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第8讲　降低化学反应活化能的酶
细胞的能量“通货”——ATP
[考纲点击]　1.酶在代谢中的作用(Ⅱ)　2.实验：探究影响酶活性的因素　3.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ)
[学生用书P42]
一、酶在细胞代谢中的作用
1．细胞代谢
细胞中各种化学反应的统称，是细胞生命活动的基础。
2．酶的作用机理
(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)作用机理：降低化学反应的活化能。
3．酶的作用机理分析[据图填空]
(1)没有酶催化的反应曲线是②。
(2)有酶催化的反应曲线是①。
(3)AC段的含义是在无催化剂催化条件下，反应所需的活化能。
(4)BC段的含义是酶降低的活化能。
(5)若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则B点在纵轴上将向上移动。
二、酶的本质和特性
1．酶本质的探索[连一连]
2．酶的本质
3．酶的特性[连一连]
巧
记
酶的来源与特性
活细胞内来合成，降低化能是本领，
高效专一需温和，催化反应属它行。
三、ATP
1．写出ATP的结构简式和简式中A、P所代表的含义。
(1)结构简式：A—P～P～P。
(2)A：腺苷；P：磷酸基团。
2．图中①是高能磷酸键，其中远离A的高能磷酸键易形成和断裂。
3．图中②为高能磷酸键水解释放能量的过程，其作用是为各项生命活动提供能量。
巧
记
直接能源ATP，五种元素来组成，
腺苷磷酸高能键，易断重建行功能。
4．写出ATP与ADP相互转化的反应式：ATPADP＋Pi＋能量。
5．ATP的来源
(1)动物和人：呼吸作用。
(2)绿色植物：呼吸作用和光合作用。
1．酶的本质：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
2．酶的作用及作用机理
(1)作用：催化作用。
(2)作用机理：降低化学反应的活化能。
3．酶的3个特性
(1)高效性。(2)专一性。(3)酶的作用条件较温和。
4．ATP的生理作用：ATP是生命活动的直接能源物质。
5．ATP的结构简式：A—P～P～P，A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键，—代表普通化学键。
6．ATP形成过程中能量的来源
(1)动物、人、真菌和大多数细菌：细胞呼吸分解有机物释放出的能量。
(2)绿色植物：细胞呼吸分解有机物释放出的能量和光合作用利用的光能。
考法一　酶的本质、特性及实验验证
1．酶的本质及生理功能
化学本质
绝大多数酶是蛋白质
少数酶是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)
生理功能
催化作用(生物催化剂)
作用原理
降低化学反应的活化能
2.酶的本质及作用的实验设计
(1)酶的本质的验证实验
(2)酶具有催化作用的实验设计思路及结果分析
实验设,计思路)
实验结果分析：根据底物性质利用相应试剂检测，若底物被分解，则证明酶具有催化作用，否则不具有催化作用。
3．验证酶的高效性
(1)设计方案
项目
实验组
对照组
材料
等量的同一种底物
试剂
与底物相对应的酶溶液
等量的无机催化剂
现象
反应速率很快；或反应用时短
反应速率缓慢；或反应用时长
结论
酶具有高效性
(2)实验操作
4．验证酶的专一性
(1)设计方案
项目
方案一
方案二
实验组
对照组
实验组
对照组
材料
底物相同(等量)
与酶相对应的底物
另外一种底物
试剂
与底物相对应的酶
另外一种酶
同一种酶(等量)
现象
发生反应
不发生反应
发生反应
不发生反应
结论
酶具有专一性
酶具有专一性
(2)实验操作
具有专一性的物质归纳
(1)酶：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。如限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
(2)载体：某些物质通过细胞膜时需要载体协助，不同物质所需载体不同，载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。
(3)激素：激素特异性地作用于靶细胞、靶器官，其原因在于它的靶细胞膜或胞内存在与该激素特异性结合的受体。
(4)tRNA：tRNA有61种，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸。
(5)抗体：一种抗体只能与相应的抗原发生特异性结合。
视角1 　以基础判断、案例分析或图示分析的形式，考查酶的本质、作用及特性
1．(原理判断类)(2016·湖北武汉模拟)下列有关酶的叙述，正确的是(　　)
A．酶能增加化学反应的活化能，所以具有高效性
B．酶的化学本质是蛋白质，均可用双缩脲试剂鉴定
C．酶和激素发挥作用后均被分解
D．过酸、过碱或温度过高都会使酶失活
解析：选D。酶的作用机理是：降低化学反应的活化能，酶的催化作用具有高效性，A错误；绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，双缩脲试剂用于鉴定蛋白质，B错误；酶是生物催化剂，发挥作用后不被分解，激素发挥作用后被分解，C错误；过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，而使酶失活，D正确。
2．(概念模型类)(2016·四川德阳一诊)如图表示物质S在酶E的催化下水解成P的反应图解，下列叙述正确的是(　　)
A．酶E可为该反应提供活化能
B．酶E水解的产物是H2O、CO2等物质
C．若S是麦芽糖，则可用斐林试剂来检测P的生成情况
D．若S代表二肽，则E、P可分别代表肽酶、氨基酸
解析：选D。酶的催化作用机理是降低反应活化能，A项错误；绝大多数酶是蛋白质，水解产物是氨基酸，氧化分解产物是H2O、CO2等物质，B项错误；麦芽糖也是还原糖，与其水解产物葡萄糖一样，可与斐林试剂水浴加热产生砖红色沉淀，C项错误。
3．(模式图与曲线图类)(2016·河北唐山模拟)酶抑制剂分竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂，两者作用特点如图甲所示，图乙表示相应的反应速率。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．曲线a表示没有酶抑制剂存在时的作用效果
B．曲线a、b反应速率不再增加是受酶浓度的限制
C．曲线c表示在竞争性抑制剂作用下酶的活性降低
D．非竞争性抑制剂与该酶结合后能改变其空间结构
解析：选C。从图乙可知，曲线a表示没有酶抑制剂存在时的作用效果，A正确；曲线a、b反应速率不再随底物浓度的增加而增加，是受酶浓度的限制，B正确；曲线c表示在非竞争性抑制剂作用下酶的活性降低，C错误；由图甲可知，非竞争性抑制剂可以与游离酶结合，进而改变酶的空间结构，D正确。
视角2 　
4．(实验装置图类)(2016·广东惠州调研)下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。有关分析合理的是(　　)
A．本实验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；本实验中温度是自变量，酶的用量是无关变量；1号与3号、1号与4号中都只有一个实验变量不同，可分别构成对照实验；2号在高温下反应加快，是因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态。
5．(原理判断类)(2016·甘肃高台模拟)下列关于酶的特性实验设计的叙述中，正确的是(　　)
A．验证酶的专一性时，自变量一定是酶的种类
B．验证酶的高效性时，自变量是酶的浓度
C．探究温度对酶活性的影响时，自变量是温度
D．探究酶催化作用的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组
解析：选C。验证酶的专一性时，自变量可以是酶的种类或反应物的种类，A错误；验证酶的高效性，是指酶的降低活化能的作用显著高于无机催化剂，B错误；以一定温度梯度为自变量，可探究温度对酶活性的影响，C正确；探究酶催化作用的最适pH时，过酸过碱都会使酶失活，应设置更多的pH梯度，分成更多的组，D错误。
6．(表格实验类)(2016·福建厦门质检)为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下5组实验，分别选择一定的试剂进行检测，合理的实验方案是(　　)
组别
①
②
③
④
⑤
酶
蛋白酶
蛋白酶
淀粉酶
淀粉酶
淀粉酶
反应物
蛋白质
淀粉
蛋白质
淀粉
麦芽糖
A.①和③对比，用双缩脲试剂检测
B．②和④对比，用双缩脲试剂检测
C．④和⑤对比，用斐林试剂检测
D．③和④对比，用斐林试剂检测
解析：选D。①和③底物都是蛋白质，淀粉酶不能分解蛋白质，蛋白酶为蛋白质，与双缩脲试剂反应生成紫色化合物，不能区别，A错误；②蛋白酶不能分解淀粉，④淀粉酶可以分解淀粉，可用碘液检测，B错误；④淀粉酶将淀粉分解生成麦芽糖，⑤淀粉酶不能分解麦芽糖，二组的麦芽糖都能与斐林试剂反应，C错误；③淀粉酶不能分解蛋白质，蛋白质不能与斐林试剂反应生成砖红色沉淀，而④淀粉酶将淀粉分解生成麦芽糖，麦芽糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀，能够区分，D正确。
考法二　以曲线为载体，考查与酶相关的曲线模型解读
1．表示酶高效性的曲线
(1)与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。
(2)酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不改变化学反应的平衡点。
(3)酶只能催化已存在的化学反应。
2．影响酶促反应的因素
(1)温度和pH
①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。
②过酸、过碱、高温都会使酶变性失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。
③从图丙可以看出：反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。
(2)底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响
①图甲：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
②图乙：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
“四看法”分析酶促反应曲线
视角1 　
1．(一图多曲线坐标类)(2016·湖南株洲月考)在3根试管中均加入等量的5%的过氧化氢溶液，再分别加入适量的二氧化锰、鲜猪肝研磨液、唾液，一段时间内测得底物含量变化如下图。则对图的表述正确的是(　　)
①曲线B表示二氧化锰的催化作用，A与B的对照反映了无机催化剂的专一性特点
②曲线C表示猪肝中过氧化氢酶的催化作用，A与C对照反映了酶的专一性特点
③曲线C与B的对照可以说明酶的高效性
④曲线A不下降的原因可能是唾液淀粉酶与该底物不能形成酶底复合物
A．①②　　　　　　　　
B．③④
C．①②④　　
D．②③④
解析：选D。A为唾液的催化作用，B为二氧化锰的催化作用，A与B的对照不能反映无机催化剂的专一性特点，①错误；A为唾液的催化作用，C为猪肝中过氧化氢酶的催化作用，唾液中的唾液淀粉酶不能催化过氧化氢的分解，过氧化氢酶能催化过氧化氢的分解，A与C对照反映了酶的专一性特点，②正确；B为二氧化锰的催化作用，C为猪肝中过氧化氢酶的催化作用，与无机催化剂相比，酶具有高效性，③正确；A为唾液中的唾液淀粉酶的催化作用，由于唾液淀粉酶与该底物不能形成酶底复合物，底物的量没有减少，④正确。
2．(多图多曲线坐标类)(2016·河北保定月考)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．由图1可知该酶的最适催化温度为30
℃
B．图2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专一性
D．由图3可知Cl－和Cu2＋对该酶的影响不同
解析：选A。图1显示温度对酶活性的影响，但不能确定30
℃为该酶的最适催化温度，从图中能得到的结论是该酶的最适催化温度为30
℃左右，A错误；图2显示该酶的最适pH为7，而胃蛋白酶的最适pH为1.5，B正确；分析图4可知，该酶能使麦芽糖的剩余量减少而不影响蔗糖，说明酶具有专一性，C正确；图3能说明Cl－是酶的激活剂、Cu2＋是酶的抑制剂，D正确。
视角2 　
3.(实验装置与曲线图类)(2016·江西吉安模拟)为了研究温度对酶活性的影响，某同学在试管中加入了某反应底物和相对应的酶，环境及其试管中物质的温度都保持在10
℃，利用右图所示装置对试管进行缓慢加热，使温度缓慢上升。根据此实验该同学画出了下面四个曲线图，其中错误的是(　　)
解析：选C。在实验过程中随着温度的升高，酶的活性先升高再下降，最后活性丧失，反应速率与酶活性的变化基本相同。生成物的积累量会逐渐增加，当酶失活时达到最大值；反应底物的剩余量则会逐渐减少，当酶失活时达到最小值。
4．(多曲线综合类)(2016·江苏盐城月考)如图为酶催化反应效率关系图，A→B代表酶催化效率坐标：0到100%，A→C代表温度坐标：0到70
℃，C→B代表溶液酸碱度坐标：pH＝0.1到pH＝14的范围，下列分析不合理的是(　　)
A．JH和HK可以用来体现胃蛋白酶和胰蛋白酶在不同酸碱溶液环境下的反应特点
B．KG线段所代表的酶，其最适温度在EF范围内
C．GK和HK所代表的某酶的催化效率差异，其关键影响因素是温度
D．某酶因为温度改变从JH偏移为JG，那么在AE和EC之间各有一个温度取值
解析：选C。JH和HK代表酸碱度不同，而催化效率相同，所以，可以用来体现胃蛋白酶和胰蛋白酶在不同酸碱溶液环境下的反应特点，A正确；KG线段所代表的酶，酸碱度相同(K点)，催化效率也相同(G点)，但温度从E到F催化效率相同，根据酶的催化效率与温度关系曲线图可知，E、F催化效率相同，所以其最适温度在EF范围内，B正确；GK和HK所代表的某酶的催化效率差异，其关键影响因素不是温度，因为GK和HK酸碱度相同，G和H催化效率不相同，但温度都是在E点，所以催化效率差异主要原因是酶的浓度，C错误；某酶因为温度改变从JH偏移为JG，H点的催化效率较高，相当于最适温度，根据酶的催化效率与温度关系曲线图可知在AE和EC之间各有一个温度取值，D正确。
5．(多图多曲线坐标类)(2016·四川邻水检测)图1曲线a表示在最适温度、最适pH条件下，时间与生成物量的关系，图2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．图1曲线a中，A点后，限制生成物量不再增加的因素是酶的数量不足
B．图2曲线，酶减少后，图示反应速率可用曲线f表示
C．分别在图2中取B、C点的速率值，对应图1中的曲线c和d
D．减小pH，重复该实验，图2曲线b应变为曲线f；增大pH，应变为曲线e
解析：选B。图1曲线a中，A点后，限制因素为底物的浓度，A错误；图2曲线中当底物浓度一定时，减少酶量，反应速率降低，B正确；图2
