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第3课时　光合作用原理的应用
课标要求
1．理解影响光合作用的环境因素。
2．简述化能合成作用。
核心素养
1．科学探究——根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。
2．社会责任——能够根据光合作用原理指导生产实践。
知识点一　光合作用的强度与化能合成作用
必备知识·夯实双基
1．光合作用的强度
(1)概念：简单地说，是指植物在_单位时间__内通过光合作用制造_糖类__的数量。
(2)测量指标
2．探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽出圆形小叶片中的气体后，叶片在水中_下沉__，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会_上浮__。光合作用强度越强，单位时间内圆形小叶片_上浮__的数量越_多__。
(2)实验流程
(3)实验现象与结果分析：单位时间内，光照强度越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量_越多__，说明在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度_不断增强__。
特别提醒：(1)富含CO2的清水可用事先通过吹气的方法补充CO2，也可用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2。
(2)强、中、弱三种光照可用5W的LED灯作为光源，通过改变小烧杯与光源的距离来调节光照强度，也可以不改变两者间的距离，通过换用不同瓦数的LED灯来改变光照强度。
(3)不能仅用一套实验装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
3．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析及相互关系
(1)_真正光合速率__就是植物的光合速率，也叫总光合速率或实际光合速率。一般可用“二氧化碳_消耗__速率”“氧气_产生(生成)__速率”或者“有机物_产生(制造)__速率”来表示。
(2)净光合速率是指单位时间内植物_积累__的有机物量，也叫表观光合速率或实测光合速率。一般可用“二氧化碳_吸收__速率”“氧气_释放__速率”或者“有机物_积累__速率”来表示。
(3)细胞呼吸速率是指单位时间内植物非绿色组织或绿色组织在黑暗条件下_消耗__的有机物量。一般可用“二氧化碳_释放__速率”或“氧气_消耗__(吸收)速率”来表示。
(4)三者数值关系：_真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率__。
4．化能合成作用
(1)概念：利用体外环境中的某些_无机物__氧化时所释放的能量来制造_有机物__的合成作用。
(2)实例
硝化细菌
(3)自养生物和异养生物
类型 概念 代表生物
自养生物 能将_无机物__合成为_有机物__的生物 光能自养生物：_绿色植物__化能自养生物：_硝化细菌__
异养生物 只能利用环境中_现成的有机物__来维持自身生命活动的生物 人、动物、真菌、大多数细菌
活学巧练
1.光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置的距离来调节光照强度。( √ )
2．探究实验中，圆形小叶片浮起的原因是叶片进行细胞呼吸产生了CO2。( × )
3．绿色植物和硝化细菌都为自养生物，都可通过光合作用制造有机物。( × )
4．化能合成作用与光合作用所利用的无机物原料都是CO2和H2O。( √ )
5．原核生物都是异养生物。( × )
6．测绿色植物的呼吸速率需要在黑暗条件下进行。( √ )
深入探讨
1.在实验中，叶片下降的原因是什么？叶片上浮的原因是什么？影响叶片上浮的外界因素主要是什么？
提示：抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降。光合作用产生的O2导致叶片上浮。影响叶片上浮的主要外界因素是光照强度，即光照强度影响光合作用强度，进而影响叶片上浮。
2．北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用将如何变化，原因是什么？
提示：光合作用将减弱。光照强度过强，温度升高，导致气孔关闭，细胞CO2供应不足，光合作用减弱。
3．下面是有关农业种植的谚语“黑夜下雨白天晴，打的粮食没处盛”。请从光合作用的角度分析这句谚语的含义。
提示：夜晚降雨不仅提供水分，还降低温度，减弱细胞呼吸消耗，白天晴天，提供良好光照，光合作用强，经过一昼夜，有机物的积累量高。
课内探究·名师点睛
光合作用与有氧呼吸的区别和联系
1．光合作用与有氧呼吸的区别
项目 光合作用 有氧呼吸
物质变化 无机物→有机物 有机物→无机物
能量变化 光能→化学能(储能) 化学能→ATP中活跃的化学能、热能(放能)
实质 合成有机物，储存能量 分解有机物，释放能量，供细胞利用
场所 叶绿体 活细胞(主要在线粒体)
条件 只在光下进行 有光、无光条件下都能进行
2.[H]和ATP的来源、去路的比较
比较项目 主要来源 主要去路
还原性辅酶 光合作用 光反应中水的光解 作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物
有氧呼吸 第一、二阶段产生 用于第三阶段还原O2产生水，同时释放大量能量
ATP 光合作用 在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转化的太阳能 供应暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中
有氧呼吸 第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解 作为供能物质直接用于各项生命活动
3．光合作用与细胞呼吸的联系
(1)物质方面
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
②O2：H2OO2H2O
③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能
4．光合速率与呼吸速率的关系
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。该关系式可用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
a．光合作用产生O2量＝O2释放量＋细胞呼吸消耗O2量。
b．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量。
c．光合作用葡萄糖产生量＝葡萄糖积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗葡萄糖量。
5．以净光合速率的大小来判断植物能否正常生长(自然状态下，以一天24 h为单位)
(1)净光合速率大于0时，植物因积累有机物而正常生长。
(2)净光合速率等于0时，植物因没有有机物积累而不能生长。
(3)净光合速率小于0时，植物因有机物减少而不能生长，且长时间处于此种状态下植物将死亡。
警示：植物进行光合作用的同时，一定进行细胞呼吸，但在进行细胞呼吸时不一定进行光合作用，因为光合作用只有在有光条件下才能进行，而细胞呼吸只要是活细胞就会进行。
典例剖析
典例1 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圆片，再用气泵抽出气体直至叶圆片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶圆片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是( B )
A．在ab段，随着水温的升高，净光合速率逐渐减小
B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度
D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶圆片不能进行有氧呼吸
解析： ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需要的时间缩短，说明氧气释放速率加快，净光合速率逐渐增大，A错误；净光合速率代表氧气释放速率，影响叶圆片上浮至液面所用的时间，上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小，B正确；叶圆片上浮至液面所用的平均时间能反映净光合速率的相对大小，真正光合作用＝呼吸作用＋净光合作用，通过图乙不能找到真正光合作用的最适温度，C错误；虽然抽气后叶片不含氧气，但实验过程中叶片可以进行光合作用产生氧气，故实验过程中叶片能进行有氧呼吸，D错误。
变式训练 下图中甲为植物细胞光合作用的示意图，乙为水稻品种1和水稻品种2的光合速率与光照强度的关系模式图。回答相关问题：
(1)图甲中，A过程为_光反应阶段__，①②来自_叶绿体基质__(填场所)，A、B过程产生的_O2和(CH2O)__(填物质)可用于细胞有氧呼吸。
(2)图乙中，b2点处水稻品种1光合作用合成有机物的速率_等于__(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗有机物的速率。光照强度为c(两曲线交点)时，水稻品种1单位面积叶片中叶绿体O2产生速率_大于__(填“大于”“等于”或“小于”)水稻品种2。
(3)图乙中光合速率可以通过测定单位面积叶片在单位时间内O2的释放量来反映。图甲生理过程停止时测得的光合速率与图乙中的_a__ 点相对应。
(4)当光照强度为d时，测得水稻品种1叶片气孔开放程度比水稻品种2更大，据此参照图甲，对水稻品种1比水稻品种2的O2释放速率高的生理机理，科学家作出的解释为：d点时，水稻品种1叶片气孔开放程度比水稻品种2更大，_CO2供应(进入细胞间隙)更多、更快，水稻品种1固定CO2形成C3的速率就更快，对光反应产生的ATP、NADPH消耗也更快__，进而提高了O2释放速率。
解析：(1)图甲中，A过程需要吸收光能，可以判定A过程为光反应阶段；①②是暗反应消耗NADPH和ATP得到的物质，因此①②来自叶绿体基质；光合作用中的产物O2和有机物(CH2O)可以用于呼吸作用。
(2)图乙中观察曲线的走向变化可以发现，该曲线并不是从原点开始，因此表示净光合速率，b2点处净光合速率为0，所以真正光合作用合成有机物的速率等于呼吸作用消耗有机物的速率；c点时两条曲线相交，净光合速率相等，但水稻品种1和水稻品种2的呼吸速率不同(前者大于后者)，因此水稻品种1单位面积叶片中叶绿体的O2产生速率即真正光合速率大于水稻品种2。
(3)图甲过程停止表示真正光合速率为0，与图乙中的a点相对应。
(4)由于气孔与叶片的气体交换有关，因此水稻品种1气孔开放程度更大可以推测水稻品种1可吸收更多的CO2，固定CO2形成C3的速率就更快，对光反应产生的ATP、NADPH消耗也更快，从而使光反应速率增加，进而提高O2的释放速率。
知识点二　影响光合作用强度的因素
必备知识·夯实双基
影响因素 影响机理
光照强度、光照时间、光的波长(光质) 因光能是_光反应__的动力，光照不同会影响_光反应__
CO2浓度、叶片气孔开闭程度 因CO2是光合作用_暗反应__的原料，影响CO2的供应量从而影响_暗反应__
无机营养(Mg2＋等)、病虫害 因叶绿体是_光合作用的场所__，影响叶绿体的形成和结构的因素会影响光合作用
温度 因光反应、暗反应都需要_酶__的催化，温度影响_有关酶的活性__会影响光合作用
水 因水是_光反应__的原料；水是良好的溶剂，暗反应的许多种物质能够溶解在水中，水的流动可以把_ATP、ADP、Pi、NADPH和NADP＋__等运送到需要的部位；水分还能影响_气孔的开闭__，间接影响CO2进入植物体内，缺水影响光反应和暗反应
深入探讨
1.结合光照强度对光合作用的影响，分析在生产上采取什么措施使农作物增产？
提示：(1)大棚生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使农作物增产。
(2)阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，生产上采取间作套种农作物，可合理利用光能。
(3)合理密植，既充分利用了光能，又避免了农作物叶片相互遮挡，造成减产。
2．结合二氧化碳对光合作用的影响，分析在生产上采取什么措施使农作物增产？
提示：(1)合理密植，正其行，通其风，增加叶片的二氧化碳供应，使农作物增产。
(2)大棚生产中，通过二氧化碳发生器等方法提高二氧化碳浓度，以达到增产目的；增施农家肥等有机肥，有机物被微生物分解，释放二氧化碳，同时分解产生的小分子无机物为农作物提供无机盐；将农作物大棚和养殖家畜的大棚相连通，以增加农作物的二氧化碳供应；及时给大棚通风，以增加二氧化碳供应，达到增产目的。
3．结合温度对光合作用的影响，分析在生产上采取什么措施使农作物增产？
提示：白天适当提高温度，以增强光合作用强度，促进农作物生长，夜晚适当降低温度，以减少呼吸消耗。
课内探究·名师点睛
影响光合作用强度的因素及应用
(1)光照强度
①原理：光照强度通过影响植物的光反应，制约NADPH和ATP的产生，进而影响暗反应。
②曲线分析
A 光照强度为0，只进行细胞呼吸，CO2的释放速率可代表细胞呼吸速率
A～B段 随光照强度增加，光合作用强度也逐渐增强，但细胞呼吸强度大于光合作用强度
B点 该点对应的光照强度为光补偿点，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度
B～C段 随光照强度不断增加，光合作用强度也不断增强，此段光合作用强度大于细胞呼吸强度
C点 该点对应的光照强度(d)为光饱和点，光合作用强度达到最大，C点以后光合作用强度不再增加的内部限制因素有色素含量、酶的数量等，外部因素是CO2浓度、温度等除光照强度以外的其他环境因素
③应用：a.阴雨天，温室大棚中适当提高光照强度可以增加光合作用强度；b.一般阴生植物的光补偿点和光饱和点均较低，间作套种时应注意农作物的种类搭配，合理利用光能。
(2)CO2浓度
①原理：影响暗反应阶段，制约C3的形成。
②曲线分析
a．走势分析：图甲和图乙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浓度增加到一定值后，光合作用速率不再继续增大。
b．关键点分析：图甲中A点时光合作用速率等于细胞呼吸速率，此时的CO2浓度称为CO2补偿点，图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；图甲和图乙中的B和B′点都表示CO2饱和点。
③应用：a.大田生产时“正其行，通其风”；b.增施有机肥；c.温室栽培农作物还可以使用CO2发生器与鸡舍等相连。
(3)温度
①原理：温度通过影响与光合作用有关的酶的活性影响光合作用。
②曲线分析
A～B段 在B点之前，随着温度升高，光合作用速率增大
B点 B点对应温度为相关酶的最适温度，光合作用速率最大
B～C段 随着温度升高，相关酶的活性下降，光合作用速率减小，温度过高时光合作用速率几乎为零
③应用：a.适时播种；b.温室栽培植物时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸消耗，保证植物有机物的积累。
(4)水分
①原理：a.缺水会导致叶片气孔关闭、限制CO2的吸收，间接影响光合作用；b.水是光合作用的原料，缺水可直接影响光合作用，使光合作用减弱。
②曲线分析
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线E处光合作用强度暂时降低，可能是因为温度过高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了CO2的供应。
③应用：及时、合理灌溉。
(5)光质
①原理：光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光是复合光，红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。
②应用
a．无色透明的塑料大棚，日光中各色光均能透过，有色塑料大棚主要透过同色光，其他光被吸收，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。
b．实验中黑暗处理以消耗植物体内的有机物时，若需在有光条件下进行操作和观察，最好选用发绿光的灯照明，而不选发红光的灯或发其他光的灯，这样对实验影响最小。
(6)必需元素供应
①原理：必需元素影响酶、叶绿素、NADPH、ATP等的合成。在一定浓度范围内，增加必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，植物会因土壤溶液浓度过高，发生渗透失水而萎蔫。
②应用：合理施肥可促进叶片面积增大，促进叶绿素合成，促进光合作用产物的运输和转化等，进而提高光合作用速率。
(7)叶龄
①原理：在一定范围内，随叶龄增加，叶面积增大，叶片的叶绿体、叶绿素含量增多，光合作用速率增强；随叶龄继续增加，当叶面积大小、叶绿体与叶绿素含量处于稳定状态时，光合作用速率也基本稳定；随叶龄再继续增加(衰老时)，叶绿素含量减少，光合作用速率会下降。
②应用：农作物生长后期，适当摘除发黄的老叶，降低细胞呼吸对有机物的消耗。
(8)叶面积指数
①概念：叶面积指数又叫叶面积系数，指单位土地面积上植物叶片总面积，即叶面积指数＝叶片总面积/对应土地面积。
②曲线分析
A点以前 随叶面积指数的不断增大，光合作用实际量不断增大
A点以后 随叶面积指数的增大，光合作用实际量不再增大，原因是光照已被最大限度利用
B点以前 干物质量随叶面积指数增大而增加
BC点之间 由于A点以后，光合作用实际量不再增大，但随叶面积指数的不断增大，叶片呼吸量不断增加，所以干物质量不断减少
③应用：适当修剪和合理密植。
(9)多因子对光合作用速率的影响
图像
含义 P点及P点之前，限制光合作用速率的主要因素应为横坐标所表示的因子，随横坐标所表示的因子的不断加强，光合作用速率不断提高；Q点之后，横坐标所表示的因子不再是影响光合作用速率的主要因素
应用 温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当调高温度，增大光合作用相关酶的活性，提高光合作用速率，也可同时充入适量的CO2进一步提高光合作用速率；当温度适宜时，可适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率
典例剖析
典例2 (2023·黑龙江哈尔滨六中高一上期末)某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下的光合作用速率和呼吸作用速率，绘制了如图所示的四幅图，图中a点不可以表示光合作用速率与呼吸作用速率相等的是( A )
解析：图A中光照条件下，植物既进行光合作用又进行呼吸作用，植物吸收CO2进行光合作用，积累有机物，故CO2吸收量代表净光合作用量＝光合作用量－呼吸作用量，黑暗条件下，植物只进行呼吸作用，释放CO2，消耗有机物，A符合题意；图B中a点温室内空气中的CO2浓度不变，说明光合作用量＝呼吸作用量，B不符合题意；图C中a点光合作用速率和呼吸作用速率曲线相交，说明光合作用量＝呼吸作用量，C不符合题意；图D中在a点绿色植物既不吸收CO2，也不释放CO2，说明光合作用量＝呼吸作用量，D不符合题意。
变式训练 图甲表示某植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示该植物在不同光照强度下单位时间内CO2吸收量或CO2释放量。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列叙述正确的是( B )
A．图甲中，a点时该植物产生ATP的场所只有线粒体
B．图甲中，c点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等
C．图甲中的d点对应对乙中的h点，都代表该植物的光饱和点
D．若将环境中的CO2浓度增加，图乙中的光饱和点一定会发生改变
解析： 图甲中，a点时该植物只进行细胞呼吸，该植物产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质，A错误；图甲中，a点光照强度条件下，O2的产生总量为0，植物不进行光合作用，此时的CO2释放量可表示呼吸速率，c点时O2的产生总量为6，即c点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等，B正确；图甲显示的O2产生总量反映的是真正光合作用的量，CO2释放量＝呼吸作用CO2产生量－光合作用CO2消耗量，图甲中d点只能说明此时光合作用速率>呼吸作用速率；而图乙中的h点为光的饱和点，故d点不一定对应h点，C错误；若将环境中的CO2浓度增加，图乙中的光饱和点不一定会发生改变，D错误。
一、光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动
CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：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。
(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；CO2(或光)饱和点C应左移，反之右移；D点应左下移，反之右上移。
