为光合作用；乙是将有机物分解为无机物的过程，为有氧呼吸。有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，第二、三阶段是在线粒体中进行的。
题型4　光合速率与呼吸速率的测定装置
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，保证容器内CO2浓度的恒定。
2．测定原理
(1)甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
(2)乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
名师提醒：绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸，在光下测定植物的光合速率时，实际测得的数值应为光合作用与细胞呼吸的差值。即真光合速率(总光合速率或实际光合速率)＝净光合速率(表观光合速率)＋呼吸速率。
(1)相关曲线：
(2)表示方法：
真光合速率 O2产生(生成)速率 CO2的固定速率 有机物产生(制造、生成)速率
净光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率(黑暗中测得) O2吸收速率 CO2释放速率 有机物消耗速率
7．下图为某研究小组测定光照强度对植物光合作用影响的实验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间，然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙述，正确的是(　　)
A．温度、CO2浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量
B．CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定
C．如果有色液滴向右移动，说明该植物不进行光合作用
D．如果有色液滴向左移动，说明该植物不进行光合作用
解析：选B　依题意可知，该实验的目的是探究光照强度对植物光合作用的影响，自变量是光照强度，因变量是光合作用强度，有色液滴的移动距离作为观测的指标，温度、CO2浓度等都是无关变量；CO2缓冲液的作用是维持容器中CO2浓度的稳定；有色液滴移动的距离是由装置内O2的变化量引起的，如果有色液滴向右移动，说明光合作用释放的氧气量大于细胞呼吸吸收的氧气量；如果有色液滴向左移动，说明光合作用释放的氧气量小于细胞呼吸吸收的氧气量。
8．将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内(如图1)，在室内调温25 ℃，给予恒定适宜的光照60 min，然后遮光处理60 min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化，得到图2曲线。
(1)若要获得小麦的真正光合速率，________(填“需要”或“不需要”)另设对照组。0～60 min小麦的真正光合速率为________ μmol CO2/(L·h)。
(2)实验10 min时，小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是________________
________________________________________________________。
在停止光照的瞬间，叶绿体内C3的含量________。
解析：(1)前60 min测定净光合速率，后60 min测定呼吸速率，不必另设对照组。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(2 000－800)＋(1 200－800)＝1 600 μmol CO2/(L·h)。(2)光合作用旺盛，叶绿体需要较多CO2，其来源为线粒体供给和胞外吸收。停止光照，叶绿体内缺少NADPH和ATP，不能进行还原C3的过程，C3生成仍在继续，故C3含量增加。
答案：(1)不需要　1 600　(2)线粒体供给和胞外吸收　增多(或升高)
题型5　光合作用与细胞呼吸曲线中“关键点”的移动
1．曲线中补偿点和饱和点的移动规律
(1)含义：CO2(或光)补偿点与饱和点的移动方向一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。
(2)规律：
①呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
③阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
(3)实例：
①若植物体缺Mg，则对应的B点将向右移。
②已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别是25 ℃和30 ℃，则温度由25 ℃上升到30 ℃时，对应的A点、B点、D点将下移、右移、左下移。
③若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的B点、C点将分别向左移、左移。
④若实验时将光照由自然光改为蓝光，则B点将向右移。
2．曲线上其他点(补偿点之外的点)的移动方向
在外界条件的影响下，通过分析光合速率和呼吸速率的变化，进而对曲线上某一点的纵、横坐标进行具体分析，确定横坐标左移或右移，纵坐标上移或下移，最后得到该点的移动方向。
9．如图为植物光合作用强度随光照强度变化的坐标图，下列叙述中不正确的是(　　)
A．a点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B．b点植物的光合作用强度与细胞呼吸强度相等
C．当植物缺镁时，b点将右移
D．已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如果该图表示该植物处于25 ℃环境中，则将温度提高到30 ℃时，a点上移，b点左移
解析：选D　a点时光照强度为0，植物叶肉细胞只进行细胞呼吸，故产生ATP的细胞器只有线粒体，A项正确；b点时O2释放量为0，说明此时植物的光合作用强度和细胞呼吸强度相等，B项正确；当植物缺镁时，叶绿素的合成受到影响，光合作用减弱，b点要增加光照强度，才能保证此时的光合作用强度等于细胞呼吸强度，故b点将向右移，C项正确；已知该植物在25 ℃时光合作用强度最强，在30 ℃时细胞呼吸强度最强，如果将温度从25 ℃提高到30 ℃，细胞呼吸强度增加，光合作用强度下降，则a点将上移，b点将右移，D项错误。
10．已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。下图表示该植物在25 ℃时光合作用强度与光照强度的关系。若将温度提高到30 ℃的条件下(其他条件不变)，从理论上讲，图中相应点的移动应该是(　　)
A．a点上移，b点左移，m点上移
B．a点不移，b点左移，m点不移
C．a点下移，b点右移，m点下移
D．a点下移，b点不移，m点上移
解析：选C　温度由25 ℃升高到30 ℃，对于细胞呼吸而言，达到最适温度，呼吸速率增大；对于光合作用而言，超过最适温度，光合速率下降。因此，a点因细胞呼吸加强而往下移；b点为光补偿点，一方面细胞呼吸加强，需较强的光照强度才能产生与细胞呼吸消耗量相当的有机物，另一方面光合速率下降，产生有机物的速率也下降，也需较强的光照强度才能产生与原来等量的有机物，所以b点右移；因温度超过光合作用最适温度，酶活性下降，光合作用强度降低，m点下移，故选C。
题型6　自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线的分析
1．自然环境中一昼夜植物光合作用的曲线
(1)曲线中各点的含义及形成原因分析：
a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少；
b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用；
bc段(不含b、c点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度；
c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度；
ce段(不含c、e点)：光合作用强度大于细胞呼吸强度；
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象；
e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度；
ef段(不含e、f点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度；
fg段：太阳落山，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
(2)曲线归纳：
①开始进行光合作用的点：b。
②光合作用与细胞呼吸相等的点：c、e。
③开始积累有机物的点：c。
④有机物积累量最大的点：e。
2．密闭容器中一昼夜植物光合作用的曲线
(1)曲线中各点的含义及形成原因分析：
AB段：无光照，植物只进行细胞呼吸。
BC段：温度降低，细胞呼吸减弱。
CD段：大约4时后，光照微弱，植物开始进行光合作用，但光合作用强度<细胞呼吸强度。
D点：随光照增强，光合作用强度＝细胞呼吸强度。
DH段：光照继续增强，光合作用强度>细胞呼吸强度。FG段表示“午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，到H点时光合作用强度＝细胞呼吸强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度<细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。
(2)曲线归纳：
①光合作用强度与细胞呼吸强度相等的点：D、H。
②该植物一昼夜表现为生长，其原因是I点CO2浓度低于A点CO2浓度，说明经过一昼夜后密闭容器中CO2浓度减小，即植物光合作用强度>细胞呼吸强度，植物表现为生长。
11．下图表示夏季晴天某植物放在密闭透明玻璃罩内一昼夜CO2浓度变化的曲线(实线)，据图分析下列叙述正确的是(　　)
A．H点时，植物产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体
B．光合作用是从D点开始的，因为D点后CO2浓度开始下降
C．E点时，植物的光合速率与呼吸速率相同
D．经过一昼夜该植物的干重有所增加
解析：选D　由题图分析可知，H点是CO2浓度变化曲线的拐点，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，植物体内产生ATP的场所应是细胞质基质和线粒体、叶绿体，A错误；D点时光合作用强度等于细胞呼吸强度，说明光合作用在D点前就已开始，B错误；图中D、H点代表光合作用强度等于细胞呼吸强度，E点代表此时玻璃罩内CO2的浓度与起始相同，植物体内的有机物积累量为0，C错误；与初始相比，一昼夜内玻璃罩中CO2浓度下降，说明一昼夜内该植物体内有机物有积累，植物的干重有所增加，D正确。
12．夏季晴朗的一天，甲、乙两株不同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A．甲植株在a点开始进行光合作用
B．乙植株在e点有机物积累量最多
C．曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D．两曲线b～d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
解析：选D　图中甲植株光合作用开始的点在a点之前，即CO2吸收速率开始变化的点，A错误；图中乙植株6～18时有机物一直在积累，18时植物体内有机物积累量最大，B错误；曲线b～c段下降的原因是光照过强，气孔关闭，叶片吸收的CO2少，d～e段下降的原因是光照强度减弱，C错误；甲植株没有出现光合“午休”现象，可能原因是气孔无法关闭，D正确。
1．如图表示光照、储藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。下列有关叙述错误的是(　　)
A．番茄果实细胞产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质
B．光照对番茄果实呼吸的抑制作用8 ℃时比15 ℃时更强
C．低温、黑暗条件下更有利于储存番茄果实
D．储藏温度下降时果实呼吸减弱，可能与细胞内酶活性的降低有关
解析：选C　番茄果实细胞有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2，有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中产生CO2，无氧呼吸在细胞质基质中产生CO2，A正确；分别计算“8 ℃时光照条件下呼吸强度比黑暗条件下呼吸强度的减少量占黑暗条件下呼吸强度的百分比”与“15 ℃时光照条件下呼吸强度比黑暗条件下呼吸强度的减少量占黑暗条件下呼吸强度的百分比”，进行比较可知，B正确；图示信息表明，光照条件下细胞呼吸比黑暗条件下细胞呼吸弱，所以光照条件下更有利于番茄果实的储存，C错误；温度降低会使与细胞呼吸有关的酶的活性降低，导致细胞呼吸减弱，D正确。
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，得到的实验结果如下图所示。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b～c时，曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
解析：选D　曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同，因此光照强度为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，A正确；曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同，因此光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同，B正确；由曲线图可知，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，C正确；光照强度为b～c时，曲线Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而缓慢升高，直至不再变化，但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化，D错误。
3．下图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培的小麦，如果突然将c降至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中的相对含量变化将会是(　　)
A．a上升、b下降 B．a、b都上升
C．a、b都下降 D．a下降、b上升
解析：选B　图中a、b是ATP和NADPH，c是CO2，当c的含量降低，则C3的生成速率降低，ATP和NADPH的消耗减少，所以a、b含量都上升。
4.右图表示将某植物放在不同CO2浓度环境条件下，其光合速率受光照强度影响的变化曲线。a、b、c三点所对应的叶肉细胞中C3含量由高到低的顺序是(　　)
A．a＞b＞c B．a＜b＜c
C．a＞b＝c D．a＝b＜c
解析：选A　a点与b点所处环境中CO2的浓度高于c点；a点与b点的CO2浓度相同，但a点的光照强度比b点低，被还原的C3少；b点与c点光照强度是相同的，但b点的CO2浓度高于c点，所以b点产生的C3要远高于c点。
5．下图中图1表示的是八月份某一晴天，一昼夜棉花植株CO2的吸收和释放曲线；图2表示棉花叶肉细胞中两种细胞器的四种生理活动状态。则图1中时间a、b、c、d依次发生了图2所示的哪项生理活动(　　)
A．(1)(2)(3)(4) B．(3)(2)(4)(1)
C．(3)(4)(1)(2) D．(4)(3)(2)(1)
解析：选D　图1曲线中横坐标以上都是光合速率大于呼吸速率，横坐标以下是光合速率小于呼吸速率或只有细胞呼吸，曲线与横坐标的交点处都是光合速率等于呼吸速率。图2中(1)表示光合速率大于呼吸速率，对应图1中d、e、f点；图2中(2)表示光合速率等于呼吸速率，对应图1中c、g点；图2中(3)表示光合速率小于呼吸速率，对应图1中b点；图2中(4)表示只有细胞呼吸，对应图1中a、h点。
6．将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得的实验结果如下图所示。下列有关说法错误的是(　　)
A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后
B．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高
C．图甲中的F点对应图乙中的g点
D．经过一昼夜，植物体内的有机物含量会增加