B、C点的速率值是一个定值，无法用曲线c和d表示，C错误；图2曲线b是在最适pH下测定的反应物浓度与酶促反应速率的关系，无论pH增大还是减小，曲线b都应变成曲线f，D错误。
考法三　以能量代谢为依托，考查ATP的结构与功能
1．ATP和ADP相互转化是不可逆反应
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量ATP
ATPADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)
储存在高能磷酸键中的能量
能量去路
储存于形成的高能磷酸键中
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
由表可以看出，ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面不尽相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应。
2．ATP与光合作用及细胞呼吸的关系
(1)与光合作用的关系
(2)与细胞呼吸的关系
3．细胞内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所
常见的生理过程
细胞膜
消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质
产生ATP：细胞呼吸第一阶段
叶绿体
产生ATP：光反应　消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录、翻译等
线粒体
产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段消耗ATP：自身DNA复制、转录、翻译等
核糖体
消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核
消耗ATP：DNA复制、转录等
4.ATP产生量与O2供给量之间的关系
(1)在无氧条件下，生物细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
(2)随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，ATP产生量随之增加；但当O2供给量达到一定值后，ATP产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、有机物、ADP、磷酸等。
(3)当横坐标表示呼吸强度时，ATP产生量曲线应从原点开始。
视角1 　以基础判断的形式或结合生物体的生理过程，考查ATP的来源、结构及生理作用
1．(原理判断类)(2015·高考海南卷)ATP是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP的叙述，错误的是(　　)
A．酒精发酵过程中有ATP生成
B．ATP可为物质跨膜运输提供能量
C．ATP中高能磷酸键水解可释放能量
D．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
解析：选D。本题主要考查ATP的相关知识。酒精发酵即无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，同时释放少量能量，该过程中有ATP生成，A项正确；物质跨膜运输的方式如果是主动运输，需要消耗能量，这部分能量可由ATP提供，B项正确；ATP中高能磷酸键水解可释放能量，C项正确；ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成，D项错误。
2．(分子组成图与图解类)(原创题)下图1表示三磷酸核苷的结构，图2表示ATP在能量代谢中的作用。据图判断下列有关叙述错误的是(　　)
A．图1中N表示含氮碱基，若N为鸟嘌呤，则可表示GTP
B．ATP中的能量可以来源于光能和化学能，也可以转化为光能和化学能
C．UTP、GTP分子中的高能磷酸键是直接由物质氧化获能产生的
D．人体成熟红细胞没有线粒体，但能产生ATP
解析：选C。图1中N表示含氮碱基，若N为A，则表示ATP，若N为G，则表示GTP，若N为U，则表示UTP。由图2可知，UTP和GTP分子中高能磷酸键不是由物质氧化获能产生的，而是由ATP将高能磷酸基转移给UDP或GDP，进而生成UTP或GTP。
视角2 　
3．(过程图解类)(2016·河南安阳月考)下列关于生物体内的ATP的叙述，正确的是(　　)
A．甲、乙、丙都不含高能磷酸键
B．植物体内能量1可以用于水的光解
C．乙是构成RNA的基本组成单位之一
D．能量2可以来自蛋白质水解
解析：选C。选项A，甲为ADP，含有一个高能磷酸键；选项B，光合色素吸收的光能用于水的光解及合成ATP；选项C，乙由腺苷和磷酸组成，为腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一；选项D，能量2用于ADP合成ATP，蛋白质水解释放能量，但不能用于ADP合成ATP。
4．(反应式分析类)(2016·广东佛山顺德月考)ATP是生物生命活动的直接能源物质，下图为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(　　)
A．图1中的A代表腺苷，b、c为高能磷酸键
B．ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用具有高效性
C．在人的成熟红细胞中能合成ATP的场所只有细胞质基质
D．图2中ADP形成ATP所需要的能量可来自葡萄糖等有机物的氧化分解
解析：选A。据图可知，图1中的A表示腺嘌呤，b、c表示高能磷酸键，A错误；ATP与ADP的相互转化速度非常快，原因是酶具有高效性，B正确；人成熟的红细胞细胞核和各种细胞器退化消失，只能进行无氧呼吸形成ATP，场所在细胞质基质，C正确；ADP形成ATP的能量可以来自有机物的氧化分解，D正确。
　探究影响酶活性的因素
1．温度对酶活性的影响
(1)原理解读
①
②温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。
(2)实验设计思路
(3)实验设计程序
　　　淀粉　　　　　淀粉酶
　　　　　　　　　　
各自在所控制的温度下处理一段时间
淀粉与相应温度的淀粉酶混合
在各自所控制的温度下保温一段时间
　　　滴加碘液，观察颜色变化
(4)注意事项
①本实验不宜选用过氧化氢酶催化过氧化氢分解，因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。
②本实验只能运用碘液检测底物，不能利用斐林试剂检验产物的生成，因为利用斐林试剂检测时需水浴加热，导致低温下的实验组由于温度变化，影响实验结果。
2．pH对酶活性的影响
(1)原理解读
①H2O2
H2O＋O2
②pH影响酶的活性，从而影响O2的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验O2生成量的多少。
(2)实验设计
O2的产生速率
3．注意事项
(1)在探究酶活性的最适温度时，需要把两者先分别放在各自所需温度下保温一段时间。
(2)在探究酶活性的最适pH时，需先将酶置于不同环境条件下，然后再加入反应物。
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「典例引领」
(2016·江西南昌月考)为了探究温度、pH对酶活性的影响，下列实验设计合理的是(　　)
实验编号
探究课题
选用材料与试剂
①
温度对酶活性的影响
过氧化氢溶液　新鲜的肝脏研磨液
②
温度对酶活性的影响
新制的淀粉酶溶液　可溶性淀粉溶液　碘液
③
pH对酶活性的影响
新制的蔗糖酶溶液　可溶性淀粉溶液　碘液
④
pH对酶活性的影响
新制的淀粉酶溶液　可溶性淀粉溶液　斐林试剂
A.实验①　　　　　　　　
B．实验②
C．实验③　　
D．实验④
[解析]　过氧化氢受热会分解，不宜用于探究温度对酶活性的影响，一般用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，A错误、B正确；酶具有专一性，淀粉在蔗糖酶的作用下不会分解，C错误；淀粉不但在淀粉酶的作用下发生水解，在酸的作用下同样发生水解，故研究pH对酶活性的影响不宜选用淀粉作为底物，因此一般用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，D错误。
[答案]　B
「对位训练」
1．(2016·湖南临澧月考)某同学欲通过下图所示的装置进行探究影响酶促反应速率因素的实验，下列分析错误的是(　　)
A．滤纸片上需附有过氧化氢酶
B．酶促反应速率可用滤纸片从烧杯底部到浮出液面的时间(即t3－t2)来表示
C．可通过设置不同pH的过氧化氢溶液来探究pH对酶活性的影响
D．为了提高实验的准确性，每个烧杯中需多放几个滤纸片
解析：选B。由图可以看出，该实验是通过过氧化氢来探究影响酶促反应速率的因素，所以滤纸片上需附有过氧化氢酶；从滤纸片进入过氧化氢溶液(即t1时)酶促反应已经开始，所以应从t1算起；该图示中只有一片滤纸片，为了提高实验的准确性，应增加滤纸片的数量，测出时间后取其平均值。
2．(2016·吉林长春质检四)下表是某同学探究温度对酶活性影响的实验操作和实验现象的记录。请回答：
实验操作分组
甲组
乙组
丙组
①向试管中加入唾液淀粉酶溶液
1
mL
1
mL
1
mL
②向试管中加入可溶性的淀粉溶液
2
mL
2
mL
2
mL
③控制温度
0
℃
37
℃
60
℃
④将唾液淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合振荡后分别保温5
min
⑤向试管中滴加碘液
1滴
1滴
1滴
⑥观察实验现象
变蓝
不变蓝
变蓝
(1)为保证实验的科学性和严谨性，该同学在此实验操作过程中至少需要________支试管。
(2)若实验结束后，将甲组的温度调节到37
℃，保温一段时间后，甲组的实验现象是________，原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在该实验的基础上要进一步探究唾液淀粉酶的最适温度，实验设计思路是________________________________________________________________________
________________________。
(4)若将实验中的唾液淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，你认为是否科学？________，为什么？________________________________________________________________________。
解析：(1)分析实验可知，每组实验的唾液淀粉酶溶液和可溶性的淀粉溶液在混合前应分别加入两支不同的试管中，加热到指定温度后才能混合，以保证酶促反应在设定的温度下进行，该实验共分三组，所以至少需要6支试管。
(2)甲组本来的实验温度为0
℃，酶在低温时活性低；将甲组的温度调节到37
℃，酶的活性升高，保温一段时间后，蓝色褪去。
(3)在该实验的基础上要进一步探究唾液淀粉酶的最适温度，应在37
℃左右设置一定的温度梯度实验，其他条件不变，重复实验。
(4)若将实验中的唾液淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液换为新鲜肝脏研磨液和H2O2溶液，由于高温也能促进H2O2的分解，无法确定反应速率是仅受酶活性的影响还是温度直接影响了H2O2的分解速率，所以实验设计不科学。
答案：(1)6
(2)蓝色褪去　酶在低温时活性低，在适宜温度下活性升高
(3)在37
℃左右设置一定的温度梯度实验，其他条件不变
(4)不科学　高温促进H2O2的分解
[误区补短]
易错点1　误认为酶都是在核糖体上合成的
[点拨]　多数酶是蛋白质，少数酶是RNA，RNA的合成主要在细胞核内。
易错点2　有关酶的不正确说法
[点拨]　
错误说法
正确理解
产生场所
具有分泌功能的细胞才能产生
活细胞(不考虑哺乳动物成熟红细胞等)
化学本质
蛋白质
有机物(大多数为蛋白质，少数为RNA)
作用场所
只在细胞内起催化作用
可在细胞内、细胞外、体外发挥作用
温度影响
低温和高温均使酶变性失活
低温只抑制酶的活性，不会使酶变性失活
作用
酶具有调节、催化等多种功能
酶只具有催化作用
来源
有的可来源于食物等
酶只在活细胞内合成
易错点3　影响酶促反应速率的作用机理不清楚
[点拨]　(1)温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的。
(2)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
易错点4　误认为细胞中含有大量ATP
[点拨]　细胞中ATP含量少，但可以通过ADP与ATP的相互转化不断合成ATP，满足生物体的需要。
易错点5　误认为ATP与ADP的相互转化是可逆反应
[点拨]　ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面都不尽相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应，但物质可重复利用。
易错点6　误认为“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”
[点拨]　ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，两者不相同。
微观清障
1．判断下列关于酶的作用和本质的叙述
(1)(2015·福建卷
T1D改编)人体内含有多种多样的蛋白质，每种蛋白质都能催化生物化学反应。(　　)
(2)酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能，使化学反应顺利进行。(　　)
(3)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)√
2．判断下列有关酶的特性的叙述
(1)(2015·海南卷4D)纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁。(　　)
(2)体内乙醇浓度越高，与乙醇分解相关的酶促反应速率越快。(　　)
(3)(2014·山东卷T4D)探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温。(　　)
(4)(2014·江苏卷T14C)淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖不需要ATP提供能量。(　　)
(5)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(　　)
(6)酶所催化的化学反应一般都是在比较温和的条件下进行的。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
3．判断下列有关ATP的叙述
(1)(2014·大纲卷T2B)机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATP。(　　)
(2)细胞内的吸能反应一般与ATP的合成相联系，放能反应一般与ATP的水解相联系。(　　)
(3)ATP和ADP之间的相互转化，时刻不停地发生并处于动态平衡之中。(　　)