(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；CO2(或光)饱和点C应左移，反之右移。D点应左下移，反之右上移。
(3)与阳生植物相比，阴生植物CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
典例3 人参是阴生植物，常生长在以红松为主的针阔混交林中。已知人参和红松光合作用的最适温度为25 ℃，呼吸作用的最适温度为30 ℃。在25 ℃条件下人参和红松光合速率与呼吸速率比值(P/R)随光照强度的变化曲线如图。下列叙述正确的是( C )
A．光照强度为a时，每日光照12小时，人参可正常生长而红松不能
B．光照强度为c时，人参和红松光合作用合成有机物的量相等
C．在b点之后，限制人参P/R增大的主要外界因素是CO2浓度
D．若将环境温度提高至30 ℃，其他条件不变，a点将左移
解析：光照强度为a时，对于人参(B)而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，白天12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少，因此人参和红松均不能正常生长，A错误；c点代表人参和红松的光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)相等，并不能代表人参和红松光合作用合成有机物的量相等，B错误；影响光合作用的外界因素主要是温度、光照强度、CO2浓度，而b点为人参的光饱和点，温度为光合作用的最适温度为25 ℃，因此在b点之后，限制人参P/R增大的主要外界因素是CO2浓度，C正确；若将环境温度提高至30 ℃，人参的光合作用会减弱，呼吸作用会增强，所以其他条件不变，a点将右移，D错误。故选C。
二、光合速率的测定
1．装置图法
(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，能保证容器内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。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(4)物理误差的校正
为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2．叶圆片称重法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
3．黑白瓶法
“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：
规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。
4．半叶法
如图所示，将植物对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不作处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
典例4 (2023·山东烟台期末诊断)某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在室温25 ℃下进行了一系列的实验，下列对实验条件及结果的叙述错误的是( C )
A．若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小
B．若要测真正光合作用强度，需另设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液
C．若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移
D．若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移
解析：当给予光照时，装置内植物既进行光合作用也进行呼吸作用，CO2缓冲液可保持装置内CO2浓度不变，那么液滴移动距离表示净光合作用释放O2的多少，A正确；真光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度，测呼吸作用强度需另设一装置，遮光处理(植物不能进行光合作用)，为排除有氧呼吸产生的CO2的干扰，X溶液为NaOH溶液，那么测得的液滴移动距离表示有氧呼吸消耗O2的量，B正确；若X溶液为清水并给予光照，光合作用时，装置内植物光合作用吸收的CO2量＝释放的O2量，植物有氧呼吸吸收的O2量＝释放的CO2量，液滴不移动，C错误；若X溶液为清水并遮光处理，开始一段时间内，植物进行有氧呼吸，消耗的底物为脂肪时，其氧化分解消耗O2的量大于产生CO2的量，液滴向左移动，D正确。
典例5 某研究小组为测定不同光照条件下黑藻的光合速率，将等量且生理状态相同的黑藻植株，分装于6对黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干净湖水，分别置于六种不同的光照条件下，24 h后6对黑白瓶中溶氧量变化情况(不考虑其他生物)如下表。以下说法错误的是( C )
光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) －7 ＋0 ＋6 ＋8 ＋10 ＋10
黑瓶溶氧量(mg/L) －7 －7 －7 －7 －7 －7
A.可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率
B．该实验条件下光照强度为a时白瓶中的黑藻不能生长
C．白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，短时间内叶肉细胞中C5含量减少
D．可以根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光强下黑藻的净光合速率
解析：由图表分析可知，黑瓶中不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，其中溶解氧的减少代表水体中生物的呼吸速率，不考虑其他生物，因此可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率，A正确；表中光照强度为a时，白瓶中溶解氧变化量为0，说明此时黑藻的净光合速率为0，因此，该光照条件下的黑藻不能生长，B正确；白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，则会导致C5的消耗减少，而C3的还原过程基本不变，因此，短时间内叶肉细胞中C5含量增加，C错误；综合分析可知，白瓶中溶氧量的变化代表黑藻的净光合速率，因此可根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光强下黑藻的净光合速率，D正确。
三、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型
图甲为自然环境中一昼夜CO2吸收和释放变化曲线，图乙为密闭玻璃罩内CO2浓度与时间关系曲线。
图甲：夏季一昼夜CO2吸收和释放变化曲线 图乙：密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线
b点：凌晨2～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。c点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。cd段：光合速率小于呼吸速率。d点：上午7时左右，光合速率等于呼吸速率。dh段：光合速率大于呼吸速率。f点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象。h点：下午6时左右，光合速率等于呼吸速率。hi段：光合速率小于呼吸速率。ij段：无光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸 AC段：无光照，植物只进行细胞呼吸。AB段：温度降低，细胞呼吸减弱。CD段：4时后，有微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。D点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中EF段出现“光合午休”现象。H点：随光照减弱，光合作用强度下降，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。HJ段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止
(1)有关有机物变化情况的分析(图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是曲线与横纵坐标围成的面积)
①能进行光合作用制造有机物时间段：ci段；消耗有机物时间段：aj段。
②积累有机物时间段：dh段；一天中有机物积累最多的时间点：h点。
③光补偿点：d点和h点。
④图甲：一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。
(2)相对密闭环境中，一昼夜植物体内有机物总量变化分析(图乙)
积累量可用J点与A点对应的CO2浓度的差值表示，据此可判断24小时该植物是否积累有机物。
①如果J点低于A点，说明经过一昼夜，光合作用制造的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物(光合作用CO2固定量大于细胞呼吸CO2产生量)，植物体内的有机物总量增加。
②如果J点高于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。
③如果J点等于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
典例6 　如图是密闭大棚内番茄在24小时测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图。下列有关叙述错误的是( D )
A．a点CO2释放量减少可能是由于温度降低使细胞呼吸减弱
B．d点时光合速率虽有所下降，但仍大于呼吸速率
C．如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
D．番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段
解析： a点之后CO2的释放量又增加，可推测a点是温度降低导致细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，A正确；d点时气温高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，但净光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正确；番茄通过光合作用制造有机物的时间是bf段，ce段属于有机物的积累阶段，D错误。
学霸记忆
1.在一定范围内，随着光照强度或CO2浓度的增大，光合速率逐渐增大，但超过一定范围后，光合速率不再增大。
2．提高光合作用强度的两种措施是：①控制光照强弱和温度的高低；②适当增加环境中的CO2浓度。
3．能够以二氧化碳和水为原料合成糖类的生物，属于自养生物；只能利用环境中现成有机物来维持自身生命活动的生物，属于异养生物。
4．化能合成作用是指生物利用某些无机物氧化时释放的化学能合成有机物的作用。
5．硝化细菌是进行化能合成作用的典型生物。
1．某研究小组进行了探究环境因素对某植物光合作用影响的实验，实验结果如图所示。下列分析正确的是( D )
A．若将CO2浓度改为温度，则此关系也成立
B．若e点为正常植物的光饱和点，则b－c段影响光合作用速率的环境因素主要有光照强度、CO2浓度、温度
C．图中c、d两点相比，c点植物叶肉细胞中C3的含量要低一些
D．图中a、c两点相比，c点时植物叶肉细胞中参与C3还原的NADPH和ATP多
解析：图中CO2浓度1大于CO2浓度2，若将CO2浓度改为温度，温度影响酶的活性，所以温度和光合作用的强度并不是线性关系，则此关系不一定成立，A错误；若e点为正常植物的光饱和点，即达到e后，光合作用的速率不再随着光照强度的增加而上升，b－c段影响光合作用速率的主要环境因素则不包含光照强度，B错误；图中c、d两点相比，d点二氧化碳浓度更低，二氧化碳固定速率更慢，植物叶肉细胞中C3的含量要低一些，C错误；a点植物比c点时光照强度更弱，光反应速率更慢，产生用于C3还原的NADPH和ATP更少，D正确。故选D。
2．湖北咸宁是中国桂花之乡，“桂乡”美名享誉全国，桂花以其独特的香气深受人们喜爱。下图为某科研小组测定其在不同光照条件下的净光合速率，下列有关说法错误的是( C )
A．桂花的叶绿体中有大量由类囊体堆叠而成的基粒，极大地扩展了受光面积
B．若适当提高温度，光合作用的增加值小于细胞呼吸的增加值，则光补偿点右移
C．曲线与横坐标的交点处，净光合速率为0，说明光照强度太低，桂花不进行光合作用
D．为了促进桂花幼苗的快速生长，苗木培育工作者可在夜间适当补充红色或者蓝紫色光源
解析： 光合色素分布在类囊体薄膜上，叶绿体内有大量由类囊体堆叠而成的基粒，极大地扩展了受光面积，A正确；光补偿点时光合作用与细胞呼吸强度相等，若适当提高温度，光合作用的增加值小于细胞呼吸的增加值，则应给予更强的光照才能使光合作用与细胞呼吸强度相等，故光补偿点应向右移动，B正确；曲线与横坐标的交点处，净光合速率为0，此时光合作用和细胞呼吸强度相等，C错误；叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，在夜间适当补充红色或者蓝紫色光源，可以促进桂花幼苗的快速生长，D正确。
3．图甲表示A、B两种植物光合速率随光照强度改变的变化曲线，图乙表示将A植物放在不同浓度的CO2环境条件下，A植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。请分析回答下列问题：
(1)在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是_A__。
(2)图甲中的a点表示_A植物的细胞呼吸速率__，如果用缺镁的培养液培养A植物幼苗，则b点的移动方向是_向右__。
(3)叶绿体中ADP的移动方向是从_叶绿体基质__向_类囊体薄膜__方向移动；下图与c点相符合的是_D__。
(4)e点与d点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量_低__(填“高”“低”或“基本一致”，下同)；e点与f点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量_高__。
(5)当光照强度为g时，比较植物A、B的有机物积累速率M1、M2的大小和有机物合成速率N1、N2的大小，结果分别为M1_＝__M2、N1_>__N2(填“>”“<”或“＝”)。
(6)增施农家肥可以提高光合速率的原因是①_农家肥被微生物分解后为农作物提供二氧化碳__；②_农家肥被微生物分解后为农作物提供矿质元素__。
解析：(1)根据题意分析可知，图甲中A代表的是阳生植物，B代表的是阴生植物，因此在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是A。
(2)据题图分析可知，图甲中a点对应的光照强度为0，此时植物细胞不进行光合作用，因此该点表示A植物的细胞呼吸速率；镁是构成叶绿素的重要元素，如果用缺镁的完全营养液培养A植物幼苗，A植物叶绿素的含量降低，光合作用强度减弱，而细胞呼吸强度不变，因此其光补偿点将升高，即b点将右移。
(3)根据光合作用过程分析，在叶绿体基质中进行暗反应，发生ATP水解产生ADP和Pi的过程，而ADP合成ATP的过程发生在类囊体薄膜上，因此叶绿体中ADP由叶绿体基质向类囊体薄膜移动；图甲中c点为光饱和点，此时光合作用强度大于细胞呼吸强度，对应于图D。
(4)e点与d点相比较，CO2浓度相同，但是e点光照强度大，光反应产生的ATP和NADPH多，C3还原速率快，而CO2固定产生的C3不变，因此e点细胞中C3含量低；e点与f点相比较，光照强度相同而CO2浓度不同，e点CO2浓度高于f点，CO2固定产生的C3多，光反应产生的NADPH和ATP数量不变，C3被还原速率不变，因此e点细胞中C3含量高。
(5)分析题图可知，光照强度为g时，植物A、B净光合作用强度的曲线相交于一点，说明A、B的有机物积累速率M1、M2相等；由于植物A的细胞呼吸强度大于植物B，因此实际光合作用强度是N1>N2。
(6)农家肥含有丰富的有机物，被分解者分解形成二氧化碳、无机盐等无机物，二氧化碳可以为光合作用提供原料而提高光合作用的强度进而提高农作物的产量，无机盐可以为植物提供矿质营养进而增加农作物的产量。第1课时　酶的作用和本质
课标要求
1．概述酶的作用和本质。
2．通过对有关酶实验的分析，学会控制变量和设计对照实验。
核心素养
1．生命观念——结构与功能观：酶的功能是由其独特的空间结构决定的。
2．科学探究——实验思路及设计：能够根据实验目的，设计比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，分析结果得出结论。
知识点一　酶在细胞代谢中的作用
必备知识·夯实双基
1．酶的发现历程
2．细胞代谢
(1)概念：细胞中每时每刻都进行着许多_化学反应__，统称为细胞代谢。
(2)实例
①两分子单糖脱水缩合形成_二糖__，葡萄糖脱水缩合形成淀粉。
②三分子脂肪酸与一分子甘油发生反应形成_三酰甘油__。
(3)意义：细胞生命活动的基础。
3．酶在细胞代谢中的作用
(1)实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解
①实验原理：新鲜的肝脏中含有较多的_过氧化氢酶__，H2O2H2O＋O2。
②实验过程和现象
试管编号 1 2 3 4
相同处理 向4支试管中分别加入2 mL3%的H2O2溶液
不同处理 不处理 放在90 ℃左右的水浴中加热 滴入2滴Fe Cl3溶液，立即将点燃的卫生香放在试管内液面的上方 滴入_2滴__肝脏研磨液，立即将点燃的卫生香放在试管内液面的上方
现象 气泡 基本无 _少__ 较多 _很多__
点燃的卫生香 — — _复燃但不明显__ _复燃明显__
③实验结论
Ⅰ.加热、FeCl3和过氧化氢酶都可以_加快__反应速率。
Ⅱ.与无机催化剂FeCl3相比，过氧化氢酶的催化效率_更高__。
(2)科学方法——控制变量和设计对照实验
①实验中的变量
项目 含义 上述实验中实例
自变量 实验中_人为控制的对实验对象进行处理__的因素 不同条件的处理(加热、_FeCl3溶液__和_肝脏研磨液__)
因变量 因_自变量__改变而变化的变量 _过氧化氢分解速率__
无关变量 除自变量外，实验过程中对_实验结果__造成影响的可变因素 溶液的体积、肝脏研磨液的新鲜程度、反应时间等
②对照实验
Ⅰ.概念：除作为_自变量__的因素外，其余因素(无关变量)都_保持一致__，并将结果进行比较的实验。
Ⅱ.基本要求：设置_对照组和实验组__。对照组是指未经实验因素处理的、实验结果已知的组别(也叫常态组)，实验组是指经实验因素处理的，人为改变条件的、实验结果未知的组别。
例如：上述实验中1号试管在实验中的作用就是对照(空白对照)，2号、3号和4号试管是实验组。
Ⅲ.实验的原则：单一变量原则，即除了作为_自变量__的因素不同外，实验组和对照组的其余因素(无关变量)都_相同__且适宜。
4．酶的作用原理
(1)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。
(2)酶作用机理(实质)：_降低反应的活化能__，同无机催化剂相比，酶_降低活化能__的作用更显著，因而催化效率更高。
(3)酶降低化学反应活化能的图解
①曲线Ⅱ：_无催化剂催化的__反应曲线。
②曲线Ⅰ：_有酶催化的__反应曲线。
③AC段：在无催化剂的条件下，反应所需要的活化能。
④AB段：酶_降低的活化能__。
⑤若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵坐标上将向_上__移动。
(4)酶作用的意义：由于酶的催化作用，细胞代谢才能在较温和条件下快速有序地进行。
活学巧练
1.细胞代谢只能产生对细胞有用的物质。( × )
2．加热、无机催化剂和酶都能降低化学反应的活化能。( × )
3．无关变量是对实验没有影响的变量。( × )
4．酶通过给反应物提供能量加快反应速率。( × )
深入探讨
比较过氧化氢在不同条件下的分解实验中，2号试管与3、4号试管能不能形成对照，为什么？
提示：不能，原因是2号试管与3、4号试管之间不符合单一变量原则。
课内探究·名师点睛
1．“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验注意事项
(1)肝脏最好是新鲜的，否则会因酶的数量减少和活性降低影响实验效果。
(2)过氧化氢溶液最好现配现用，因过氧化氢在常温下会慢慢分解，长时间放置会导致过氧化氢浓度不准确，影响实验效果。
(3)取液时，不能混用胶头滴管，避免试剂混杂，影响实验结果。
2．加热与加催化剂的作用机理比较
(1)加热：给化学分子提供能量。
(2)酶与无机催化剂的共性
①降低化学反应的活化能，使反应速率加快，缩短达到平衡点的时间。
②反应前后性质、数量不变。
③只改变反应速率，不改变反应平衡点。
典例剖析
典例1 下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，下列有关分析合理的是( C )