解析：选C　图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后，C点、F点时，光合速率与呼吸速率相等；图乙中的d点对应图甲中的C点，此时玻璃罩内的CO2浓度最高；图甲中的F点对应图乙中的h点；从图甲中G点在虚线之下或从图乙中曲线与横坐标轴围成的面积可以看出，经过一昼夜，植物体内的有机物含量增加了。
7．将银边天竺葵(其叶片如图1所示)放在黑暗中两天后，如图2所示，处理枝条上的一片叶(Z处使用不透光的黑纸两面遮光)。然后将整株植物置于阳光下4 h，取该叶片经酒精脱色处理后，滴加碘液显色，下列有关该实验结果和现象的描述正确的是(　　)
A．叶片置于黑暗中两天的目的是使叶片脱色
B．要研究叶绿素对光合作用的影响，实验组和对照组分别是Y和W部位
C．X和Y两部分显色结果对照，能证明光合作用是否需要水
D．显色后X为蓝色，Y和Z为棕黄色(碘液的颜色)
解析：选D　黑暗处理是为了消耗掉叶片中原有的淀粉，防止对实验结果产生干扰；要研究叶绿素对光合作用的影响，实验组应为X部位，对照组为W部位；X、Y两部分显色结果对照，证明光合作用需要CO2；X处能进行光合作用产生淀粉，而Y、Z处不能进行光合作用，无淀粉产生，因此显色后X处为蓝色，Y、Z处为棕黄色。
8．在自然界中，洪水、灌溉不均匀等因素易使植株根系供氧不足，造成“低氧胁迫”。不同植物品种对“低氧胁迫”的耐受能力不同。研究人员采用无土栽培的方法，研究了“低氧胁迫”对两个黄瓜品种(A、B)根系细胞呼吸的影响，测得第6天时根系细胞中丙酮酸和乙醇的含量，结果如表所示。请回答：
实验处理 正常通气，品种A 正常通气，品种B 低氧，品种A 低氧，品种B
丙酮酸(μmol·g—1) 0.18 0.19 0.21 0.34
乙醇(μmol·g—1) 2.45 2.49 6.00 4.00
(1)黄瓜根系细胞中丙酮酸转变为乙醇的场所是________________，此过程________(填“能”或“不能”)生成ATP。
(2)该实验的自变量是_____________________________________________________。
实验结果表明，品种A耐低氧能力比品种B______(填“强”或“弱”)。
(3)松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。请写出农田松土对农作物或环境可能的影响________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
___________________________________________________________。(至少写出三点)
解析：(1)黄瓜细胞中丙酮酸转变为乙醇的过程属于无氧呼吸第二阶段，发生在细胞质基质，该过程不能产生ATP。(2)该实验的自变量是通气量(或通入氧气量)和黄瓜品种；与品种B相比，品种A的丙酮酸增加较少而乙醇增加较多，说明品种A耐低氧能力比品种B强。
答案：(1)细胞质基质　不能　(2)通气量(或通入氧气量)和黄瓜品种　强　(3)促进根细胞有氧呼吸，有利于农作物生长；除去杂草，有利于农作物生长；促进植物生长，多利用CO2，缓解温室效应；避免根进行无氧呼吸产生酒精造成伤害；松土有利于土壤需氧微生物分解作用产生更多CO2，增加局部CO2浓度；松土不当，破坏植物根系，对农作物造成伤害；松土导致水土流失
9．下图甲为测定光合速率的装置，在密封的试管内放一经消毒的新鲜叶片和CO2缓冲液，试管内气体体积的变化可根据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得。在不同强度的光照条件下，测得的气体体积变化如图乙所示。
(1)标记实验开始时毛细刻度管中红色液滴所在位置。实验时，试管内变化的气体是________。
(2)若此时图甲植物光照强度为15 klx，则1 h光合作用产生的气体量为________ mL。若此时植物叶片的呼吸熵(呼吸时产生的CO2体积和消耗的O2体积比值)为0.8，则植物光合作用除自身呼吸提供的CO2外，植物还需从外界吸收CO2________mL。
(3)为了防止无关因子对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，对照组实验装置与实验组实验装置的区别是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由于试管中存在CO2缓冲液，所以在不同光照强度下，液滴位置改变的实质是O2的消耗和释放。(2)光合作用产生O2的量应包括积累量和叶片消耗量为150＋50＝200(mL)，同时，净产生的O2量等于净消耗的CO2量为200－0.8×50＝160(mL)。(3)设置对照时可将新鲜叶片改为经消毒的死叶片；除叶片本身会影响实验外，环境因素也可能影响实验结果。
答案：(1)O2　(2)200　160　(3)新鲜叶片改为经消毒的死叶片
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29第2课时　酶的特性
新课标 核心素养
1.阐明酶的高效性、专一性和作用条件较温和。2.通过探究“影响酶促反应速率的环境因素”，培养科学探究能力。 1.科学思维——构建温度、pH和底物浓度对酶促反应速率影响的模型。2.科学探究——通过探究酶的特性以及影响酶活性的条件来发展科学探究能力。
知识点(一)酶的特性
酶的特性(连线)
(1)一种酶只能催化一定的反应物发生反应(√)
(2)高温、低温都使酶活性降低，二者的作用实质不同(√)
(3)在测定胃蛋白酶活性时，将溶液的pH由10降到2的过程中，胃蛋白酶的活性将逐渐增强(×)
(4)酶能调节机体内的代谢，增大反应速率(×)
1．(科学思维)过酸、过碱、高温、低温对酶促反应速率的影响一样吗？
提示：不一样，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，温度升高后可恢复活性。
2．(科学思维)加酶洗衣粉在日常生活中经常用到，某加酶洗衣粉的成分中标明含有淀粉酶和蛋白酶，若衣服不小心染上油滴，用上述洗衣粉效果如何，为什么？
提示：效果不好，根据酶的专一性分析，蛋白酶和淀粉酶分解蛋白质和淀粉，而油滴的主要成分是脂肪，上述酶无法将其分解，故效果欠佳。
1．如图表示一个酶促反应，它所能反映的酶的一个特性和a、b、c最可能代表的物质依次是(　　)
A．高效性　蛋白酶　蛋白质　多肽
B．专一性　淀粉酶　淀粉　麦芽糖
C．专一性　麦芽糖酶　麦芽糖　葡萄糖
D．高效性　脂肪酶　脂肪　甘油和脂肪酸
解析：选B　由题可知，a在反应前后形态结构未改变，是酶分子，b是反应物，c是产物。酶的特殊空间结构，使其只能与具有相应结构的反应物结合，这体现了酶的专一性，A、D错误。在a的作用下，b分解为含2个结构单元的小分子，分析B、C两个选项，淀粉是多糖，麦芽糖是二糖，符合图示现象，B正确、C错误。
2．为验证酶的专一性，采用的最佳实验方案是(　　)
选项 等量的反应物 分别加入等量的酶 分别加入等量的试剂
a组 b组
A 麦芽糖 葡萄糖 麦芽糖酶 斐林试剂
B 蔗糖 麦芽糖 蔗糖酶 斐林试剂
C 淀粉 蔗糖 淀粉酶 斐林试剂
D 淀粉 蔗糖 淀粉酶 碘液
解析：选C　A选项中，麦芽糖和葡萄糖都是还原糖，因此使用斐林试剂检测，a、b两组都会有砖红色沉淀生成。B选项中，蔗糖虽然没有还原性，但是被蔗糖酶水解后会有还原糖生成，因此也不合理。C选项中，淀粉和蔗糖都不具有还原性，在淀粉酶的催化下，淀粉水解生成具有还原性的麦芽糖和葡萄糖，因此可用斐林试剂进行检测。D选项中，淀粉可被淀粉酶催化水解，反应完成后，a、b两组都没有淀粉存在，用碘液检测不合理。
[归纳提升]
探究酶的特性的实验
(1)酶具有高效性：
①实验原理：H2O2在Fe3＋或酵母菌产生的过氧化氢酶的催化作用下分解为H2O和O2，反应式为2H2O22H2O＋O2↑。
②实验设计及现象分析
试管编号 体积分数为3%的过氧化氢溶液 实验处理 H2O2分解速率(气泡多少) 点燃的卫生香检测 现象分析
1 3 mL 滴加蒸馏水2滴 很少 不复燃 H2O2自然分解缓慢
2 3 mL 滴加FeCl3溶液2滴 较多 助燃性较强 Fe3＋能催化H2O2分解
3 3 mL 滴加新鲜酵母菌液2滴 很多 助燃性更强 过氧化氢酶能催化H2O2分解，且效率高
名师提醒：在实验中使用的酵母菌液必须是新鲜的，这是因为新鲜酵母菌液中的酶能保持其原有的活性。
③实验结论：酶的催化作用具有高效性，同无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶具有专一性：
①实验原理
用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂检测，根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而验证酶的专一性。
②实验设计
③实验现象：1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管无砖红色沉淀生成。
④实验结论：酶的催化作用具有专一性，淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
名师提醒：(1)实验过程中，要用完全冷却的淀粉溶液，不能用刚煮沸的淀粉溶液，因为温度会影响酶的活性。若用刚煮沸的淀粉溶液进行实验，淀粉酶会因温度过高而失去活性。
(2)该实验中不能用碘液代替斐林试剂，因为碘液只能使淀粉变蓝，而与还原糖没有特殊的颜色反应，不能检验蔗糖是否被淀粉酶水解。
知识点(二)酶的活性及影响因素
1．酶活性
(1)概念：酶催化生化反应的能力。
(2)主要影响因素：温度、pH等。
2．酶催化作用的效率：通过酶催化生化反应的速率来衡量。
3．温度和pH对酶活性的影响
酶活性 条件
温度 pH
最高 最适 最适
失活 过高 过酸或过碱
对应曲线
4．温度和pH共同作用对酶活性的影响
(1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。
(1)如果以淀粉为底物，以淀粉酶为催化剂探究温度影响酶活性的实验，则酶促反应的速率既可以用淀粉的分解速率表示，也可以用淀粉水解产物的生成速率表示(√)
(2)pH影响酶活性的实验中实验材料不选择淀粉，原因是酸能促进淀粉水解(√)
(3)探究酶的最适pH，需要在酶的最适温度条件下进行(√)
(4)酶应该在最适温度下保存(×)
(5)酶活性与反应体系中的酶浓度和底物浓度无关(×)
1．(科学思维)酶浓度和底物浓度对反应速率的影响和温度、pH对反应速率的影响，本质上有什么不同？
提示：温度、pH通过影响酶活性影响反应速率；酶浓度、底物浓度通过影响酶与底物的接触面积影响酶促反应速率。
2．(科学思维)底物浓度影响酶促反应速率的曲线中，当底物达到一定浓度后，酶促反应速率不再增加，其原因是什么？
提示：受酶浓度或酶数量的限制。
1．探究温度对酶活性的影响，最合理的实验步骤是(　　)
①取3支试管编号，各注入2 mL可溶性淀粉溶液；另取3支试管编号，各注入1 mL新鲜的淀粉酶溶液　②将淀粉酶溶液注入相同温度下的可溶性淀粉溶液试管中，维持各自的温度5 min　③向各试管滴两滴碘液，揺匀　④将6支试管分成三组，每组各有一份可溶性淀粉溶液和一份淀粉酶溶液，分别放在60 ℃的温水、沸水和冰水中　⑤观察实验现象
A．①→②→④→③→⑤　 B．①→③→②→④→⑤
C．①→③→④→②→⑤ D．①→④→②→③→⑤
解析：选D　探究温度对酶活性影响的实验，要先分别将淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液处理到所需温度，再混合，最后滴加碘液并观察实验现象。
2．下列有关“探究影响酶促反应速率的环境因素”实验的叙述正确的是(　　)
A．若探究pH对过氧化氢酶活性的影响，则pH是自变量，过氧化氢分解速率是无关变量
B．若探究温度对酶活性的影响，可选择新鲜的酵母菌液和过氧化氢溶液反应
C．若探究温度对淀粉酶活性的影响，应将淀粉溶液与淀粉酶溶液混合后再调控温度
D．若探究温度对淀粉酶活性的影响，不可选择斐林试剂对实验结果进行检测
解析：选D　若探究pH对过氧化氢酶活性的影响，则pH是自变量，过氧化氢分解速率是因变量，A错误；若探究温度对酶活性的影响，不可选择新鲜的酵母菌液和过氧化氢溶液反应，因为过氧化氢本身的分解就受温度的影响，B错误；若探究温度对淀粉酶活性的影响，应先将淀粉溶液与淀粉酶溶液分别控制到相同温度后再混合，C错误；若探究温度对淀粉酶活性的影响，不可选择斐林试剂对实验结果进行检测，因为斐林试剂需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度，D正确。
[归纳提升]
与酶相关的曲线分析
项目 曲线 应用
酶的高效性 ①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高；②酶只能改变反应速率，不改变生成物的量
酶的专一性 ①在反应物S中加入酶A，反应速率较未加入酶时明显加快，说明酶A能催化该反应；②在反应物S中加入酶B，反应速率与未加入酶时相同，说明酶B不催化该反应
酶的活性 ①在一定的温度(pH)范围内，随着温度(pH)升高，酶的催化作用逐渐增强，在最适温度(pH)时，酶的活性最高，超过这一最适温度(pH)，酶的催化作用逐渐减弱；②过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶的空间结构未被破坏，温度升高可恢复其活性
反应物浓度对酶促反应的影响 在其他条件适宜且酶量一定的条件下，酶促反应速率随反应物浓度的增加而加快，当反应物浓度达到一定值时，所有的酶与反应物结合，酶促反应速率达到最大，再增加反应物浓度，酶促反应速率不再上升
酶浓度对酶促反应的影响 在反应物充足且其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比
[学习小结]
　　　　
1.在一块含有淀粉的琼脂块的四个固定位置，分别用不同方法处理，如下图所示，将上述实验装置放入37 ℃恒温箱中，保温处理24小时后，用碘液冲浸该琼脂块，可见1、2、3组出现蓝色斑块，下列有关叙述错误的是(　　)
A．第1、2组说明酶的作用受pH、温度的影响
B．第2组出现蓝色的原因是高温破坏了酶的空间结构
C．第3、4组说明酶具有专一性
D．本实验说明酶的催化效率极高
解析：选D　第1组唾液与酸混合、第2组煮沸唾液均导致唾液淀粉酶因空间结构破坏而失活，与第4组进行对照，可说明酶的作用受pH和温度的影响，A、B正确；第3组变蓝，说明蔗糖酶不能催化淀粉水解，第4组不变蓝说明淀粉被唾液淀粉酶分解了，3、4组对照可说明酶具有专一性，C正确；与无机催化剂相比，酶的催化效率更高，本实验没有用无机催化剂作对照，D错误。
2．纺织工业上的褪浆工序通常有两类：化学法和加酶法。化学法，需要7～9 g/L的NaOH溶液，在70～80 ℃条件下作用12 h，褪浆率仅为50%～60%；而加酶法，用少量细菌淀粉酶在适宜的条件下，只需作用5 min，褪浆率即可达到98%，这一事实说明(　　)
A．酶具有多样性　　　　　 B．酶具有高效性
C．酶具有专一性 D．酶具有稳定性
解析：选B　化学法作用12 h，褪浆率仅为50%～60%，而加酶法仅需5 min，褪浆率能达到98%，可见酶具有高效性。
3．影响酶催化反应速率的因素有温度、反应物浓度、酶的浓度等。下图表示在最适温度下，某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。下列说法正确的是(　　)
A．若在A点增加反应物浓度，反应速率将加快
B．若在C点增加反应物浓度，反应速率将加快
C．若在A点提高反应温度，反应速率会加快
D．若在B点增加酶的浓度，反应速率会减慢
解析：选A　曲线AB段表示随着反应物浓度的增加，反应速率加快，所以在A点增加反应物浓度，反应速率将加快，A正确；曲线BC段表示随反应物浓度的增加，反应速率不变，所以在C点增加反应物浓度，反应速率不变，B错误；本实验是在最适温度条件下进行的，若再提高温度，酶活性会下降，则反应速率降低，C错误；曲线BC段表示随着反应物浓度的增加，反应速率不变，说明此时限制催化速率的因素最有可能是酶的数量，所以B点时，往反应物中加入少量同样的酶，反应速率会加快，D错误。
4．用某种酶进行有关实验的结果如下图所示，下列有关说法错误的是(　　)
A．该酶的最适温度不确定
B．图2和图4能说明该酶一定不是胃蛋白酶
C．由图4实验结果可知酶具有高效性
D．由图3实验结果可知Cl－是酶的激活剂
解析：选C　分析题图1只能说明在这三个温度中，30 ℃比较适宜，温度梯度大，测不出最适温度，A正确；图2显示该酶的最适pH为7，而胃蛋白酶的最适pH为1.5，由
图4可知，该酶为麦芽糖酶，B正确；图4说明酶具有专一性，C错误；图3能说明Cl－是酶的激活剂，Cu2＋是酶的抑制剂，D正确。
5．如图曲线b表示在最适温度、最适pH条件下，反应物浓度与酶促反应速率的关系。据图分析正确的是(　　)
A．增大pH，重复该实验，A、B点位置都不变
B．B点后，升高温度，酶活性增加，将呈现曲线c所示变化
C．酶量增加后，图示反应速率可用曲线a表示
D．反应物浓度是限制曲线AB段反应速率的主要因素
解析：选D　酶发挥作用需要适宜的温度和pH，高于或低于最适值都会降低酶的活性，故增大pH，重复实验，A、B两点均向下移动，A错误；B点后升高温度，酶活性降低，反应速率降低，B错误；酶量增加后，酶促反应速率加快，可以用曲线c表示，C错误；曲线b处于最适温度和pH条件下，实验的自变量是反应物浓度，所以限制曲线AB段反应速率的因素是反应物浓度，D正确。
