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第五章 第1节 降低化学反应活化能的酶（一）
1. 细胞代谢：
（1）定义：细胞中进行的所有化学反应的统称，细胞代谢离不开酶的催化。
（2）主要场所：细胞质
（3）控制中心：细胞核
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。
图示活化能大小：①＞②＞④
③＝①－②
⑤＝①－④
③＜⑤
【图解】
图中①表示：常态时，化学反应所需的活化能；
②表示：有无机催化剂催化时，化学反应所需的活化能；
④表示：有酶催化时，化学反应所需的活化能。
综上，可知：
催化剂可以加快反应进行的本质是：催化剂能够降低化学反应的活化能。
图中③表示：无机催化剂所降低的活化能；
⑤表示：酶所降低的活化能。
综上，又可知：
相比无机催化剂，酶具有高效性的原因：酶能够显著降低化学反应的活化能。
【补充】加热可以加快反应进行的本质：加热为化学反应提供能量。
（不是降低活化能！！）
3. 酶：
（1）定义：活细胞产生的具有催化作用的有机物。
（2）本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA
（3）功能：催化作用
（4）特性：①高效性；②专一性；③作用条件温和
（5）来源：活细胞都能产生酶（不包括哺乳动物成熟红细胞），酶也可在细胞外发挥作用
（6）作用原理：显著降低化学反应的活化能
（7）合成原料：氨基酸 或 核糖核苷酸
（8）合成场所：核糖体 或 细胞核
【注意】
① 不是所有的活细胞都能产生酶，如：哺乳动物成熟红细胞（无细胞核与细胞器）；
② 能水解胃蛋白酶的酶是蛋白酶，能水解脂肪酶的酶也是蛋白酶，原因：胃蛋白酶和脂肪酶的化学本质都是蛋白质（绝大多数酶都是蛋白质，尤其高中阶段涉及和考查的）。
4. 【科学史】关于酶本质的探索：
【补充】
（1）表示酶的高效性的曲线：
酶只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点，因此，酶不能改变最终生成物的量。
（2）酶具有高效性的意义：
① 保证了细胞内化学反应的顺利进行 ；
② 保证了细胞内能量供应的稳定。
（3）表示酶的专一性的曲线：
酶具有专一性，酶B不能催化A的反应
A：酶
B：被催化的底物
E、F：B分解后的产物
C、D：不能被该酶催化的其他物质
或不能催化B分解的其他酶
（4）酶具有专一性的意义：
保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
5. 酶活性：通常以酶促反应速率的大小来表示酶活性的高低，即酶促反应速率
越快，代表酶活性越高。
（1）温度对酶活性的影响：（曲线仅有一个零点）
低温抑制酶活性（调温后酶活性可恢复）
高温下酶失活（调温后酶活性也不再恢复）
高温下酶失活的根本原因：酶的空间结构被破坏
该酶的最适温度：B点对应温度
（此温度下酶活性最高）
（2）pH对酶活性的影响：（曲线有两个零点）
过酸、过碱条件下酶失活
（调pH后酶活性也不再恢复）
根本原因：酶的空间结构被破坏
该酶的最适pH：B点对应pH
（此pH下酶活性最高）
6. 影响酶促反应速率的因素：
（1）温度：通过影响酶活性，进而影响反应速率。 （相关曲线如上所示）
（2）pH：通过影响酶活性，进而影响反应速率。 （相关曲线如上所示）
（3）底物浓度：直接影响反应速率。
在一定范围内（P点之前），酶促反应速率随底物浓度的增加而升高；超过一定范围（P点之后），由于酶浓度的限制，反应速率不再升高。
（4）酶浓度：直接影响反应速率。
在一定范围内（Q点之前），酶促反应速率随酶浓度的增加而升高；超过一定范围（Q点之后），由于底物浓度的限制，反应速率不再升高。
【补充】
① 酶制剂的保存：适于在零上低温(0 ～4℃)条件下保存。
② 人体胃蛋白酶的最适pH＝1.5，若将其pH从10.0调至1.5，此时胃蛋白酶始终失活，其活性（酶促反应速率）不再改变。