A．本实验的自变量只是催化剂的不同
B．本实验的无关变量有温度和酶的用量等
C．1号与2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： 1号试管是对照组，2号、3号和4号试管分别进行的操作是加热、加无机催化剂、加酶，这些处理就是自变量，因此该实验的自变量是温度和催化剂的种类，A错误；除自变量外，实验过程中存在的会影响实验现象或结果的因素或条件称为无关变量，过氧化氢的浓度、溶液体积、反应时间、酶的用量等是无关变量，而温度是自变量之一，B错误；1号与2号对照，可说明加热能促进过氧化氢分解，1号与4号对照，可得出过氧化氢酶能催化过氧化氢分解，C正确；加热能使过氧化氢分子从常态转变成容易反应的活跃状态，不是降低反应的活化能，D错误。
变式训练 如图所示，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( C )
解析： 由于酶的作用是降低化学反应的活化能，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，故①比②曲线的峰值要低，且①②曲线峰值的差值表示降低的活化能E，C正确。
知识点二　酶的本质
必备知识·夯实双基
1．酶本质的探索历程
(1)巴斯德之前：发酵是一个纯化学过程，与生命活动无关。
(2)巴斯德与李比希的争论
(3)毕希纳(德国)：获得含有酿酶的提取液，但未能分离鉴定出酶。
(4)萨姆纳(美国)：1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶，后用多种方法证明脲酶是_蛋白质__。
(5)切赫和奥特曼(美国)：20世纪80年代，发现少数_RNA__也具有催化功能。
2．酶的概念
酶是活细胞产生的具有_催化作用__的有机物，其中绝大多数酶是_蛋白质__，少数是_RNA__。
活学巧练
1.酶是活细胞产生的，只能在细胞内起作用。( × )
2．所有的酶都是在核糖体上合成的。( × )
3．酶具有催化、调节等多种功能。( × )
深入探讨
萨姆纳获得的脲酶结晶究竟是什么物质？结合你学的知识给出一种可行的鉴定方法。
提示：蛋白质；利用双缩脲试剂进行鉴定。
课内探究·名师点睛
酶的本质和作用
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(主要)
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＋吡罗红染液→是否出现红色
对照组1 蛋白质样液＋双缩脲试剂→出现紫色反应 RNA样液＋吡罗红染液→出现红色
对照组2 待测酶液不再具有催化能力 待测酶液不再具有催化能力
来源 一般活细胞中均能产生
生理功能 具有生物催化功能
作用机理 降低化学反应的活化能
典例剖析
典例2 酶是由活细胞产生的。下列关于酶的叙述中，正确的一组是( A )
①酶是一类具有生物催化作用的蛋白质 ②酶在代谢中只能起催化作用 ③酶在化学反应前后种类和数量都不会发生改变 ④酶之所以能够改变化学反应速率，是因为提供了化学反应所需的活化能 ⑤只要条件适宜，酶在生物体外也能催化相应的化学反应
A．②③⑤ B．①②④
C．①③⑤ D．②③④
[解析]　 大部分酶是蛋白质，但少数酶是RNA，①错误；酶的作用是催化，作用机理是降低化学反应的活化能，但自身在反应前后种类和数量不发生改变，②③正确、④错误；酶在生物体内外都可以发挥作用，⑤正确。
变式训练 下列有关酶的叙述，正确的是( B )
A．酶的数量因参与化学反应而减少
B．酶的基本组成单位是氨基酸或核糖核苷酸
C．同一生物体不同细胞内的各种酶催化反应各不相同
D．任何一个活细胞都能产生酶，酶在细胞内才起催化作用
解析：酶的数量不会随着化学反应而变化；绝大多数酶属于蛋白质，少数酶为RNA，故酶的基本组成单位为氨基酸或核糖核苷酸；同一生物体不同细胞内的酶有相同种类，如呼吸酶，它们催化的反应是相同的；酶是活细胞产生的具有生物催化作用的有机物，除特殊情况下活细胞均能产生酶，酶可以在细胞内或细胞外起催化作用。
科学方法：控制变量和设计对照实验
1．变量：实验过程中的变化因素称为变量。
2．对照实验
①含义：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。
③实验设计原则
a．对照原则：设计对照实验，既要有对照组又要有实验组。
b．单一变量原则：实验设计时只有一个自变量，且无关变量在对照组和实验组中均要保持一致且适宜。
c．等量性原则：指除单一变量可以变化外，其他的实验条件应是一样的，如所用试剂量要相同、放在相同条件下培养、取长势相同的植物培养等。
典例3 下表是有关淀粉酶的探究实验，“＋”表示加，“－”表示不加。下列叙述正确的是( D )
试管编号 1 2
2 mL3%淀粉溶液 ＋ －
2 mL 3%蔗糖溶液 － ＋
1 mL2%淀粉酶溶液 ＋ ＋
结果检测 滴加斐林试剂并水浴加热
实验结果 砖红色 无砖红色
A.实验的目的是探究pH对淀粉酶活性的影响
B．能用碘液对实验的结果进行检测
C．实验中的自变量是催化剂的种类
D．实验结果说明淀粉酶具有专一性
解析： 分析图表信息可知，该实验中的单一变量为底物的种类而不是pH，故实验目的不是探究pH对淀粉酶活性的影响，A、C错误；本实验不可用碘液对实验结果进行检测，因为不管淀粉酶能否催化蔗糖分解，溶液都不变色，B错误；实验结果为淀粉酶催化淀粉水解生成的还原糖，可与斐林试剂发生反应生成砖红色沉淀，而蔗糖一组不能发生反应，说明淀粉酶具有专一性，D正确。
学霸记忆
1.细胞代谢是细胞中化学反应的总称。
2．酶是生物催化剂，其催化原理是降低化学反应的活化能。
3．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
1．如图曲线表示物质A生成物质P的化学反应，分别为无催化条件和有酶催化条件下的能量变化过程。下列相关叙述正确的是( D )
A．ab段表示在有酶催化条件下，使物质A生成物质P反应发生需要的活化能
B．ad段表示在无催化剂催化条件下，使物质A生成物质P反应发生需要的活化能
C．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
D．若只改变反应的温度或pH条件，则图中曲线的原有形状可发生改变
解析：根据图中曲线、文字说明和酶的作用原理可知bc段表示在有酶催化条件下，使物质A生成物质P反应时需要的活化能；根据活化能概念可知，ac段表示无催化剂时所需的活化能；无机催化剂催化效率低，降低的活化能少，b应向上移动；温度或pH影响酶的活性甚至会使酶丧失活性，因此会改变化学反应所需的活化能，因此改变温度或pH，则图中曲线的形状也会改变，所以D正确，A、B、C错误。
2．(2023·兰州一中高一期末)下列关于比较过氧化氢在不同条件下分解的实验描述，正确的是( B )
A．分别往试管中加入两滴肝脏研磨液、FeCl3溶液，保证了催化剂用量相等
B．该实验的自变量是高温、FeCl3溶液和肝脏研磨液，因变量是H2O2的分解速率
C．实验的温度、底物的量等都能影响实验的结果，都是该实验的自变量
D．通过该对比实验，证明酶具有高效性
解析：每滴FeCl3溶液中的Fe3＋数大约是每滴肝脏研磨液中的过氧化氢酶分子数的25万倍，分别往试管中加入两滴肝脏研磨液、FeCl3溶液，保证了加入溶液的量相等，但催化剂的用量并不相等，A错误；该实验的自变量是高温、FeCl3溶液和肝脏研磨液等处理条件，因变量是H2O2的分解速率，B正确；实验的温度、底物的量等都能影响实验的结果，都是该实验的无关变量，C错误；该实验并不都是实验组，还设置有对照组，不是对比实验，D错误；故选B。
3．(2023·湖南雨花高一期末)某校生物兴趣小组为探究影响酶活性的因素而设计了以下实验方案。请分析后回答下列问题：
试管 底物和试剂 实验条件
甲 1 cm3蛋白块＋4 mL胃蛋白酶溶液 37 ℃水溶液
乙 1 cm3蛋白块＋4 mL胃蛋白酶溶液 70 ℃水溶液
丙 1 cm3蛋白块＋4 mL胃蛋白酶溶液 0 ℃水溶液
(1)该实验中，pH属于_无关__变量，所以三支试管的pH应_保持一致且适宜。
(2)甲、乙、丙三支试管中，酶活性最高的是_甲__试管。
(3)如将实验的材料换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，此设计不科学，其理由是_H2O2在加热的条件下会分解__。
(4)如果直接选用双缩脲试剂来检测实验结果，此设计也不合理，理由是_胃蛋白酶是蛋白质，也会与双缩脲试剂反应出现紫色现象__。
解析：(1)该实验的自变量是温度，pH属于无关变量，无关变量应保持一致且适宜。(2)探究胃蛋白酶活性可以用相同的时间内蛋白块体积的变化表示，相同时间内蛋白块体积减小多，说明酶活性高。甲、乙、丙三支试管中，37 ℃下酶活性最高，故酶活性最高的是甲试管。(3)由于过氧化氢本身随温度升高，分解速率加快，因此不能将实验材料换成新鲜的肝脏研磨液和H2O2溶液。(4)胃蛋白酶本身是蛋白质，可以与双缩脲试剂反应出现紫色现象，因此不能直接选用双缩脲试剂检测实验结果。第1课时　捕获光能的色素和结构
课标要求
1．理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的原理和方法，掌握基本操作技能。
2．掌握绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。
核心素养
1．生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。
2．科学探究——实验思路及设计：科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。
知识点一　捕获光能的色素对应学生用书学案P102
必备知识·夯实双基
1．绿叶中色素的提取和分离
2．色素的含量和种类
活学巧练
1.在绿叶中色素的提取实验中加入二氧化硅可以防止破坏叶绿素。( × )
2．叶绿体中进行光合作用所需的酶分布于内膜、基质和类囊体。( × )
3．绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。( × )
深入探讨
色素的提取非常成功，但层析后滤纸条上色素带非常模糊，其原因可能有哪些？
提示：①画滤液细线次数太少。②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素溶解到层析液中。
课内探究·名师点睛
捕获光能的色素
1．绿叶中色素的功能和合成
(1)功能：色素可以吸收、传递和转化光能。
(2)影响叶绿素合成的因素
叶绿素的合成易受光照、温度和矿质元素等因素影响。
①光照：光是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而黑暗条件下叶片发黄。
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，叶片发黄。
③矿质元素：叶绿素中含N、Mg等元素，若缺少这些元素，将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。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，幼叶先变黄。
2．实验结果——有关色素带的分析
(1)从色素带的位置可知，各种色素在层析液中溶解度的高低依次为：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(记忆口诀：胡、黄、a、b)
(2)从色素带的宽度可知，各种色素的含量一般情况下为：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
3．注意事项及原因分析
过程 注意事项 原因分析
提取色素 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3 研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨 减少乙醇挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管口加棉塞 减少乙醇挥发和色素氧化
分离色素 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要直、细、匀 使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再重画一到两次 增加色素附着量使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中
典例剖析
典例1 (2023·辽宁辽河油田第一高级中学高一期末)下列是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是( C )
A．甲、乙、丙、丁依次表示胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b
B．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大
C．水稻在收获时节，叶片中色素量的变化是(甲＋乙)<(丙＋丁)
D．提取色素时加入碳酸钙是为了研磨充分
解析： 甲、乙、丙、丁依次表示叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A错误；四种色素都能溶解在层析液中，丁色素的溶解度最大，B错误；水稻在收获时节，叶绿素含量较低，所以(甲＋乙)＜(丙＋丁)，C正确；提取色素时加入二氧化硅为了研磨充分，加入碳酸钙为了保护色素，D错误。故选C。
变式训练 (2023·江苏省镇江市高一质检)在“绿叶中色素的提取和分离”的实验中，加入碳酸钙的目的是( D )
A．溶解色素 B．使研磨更加充分
C．分离色素 D．防止色素被破坏
解析：在绿叶中色素的提取和分离的实验中，溶解色素的是无水乙醇或丙酮，A错误；实验中加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分，B错误；分离色素的是层析液，C错误；加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏，D正确。
知识点二　叶绿体的结构和功能
必备知识·夯实双基
1．叶绿体的结构
2．叶绿体的功能：进行_光合作用__的场所。
活学巧练
1.没有叶绿体的生物无法进行光合作用。( × )
2．植物细胞都含有叶绿体。( × )
3．在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。( × )
深入探讨
1.在大棚种植时一般选用哪种颜色的薄膜？为什么？
提示：一般选用无色透明的薄膜，因为能够透过各种单色光。
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(蓝紫光或红光/白光)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示：蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率最高。
课内探究·名师点睛
叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体中色素的吸收光谱
色素种类 吸收光 吸收光谱图示
叶绿素(含量约占3/4) 叶绿素a(蓝绿色) 吸收红光和蓝紫光
叶绿素b(黄绿色) 吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素(含量约占1/4) 胡萝卜素(橙黄色) 吸收蓝紫光
叶黄素(黄色) 吸收蓝紫光
2.叶绿体的结构及功能
(1)结构
①双层膜：分为内膜和外膜，其主要功能是控制物质进出叶绿体。
②基粒：由囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。
③基质：在基粒与基粒之间充满基质，基质中含有与光合作用有关的酶。
(2)功能
叶绿体内的基粒和类囊体扩展了受光面积，含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶，因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
3．叶绿体功能的验证实验
(1)实验过程及现象
(2)实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②O2是由叶绿体释放的。
(3)实验设计巧妙之处
①实验材料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；用好氧细菌可确定释放氧气的部位。
②没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。
③用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。
④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。
知识贴士
(1)光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中，但光合色素只分布在类囊体的薄膜上。
(2)叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积，而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积。
典例剖析
典例2 如图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是( C )
A．①具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在②上
C．与光合作用有关的酶只分布在③中
D．叶绿体具有双层膜
解析：与光合作用有关的酶分布在②③。
变式训练 德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是( B )
A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快
解析： 细菌不能进行光合作用，该实验中进行光合作用的是水绵，A错误；该实验的设计思路是需氧细菌需要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确、C错误；水绵光合速率的快慢与需氧细菌大量消耗O2无明显关系，D错误。
1．不同颜色温室大棚的光合效率
无色透明大棚中各色光均能透过，有色大棚主要透射同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明薄膜的大棚光合效率更高，而叶绿素对绿光吸收最少，绿色的塑料薄膜的大棚光合效率最低。
2．光质与光合效率
(1)不同波长的光对光合效率的影响不同。光合效率大小为白光、红光、蓝紫光、橙黄光、绿光。叶绿体中的色素吸收最多的是蓝紫光和红光，在日光照射的基础上，用红色、蓝紫色灯光可以提高光合效率。
(2)不同颜色的藻类吸收不同波长的光。水层对光波中的红、橙部分的吸收明显多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水较深的地方。这是藻类对光照条件适应的一种表现。
典例3 大棚种植西兰花能够让我们在寒冷的冬季也能享受其美味。为了增加其产量，大棚内照明灯的颜色和大棚的塑料薄膜颜色选择最好的组合为( A )
A．蓝紫光或红光、无色透明
B．蓝紫光或红光、黄色透明
C．白光、黄色透明
D．白光、无色透明
解析：由于照明灯的功率是一定的，所以在相同的功率下，用蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率更高；由于太阳光是一定的，所以用无色透明的塑料薄膜，植物获得光能更多。
学霸记忆
1.无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。
2．用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。
3．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。
4．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
5．层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
6．叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
7．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
1．(2022·河南省洛阳市高一)如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是( B )
A．将滤纸条剪去两角的目的是方便层析液的吸附
B．①对应的色素在层析液中的溶解度最大
C．如果③④带宽减小一定是忘记添加碳酸钙
D．画滤液细线前先用铅笔画细线能够促进色素的层析
解析：制备滤纸条时要将滤纸条的一端剪去两角，目的是使色素在滤纸条上扩散均匀，A错误；①对应的色素在层析液中的溶解度最大，所以在滤纸条上扩散的速度最快，处于滤纸条的最上端，B正确；如果③④(叶绿素)带宽减小可能是忘记添加碳酸钙，也可能是材料不新鲜，叶绿素含量减少，C错误；画滤液细线前先用铅笔画细线，能够使得滤液细线画的细而直，D错误。