6．下列关于酶的实验设计，正确的是(　　)
A．用过氧化氢溶液、新鲜的酵母菌液作材料探究温度对酶活性的影响
B．用淀粉、蔗糖、淀粉酶作材料，反应后滴加碘液验证酶的专一性
C．用蛋白酶、蛋白块作实验材料验证蛋白酶能够催化蛋白质分解
D．设置pH为2、7、12的条件，探究pH对胃蛋白酶活性的影响
解析：选C　过氧化氢在高温下易分解，因此一般不用过氧化氢作材料探究温度对酶活性的影响，A错误；用淀粉、蔗糖、淀粉酶作材料，反应后滴加碘液，溶液均不会变蓝，因此不能用于验证酶的专一性，B错误；用蛋白酶、蛋白块作实验材料，可通过观察蛋白块体积的变化验证蛋白酶能够催化蛋白质分解，C正确；胃蛋白酶的最适pH为1.5，所以利用胃蛋白酶来探究pH对酶活性的影响时，pH不能设置成2、7、12，D错误。
1．验证酶的本质
(1)验证酶是蛋白质：
①实验设计思路
实验组：待测酶溶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应。
对照组：标准蛋白质溶液＋双缩脲试剂→紫色反应。
②实验结果分析：通过对照，若实验组出现紫色，证明待测酶的化学本质是蛋白质；若实验组不出现紫色，则该酶的化学本质不是蛋白质。
③实验变量：自变量为待测酶液和标准蛋白质溶液，因变量为是否与双缩脲试剂产生紫色反应。
(2)验证酶是RNA：
①实验设计思路
实验组：待测酶溶液＋派洛宁试剂→是否出现红色。
对照组：标准RNA溶液＋派洛宁试剂→出现红色。
②实验结果分析： 通过对照，若实验组出现红色，证明待测酶的化学本质是RNA；若实验组不出现红色，则该酶的化学本质不是RNA。
③实验变量：自变量为待测酶溶液和标准RNA溶液；因变量为加派洛宁试剂是否出现红色。
2．验证酶的专一性
该实验探究中的自变量可以是不同反应物，也可以是不同的酶溶液，因变量是反应物是否被分解。
(1)方案一：用同一种酶催化两种不同物质(如下)。
淀粉(非还原糖)麦芽糖(还原糖)＋斐林试剂砖红色沉淀
蔗糖(非还原糖)蔗糖＋斐林试剂无砖红色沉淀
名师提醒：①制备的可溶性淀粉溶液，必须完全冷却后才能使用。若用刚煮沸的可溶性淀粉溶液进行实验，会破坏淀粉酶的活性。
②加酶的试管保温时，应控制在60 ℃左右，低于50 ℃或高于75 ℃会降低化学反应的速率。
③实验中需严格控制无关变量，如所加待测溶液和试剂的体积、保温时间、加热时间等。
④用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂检测，根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。
(2)方案二：
①用两种不同的酶催化同一种物质
②再用斐林试剂检测，从而探究酶的专一性。
名师提醒：①选择好检测反应物的试剂，如反应物选择淀粉和蔗糖，酶为淀粉酶，则适宜选用斐林试剂检测反应物是否被分解，而不能选用碘液，因为蔗糖无论反应与否都不会与碘液有颜色反应，用碘液无法检测蔗糖是否分解。
②保证蔗糖的纯度和新鲜程度是做好实验的关键。
3．验证酶的高效性(案例：比较过氧化氢在不同条件下的分解)
高效性是一种比较性概念，是指酶与无机催化剂相比具有高效性。因此实验中应设置酶与无机催化剂对同一反应的催化效率的对照，不能用酶和蒸馏水做对照，若这样是验证酶的催化功能。
(1)设计方案及现象(如图)：
(2)变量分析(如图)：
(3)实验结论：酶的催化效率比无机催化剂的催化效率高。
名师提醒：①实验时必须用新鲜的动物肝脏作实验材料。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细菌的作用下分解，使组织中酶分子的数量减少且活性降低，影响实验结果。
②实验中使用肝脏的研磨液，可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。
③滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管，这是为了遵循单一变量原则，使实验结果更科学、可信。
④H2O2分解过程有气泡冒出，若反应一段时间，不再有气泡冒出，说明反应结束；在不增加H2O2溶液体积的前提下，要使气泡(O2)的生成量增加，可采取的措施是提高H2O2浓度。
4．验证酶在合成反应中的催化作用
酶在物质的分解反应中具有催化作用，酶在物质的合成反应中也具有催化作用。
(1)实验设计方案：
生物学家发现，很多植物组织中都含一种酶，可以催化葡萄糖磷酸(葡萄糖磷酸是淀粉形成过程中的中间产物)转化成淀粉。马铃薯提取液中含有葡萄糖磷酸酶。按照表格设计进行实验，记录数据。
试管 葡萄糖磷酸溶液(mL) 蒸馏水(mL) 马铃薯提取液(mL) 煮沸后的马铃薯提取液(mL)
1 1 1 — —
2 1 — 1 —
3 1 — — 1
振荡三支试管，分别滴加一滴碘液，观察现象。
(2)现象与结论：
只有2号试管出现蓝色，可见马铃薯提取液中的酶(葡萄糖磷酸酶)能催化葡萄糖磷酸转化成淀粉，说明酶在合成反应中也能起到催化作用。
1．下图是过氧化氢在不同条件下的分解实验。该实验结果说明酶的催化作用具有(　　)
A．专一性　　　　　　 B．高效性
C．多样性 D．易失活
解析：选B　本实验的自变量是催化剂的种类，此实验可以说明酵母菌液中的过氧化氢酶具有高效性。
2．下列实验最能说明酶具有高效性的是(　　)
A．将FeCl3溶液和酵母菌液分别加入盛有等量的H2O2溶液的甲、乙两支试管中，乙试管中释放氧气的速率远远大于甲试管
B．将10%的淀粉酶和稀释10倍的淀粉酶分别加入盛有等量1%的淀粉溶液的甲、乙两支试管中，淀粉分解的速率基本相等
C．将等量的人的唾液淀粉酶和萌发的小麦种子中的淀粉酶分别加入盛有等量1%的淀粉溶液的甲、乙两支试管中，发现甲试管中分解淀粉的速度比乙试管中的快
D．将等量的淀粉酶液分别加入盛有等量1%的淀粉溶液的甲、乙两支试管中，甲、乙分别保温在10 ℃和30 ℃条件下，结果乙试管中淀粉分解的速度快于甲
解析：选A　酶具有高效性，是在适宜条件下，酶的催化效率比无机催化剂高。
3．关于生物体产生的酶的叙述，错误的是(　　)
A．酶的化学本质是蛋白质或RNA
B．脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C．蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类
D．纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁
解析：选D　酶的化学本质是蛋白质或RNA；脲酶能够将尿素分解成氨和CO2；蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类；纤维素酶能够降解植物细胞壁，细菌细胞壁的成分是肽聚糖，需用肽聚糖酶降解。
5．影响酶促反应速率的因素
影响酶促反应速率的因素有pH、温度、酶浓度、反应物浓度等，其变化规律有以下特点：
Ⅰ.pH对酶促反应速率的影响
(1)每一种酶只在一定的pH范围内有活性，超过这个范围酶就会失去活性。
(2)在一定条件下，某一种酶在某一pH时活性最大，此pH称为该酶的最适pH。高于或低于此pH，酶的活性均降低，如图所示。
(3)pH对酶活性影响的实验探究(以过氧化氢酶催化过氧化氢的分解为例)：
①实验原理
a．2H2O22H2O＋O2↑
b．pH影响酶的活性，从而影响O2的产生速率。
②实验装置
③实验步骤
a．将若干同样大小(1 cm2)的滤纸片浸入酵母菌液，取出后晾干，滤纸片上附着有过氧化氢酶。
b．在4个烧杯中盛入体积分数为2%，pH分别为5、7、9、11的过氧化氢溶液(温度相同)，再一片片地放入相同数量的滤纸片。在滤纸片上过氧化氢酶的催化下，H2O2分解为H2O和O2，氧气泡会附着在滤纸片上。随着氧气泡的增多，烧杯底部的滤纸片会上浮，直至浮出液面。
c．滤纸片接触液面后会下沉，直至烧杯底部，然后由烧杯底部上浮，直至浮出液面，及时记录整个过程所用的时间(t)。以1/t为纵坐标(酶促反应速率)、pH为横坐标，绘制曲线图，得出“pH对酶活性有影响”的结论。
Ⅱ.温度对酶促反应速率的影响
(1)在一定的温度范围内，酶促反应速率随着温度的升高而上升，超过某个数值后，酶促反应速率反而下降。
(2)酶促反应速率最高时的温度，通常称为酶的最适温度，如图所示。
深入研究：温度对酶活性影响的实验探究(以淀粉酶催化淀粉水解为例)
(1)原理：温度影响淀粉酶的活性，进而影响淀粉的水解速率。淀粉遇碘液变蓝，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅可以判断酶活性的高低。
蓝色淀粉麦芽糖无蓝色出现
(2)实验步骤、现象及结论：
取6支试管，分别编号为1与1′、2与2′、3与3′，并分别进行以下操作。
试管编号 1 1′ 2 2′ 3 3′
实验步骤 一 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液 2 mL淀粉酶溶液 2 mL可溶性淀粉溶液
二 在冰水中水浴5 min 在60 ℃温水中水浴5 min 在沸水中水浴5 min
三 1与1′试管内液体混合，摇匀 2与2′试管内液体混合，摇匀 3与3′试管内液体混合，摇匀
四 在冰水中水浴数分钟 在60 ℃温水中水浴数分钟 在沸水中水浴数分钟
五 取出试管，分别滴加2滴碘液，摇匀，观察现象
实验现象 呈蓝色 无蓝色出现 呈蓝色
结论 酶的催化作用需要适宜的温度条件，温度过高和过低都将影响酶的活性
①探究温度对酶活性的影响时，一定要让反应物和酶在各自所需的温度下保温一段时间，再进行混合。
②选择淀粉和淀粉酶来探究酶的最适温度时，检测的试剂不可用斐林试剂代替碘液。因为斐林试剂与还原糖需在水浴加热条件下才会发生特定的颜色反应，而该实验中需严格控制温度。
③探究温度对酶活性的影响时，不适宜用H2O2作反应物，因为H2O2遇热会分解。
Ⅲ.酶浓度和反应物浓度对酶促反应速率的影响
(1)在酶促反应中，当反应物浓度大大超过酶浓度时，酶促反应速率随着酶浓度的升高而上升，酶促反应速率与酶浓度成正比。
(2)在一定的反应物浓度范围内，酶促反应速率随反应物浓度的增加而上升，酶促反应速率与反应物浓度成正比；当反应物浓度达到某一定值后，再增加反应物浓度，酶促反应速率不再上升。
4．取三支试管分别加入等量淀粉酶溶液，编号为甲、乙、丙组，并分别调整到0 ℃、25 ℃、100 ℃，然后每支试管中加入温度分别为0 ℃、25 ℃、100 ℃的等量淀粉溶液，保持各组温度5 min后，继续进行实验。下列关于该实验的说法合理的是(　　)
A．若向三支试管中各加入等量的碘液，试管内液体颜色都有可能出现蓝色
B．若向三支试管中各加入等量的斐林试剂，水浴加热一段时间，试管都不出现砖红色沉淀
C．该实验的对照组是甲组，实验组是乙、丙组
D．只要在0 ℃和100 ℃之间每隔20 ℃设置一个实验组，就可确定该反应的最适温度
解析：选A　甲试管和丙试管中的温度过低和过高，所以酶活性很低或失活，其中的淀粉没有被完全催化水解，所以仍有淀粉存在；乙试管温度较低，酶活性也不高，同理也可能会有未被水解的淀粉存在，所以三支试管加入碘液后都有可能出现蓝色。
5．下图是某课外活动小组探究pH对唾液淀粉酶活性影响时绘制的实验结果图(实验中用盐酸创设酸性条件，盐酸能催化淀粉水解)。下列有关叙述正确的是(　　)
A．在适宜条件下，与盐酸相比，淀粉酶催化作用更显著
B．pH为1时有淀粉水解，说明过酸条件下酶没有失活
C．pH为3时酶的活性等于pH为9时酶的活性
D．根据实验结果可推测出淀粉酶的最适pH为7
解析：选A　酶具有高效性，在适宜条件下，淀粉酶催化作用比盐酸更显著，A正确；过酸条件下酶失活，pH为1时有淀粉水解是盐酸催化的结果，B错误；pH为3时淀粉水解有盐酸的作用，不能说明此时酶的活性等于pH为9时酶的活性，C错误；根据实验结果只能推测，在现有的数据中pH为7时淀粉酶的催化效率最高，D错误。
1．在“探究不同pH对酶活性的影响”实验中，pH属于(　　)
A．自变量 B．无关变量
C．因变量 D．对照变量
解析：选A　实验过程中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的变量称为自变量。探究不同pH对酶活性的影响的实验中pH是自变量。
2．下列有关酶的特性及相关实验的叙述，正确的是(　　)
A．pH过高或过低以及温度过高或过低都能使酶变性失活
B．在研究温度影响淀粉酶活性实验中，可以用斐林试剂检测实验结果
C．在研究温度影响酶活性实验中，不宜选择过氧化氢酶作为研究对象
D．与无机催化剂相比，酶提高化学反应活化能的作用更明显，因而酶催化效率更高
解析：选C　温度过低不会使酶变性失活；利用斐林试剂检测时需要水浴加热，故探究温度影响淀粉酶活性的实验中不能用斐林试剂；过氧化氢分解受温度影响，所以在研究温度影响酶活性实验中，不宜选择过氧化氢酶作为研究对象；与无机催化剂相比，酶降低反应活化能的作用更明显，因而酶催化效率更高。
3．某同学查阅资料得知，α 淀粉酶的最适温度是55 ℃。如表是他为此进行的验证实验，但因各组结果相同而不能达到实验目的。以下改进措施中可行的是(　　)
试管 实验温度 3%的淀粉溶液 2%的α 淀粉酶溶液 1 min后碘液检测
1 45 ℃ 2 mL 1 mL 溶液呈棕黄色
2 55 ℃ 2 mL 1 mL 溶液呈棕黄色
3 65 ℃ 2 mL 1 mL 溶液呈棕黄色
注：溶液呈棕黄色即表示没有检测出淀粉。
A．适当增加3%的淀粉溶液的体积
B．适当提高α 淀粉酶溶液的浓度
C．将实验温度改为0 ℃、55 ℃、100 ℃
D．将检测试剂碘液改为斐林试剂
解析：选A　试管1、2、3没能成功，是因为所用淀粉量过少，或者酶量较多，酶具有高效性，故在45 ℃、55 ℃、65 ℃条件下都没有淀粉剩余，可以增加淀粉量或者减少酶量，重新设置实验，A正确，B错误；验证α 淀粉酶的最适温度是55 ℃，将实验温度设置为0 ℃、55 ℃、100 ℃，因为温度梯度过大，实验结果不能说明酶的最适温度就是55 ℃，C错误；斐林试剂检测还原糖需要水浴加热，会破坏设置的温度条件，D错误。
4．为了研究温度对某种酶活性的影响，设置甲、乙、丙三组实验，各组温度条件均不同，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，结果如下图。以下分析正确的是(　　)
A．在t时刻之后，甲组曲线不再上升，是由于受到酶数量的限制
B．在t时刻降低丙组温度，将使丙组酶的活性提高，曲线上升
C．若甲组温度低于乙组温度，则酶的最适温度不可能高于乙组温度
D．若甲组温度高于乙组温度，则酶的最适温度不可能高于甲组温度
解析：选C　在t时刻之后，甲组曲线不再上升，即产物浓度不发生变化，是由于受到底物浓度的限制；出现丙组曲线的原因可能是温度过高导致酶的活性丧失，如果在t时刻降低丙组的反应温度，酶的活性不能恢复，曲线不发生变化；图中甲组酶的活性大于乙组酶的活性，若甲组温度低于乙组，说明乙组的实验温度超过了酶的最适温度；若甲组温度高于乙组温度，则酶的最适温度可能高于甲组温度。
5．为探究pH对蛋白酶活性的影响，某小组进行了相关实验，实验结果如图所示。请回答问题：
(1)该实验的自变量是__________，因变量的检测指标是____________，主要的无关变量是________________________________________________________________________。
(2)与无机催化剂相比，蛋白酶催化效率更高的原因是__________________________。检验蛋白质是否被蛋白酶完全水解，________(填“能”或“不能”)用双缩脲试剂，原因是________________________________________________________________________。
(3)由图可知，该蛋白酶最适pH约是________，若pH由13降到7，蛋白质剩余量________(填“减少”“增多”或“不变”)，理由是__________________________________。
答案：(1)pH的大小　1 h后蛋白质剩余量　温度
(2)降低化学反应的活化能更显著　不能　蛋白酶是蛋白质，会与该试剂发生颜色反应　(3)7　不变　在pH为13时，蛋白酶已失去活性
6．大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中蛋白酶的活性进行研究。
(1)查询资料得知，18 ℃时，在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图。由图可知，在各自最适pH下，三种蛋白酶催化效率最高的是__________________。
(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15～18 ℃之间。学习小组假设：大菱鲆蛋白酶的最适温度在15～18 ℃之间。他们设置15 ℃、16 ℃、17 ℃、18 ℃的实验温度，探究三种酶的最适温度。
①探究实验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是________，可用________试剂检测。
②胃蛋白酶实验组和幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在________。
③为了控制实验温度，装有酶和底物的试管应置于________中以保持恒温。单位时间内________________可以表示蛋白酶催化效率的高低。