(4)细胞代谢所需的ATP可在细胞质基质中产生。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
[能力培优]
有关酶促反应典型曲线图解读
[信息解读]
(1)底物浓度、酶浓度与酶促反应速率的关系
①图甲：在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后，受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。
②图乙：在底物充足、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度呈正相关。
③温度和pH是通过影响酶活性来影响酶促反应速率的；底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触来影响酶促反应速率的，并不影响酶的活性。
(2)反应时间与酶促反应的关系
①丙、丁、戊三图的时间t0、t1和t2是一致的。
②随着反应的进行，反应物因被消耗而减少，生成物因积累而增多。
③t0～t1段，因反应物较充足，所以反应速率较高，反应物消耗较快，生成物生成速率快。t1～t2段，因反应物含量较少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时反应物被消耗干净，生成物也不再增加，此时反应速率为0。
强化训练
1．(原创题)酶对于生物的生命活动至关重要，下列为有关酶的几个曲线图，关于酶的叙述错误的是(　　)
A．图甲中，②是加入酶的曲线
B．图乙反映了酶具有高效性的特点
C．图丙反映了酶的专一性特点
D．图丁说明酶的活性受温度影响
解析：选A。酶作为生物催化剂，具有催化作用的原理是降低了化学反应的活化能，在图甲中，①为加入酶的曲线，A错误；与未加酶、加入无机催化剂相比，加入酶到达平衡点所需时间大大缩短，体现了酶具有高效性，B正确；图丙中，酶A催化该反应，酶B不起作用，体现了酶的专一性，C正确；图丁曲线说明酶的活性受温度影响，在一定范围内，温度越高，酶的活性就越强，温度过高酶会失活，D正确。
2．(2016·河北衡水月考)某研究小组为探究影响过氧化氢分解的因素，做了三个实验。相应的实验结果如下图所示，请分析回答：
(1)实验1、2、3中的自变量分别为________________________________________________________________________
______________________。
(2)实验1的目的是探究________________________________________________________________________。
(3)实验2探究了过氧化氢溶液的浓度对过氧化氢酶的影响，该实验的结果显示________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
____________________，bc段O2产生速率不再增大的原因最可能是________________________________________________________________________。
(4)实验3的结果显示，过氧化氢酶的最适pH为____________。实验还证实，当pH小于d或大于f时，过氧化氢酶的活性将永久丧失，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)从三个实验的结果图中可以看出，实验1、2、3中的自变量分别是催化剂种类、过氧化氢溶液的浓度、pH。(2)实验1过氧化氢酶和无机催化剂FeCl3进行对照，说明了过氧化氢酶具有高效性。(3)实验2的结果显示，在ab段对应的浓度范围内，O2产生速率随着过氧化氢溶液浓度的增大而增大，而当过氧化氢溶液达到b对应的浓度以后，O2产生速率不再增加，bc段O2产生速率不再增加的原因最可能是过氧化氢酶的量有限。(4)在pH为e时，溶液中剩下的过氧化氢的量最少，说明在这一pH下过氧化氢酶的活性最高；过酸、过碱会导致酶的空间结构被破坏，使酶永久失活。
答案：(1)催化剂种类、过氧化氢溶液的浓度、pH　(2)酶的高效性　(3)在过氧化氢酶量一定时，在一定浓度范围内，过氧化氢溶液浓度越高，O2产生速率越快，而当过氧化氢溶液浓度达到一定值后，O2产生速率不再随过氧化氢溶液浓度的增大而增大　过氧化氢酶的量有限　(4)e　过酸、过碱会导致酶的空间结构被破坏
考点一　酶的本质、作用及特性
1．下列有关酶的叙述，正确的是(　　)
A．具有分泌功能的活细胞才能产生酶
B．酶可被水解为氨基酸或脱氧核苷酸
C．人的造血干细胞和肌细胞中不存在相同的酶
D．以底物的种类作为自变量，可验证酶的专一性
[导学号29520127]　解析：选D。细胞内的化学反应大多需要酶的参与，除哺乳动物成熟红细胞外，活细胞都能产生酶，A错误；酶的本质为蛋白质或RNA，蛋白质、RNA被彻底水解分别形成氨基酸和核糖核苷酸，B错误；同一生物体的两种不同类型细胞中基因种类通常相同，有的基因在两种细胞中都表达(如控制呼吸酶合成的基因)，有的基因在两种细胞中表达的情况不同，C错误；酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的进行，验证酶的专一性实验中自变量可以为底物的种类，D正确。
考点二　酶活性的影响因素及相关曲线分析
2．(2016·江苏泰州期初联考)下图1表示温度对酶促反应速率的影响示意图，图2的实线表示在温度为a的情况下生成物量与时间的关系图。则可用来表示当温度为2a时生成物量与时间关系的是(　　)
A．曲线1　　
B．曲线2　　
C．曲线3
　　
D．曲线4
[导学号29520128]　解析：选B。酶和无机催化剂相同，能提高反应速率，不改变平衡的位点，改变到达平衡所需要的时间。由图1可知，当温度升高一倍时，酶的活性增强，达到平衡所需要的时间变短，故B正确。
考点三　与酶相关的实验探究
3．(2016·河北衡水四调)某研究小组在研究不同金属离子对某水解酶活性的影响时，得到下图结果。下列分析不正确的是(　　)
A．Mn2＋降低了反应过程所必需的活化能
B．Co2＋或Mg2＋可能导致酶结构的改变使其活性降低
C．不同离子对酶的活性有提高或降低作用
D．该水解酶的用量是实验的无关变量
[导学号29520129]　解析：选A。从图中可以看出，Mn2＋只是提高了某水解酶活性，但并不能降低反应过程所必需的活化能；Co2＋或Mg2＋可能导致酶结构的改变使某水解酶活性降低；从图中可以看出，有的离子可以提高酶的活性，有的离子可以降低酶的活性；不同金属离子是实验的自变量，该水解酶的活性是实验的因变量，该水解酶的用量是实验的无关变量。
4．将小麦种子分别置于20
℃和30
℃培养箱中培养4天，依次取等量的萌发种子分别制成提取液Ⅰ和提取液Ⅱ。取3支试管甲、乙、丙，分别加入等量的淀粉液，然后按下图加入等量的提取液和蒸馏水，水浴保温5分钟，立即在3支试管中加入等量斐林试剂摇匀并水浴加热，观察试管中颜色。结果是(　　)
A．甲呈蓝色，乙呈砖红色，丙呈无色
B．甲呈无色，乙呈砖红色，丙呈蓝色
C．甲、乙皆呈蓝色，丙呈砖红色
D．甲呈浅砖红色，乙呈砖红色，丙呈蓝色
[导学号29520130]　解析：选D。甲乙都有淀粉酶，都能生成还原糖，乙加入提取液Ⅱ淀粉酶活性较高，生成还原糖量较多，生成砖红色沉淀较多，丙无淀粉酶，不生成还原糖，无砖红色沉淀，为斐林试剂的蓝色，故选项D正确。
考点四　细胞的能量“通货”——ATP
5．(2016·河南开封模拟)下面图甲、图乙均是与酶相关的图示，请判断下列叙述正确的是(　　)
A．图甲中曲线2可表示酶量增加1倍时，酶促反应速率的变化
B．图甲中曲线2可表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物的量与反应时间的关系
C．图乙中的酶1、酶2都有催化作用，是同一种类的酶
D．图乙中能量1、能量2的来源和去路都是相同的
[导学号29520131]　解析：选A。在酶促反应中，若底物浓度足够大，则反应速率与酶浓度呈正相关，酶浓度加倍，反应速率也相应加倍，但在底物浓度相同时，生成物的最大量不变。图乙中ATP水解与合成过程中能量的来源、去向不同，催化反应的酶也不同。
6．(原创题)科学研究发现，某些免疫球蛋白具有催化功能，称之为抗体酶。下图表示某新型抗体酶的结构，据图判断下列叙述中不正确的是(　　)
A．抗体酶能与双缩脲试剂发生紫色反应
B．抗体酶能与各种抗原结合
C．抗体酶与底物结合后，能降低反应的活化能
D．利用抗体酶特异性识别抗原和催化无活性药物前体的转化反应，可靶向治疗癌症
[导学号29520132]　解析：选B。由题干信息可知，抗体酶的化学成分是蛋白质，功能上既具有抗体特异性识别抗原的功能，又具有酶的催化功能。
7．图甲、图乙分别表示温度、pH与酶活性的关系；人的骨骼肌细胞中ATP的含量只能维持剧烈运动3
s以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中，肌肉细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图丙所示。请据图分析，不能得出的相关结论是(　　)
A．当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升
B．图乙中曲线b、c说明不同的酶有不同的最适pH
C．图丙中a→b的变化过程，ATP被水解，释放的能量用于肌肉收缩等生命活动
D．肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明ATP在细胞内含量非常多
[导学号29520133]　解析：选D。据图甲可知，低温会抑制酶的活性，当反应温度由较低的t1调到高于t1的最适温度时，酶活性会升高；图乙表示pH与酶活性的关系，曲线b、c所表示的酶最适pH分别为2.0和9.0，说明不同酶有不同的最适pH；分析图丙可知，a→b过程ATP含量减少，释放大量的能量用于肌肉收缩等生命活动，来维持剧烈运动；ATP在细胞内含量少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，使生物体内部的供能环境相对稳定。
8．(2016·江西南昌三校联考)关于酶的性质，下列表达中错误的一项是(　　)
A．化学反应前后，酶的化学性质和数量不变
B．酶催化能力的实现一定需要完整的细胞结构提供其所需的温度和pH
C．酶是活细胞产生的有催化能力的一类特殊的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少数是RNA
D．酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度的影响
[导学号29520134]　解析：选B。化学反应前后，催化剂的化学性质和数量不变，A正确；酶可以在细胞外起催化作用，B错误；酶是活细胞产生的有催化能力的一类特殊的有机物，其化学本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA，C正确；酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度的影响，D正确。
9．(2016·山西运城月考)下面的曲线是同一反应的酶促反应和非酶促反应曲线，相关叙述正确的是(　　)
A．E2是酶促反应的活化能，B和D曲线是酶促反应曲线
B．E2是酶促反应的活化能，B和C曲线是酶促反应曲线
C．E3是酶促反应的活化能，B和C曲线是酶促反应曲线
D．E2是酶促反应的活化能，A和C曲线是酶促反应曲线
[导学号29520135]　解析：选D。酶可以降低化学反应的活化能，由图可知，E2是酶促反应所需要的活化能，A、C曲线是酶促反应曲线；E3是非酶促反应所需要的活化能，B、D曲线是非酶促反应曲线。
10．(2016·江苏苏北四市模拟)下表是关于酶专一性的实验设计，相关叙述正确的是(　　)
步骤编号　　
1
2
3
4
5
注入淀粉溶液
注入蔗糖溶液
注入某种酶溶液
注入斐林试剂并水浴加热
观察现象
试管Ⅰ
2
mL
—
2
mL
2
mL
A
试管Ⅱ
—
2
mL
2
mL
2
mL
B
A.该实验的自变量是酶的种类，无关变量是底物的用量、反应温度等
B．步骤3只可以选用新鲜的淀粉酶
C．若步骤3选用新鲜的淀粉酶，则现象A是产生砖红色沉淀，B无砖红色沉淀
D．该实验还可选用碘液作为检测试剂
[导学号29520136]　解析：选C。本实验用同种酶催化两种不同的物质来研究酶的专一性，自变量是底物的种类，A错误；酶可以选择新鲜的淀粉酶或蔗糖酶，B错误；若选择新鲜的淀粉酶，试管Ⅰ中的淀粉被水解生成还原性糖，所以现象A是产生砖红色沉淀，试管Ⅱ中的蔗糖不能被淀粉酶催化水解，蔗糖是非还原糖，所以现象B是无砖红色沉淀，C正确；蔗糖及蔗糖水解产物都不能跟碘液发生颜色反应，故用碘液无法判断蔗糖是否被催化水解，D错误。
11．(2016·江西五校联考)据下图判断，有关叙述错误的是(　　)
A．神经细胞吸收K＋时，ATP→甲＋丁和甲＋丁→ATP速度都会加快
B．乙中不含高能磷酸键，是RNA基本组成单位之一
C．丙物质为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成
D．ATP为生命活动提供能量需要经过图示的整个过程
[导学号29520137]　解析：选D。神经细胞吸收K＋时为主动运输，需消耗能量，故ATP→甲＋丁和甲＋丁→ATP速度都会加快，A正确；乙物质为ATP断裂掉两个高能磷酸键之后形成的物质，形成AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，为RNA的基本组成单位之一，B正确；丙为腺苷“A”，其组成包括腺嘌呤和核糖，C正确；ATP转化为ADP时为生物体的各项生命活动提供能量，不需两个高能磷酸键都断裂，只是末端的高能磷酸键断裂，D错误。
12．(2016·黑龙江省绥棱模拟)下图为生物体新陈代谢与ATP关系的示意图，请回答：
(1)海洋中的电鳗有放电现象，其电能是由图中的________(填数字)过程释放的能量转变而来的。
(2)某人感冒发烧，其体温上升所需要的热量是由图中________(填数字)过程释放出来的。
(3)用图中的数字依次表示光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程：____________。
(4)经测定，正常成年人静止状态下24
h将有40
kg
ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10
mmol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是________________________________________________________________________。
[导学号29520138]　解析：(1)海洋中的电鳗有放电现象，是ATP中的化学能转化为电能的过程，伴随ATP的水解过程，即图中的④。(2)某人感冒发烧，其体温上升所需要的热量是细胞呼吸作用氧化分解释放的能量，即图中的③过程。(3)从光能转变为骨骼肌收缩所需的能量，需要依次经过绿色植物通过光合作用将光能转化成ATP中活跃的化学能，再经过暗反应转化为有机物中稳定的化学能，有机物被动物消化吸收后，经细胞呼吸再将有机物中的化学能转化成ATP中活跃的化学能，ATP水解供给各项生命活动的需要。(4)ATP在细胞内含量很少，但需要量很大，生物体内解决这一矛盾的合理途径是通过ATP与ADP的相互转化，维持细胞内ATP含量的相对稳定。
答案：(1)④　(2)③　(3)①②③④