第五章 第1节 降低化学反应活化能的酶（二）
【实验一】探究H2O2在不同条件下的分解
1. 实验分组及现象：
①号试管：常温 气泡产生不明显
②号试管：水浴加热 产生较少气泡
③号试管：FeCl3（无机催化剂） 产生较多气泡，卫生香复燃
④号试管：肝脏研磨液（含H2O2酶） 产生大量气泡，卫生香复燃剧烈
自变量：温度、催化剂的种类
因变量：H2O2的分解速率
无关变量：H2O2的浓度和剂量、催化剂的剂量、温度等等
对照组：①号试管
实验组：②③④号试管
【注意】
对照实验中，无关变量必须保持相同且适宜！
2. 实验结论：（进行对照的组别不同，则对应得出的实验结论也不同）
①②组：加热可以促进H2O2分解；
①③组：无机催化剂FeCl3可以促进H2O2分解；
①④组：过氧化氢酶可以促进H2O2分解；
③④组：过氧化氢酶的催化效率比FeCl3高。
3. 实验注意事项：
① 选用新鲜猪肝并研磨：新鲜肝脏中含有较多的H2O2酶且活性高，研磨有利于H2O2酶与试管内过H2O2分子充分接触，加速H2O2的分解。
② 因变量观测指标：气泡数量、卫生香复燃情况
4. 实验所用科学方法：控制变量和设计对照实验
（1）变量的类型：
① 自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素；
② 因变量：随自变量的变化而变化；
③ 无关变量：除自变量外，其余能对实验结果造成影响的因素。
（“控制变量”：即保持无关变量相同且适宜）
（2）对照实验的设计：
① 对照组： 未经过处理的一组 （或已知实验结果的一组）
② 实验组： 经过处理的一组 (或未知实验结果的一组)
【补充】
特殊的对照实验（即对比实验）也可不设对照组，而是由不同实验组之间相互形成对照。
【实验二】验证酶的专一性
设计方案【1】 验证淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
（酶相同，底物不同）
1. 实验分组及现象、结论：
①号试管出现砖红色沉淀的原因：
淀粉酶催化淀粉水解，产生还原糖，与斐林试剂发生反应。
②号试管无砖红色沉淀的原因：
淀粉酶不能催化蔗糖的水解，无还原糖生成。
2. 实验注意事项：
此实验不能将“斐林试剂”换为“碘液”进行检测，原因：碘液只能检测淀粉有没有被水解，而蔗糖及蔗糖的水解产物均不会与碘液发生反应，即碘液无法检测蔗糖是否被分解，故不可用碘液代替斐林试剂进行鉴定。
设计方案【2】 验证淀粉酶和蔗糖酶对淀粉的水解作用
（酶不同，底物相同）
1. 实验分组及现象、结论：
①号试管出现砖红色沉淀的原因：
淀粉酶催化淀粉水解，产生还原糖，与斐林试剂发生反应。
②号试管无砖红色沉淀的原因：
蔗糖酶不能催化淀粉的水解，无还原糖生成。
2. 实验注意事项：
此实验可以将“斐林试剂”换为“碘 液”进行检测，原因：底物都是淀粉，
斐林试剂可以检测淀粉是否被分解，碘液也可以检测淀粉是否被分解。
第五章 第1节 降低化学反应活化能的酶（二）
【实验三】探究温度对酶活性的影响
1. 实验分组及现象：
第一组蓝色较浅的原因：0℃下淀粉酶活性较低，淀粉分解程度较低（但仍被分解），因此遇碘变蓝的颜色较浅。
第二组不变蓝的原因：37℃下淀粉酶活性较高，淀粉被完全分解，因此不会遇碘变蓝。
第三组蓝色较深的原因：100℃下淀粉酶完全失活，淀粉不分解，因此遇碘变蓝的颜色很深。
2. 实验结论：
酶的催化作用需在适宜的温度下进行，温度过低抑制酶的活性，温度过高酶失活。
3. 实验注意事项：
① 实验材料选择淀粉酶而不选择H2O2酶的原因：温度会影响H2O2自身的分解，从而对实验结果造成干扰。
② 鉴定试剂选择碘液而不选择斐林试剂的原因：斐林试剂需水浴加热，而本实验中每个组必须严格控制温度。
③ 实验过程中，应先将同组的底物和酶分别置于同一温度中，再混合二者。
（先保温，再混合，保证底物和酶是在特定温度下结合的）
【实验四】探究pH对酶活性的影响
1. 实验分组及现象：