④实验结果如图，据此能否确认该假设成立？________。理由是_____________________
________________________________________________________________________。
(3)研究还发现大菱鲆消化道淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，所以人工养殖投放的饲料成分中要注意降低________的比例，以减少对海洋的污染。
解析：(1)由坐标图中三种酶的活性可知，在最适pH时，幽门盲囊蛋白酶的活性最高，因此幽门盲囊蛋白酶的催化效率最高。(2)①本实验探究蛋白酶的最适温度，因此实验需要的底物为蛋白质，检测蛋白质可用双缩脲试剂，该试剂可与蛋白质发生紫色反应。②测定酶的最适温度时，应提供最适的外界环境，即给各种酶提供最适pH，由图可知，胃蛋白酶和幽门盲囊蛋白酶的最适pH分别是2和8。③本实验的自变量是温度，因此各组实验应保持恒定的温度，保持恒温的主要方法是通过水浴加热；通过产物的生成量或底物的消耗量可测定蛋白酶催化效率的高低。④由图可以看出，在温度从15 ℃到18 ℃梯度变化过程中，随着温度的升高，蛋白酶的活性一直在增强，没有出现下降的变化，因此，不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度在15～18 ℃之间。(3)大菱鲆消化道中淀粉酶和脂肪酶含量少、活性低，说明大菱鲆几乎不分解淀粉和脂肪，因此饲料中不要添加过多的淀粉和脂肪。
答案：(1)幽门盲囊蛋白酶　(2)①蛋白质　双缩脲　②2和8　③水浴　底物消耗量(或产物生成量)　④不能　在15～18 ℃范围内，随着温度的升高，酶活性一直在增强，没有出现下降的变化，所以不能得出大菱鲆蛋白酶的最适温度　(3)淀粉和脂肪
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18第3课时　ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
新课标 核心素养
1.说出ATP的结构。2.阐述ATP与ADP之间的相互转化。3.举例说明ATP在细胞代谢中的作用。 1.生命观念——认知ATP在细胞生命活动中的作用与其结构特点的关系。2.科学思维——结合ATP和ADP的相互转化模型，认识ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。
知识点(一)ATP的结构
1．结构简式：A—P～P～P，其中，A代表腺苷，T代表，P代表磷酸基团，“～”代表磷酐键。
2．结构模式图
3．组成：ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成。
4．名称
(1)全称：腺嘌呤核苷三磷酸(或腺苷三磷酸或三磷酸腺苷)。
(2)简称：ATP。
5．结构特点
(1)ATP有个磷酐键，其中ATP分子末端的磷酐键易断裂也易形成。
(2)能量储存在ATP的磷酐键中。
(1)ATP是由C、H、O、N、P元素组成的(√)
(2)ATP是高能磷酸化合物，含有三个磷酐键(×)
(3)ATP水解时，两个磷酐键都断裂，生成ADP和Pi(×)
1．(生命观念)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．(科学思维)在日常生活中，常用ATP针剂改善机体代谢，有助于体内吸收、分泌、肌肉收缩和生化合成反应等生命活动，从ATP作用角度分析，该药物的机理是什么？
提示：人体内吸收、分泌、肌肉收缩和生化合成反应等生命活动都需要能量，ATP可为生命活动提供能量。
1．如图是ATP的结构示意图，图中标号与名称对应正确的是(　　)
解析：选B　①应为核糖，A错误；③代表腺嘌呤，C错误；④代表腺嘌呤核糖核苷酸，D错误。
2．下列关于ATP的叙述，正确的是(　　)
A．ATP与DNA、RNA中的五碳糖相同
B．ATP分子中，相邻的两个磷酸基团之间的化学键为磷酐键
C．ATP分子水解去掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤脱氧核苷酸
D．ATP分子由1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成
解析：选B　ATP与RNA中的五碳糖是核糖，而DNA中五碳糖是脱氧核糖；ATP中共含有两个磷酐键，位于磷酸基团之间；ATP分子水解除去两个磷酸分子之后的结构称为腺嘌呤核糖核苷酸；ATP分子是由1分子腺苷和3分子磷酸基团组成的。
[归纳提升]
1．ATP的名称与结构简式
(1)名称：腺嘌呤核苷三磷酸，简称ATP。A代表腺嘌呤核苷，T代表三，P代表磷酸基团。
(2)组成：ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖、3分子磷酸基团组成。
(3)分子结构简式及其中字母或符号代表的含义：
(4)ATP末端的磷酐键相当脆弱，容易水解断裂，生成ADP(腺嘌呤核苷二磷酸)和Pi(无机磷酸)，同时释放能量。
教材延伸：
1．ATP的结构图示
①由结构图示可知，ATP的组成元素有C、H、O、N、P，这与核酸的元素组成是相同的。
②由结构图示可看出，ATP的结构特点可概括为“一、二、三”，即一个腺嘌呤核苷，两个磷酐键、三个磷酸基团。
③ATP水解后脱下两个Pi就形成AMP(腺苷一磷酸)，AMP是RNA的基本组成单位。
2．ATP的特点
(1)高能量：ATP是一种不稳定的高能化合物，含两个磷酐键，ATP分子中大量的能量就储存在磷酐键中。
(2)不稳定：在有关酶的催化作用下，ATP末端的磷酐键既易水解断裂释放出大量能量，又容易形成而储存能量。
知识点(二)ATP与ADP的相互转化
1．表达式：ATPADP＋Pi＋能量。
2．特点
(1)转化是在酶的参与下进行的。
(2)远离腺苷的磷酐键容易断裂和形成。
3．意义
(1)ATP是生命活动的直接能源物质。
(2)既能及时且持续地为生命活动提供能量，又避免一时用不尽的能量白白流失掉。
(1)在生命活动旺盛的细胞中ATP的含量多(×)
(2)根细胞产生ATP的生理过程为光合作用和细胞呼吸(×)
(3)ATP与ADP的相互转化是一种可逆反应(×)
(4)ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处在动态平衡中(√)
1．(生命观念)ATP在细胞内的含量是很少的，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为2～10 mg，而一个正常成年人在静止状态下24 h，有40 kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的。
提示：ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满足生命活动对能量的需要。
2．(科学思维)ATP与ADP相互转化的过程是否为可逆反应？(从反应条件、能量来源和去向、反应进行的场所方面分析)
提示：不是。ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体及叶绿体，能量来源是化学能或光能；ATP水解的场所是各种需能部位，能量是ATP末端的磷酐键断裂，通过基团转移提供。
1．下列生命活动中不需要ATP提供能量的是(　　)
A．植物细胞将葡萄糖和果糖合成蔗糖
B．吞噬细胞吞噬病原体的过程
C．淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖
D．细胞中由氨基酸合成新的肽链
解析：选C　植物细胞将葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程需要ATP提供的能量；吞噬细胞吞噬病原体的过程是胞吞，需要ATP提供的能量；淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖发生于消化道中，不需要ATP提供的能量；细胞中由氨基酸合成新的肽链，需要ATP提供的能量。
2.如图表示ATP与ADP之间的转化图，下列分析错误的是(　　)
A．A为ATP，B为ADP
B．能量1和能量2来源不同
C．酶1和酶2是同一种酶
D．C1和C2是同一种物质
解析：选C　ATP分子中远离A的那个磷酸基团脱离形成磷酸，同时储存的能量释放出来，ATP转化成ADP; 在合成酶的催化作用下，ADP可以接受能量，与磷酸结合形成ATP。分析图示可知，A为ATP，B为ADP，C1、C2都为磷酸。
[归纳提升]
1．ATP的水解
(1)ATP水解的实质：末端的磷酐键断裂。
(2)ATP水解的产物：腺嘌呤核苷二磷酸(ADP)和无机磷酸(Pi)，同时释放出能量。
2．ATP的形成
(1)ATP形成的场所：叶绿体、线粒体、细胞质基质。
(2)ATP形成的途径：
(3)ATP形成需要满足的条件：2种原料(ADP和Pi)、能量和酶。另外合成ATP的过程中有水生成。
3．ATP与ADP的相互转化
(1)ATP与ADP相互转化的反应式：ATPADP＋Pi＋能量，其中ATP的水解酶与合成酶不是同一种酶。
(2)ATP与ADP相互转化的示意图：
上述反应中能量1与能量2的来源、去路分析如下：
能量1
能量2
名师提醒：ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡中。ATP和ADP相互转化的反应并不是可逆的。
(3)意义：
ATP和ADP的相互转化在活细胞中永不停息地进行着，直接为生物体的各种需能反应提供能量；ATP与ADP的相互转化，既保证了生命活动所需能量的及时且持续的供应，又可避免一时用不掉的能量白白流失掉。因此，有人形象地把ATP比作生物体细胞中的通用能量“货币”。
知识点(三)ATP的利用
1．ATP的能量转换
项目 转换成的能量 应用举例
ATP中的化学能 机械能 肌肉收缩、染色体的运动等
电能 生物发电、神经传导等
光能 萤火虫等生物的发光
渗透能 主动运输、胞吞和胞吐等
2．有机物中能量的利用
葡萄糖、淀粉、脂肪等有机物中的能量不能直接用于生命活动，但可以用于ADP转化为ATP的反应，并储存在ATP中，再通过ATP转化为ADP来满足生命活动对能量的需求。
(1)ATP释放的能量可用于细胞吸收胆固醇(×)
(2)胞吞时需ATP水解时释放的能量(√)
(3)ATP的水解通常与放能反应相联系(×)
(4)ATP是唯一的直接能源物质(×)
1．(生命观念)同样是能源物质，ATP与葡萄糖具有不同的特点。请你概括出ATP具有哪些特点。
提示：在储存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有两个特点：一是ATP分子中含有的化学能比较少，一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的1/94；二是ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。
2．(科学思维)在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，这是否也说明生物界的统一性？这对你理解生物的进化有什么启示？
提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”——ATP，这可以从侧面说明生物界具有统一性，也反映出种类繁多的生物有着共同起源。
1．下列生理过程中，不需要消耗ATP的是(　　)
A．核糖体上合成蛋白质
B．O2进入组织细胞
C．小肠上皮细胞吸收氨基酸
D．肌细胞收缩
解析：选B　生物体内不断进行的各项生理过程，绝大多数是需要消耗能量的，但也有一些生理过程并不消耗能量，如某些小分子物质以自由扩散的方式进出细胞。蛋白质的合成需要能量；小肠上皮细胞吸收氨基酸的方式是主动运输，需要能量；肌细胞收缩需要能量；O2进入组织细胞的方式是自由扩散，不需要能量。
2．某人脑溢血后右侧肢体瘫痪，为尽快改善患者的新陈代谢，恢复其右手书写能力，在治疗时可用下列哪种方法辅助治疗(　　)
A．静脉滴注葡萄糖溶液
B．口服钙片
C．服用多种维生素液
D．肌肉注射ATP制剂
解析：选D　ATP是人体生命活动的直接能源物质，在实际生活中，作为一种药品，有提供能量和改善患者新陈代谢状况的作用，常用于辅助治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等疾病。
[归纳提升]
类型 物质 原因
直接能源 ATP ATP水解时释放的能量直接用于各项生命活动，而其他形式的能源物质中所储存的能量一般不能直接用于各项生命活动
主要能源 糖类 生命活动所利用的能量中大约70%是由糖类提供的，所以说糖类是生命活动的主要能源物质
储能物质 脂肪 在生物体内能长期储存能量的物质是脂肪。因为脂肪储存能量的效率最高，1 g脂肪所储存的能量是同等质量的糖原的两倍多
最终能源 太阳能 地球上所有生物进行生命活动所需的能量几乎全部来源于光合作用所固定的太阳能，所以生物体生命活动的最终能源是太阳能
名师提醒：ATP并非新陈代谢所需能量的唯一直接来源，只是大多数生命活动的直接供能物质，除ATP外，还存在GTP等其他直接供能物质。
[学习小结]
　　　　
1．如图是ATP的分子组成示意图，其中能作为RNA的基本单位的是(　　)
A．①　　　　　　　　　 B．②
C．③ D．④
解析：选B　图中①②③④分别表示腺嘌呤核苷、腺嘌呤核糖核苷酸、ADP和ATP，其中②腺嘌呤核糖核苷酸是组成RNA的基本单位之一。
2．如图表示ATP的结构，下列说法正确的是(　　)
A．b键断裂后形成ADP和Pi
B．图中的3表示ATP中的字母A
C．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位
D．a键断裂释放的能量可以直接用于生命活动
解析：选D　a键断裂后形成ADP和Pi，A错误；ATP中的字母A表示腺嘌呤核苷，图中的3表示腺嘌呤，B错误；由1、2、3各一分子形成的是腺嘌呤核糖核苷酸，它是组成RNA的基本单位之一，C错误；a键断裂释放的能量可以直接用于生命活动，D正确。
3．细胞内的能量供应机制可用下图表示，下列说法错误的是(　　)
A．图中X代表的是ATP
B．ATP与ADP之间可以相互转化
C．图中的酶是同一种酶
D．ATP是生命活动的直接能源物质
解析：选C　图示为ATP与ADP相互转化的示意图，图中X表示ATP，A、B正确；图中的酶分别是ATP合成酶和ATP水解酶，C错误；ATP是生命活动的直接能源物质，D正确。
4．下列有关“ATPADP＋Pi＋能量”的叙述，正确的是(　　)
A．反应向左进行和向右进行时所需的酶是一样的
B．反应向右进行时释放能量，向左进行时储存能量
C．整个反应是一个可逆平衡的过程
D．植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样
解析：选B　生物体进行的“ATPADP＋Pi＋能量”过程和“ADP＋Pi＋能量ATP”过程是两个不同的生理过程，它们发生的场所、所需的酶是不同的，也正是因为两个过程是在不同的场所、不同酶的作用下完成的，所以就不存在可逆平衡问题，A、C错误。植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP，也可以通过细胞呼吸产生ATP，而动物细胞不能进行光合作用，D错误。
5．ATP是生命活动的直接能源物质，下列有关ATP的叙述，正确的是(　　)
A．绿色植物中ATP的来源包括光合作用和细胞呼吸
B．自然界中的光能、热能、机械能、电能和化学能都是合成ATP时的能量来源
C．细胞中所有需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的
D．人的心肌细胞中，ATP的合成速率远远大于分解速率，从而保证心肌细胞有充足的能量供应
解析：选A　ATP分子中的能量，在ATP水解时可以被各种生命活动利用，转变成光能、热能、机械能等多种形式的能量，但ATP合成时能量来源只有光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸等)；细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的；心肌细胞需要的能量较一般细胞多，故心肌细胞中ATP与ADP相互转化要比一般细胞中的更加迅速，其合成与分解的速率是相对平衡的。
6．ATP是细胞中的能量货币。下列叙述正确的是(　　)
A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B．ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C．ATP水解形成ADP和磷酸基团时释放能量
D．ATP分子中的2个磷酐键不易断裂水解
解析：选C　光合作用的光反应阶段和细胞呼吸均可以产生ATP，A错误。ATP在细胞中容易再生，ATP－ADP循环不会使细胞储存大量的ATP，B错误。ATP水解形成ADP和磷酸基团，同时释放能量，C正确。一个ATP分子中有2个磷酐键，末端的磷酐键相当脆弱，容易水解断裂，D错误。
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9细胞呼吸——能量的转化和利用
新课标 核心素养