2．(2023·四川广安高一期末)下图是绿色植物光合作用过程中叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱图。据图分析下列叙述错误的是( C )
A．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
B．叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，而绿光吸收量最少被反射出来，所以叶片呈绿色
C．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
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：由于光反应产生的[H]和ATP能用于暗反应，暗反应要吸收CO2，所以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，A正确；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，叶绿素和类胡萝卜素基本不吸收绿光，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，几乎不吸收红光，所以几乎不能利用红光来合成光反应中的ATP，C错误；640～660 nm波长主要是红光区域，该区域的光可被叶绿素吸收利用，因此叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。故选C。
3．(2023·广西钦州高一期末)下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程，请根据问题回答：
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，如(左)图所示。甲同学分离色素的方法是_纸层析法__，滤纸条上色素带位置的不同主要取决于_色素在层析液中溶解度的大小__。从上到下数，叶黄素位于第_2__条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验，在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间，通过分析色素溶液的_吸收光谱(对不同波长的光被吸收的情况)__来判断色素带上色素种类。
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进，实验装置如上图(右)所示，该同学应将提取到的滤液滴在_a__处(填“a”或“b”)，棉线灯芯下端应浸没在_层析液__中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆，排列在最内侧的色素是_叶绿素b__(填色素的名称)。
解析：(1)分离色素使用的方法为纸层析法；色素在层析液中的溶解度不同，其随着层析液在滤纸上扩散的速度不同，最后出现不同位置的色素带，故滤纸条上色素带的位置不同主要取决于色素在层析液中溶解度的大小。由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以叶黄素位于第2条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验，在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间，通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素带上色素种类，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
(3)丙同学应将提取到的滤液滴在滤纸中央的地方，即a处，棉线灯芯下端应浸没在层析液中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆，排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。第2课时　酶的特性
课标要求
1．分析酶的高效性和专一性。
2．探究影响酶活性的条件。
3．分析影响酶促反应的条件。
核心素养
1．生命观念——建立模型：通过建立温度、pH对酶活性的影响等数学模型，理解影响的规律和实质。
2．科学探究——实验思路及设计：合理设计探究温度、pH对酶活性影响的实验步骤，规范实施实验，探究影响的规律。
知识点一　酶的特性
必备知识·夯实双基
1．酶具有高效性
(1)含义：酶的催化效率是无机催化剂的_107～1013__倍。
(2)意义：使细胞代谢_快速__进行。
2．酶具有专一性
(1)含义：每一种酶只能催化_一种或一类__化学反应。
(2)意义：使细胞代谢能够_有条不紊__地进行。
3．酶的作用条件较温和
(1)酶活性：可用在一定条件下酶催化某一化学反应的_速率__表示。
(2)酶所催化的化学反应一般是在_比较温和__的条件下进行的。过酸、过碱或温度过高，都会使酶的_空间结构__遭到破坏，使酶永久_失活__。低温只能使酶的活性_降低__，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会_恢复__。
活学巧练
1.酶具有专一性、高效性，且受温度和pH的影响。( √ )
2．蛋白酶只能催化蛋白质的水解而不能催化淀粉的水解，这一现象体现了酶的专一性。( √ )
3．由于酶在化学反应前后性质和数量没改变，所以酶具有高效性。( × )
4．高温和低温均能破坏酶的结构使其失去活性。( × )
深入探讨
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉和蔗糖都是非还原糖，但淀粉水解后会生成麦芽糖，蔗糖水解后会产生葡萄糖和果糖，麦芽糖、葡萄糖和果糖都是还原糖。下表为比较淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化作用实验，请分析：
试管编号 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL —
蔗糖溶液 — 2 mL
新鲜的淀粉酶溶液 2 mL 2 mL
60 ℃水浴保温5 min
新配制的斐林试剂 2 mL 2 mL
水浴加热2 min
实验现象 有砖红色沉淀 没有砖红色沉淀
(1)1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管不出现砖红色沉淀，说明什么？你能从该实验得到什么结论？
提示：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。
结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
(2)上述实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
提示：不能，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
(3)该实验的自变量和因变量分别是什么？
提示：自变量：底物的种类；因变量：底物是否被淀粉酶水解。
(4)本实验的设计思路是什么？你还有其他设计思路吗？
提示：本实验设计思路：探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
另一种设计思路：探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。
课内探究·名师点睛
1．酶的高效性及实验验证
(1)实验组：底物＋酶→底物分解速率(或产物形成速率)。
(2)对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率(或产物形成速率)。
(3)酶具有高效性的曲线(如图)
2．酶的专一性及实验设计
(1)思路：同一种酶催化不同的化学反应。
(2)实验设计
步骤 1 淀粉＋淀粉酶 蔗糖＋淀粉酶
2 等量斐林试剂，水浴加热相同时间
现象 出现砖红色沉淀 无颜色变化
结论 酶具有专一性
(3)酶专一性的曲线
典例剖析
典例1 下列实验或现象能说明酶的高效性的是( B )
①唾液中有唾液淀粉酶，把唾液稀释10倍后，催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂
②取两支洁净的试管，分别加入等量的淀粉溶液，然后向其中一支试管中加入适量的淀粉酶溶液，另一支试管中加入等量的蒸馏水，一段时间后，检测淀粉的分解情况 ③在两支盛有适量过氧化氢溶液的试管中，分别加入等量过氧化氢酶和FeCl3溶液，观察气泡的释放速率
A．①②③ B．①③
C．③ D．②③
解析： 酶相对于无机催化剂来说具有高效性。把唾液稀释后催化淀粉完全水解的速度仍快于无机催化剂，说明酶具有高效性。
变式训练 下列关于酶的专一性的叙述，不正确的是( B )
A．过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，不能催化其他化学反应
B．每一种酶只能催化一种化学反应的进行
C．催化唾液淀粉酶水解的酶是蛋白酶
D．二肽酶能催化由不同氨基酸脱水缩合成的二肽的水解
解析： 酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，B错误。
知识点二　酶特性的探究
实验必备知识·夯实双基
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
(1)实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成_还原糖__。在淀粉溶液和蔗糖溶液中分别加入淀粉酶，再用_斐林试剂__检测溶液中有无还原糖，就可以看出淀粉酶是否只催化特定的化学反应。
(2)方法步骤
　　试管编号操作步骤　　　　　 1 2
可溶性淀粉溶液 2 mL －
_蔗糖__溶液 － 2 mL
新鲜的淀粉酶溶液 2 mL _2_mL__
60 ℃保温5 min
新配制的_斐林试剂__ 2 mL 2 mL
水浴加热1 min
观察_溶液颜色的变化__
(3)实验结论
淀粉酶能催化淀粉水解不能催化蔗糖水解，说明酶具有专一性。
活学巧练
1.酶促反应速率既可以用反应物的消耗速率表示，也可以用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．探究影响酶活性的条件实验中，至少要设置三组实验。( √ )
4．市售α-淀粉酶的最适温度在50～75 ℃，而来自人体的唾液淀粉酶的最适温度在37 ℃左右。( √ )
5．低温、高温、过酸、过碱条件下酶的活性都很低，且酶的空间结构都发生了不可逆的改变。( × )
深入探讨
探究温度对酶活性的影响实验
下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误：
实验一
序号 项目 试管
1 2
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL
3 温度 0 ℃ 90 ℃
4 相同温度下两溶液混合 混合液 混合液
5 斐林试剂 2 mL 2 mL
6 实验现象
错误：_缺少60_℃的对照组，且不应用斐林试剂作为检测试剂__。
实验二
序号 项目 试管
1 2 3
1 可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5mL
2 α-淀粉酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
3 温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
4 碘液 2滴 2滴 2滴
5 实验现象
错误：_未对底物和酶进行保温处理就混合在一起__。
实验三
序号 项目 试管
1 2 3
1 过氧化氢溶液 5 mL 5 mL 5 mL
2 温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃
3 过氧化氢酶溶液 3 mL 3 mL 3 mL
4 实验现象
错误：_不应选用过氧化氢溶液作为反应底物，因为高温条件下，会直接使底物分解加快，而不是通过影响酶的活性来影响底物的分解__。
课内探究·名师点睛
1．探究影响酶活性实验的“四步曲”
(1)分组编号：将实验器具分组编号并装入相应的等量试剂。
(2)控制变量：控制影响酶活性的条件(如温度)，即首先将底物、酶液分别处理到预设的条件。
(3)进行反应：让酶液与底物混合，在预设的条件(如温度、pH等)下反应，无关变量保持相同。
(4)结果检测：检测实验的因变量，观察并记录实验结果。
2．可供参考的实验设计
(1)①探究温度对淀粉酶活性的影响
序号 项目 1 1* 2 2* 3 3*
1 注入可溶性淀粉溶液保温5 min 2 mL — 2 mL — 2 mL —
2 注入淀粉酶溶液保温5 min — 1 mL — 1 mL — 1 mL
3 温度条件(℃) 0 60 100
4 相同温度下淀粉溶液与淀粉酶溶液混合，保持温度 3 mL混合液 3 mL混合液 3 mL混合液
5 碘液检验 变蓝 不变蓝 变蓝
结论：温度能影响酶的活性。
②探究pH对淀粉酶活性的影响
序号 项目 试管1 试管2 试管3
1 注入新鲜的肝脏研磨液 每支试管各1 mL
2 不同pH的处理 注入物质的量浓度为0.01 mol/L的盐酸溶液1mL 注入蒸馏水1 mL 注入物质的量浓度为0.01 mol/L的NaOH溶液1 mL
3 注入过氧化氢溶液 每支试管各2 mL
4 用带火星的卫生香进行检验
5 预期实验现象 无反应 迅速复燃 无反应
结论：pH能影响酶的活性。
(2)实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶活性而影响实验结果，不能直接影响实验结果。
(3)若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
(4)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
(5)在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度(排除温度干扰)，且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。
(6)在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH(排除pH干扰)，且将酶和底物分别保温(实验要求的温度)后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。
典例剖析
典例2 探究温度对酶活性影响最合理的实验步骤是( D )
①取3支试管编号，注入2 mL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淀粉溶液试管中，维持各自的温度5 min ③向各试管滴一滴碘液 ④将6支试管分成三组，每组各有一份淀粉溶液和一份淀粉酶溶液，分别放在60 ℃的热水、沸水和冰水中5 min
⑤观察实验现象
A．①②④③⑤ B．①③②④⑤
C．①③④②⑤ D．①④②③⑤
解析： 根据实验目的可知，实验的自变量为温度，由于实验需要严格控制单一变量，在淀粉溶液和淀粉酶溶液混合之前首先需要将它们各自保温到一定温度，然后再混合，并且混合后还需要在相应的温度条件下保温让其充分反应。因此最合理的实验步骤应为①④②③⑤。
变式训练 (2022·山东省临沂第一中学高一月考)下列有关酶的探究实验的叙述，合理的是( C )
A．探究pH对酶活性的影响，用α-淀粉酶分别在pH为1、7、14条件下催化淀粉水解，用斐林试剂检测比较还原糖的产生情况
B．探究温度对酶活性的影响用α－淀粉酶分别在100 ℃、60 ℃、0 ℃下催化淀粉水解，用斐林试剂检测比较还原糖的产生情况
C．探究酶的专一性，用α-淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解，检测是否有还原糖生成
D．探究酶的高效性，实验中的自变量是酶的种类和用量
与酶促反应速率有关的曲线分析
1．底物浓度影响酶促反应速率曲线的分析
(1)底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而加快。
(2)当所有的酶都与底物结合后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再加快(此时限制酶促反应速率的因素是酶的数量)。
2．酶浓度影响酶促反应速率曲线的分析
在有足够底物且不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
3．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。
易错提醒：(1)适当增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量也增加。
(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同
①温度和pH通过影响酶的活性而影响酶促反应速率。
②底物浓度和酶浓度通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。
③抑制剂、激活剂也影响酶活性。
典例3 如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。下列有关叙述正确的是( C )
A．适当提高反应温度，B点向右上方移动
B．在B点适当增加酶浓度，反应速率不变
C．在A点提高反应物浓度，反应速率加快
D．在C点提高反应物浓度，产物不再增加
解析：在最适温度下酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，即B点会向左下方移动，A错误；在B点增加酶的浓度，反应速率加快，B错误；从题图看出，在C点提高反应物浓度，反应速率不再加快，但产物的量还会增加，D错误。
典例4　(2022·河南省三门峡市高一)将某种酶运用到工业生产前，需测定使用该酶的最佳温度范围。下图中的曲线①表示在各种温度下该酶活性相对于最高酶活性的百分比。将该酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，即下图中的曲线②，由此得到的数据为酶的热稳定性数据。据此作出的判断，正确的是( C )
A．由曲线①可知65 ℃是该酶活性最高的温度
B．曲线②的各数据点是在对应温度下测得的
C．该酶的热稳定性在70 ℃之后急剧下降
D．该酶使用的最佳温度是80 ℃
解析：由曲线①可知，该酶活性最高的温度是80 ℃，A项错误；由于曲线②是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，而酶活性最高的温度为80 ℃，因此曲线中数据均为80 ℃下测得的数据，B项错误；曲线②显示，该酶的热稳定性从30 ℃开始不断下降，在70 ℃后急剧下降，C项正确；酶的最佳温度可以认为是既能使酶具有高的催化活性，又能维持较长时间的稳定，所以该酶使用的最佳温度范围是60 ℃～70 ℃，D项错误。
学霸记忆
1.酶的特性是高效性、专一性和作用条件的温和性。
2．酶具有高效性的原因是：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
3．过酸、过碱或温度过高，都会使酶因空间结构被破坏而失活。
4．在一定的低温下，酶的活性被抑制，但空间结构稳定，在适宜温度下其活性可恢复。
1．某研究性学习小组按下表进行了实验操作，发现试管2比试管1产生了明显多的气泡。该实验说明了( B )
操作顺序 具体操作 试管
1 2
① 加入体积分数为3%的H2O2溶液 2 mL 2 mL
② 滴加质量分数为3.5%的FeCl3溶液 2滴 —
滴加质量分数为20%的肝脏研磨液(含过氧化氢酶) — 2滴
A.酶具有专一性 B．酶具有高效性
C．酶具有多样性 D．酶是蛋白质
解析： 根据表中信息可以看出，该实验的自变量是催化剂的种类(酶和无机催化剂)，因变量是过氧化氢分解速率的快慢；根据题干中“试管2比试管1产生了明显多的气泡”可推知，过氧化氢酶的催化效率比无机催化剂FeCl3要高，因此该实验说明了酶具有高效性，故选B。
2．下列与酶相关实验的叙述中，正确的是( D )
A．探究酶的高效性时，自变量可以是酶的种类
B．探究淀粉酶的专一性时，自变量只能是酶的种类
C．探究pH对酶活性的影响时，自变量不止一种
D．探究温度对酶活性的影响时，因变量不止一种
解析：探究酶的高效性，自变量是催化剂的种类；探究淀粉酶的专一性，自变量也可以是底物种类；探究pH对酶活性的影响时，自变量就是pH；探究温度对酶活性的影响时，因变量可以是产物的生成速率或底物的消耗速率。
3．紫甘薯收获后在储存过程中甜度会不断增加，这一过程与其含有的β-淀粉酶有关。为了研究紫甘薯中β－淀粉酶的催化活性，进行了如下实验。
①从紫甘薯中提取β-淀粉酶，获得酶液；
②在6支试管中分别加入2 mL pH＝3、pH＝4、pH＝5、pH＝6、pH＝7、pH＝8的缓冲液；
③每支试管中加入1 mL 2%淀粉溶液、0.2 mL酶液，40 ℃条件下保温15 min；
④将所有试管移入沸水浴中处理5 min；
⑤向每支试管中加入适量斐林试剂，水浴加热，检测试管中溶液变化。
分析得到不同pH条件下相对酶活性，结果如图甲所示。
(1)步骤④操作的目的是_终止反应__。
(2)步骤⑤试管内出现的_砖红色沉淀__越多，表明生成的还原糖越_多__，酶的活性越_高__。