第一组卫生香不复燃的原因：过酸条件下H2O2酶失活，H2O2不分解，无O2生成。
第二组卫生香迅速复燃的原因：中性条件下H2O2酶活性较高，H2O2被完全分解，产生大量O2。
第三组卫生香不复燃的原因：过碱条件下H2O2酶失活，H2O2不分解，无O2生成。
2. 实验结论：
酶的催化作用需在适宜的pH下进行，过酸或过碱均会使酶失活。
3. 实验注意事项：
① 实验材料选择H2O2酶而不选择淀粉酶的原因：pH会影响淀粉自身的分解，从而对实验结果造成干扰。
② 本实验也可通过观察气泡的产生速率来检测酶活性。
③ 实验过程中，应先将同组的底物和酶分别置于同一pH中，再混合二者。
（先调pH，再混合，保证底物和酶是在特定pH下结合的）
第五章 第2节 细胞的能量“货币”ATP
1. 腺苷三磷酸（ATP）：一种高能磷酸化合物，被称为细胞的能量“货币”
（1）元素：C、H、O、N、P
（2）组成：1 ATP ＝ 1核糖 ＋ 1腺嘌呤 ＋ 3磷酸基团
＝ 1腺苷 ＋ 3磷酸基团
（腺苷 = 核糖 + 腺嘌呤）
（3）功能：生命活动的直接能源物质
（4）结构简式：A-P~P~P
（A表示腺苷，P表示磷酸基团，— 表示普通化学键，~ 表示高能磷酸键）
（5）结构简图：
（6）特点： ① ATP在细胞中的含量较少，化学性质不稳定；
（相邻的磷酸基团同性相斥，使得高能磷酸键不稳定，末端的磷酸
基团具有较高的转移势能，容易脱离）
② ATP水解的过程就是释放能量的过程。
（ATP水解时，末端的高能磷酸键断裂，能量得以释放）
【补充】几种物质的转化：
【辨析】三种物质的结构简图：
ATP = 1核糖 + 1腺嘌呤 + 3磷酸基团
ADP = 1核糖 + 1腺嘌呤 + 2磷酸基团
腺嘌呤核糖核苷酸
= 1核糖 + 1腺嘌呤 + 1磷酸基团
2. ATP与ADP的相互转化：
（1）反应式：
（2）特点：
快速时刻发生，并处于动态平衡。
（因此，尽管ATP在细胞中的含量很少，也足以为细胞的生命活动提供能量）
【注意】
此反应不属于可逆反应，原因：
① 反应条件（酶）不同；
② 反应发生的场所不同；
③ 能量的来源和去向不同。
【辨析】
【补充】
（1）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通：
① 吸能反应总是与ATP的水解相联系，由ATP水解提供能量；
② 放能反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量贮存在ATP中。
（2） 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。
例：主动运输、肌肉收缩、大脑思考、萤火虫发光、电鳐发电
3. ATP为主动运输供能的机制（以Ca2+的运输为例）：
① Ca2+激活载体蛋白：Ca2+与载体蛋白（本质是ATP水解酶）结合，激活酶活性；
② 载体蛋白磷酸化：在酶的催化下ATP发生水解，末端磷酸基团脱离，与载体
蛋白结合；
③ Ca2+释放：载体蛋白空间结构发生改变，将Ca2+释放到膜外。
4. 糖类、脂肪和ATP的联系：
细胞中的糖类和脂肪通过呼吸作用进行分解，释放大量能量，用于ATP的合成；
新合成的ATP又可以水解为ADP，同时释放能量，用于各种生命活动。
（ATP就好比糖类、脂肪与生命活动之间的“货币”）
【补充】
（1）植物细胞合成ATP的细胞器：叶绿体、线粒体
动物细胞合成ATP的细胞器：线粒体
（2）植物细胞合成ATP的过程：光合作用、呼吸作用
动物细胞合成ATP的过程：呼吸作用
【总结】 各种能源物质：
【辨析】 不同化合物中的“A”：
ATP中的A：腺苷
DNA中的A：腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
RNA中的A：腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸中的A：腺嘌呤
第五章 第3节 细胞呼吸的原理和应用（一）
1. 细胞呼吸：