1.说出有氧呼吸的过程。2.探究酵母菌的呼吸方式。3.概述无氧呼吸的过程，并列表比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同。4.联系日常生活中的实例，了解细胞呼吸原理的应用。 1.生命观念——认同线粒体的结构特点与其作为有氧呼吸的主要场所相适应。2.科学探究——体验实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论。3.科学思维——构建有氧呼吸和无氧呼吸的过程模型，理解二者之间的关系。4.社会责任——运用细胞呼吸原理，对生活和生产中的应用实例作出科学解释。
知识点(一)有氧呼吸和无氧呼吸
1．细胞呼吸
(1)概念：细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在活细胞内氧化分解为二氧化碳或其他物质，释放出能量并生成ATP的过程。
(2)特点：细胞呼吸是在温和条件下有机物被酶催化氧化分解，逐步释放能量的过程。
2．有氧呼吸
(1)概念：指细胞在氧气的参与下，彻底氧化分解有机物，产生二氧化碳和水，同时释放能量，生成大量ATP的过程。
(2)场所：细胞质基质和线粒体。
(3)条件：需要多种酶催化。
(4)过程：
(5)总反应式：
C6H12O6＋6O2＋6H2O酶,6CO2＋12H2O＋能量。
3．无氧呼吸
(1)概念：无氧呼吸是指在无氧或缺氧的条件下，细胞通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物氧化分解为乙醇和CO2，或分解为乳酸等物质，同时释放少量能量的过程。
(2)场所：细胞质基质。
(3)反应式：
(1)细胞呼吸时只能消耗糖类(×)
(2)水既是细胞有氧呼吸的底物，又是有氧呼吸的产物(√)
(3)氧气的消耗和二氧化碳的生成发生在同一过程(×)
(4)生物体内的细胞呼吸其能量是逐步释放的，这与有机燃料的燃烧有所不同(√)
(5)细胞呼吸是在温和条件下进行的，需要多种酶的催化(√)
1．(生命观念)分析糖类(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．(生命观念)从反应场所和合成ATP的角度比较无氧呼吸与有氧呼吸。
提示：反应场所：无氧呼吸的整个过程都在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二和第三阶段在线粒体中完成。
合成ATP：无氧呼吸只在第一阶段合成少量ATP，有氧呼吸三个阶段均有ATP的合成。
3．(科学思维)若某生物细胞呼吸产物中有CO2放出，你能判断该生物进行细胞呼吸的类型吗？
提示：不能，因为有氧呼吸的产物中有CO2释放，无氧呼吸产生乙醇的类型中也有CO2的释放，所以无法根据CO2的释放来判断细胞呼吸的类型。
4．(科学思维)在通风条件不好的环境中储藏的苹果会散发出酒味，而马铃薯储藏久了却不会有酒味产生，请分析其中的原因。为什么会产生这种差异？
提示：苹果无氧呼吸的产物是酒精和CO2，马铃薯无氧呼吸的产物是乳酸。因为不同生物细胞所具有的酶不同，导致反应途径不同，产物也不同。
1．下图表示有氧呼吸过程，有关说法正确的是(　　)
A．①②④中数值最大的是①
B．③代表的是O2
C．有氧呼吸三个阶段所需的酶相同
D．⑤参与的过程发生在线粒体内膜上
解析：选D　分析题图可知：①②④分别代表有氧呼吸第一、二和三阶段所释放的能量，其中第三阶段所释放的能量④的数值最大；有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，第二和第三阶段分别发生在线粒体的基质和内膜上，三个阶段发生的场所不同，所需的酶也不同；③代表参与第二阶段反应的原料H2O，不是O2；⑤代表O2，参与的过程是有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上。
2．下列关于人体肌肉细胞内有氧呼吸和无氧呼吸的比较，正确的是(　　)
A．CO2只是有氧呼吸的产物
B．无氧呼吸过程中不会生成ATP
C．还原氢只在有氧呼吸过程中产生
D．葡萄糖只能作为有氧呼吸的底物
解析：选A　人体有氧呼吸的产物为CO2和H2O，无氧呼吸的产物为乳酸；人体肌肉细胞进行有氧呼吸或无氧呼吸都能生成ATP，只是无氧呼吸产生的ATP较少；有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同，即葡萄糖在细胞质基质中分解形成丙酮酸和还原氢。
[归纳提升]
1．有氧呼吸过程分析
(1)有氧呼吸中氧元素的来源和去路：
(2)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
2．综合比较分析
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 条件 需氧 不需氧
场所 细胞质基质(第一阶段) 线粒体(第二、三阶段) 细胞质基质
分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底
产物 CO2、H2O 乳酸或乙醇和CO2
能量释放 大量能量 少量能量
相同点 反应条件 需酶和适宜温度
本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需
过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同
意义 为生物体的各项生命活动提供能量
3．细胞呼吸的几点总结
(1)人和动物细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体；酵母菌细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质。
(2)并非有线粒体才能进行有氧呼吸，线粒体是进行有氧呼吸的主要场所，但不是唯一场所。有些没有线粒体的生物同样可以进行有氧呼吸，如某些细菌，因其细胞中含有与有氧呼吸相关的酶。
(3)无氧呼吸产物不同的原因：不同生物体内催化反应进行的酶的种类不同。
(4)无氧呼吸并不是必须在绝对无氧的条件下进行。有氧但氧气浓度较低的条件下同样可以进行无氧呼吸。
(5)一般动物细胞无氧呼吸产物为乳酸，植物细胞无氧呼吸产物为乙醇和二氧化碳，但也有例外，如马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米的胚等器官。
(6)无氧呼吸释放能量少的原因：大部分能量储存在未被完全氧化分解的产物乳酸或乙醇中。
(7)有氧呼吸各个阶段的反应式和总反应式中的能量都不能写成ATP，因为ATP并不是有氧呼吸的直接产物，只是糖类等有机物氧化分解时释放的部分能量可以用于合成ATP。
知识点(二)探究酵母菌的呼吸方式
1．酵母菌是兼性厌氧生物，在有氧条件下，酵母菌能将糖分解成CO2和H2O，在无氧环境下，酵母菌能发酵生成酒精和CO2。
2．检测CO2的试剂是：溴麝香草酚蓝溶液，当溶液中CO2含量增高时，溶液由蓝色变为黄绿色。
3．在酸性条件下重铬酸钾与酒精发生反应，生成绿色的硫酸铬。
(1)在探究酵母菌细胞呼吸的方式实验中，必须保证酵母菌是新鲜的、有活性的(√)
(2)只检测有无CO2产生即可确定酵母菌细胞呼吸的方式(×)
(3)根据石灰水变浑浊的程度可以确定CO2产生量的多少(√)
(4)酒精在中性或酸性条件下与重铬酸钾溶液反应产生灰绿色(×)
1．(科学探究)根据酵母菌的特点，请设计“探究酵母菌的呼吸方式”的实验过程。
提示：
2．(生命观念)配制酵母菌培养液时，将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶，你知道此操作的原因吗？
(1)先煮沸的原因是什么？
提示：煮沸是为了除去杂菌，防止其它杂菌的干扰。
(2)为什么要冷却后再加入锥形瓶？
提示：冷却是防止高温杀死酵母菌。
3．(科学思维)有氧和无氧条件下澄清的石灰水都变浑浊，且有氧条件下比无氧条件下石灰水变浑浊的程度大而快，由此说明什么问题？
提示：有氧呼吸产生的CO2比无氧呼吸产生的多。
4．(科学思维)实验能说明有氧呼吸中有水的产生吗？说明原因。
提示：不能。反应发生在酵母菌培养液中，有氧呼吸产生的水进入培养液中，分辨不出来。
1．为了探究酵母菌细胞呼吸的方式，某同学将实验材料和用具按如图所示安装好。以下关于该实验的说法正确的是(　　)
A．两个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．酵母菌只能在有氧条件下生存
D．装置甲中NaOH的作用是吸收Ⅰ处的CO2
解析：选B　甲乙两图探究呼吸作用，与光照无关，A错误；装置乙中酵母菌在Ⅱ处进行无氧呼吸，生成酒精和二氧化碳，B正确；酵母菌是兼性厌氧菌，既能在有氧条件下生存，也能在无氧条件下生存，C错误；NaOH溶液的作用是除去空气中的二氧化碳，D错误。
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CO2
D．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：选B　干酵母需要用温水化开，以保持酵母菌活性；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，利于酒精发酵。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厌氧呼吸产生酒精，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。
[归纳提升]
1．实验目的：探究酵母菌的呼吸方式。
2．实验原理
a．酵母菌是单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，酵母菌有氧呼吸产生水和CO2，无氧呼吸产生乙醇和CO2。
b．CO2可使澄清石灰水变浑浊；重铬酸钾在酸性条件下与乙醇发生反应，变成绿色。
3．实验设计实例
实验目的：探究O2浓度对酵母菌无氧呼吸的影响。
实验步骤：如图所示，向甲、乙两装置中加入等量的酵母菌和葡萄糖溶液，一组提供O2，另一组隔绝O2，在其他条件相同且适宜的环境中培养一段时间后，检查两组是否产生CO2。
实验现象及结果：一段时间后甲、乙两装置中澄清石灰水都变浑浊，说明两组均产生了CO2；取甲装置油脂层下反应后的液体，用酸性重铬酸钾溶液检验呈现绿色，说明有乙醇产生；乙装置中反应后的液体，不能使酸性重铬酸钾溶液发生显色反应，说明没有乙醇产生。
实验结论：酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，在没有氧气的条件下进行无氧呼吸，都产生CO2，酵母菌的无氧呼吸还产生了乙醇。
名师提醒：(1)本实验的自变量是有无氧气，两组实验相互对照都是实验组，这样的实验叫对比实验。
(2)一般实验中创设无氧条件的方法：装置密封；石蜡油膜覆盖；用凉开水；装置内充入氮气。
知识点(三)细胞呼吸产生能量的利用
1．细胞呼吸释放的能量，一部分以的形式散失，一部分主要储存在ATP中，供给生物体的各项生命活动。
2．生物体的各种运动，一些生物的放电、发光现象，物质的主动运输，细胞的分裂和生长等，都要消耗ATP所提供的能量。
(1)细胞呼吸的作用只是为生命活动提供能量(×)
(2)水稻生产中适时露田和晒田，有利于改善土壤的通气条件，以增强根系的细胞呼吸(√)
(3)对粮食储藏和果蔬保鲜，应设法降低细胞的呼吸速率，故保持无氧、低温环境很重要(×)
(4)密闭的土窖保存水果，利用了水果自身产生的CO2抑制细胞呼吸的原理(√)
1．(社会责任)请从无机盐离子的吸收方面分析，为什么农田要及时松土？稻田长期不排水，幼根为什么会变黑、腐烂？
提示：松土可增大土壤透气性，促进根有氧呼吸，为吸收无机盐离子提供能量。水淹会使植物根部细胞进行无氧呼吸，产生的酒精会毒害细胞。
2.(社会责任)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，请从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。而无氧呼吸的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。
1．甲、乙两图表示苹果组织细胞中CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述错误的是(　　)
A．甲图中O2浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点
B．甲图中O2浓度为b时，对应乙图中CD段
C．甲图的a、b、c、d四个浓度中，c是最适合储藏苹果的O2浓度
D．甲图中O2浓度为d时没有酒精产生
解析：选B　甲图中O2浓度为a时，细胞只释放CO2不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸，对应乙图中的A点；甲图中O2浓度为b时，CO2的释放量远远大于O2的吸收量，说明细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，且无氧呼吸强度大，应对应乙图中AC段(不包括A点和C点)；储藏苹果应选择CO2释放量最少即细胞呼吸最弱时的O2浓度；O2浓度为d时，CO2的释放量与O2的吸收量相等，细胞只进行有氧呼吸，因此没有酒精产生。
2．细胞呼吸原理在生产、生活中应用广泛，以下分析错误的是(　　)
A．选用透气性好的“创可贴”是为了保证人体细胞的有氧呼吸
B．要及时为板结的土壤松土透气，以保证根细胞的正常呼吸
C．皮肤破损较深的患者，应及时到医院注射破伤风抗毒血清
D．慢跑可以促进人体细胞的有氧呼吸，使细胞获得较多能量
解析：选A　选用透气性好的“创可贴”是为了抑制伤口处厌氧菌的生存和繁殖。
[归纳提升]
细胞呼吸原理的应用
类型 应用 原理
有氧呼吸 提倡有氧运动 不会因剧烈运动时无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力
农作物栽培时及时松土透气 根的有氧呼吸促进无机盐(矿质离子)的吸收
稻田定期排水 避免根无氧呼吸产生大量乙醇对细胞产生毒害作用，使其腐烂
生产醋酸、味精等 利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸
发面 在馒头、面包的制作过程中，利用酵母菌的有氧呼吸，使馒头、面包变得松软可口
无氧呼吸 选用透气消毒纱布包扎伤口 为伤口创造有氧的环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口的愈合
伤口过深或被锈钉扎伤，需及时治疗 避免破伤风芽孢杆菌进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风
制作酸菜、酸奶、泡菜等 利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸
名师提醒：(1)根对无机盐的吸收是主动运输的过程，农田及时松土透气，增加土壤中O2的浓度，使根的细胞呼吸加强，从而促进植物对无机盐的吸收。
(2)酿酒的早期要通气，有利于酵母菌进行有氧呼吸，从而快速繁殖；后期密闭，有利于酵母菌无氧呼吸产生乙醇。
[学习小结]
　　　　
1．如图表示细胞内物质转化的部分过程，以下有关叙述错误的是(　　)
A．图中的[H]主要在线粒体内产生
B．图中①物质是O2
C．用18O标记葡萄糖完成该过程后，产物水中检测不到18O
D．图示过程会释放热能
解析：选B　分析题图可知，①与丙酮酸反应产生二氧化碳，因此①是反应物水。
2．有氧呼吸全过程的物质变化可分为三个阶段：①C6H12O6(葡萄糖)→丙酮酸＋[H]；②丙酮酸＋H2O→CO2＋[H]；③[H]＋O2→H2O。下列与此相关的叙述正确的是(　　)
A．第③阶段反应极易进行，不需要酶的催化
B．第②阶段无ATP生成，第③阶段形成较多的ATP
C．第①②阶段发生的场所不同
D．第①阶段与无氧呼吸的第①阶段不同
解析：选C　有氧呼吸的任何一个阶段都需要酶的催化，A错误；有氧呼吸的三个阶段都有ATP生成，第①②阶段较少，第③阶段较多，B错误；有氧呼吸的第①阶段发生在细胞质基质，第②阶段发生在线粒体基质，C正确；有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段相同，都将葡萄糖分解为丙酮酸和[H]，释放少量能量，D错误。
3. 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→H2O B．葡萄糖→丙酮酸→O2
C．葡萄糖→O2→H2O D．葡萄糖→丙酮酸→CO2
解析：选D　以葡萄糖为底物的有氧呼吸过程可分为3个阶段，第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸，同时产生[H]和少量的能量；第二阶段是丙酮酸与水反应生成CO2，同时产生[H]和少量的能量；第三阶段是第一阶段和第二阶段产生的[H]与氧结合生成H2O，同时产生了大量的能量。从葡萄糖氧化分解产生H2O和CO2的全过程可以看出，葡萄糖中18O的转移途径是葡萄糖→丙酮酸→CO2。
4．如图为线粒体的结构示意图，其中不可能发生的反应是(　　)
A．②处发生丙酮酸和H2O反应
B．①处产生ATP
C．②处产生CO2
D．[H]与O2结合生成水发生在③处
解析：选B　图示中①为线粒体外膜和内膜间的空隙，②为线粒体基质，③为线粒体的内膜。丙酮酸和H2O反应产生CO2和[H]发生在线粒体基质中；线粒体中产生ATP的部位是线粒体基质和内膜；[H]与O2结合生成水的场所是线粒体内膜。