(4)ATP与ADP之间进行相互转化
13．(2016·江苏东台月考)现有两种淀粉酶A与B，某生物兴趣小组为探究不同温度条件下这两种淀粉酶的活性，设计实验如下：
实验原理：温度等条件可以影响酶的活性；淀粉在淀粉酶的催化作用下产生麦芽糖；用分光光度计测量溶液的吸光度时，物质含量越多，其吸光度越大，因此可测出物质的相对含量。
实验材料：一定浓度的淀粉溶液、相同浓度的淀粉酶A和淀粉酶B溶液、水浴缸、温度计等。
实验过程：如下表所示。
　　步骤组别　　　
1
2
3
4
5
6
7
8
Ⅰ、设置水浴缸温度(℃)
20
30
40
50
20
30
40
50
Ⅱ、取8支试管各加入淀粉溶液(mL)，分别保温5分钟
10
10
10
10
10
10
10
10
Ⅲ、另取8支试管各加入等量淀粉酶溶液，分别保温5分钟
酶A
酶A
酶A
酶A
酶B
酶B
酶B
酶B
Ⅳ、将同组两个试管中的淀粉溶液与淀粉酶溶液混合摇匀，保温5分钟。
实验结果：用分光光度计对各组淀粉含量进行检测，结果如下图所示。
(1)该实验的自变量是________________，无关变量有__________________________(至少写出2种)。
(2)根据实验结果分析，下列叙述正确的是(　　)
A．酶A在20
℃条件时活性较高
B．酶A的活性小于酶B的活性
C．酶B在40
℃条件时活性较高
D．大于50
℃条件时，酶A部分失活
(3)此实验用分光光度计检测底物淀粉的剩余量来表示酶的活性，能不能用斐林试剂检测生成物麦芽糖的含量来表示？________，原因是________________________________________________________________________。
(4)若要进一步探究酶B的最适温度，实验设计的主要思路应是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[导学号29520139]　解析：(1)自变量是在实验过程中可以变化的量，根据表格可以看出本实验有两个自变量，即酶的种类和温度。因变量是在实验过程中随自变量变化而变化的量，其他为无关变量。
(2)用分光光度计测量溶液的吸光度时，物质含量越多，其吸光度越大。酶A在20
℃条件时淀粉含量较多，酶活性相对其他温度时较低，A错误。由图可知，在20～50
℃范围内，酶A活性在增强，酶B活性先增强后减弱，B错误。酶B在40
℃条件时测量相对值最低，活性较高，C正确。在20～50
℃范围内，酶A活性在增强，不能判断50
℃以后的趋势，D错误。
(3)因为用斐林试剂需水浴加热，会对酶的活性产生影响，使实验结果不可靠。
(4)由图的结果可知，30～40
℃范围内随温度的升高酶活性升高，40～50
℃范围内随温度的升高酶活性降低，在预实验的基础上要进一步探究酶的最适温度，可在30～50
℃之间设置较小的温度梯度进行研究。
答案：(1)温度、酶的种类　溶液的量、反应时间、pH等
(2)C
(3)不能　斐林试剂检测时需水浴加热，会导致反应体系温度发生改变，影响实验结果
(4)在30～50
℃之间设立较小温度梯度的分组实验，按上述步骤进行实验，分析结果得出结论第9讲　ATP的主要来源——细胞呼吸
[考纲点击]　1.细胞呼吸(Ⅱ)　2.实验：探究酵母菌的呼吸方式
[学生用书P49]
一、细胞呼吸的概念和种类
1．含义：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。
2．分类
二、细胞呼吸的方式
1．有氧呼吸
(1)过程
(2)反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
2．无氧呼吸
(1)场所：细胞质基质。
(2)条件：无氧和多种酶。
(3)生成物：酒精和二氧化碳或乳酸。
(4)反应式
①产物为酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。
②产物为乳酸：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
巧
记
细胞呼吸三过程，有氧无氧一段同，
葡(萄)糖分解丙酮氢，还要释放少量能，
有氧呼吸二阶段，丙酮和水来反应，
能量CO2还原氢，线(粒)体基质内完成，
有氧呼吸三阶段，O2氧化还原氢，
大量能量水生成，线(粒)体内膜上完成，
无氧呼吸二阶段，还原物质不放能。
三、细胞呼吸原理的应用
1．伤口包扎。
2．作物松土，有利于根的有氧呼吸。
3．稻田排水，防止根进行无氧呼吸。
4．传统发酵产品的生产。
1．细胞呼吸方式的探究所用的三种试剂
(1)澄清石灰水和溴麝香草酚蓝水溶液：检测CO2。
(2)酸性重铬酸钾溶液：检测酒精。
2．有氧呼吸需要O2的阶段：有氧呼吸第一、二阶段都不需要O2，只有第三阶段需要O2。
3．两类生物有氧呼吸的场所
(1)原核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质或细胞膜。
(2)真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。
4．葡萄糖和丙酮酸代谢的具体场所
(1)有氧呼吸。
①葡萄糖：细胞质基质。
②丙酮酸：线粒体基质。
(2)无氧呼吸。
①葡萄糖：细胞质基质。
②丙酮酸：细胞质基质。
5．无氧呼吸的产物：酒精和CO2或乳酸。
考法一　以过程图为依托，考查细胞呼吸的类型
1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解
2．过程分析
(1)有氧呼吸中氧元素的来源和去路
(2)反应物和产物
①CO2是在第二阶段产生的，是由丙酮酸和水反应生成的，场所是线粒体基质。
②O2参与了第三阶段，[H]和O2结合生成水，所以细胞呼吸产生的水中的氧来自于O2，场所是线粒体内膜。
③有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水用于第二阶段和丙酮酸反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的。
(3)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
(4)能量代谢
①有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP，而无氧呼吸只在第一阶段释放能量产生ATP。
②细胞呼吸释放的能量大部分以热能散失，少部分转移到ATP中。
判定细胞呼吸方式的三大依据
视角1 　以物质代谢过程图为信息载体，考查细胞呼吸的过程、场所、物质和能量变化
1．(概念模型类)(2016·江苏泰州模拟)如图表示细胞呼吸过程中葡萄糖分解的三个途径，有关说法正确的是(　　)
A．催化过程②③④的酶均分布于细胞质基质
B．过程①②③④中均有ATP生成
C．过程①②③均能发生在酵母细胞中
D．过程③中的二氧化碳产生于线粒体内膜上
解析：选C。③为有氧呼吸的第二、三阶段，发生于线粒体，催化过程③的酶分布于线粒体基质或内膜上，A错误；有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段，有氧呼吸的第二、三阶段都会产生ATP，无氧呼吸第二阶段没有ATP的生成，故过程①③中均有ATP生成，过程②④中没有ATP生成，B错误；酵母菌为兼性厌氧菌，既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸产生酒精，故过程①②③均能发生在酵母细胞中，C正确；二氧化碳是有氧呼吸第二阶段的产物，产生于线粒体基质中，D错误。
2．(化学式图解类)(2016·湖北武汉模拟)下图为乙醇在人体内主要的代谢过程。下列相关叙述，正确的是(　　)
乙醇乙醛乙酸―→CO2、H2O
A．乙醇转化为乙酸发生的氧化反应，均由同一种氧化酶催化
B．体内乙醇浓度越高，与乙醇分解相关的酶促反应速率越快
C．乙醇经代谢产生的[H]可与氧结合生成水，同时释放能量
D．正常生理情况下，人体分解乙醇的速率与环境温度呈正相关
解析：选C。由图可知乙醇先氧化为乙醛再氧化为乙酸，酶具有专一性，不是同种酶催化，A错误；体内乙醇浓度越高，因为酶的数量的限制，酶促反应速率不会一直加快，到一定程度后稳定，B错误；乙醇代谢产生的[H]可以与氧气结合生成水，同时释放能量，C正确；正常生理状况下，人体的体温是相对稳定的，人体内分解乙醇的速率与环境温度基本无关，D错误。
3．(生理过程图解类)(2016·吉林长春模拟)如图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。下列有关叙述正确的是(　　)
A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中
B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生
C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为ATP
D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2
解析：选D。题图为细胞呼吸的全过程，①②过程为无氧呼吸，①④③过程为有氧呼吸，a、b、c、d、e分别表示丙酮酸、CO2、[H]、O2、酒精；催化反应②和④的酶分别存在于细胞质基质和线粒体中；无氧呼吸的第一阶段也产生[H]。
视角2 　
4．(曲线分析类)以下图甲、图乙都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．图甲中氧浓度为a时的情况对应的是图乙中的A点
B．图甲中氧浓度为b时的情况对应的是图乙中的D点
C．图甲的a、b、c、d四种浓度中c是最适合贮藏的
D．图甲中氧浓度为d时没有酒精产生
解析：选B。图甲中氧浓度为a时，细胞只释放CO2不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸，对应图乙中的A点，A项正确；图甲中氧浓度为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，应在图乙中的AC段之间，B项错误；贮藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时(甲图中的c)，C项正确；氧浓度为d时，CO2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，D项正确。
5．(表格计算分析类)(2016·北京东城模拟)下表为某绿色植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d、e时，CO2释放量与O2吸收量的变化，下列相关叙述中正确的是(　　)
氧浓度
a
b
c
d
e
O2吸收量
0
2
4
6
8
CO2释放量
10
8
6
6
8
A.氧浓度为b时，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍
B．氧浓度为a时是贮藏该植物器官的最佳浓度
C．氧浓度为d时只进行有氧呼吸
D．氧浓度为e时有氧呼吸与无氧呼吸强度相等
解析：选C。a浓度下只进行无氧呼吸，消耗葡萄糖的量是5；b浓度下既有有氧呼吸也有无氧呼吸，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的9倍，总葡萄糖量是10/3；c浓度下两种呼吸方式都有，消耗的葡萄糖的量是5/3；d浓度下只进行有氧呼吸，消耗葡萄糖的量是1；e浓度下也只进行有氧呼吸，消耗葡萄糖的量是4/3，贮藏该植物器官时，应选择消耗葡萄糖量最少的，即氧浓度为d时，故C项正确。
6．(实际应用分析类)(2016·甘肃河西三校一联)某豆科植物种子萌发过程中CO2释放速率和O2吸收速率的变化趋势如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．在12～24
h期间，此时的呼吸方式主要是无氧呼吸
B．在12～24
h期间，呼吸的产物是水和二氧化碳
C．第12
h到胚根长出期间，有机物总量下降
D．胚根长出后，氧气的吸收量明显增多，说明有氧呼吸速率明显提高
解析：选B。由图可看出：12～24
h期间CO2释放速率远远大于O2吸收速率，所以此时细胞呼吸的方式主要为无氧呼吸，A正确；12～24
h期间，细胞既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，因此呼吸作用的产物有水、CO2、酒精，B错误；12
h到胚根长出期间，有机物不断消耗，C正确；胚根长出后，有氧呼吸明显增强，D正确。
考法二　以实际应用为背景，考查影响细胞呼吸的因素
1．影响细胞呼吸的外部因素分析
项目
温度
氧气浓度
水分
影响原理
影响酶活性
决定呼吸类型和强度
自由水含量较高时呼吸旺盛
坐标曲线
实践应用
在零上低温下贮存蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差以减少有机物的消耗，提高产量
常利用降低氧的浓度抑制细胞呼吸、减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间
贮藏作物种子时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗
2.植物组织细胞呼吸速率的测定
(1)测定植物组织细胞呼吸速率的指标：植物呼吸作用吸收O2、释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，刻度管内的水滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。
(2)条件：整个装置必须遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。如图所示：
(3)为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置及所测材料进行消毒处理。
(4)为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测定的生物材料灭活(将种子煮熟)，其他条件均不变。
O2浓度对有氧呼吸和无氧呼吸影响的曲线分析
(1)氧气作为有氧呼吸的原料，可同时影响有氧呼吸和无氧呼吸的速率。
①图甲中O2浓度为0时，只进行无氧呼吸，随O2浓度升高，有氧呼吸逐渐增强，无氧呼吸逐渐减弱。当O2浓度为0～10%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，只进行有氧呼吸。
②图乙中三条曲线分别表示无氧呼吸CO2释放量、有氧呼吸O2吸收量(等于有氧呼吸CO2释放量)及两种呼吸CO2释放总量。
(2)图乙中R点为两种呼吸CO2释放总量的最低点，一般认为此时细胞的呼吸消耗最少。
AB段长度＝BC段长度，说明此时有氧呼吸与无氧呼吸释放CO2量相等，则此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量应为无氧呼吸消耗葡萄糖量的1/3。
视角1 　
1．(多组曲线图综合类)下列是影响呼吸速率的因素，根据图示判断下列说法错误的是(　　)
A．超过最适温度，呼吸酶活性降低，细胞呼吸受抑制
B．O2浓度为10%时适宜贮藏水果蔬菜
C．适当提高CO2浓度利于贮藏水果和蔬菜
D．种子含水量是制约种子呼吸作用强弱的重要因素