（1）定义：细胞内的有机物氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成
ATP的过程。
（2）分类：
① 无氧呼吸：在没有O2参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，
释放少量能量，生成少量ATP的过程。
② 有氧呼吸：在O2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CO2和水，释放大量能量，生成大
量ATP的过程。
（3）场所：
① 细胞质基质：无氧呼吸（全）
有氧呼吸（第一阶段）
② 线粒体：有氧呼吸（第二、三阶段）
【补充】 线粒体模式图：
2. 有氧呼吸：
（1）第一阶段：细胞质基质
（2）第二阶段 ：线粒体基质
（3）第三阶段：线粒体内膜
【总反应式】
【注意】
葡萄糖只能在细胞质基质中分解，不能进入线粒体分解，原因：
① 线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；
② 线粒体中没有催化葡萄糖氧化分解的酶。
3. 无氧呼吸：
（1）第一阶段：细胞质基质
（2）第二阶段：细胞质基质
【总反应式】
【补充】
① 无氧呼吸时产生乳酸的生物：动物、乳酸菌、甜菜块根、马铃薯块茎等
② 无氧呼吸时产生酒精的生物：酵母菌、绝大多数植物细胞
【注意】
① 有氧呼吸能量去向：葡萄糖分解释放的能量大部分以热能形式散失，少部
分用于合成ATP；
② 无氧呼吸能量去向：只在第一阶段释放少量能量，合成少量ATP，葡萄糖
中的能量大部分储存在酒精或乳酸中。
4. 发酵：
（1）定义：指酵母菌、乳酸菌等微生物的细胞呼吸。
（2）类型：
① 酒精发酵：微生物无氧呼吸产生酒精的方式（如：酵母菌）。
② 乳酸发酵：微生物无氧呼吸产生乳酸的方式（如：乳酸菌）。
【注意】
“发酵”是针对微生物的概念，人体肌细胞进行无氧呼吸产生乳酸的过程
不属于乳酸发酵！！！
【补充】 细胞呼吸两种方式的比较：
【拓展】 实验设计——验证酵母菌有氧呼吸的场所包括细胞质基质和线粒体
（1）实验思路：
①将只含有细胞质基质的上清液、只含有细胞器的沉淀物、完整酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙三支试管中；②在氧浓度较高的条件下，同时向三支试管中滴入等量等浓度的葡萄糖溶液；③用澄清石灰水对三支试管的产物进行检测。
（2）预期结果及结论：
结果：试管丙中产物使澄清石灰水变浑浊，试管甲、乙无明显现象。
结论：说明酵母菌有氧呼吸的场所包括细胞质基质和线粒体。
第五章 第3节 细胞呼吸的原理和应用（二）
影响呼吸速率的因素
1. 内部因素：
① 不同生物种类，呼吸速率不同；
② 同一生物的不同器官或组织,呼吸速率不同；
③ 同一器官不同生长发育阶段，呼吸速率不同。
2. 外部因素：
（1）温度：通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率
【应用】
① 低温条件下贮存蔬菜、水果；
② 大棚蔬菜栽培中，增加昼夜温差（夜间和阴天适当
降温），有利于减少有机物的消耗；
③ 温水和面发酵更快。
（2）pH：通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率
【应用】
微生物发酵时需依据微生物的种类调整pH
（3）O2浓度：
曲线I：氧气浓度对总呼吸速率的影响
（1）氧气浓度为0时：只进行无氧呼吸；
氧气浓度为0~b时：有氧呼吸 + 无氧呼吸；
氧气浓度≥b时：只进行有氧呼吸。
（2）B点：此时，有氧呼吸速率 = 无氧呼吸速率；
A点： 总呼吸速率最小值，在其对应的氧气浓度a下最适合贮存蔬菜水果；
C点：无氧呼吸消失点；
M点：总呼吸速率最大值，M点之后的限制因素为酶浓度或底物浓度。
【应用】
① 中耕松土，增强根部的细胞呼吸，有利于植物对矿质元素的吸收；
② 在低氧条件下贮存蔬菜水果。