5．如图表示人体细胞中的两种细胞呼吸类型，下列有关叙述中，错误的是(　　)
A．③过程既产生[H]，也消耗[H]
B．②过程中需要①过程提供[H]
C．③过程需要大量O2参与
D．②③过程进行的场所相同
解析：选D　③过程包括有氧呼吸的第二、三阶段，有氧呼吸的第二阶段产生[H]，有氧呼吸的第三阶段消耗[H]和O2，A、C正确；②过程是无氧呼吸的第二阶段，反应物是第一阶段产生的[H]和丙酮酸，B正确；②过程的场所是细胞质基质，③过程的场所是线粒体，D错误。
6. 如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验示意图，下列相关叙述不正确的是(　　)
A．条件X为无氧，条件Y为有氧
B．条件X下葡萄糖分解产生的能量主要以热能形式散失
C．试剂甲为酸性重铬酸钾溶液，现象Z为溶液变为绿色
D．两种条件下，物质a产生的场所均为线粒体基质
解析：选D　根据图示可知，条件X为无氧，条件Y为有氧，无氧呼吸过程中葡萄糖分解产生的能量大部分以热能形式散失，A、B正确；试剂甲为酸性重铬酸钾溶液，与酒精反应溶液变为绿色，C正确；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，D错误。
对应学生用书P68
1．细胞呼吸方式的判断
(1)理解细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系(以酵母菌消耗C6H12O6为例)：
反应式 有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量无氧呼吸：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量
比例关系 ①有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6②无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶酒精＝1∶2∶2③消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2摩尔数：有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1
(2)判断细胞呼吸方式的三大依据：
1．向一密闭容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌，1 h后测得该容器中O2减少24 mL，CO2增加36 mL，则在这1 h内酒精发酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的(　　)
A．1/3倍　　　　　 B．1/2倍
C．2倍 D．3/2倍
解析：选D　由反应式可知，有氧呼吸每消耗1 mol O2同时生成1 mol CO2，由于在相同状况下，气体的体积比等于物质的量之比，结合题意“1 h后测得该容器中O2减少24 mL”，说明有氧呼吸产生24 mL CO2，则无氧呼吸产生的CO2为36－24＝12 mL，则在这1 h内酒精发酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的3/2倍。
2．下表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量的变化结果。相关说法正确的是(　　)
— 甲 乙 丙
CO2释放量(mol) 12 8 10
O2吸收量(mol) 0 6 10
A．在甲条件下进行的是产生CO2和乳酸的无氧呼吸
B．在乙条件下消耗的葡萄糖中有氧呼吸比无氧呼吸多
C．在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值
D．在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体
解析：选D　甲条件下只释放CO2，不吸收O2，进行的是产生CO2和酒精的无氧呼吸，不产生乳酸；乙条件下消耗O2的量为6 mol，则有氧呼吸消耗葡萄糖的量为1 mol，无氧呼吸产生CO2的量为8－6＝2 mol，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为1 mol，消耗的葡萄糖中有氧呼吸和无氧呼吸相等；丙条件下只进行有氧呼吸，但不能判断有氧呼吸强度是否达到了最大值；乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体。
2．根据液滴移动判断细胞的呼吸方式
选用图中的对照装置(如图)，根据红色液滴移动的方向来探究细胞呼吸的类型：
①实验材料分析
a．装置一、二中试剂的作用：NaOH溶液吸收CO2，清水作为对照。
b．在无吸收CO2溶液的情况下，利用葡萄糖作为底物，进行有氧呼吸的容器中气体体积不变，进行无氧呼吸的容器中气体体积增加。
②实验结果分析
装置一 装置二 结果
红色液滴左移 红色液滴不动 只进行有氧呼吸
红色液滴不动 红色液滴右移 只进行无氧呼吸
红色液滴左移 红色液滴右移 既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
3．如图是探究酵母菌呼吸方式的装置，下列叙述错误的是(　　)
A．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸
B．假设装置1中的液滴不移动，装置2中的液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸
C．假设装置1中的液滴左移，装置2中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
D．假设装置1、2中的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸
解析：选D　装置1烧杯内装的是氢氧化钠溶液，能够吸收细胞呼吸产生的二氧化碳，右边装置烧杯内装的是清水，对呼吸产生的气体无吸收作用。假设装置1、2中的液滴均不移动，说明酵母菌既无氧气的吸收，又无二氧化碳的释放，由此可以说明酵母菌不进行细胞呼吸(酵母菌可能已经死亡)。
4．下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。
1．测定下列哪一项，可简便而且准确地判断出贮存的小麦种子的细胞呼吸方式(　　)
A．有无酒精生成
B．有无水生成
C．有无有机物消耗
D．O2消耗量与CO2生成量的比值
解析：选D　O2消耗量与CO2生成量可以简便、准确测定，若二者比值等于1，则小麦种子进行的是有氧呼吸，若比值为0，则小麦种子进行的是无氧呼吸，若比值在0～1之间，则小麦种子同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
2．不同种类的生物在不同的条件下呼吸方式不同。下列对生物细胞呼吸方式的判断，错误的是(　　)
A．若只释放CO2，不消耗O2，则细胞只进行无氧呼吸
B．若CO2的释放量多于O2的吸收量，则细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸
C．若CO2的释放量等于O2的吸收量，则细胞可能只进行有氧呼吸
D．若既不吸收O2也不释放CO2，则说明该细胞已经死亡
解析：选D　当以葡萄糖为呼吸底物进行有氧呼吸时，细胞吸收O2量等于产生CO2量，若同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，则产生CO2量大于吸收O2量。当产物是乳酸时，细胞既不吸收O2，也不释放CO2。
3．向一瓶含有酵母菌的葡萄糖溶液通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如表所示。下列叙述错误的是(　　)
氧浓度(%) a b c d
产生CO2的量(mol) 0.9 1.3 1.5 3.0
产生C2H5OH的量(mol) 0.9 0.7 0.6 0
A．氧浓度为a时，只进行无氧呼吸
B．氧浓度为b时，经有氧呼吸产生的CO2为0.6 mol
C．氧浓度为c时，消耗的葡萄糖中有50%用于酒精发酵
D．氧浓度为d时，只进行有氧呼吸
解析：选C　氧浓度为a时，产生CO2的量和产生酒精的量相等，表示酵母菌只进行无氧呼吸，没有有氧呼吸，A正确；由于无氧呼吸产生CO2的量和产生酒精的量相等，因此氧浓度为b时，有0.6 mol的CO2经有氧呼吸产生，B正确；氧浓度为c时，酵母菌无氧呼吸产生的酒精是0.6 mol，因此无氧呼吸消耗的葡萄糖是＝0.3 mol，有氧呼吸消耗的葡萄糖是＝0.15 mol，因此用于酒精发酵的葡萄糖占消耗葡萄糖总量的＝，C错误；氧浓度为d时，酵母菌不产生酒精，因此只进行有氧呼吸，D正确。
4．在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2释放量和O2吸收量变化的相对值如表所示。若呼吸底物是葡萄糖，则下列叙述正确的是(　　)
CO2释放量 O2吸收量
a 10 0
b 8 3
c 6 4
d 7 7
A．a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精或乳酸
B．b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸少
C．c条件下，种子呼吸消耗的葡萄糖最少
D．d条件下，产生的CO2来自细胞质基质和线粒体
解析：选B　本题难点是通过计算判断细胞呼吸的方式。O2吸收量为0时产生了CO2，这说明该植物的无氧呼吸产物是酒精，不会是乳酸，A错误；b条件下，氧气消耗的相对值为3，可计算出有氧呼吸葡萄糖消耗的相对值为0.5，无氧呼吸产生CO2的相对值为5，由此可计算出无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值为2.5，B正确；d条件下种子呼吸消耗的葡萄糖最少，C错误；d条件下种子只进行有氧呼吸，CO2全部来自线粒体，D错误。
5.如图表示某植物的非绿色器官呼吸时O2的吸收量和CO2的释放量之间的相互关系，其中线段XY＝YZ。则在氧浓度为a时有氧呼吸与无氧呼吸(　　)
A．消耗的有机物量相等　 B．消耗的O2量相等
C．释放的能量相等 D．释放的CO2量相等
解析：选D　有氧呼吸中O2的吸收量等于CO2的释放量，图中线段XY＝YZ，说明此时有氧呼吸与无氧呼吸生成的CO2量相等；由于有氧呼吸中分解1 mol葡萄糖生成6 mol CO2，而无氧呼吸中分解1 mol葡萄糖生成2 mol CO2，所以有氧呼吸与无氧呼吸消耗的有机物量不相等，释放的能量也不相等；无氧呼吸不消耗O2。
6．某同学用如图所示实验装置测定果蝇幼虫的呼吸速率。实验所用毛细管横截面积为1 mm2，实验开始时，打开软管夹，将装置放入25 ℃水浴中，10 min后关闭软管夹，随后每隔5 min记录一次毛细管中液滴移动的距离，结果如表所示。下列分析正确的是(　　)
实验时间(min) 液滴移动距离(mm)
10 0
15 32.5
20 65
25 100
30 130
35 162.5
A．图中X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴向右移动
B．在20～30 min内氧气的平均吸收速率为6.5 mm3/min
C．如将X换为清水，并将试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率
D．要排除环境因素影响，增设的对照实验只需将装置中的X换成清水，并将该装置置于相同的环境中
解析：选B　图中X为NaOH溶液，NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的CO2，软管夹关闭后液滴将向左移动，A错误；20～30 min内毛细管中液滴移动的距离是130－65＝65(mm)，体积是65 mm×1 mm2＝65 mm3，故氧气的平均吸收速率为65÷10＝6.5(mm3/min)，B正确；如将X换为清水，并将试管充入N2，幼虫进行无氧呼吸，产物是乳酸，不是CO2，液滴不移动，故不能测定果蝇幼虫的无氧呼吸速率，C错误；增设的对照实验应该加入已经死亡的果蝇幼虫，并将该装置置于相同的环境中，D错误。
7．下图为苹果果实在一段时间内，随着环境中O2浓度的提高，其吸收O2量和释放CO2量的曲线。结合此图分析，正确的表述是(　　)
A．O2浓度为b时，无氧呼吸与有氧呼吸释放的CO2量相等
B．O2浓度为a时，果实的无氧呼吸水平最低
C．O2浓度为a时，若cd＝ca，则无氧呼吸消耗的葡萄糖量与有氧呼吸消耗的葡萄糖量相等
D．O2浓度达到b以后，果实基本上靠有氧呼吸提供能量
解析：选D　O2浓度为b时，吸收O2量和释放CO2量相等，这时只进行有氧呼吸，A错误，D正确；O2浓度为b时，果实的无氧呼吸水平最低，为0，B错误；O2浓度为a时，若cd＝ca，则无氧呼吸与有氧呼吸释放的CO2量相等，假设都是6，则有氧呼吸消耗葡萄糖为1，无氧呼吸消耗葡萄糖为3，C错误。
8．有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如下表所示：
氧浓度(%) a b c d
产生CO2的量 30 mol 9 mol 12.5 mol 15 mol
产生酒精的量 0 mol 9 mol 6.5 mol 6 mol
下列叙述错误的是(　　)
A．氧浓度为a时只进行有氧呼吸
B．b值对应的氧浓度为零
C．氧浓度为c时，经有氧呼吸产生的CO2为6 mol
D．氧浓度为d时，有1/3的葡萄糖用于乙醇发酵
解析：选D　根据表格信息，结合有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可判断：在氧浓度为a时酵母菌只进行有氧呼吸，氧浓度为b时只进行无氧呼吸，氧浓度为c、d时既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。氧浓度为d时有氧呼吸产生CO2的量为15－6＝9(mol)，消耗葡萄糖1.5 mol，无氧呼吸产生CO2的量为6 mol，消耗葡萄糖3 mol，故有2/3的葡萄糖用于乙醇发酵。
9．某同学用如图装置测定密闭容器中发芽的小麦种子的呼吸方式。其中甲实验装置设计如下：密闭的锥形瓶内放入一盛有10%的NaOH溶液的小烧杯，杯中插入一根滤纸折叠条。瓶底放入经消毒的正在萌发的小麦种子，并放置到20 ℃恒温环境中培养一段时间。
(1)NaOH溶液的作用是________________________。小烧杯中插入一根滤纸折叠条的作用是____________________________。
(2)由于发芽小麦种子的细胞呼吸，甲装置内的气体发生了变化，使得墨水滴向右移动，显然瓶内气体减少了，减少的气体是________。
(3)乙装置用来测定发芽小麦种子细胞呼吸过程中的另一种气体的变化，则乙装置锥形瓶的小烧杯内放入____________________。
(4)若甲装置测出的实验数据(墨水滴向右移动量)为X，乙装置测得的实验数据(墨水滴向左移动量)为Y，则装置中种子的有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的比为________。
(5)为了纠正环境因素对甲装置引起的误差，必须另设丙装置进行校正。则丙装置锥形瓶中放置________________________，小烧杯内放置____________________，其他处理与实验组完全相同。
解析：(1)小烧杯中的NaOH溶液用于吸收细胞呼吸产生的CO2；在小烧杯中插入一根滤纸折叠条，可增大吸收CO2的能力。(2)甲装置中发芽小麦种子进行细胞呼吸时消耗O2，并放出CO2，其中CO2被NaOH溶液吸收，使得锥形瓶中气压下降，导致墨水滴向右移动，所以减少的气体为O2。(3)装置乙用来测定小麦种子呼吸过程中另一种气体(即CO2)的变化，则其与装置甲的不同之处在于烧杯中的液体应用同体积的清水。(4)由题意可知，装置甲测得的X为小麦种子有氧呼吸消耗O2的量，则小麦种子有氧呼吸消耗葡萄糖量为X/6，装置乙测得的Y为小麦种子无氧呼吸CO2释放量，则小麦种子无氧呼吸消耗葡萄糖量为Y/2。则两者之比为X/6∶Y/2＝X∶3Y。(5)丙装置作为对照组，锥形瓶内加入与甲组等量的经消毒的死种子，小烧杯中溶液应与甲装置相同。
答案：(1)吸收细胞呼吸产生的CO2　增大吸收CO2的能力　(2)O2　(3)同体积的清水　(4)X∶3Y　(5)与甲组等量的经消毒的死种子　与甲组等量的NaOH溶液
10．不同种类的种子中储存的营养物质的种类不同。在科学研究中常通过呼吸熵(RQ＝释放的CO2体积/消耗的O2体积)推测生物用于有氧呼吸的能源物质。如图是测定发芽种子呼吸熵的两个装置。关闭活塞，在25 ℃下经20分钟后读出刻度管中着色液滴移动的距离。设装置1和装置2中着色液滴分别向左移动x和y(mm)。x和y值反映了容器内气体体积的减少量。请回答下列问题：
(1)装置1中加入NaOH溶液的目的是________。
(2)x代表__________________________________，y代表__________________________。若测得x＝200 mm，y＝30 mm，则该发芽种子的呼吸熵是________。