解析：选B。温度影响酶的活性，超过最适温度时，呼吸酶活性降低，细胞呼吸受抑制；由图乙可知，O2浓度为5%时，有氧呼吸较弱，无氧呼吸受到抑制，此时有机物消耗较少，适宜贮藏水果、蔬菜；由图丙可知，随CO2浓度升高，呼吸速率下降，故适当提高CO2浓度有利于贮藏水果和蔬菜；由图丁可知，含水量影响呼吸速率，随着含水量的增加，呼吸速率先上升后下降，故种子含水量是制约种子呼吸作用强弱的重要因素。
2．(双曲线坐标类)(原创题)当往一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液中通入不同浓度的O2时，其产生的酒精和CO2的量如下图所示。下列说法合理的是(　　)
A．培养液中的酵母菌数量增长曲线是“J”型曲线
B．酵母菌的呼吸方式与基因没有关系
C．O2浓度为b时，酵母菌有氧呼吸产生的CO2的量为12.5
mol
D．随着培养液中O2浓度的变化，酵母菌的呼吸方式也可能发生改变
解析：选D。“J”型增长只出现在理想状态下，在培养液中，空间、营养有限，酵母菌的数量先增加后减少，A错误；基因控制生物的性状，不同生物的呼吸方式有差异，肯定与其相关基因有关系，B错误；由图可知，O2浓度为b时，产生了6.5
mol酒精，则根据无氧呼吸的反应式可知，酵母菌无氧呼吸产生的CO2的量为6.5
mol，故有氧呼吸产生的CO2的量为12.5－6.5＝6
mol，C错误。
视角2 　
3．(实验装置图与表格类)(原创题)某同学用如图所示的装置，探究不同浓度α 萘乙酸溶液对花生种子细胞呼吸速率的影响。实验过程中保持注射器活塞不移动，测量出的单位时间内有色液滴移动距离如表所示。请根据实验装置及表中所示结果，判断下列叙述中不正确的是(　　)
组别
α 萘乙酸溶液浓度(mol/L)
有色液滴移动的距离(mm)
0
min
10
min
20
min
30
min
40
min
50
min
①
0
0
1.1
2.2
3.3
4.4
5.5
②
10－12
0
6.5
13.0
19.5
26.0
32.5
③
10－10
0
8.0
16.0
24.0
32.0
40.0
④
10－8
0
7.5
15.0
22.5
30.0
37.5
A.实验装置中有色液滴移动的方向是向左，有色液滴移动的距离为因变量
B．实验装置中NaOH溶液的作用是吸收植物细胞呼吸产生的CO2
C．某一阶段花生种子有活性，但有色液滴不移动，则此时花生种子中产生ATP的场所是线粒体
D．与③组相比，当α 萘乙酸溶液浓度为10－6mol/L时，有色液滴在单位时间内移动的距离更小
解析：选C。分析题图中的实验装置可知，乙装置内装的是无活性的花生种子，目的是排除微生物及环境因素对实验结果的干扰，使实验结果更科学、合理。题图所示装置中NaOH溶液的作用是吸收花生种子细胞呼吸释放的CO2，故CO2的产生量并不影响装置中的压强，但花生种子细胞有氧呼吸消耗O2，会使装置内压强减小，使有色液滴左移；题中α 萘乙酸溶液的浓度应为自变量，有色液滴的移动距离应为因变量。有色液滴不移动表示装置内没有O2的消耗，也就是花生种子细胞此时不进行有氧呼吸，故此时种子中产生ATP的场所应为细胞质基质。根据表格可以推测出，在一定范围内α 萘乙酸溶液对花生种子有氧呼吸有促进作用，在10－12、10－10、10－8
mol/L三个浓度中促进作用最大的是10－10
mol/L，故可推测出当α 萘乙酸溶液浓度为10－6mol/L时，有色液滴在单位时间内移动的距离小于③组的。
4．(多曲线坐标类)(2016·山东文登统考)为研究淹水时KNO3对甜樱桃根呼吸的影响，设四组盆栽甜樱桃，其中一组淹入清水，其余三组分别淹入不同浓度的KNO3溶液，保持液面高出盆土表面，每天定时测定甜樱桃根有氧呼吸速率，结果如图。下列说法正确的是(　　)
A．樱桃根细胞无氧呼吸生成CO2的场所是线粒体
B．图中A、B、C三点，在单位时间内与氧结合的还原氢最多的是点C
C．淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有减缓作用
D．实验过程中可以改用CO2的产生量作为检测有氧呼吸速率的指标
解析：选C。樱桃根细胞无氧呼吸生成CO2的场所是细胞质基质，有氧呼吸的主要场所是线粒体，A错误；图中A、B、C三点，在单位时间内与氧结合的还原氢最多的是点A，B错误；图示可见KNO3越高，有氧呼吸速率越强，说明淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有减缓作用，C正确；植物有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生CO2，所以实验过程中不可以改用CO2的产生量作为检测有氧呼吸速率的指标，D错误。
　探究酵母菌的细胞呼吸方式
1．实验原理
2．实验流程
提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下？酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么？
　
作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设。
　
eq
\a\vs4\al(\x(\a\al(设,计,并,进,行,实,验))\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(（1）配制酵母菌培养液。,（2）检测CO2的产生，装置如图所示：,,（3）检测酒精的产生：自A、B中各取2
mL滤,
液分别注入编号为1、2的两支试管中→分,
别滴加0.5
mL溶有0.1
g重铬酸钾的浓硫,
酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。)))
　
实验结论：
3．注意事项
(1)通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证使第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
(2)B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完，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是由无氧呼吸产生的。
「典例引领」
下图是某研究小组在探究酵母菌的细胞呼吸方式时的两套实验装置图，下列分析合理的是(　　)
A．为检验空气中的二氧化碳是否被A瓶完全吸收，可在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的锥形瓶
B．实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了，说明实验不成功
C．实验进行一段时间后用酸性的重铬酸钾检测E瓶中物质会出现灰绿色
D．D瓶封口后应立即接通E瓶，防止D瓶中的培养液被分解完
[解析]　由于二氧化碳可以使澄清石灰水变混浊，因此可以在B瓶前加一个盛有澄清石灰水的锥形瓶，若锥形瓶中澄清石灰水不变混浊，说明空气中的二氧化碳被A瓶完全吸收，A项正确；实验中发现C瓶先变混浊后又澄清了，说明B瓶中的酵母菌产生的二氧化碳量多，B项错误；酸性的重铬酸钾遇酒精变成灰绿色，而酵母菌无氧呼吸产生的酒精存在于D瓶中，C项错误；D瓶封口后应先让实验进行一段时间，等酵母菌通过有氧呼吸消耗完瓶中的氧气后再接通E瓶，D项错误。
[答案]　A
「对位训练」
1．下图甲、乙两组装置中，经数小时后U形管B处的液面会出现的情况是(实验装置中的氧气足以维持实验期间小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响)(　　)
A．甲组上升、乙组不变　　
B．甲组下降、乙组不变
C．甲组不变、乙组上升　　
D．甲组不变、乙组不变
解析：选A。甲组装置中小白鼠进行有氧呼吸消耗氧气，产生的CO2被NaOH溶液吸收，气体体积减小，B处液面上升。乙组装置中小白鼠进行有氧呼吸产生的CO2不被吸收，与消耗的氧气量相等，气体体积不变，B处液面不变化。
2．对酵母菌呼吸作用类型的探究是同学们感兴趣的实验，现有生物兴趣小组分别进行了如下实验，请根据题设要求回答问题：
(1)本实验的自变量是________。进行有氧呼吸的实验装置是________。
(2)如果实验设计中缺少了质量分数为10%的NaOH溶液，而装置A中的澄清的石灰水变混浊，则不一定说明________产生了二氧化碳，因为无法排除____________使澄清的石灰水变混浊的可能。
(3)橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应能使溶液变成灰绿色。利用这一原理可以鉴定酒精的存在。上图中装置________的酵母菌培养液取样鉴定，一定会使重铬酸钾溶液变成灰绿色。如果两装置的酵母菌培养液取样鉴定都能使重铬酸钾溶液变成灰绿色，请分析A装置产生该结果的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)装置A中的酵母菌消耗和产生气体的场所分别是__________________________________________。
(5)假如你是一名交通警察，请你设计一个简单的实验，检测汽车司机是否喝了酒。________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)氧气的有无影响酵母菌的呼吸方式，根据题图，该实验的自变量是氧气的有无。(2)装置A如果缺少质量分数为10%的NaOH溶液，则泵入的气体中可能含有二氧化碳，会使澄清的石灰水变混浊。(3)装置B中酵母菌进行无氧呼吸，肯定能产生酒精，使酸性的重铬酸钾溶液变成灰绿色。如果装置A中的培养液也能使酸性的重铬酸钾溶液变成灰绿色，则可能是因为氧气通入不足，酵母菌细胞进行了无氧呼吸。(4)装置A中酵母菌进行有氧呼吸，氧气在线粒体内膜被消耗，二氧化碳在线粒体基质中产生。
答案：(1)氧气　A　(2)有氧呼吸　空气中的CO2
(3)B　通入的氧气量不足　(4)线粒体内膜、线粒体基质
(5)将司机呼出的气体直接接触到用酸处理过的重铬酸钾溶液，若溶液变成灰绿色，则说明司机喝了酒
[误区补短]
易错点1　对细胞呼吸方式及过程或现象不清楚
[点拨]　(1)有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段完全相同。从丙酮酸开始，由于氧的存在与否及酶种类的差异，才分别沿着不同的途径形成不同的产物。
(2)水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸的产物酒精对细胞有毒害作用。玉米种子烂胚的原因是无氧呼吸产生的乳酸对细胞有毒害作用。
(3)无线粒体的真核细胞(或生物)只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫等，线粒体是进行有氧呼吸的主要场所。一些原核生物无线粒体，但进行有氧呼吸。
易错点2　有氧呼吸与无氧呼吸(产酒精)的计算
[点拨]　(1)消耗等量的葡萄糖时产生的CO2摩尔数：
无氧呼吸∶有氧呼吸＝1∶3。
(2)消耗等量的葡萄糖时消耗的O2和产生CO2摩尔数：有氧呼吸消耗的O2∶有氧和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。
(3)产生等量CO2时消耗葡萄糖摩尔数：无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
微观清障
1．判断下列有关细胞呼吸的叙述
(1)(2015·四川卷
T3A)探究酵母菌的呼吸方式，可用溴麝香草酚蓝检测产生的CO2。(　　)
(2)(2015·山东卷
T4B)人体细胞内O2/CO2的比值，线粒体内比细胞质基质高。(　　)
(3)细胞呼吸的结果如果没有水的产生，就一定是无氧呼吸。(　　)
(4)水是有氧呼吸的产物，也是有氧呼吸的反应物。(　　)
(5)肌肉细胞中的线粒体比脂肪细胞含量多，是因为肌肉收缩需要消耗大量的能量。(　　)
(6)人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量比安静时多。(　　)
(7)无氧呼吸能产生ATP，但没有[H]的生成过程。(　　)
(8)人体剧烈运动时，CO2/O2>1，即CO2既可在线粒体又可在细胞质基质中产生。(　　)
(9)有氧呼吸的三个阶段都有ATP产生，但第三阶段产生的ATP最多。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×　(7)×　(8)×　(9)√
2．判断下列有关细胞呼吸原理应用的叙述
(1)(2015·上海卷T14D改编)无氧呼吸过程会以乳酸为主要产物的是浇水过多的青菜根部细胞。(　　)
(2)及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。(　　)
答案：(1)×　(2)√
[能力培优]
　种子萌发时吸水和呼吸变化曲线的解读
(1)在种子吸水的第Ⅰ阶段，由于(吸胀)吸水，呼吸速率上升。
(2)在种子吸水的第Ⅱ阶段，呼吸作用产生的CO2要比O2的消耗量大得多，说明此期间主要进行无氧呼吸。
(3)在胚根长出后，由于胚根突破种皮，增加了O2的进入量，种子以有氧呼吸为主，同时胚根大量吸水(渗透吸水)。
强化训练
1．大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线如下图：
(1)阶段Ⅰ和Ⅲ大豆种子的鲜重增加明显。阶段Ⅰ中，水进入种子胚细胞的穿(跨)膜运输方式为________。阶段Ⅲ中，种子胚细胞内水的主要存在形式是________。
(2)若测得阶段Ⅱ种子吸收O2与释放CO2的体积比为1∶3，则此时种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为________。
解析：(1)水分子的跨膜运输方式是渗透作用(自由扩散)；阶段Ⅲ种子鲜重快速增加，细胞代谢比较快，此时细胞内的水主要以自由水的形式存在。(2)根据题意假设O2的吸收量为1
mol，则CO2的释放量为3
mol，则依据有氧呼吸和无氧呼吸的总反应式进行计算，即可得出答案。
答案：(1)自由扩散　自由水　(2)6∶1
2．(2016·江西南昌模拟)种子萌发指干种子从吸收水到胚根(或胚芽)突破种皮期间所发生的一系列生理变化过程。
(1)种子能否正常萌发，除了与____________________________________________等外界因素有关，还受到种子是否具有生活力等内部因素制约。测定种子的生活力常用TTc法，其原理是有生活力的种子能够进行呼吸代谢，在呼吸代谢中底物经脱氢酶催化所释放的氢可以将无色的2，3，5 三苯基氯化四氮唑(TTc)还原为红色的三苯甲腙，使种胚染为红色。死亡的种子由于没有________作用，TTc不能被还原为三苯甲腙，种胚不被染成红色。
(2)干燥种子最初的吸水不能像根的成熟区细胞那样发生________吸水，而是依靠吸胀作用吸水，吸胀作用的大小与细胞内原生质凝胶物质对水的亲和性有关，蛋白质、淀粉和纤维素对水的亲和性依次递减。因此，含________________较多的豆类种子的吸胀作用大于含淀粉较多的禾谷类种子。
(3)种子萌发时的吸水过程和呼吸作用可以分为3个阶段(如图)，图中曲线1表示种子吸水过程的变化，曲线2表示CO2释放的变化，曲线3表示O2的吸收变化。在吸水的第一阶段和第二阶段，CO2的产生量________(填“大于”“等于”或“小于”)O2的消耗量，到吸水的第三阶段，O2的消耗则大大增加，这说明种子萌发初期的呼吸作用主要是________。吸水的第三阶段，呼吸作用迅速增加，因为胚根突破种皮后，________________________________________________________________________