（4）CO2浓度：生成物浓度越高，反应速率越慢。
【应用】
较高CO2浓度的条件下贮存蔬菜水果。
（5）水含量：自由水含量多，新陈代谢加快，呼吸速率提升；但浇水过多会使植物细胞进行无氧呼吸，产生酒精使根部腐烂，进而降低呼吸速率。
【应用】
稻田需定期排水，防止水淹后烂根。
【补充】
① 贮存蔬菜水果的条件：低温、低氧、高CO2、一定湿度
② 贮存种子的条件：低温、低氧、高CO2、干燥
3. 细胞呼吸与生活健康：
① 包扎浅伤口选用透气的创可贴，原因：防止厌氧细菌的滋生
② 皮肤破损较深或被锈钉扎伤需及时注射破伤风抗毒血清，原因：破伤风
杆菌只能进行无氧呼吸，容易在深伤口内大量繁殖；
③ 提倡慢跑等有氧运动：避免肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸，使肌肉酸胀。
第五章 第3节 细胞呼吸的原理和应用（三）
【实验】探究酵母菌细胞呼吸的方式
1. 实验原理：酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2，在进行无氧呼吸时能产生酒精和CO2。
2. 实验分组：
有氧呼吸与无氧呼吸的装置示意图
3. 变量设置：
（1）自变量：氧气的有无
（2）因变量：细胞呼吸的产物
（3）无关变量：温度、葡萄糖浓度、酵母菌活性等（保证相同且适宜）
4. 产物检测：
（1）检测CO2的方法：
① 澄清石灰水：浑浊程度越高，CO2越多；
② 溴麝香草酚蓝溶液：蓝→绿→黄（变黄用时越短/黄色越深，CO2越多）
③ CO2传感器：读数（灵敏度更高）
（2）检测酒精的方法：
① 酸性重铬酸钾（浓硫酸+重铬酸钾）：橙色→灰绿色
② 酒精检测仪：读数（灵敏度更高）
5. 实验分析：
（1）甲组（有氧呼吸组）中各锥形瓶的作用：
① 10% NaOH溶液：除去空气中的CO2。
② A瓶（酵母菌+5%葡萄糖溶液）：葡萄糖浓度过低则抑制酵母菌细胞呼吸，
浓度过高则使酵母菌失水死亡。
③ 澄清石灰水：检测是否有CO2的产生（也可换为溴麝香草酚蓝溶液）。
（2） 乙组（无氧呼吸组）中各锥形瓶的作用：
① B瓶（酵母菌+5%葡萄糖溶液）应封口放置一段时间后，再连通检测CO2的装置，原因：使酵母菌耗尽瓶内的氧气，保证无氧条件。
② 澄清石灰水：检测是否有CO2的产生（也可换为溴麝香草酚蓝溶液）。
【补充】
① A、B瓶中应加入等量的经过加热煮沸后冷却的葡萄糖溶液，原因：加热煮沸可除去葡萄糖溶液中的氧气和杂菌，冷却后再与酵母菌混合可以保证酵母菌的活性。
② 若有氧组也产生一定的酒精使酸性重铬酸钾变色，可能的原因是：培养瓶中的葡萄糖还未消耗完，与酸性重铬酸钾发生反应使其变色。
（可将酵母菌的培养时间适当延长，以耗尽溶液中的葡萄糖，避免其对实验结果的影响）
6. 实验结论：
① 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；
② 在有氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳。
③ 在无氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生少量的二氧化碳和酒精。
【注意】
此实验没有检测到水的生成，所以实验结论中不应该提到“水”！
7. 对比实验：
（1）定义：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，是一种特殊的对照实验。
（2）特点：没有对照组，均为实验组，实验组之间相互形成对照。
（3）示例：“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验
第五章 第4节 光合作用与能量转化（一）
1. 光合作用：
（1）定义：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
（2）场所：叶绿体
（3）总反应式：