(3)为使测得的x和y值更精确，还应再设置一个对照装置。对照装置的容器和试管中应分别放入______________。设置对照装置的目的是__________________________________。
解析：(1)装置1中加入NaOH溶液的目的是吸收种子细胞呼吸产生的CO2。(2)装置1中种子细胞呼吸消耗O2，产生的CO2被NaOH溶液吸收，液滴向左移动的距离x代表有氧呼吸消耗O2的体积，装置2中蒸馏水不会吸收CO2，液滴向左移动的距离y代表有氧呼吸消耗O2和释放CO2的体积之差。若测得x＝200 mm，y＝30 mm，则该发芽种子的呼吸熵是(200－30)/200＝0.85。(3)环境条件如温度、气压的变化会影响实验结果的准确性，为排除误差，使测得的x和y值更精确，设置的对照装置的容器和试管中应分别放入死的发芽种子和蒸馏水。
答案：(1)吸收CO2　(2)消耗O2的体积 　消耗O2和释放CO2的体积之差　0.85　(3)死的发芽种子和蒸馏水　用于校正装置1和装置2内因物理因素引起的气体体积变化
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19第1课时　酶的本质和作用
新课标 核心素养
1.说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质。2.阐明酶发挥作用的原理。3.通过对有关酶实验的分析，学会控制实验的变量和设置对照实验。 1.生命观念——认同细胞代谢离不开酶。2.科学探究——学会控制实验的变量和设置对照实验。
知识点(一)酶的本质
酶本质的探索历程
1．1857年，巴斯德发现，发酵是由微生物引起的，后来他又证实了酒精发酵是由酵母菌引起的。
2．1897年，毕希纳证明了引起发酵的是酵母菌所含的。
3．1926年，萨姆纳证明脲酶是蛋白质。
4．20世纪80年代，科学家发现少数RNA也具有生物催化功能，并把这类RNA称为核酶。
5．能催化生化反应的酶绝大多数是蛋白质。
(1)酶的基本组成单位是氨基酸(×)
(2)酶可以通过食物直接获取(×)
(3)酶是只具有分泌功能的细胞产生的(×)
(4)绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA(√)
1．(生命观念)酶只在细胞内产生和起作用吗？
提示：酶只在细胞内产生，细胞内、外都可以发挥作用。
2．(科学探究)要验证唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，现有的实验材料有：刚取的唾液、已知蛋白液、双缩脲试剂及试管等，那么你给出的合理实验方案是怎样的？
提示：
组别 待测液 检验试剂 预期现象 结论
实验组 唾液 双缩脲试剂 出现紫色 唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质
对照组 已知蛋白液 双缩脲试剂 出现紫色
1．20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，该酶由20%的蛋白质和80%的RNA组成。如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明(　　)
A．RNA具有生物催化作用
B．酶是由RNA和蛋白质组成的
C．酶的化学本质是蛋白质
D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
解析：选A　除去RNaseP酶中的蛋白质，在提高Mg2＋浓度的前提下，RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，说明该酶中的RNA具有催化作用，A符合题意。
2．下列有关酶的叙述正确的是(　　)
①都能与双缩脲试剂反应呈现紫色　②有的从食物中获得，有的在体内转化而来　③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．①⑤⑧
C．③⑤⑧ D．①③⑤
解析：选C　并不是所有的酶与双缩脲试剂反应都呈现紫色，如RNA，①错误；酶是由活细胞产生的，具有生物催化作用的有机物。食物中的酶进入消化道便被分解了，②错误；活细胞一般都能产生酶，③正确；就酶的化学本质而言，主要是蛋白质，少数是RNA，④错误，⑤正确；代谢是细胞内全部有序的化学变化的总称，需要酶的催化，⑥⑦错误，⑧正确。
[归纳提升]
化学本质 绝大多数是蛋白质 少数是RNA
合成原料 氨基酸 核糖核苷酸
合成场所 核糖体 细胞核(真核生物)
实验验证 实验组 待测酶液＋双缩脲试剂→是否出现紫色反应 待测酶液＋派洛宁试剂→是否呈现红色
对照组 已知蛋白液＋双缩脲试剂→出现紫色反应 已知RNA溶液＋派洛宁试剂→出现红色
作用场所 细胞内、外或生物体外均可起作用
作用原理 降低化学反应活化能
来源 活细胞
生理功能 具有生物催化作用
知识点(二)酶的作用
1．酶促反应：指由酶催化的化学反应。
2．活化能
在一定温度下，分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需的能量。
3．活化分子
(1)概念：处于过渡态的分子称为活化分子。
(2)规律：在一个化学反应体系中，活化分子越，反应速率越_快__。
(3)增多途径
①加热或光照等方法；
②使用催化剂降低活化能。
4．酶催化作用实质：降低化学反应的活化能，使生化反应在较低能量水平上进行，从而加快生化反应。
5．实验
(1)过程：
编号 加入物质 处理 现象
1 3 mL体积分数为3%的H2O2溶液 蒸馏水 基本无气泡，木条不复燃
2 质量分数为5%的FeCl3溶液 有较多气泡，木条复燃
3 新鲜酵母菌液 有更多气泡，木条猛烈燃烧
(2)结论：酶具有催化作用。
(1)酶能够为化学反应提供能量(×)
(2)酶在化学反应前后不发生变化(√)
(3)酶一定能够使化学反应的速度加快(×)
(4)酶只在体内发挥作用(×)
1．(生命观念)加热和无机催化剂都可降低化学反应的活化能吗？
提示：加热可提供化学反应所需活化能，提高反应速率；无机催化剂可降低活化能。
2．(科学思维)用酶进行一些工业生产时，有时候一次性加入酶以后，可以长时间维持该反应的进行，试解释其原因。
提示：酶是催化剂，而催化剂在反应前后是不发生数量变化的，只是降低了化学反应所需的活化能。
1．下图表示比较过氧化氢在不同条件下的分解实验。相关分析合理的是(　　)
A．本实验的因变量是不同的催化剂
B．本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C．1号与3号、1号与4号可分别构成对照实验
D．分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能
解析：选C　本实验的因变量是气泡的产生速率，即过氧化氢的分解速率；温度是自变量，酶的用量是无关变量；1号与3号、1号与4号中只有一个实验变量不同，可分别构成对照实验；2号在高温下出现气泡的原因是加热使过氧化氢分子得到能量，从基态转变为容易发生化学反应的过渡态。
2．下图中，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，正确的图解是(　　)
解析：选C　酶的作用是降低化学反应的活化能，从而使化学反应能够快速地进行，但反应过程仍然需要能量。只是有酶时所需能量少，没有酶时所需能量多。
[归纳提升]
1．相关概念
(1)酶促反应：由酶催化的化学反应称为酶促反应。
(2)酶活性：在酶促反应中，酶的催化效率称为酶活性，用反应速率来表示。
(3)活化能：在一定温度下，分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需要的能量。
2．作用原理
酶催化作用的实质：降低活化能，使化学反应在较低能量水平上进行，从而加快化学反应(如图)。
(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)ab段的含义是酶降低的活化能。
(3)若将酶改为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动，即反应需要的活化能要增大。用加热的方法不能降低活化能，但会提供活化能。
3．作用过程
酶＋底物酶—底物复合物酶＋产物
4．意义：由于酶的催化作用，细胞代谢才能在常温、常压条件下快速进行。
名师提醒：①酶的作用只是降低了化学反应的活化能，改变化学反应的速度，缩短化学反应达到平衡的时间，但不能改变反应方向和平衡常数。反应前后酶的化学性质和数量均没有变化。
②有的酶存在于细胞外(如消化酶)，有的酶存在于细胞内(如呼吸酶)。因此酶的作用场所可以是细胞内，也可以是细胞外，还可以是体外。
[学习小结]
　　　　
1．下列关于酶的叙述，正确的是(　　)
A．酶彻底水解的产物都是氨基酸
B．酶只有在细胞内才能发挥作用
C．酶通过降低或提高化学反应的活化能来提高化学反应速率
D．所有的酶都含有C、H、O、N四种元素
解析：选D　酶彻底水解的产物是氨基酸或核糖核苷酸，A错误；酶是由活细胞产生的，在细胞内、外及生物体外都可发挥其催化作用，B错误；酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率，C错误。
2．用同一种蛋白酶处理甲、乙两种酶，甲、乙两种酶的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RNA
C．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　大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶是RNA。用题干所述蛋白酶处理后，乙酶活性降低，说明该种蛋白酶能改变乙酶的分子结构，故乙酶的化学本质是蛋白质；而甲酶活性不变，说明甲酶可能是RNA。
3．下图表示某物质在酶、无机催化剂、无催化剂时由基态转变为过渡态时所需的活化能(分别为a、b、c)，此图不能得到的结论是(　　)
A．无机催化剂能降低化学反应的活化能
B．酶能降低化学反应的活化能
C．无机催化剂降低的活化能为b—a
D．酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著
解析：选C　据图可知，酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能，酶降低的活化能为c—a，无机催化剂降低的活化能为c—b，酶降低活化能的效果比无机催化剂更显著。
4．下列有关酶的叙述，错误的是(　　)
A．所有酶都含有C、H、O、N四种元素，是由单体组成的生物大分子
B．有些酶和相应的化学试剂作用呈现紫色反应
C．活细胞产生酶的场所都是细胞质中的核糖体
D．催化反应前后酶的性质和数量不变
解析：选C　酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA，都是生物大分子。蛋白质和RNA都含有C、H、O、N四种元素，分别是由氨基酸、核糖核苷酸组成的；蛋白质类的酶和双缩脲试剂作用呈现紫色反应；活细胞产生蛋白质类酶的场所都是核糖体，但是RNA类酶主要是在细胞核中产生的；酶是生物催化剂，催化反应前后酶的性质和数量不变。
5．下列关于活化能的叙述，错误的是(　　)
A．分子从基态转变为容易发生化学反应的过渡态所需要的能量
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，酶降低化学反应活化能的作用效果更显著
解析：选B　酶和无机催化剂均能降低化学反应的活化能。相比之下，酶降低活化能的作用效果更显著。水浴加热虽然能加快化学反应速率，但并没有降低反应的活化能。
6．如图中曲线 Ⅰ、Ⅱ 分别表示物质甲在无催化剂条件和有酶催化条件下生成物质乙所需的能量变化过程。下列相关叙述正确的是(　　)
A．ad段表示在无机催化剂条件下物质甲生成物质乙需要的活化能
B．若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b在纵轴上将向下移动
C．若仅增加反应物甲的量，则图中曲线的原有形状均发生改变
D．若曲线Ⅱ为最适酶促条件下的曲线，改变酶促条件后，则b在纵轴上向上移动
解析：选D　分析题图，在无催化剂条件下，物质甲生成物质乙所需的活化能为ac段；在有酶催化的条件下，生成物质乙所需的活化能为bc段。若曲线 Ⅱ 为最适酶促反应条件下获得的曲线，改变酶促反应条件后，所需的活化能会变大，因此b点在纵轴上将向上移动。增加反应物甲的量，图中曲线的原有形状不会改变。
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7第1课时　叶绿体与光能的捕获
新课标 核心素养
1.阐明“提取和分离叶绿体中的光合色素”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.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。4.说明光合作用以及对它的认识过程。 1.生命观念——认同叶绿体的结构特点与其作为光合作用的场所相适应。2.科学探究——通过对“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的操作，提升实验探究能力。
知识点(一)解开光合作用之谜
1.对光合作用的探索(连线)
2．同位素标记法
(1)概念：利用同位素研究生物体内发生的反应历程，追踪物质的运行和变化规律。
(2)特点
①同位素有的有放射性，有的没有放射性。
②用放射性同位素标记的化合物在化学性质上不会改变。
(1)恩格尔曼利用水绵和好氧细菌进行实验，证明光合作用的放氧部位是叶绿体(√)
(2)萨克斯通过实验证明光照是光合作用的必要条件(√)
(3)鲁宾和卡门的实验方法是同位素标记法，而卡尔文实验不是(×)
1．(生命观念)鲁宾和卡门实验的方法和思路是什么？
提示：①方法：同位素标记法。
②思路：用18O分别标记H2O和CO2，探究光合作用产生的O2来自于水。
2．(科学思维、科学探究)下图是恩格尔曼实验装置改装示意图。
光线通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围好氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。
提示：光线通过叶绿体色素提取液后，红光和蓝紫光被吸收，水绵光合作用微弱，产生O2较少，因此好氧细菌分布无显著变化。
1．图甲是叶绿体结构模式图，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③
C．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：选B　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，与光合作用没有关系；ATP的合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。
2．把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵，通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。该实验证明了(　　)
A．叶绿体能产生营养物质
B．光合作用产生淀粉
C光合作用释放的O2来自水
D．叶绿体是光合作用的场所
解析：选D　好氧细菌集中在被光束照射的叶绿体上，说明叶绿体产生O2，即进行了光合作用，所以叶绿体是进行光合作用的场所。
[归纳提升]
1．光合作用的探究历程
实验者 内容 结论
海尔蒙特 研究植物的营养来源 植物生长所需的养料主要来自水而不是土壤
英格豪斯 探究植物产生O2的条件 植物只有在光下才能产生O2
萨克斯 检验叶片中有机物的成分 叶片在光下能产生淀粉
鲁宾、卡门 光合作用中水的去处 光合作用释放的O2都来自水
卡尔文 光合作用中碳元素的行踪 CO2被用于合成糖类等有机物
名师提醒：(1)鲁宾、卡门和卡尔文实验的方法均为同位素标记法(也叫同位素示踪法)。
(2)在光合作用的发现过程中，科学家们设计了对照实验，使结果和结论更加科学、准确。①萨克斯：空白对照，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中氧原子的种类。
2．恩格尔曼的实验
知识点(二)叶绿体与光能的捕获
1．原理
(1)提取原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
(2)分离原理：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．实验用品及作用(连线)
3．实验步骤
(1)色素的提取：
(2)色素的分离：
eq \x(\a\al( 制备 ,滤纸条))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(剪滤纸条：将滤纸剪成长与宽略小于试管长, 　↓　 　与宽的滤纸条，并在一端剪去两角,铅笔画线：在距去角一端底部1 cm处用铅笔画一条细的横线))
　
eq \x(\a\al( 画滤,液细线))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(吸取滤液：用毛细吸管吸取少量滤液,　↓,画线：沿铅笔线均匀地画出一条细且直的滤液细线,　↓,重复画线：待滤液干后，重复画细线1～2次)))