____________。
解析：(1)种子的萌发通常需要充足的水分、适宜的温度和足够的氧气等外界条件。呼吸代谢中，底物经脱氢酶催化所释放的氢可以将无色的2，3，5 三苯基氯化四氮唑(TTc)还原为红色的三苯甲腙，使种胚染为红色。死亡的种子由于没有呼吸作用，底物无法被脱氢酶催化，故使TTc不能被还原为三苯甲腙，种胚不能被染成红色。(2)依据题意可得出含蛋白质较多的豆类种子的吸胀作用较大。(3)种子萌发初期主要进行无氧呼吸，故在种子萌发的第一阶段和第二阶段二氧化碳的释放量大于氧气消耗量，胚根突破种皮后，氧气供应得到改善，新陈代谢旺盛，且新的呼吸酶和线粒体已大量形成，此时生长较快。
答案：(1)充足的水分、适宜的温度和足够的氧气　呼吸　(2)渗透作用　蛋白质　(3)大于　无氧呼吸　氧气供应得到改善，且新的呼吸酶和线粒体已大量形成
考点一　细胞呼吸
1．(2016·江苏镇江模拟)下列关于细胞呼吸的叙述中，错误的是(　　)
A．肺炎双球菌无线粒体，但能进行有氧呼吸
B．与细菌呼吸有关的酶由拟核中的基因编码
C．破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧的环境中
D．有氧或无氧时，酵母菌的细胞呼吸产物不同
[导学号29520140]　解析：选C。肺炎双球菌属于原核生物，无线粒体但能进行有氧呼吸，A正确；与细菌呼吸有关的酶由拟核中的基因编码，B正确；破伤风芽孢杆菌属于严格厌氧型生物，适宜生活在无氧的环境中，C错误；酵母菌的有氧呼吸产物是二氧化碳和水，无氧呼吸产物是酒精和二氧化碳，D正确。
2.(2016·北京房山模拟)如图所示为H随化合物在生物体内代谢转移的过程，下列分析合理的是(　　)
A．①过程发生在核糖体上，水中的H只来自—NH2
B．在缺氧的情况下，③过程中不会发生脱氢反应
C．M物质应该是丙酮酸，④过程不会发生在线粒体中
D．在氧气充足的情况下，②、③过程发生在线粒体中
[导学号29520141]　解析：选C。分析图形可知，①过程为氨基酸脱水缩合，发生在核糖体上，水中的H来自于—NH2和—COOH，A错误；③过程为细胞呼吸第一阶段，在缺氧的情况下，也会发生脱氢反应，B错误；M物质是丙酮酸，④过程是无氧呼吸第二阶段，发生在细胞质基质中，C正确；②过程是有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体中，③过程发生在细胞质基质中，D错误。
3．(2016·北京房山入学摸底)酵母菌在有氧时进行有氧呼吸，无氧时进行无氧呼吸，将酵母菌放在含有培养液的密闭锥形瓶中，测得CO2的释放量比O2的吸收量大1倍，则有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为(　　)
A．1∶6　　　
B．1∶3　　　
C．1∶2　　　
D．1∶1
[导学号29520142]　解析：选B。由题意可知，酵母菌呼吸二氧化碳的释放量是氧气呼吸量的2倍，设酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖是X，由有氧呼吸的反应式可得有氧呼吸吸收的氧气是6X，产生的二氧化碳是6X；无氧呼吸消耗的葡萄糖是Y，根据无氧呼吸的反应式可得，无氧呼吸释放的二氧化碳是2Y；则(6X＋2Y)/6X＝2，化简得X∶Y＝1∶3。
考点二　影响细胞呼吸的因素及其在生产实践中的应用
4．(2016·黑龙江绥棱模拟)TBT的类似物三甲基锡可以抑制三磷酸腺苷酶(促进ATP的水解)的活性，从而影响细胞内能量的直接供应。一般情况下，植物细胞内受此影响的场所是(　　)
A．所有发生放能反应的部位
B．仅在叶绿体基质和细胞质基质
C．仅在线粒体基质和细胞质基质
D．所有发生吸能反应的部位
[导学号29520143]　解析：选D。由题意可知，TBT的类似物会抑制ATP的水解，而ATP的水解是为细胞内的吸能反应提供能量的，所以ATP的水解受到影响时，细胞内所有吸能反应都会受到影响，故选项D正确。
5．(2016·安徽合肥一检)研究小组通过实验探究适宜温度条件下，氧气浓度变化对某植物细胞呼吸的影响，结果如图所示。据图分析错误的是(　　)
A．氧气浓度为C时该植物呼吸方式有无氧呼吸和有氧呼吸
B．欲让某植物贮存更长时间最好选择B点对应的氧气浓度
C．B点时细胞呼吸产生二氧化碳的场所是线粒体的基质
D．欲测定呼吸作用强度，一定需要遮光处理
[导学号29520144]　解析：选C。氧气浓度为C时，二氧化碳的生成量多于氧气的吸收量，说明既有无氧呼吸又有有氧呼吸，A正确；在B点时，呼吸作用消耗有机物量最少，是贮存植物的最佳氧气浓度，B正确；B点时植物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，产生二氧化碳的场所是线粒体基质和细胞质基质，C错误；光下植物可进行光合作用，所以欲测呼吸作用强度就要遮光处理，D正确。
考点三　探究酵母菌的细胞呼吸方式
6．(2016·北京房山模拟)检测酵母菌细胞呼吸作用的产物，下列描述正确的是(　　)
A．如果产生的气体使澄清的石灰水变浑浊，则酵母菌只进行有氧呼吸
B．如果产生的气体使溴麝香草酚蓝水溶液变黄色，则酵母菌只进行无氧呼吸
C．无论进行有氧呼吸还是无氧呼吸，酵母菌都能产生CO2
D．酵母菌发酵时不产生气体，但其发酵液能使重铬酸钾变灰绿色
[导学号29520145]　解析：选C。产生的气体使澄清的石灰水变浑浊，说明该气体为CO2，而酵母菌不论有氧呼吸还是无氧呼吸均可产生CO2，A错误，C正确；使溴麝香草酚蓝水溶液变黄色的气体为CO2，而酵母菌有氧呼吸也能产生CO2，B错误；酵母菌发酵时进行无氧呼吸，产生CO2和酒精，D错误。
7．(2016·江苏泰州姜堰模拟)某实验室用两种方法进行酵母菌发酵葡萄糖生产酒精。甲发酵罐中保留一定量的氧气，乙发酵罐中没有氧气，其余条件相同且适宜。实验过程中，每小时测定两发酵罐中氧气和酒精的量，记录数据并绘成坐标曲线图。下列有关叙述正确的是(　　)
A．实验结束时，消耗葡萄糖较多是甲发酵罐
B．甲、乙两发酵罐分别在第4
h和第0
h开始进行无氧呼吸
C．甲、乙两发酵罐实验结果表明，酵母菌为异养厌氧型生物
D．该实验证明向发酵罐中连续通入大量的氧气可以提高酒精的产量
[导学号29520146]　解析：选A。实验结束时，甲发酵罐利用6
mol氧气，有氧呼吸消耗1
mol葡萄糖，生成18
mol酒精，需要消耗9
mol葡萄糖，甲发酵罐总共消耗10
mol葡萄糖，乙发酵罐只进行无氧呼吸生成15
mol酒精，消耗7.5
mol葡萄糖，所以消耗葡萄糖较多是甲发酵罐，A正确；甲、乙两发酵罐分别在第2
h和第0
h开始进行无氧呼吸，B错误；甲、乙两发酵罐实验结果表明，酵母菌为异养兼性厌氧型生物，C错误；该实验没有相关的对照试验，不能证明向发酵罐中连续通入大量的氧气可以提高酒精产量的结论，D错误。
8．(2016·云南昆明模拟)按下表设计进行实验，分组后，在相同的适宜条件下培养8～10
h，并对实验结果进行分析。下列说法正确的是(　　)
实验材料
取样
处理
分组
含葡萄糖的培养液
供氧情况
适宜浓度酵母菌液
50
mL
破碎细胞(只含细胞器)
甲
25
mL
75
mL
无氧
乙
25
mL
75
mL
有氧
50
mL
未处理
丙
25
mL
75
mL
无氧
丁
25
mL
75
mL
有氧
A.甲组的酒精产生量与丙组相同
B．乙组产生的CO2与丁组一样多
C．丁组的能量转换率大于丙组
D．甲组分解的葡萄糖少于乙组
[导学号29520147]　解析：选C。分析题表，线粒体中无法直接利用葡萄糖，因此甲乙两组不会有有氧呼吸产物出现，丙组在无氧条件下，能进行无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，丁组在有氧条件下能进行有氧呼吸，产生二氧化碳和水，释放大量能量，A、B、D错误；由于丁组在有氧条件能彻底氧化分解有机物，所以丁组的能量转换率大于丙组，C正确。
9．(2016·江西南昌模拟)在一定时间内，动物体内的CO2产生量与O2消耗量的比值称为呼吸商(RQ)，不同底物在完全氧化时的RQ不同，糖类、蛋白质和脂肪完全氧化的RQ分别是1、约0.8和约0.71，下列说法正确的是(　　)
A．长时间饥饿的动物的RQ会先降低后增加
B．平静状态时动物的RQ一定等于l
C．剧烈运动时动物的RQ会变小
D．三种底物呼吸商不同的原因与C、H、O、N的比例有关
[导学号29520148]　解析：选A。长时间饥饿的动物，由于糖代谢供能不足，机体会先利用脂肪供能，再利用蛋白质，所以RQ会先降低后增加，A正确；平静状态下，动物进行有氧呼吸，若细胞呼吸底物不同，其RQ不一定为1，B错误；剧烈运动时，动物会进行无氧呼吸生成乳酸，不消耗氧气，也不生成二氧化碳，不影响RQ，C错误；糖和脂肪中不含N，其呼吸商的大小与C、H、O的比例有关，与N无关，D错误。
10．(2016·山东临沂模拟)下图表示生物体内进行的能量释放、转移和利用过程。下列有关叙述正确的是(　　)
A．a过程的完成一定伴随H2O和CO2的生成
B．在人体剧烈运动过程中，肌肉细胞产生的甲中不含有乳酸
C．人体细胞中完成c过程的场所主要是线粒体
D．人体内的a过程会受肾上腺素和甲状腺激素的影响
[导学号29520149]　解析：选D。a过程可表示有氧呼吸与无氧呼吸过程，无氧呼吸过程不产生H2O，无氧呼吸中的乳酸途径也不产生CO2；在人体剧烈运动过程中，肌肉细胞进行无氧呼吸产生乳酸；c过程表示ATP水解释放能量，用于各项生命活动，而线粒体是细胞的“动力车间”，是主要的产能场所，不是主要的耗能场所；在人体内，肾上腺素、甲状腺激素可以使机体细胞代谢加快，故a过程会受到二者的影响。
11．(2016·辽宁锦州质检)在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如下表。若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是(　　)
CO2的释放量
O2的吸收量
a
10
0
b
8
3
c
6
4
d
7
7
A.a条件下，没有[H]和乳酸的产生
B．b条件下，有氧呼吸比无氧呼吸消耗的葡萄糖多
C．c条件下，种子消耗的葡萄糖最少
D．d条件下，产生CO2的场所是线粒体基质
[导学号29520150]　解析：选D。a条件下，不吸收氧气，只进行无氧呼吸，种子无氧呼吸葡萄糖无氧分解生成[H]和丙酮酸，丙酮酸和[H]进一步反应生成酒精和二氧化碳，无乳酸生成，有[H]生成，A错。b条件下，氧气吸收量为3，有氧呼吸释放的二氧化碳为3，消耗葡萄糖为3/6＝0.5；无氧呼吸释放的二氧化碳为8－3＝5，消耗葡萄糖为5/2＝2.5，B错。a条件下，消耗葡萄糖为10/2＝5;
b条件下，为0.5＋2.5＝3；c条件下，有氧呼吸消耗葡萄糖为4/6＝2/3，无氧呼吸消耗葡萄糖为(6－4)/2＝1，共消耗葡萄糖为1＋2/3≈1.67；d条件下氧气吸收量＝二氧化碳释放量，只进行有氧呼吸，消耗葡萄糖为7/6＝1.17；综上所述，d条件下，种子消耗的葡萄糖最少，C错。d条件下，葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]，第二阶段丙酮酸进入线粒体基质，和水反应生成二氧化碳，D正确。
12．利用如图1实验装置，测得温度与酵母菌无氧呼吸速率的关系如图2。下列相关叙述正确的是(　　)
A．试管中加水的主要目的是为细胞呼吸提供原料
B．将葡萄糖溶液煮沸的目的是除杂菌及排除氧气
C．可用溴麝香草酚蓝水溶液检测有无酒精产生
D．本实验说明25
℃为酵母菌无氧呼吸的最适温度
[导学号29520151]　解析：选B。A错误，试管中加水的主要目的是制造无氧环境；B正确，将葡萄糖溶液煮沸，可以杀灭杂菌并排除氧气；C错误，溴麝香草酚蓝水溶液可用于检测CO2，酸性的重铬酸钾可用于检测酒精；D错误，图2缺少温度大于25
℃时的相关实验数据，故不能说明25
℃为酵母菌无氧呼吸的最适温度。
13．如图甲为不完整的呼吸作用示意图，图乙为线粒体结构模式图。请据图回答下列问题：
(1)图甲中X代表的物质是________，E代表的物质可能是________________________________________________________________________。
(2)图甲中有氧呼吸的途径是________，其中产生能量最多的是________阶段(填字母)。
(3)图甲中C、D阶段发生的场所依次对应图乙中的________(填序号)。
(4)A阶段与E物质产生阶段的反应属于________________________________________________________________________，
写出有关的反应式________________________________________________________________________。
(5)叶绿体中产生的氧气进入到相邻细胞中被利用的过程中，氧气分子通过的生物膜共有________层，通过这些膜的方式是________________。
[导学号29520152]　解析：由题图分析可知，图乙中的①是线粒体内膜，②是线粒体基质，③是线粒体外膜；图甲中的A、C、D分别代表了细胞呼吸第一阶段反应、有氧呼吸第二阶段反应(在线粒体基质中进行)、有氧呼吸第三阶段反应(在线粒体内膜上进行)。有氧呼吸第三阶段释放的能量最多。图甲中的X应为丙酮酸，E为酒精和二氧化碳。叶绿体中产生的氧气通过自由扩散的方式进入到相邻细胞中被利用的过程中，氧气分子通过的生物膜共有6层(两层叶绿体膜、两层细胞膜和两层线粒体膜)。
答案：(1)丙酮酸　酒精和二氧化碳
(2)A、C、D　D　(3)②①
(4)无氧呼吸　C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量
(5)6　自由扩散
14．(2015·高考安徽卷节选)科研人员探究了不同温度(25
℃和
0.5
℃)条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化，结果见图1和图2。
(1)由图可知，与25
℃相比，0.5
℃条件下果实的CO2生成速率较低，主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
随着果实储存时间的增加，密闭容器内的________浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸，该实验还可以通过检测________浓度变化来计算呼吸速率。
(2)某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案：
①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封。
②将甲、乙瓶分别置于25
℃和0.5
℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。
③记录实验数据并计算CO2生成速率。
为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案(不考虑温度因素)。
a．_______________________________________________________________________；
b．_______________________________________________________________________。