(3)β-淀粉酶的最适pH是_7左右__，图乙的A、B、C、D中代表β-淀粉酶的是_A__，此模型可以解释酶具有_专一__性。
(4)在啤酒酿造中添加β－淀粉酶制剂，可以使其口味更清爽。饮用含有β-淀粉酶的啤酒不会影响人体健康，理由是_该酶是蛋白质，可在人体消化酶催化下被分解成氨基酸后吸收、利用__。
解析：(1)步骤④将所有试管移入沸水浴中处理5 min，该操作的目的是终止反应，使酶失活。
(2)β-淀粉酶能将淀粉溶液分解为还原糖，还原糖与斐林试剂水浴加热，会出现砖红色沉淀，试管内出现的砖红色沉淀越多，表明生成的还原糖越多，酶的活性越高。
(3)分析图甲可知：β-淀粉酶的最适pH是7左右，据题分析：图乙的A、B、C、D中代表β-淀粉酶的是A，此模型可以解释酶具有专一性。
(4)含有β-淀粉酶的啤酒不会影响人体健康，因为酶是蛋白质，可在人体消化酶催化下被分解成氨基酸后吸收、利用。第2课时　无氧呼吸与细胞呼吸原理的应用
课标要求
1．概述无氧呼吸的过程。
2．说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
3．举例说明细胞呼吸原理的应用。
核心素养
1．生命观念——分析与综合：分析有氧呼吸与无氧呼吸的过程，区别二者的异同。
2．社会责任——依据细胞呼吸原理指导农业生产，解决实际问题。
知识点一　有氧呼吸和无氧呼吸的比较
必备知识·夯实双基
1．无氧呼吸
(1)条件：无氧条件下。
(2)场所：_细胞质基质__
(3)类型
　　　类型项目　　　 酒精发酵 乳酸发酵
场所 _细胞质基质__
过程 第一阶段 葡萄糖_[H]＋丙酮酸__＋少量能量
第二阶段 丙酮酸＋[H]_酒精＋CO2__ 丙酮酸＋[H]_乳酸__
化学反应式 C6H12O6_2C2H5OH(酒精)___＋2CO2__＋少量能量 C6H12O6_2C3H6O3(乳酸)__＋少量能量
能量转化 只在_第一阶段__释放出少量的能量，生成_少量ATP__，葡萄糖分子中的大部分能量则存留在_酒精或乳酸__中
2.细胞呼吸
(1)概念：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)实质：氧化分解_有机物__，释放能量。
活学巧练
1.哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。 ( √ )
2．无氧呼吸的终产物是丙酮酸。( × )
3．无氧呼吸是不需氧的呼吸，因而其底物分解不属于氧化反应。( × )
4．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。( × )
5．人剧烈运动时产生的CO2是有氧呼吸和无氧呼吸共同的产物。( × )
深入探讨
1.为什么不同生物无氧呼吸产物不同？
提示：不同生物无氧呼吸的酶不同。
2．(实践应用)剧烈运动后的肌肉酸疼是怎样造成的？
提示：剧烈运动，氧气供应不足，肌肉细胞进行无氧呼吸产生了乳酸，造成肌肉酸疼。
课内探究·名师点睛
1．有氧呼吸和无氧呼吸过程图解
2．有氧呼吸和无氧呼吸的比较
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 乳酸或酒精和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
过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同
3.与无氧呼吸有关的几个易错点
(1)不同生物无氧呼吸产物不同是由于催化反应的酶的种类不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
(2)大多数植物、酵母菌无氧呼吸的产物为酒精和CO2；有些高等植物的某些器官如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等进行无氧呼吸时产生乳酸；高等动物、人及乳酸菌的无氧呼吸只产生乳酸。
(3)无氧呼吸第一阶段产生的[H]用于还原丙酮酸。
(4)无氧呼吸只在第一阶段释放能量。
4．与细胞呼吸有关的计算
C6H12O6＋6H2O＋6O212H2O＋6CO2＋能量
C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量
(1)消耗等量葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2的物质的量之比为1?3。
(2)产生等量的CO2时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为3?1。
(3)无氧呼吸产生的酒精和CO2的物质的量相等；有氧呼吸消耗O2和产生CO2的物质的量相等。
知识贴士
(1)有氧呼吸和无氧呼吸总反应式中的能量不能写成ATP，因为大部分能量以热能形式散失。
(2)1 mol葡萄糖彻底氧化分解后，释放出2 870 kJ的能量，其中977.28 kJ的能量储存在ATP中，其余的以热能形式散失。
(3)1 mol葡萄糖生成乳酸释放的能量为196.65 kJ，其中只有61.08 kJ的能量转移到ATP(生成2 mol ATP)中，其余部分以热能的形式散失。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肌细胞中再次转化为葡萄糖。
(4)无氧呼吸只有第一阶段释放能量，第二阶段没有能量释放。而有氧呼吸三个阶段均释放能量。
5．细胞呼吸的意义
(1)为生物体的生命活动提供能量。生物体内的糖类、脂类、蛋白质等有机物都富含能量，但这些能量不能直接被各种生命活动所利用，需要通过呼吸作用分解有机物，释放能量，转化到能量“货币”ATP中，由ATP直接推动各种生命活动的进行，如细胞的分裂、矿质元素的吸收、有机物之间的转化等。
(2)呼吸作用是各种有机物相互转化的枢纽。呼吸作用的过程中会产生各种各样的中间产物，这些中间产物是合成体内其他化合物的原料。呼吸作用能把生物体的糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢等连成一个整体，成为体内各种有机物相互转化的枢纽。联系三大有机物代谢过程的主要枢纽物质是丙酮酸。
(3)在维持恒温动物的体温、植物抗病等方面有重要作用。
典例剖析
典例1 人体有氧呼吸和无氧呼吸的相同之处是( A )
①都有葡萄糖分解成丙酮酸的阶段
②所需的酶基本相同
③都是氧化分解有机物，释放能量的过程
④都产生CO2
⑤都产生了[H]
A．①③⑤　　　　　　 B．①③④
C．①③④⑤ D．①②③④⑤
解析：①有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段相同，都是葡萄糖分解成丙酮酸，①正确；②有氧呼吸与无氧呼吸的反应过程不同，酶的作用具有专一性，因此酶不同，②错误；③不论是有氧呼吸还是无氧呼吸，本质是氧化分解有机物释放能量的过程，③正确；④人的有氧呼吸的产物是二氧化碳和水，无氧呼吸的产物是乳酸，不产生二氧化碳，④错误；⑤有氧呼吸与无氧呼吸过程中都有[H]的产生，⑤正确。综上所述人体有氧呼吸和无氧呼吸相同的是①③⑤。
规律方法
有关细胞呼吸过程的三点提醒
(1)产生CO2的不只是有氧呼吸，无氧呼吸产生酒精的过程中也有CO2的产生。
(2)有氧呼吸过程中生成的水和反应物中的水其来源和去向不同，所以不是同一分子。
(3)不是所有植物的无氧呼吸产物都是酒精和二氧化碳，玉米胚、甜菜根等植物组织的无氧呼吸产物为乳酸。
变式训练 (2023·甘肃张掖市第二中学高一期末)在呼吸过程中有二氧化碳放出，则可判断此过程( D )
A．一定是无氧呼吸
B．一定是有氧呼吸
C．一定不是酒精发酵
D．一定不是乳酸发酵
解析： 在细胞呼吸过程中有CO2放出，可能是有氧呼吸，也可能是产生酒精和二氧化碳的无氧呼吸，ABC错误；乳酸发酵时只产生乳酸，不产生二氧化碳，故细胞呼吸过程中有CO2放出一定不是乳酸发酵，D正确。故选D。
知识点二　细胞呼吸原理的应用
必备知识·夯实双基
1．包扎伤口时，需要选用_透气__的消毒纱布或“创可贴”等敷料。
2．酿酒时要先通气后密封，通气的目的是_让酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖__，密封的目的是_让酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵__。
3．对花盆里的土壤经常进行_松土透气__。
4．粮食储藏需要的条件是_(零上)低温、低氧和干燥__；蔬菜、水果储藏的条件是_(零上)低温、低氧__和适宜的_湿度__。
活学巧练
1.用透气的消毒纱布包扎伤口，目的是保证伤口处细胞的有氧呼吸。( × )
2．无氧和零下低温的环境有利于水果保鲜。( × )
3．及时排涝，能防止水稻根细胞受酒精毒害。( √ )
深入探讨
1．根据如右图像，分析影响细胞呼吸的外界因素：
(1)由曲线判断O2浓度对无氧呼吸和有氧呼吸的影响分别是什么？
(2)在储藏蔬菜或水果时，为降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，储藏室内的O2应调节到图中的_B__点所对应的浓度。
提示：(1)抑制无氧呼吸，促进有氧呼吸。
2．储存谷粒时将谷粒晒干，既能减少细胞内_自由水__含量，又能降低_有氧呼吸的速率__；还可以通过控制_低温__、_低氧__等条件来降低有氧呼吸速率。储藏新鲜蔬菜、水果与储藏谷粒相比，不能放在_干燥__的环境下，要有一定的_湿度__。
课内探究·名师点睛
影响细胞呼吸的因素及其应用
(1)内因
①遗传特性：不同种类的植物细胞呼吸速率不同。
实例：旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。
②生长发育时期：同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同。
实例：幼苗期细胞呼吸速率高，成熟期细胞呼吸速率低。
③器官类型：同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同。
实例：生殖器官大于营养器官。
(2)外因
①温度
a．影响：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性来影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃之间。
b．应用
②氧气
a．影响(如图)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。Ⅰ.O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
Ⅱ.0Ⅲ.O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
Ⅳ.O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
b．应用
③水分
a．影响
b．应用
④CO2
a．影响：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。如右图：
b．应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。
典例剖析
典例2 (2023·湖南长沙高一期末)结合细胞呼吸原理，分析下列日常生活中的做法，其中不合理的是( D )
A．选用透气的消毒纱布包扎伤口
B．定期给花盆中的植物松土透气
C．低温低氧条件下保存蔬菜水果
D．采用快速短跑等进行有氧运动
解析： 快速短跑会进行无氧呼吸。
变式训练 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( C )
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： 图乙中DE段无氧呼吸逐渐减弱，有氧呼吸逐渐加强，C错误。
一、细胞呼吸方式的判断
1．判定指标
CO2释放量、O2消耗量以及酒精产生量。
2．判定原理
呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则O2消耗量?CO2产生量＝1?1；若只进行产生酒精的无氧呼吸(酒精发酵)，则O2消耗量?CO2产生量?酒精产生量＝0?1?1，若只进行产生乳酸的无氧呼吸(乳酸发酵)，则无O2的消耗和CO2的产生。
3．判定方法(底物为葡萄糖)
物质变化特点 细胞呼吸方式
① CO2释放量＝O2吸收量 只进行有氧呼吸
② 不消耗氧气，释放CO2 只进行酒精发酵
③ CO2释放量>O2消耗量 进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自于酒精发酵
④ 酒精产生量＝CO2释放量 只进行酒精发酵
⑤ 酒精产生量⑥ 无CO2释放 只进行乳酸发酵
4.方法拓展
(1)如果出现CO2释放量(2)有时还可根据发生的场所进行细胞呼吸方式的判定，如真核细胞均在细胞质基质中进行的是无氧呼吸。
典例3 下表表示苹果在储存过程中，有关气体变化的情况。下列分析正确的是( B )
氧浓度(%) a b c d
CO2产生速率(mol/min) 1.2 1.0 1.3 1.6
O2的消耗速率(mol/min) 0 0.5 0.7 1.2
　　A．氧浓度为a时，细胞呼吸会产生乳酸
B．氧浓度为b时，细胞呼吸消耗的葡萄糖最少
C．氧浓度为c时，无氧呼吸产生CO2的速率为0.3 mol/min
D．氧浓度为d时，有氧呼吸消耗的葡萄糖的量是无氧呼吸的2倍
解析：氧浓度为a时，O2消耗速率为0，故只进行无氧呼吸，产物是酒精与二氧化碳，A错误；氧浓度为b时，细胞呼吸产生二氧化碳量最少，此时细胞呼吸最弱，消耗的葡萄糖最少，B正确；氧浓度为c时，据表格数据可知，有氧呼吸O2的消耗速率为0.7 mol/min，则有氧呼吸CO2产生速率为0.7 mol/min，无氧呼吸产生CO2的速率为1.3－0.7＝0.6 mol/min，C错误；氧浓度为d时，O2的消耗速率为1.2 mol/min，则有氧呼吸消耗葡萄糖的速率为1.2×1/6＝0.2 mol/min，此时无氧呼吸CO2产生速率为1.6－1.2＝0.4 mol/min，无氧呼吸消耗葡萄糖的速率为0.4×1/2＝0.2 mol/min。故氧浓度为d时，有氧呼吸消耗葡萄糖的量等于无氧呼吸消耗葡萄糖的量，D错误。
二、细胞呼吸方式的实验探究
(1)实验设计
欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置。
如图所示(以发芽种子为例)：
(2)实验结果预测和结论
实验现象 结论
装置1液滴 装置2液滴
不动 不动 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
特别提醒：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置2相比，不同点是用煮熟的发芽种子代替发芽种子，其余均相同。
典例4 (2023·黑龙江哈尔滨三中高二期末)某生物兴趣小组用如图所示实验装置在一定条件下测定萌发的小麦种子(已消毒)的呼吸速率(仅考虑氧化糖类)。下列有关说法错误的是( B )
A．若X为无菌水，向试管充入N2即可测定小麦种子的无氧呼吸速率
B．若X为NaOH溶液，且毛细管中的液滴向左移动，表明种子只进行有氧呼吸
C．若X为无菌水，且毛细管中的液滴向右移动，表明种子进行了无氧呼吸
D．为了减小误差，可增设放有等量同种死亡种子且其他条件不变的对照组
解析： 试管充入N2也可以测定小麦种子无氧呼吸速率，因为其进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，液滴可以移动，故能测定，A正确；NaOH溶液的作用是吸收萌发种子呼吸产生的二氧化碳，液滴向左移动，是因为广口瓶中氧气减少，说明一定存在有氧呼吸，但不能说明不存在无氧呼吸，B错误；若X为无菌水时，该装置测定的是氧气的消耗量和二氧化碳产生量的差值，有氧呼吸中氧气的消耗量等于二氧化碳产生量，毛细管中的液滴向右移动，说明一定存在无氧呼吸，但不能说明不存在有氧呼吸，C正确；为了减小误差，增加实验说服力，可增加等量同种死亡种子且其他条件不变的对照组，可以排除温度、气压等物理因素的干扰，D正确。故选B。
学霸记忆
1.无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量。
2．无氧呼吸方程式：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量(少量)；C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量(少量)。
3．影响细胞呼吸的因素：温度、O2浓度、CO2浓度、水等。
1．如图是细胞呼吸过程的图解。在人体细胞中不能发生的过程是( B )
A．① B．②
C．③ D．④
解析：图中①为细胞呼吸的第一阶段，人体可以发生，A不符合题意；图中②为无氧呼吸第二阶段，产生C2H5OH，人体不会进行，B符合题意；③为无氧呼吸第二阶段，产生C3H6O3，人体可以发生，C不符合题意；④为有氧呼吸第二、三阶段，O2和[H]反应生成H2O，合成大量ATP，人体可以发生，D不符合题意。
2．(2023·湖北襄阳高一检测)如图表示一植物的非绿色器官在不同的氧浓度下气体交换的相对值的变化，下列有关叙述正确的是( B )
A．图中曲线QR区段下降的主要原因是氧气浓度增加，有氧呼吸受抑制
B．Q点只进行无氧呼吸，P点只进行有氧呼吸
C．若图中的AB段与BC段的距离等长，此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量等于无氧呼吸消耗的葡萄糖量
D．氧浓度应调节到Q点的对应浓度，更有利于水果的运输
解析：图中曲线QR区段CO2生成量急剧减少的主要原因是氧气浓度增加，无氧呼吸受抑制，A错误；纵轴上Q点时没有消耗氧气，但产生了CO2，说明细胞只进行无氧呼吸，P点产生的CO2与消耗的氧气相等，说明P点时细胞只进行有氧呼吸，是无氧呼吸消失点，B正确；若图中的AB段与BC段的距离等长，说明无氧呼吸产生的CO2等于有氧呼吸产生的CO2，那么无氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的3倍，C错误；在长途运输新鲜蔬菜时，将氧浓度调节到R点的对应浓度，此时蔬菜的有氧呼吸强度较低，同时又抑制了无氧呼吸，蔬菜中的有机物消耗较少，D错误。
3．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酒精的含量，结果如表所示。请回答下列问题：
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
酒/(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酒精的场所是_细胞质基质__，此过程_不能__(填“能”或“不能”)生成ATP。
(2)该实验的自变量是_通气量(或通入氧气量)和黄瓜品种__。实验结果表明，品种A耐低氧能力比品种B_强__(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)
[答案]　(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；避免根进行无氧呼吸产生酒精对根部造成伤害；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
解析：(1)黄瓜细胞中丙酮酸转变为酒精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，而酒精增加较多，说明品种A耐低氧能力比品种B强。本章整合
1．(2022·湖南卷)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是( B )
A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活
B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的
C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果
D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染
解析： 由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，而且加热也能使碱性蛋白酶失活，会降低碱性蛋白酶的洗涤剂去污效果，添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果，C正确；酶具有高效性，碱性蛋白酶能使蛋白质水解成多肽和氨基酸，具有很强的分解蛋白质的能力，可有效地清除汗渍、奶渍、酱油渍等污渍，添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染，D正确。
2．(2022·全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件。某同学进行了下列5组实验(表中“＋”表示有，“－”表示无)。
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
RNA组分 ＋ ＋ － ＋ －
蛋白质组分 ＋ － ＋ － ＋
低浓度Mg2＋ ＋ ＋ ＋ － －
高浓度Mg2＋ － － － ＋ ＋
产物 ＋ － － ＋ －
根据实验结果可以得出的结论是( C )
A．酶P必须在高浓度Mg2＋条件下才具有催化活性
B．蛋白质组分的催化活性随Mg2＋浓度升高而升高