　eq \x(\a\al(分离绿,叶中的,色素))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(将适量层析液倒入试管中，将滤纸条, 有滤液细线的一端朝下 轻轻插入层析液中, 注意：不能让滤液细线触及层析液 ，,随后用棉塞塞紧试管口))
滤纸条上色素带有四条，如下图所示
4．叶绿体色素的吸收光谱
色素 主要吸收的光 光谱出现峰值的波长
叶绿素 叶绿素a 蓝紫光、红光 红光区：663 nm蓝紫光区：429 nm
叶绿素b 红光区：645 nm蓝紫光区：453 nm
类胡萝卜素 胡萝卜素 蓝紫光 450 nm左右有两个相邻的峰值
叶黄素
(1)分离色素时，在层析液中溶解度越高，则在滤纸条上扩散的速度越慢(×)
(2)研磨绿叶时，要加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇(√)
(3)色素分离后，在滤纸条上从上至下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b(×)
(4)叶绿素和类胡萝卜素都主要吸收蓝紫光和红光(×)
1．(科学思维)下图中甲代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果。
请判断乙图所示结果最有可能来自________________________(填“正常生长的柳树幼叶”或“秋冬季节的银杏落叶”)。理由是什么？
提示：秋冬季节的银杏落叶　秋冬季节气温较低，叶绿素合成酶的活性降低，并且低温造成叶绿素分解，而叶黄素和胡萝卜素比较稳定。
2．(科学探究)如图表示某同学做“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的改进装置，据图分析：
(1)实验时应将滤液滴在________(填“a”或“b”)处。
(2)在定性滤纸上会出现4个不同颜色的同心圆，最大的圆圈含有________________(填色素种类)，呈现______色；最小的圆圈含有____________(填色素种类)，呈现________色。
提示：(1)a　(2)胡萝卜素　橙黄　叶绿素b　黄绿
1.右图是纸层析法分离叶绿体中色素的装置图，层析后得到不同的色素带，在暗室内用红光照射四条色素带，可以看到较暗的是(　　)
A．①②　 B．②③
C．③④ D．①④
解析：选C　叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，因此，用红光照射时，较暗的色素带即为能吸收红光的色素带，为③④。
2．关于“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的叙述，错误的是(　　)
A．可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B．叶绿体中色素能够分离的原因是各种色素在层析液中的溶解度不同
C．研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和绿叶后直接用杵棒进行研磨，不用作任何处理
D．滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠
解析：选C　无水乙醇是有机溶剂，能够提取叶绿体中的色素；叶绿体中的各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度大的在滤纸上扩散较快，所以层析液能使不同色素分离开来；在色素提取过程中，研磨时除加入碳酸钙和二氧化硅外，还要加入5 mL无水乙醇；滤液细线若画不直，则有可能出现色素的交叉而使滤纸条上不易区分出4条色素带。
[归纳提升]
1． 提取色素的关键
项目 内容 目的
材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高
试剂 二氧化硅 有助于充分研磨
碳酸钙 防止研磨过程中叶绿素被破坏
无水乙醇 溶解色素
关键步骤 研磨要迅速、充分 防止溶剂挥发、提取较多色素
盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发
　　2.分离色素的关键
项目 内容 目的
试剂 层析液 分离色素
关键步骤 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰、整齐
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到容器内的层析液中
3.滤纸条上色素的分布和对光的吸收
4．提取和分离叶绿体中的光合色素实验异常现象的分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析：
①未加二氧化硅，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，使得滤液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：
画滤液细线时，未等前一次滤液线干就接着画，使得滤液细线画得过粗。
(3)色素带不整齐的原因分析：
①画滤液细线时，没有做到画的细线细且直，使色素带重叠。
②滤纸条一端的两角剪得不对称。
(4)滤纸条上看不见色素带：
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。
③加的层析液为水。
(5)只看到上面两条色素带：
①未加碳酸钙，叶绿素a、叶绿素b被破坏。
②所使用的叶片为“黄叶”。
　[学习小结]
　　　
1．在植物光合作用的发现历程中，萨克斯的成就是(　　)
A．植物能够吸收CO2，同时放出O2
B．叶片在光下能够产生淀粉
C．光合作用释放的氧气来自水
D．追踪到光合作用中碳元素的行踪
解析：选B　萨克斯通过实验证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉；英格豪斯通过实验证明植物在阳光下才能制造O2；鲁宾和卡门通过实验证明光合作用释放的O2来自水；卡尔文通过实验追踪到光合作用中碳元素的行踪。
2．如图表示德国科学家萨克斯做的实验，将绿叶在暗处放置一段时间后，用锡箔覆盖一部分叶片，置于阳光下，一段时间后，经脱色、漂洗并用碘蒸气处理，结果被锡箔覆盖的部分呈棕色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色。本实验证明(　　)
①光合作用需要CO2　②光合作用需要光　③光合作用需要叶绿素　④光合作用放出O2　⑤光合作用制造淀粉
A．①② B．③⑤
C．②⑤ D．③④
解析：选C　光照一段时间后，叶片曝光的部分进行光合作用，经脱色、漂洗后用碘蒸气处理变蓝，说明有淀粉生成，⑤正确。有锡箔覆盖的部分，用碘蒸气处理不变蓝，说明光合作用需要光，没有光就不能进行光合作用，②正确。
3．关于“提取和分离叶绿体中的光合色素”实验的操作，正确的是(　　)
A．使用定性滤纸过滤研磨液
B．干燥的定性滤纸可用于分离绿叶中的色素
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线一两次
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，漏斗基部放一块单层尼龙布进行过滤，A错误；分离绿叶中的色素时，需用干燥的定性滤纸，B正确；画出一条滤液细线后需等滤液干后再画一两次，C错误；研磨叶片时用无水乙醇(或体积分数为95%的乙醇，但要加入适量的无水碳酸钠)溶解色素，D错误。
4．如图为新鲜菠菜叶中4种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列有关说法不正确的是(　　)
A．4种色素在层析液中溶解度最高的是丁
B．4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中
C．4种色素在层析液中溶解度最高的是甲
D．发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是甲和乙
解析：选C　本题以柱状图为载体，考查色素的提取和分离实验，解答本题的关键是理解色素的提取和分离实验的原理。据图可知，甲、乙、丙、丁分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，层析液中溶解度最高的是丁，A正确，C错误；4种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中，故可用无水乙醇提取色素，B正确；发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是叶绿素a(乙)和叶绿素b(甲)，D正确。
5.如图为用分光光度计测定的绿色叶片中两类色素吸收不同波长光的曲线图，可判定A和B可能分别为(　　)
A．叶绿素、类胡萝卜素 B．类胡萝卜素、叶绿素
C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素a、叶绿素b
解析：选A　据图分析，色素A主要吸收红光和蓝紫光，则色素A可表示叶绿素；色素B主要吸收蓝紫光，则色素B可代表类胡萝卜素，只有A项符合题意。
6．如图是恩格尔曼利用水绵及好氧细菌(图中的小点)做的实验(a～g代表不同光的波长)。根据此图，下列说法错误的是(　　)
A．光合作用最强的波长区段为b～c
B．好氧细菌的聚集是因为有氧气的存在
C．该实验可证明水绵叶绿体色素对不同波长的光吸收量不同
D．波长a～c区域对应的水绵含叶绿素最多
解析：选D　好氧细菌分布越多的地方，光合作用越强。在波长a～c区域细菌分布比较集中是因为光合色素主要吸收该区域波长的光进行光合作用。
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9第2课时　绿色植物光合作用的过程
新课标 核心素养
掌握光合作用过程中物质变化和能量变化。 科学思维——构建光反应和暗反应过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。
知识点光合作用的过程
1．填写图中字母和序号所代表的内容
(1)a: ; b: NADPH__；c: CO2;_d：。
(2)Ⅰ.光反应阶段；Ⅱ.暗反应阶段。
2．光合作用的过程
(1)光反应：
场所 类囊体膜
外界条件
物质变化 ①H2O―→NADPH＋O2②ADP＋Pi＋能量―→_ATP
能量变化 光能―→ATP_中活跃的化学能
(2)暗反应：
场所 叶绿体基质
物质变化 ①CO2―→ ―→(CH2O)②ATP_―→ADP＋Pi＋能量
能量变化 ATP中活跃的化学能→_糖类中稳定的化学能
3.光合作用的总反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
(1)氧气在类囊体膜上产生(√)
(2)CO2被C3固定成C5(×)
(3)光反应的场所是叶绿体中的类囊体膜，光反应产生的O2、ATP和NADPH都用于暗反应(×)
(4)暗反应包括CO2的固定和C3的还原，两个阶段都在叶绿体基质中进行(√)
(5)整个光合作用过程中，能量的转化是光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能(√)
(6)光合作用释放的O2都来自水(√)
1．(科学思维)暗反应在有光无光条件下都能进行，如果长期无光，暗反应能否一直进行？
提示：暗反应虽然在有光无光条件下都能进行，但需要光反应提供的[H]和ATP。若无光，光反应不能进行，由于缺少[H]和ATP，暗反应停止。
2．(科学思维)暗反应的过程是CO2形成(CH2O)的过程，那么，在这个复杂的过程中，我们可以利用什么方法来探究一下这个过程呢？你能尝试运用示意图，表示出暗反应的过程吗？
提示：同位素示踪法。
1．光反应在叶绿体类囊体膜上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中(　　)
A．需要ATP提供能量　　 B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与 D．会产生氧气
解析：选D　光合作用中的光反应发生在类囊体膜上，光合色素吸收光能，一方面使水裂解，释放出氧气和形成[H]，另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与Pi发生化学反应形成ATP。结合题干信息，加入氧化还原指示剂DCIP后，DCIP会被[H]还原。
2．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是(　　)
A．阶段Ⅰ表示暗反应 B．阶段Ⅱ表示光反应
C．物质a表示NADPH D．物质b表示C3
解析：选C　Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应，A、B错误；光反应为暗反应提供ATP和NADPH，所以图中的a表示的是NADPH，b表示的是ATP，C正确，D错误。
[归纳提升]
1．过程图解
2．光反应与暗反应的比较
项目 光反应(准备阶段) 暗反应(完成阶段)
场所 叶绿体的类囊体膜 叶绿体的基质
条件 光、色素、酶、水、ADP、Pi 多种酶、[H]、ATP、CO2
物质转化 ①水的裂解2H2O＋NADP＋4[H]＋O2②ATP的形成ADP＋Pi＋能量 ATP ①CO2的固定CO2＋C52C3②C3的还原2C3(CH2O)＋C5
能量转化 光能―→ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能―→糖类等有机物中稳定的化学能
实质 光能转变为化学能，并放出O2 利用CO2形成(CH2O)
联系 ①光反应产物[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量；暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供原料；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．光合作用的总反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
4．光合作用的过程中的“一、二、三、四”
一个场所：叶绿体。
两个阶段：光反应、暗反应。
三种能量：光能―→ATP中活跃的化学能―→(CH2O)中稳定的化学能。
四种物质变化：水裂解、ATP形成、CO2固定、C3还原。
5．光反应的产物和产物的去向
光反应的产物有ATP、[H]和O2。ATP、[H]将进入叶绿体的基质参与暗反应；而O2则进入线粒体参与细胞呼吸，或以气体形式进入大气。
6．叶绿体中ATP、ADP的运动方向
光合作用中，ATP从叶绿体的类囊体膜移向叶绿体基质，ADP则从叶绿体基质移向类囊体膜。
7．光合作用过程中氧元素、碳元素、氢元素的去向
氧元素：
碳元素：CO2―→C3―→(CH2O)
氢元素：H2O―→[H]―→(CH2O)
8．若暗反应停止，光反应不能持续进行
若暗反应停止，光反应产生的ATP和[H]积累过多，将抑制光反应的进行。
[学习小结]
　　　　
1．下列对光合作用图解的分析错误的是(　　)
A．图示为真核生物的光合作用过程
B．若突然停止CO2供应，则短时间内三碳化合物的含量将上升
C．图中①为O2，②为ATP
D．若用3H标记的H2O进行示踪，可发现H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类
解析：选B　若突然停止CO2的供应，则短时间内三碳化合物的形成减少，消耗不变，含量降低，B错误。
2．科学家用含14C的CO2来追踪光合作用中的碳原子，发现其转移途径是(　　)
A．CO2→叶绿素→ATP
B．CO2→三碳化合物→ATP
C．CO2→ATP→(CH2O)
D．CO2→三碳化合物→葡萄糖
解析：选D　CO2参与光合作用的暗反应，经CO2的固定形成三碳化合物，再经三碳化合物的还原生成糖类等有机物，储存能量，故选D。
3．参与光合作用的暗反应但不是光反应的产物的是(　　)
A．O2 B．[H]
C．ATP D．C5
解析：选D　[H]、ATP是光反应产生的参与暗反应的物质，而O2不参与暗反应。
4．下列化合物与植物光合作用的关系，错误的是(　　)
选项 化合物 主要生理作用
A ATP 参与CO2的固定
B 酶 催化光合作用中的化学反应
C 光合色素 捕获光能
D H2O 参与O2和(CH2O)的形成
解析：选A　CO2的固定过程中不需要消耗能量。
5．关于光合作用，下列说法中正确的是(　　)
A．在叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应
B．ATP的移动方向为叶绿体基质→类囊体膜
C．暗反应的产物为三碳化合物和O2
D．光反应为暗反应提供ATP和[H]
解析：选D　光合作用的光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行，A错误；ATP产生于类囊体膜上进行的光反应，用于叶绿体基质中进行的暗反应，B错误；O2是光反应的产物，C错误；光反应为暗反应提供ATP和[H]，D正确。
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