（4）能量转化：光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
【注意】
不是所有生物的光合作用都在叶绿体中进行，如：蓝细菌（原核生物，无叶绿体，细胞质基质中含有藻蓝素和叶绿素，以及相关的光合酶）。
【辨析】
① 光合作用的实质：生产有机物，储存能量；
② 细胞呼吸的实质：分解有机物，释放能量。
【图示】 ★★★
2. 光反应（光合作用第一阶段）：
（1）条件：光照、光合色素、酶
（2）场所：类囊体薄膜
（3）过程：
① 水的光解与NADPH的合成： H2O → O2 + NADPH
② ATP的合成： ADP + Pi + 光能 → ATP
（4）最终产物：O2、ATP、NADPH
（5）能量转化：光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
3. 暗反应（光合作用第二阶段）：
（1）条件：酶 （有光无光都可进行）
（2）场所：叶绿体基质
（3）过程：
① CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3
② C3的还原： C3 → （CH2O）/ C5
（4）最终产物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+
（5）能量转化：ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
【注意】 光反应与暗反应相互影响，缺一不可：
① 光反应为暗反应提供ATP和NADPH，用于C3的还原；
② 暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+，用于ATP和NADPH的合成。
【补充】
① NADP＋：氧化型辅酶Ⅱ
NADPH：还原性辅酶Ⅱ
C5:：五碳化合物 （3-磷酸甘油酸）
C3：三碳化合物 （核酮糖-1,5-二磷酸）
② NADPH的作用：a.活泼的还原剂；
b.为暗反应中C3的还原提供能量。
③ NADPH和ATP的移动途径：类囊体薄膜→叶绿体基质
ADP、Pi和NADP+的移动途径：叶绿体基质→类囊体薄膜
4. 光合作用的研究历程（节选重点实验）：
（1）希尔反应：
1937年，希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液（悬浮液中有H2O，没有CO2）中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气。
（2）鲁宾和卡门：
1941年，两位科学家利用同位素标记法研究光合作用中氧气的来源，实验如图所示，发现甲组释放的都是O2，乙组释放的都是18O2，证明光合作用中的氧气来自水（而非CO2）。
（3）卡尔文：
20世纪40年代，卡尔文用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳，此过程即为“卡尔文循环”。
【分析】 条件骤变时各物质含量的变化：★★★
（1）光照强度发生变化：
（2）CO2浓度发生变化：
第五章 第4节 光合作用与能量转化（二）
影响光合速率的因素
1. 内部因素： ①物种 ②叶龄 ③叶面积指数
2. 外部因素：
（1）光照强度：
A点： 无光照，只进行细胞呼吸
B点： 呼吸速率=光合速率
C点： 光合速率最大值
AB段：呼吸速率＞光合速率
BC段：呼吸速率＜光合速率
光补偿点：指B点对应光照强度
光饱和点：指C点对应光照强度
C点之后的限制因素：CO2浓度、酶浓度等
【注意】
纵坐标的“CO2吸收量”指绿色植物从大气中吸收的CO2量；
“CO2释放量”指绿色植物释放到大气中的CO2量。
因此，当“CO2吸收量”和“CO2释放量”相等时，意味着植物细胞呼吸释放的CO2量刚好可以全部供给光合作用的所需，即此时的呼吸速率与光合速率相等。
【应用】
① 阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如右图虚线所示；