C．在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性
D．在高浓度Mg2＋条件下蛋白质组分具有催化活性
解析： 第①组中，酶P在低浓度Mg2＋条件下，有产物生成，说明酶P在该条件下具有催化活性，A错误；第③组和第⑤组对照，无关变量是底物和蛋白质组分，自变量是Mg2＋浓度，无论是高浓度Mg2＋条件下还是低浓度Mg2＋条件下，两组均没有产物生成，说明蛋白质组分无催化活性，B、D错误；第②组和第④组对照，无关变量是底物和RNA组分，自变量是Mg2＋浓度，第④组在高浓度Mg2＋条件下有产物生成，第②组在低浓度Mg2＋条件下，没有产物生成，说明在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性，C正确。
3．(2022·河北卷)关于呼吸作用的叙述，正确的是( B )
A．酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的气体
B．种子萌发时需要有氧呼吸为新器官的发育提供原料和能量
C．有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中
D．通气培养的酵母菌液过滤后，滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后变为灰绿色
解析： 能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的成分是二氧化碳，酵母菌无氧呼吸可产生二氧化碳，A错误；种子萌发时种子中的有机物经有氧呼吸氧化分解，可为新器官的发育提供原料和能量，B正确；有机物彻底分解、产生大量ATP的过程是有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜，C错误；酸性的重铬酸钾可用于检测酒精，两者反应呈灰绿色，而通气培养时酵母菌进行有氧呼吸，不产生酒精，故酵母菌液过滤后的滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后不会变为灰绿色，D错误。
4．(2022·浙江卷)下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是( B )
A．人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸
B．制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2
C．梨果肉细胞厌氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATP
D．酵母菌的乙醇发酵过程中通入O2会影响乙醇的生成量
解析： 剧烈运动时人体细胞可以进行厌氧呼吸，厌氧呼吸的产物是乳酸，故人体剧烈运动时会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸，A正确； 制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理，乳酸菌厌氧呼吸的产物是乳酸，无二氧化碳产生，B错误；梨果肉细胞厌氧呼吸第一阶段能产生少量能量，该部分能量大部分以热能的形式散失了，少部分可用于合成ATP，C正确；酵母菌乙醇发酵是利用酵母菌在无氧条件下产生乙醇的原理，故发酵过程中通入氧气会导致其厌氧呼吸受抑制而影响乙醇的生成量，D正确。
5．(2022·山东卷)植物细胞内10%～25%的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是( C )
A．磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B．与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C．正常生理条件下，利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D．受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
解析： 根据题意，磷酸戊糖途径产生的NADPH是为其他物质的合成提供原料，而有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH，能与O2反应产生水，A正确；有氧呼吸是葡萄糖彻底氧化分解释放能量的过程，而磷酸戊糖途径产生了多种中间产物，中间产物还进一步生成了其他有机物，所以葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量比有氧呼吸少，B正确；正常生理条件下，只有10%～25%的葡萄糖参加了磷酸戊糖途径，其余的葡萄糖会参与其他代谢反应，例如有氧呼吸，所以用14C标记葡萄糖，无法追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成，C错误；受伤组织修复即是植物组织的再生过程，细胞需要增殖，所以需要核苷酸和氨基酸等原料，而磷酸戊糖途径的中间产物可生成氨基酸和核苷酸等，D正确。
6．(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( D )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
解析： 初期容器内CO2浓度较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度下降，O2浓度上升，A错误；根据分析由于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，所以说明植物光合作用大于呼吸作用，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合作用与呼吸作用相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。
7．(2022·北京卷)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出( D )
A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C．CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小
D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
解析： 分析题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小，A正确；分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，最适温度为25 ℃左右；当CO2浓度为370 μL·L－1时，最适温度为30 ℃；当CO2浓度为1 000 μL·L－1时，最适温度接近40 ℃，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度的升高而改变程度不大，光合速率在温度的升高下，持续在数值为10处波动，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小，C正确；分析题图可知，10 ℃条件下，CO2浓度为200 μL·L－1至370 μL·L－1时，光合速率有显著提高，而370 μL·L－1至1 000 μL·L－1时，光合速率无明显的提高趋势，而且370 μL·L－1时与1 000 μL·L－1时，两者光合速率数值接近同一数值，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。
8．(2022·海南卷)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是( B )
A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量
B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C．四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高
D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
解析： 本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度和光照为无关变量，A错误；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸吸收的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最低，C错误；若在4 ℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。
9．(2021·河北省高考)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2，其部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程。下列叙述错误的是( D )
A．血液流经肌肉组织时，气体A和B分别是CO2和O2
B．①和②是自由扩散，④和⑤是协助扩散
C．成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量
D．成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中
解析：根据题意可知，红细胞能运输O2和CO2，肌肉细胞进行有氧呼吸时，消耗O2，产生CO2，可以判断气体A和B分别是CO2和O2，A正确；①和②表示气体进出红细胞，一般气体等小分子进出细胞的方式为自由扩散，④是载体蛋白运输葡萄糖进入红细胞，顺浓度梯度，不需要消耗能量，为协助扩散，⑤是H2O通过水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B正确；③为红细胞通过消耗能量主动吸收K＋排出Na＋，成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧呼吸，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量，C正确；成熟红细胞没有核糖体，不能再合成新的蛋白质，细胞膜上的糖蛋白不能更新，糖蛋白存在于细胞膜的外表面，由于细胞膜具有流动性，其表面的糖蛋白处于不断流动中，D错误。故选D。
10．(2021·全国甲卷)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是( B )
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
解析：酵母菌有细胞核，是真菌生物，其代谢类型是异养兼性厌氧型，与无氧条件相比，在有氧条件下，产生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合题意；酵母菌无氧呼吸在细胞质基质中进行，无氧呼吸第一阶段产生丙酮酸、还原性的氢，并释放少量的能量，第二阶段丙酮酸被还原性氢还原成乙醇，并生成二氧化碳，B符合题意，C不符合题意；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都在第二阶段生成CO2，D不符合题意。故选B。
11．(2020·山东卷)经内质网加工的蛋白质进入高尔基体后，S酶会在其中的某些蛋白质上形成M6P标志。具有该标志的蛋白质能被高尔基体膜上的M6P受体识别，经高尔基体膜包裹形成囊泡，在囊泡逐渐转化为溶酶体的过程中，带有M6P标志的蛋白质转化为溶酶体酶；不能发生此识别过程的蛋白质经囊泡运往细胞膜。下列说法错误的是( D )
A．M6P标志的形成过程体现了S酶的专一性
B．附着在内质网上的核糖体参与溶酶体酶的合成
C．S酶功能丧失的细胞中，衰老和损伤的细胞器会在细胞内积累
D．M6P受体基因缺陷的细胞中，带有M6P标志的蛋白质会聚集在高尔基体内
解析：酶具有专一性的特点，S酶在某些蛋白质上形成M6P标志，体现了S酶的专一性，A正确；由分析可知，部分经内质网加工的蛋白质，在S酶的作用下会转变为溶酶体酶，该蛋白质是由附着在内质网上的核糖体合成的，B正确；由分析可知，在S酶的作用下形成溶酶体酶，而S酶功能丧失的细胞中，溶酶体酶的合成会受阻，则衰老和损伤的细胞器会在细胞内积累，C正确；M6P受体基因缺陷的细胞中，带有M6P标志的蛋白质不能被识别，最终会被分泌到细胞外，D错误。故选D。
12．(2020·山东卷)癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是( B )
A．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
解析：由于葡萄糖无氧呼吸时只能释放少量的能量，故“瓦堡效应”导致癌细胞需要吸收大量的葡萄糖来为生命活动供能，A正确；无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，癌细胞中进行无氧呼吸时，第二阶段由丙酮酸转化为乳酸的过程不会生成ATP，B错误；由题干信息和分析可知，癌细胞主要进行无氧呼吸，故丙酮酸主要在细胞质基质中被利用，C正确；由分析可知，无氧呼吸只有第一阶段产生少量的NADH，而有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都能产生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少，D正确。故选B。
13．(2020·北京卷)用新鲜制备的含过氧化氢酶的马铃薯悬液进行分解H2O2的实验，两组实验结果如图。第1组曲线是在pH＝7.0、20 ℃条件下，向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL酶悬液的结果。与第1组相比，第2组实验只做了一个改变。第2组实验提高了( B )
A．悬液中酶的浓度　 B．H2O2溶液的浓度
C．反应体系的温度 D．反应体系的pH
解析：提高酶的浓度能够提高速率，不能提高氧气的量，A错误；提高H2O2溶液的浓度，就是提高底物浓度，产物的量增加，B正确；适度的提高温度可以加快反应速率，不能提高产物的量，C错误；改变反应体系的pH，可以改变反应速率，不能提高产物的量，D错误。故选B。
14．(2020·浙江卷)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( A )
A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大
C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似
D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A－B段对应的关系相似
解析：测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏，导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响暗反应速率，蔗糖合成一直较少，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似，D错误。故选A。
15．(2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是O2、[H]和ATP(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是自身呼吸消耗或建造植物体结构(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2。
解析：(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisco；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小，叶片气孔关闭，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。
16．(2021·全国甲卷)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K＋。回答下列问题：
(1)细胞外的K＋可以跨膜进入植物的根细胞。细胞膜和核膜及细胞器膜等共同构成了细胞的生物膜系统，生物膜的结构特点是_具有一定的流动性__。
(2)细胞外的K＋能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由_蛋白质__复合物构成的，其运输的特点是_顺浓度梯度运输(不消耗能量)__(答出一点即可)。
(3)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是_根细胞吸收K＋为主动运输，所需要的能量由细胞呼吸提供__。
解析：(1)生物膜的结构特点是具有一定的流动性。
(2)离子通道是由蛋白质复合物构成的，一种通道只能先让某种离子通过，而另一些离子则不容易通过，即离子通道具有选择性。
(3)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。可知是主动运输过程，主动运输需要消耗能量，而细胞中的能量由细胞呼吸提供，因此呼吸抑制剂会降低细胞对K＋的吸收速率。第1课时　细胞呼吸的方式和有氧呼吸过程
课标要求
1．分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。
2．概述有氧呼吸的三个阶段，写出有氧呼吸的反应式。
3．探究酵母菌细胞呼吸的方式，学会控制和检测实验变量。
核心素养
1．生命观念——结构与功能观：线粒体结构与细胞呼吸的关系。
2．科学思维——分析与综合：分析有氧呼吸的三个阶段，理解细胞呼吸的实质。
3．科学探究——根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。
知识点一　探究酵母菌细胞呼吸的方式
必备知识·夯实双基
活学巧练
1.只检测有无CO2产生即可确定酵母菌的呼吸方式。( × )
2．根据石灰水变混浊的程度可以确定CO2产生量的多少。( √ )
3．酒精在中性或酸性条件下与重铬酸钾溶液反应产生灰绿色。( × )
深入探讨
酿酒业常用的菌种是酵母菌，发酵池往往封入一部分空气，为什么？
提示：酵母菌是兼性厌氧菌，有氧时进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，把氧气耗尽，然后进行无氧呼吸产生酒精。
课内探究·名师点睛
1．实验原理
(1)酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下均能生存，有氧呼吸产生H2O和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2。
(2)呼吸产物——CO2和酒精的检测
①澄清石灰水变混浊，且混浊程度与CO2产量有关；
②蓝色的溴麝香草酚蓝溶液变绿再变黄，且变黄时间长短与CO2产量有关；
③橙色重铬酸钾溶液变灰绿色。
2．实验分析
①通入甲中A瓶的空气需先通过NaOH溶液的目的是保证进入A瓶的气体中不含有CO2，保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊的CO2完全是由酵母菌有氧呼吸产生的。
②乙中B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2完全是由酵母菌无氧呼吸产生的。
知识贴士
酵母菌是兼性厌氧生物，是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，而人体中的某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物异化作用类型的区分，不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的，而是以在有氧或无氧的条件下能否正常生存为依据的。
典例剖析
典例1 下列关于探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述正确的是( C )
A．选择酵母菌为实验材料是因为酵母菌是自养、兼性厌氧型微生物，易于培养
B．通过设置有氧(对照组)和无氧(实验组)的对照，易于判断酵母菌的呼吸方式
C．将实验装置连接后需要进行气密性检查，确保不漏气
D．实验的因变量是澄清石灰水是否变混浊和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化
解析： 酵母菌是单细胞生物，属于异养、兼性厌氧型微生物，易于培养，A错误；通过设置有氧和无氧两个实验组进行相互对照，易于判断酵母菌的细胞呼吸方式，B错误；实验的因变量是澄清石灰水的混浊程度和加入酸性重铬酸钾溶液后样液的颜色变化，D错误。
变式训练 (2022·福建龙岩一中期末)如图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置，下列有关叙述错误的是( B )
A．A瓶加入质量分数为10%的NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2