[导学号29520153]　解析：(1)从题图中可知，0.5
℃的低温明显抑制了细胞呼吸，使CO2生成速率减慢，导致CO2释放量降低，主要原因是低温时与细胞呼吸有关的酶的活性降低，使CO2生成速率减慢；随着果实储存时间的增加，密闭容器内的CO2浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸。该实验还可以通过检测O2浓度变化(O2的减少量)来计算呼吸速率。
(2)该实验验证的是(1)中的结果，为了保证实验结果的准确性，选取的果实成熟度要一致，并且在每个温度条件下至少要有3个平行重复实验。
答案：(1)低温降低了细胞呼吸相关酶活性　CO2　O2　(2)选取的果实成熟度还应一致　每个温度条件下至少有3个平行重复实验
15．(2016·江苏泰州一诊)某校生物兴趣小组在学习了课本实验“探究酵母菌细胞的呼吸方式”后，想进一步探究酵母菌细胞在有氧和无氧的条件下产生等量CO2时，哪种条件下消耗葡萄糖较少的问题。他们进行了如下实验：将无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封(瓶中无氧气)，按如图装置实验。当测定甲、乙装置中CaCO3沉淀相等时，撤去装置，将甲、乙两锥形瓶溶液分别用滤菌膜过滤，除去酵母菌，得到滤液1和滤液2。请分析回答：
(1)甲、乙两组的实验变量是____________，实验中需控制的无关变量主要有________________________________________________________________________。
(2)酵母菌产生CO2的场所是________________________________________________________________________。
(3)利用提供的U形管(已知滤液中的葡萄糖不能通过U形管底部的半透膜，其余物质能通过)、滤液1和滤液2等，继续完成探究实验：
实验步骤：
①将__________的滤液1和滤液2分别倒入U形管的A、B两侧并标记；
②一段时间后观察__________的变化。
(4)实验结果预测和结论：
①如果________________________________________________________________________，
则有氧呼吸消耗的葡萄糖少；
②如果________________________________________________________________________，
有氧呼吸消耗的葡萄糖多；
③________________________________________________________________________。
[导学号29520154]　解析：(1)本实验的目的是探究酵母菌细胞在有氧和无氧的条件下产生等量CO2时，哪种条件下消耗葡萄糖较少的问题，所以甲、乙两组的实验变量是有无氧气，因而实验中需控制的无关变量主要有温度、pH、培养液量、培养液浓度等。
(2)酵母菌有氧呼吸时产生CO2的场所是线粒体，无氧呼吸时产生CO2的场所是细胞质基质，所以酵母菌产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体。
(3)滤液1和滤液2属于无关变量，应等量。一段时间后通过观察两侧液面的变化。由于葡萄糖不能通过半透膜，所以A侧和B侧液面的变化反映滤液1和滤液2中葡萄糖含量。若A侧液面上升，B侧液面下降，则有氧呼吸消耗的葡萄糖少；若A侧液面下降，B侧液面上升，则有氧呼吸消耗的葡萄糖多；A侧液面与B侧液面高度相同，则有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖一样多。
答案：(1)有无氧气　温度、pH、培养液量、培养液浓度等
(2)细胞质基质和线粒体
(3)①等量　②(两侧)液面
(4)①A侧液面上升，B侧液面下降
②A侧液面下降，B侧液面上升
③A、B两侧液面高度相同，有氧呼吸和无氧呼吸消耗的葡萄糖一样多第10讲　能量之源——光与光合作用
[考纲点击]　1.光合作用的基本过程(Ⅱ)　2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)　3.实验：叶绿体色素的提取和分离
一、捕获光能的色素和叶绿体的结构
1．色素的种类和功能
色素
功能
滤纸条上位置
叶绿素
叶绿素a：蓝绿色
吸收蓝紫光和红光
中下层
叶绿素b：黄绿色
最下层
类胡萝卜素
叶黄素：黄色
吸收蓝紫光
中上层
胡萝卜素橙黄色：
最上层
2.叶绿体
(1)结构示意图
(2)结构
↓决定
(3)功能：进行光合作用的场所
↑证明
(4)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位
巧
记
叶绿体
叶绿体膜两层，基质基粒来组成，
类囊体来堆叠，上有色素酶附着，
吸收光能来转化，光合作用好场所。
二、光合作用的探索历程[连一连]
　　　　　
三、光合作用的反应式及过程
1．反应式：CO2＋H2O
(CH2O)＋O2
2．过程
巧
记　光合作用过程的“一、二、三、四”
四、影响光合作用的因素
1．光合作用强度
(1)含义：植物在单位时间内通过光合作用制造有机物的量。
(2)指标：一定时间内原料消耗量或产物生成量。
2．影响光合作用的环境因素：CO2浓度、水分、光照的长短与强弱、温度的高低等。
3．光合作用与化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌等微生物
1．光合作用探究历程中的2种同位素
(1)18O：鲁宾和卡门利用HO和C18O2证明光合作用释放的氧气来自水。
(2)14C：卡尔文利用14CO2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．光合作用的2个场所
(1)光反应：叶绿体类囊体薄膜。
(2)暗反应：叶绿体基质。
3．光合作用过程中的3种能量变化
光能→活跃的化学能(ATP)→稳定的化学能(糖类)
4．光合作用2个过程中的物质变化
(1)光反应
①水的光解：2H2O4[H]＋O2
②ATP形成：ADP＋Pi＋能量ATP
(2)暗反应
①CO2的固定：CO2＋C52C3
②C3的还原：2C3
③ATP水解：ATPADP＋Pi＋能量
5．提高光合作用强度的2种措施
(1)控制光照强弱和温度的高低。
(2)适当增加环境中的CO2浓度。
考法一　以过程图为载体，考查光合作用的过程
1．光合作用反应条件和产物的实验探究
(1)普利斯特利实验
①缺乏对照实验，实验结果说服力不强。应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于含同一种但却死亡的植物的玻璃罩内，作为空白对照。
②普利斯特利没有认识到光在植物更新空气中的作用。
(2)萨克斯实验
①对照类型为自身对照，自变量为光的有无，因变量为颜色变化(有无淀粉生成)，实验组是遮光处理组，对照组为曝光处理组。
②该实验的关键是要进行饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强实验的说服力。
(3)恩格尔曼实验
①将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中光线和O2的影响。
②设置细光束和好氧菌的好处：能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位。
(4)鲁宾和卡门实验
①应用同位素标记法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中的转移途径。
②此实验设置了对照，自变量是标记物质即HO和C18O2，因变量是释放的O2有无放射性。
2．光反应与暗反应过程及产物的分析
(1)光反应与暗反应的联系
①光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。
②没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
(2)反应式及元素去向
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
(或6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2)
①氧元素
②碳元素：CO2―→C3―→(CH2O)
③氢元素：H2O―→[H]―→(CH2O)
3．环境条件骤变对光合作用过程的影响
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量变化可以采用下图分析：
(1)图示：
(2)分析
条件
C3
C5
[H]
和ATP
(CH2O)
合成量
曲线
光照强度由强到弱，CO2供应不变
增加
减少
减少或没有
减少
光照强度由弱到强，CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
光照不变，CO2量由充足到不足
减少
增加
增加
减少
光照不变，CO2量由不足到充足
增加
减少
减少
增加
(3)光合作用过程中C3、C5、[H]、ATP的变化规律
①C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少。
②[H]、ATP和C5的含量变化是一致的，都增加或都减少。
③光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。
各元素的去路及C3和C5的变化规律扫一扫　进入21世纪教育网精品微课
视角1 　
1．(过程示意图类)(2016·江西宜春考前模拟)某植物(其叶片如图1所示)放在黑暗中两天后，根据图2所示，处理其中一片叶片。然后将整株植物置于阳光下4小时，取该叶片经酒精脱色处理后，滴加碘液(棕黄色)显色，下列有关该实验结果和现象的描述正确的是(　　)
①X和Y两部分对照能证明光合作用需要水
②Y和木塞夹着的叶片部分对照能证明光合作用需要光
③实验后的结果显示出X为蓝色，Y为棕黄色
④W和X两部分对照能证明光合作用需要叶绿素等色素
A．③④　　
B．①③　　
C．②④　　
D．①②
解析：选A。X和Y两部分对照实验，Y部分缺少二氧化碳，能证明光合作用需要CO2，①不正确。木塞夹着的部分如不经过饥饿处理，原来残留的淀粉遇碘也会变蓝，②不正确。只有X部分条件充分且适宜，能进行光合作用，遇到碘成蓝色，其他都是棕黄色，故③正确。W和X两部分对照实验，W部分缺少叶绿素，不能吸收和转化光能，能证明光合作用需要叶绿素，④正确。
2．(原理判断类)实验发现将叶绿体从叶肉细胞中分离出来，破坏其外膜，仍然可以在光下利用二氧化碳生产有机物、放出氧气。以下分析正确的是(　　)
A．光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体内膜和基质中
B．叶绿体内膜具有选择透过性，外膜是全透的，起保护作用
C．光合作用必须在叶绿体中才能进行
D．叶绿素被破坏则不能进行光合作用
解析：选D。与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中，色素仅分布在类囊体薄膜上，A错误；叶绿体内膜和外膜都具有选择透过性，B错误；蓝藻没有叶绿体，也能进行光合作用，C错误；叶绿素在光反应中吸收和转化光能，叶绿素被破坏，则不能进行光合作用，D正确。
视角2 　
3．(隐性考查过程类)关于小麦光合作用的叙述，错误的是(　　)
A．类囊体膜上产生的ATP可用于暗反应
B．夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高
C．进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原
D．净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长
解析：选B。类囊体膜上进行光反应产生的ATP可用于暗反应，A正确；夏季晴天光照最强时，由于高温导致气孔关闭，CO2吸收减少，小麦光合速率下降，B错误；进入叶绿体中的CO2必须先经过固定，形成C3后才被NADPH还原，C正确；净光合速率长期为零时，有机物积累量为零，导致幼苗停止生长，D正确。
4.(过程示意图类)(2015·高考安徽卷)右图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
解析：选C。ATP为C3的还原提供能量，并将能量转移到(CH2O)等有机物中，CO2的固定不需要能量，A项错误。暗反应中，必须经过CO2的固定和C3的还原才能形成有机物，B项错误。在暗反应中，一部分C3经过一系列变化形成C5，一部分C3还原成(CH2O)等有机物，C项正确。在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的[H]减少，ATP形成减少，故[H]和ATP的含量下降，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量上升，C5含量下降，D项错误。
视角3 　依托光合作用相关过程或图示，考查环境因素变化导致的物质相对含量变化的判断
5．(原理判断类)(2014·高考全国卷Ⅰ)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A．O2的产生停止　　　
B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降　　
D．NADPH/NADP＋比值下降
解析：选B。用黑布迅速将培养瓶罩上，导致绿藻细胞叶绿体内的光反应停止，不再产生O2、ATP和NADPH，使ATP/ADP、NADPH/NADP＋比值下降，A、C、D正确；光反应停止，使暗反应中的C3还原受阻，导致C5含量减少，从而使CO2的固定减慢，B错误。
6．(曲线图类)(2016·浙江温州十校联考)下图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述，正确的是(　　)
A．t1→t2，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应(碳反应)限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低
解析：选D。水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质，A项错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3→t4，暗反应增强，加快了ATP和ADP的转化，同时促进了光反应，C项错误；t4后突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D项正确。
7．(实验结果分析类)(2015·高考全国卷Ⅰ)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135
s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5
s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5
s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75
ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135