② 温室大棚适当提高光照强度可增加光合作用强度；
③ 农业生产上温室大棚一般选用无色透明薄膜覆盖棚顶；
④ 温室大棚内一般选用红光或蓝紫光作为补充光源。
（2） CO2浓度：
A点：只进行细胞呼吸
C点：光合速率＝呼吸速率
D点：光合速率最大值
AC段：呼吸速率＞光合速率
CD段：呼吸速率＜光合速率
CO2补偿点：指C点对应CO2浓度
CO2饱和点：指D点对应CO2浓度
D点之后的限制因素：光照强度、酶浓度等
【补充】
① 总光合速率（真光合速率）：指单位时间内植物总共吸收的C02量（包括植物从大气中吸收的C02量和从自身细胞呼吸得到的C02量）。
② 净光合速率：指单位时间内，植物从大气中吸收的C02量。
【计算】
总光合速率（真光合速率）＝ 净光合速率 ＋ 呼吸速率
（该曲线中，OA段的绝对值即为该植物的呼吸速率）
【应用】
① 合理密植；
② 增施有机肥；
（土壤微生物可将有机肥中的有机物分解为CO2和无机营养，从而提供给植物）
③ 温室栽培农作物可以投放干冰或使用CO2发生器。
【例题】下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线，据图回答：
（1）该植物的呼吸速率为每小时释放CO2 5 mg/dm2。
（2）b点表示光合速率与呼吸作用速率相等。　　
（3）若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时，则植物光合作用固定CO2 250 mg。
【解析】
由曲线可知，该植物呼吸速率为5，
光照强度为25时，净光合速率＝20
因此，光照强度为25时的总光合速率＝5＋20＝25/dm2
则叶面积为10dm2时，光合作用总共固定CO2：250mg
（3）温度：通过影响光合酶的活性来影响光合速率。
【应用】
① 适时播种；
② 温室栽培时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸速率，降低有机物的消耗，保证植物有机物的积累。
（4）水分：
① 水是植物光合作用的原料之一；
② 缺水时叶片部分气孔关闭，导致CO2吸收量减少，从而减弱植物的光合作用。
【补充1】 光合作用与细胞呼吸的细胞示意图：
呼吸速率＞光合速率 呼吸速率＜光合速率 呼吸速率＝光合速率
【技巧】 哪种细胞器正在与外界发生气体交换，
其对应的生理过程的速率一定更大！
只进行呼吸作用，无光合作用
【补充2】 CO2浓度与时间关系的模型
（1）开放环境中CO2浓度与时间关系的模型：
oc段：呼吸速率＞光合速率
ce段：呼吸速率＜光合速率
eg段：呼吸速率＞光合速率
c点：呼吸速率＝光合速率
e点：呼吸速率＝光合速率
① d点光合速率减小的原因：中午温度过高，植物部分气孔关闭，CO2吸收量减
少所致。
② 植物一天中有机物积累量最多的时刻： e点对应时刻
（e点之前光合＞呼吸，e点之后光合＜呼吸，因此e点有机物积累量最大）
（2） 密闭容器中CO2浓度与时间关系的模型：
AD段：容器内CO2浓度持续上升，说明
呼吸速率＞光合速率
DH段：容器内CO2浓度持续下降，说明
呼吸速率＜光合速率
HI段：容器内CO2浓度持续上升，说明
呼吸速率＞光合速率
D点：呼吸速率＝光合速率
H点：呼吸速率＝光合速率
① 图示植物一天结束时有机物正积累，原因：
与A点相比，I点容器内CO2浓度更低，意味着植物净吸收CO2进行光合作用，制造有机物。
第五章 第4节 光合作用与能量转化（三）
【实验】绿叶中色素的提取和分离
1. 实验原理：
（1）色素的提取：
① 试剂：无水乙醇（或95%乙醇+无水碳酸钠）
② 原理：色素不溶于水，易溶于有机溶剂无水乙醇
（2）色素的分离：
① 方法：纸层析法
② 试剂：层析液（多种有机溶剂按一定配比混合而成）
③ 原理：不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就越快，反之则慢。