B．若向B瓶和D瓶中加入重铬酸钾的浓硫酸溶液，则D瓶内的溶液会变黄
C．可根据溴麝香草酚蓝溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生情况
D．装置乙D瓶先封口放置一段时间的目的是消耗瓶中的O2以形成无氧的环境
解析： 装置甲中酵母菌进行有氧呼吸，产生二氧化碳和水，装置乙中酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，故向B瓶和D瓶中加入重铬酸钾的浓硫酸溶液，则D瓶内的溶液会变成灰绿色，B错误。
知识点二　有氧呼吸
必备知识·夯实双基
活学巧练
1.有氧呼吸的三个阶段均可产生ATP，但第三阶段产生的最多。( √ )
2．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水。( × )
3．有氧呼吸的第三阶段既消耗水又产生水。( × )
深入讨论
1.有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其消耗发生在哪个阶段？
提示：有氧呼吸过程中第一、二阶段有[H]产生，其去向是在第三阶段与氧气结合形成水。
2．有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？
提示：有氧呼吸的生成物CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O来自氧气。
课内探究·名师点睛
1．线粒体的结构(如右图所示)
(1) 双层膜
(2)嵴：由内膜的某些部位向内腔折叠形成。嵴使内膜的表面积大大增加，更有利于有氧呼吸的进行。
(3)基质：嵴的周围充满液态的基质。线粒体基质中含有少量的DNA和RNA，含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
2．有氧呼吸的过程
有氧呼吸过程 第一阶段 第二阶段 第三阶段
场所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖(C6H12O6) 丙酮酸(C3H4O3)＋H2O [H]＋O2
产物 丙酮酸＋[H] CO2＋[H] H2O
是否需氧 不需氧 不需氧 需氧
产生ATP数量 少量(2 mol) 少量(2 mol) 大量(28 mol)
反应式 C6H12O62C3H4O3＋4[H]＋能量 2C3H4O3＋6H2O6CO2＋20[H]＋能量 24[H]＋6O212H2O＋能量
总反应式及各元素的去向
特别提醒：反应式中左右两边的水不能抵消，原因是左边的水是用于生成[H]和部分CO2的，而右边的水分子中的氧原子全部来自O2。CO2中的氧原子一半来自C6H12O6，一半来自参与反应的水分子。
3．有氧呼吸过程中的产能及能量利用率
(1)产能
1 mol葡萄糖(2 870 kJ)
(2)能量利用率：葡萄糖有氧分解时，能量利用率为×100%≈34.05%，还有约65.95%的能量以热能的形式散失。
易错提醒：(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。
(2)葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。
(3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫无线粒体，只能进行无氧呼吸。线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，但能进行有氧呼吸。
典例剖析
典例2 (2022·山东青岛高一学业考试)研究者将青蛙细胞放在低渗溶液中涨破、离心得到线粒体外膜及膜间隙成分、内膜、线粒体基质等，下列相关叙述错误的是( B )
A．线粒体外膜先破裂是因为外膜面积比内膜小
B．线粒体可在有氧条件下将葡萄糖分解为CO2和水
C．处理线粒体过程中，可得到丙酮酸、核苷酸和氨基酸等成分
D．青蛙进行各项生命活动所需的ATP主要来自线粒体
解析： 线粒体可在有氧条件下将丙酮酸分解为CO2和水，B错误。
变式训练 如图表示细胞有氧呼吸的过程，其中①～③代表有关生理过程发生的场所，甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是( D )
A．①、②和③分别是细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质
B．①和②所含酶的种类相同
C．②和③都能产生大量ATP
D．甲、乙分别代表丙酮酸、[H]
解析： 图中①是细胞质基质，②表示线粒体基质，③表示线粒体内膜；①中进行的是细胞呼吸的第一阶段，②中进行的是有氧呼吸的第二阶段，所以所含酶的种类不同；②中进行的是有氧呼吸的第二阶段，只能产生少量ATP，③中进行的是有氧呼吸的第三阶段，能产生大量ATP。
1．探究酵母菌细胞呼吸方式实验的条件控制
(1)有氧条件：装置甲连通橡皮球(或气泵)，让空气间歇性地依次通过三个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使空气先经过盛有NaOH溶液的锥形瓶，除去空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
(2)无氧条件：装置乙中B瓶应封口放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中的O2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使澄清的石灰水变混浊。
2．对比实验
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。在本节课的探究活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，它们之间形成相互对照，没有另设对照组，都是实验组。
典例3 (2023·广东实验中学高一月考)某同学为了研究酵母菌细胞呼吸的方式，制作了如下图所示的实验装置。甲、乙瓶中各加等量的经煮沸后冷却的葡萄糖溶液，并加入等量的酵母菌，乙瓶内用液体石蜡隔绝空气。对该实验的分析，错误的是 ( D )
A．该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的细胞呼吸方式
B．将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染，以免影响实验结果
C．乙瓶中通过滴加酸性重铬酸钾溶液鉴定是否有酒精生成
D．乙瓶为甲的空白对照实验，以排除无关因素对酵母菌细胞呼吸的影响
解析：酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生CO2，因此不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的细胞呼吸方式，A项正确；将葡萄糖溶液煮沸可以杀菌，防止杂菌的细胞呼吸对实验结果产生影响，B项正确；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下遇酒精变成灰绿色，以此鉴定是否有酒精生成，C项正确；甲、乙都是实验组，该实验为对比实验，D项错误。
学霸记忆
1.CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。
2．橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下可与酒精发生化学反应，变成灰绿色。
3．有氧呼吸的反应式为：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
1．下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是( A )
A．通过检测CO2是否生成可判断酵母菌细胞呼吸的方式
B．实验使用的酵母菌培养液是适宜质量分数的葡萄糖溶液
C．实验应该设计有氧条件和无氧条件下的对比实验，分别分析酵母菌细胞呼吸情况
D．橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇反应变成灰绿色
解析：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都产生二氧化碳，因此通过检测CO2是否生成不能判断酵母菌细胞呼吸的方式，A错误；实验使用的酵母菌培养液是适宜质量分数的葡萄糖溶液，否则浓度过高，会导致酵母菌失水死亡，B正确；有氧条件和无氧条件分别对应探究有氧呼吸和无氧呼吸能否发生，所以实验应该设计有氧条件和无氧条件下的对比实验，分别分析酵母菌细胞呼吸情况，C正确；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇反应变成灰绿色，D正确。故选A。
2．(2022·江西南昌一中月考)有氧呼吸是细胞呼吸的主要方式，下列关于有氧呼吸的叙述正确的是( D )
A．有氧呼吸每个阶段都生成ATP，第三阶段生成量最少
B．有氧呼吸的每个阶段都有O2参与
C．[H]在第一、二、三阶段产生，作用是还原O2生成H2O
D．有氧呼吸过程中，有机物中的能量是经过一系列的反应逐步释放的
解析：有氧呼吸中，有机物中的能量是经过一系列的反应逐步释放的，第三阶段放出能量最多，只有第三阶段有氧气参与，[H]产生于第一、二阶段，作用于第三阶段。
3．某生物兴趣小组想探究：酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置，如图(A～D)所示，请分析作答：
(1)根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)有氧条件下的装置序号：_C→(B)→A→B__；无氧条件下的装置序号：_D→B__。
(2)B瓶中澄清的石灰水还可用 溴麝香草酚蓝溶液　代替，根据其溶液变成_黄色__(颜色)的时间长短，可以检测酵母菌培养液中产生CO2的情况。
(3)一段时间后，在A、D中取少量培养液，滴加_酸性重铬酸钾__溶液检测酒精的存在，若存在酒精，会出现的颜色变化为_橙色变为灰绿色__。
(4)A培养瓶中酵母菌细胞呼吸，释放的CO2是在_线粒体基质__中产生的，H2O是在_线粒体内膜__中形成的；产生ATP最多的是第三阶段。总反应式： C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量　。
解析：(1)要检测酵母菌有氧呼吸的产物，需要给酵母菌培养液通入不含二氧化碳的空气，从而保证检测的二氧化碳全部由呼吸作用产生，不是空气中的，所以有氧呼吸的装置应为：C→A→B(或C→B→A→B)。要检测酵母菌无氧呼吸的产物，需要给酵母菌培养液无氧的环境，并检测产物是否有二氧化碳，所以无氧呼吸的装置应为：D→B；
(2)C瓶中氢氧化钠的作用是吸收空气中的二氧化碳，保证进入B瓶的二氧化碳都是酵母菌呼吸作用产生的。二氧化碳除了可以用澄清石灰水鉴定外，还可以利用溴麝香草酚蓝溶液鉴定。所以B瓶中澄清的石灰水还可用溴麝香草酚蓝溶液代替，颜色变化由蓝变绿再变黄，可以根据颜色变化的时间长短，检测酵母菌培养液中的产生CO2情况。
(3)鉴定酒精的有无可以用酸性重铬酸钾，重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应会由橙色变为灰绿色。
(4)有氧呼吸第二阶段产生CO2，发生在线粒体基质，第三阶段产生水，发生在线粒体内膜。A培养瓶中酵母菌细胞呼吸，释放的CO2是在线粒体基质中产生的，H2O是在线粒体内膜中形成的；产生ATP最多的是第三阶段。总反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。第2节　细胞的能量“货币”ATP
课标要求
1．简述ATP的化学组成和特点。
2．简述ATP和ADP的相互转化。
3．解释ATP在能量代谢中的作用。
核心素养
1．生命观念——结构与功能观：认同ATP的结构与功能相适应。
2．科学思维——分析与综合：ATP与ADP之间的相互转化；理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
知识点一　ATP是一种高能磷酸化合物
必备知识·夯实双基
1．中文名称：_腺苷三磷酸__。
2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表_腺苷__，P代表_磷酸基团__，～代表_特殊的化学键__。
3．特点
(1)ATP不稳定的原因：由于ATP中两个相邻的磷酸基团都_带负电荷而相互排斥__等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的_转移势能__。
(2)ATP的水解过程就是_释放能量__的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种_高能磷酸化合物__。
4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的_直接能源__物质。
5．ATP的供能机理：ATP在_酶__的作用下水解时，脱离下来的_末端磷酸基团__挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
活学巧练
1.ATP是细胞内主要的能源物质。( × )
2．ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成。( × )
3．ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能。( × )
深入探讨
ATP的结构及特点
1．根据ATP结构式思考下列问题：
(1)图中①②③的结构分别是什么？
提示：腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
提示：①②。
(3)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示：腺嘌呤核糖核苷酸。
(4)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示：腺嘌呤、核糖、磷酸。
2．为什么ATP中远离A端的特殊化学键不稳定？ATP怎样实现能量的转移？
提示：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
课内探究·名师点睛
1. ATP的分子组成(如图)
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
(4)拓展：ATP是生命活动最主要的直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，除ATP外，还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸基团后都是构成RNA的基本单位，它们的关系如下图所示：
这四种物质中，ATP是生物体的直接能源物质，当人体在运动、吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。
2．生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP
(6)最终能量来源：太阳能。
典例剖析
典例1 下列关于ATP的叙述中正确的是( C )
A．ATP中存在3个特殊的化学键
B．腺苷三磷酸可简写为A—P—P～P
C．ATP是生物体内的直接能源物质
D．靠近A的特殊化学键容易断裂
解析：ATP中存在2个特殊的化学键，A项错误；腺苷三磷酸可简写为A—P～P～P，B项错误；ATP是直接能源物质，C项正确；远离A的特殊化学键容易断裂，D项错误。
变式训练 下列有关ATP结构简图的叙述，正确的是( D )
A．图中的A代表腺苷，b、c为特殊化学键
B．a是组成DNA的基本单位之一
C．ATP是生物体内良好的储能物质
D．ATP中的“A”与RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
解析： 图中A代表的是腺嘌呤，A项错误；a是组成RNA的基本单位之一，B项错误；ATP是生命活动的直接能源物质，不是良好的储能物质，C项错误；ATP中的“A”代表腺苷，RNA中的碱基“A”代表腺嘌呤，D项正确。
知识点二　ATP和ADP可以相互转化及ATP的利用
必备知识·夯实双基
1．过程
(1)释放能量：ATP_ADP__＋Pi＋能量。
(2)储存能量：ADP＋Pi＋能量_ATP__。
2．能量的来源及去路
3．原因及特点
(1)原因：ATP分子中_末端磷酸基团具有较高的转移势能__很容易水解。
(2)特点：时刻不停地发生并且处于_动态平衡__之中。
4．ATP的利用
(1)细胞内吸能反应一般与_ATP水解__的反应相联系，由_ATP水解__提供能量；放能反应一般与_ATP合成__的反应相联系，释放的能量储存在_ATP__中。
(2)举例说明有哪些生命活动需要利用ATP：_细胞的主动运输、胞吞胞吐、各种吸能反应，还可用于生物发光发电、肌肉收缩、大脑思考等生命活动__。
(3)ATP水解释放的_磷酸基团__使_蛋白质__等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，_空间结构发生__变化，_活性__也被改变，因而可以参与_各种化学反应__。
活学巧练
1.人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。( × )
2．ATP能够及时转化成ADP，这有效地保证了细胞内能量的供应。( √ )
3．ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP。( √ )
4．ATP中的A不代表腺嘌呤，当脱去两个磷酸后，形成的物质为RNA的基本单位之一。( √ )
5．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。( √ )
深入探讨
1.人们不论在运动时还是休息时，细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化，这种转化属于可逆反应吗？
提示：不属于，所需酶及场所和能量来源等不同。
2．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将有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。
课内探究·名师点睛
ATP转化及利用图示
图示1：
图示2：
例：ATP如何为主动运输供能
ATPATP水解Ca2＋释放到膜外
知识贴士
(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系。
(2)主动运输等吸能反应与ATP的分解相联系，所以ATP是直接供能物质。
(3)ATP在生物体内含量很少，又不断通过各种生命活动大量消耗，但ATP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡之中。
(4)ATP为生命活动提供的是化学能。
(5)ATP是细胞内的直接供能物质，但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的，如葡萄糖的主动运输所需能量可以来自Na＋的电势差能。
典例剖析
典例2 生物体内能量代谢中ATP的合成和利用过程如图所示。以下说法错误的是( C )
A．动植物体内都有呼吸作用为ATP的合成提供能量
B．①过程和②过程利用的酶和进行场所不相同
C．c表示吸收的能量，d表示释放的能量，两者形式相同
D．ATP在活细胞中含量很少，但转化速度很快
解析： 图示中的a可表示呼吸作用，b可表示光合作用，动植物体内都有呼吸作用为ATP的合成提供能量，A项正确；①过程为ATP的合成，②过程为ATP的水解，二者利用的酶和进行场所不相同，B项正确；c表示ATP合成过程中吸收的能量，主要是光能、化学能，而d表示ATP水解释放的能量，可以有多种形式，C项错误；ATP在活细胞中的含量很少，但转换速度很快，D项正确。
变式训练 在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，该现象能够说明( B )
①ATP中远离腺苷的磷酸基团容易脱离32P
②32P标记的ATP是新合成的
③ATP是细胞内的直接能源物质
④该过程中ATP既有合成又有分解
A．①②③④ B．①②④
C．①②③ D．②③④
解析：由于是部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明ATP中远离A的磷酸基团容易脱离，形成ADP，①正确；部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明部分32P标记的ATP是重新合成的，②正确；由于题干中没有说明ATP供能的过程，所以不能说明ATP是细胞内的直接能源物质，③错误；ATP含量变化不大和部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明该过程中ATP既有合成又有分解，④正确。所以该现象能够说明的是①②④。
1．ATP与ADP的转化式的含义
细胞内ATP与ADP的循环过程，并不表示化学上的可逆反应。
(1)从反应条件上看：由于酶具有专一性，因此，二者反应条件不同。
(2)从反应场所上看：ATP的合成场所与分解场所不完全相同。
(3)从能量来源上看：二者的能量来源不同。