2. 实验现象：滤纸条上的色素带依次为“胡 黄a b”（从上往下）
溶解度最大：胡萝卜素
溶解度最小：叶绿素b
含量最多：叶绿素a
含量最少：胡萝卜素
相邻最近：叶绿素a、叶绿素b
相邻最远：胡萝卜素、叶黄素
3. 实验注意事项：
① 研磨时必须加入SiO2和CaCO3：二氧化硅有助于充分研磨，碳酸钙可保护色素不被破坏（主要保护叶绿素，因为叶绿素易分解）；
② 使用单层尼龙布进行过滤：滤纸或纱布都会吸收色素，尼龙布不会
③ 存放色素滤液的试管口需用棉塞塞严：防止无水乙醇挥发和色素氧化
④ 制备滤纸条需剪去两角：减少边缘效应，使层析液同时到达滤液细线
⑤ 滤液细线要细、直、齐：防止色素带重叠
⑥ 滤液细线稍干后重复画一到两次：积累更多色素
⑦ 层析液不可触及滤液细线：防止色素直接溶解于层析液中无法分离
⑧ 层析装置必须密封：防止层析液挥发
4. 可能出现的情况及原因：
（1）收集到的滤液颜色过浅：① 研磨时未加入SiO2或CaCO3；
② 所用叶片不新鲜，色素含量少。
（2）滤纸条上无色素带：误用蒸馏水作提取液或层析液。
（3）滤纸条上缺少呈绿色的色素带：① 所用叶片发黄；
② 研磨时未加入CaCO3，叶绿素被破坏。
（4）滤纸条上色素带重叠：滤液细线未做到细、直、齐，使色素扩散不一致。
【补充】 使用圆形滤纸片进行纸层析法分离色素的装置：
① 操作：在培养皿中装入层析液，并在a处滴加色素滤液。
（层析液会随棉线逐渐扩散至a处，色素随之往圆形滤纸片边缘扩散，在层析液中溶解度越高的色素随层析液扩散越快）
② 现象：会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
【注意】 不可将色素滤液滴加在b处，即“层析液不可触及滤液细线”，为防止色素直接溶解于层析液中无法分离。
5. 绿叶中的色素：共4种，可分为两大类
（1）类胡萝卜素（1/4）：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）
（2） 叶绿素（3/4）：叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）
6. 光合作用所利用的光都是可见光，这些光由光合色素进行捕获。其中，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
实线A表示：叶绿素
（在蓝紫光和红光区域都出现吸收峰）
虚线B表示：类胡萝卜素
（只在蓝紫光区域出现吸收峰）
蓝紫光 红光
【补充1】 影响叶绿素合成的因素：
（1）光照：叶绿素的合成需要光照。
（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；另外，低温时叶绿素分子易被破坏，所以秋天叶片变黄。
（3）矿质元素：叶绿素中含有Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成。
【补充2】 生活实际与应用：
① 叶片一般是绿色：叶绿素含量丰富，更多反射绿光
② 秋天叶片转黄：低温下叶绿素分解，类胡萝卜素的颜色得以显现
③ 秋天枫叶变红：叶绿体中叶绿素分解，而液泡中花青素含量丰富
④ 温室大棚采用无色或白色薄膜覆盖：保证光合作用吸收各种色光
⑤ 温室大棚采用红色或蓝紫色照明灯：保证色素对红光和蓝紫光的充分吸收
7. 叶绿体的结构：
① 外膜和内膜；
② 基质：存在光合酶
（基质中大多为水，色素不溶于水，所以基质中无色素）
③ 基粒：由多个类囊体堆叠形成，类囊体薄膜上附着有光合色素和光合酶
（因此吸收光能的具体部位是类囊体薄膜）
【注意】
叶绿体中广阔膜面积的意义：既扩展了受光率，又可附着更多的色素和酶。
8. 有关叶绿体功能的实验：1880年，恩格尔曼
（1）实验示意图：
（2）实验结论：
① 光合作用需要在光照条件下进行；
② 光合作用的场所是叶绿体；
③ 光合作用会产生O2。

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