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为
“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。
提示：判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和生成物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。
2．ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系
ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。
(1)ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
(2)DNA分子中的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分子中的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)核苷酸中的A为腺嘌呤。
由此可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。
典例3 ATP是细胞的能量“货币”，是生命活动的直接能源物质，如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法不正确的是( C )
ATPADP＋Pi＋能量
图2
A．ATP和ADP快速转化依赖于酶催化作用具有的高效性
B．图2中反应向右进行时，释放能量，图1中的c键断裂
C．图1中的“A”代表腺苷，如果b、c特殊的化学键都断裂则是构成RNA的基本单位之一
D．图2的两个反应总是处于“动态平衡”中，如剧烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加
解析： ATP和ADP快速转化依赖于酶催化作用具有的高效性，A正确；ATP水解时远离腺苷的特殊化学键断裂，释放大量能量，供细胞的生命活动利用，B正确；图1中的“A”代表腺嘌呤，如果b、c特殊的化学键都断裂则是构成RNA的基本单位之一，C错误；图2的两个反应总是处于“动态平衡”中，如剧烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加，D正确。故选C。
学霸记忆
1.ATP的结构简式是A—P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表特殊化学键。
2．一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个特殊化学键。
3．ATP与ADP相互转化的反应式：ATPADP＋Pi＋能量。
4．细胞内ATP与ADP的相互转化的能量供应机制是生物界的共性。
5．动物、人、真菌等合成ATP的途径是呼吸作用。
6．绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。
7．ATP是生命活动的直接能源物质。
1．一分子ATP具有的腺苷、特殊的化学键、磷酸基团的数量依次为( A )
A．1、2、3 B．1、1、2
C．1、2、2 D．2、2、3
解析： ATP的结构简式为A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，“～”代表特殊的化学键，可见，一分子ATP含有1个腺苷、2个特殊的化学键、3个磷酸基团。
2．(2023·江苏连云港高一期末)下图是生物体内ATP和ADP相互转化表达式，下列相关叙述正确的是( B )
ATPADP＋Pi＋能量
A．反应需要的酶1和酶2是同一种酶
B．ATP与ADP相互转化处于动态平衡
C．该反应物质与能量变化都是可逆的
D．ATP释放的能量主要用于再合成ATP
解析： 此反应不是可逆反应，故酶1和酶2不是同一种酶，A错误；此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，C错误；ATP释放的能量直接用于其他生命活动，而ATP合成的能量来自光能和有机物中的化学能，D错误。
3．结合ATP为主动运输供能示意图，解释ATP为生命活动供能的机理。
(1)参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种_催化ATP水解__的酶，当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
(2)在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的_末端磷酸基团__脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着_能量__的转移，这就是_载体蛋白的磷酸化__。该过程导致载体蛋白_空间结构__发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋放到膜外。
解析：(1)通过分析可知，参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种催化ATP水解的酶。
(2)一个ATP分子含有三个磷酸基团，其中远离腺苷的磷酸基团最容易水解脱落，故在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离，伴随着能量的转移，一方面与载体蛋白结合，导致载体蛋白的磷酸化，使载体蛋白的空间结构发生变化；另一方面也为空间结构反应提供了能量，使Ca2＋从细胞膜一侧转移到另一侧，由此可见，Ca2＋的跨膜运输属于主动运输。第2课时　光合作用的原理
课标要求
1．说明光合作用以及对它的认识过程。
2．掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。
核心素养
1．科学思维——分析与综合：分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。
2．生命观念——用物质和能量观，阐明光合作用过程，能初步用结构和功能观，说明叶绿体是光合作用的场所。
知识点一　光合作用的概念和探究历程
必备知识·夯实双基
1．概念
光合作用是指绿色植物通过_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．探究历程
(1)19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，_CO2分子__的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成_甲醛__，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过_光合作用__转化成糖。
(2)1937年，英国植物学家希尔发现，在离体_叶绿体__的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出_氧气__。像这样，_离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气__的化学反应称作希尔反应。
(3)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用_同位素示踪__的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成HO和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供 H2O和C18O2　，第二组给同种植物提供_HO和CO2__。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是_O2__，第二组释放的都是_18O2__。
(4)1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成_ATP__。1957年，他发现这一过程总是与_水的光解__相伴随。
(5)20世纪40年代，美国的卡尔文利用_同位素标记__法最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
3．反应式： CO2＋H2O(CH2O)＋O2　。
深入探讨
1.若突然停止光照，光反应和暗反应如何变化？
提示：光反应立即停止，暗反应仍能进行一段时间，最后也停止。
2．希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？
提示：不能，仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有观察到氧元素的转移。
课内探究·名师点睛
光合作用的探究历程
1．希尔实验
(1)实验过程：离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。
(2)实验结论：在适当条件下叶绿体产生氧气。
2．鲁宾和卡门实验
(1)巧妙之处：两组实验相互对照直观地表现出氧气来自水中的氧，而不是来自二氧化碳中的氧。
(2)自变量为被标记的C18O2和HO，因变量是O2的质量(相对分子质量)。
3．卡尔文循环
(1)探究方法——同位素标记法
用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
(2)结论
碳的转化途径：14CO2＋C5→14C3→(14CH2O)。
名师点拨：鲁宾、卡门实验对照方式不同
鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质：HO与C18O2)。
典例剖析
典例1 希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是( B )
A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上
C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D．光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
解析： 从希尔反应和阿尔农发现，得不到信息：NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上，B错误。
变式训练 下列有关科学家的经典研究中，采用了同位素标记法的是( D )
①恩格尔曼发现光合作用的场所
②希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂在光照下可以释放出氧气
③鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气中的氧元素来源
④CO2转变成糖类过程中碳元素的转移途径
⑤通过分泌蛋白的合成和分泌证明细胞器之间的协调配合
A．①③④ B．②④⑤
C．①②④⑤ D．③④⑤
解析： 恩格尔曼采用水绵、需氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体，他的实验过程并没有采用同位素标记法，①错误；希尔没有采用同位素标记法，②错误；鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水，③正确；卡尔文采用同位素标记法探明了CO2转变成糖类过程中碳元素的转移途径，④正确；用3H标记氨基酸(同位素标记)，通过检测放射性，可以探明分泌蛋白的合成和分泌过程，从而证明细胞器之间的协调配合，⑤正确。
知识点二　光合作用的原理
必备知识·夯实双基
1．填写图中字母所代表的物质
a：_O2__　b：_C3__　c：_CO2__d：_NADPH__
2．光反应(Ⅰ过程)
场所 _叶绿体的类囊体的薄膜上__
外界条件 _光照__
物质变化 ①H2O→_NADPH＋O2__②ADP＋Pi＋能量→_ATP__
能量变化 光能→_ATP和NADPH__中活跃的化学能
3.暗反应(Ⅱ过程)
场所 _叶绿体基质__
外界条件 CO2
物质变化 ①CO2→_C3__→(CH2O)②_ATP__→ADP＋Pi＋能量
能量变化 ATP和NADPH中活跃的化学能→_有机物__中稳定的化学能
活学巧练
1.光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O。( × )
2．光反应和暗反应必须都在光照条件下才能进行。( × )
3．光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。( √ )
4．光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。( √ )
5．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应。( √ )
深入探讨
如果给予植物相同时间的光照，只是一组持续光照，另一组光照和黑暗间隔处理，积累的有机物是否相同？
提示：不同。如果总光照时间相同，光照和黑暗间隔处理比一直光照处理积累的有机物多，因为间隔光照时NADPH、ATP基本不积累，利用充分，但一直光照会造成NADPH、ATP的积累，利用不充分。
课内探究·名师点睛
1．光合作用的过程图解
(1)光反应过程
(2)暗反应过程
2．光反应和暗反应的比较
(1)区别
项目 光反应 暗反应
实质 光能转化为化学能，并释放出O2 同化CO2，合成有机物
反应时间 短促 较缓慢
需要条件 外界条件：光照；内部条件：色素、酶 不需要光照；内部条件：酶
反应场所 叶绿体类囊体的薄膜 叶绿体基质
物质变化 ①水的光解：水分解成NADPH和O2②ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5
能量变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
相应产物 O2、ATP和NADPH 糖类等有机物
　　(2)联系：光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi，如图所示：
3．光合作用过程中物质交换分析
(1)光合作用过程中C、H、O元素转移途径
(2)14C18O2214C3(14CHO)＋HO
(3)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向(以生成葡萄糖为例)
知识贴士：有关光合作用过程的四点提醒
(1)叶绿体的内膜既不参与光反应，也不参与暗反应。
(2)光反应阶段为暗反应提供ATP、NADPH，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。而暗反应则为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
(3)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供的NADPH和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。
(4)在自然条件下，光反应阶段和暗反应阶段同时进行，不分先后。
典例剖析
典例2 (2023·重庆一中高一期末)如图为光合作用示意图。下列说法不正确的是( C )
A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)
C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去
D．增加光照强度或降低二氧化碳浓度，C3的含量都将减少
解析：①表示水光解的产物O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2，A正确；暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)，B正确；黑暗条件下，光反应停止，暗反应没有光反应提供NADPH和ATP，不会持续地进行下去，C错误；增加光照强度，光反应增强，产生的NADPH和ATP增多，C3减少；降低二氧化碳浓度，二氧化碳的固定过程受到抑制，C3减少，D正确；故选C。
变式训练 下列关于光合作用的叙述，正确的是( B )
A．绿色植物所有的细胞都能进行光合作用
B．光合作用的产物既有有机物，也有无机物
C．光合作用的光反应只在光下进行，暗反应只在黑暗中进行
D．光合作用的暗反应需要酶，光反应不需要酶
解析： 绿色植物含有叶绿体的细胞才能进行光合作用，A错误；光合作用的产物中糖类等是有机物，O2是无机物，B正确；光合作用的光反应需要光，只在白天进行，暗反应有光无光都能进行，C错误；光合作用的光反应和暗反应都需要酶，D错误。
光照和CO2浓度骤变时，C3、C5、NADPH和ATP物质含量变化分析
1．分析思路
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、NADPH、ATP含量的变化可以采用下图分析：
2．分析结果
条件 C3 C5 NADPH和ATP 模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少
光照由弱到强，CO2供应不变 减少 增加 增加
光照不变，CO2由充足到不足 减少 增加 增加
光照不变，CO2由不足到充足 增加 减少 减少
典例3 CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，以下叙述中最直接的原因是( D )
A．CO2供应不足使固定形成的C3减少
B．C3还原所消耗的ATP和NADPH减少
C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
解析： 根据光合作用过程可知，CO2供应不足，C3减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少。
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1.光合作用的实质是合成有机物，储存能量；而呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量。
2．光合作用的反应式为：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
3．光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、NADPH和ATP。
4．暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。
5．光合作用中的物质转化为：
①14CO2―→14C3―→(14CH2O)；②HO―→18O2。
6．光合作用的能量转换为：光能―→ATP和NADPH中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。
1．下图为高等绿色植物的光合作用图解。下列相关说法正确的是( D )
A．①是光合色素，可用层析液提取
B．②是O2，全部用于该植物有氧呼吸的第三阶段
C．③是C3，能被氧化为(CH2O)
D．④是ATP，在叶绿体基质中被消耗
解析：①是光合色素，可用无水乙醇提取，A错误；②是O2，当光合作用大于呼吸作用时，一部分氧气释放到细胞外，B错误；三碳化合物被NADPH还原形成有机物，不是被氧化形成有机物，C错误；④是ATP，是光反应的产物，用于暗反应中三碳化合物的还原阶段，其消耗场所是叶绿体基质，D正确。
2．(2023·湖北黄石市高一月考)下图表示叶肉细胞光反应的部分生理过程，下列有关该图的分析，错误的是( C )
A．光照强度变弱时物质B的生成速率会降低
B．可推测，H＋参与物质A的生成过程
C．物质A将参与暗反应中CO2的固定过程
D．物质B能以自由扩散的方式跨过叶绿体膜
解析：光照强度变弱时，光反应减弱，物质B氧气的生成速率会降低，A正确；可推测，H＋参与物质ATP的生成过程，B正确；ATP将参与暗反应中C3的还原过程，C错误；物质B氧气能以自由扩散的方式跨过叶绿体膜，D正确。故选C。
3．甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在细胞内的变化曲线。据图回答问题：
(1)图中A表示的物质是_NADPH__，它是由_水在光下分解__产生的，其作用主要是_用于C3的还原和提供能量__。
(2)图中ATP形成所需的能量最终来自于_太阳能(光能)__。若用同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是_(CH2O)__。
(3)图乙中曲线a表示的化合物是_C3__，在无光照时，其含量迅速上升的原因是_无光时，C3还原受阻，C3合成仍在进行__。
(4)曲线b表示的化合物是_C5__，在无光照时，其含量下降的原因是_无光时，C5与CO2结合形成C3，且C3不能被还原为C5__。
解析：分析甲图可以看出，过程②为C3的还原，它需要ATP和NADPH，NADPH是水在光下分解产生的。CO2首先被C5固定生成C3，然后被还原生成葡萄糖等有机物。根据图乙，黑暗条件下光反应停止，产生的NADPH和ATP迅速减少，使C3的还原受阻，而此时CO2仍在不断地被C5固定形成C3而使C3的含量迅速上升，可见a应是C3含量的变化曲线，那么b则是C5含量的变化曲线。

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