s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着________________________________________________________________________
的增加，使光下产生的______________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
解析：(1)C组的光合作用时间仅仅是D组的一半，但C组光合作用产物的相对含量与D组相差很少，可以判断C组单位光照时间内植物合成有机物的量高于D组。C组和D组的结果对照说明黑暗处理时也进行光合作用，即光合作用过程中某些反应不需要光照，该反应指的是暗反应，进行暗反应的场所是叶绿体基质。
(2)比较A、B、C三组可以看出，三组的光照和黑暗交替频率不同，交替频率增加可使光照下产生的ATP和还原型辅酶Ⅱ及时利用和再生，从而提高光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%　光照　基质
(2)光照和黑暗交替频率　ATP和还原型辅酶Ⅱ
考法二　以曲线图为载体，考查影响光合作用的环境因素
1．单因子变量对光合作用速率的影响
(1)光照强度(如下图)
①曲线分析
A点
AB段
B点
B点后
②应用：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(如下图)
①曲线分析
图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的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′点对应的CO2浓度都表示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，提高光合作用速率。
(3)温度(如下图)
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作用速率。
②应用：冬季，温室栽培可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
2．多因子变量对光合作用速率的影响
(1)曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，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。
视角1 　
1．(多曲线类)(2016·兰州月考)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。下列分析错误的是(　　)
A．图甲中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量
B．图乙中d点与c点相比，相同时间内叶肉细胞中C3的生成量多
C．图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度
D．图丙中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
解析：选D。图甲表示光照强度对光合速率的影响，当光合速率达到最大值时，限制其不再增加的外部因素有CO2浓度、温度等，内部因素有酶的数量、色素的种类和数量等；图乙中d点与c点相比，d点光照较强，生成的[H]、ATP较多，所以暗反应中C3的还原过程加强，消耗的C3较多，从而使CO2的固定加强，相同时间内d点比c点生成的C3总量多；图丙中，温度对光合速率的影响是通过影响酶的活性来实现的，其曲线走势应为抛物线型，而不是稳定不变。
2．(表格信息分析类)(2014·高考广东卷)观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表，请回答下列问题：
光照强度
叶色
平均叶面积(cm2)
气孔密度(个·mm－2)
净光合速率(μmol
CO2·m－2·s－1)
强
浅绿
13.6(100%)
826(100%)
4.33(100%)
中
绿
20.3(149%)
768(93%)
4.17(96%)
弱
深绿
28.4(209%)
752(91%)
3.87(89%)
(注：括号内的百分数以强光照的数据作为参照)
(1)CO2以________方式进入叶绿体后，与________结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供的________。
(2)在弱光下，柑橘通过____________和____________来吸收更多的光能，以适应弱光环境。
(3)与弱光下相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数________，单位时间内平均每片叶CO2吸收量________。对强光下生长的柑橘适度遮阴，持续观测叶色、叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改变的是________________，最后发生改变的是________。
解析：(1)根据光合作用的过程可知，暗反应阶段叶片通过气孔吸收CO2，CO2进入细胞后以自由扩散的方式进入叶绿体，进而被C5固定形成C3，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP释放的能量并且被[H]还原为糖类和C5。(2)通过表格数据可以看出：弱光下，植物为了适应环境，通过增加叶绿素含量(叶色为深绿)和提高平均叶面积(是强光下的209%)来吸收更多的光能。(3)柑橘平均每片叶的气孔总数＝平均叶面积×气孔密度，通过计算可知，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数最少，柑橘平均每片叶的净光合速率＝平均叶面积×净光合速率，通过计算可知，强光下柑橘平均每片叶的净光合速率最小，说明单位时间内平均每片叶CO2吸收量最少。在遮阴条件下，植物接受的光照减少，会首先影响其光合速率，净光合速率随之改变。为了适应弱光环境，植物要合成更多的叶绿素来尽量提高光合速率，一段时间后，植物叶面积也会变大，以便通过增加气孔总数来提高光合速率。
答案：(1)自由扩散　五碳化合物(C5)　[H]和ATP　(2)增加叶绿素含量　提高平均叶面积　(3)少　少　净光合速率　叶面积
视角2 　
3．(实验装置图与曲线类)(2016·江苏盐城月考)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)，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是(　　)
A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B．在bc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溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶圆片不能进行呼吸作用
解析：选C。在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增大，A错误；光合作用有最适温度，超过最适温度后，再增加温度后光合作用速率反而下降，叶圆片上浮时间延长，B错误；c点以后，NaHCO3溶液浓度过高，导致叶肉细胞失水，使得细胞代谢水平下降，C正确；整个实验过程中叶圆片可以通过叶绿体产生的氧气进行有氧呼吸，D错误。
4．(实验装置图类)(2016·湖北天门调研)水生植物生长时要进行光合作用，请用下列简易装置来测量黑藻的光合作用强度(以单位时间内产生氧气的量表示)。
实验材料和用具：带单孔塞的玻璃瓶，量筒，0.1%的NaHCO3溶液，新鲜黑藻，大烧杯，乳胶管，U形玻璃细管(有刻度)，温度计，沸水，清水等。
(1)本实验的装置里缺少________，影响光合作用的正常进行，添加________________可以得到解决。
(2)某同学利用此装置研究影响光合作用的因素。
Ⅰ.实验步骤：
①取两个上述装置，编号甲、乙。甲、乙两瓶内加入的____________________、____________________完全相同。连接好导管和U形管后，调节U形管的水面高度至固定刻度。
②将甲装置安放在大烧杯中，用________________________________________________________________________
调至预设温度。乙装置作为对照组安放在装有自然温度的________的大烧杯中。
③将甲乙两装置放在光照强度相同且适宜的条件下培养，并开始计时。
④一段时间后，分别测量________________________________________________________________________，
根据实验结果，比较在这段时间内甲乙的光合作用强度。
Ⅱ.实验目的：研究________________________________________________________________________。
解析：(1)本实验中缺少原料CO2，影响光合作用的正常进行，添加0.1%的NaHCO3溶液可以得到解决。(2)Ⅰ.①实验组和对照组中应放相同的新鲜黑藻茎段量、添加的各种化学成分等；②甲装置安放在大烧杯中，用一定量的沸水和清水勾兑调至预设温度作为实验组，乙装置作为对照组安放在装有自然温度的等量清水的大烧杯中。④一段时间后，分别测量甲乙的U形玻璃管两边的液面差来比较在这段时间内甲乙的光合作用强度。Ⅱ.由于实验的变量是温度，因此本实验是研究温度对黑藻光合作用的影响。
答案：(1)CO2　0.1%的NaHCO3溶液
(2)Ⅰ.实验步骤：
①新鲜黑藻茎段量　添加的各种化学成分等(或是黑藻量、0.1%的NaHCO3溶液量)
②一定量的沸水和清水勾兑　等量清水
④甲乙的U形玻璃管两边的液面差(下降和上升的高度和)
Ⅱ.实验目的：温度对黑藻光合作用的影响(其他合理答案也可)
　绿叶中色素的提取和分离
1．实验原理
(1)提取：绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水，可用无水乙醇提取色素。
(2)分离：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。
2．实验步骤
提取色素：称取5
g绿叶，剪碎，放入研钵中，加入少量二氧化硅、碳酸钙和10
mL无水乙醇→研磨→过滤→收集到试管内并塞严试管口。
↓
制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，将滤纸条一端剪去两角，在距离剪角一端1
cm处用铅笔画一条细的横线。
↓
画滤液细线：用毛细吸管吸取少量的滤液，沿铅笔线均匀地画一条细线，待滤液干后，再画1～2次。
↓
分离色素：将适量的层析液倒入试管中，分离过程如图所示：
↓
观察结果：滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带，如图所示：
3．实验成功的关键
(1)叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多色素。
(2)研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。
(3)滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再重复画1～2次。
(4)滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
「典例引领」
下图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(　　)
A．提取色素时加入石英砂、碳酸钙是为了防止滤液挥发
B．水稻在收获时节，叶片中色素量变为(甲＋乙)<(丙＋丁)
C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大
D．四种色素中，丙和丁主要吸收红光
[解析]　依柱状图中扩散距离可推知，甲表示叶绿素b，乙表示叶绿素a，丙表示叶黄素，丁表示胡萝卜素。在提取色素时，加入碳酸钙的目的是防止研磨过程中，叶绿素遭到破坏；在水稻的收获季节，叶绿素(甲＋乙)的含量小于类胡萝卜素(丙＋丁)；丁在层析液中的溶解度最大，故扩散得最远；叶绿素(甲和乙)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素(丙和丁)主要吸收蓝紫光。
[答案]　B
「对位训练」
1．(2015·高考江苏卷改编)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。
下列叙述错误的是(　　)
A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
解析：选D。根据“绿叶中色素的提取和分离实验”的实验结果可知，图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ色素条带分别代表胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。由题图可知，正常光照与强光照相比，正常光照下叶绿素含量高，强光照下叶绿素含量低，A项正确。强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照，B项正确。叶绿素a的吸收光谱的吸收峰波长约为430
nm和660
nm，叶绿素b的吸收光谱的吸收峰波长约为460
nm和640
nm，C项正确。画滤液线时，首先画出一条细线，待滤液干后，再重复画一两次，目的是增加滤液线中的色素含量，以便层析后获得更清晰的色素条带，D项错误。
2．根据“绿叶中色素的提取和分离”实验，回答下列问题：
(1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行该实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为____________。
(2)乙同学在改变层析液组成的情况下进行相同实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的____________来判断条带的色素种类。
(3)实验结束几天后，乙同学发现部分预留叶片已变黄。他认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为是某些色素含量增加造成的。根据所学知识，设计实验来判断哪位同学的观点是正确的。________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)呈黄绿色的色素带为叶绿素b。(2)可通过分析色素溶液的吸收光谱来判断条带的色素种类。(3)可通过色素提取和分离实验，比较这种叶片和新鲜叶片色素的组成及各种色素的含量后，得出结论。
答案：(1)叶绿素b　(2)吸收光谱
(3)从预留的叶片中挑选出足量的、数量相等、大小相近的已变黄的叶片和新鲜叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行绿叶中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这种叶片与新鲜叶片色素的组成及各种色素的含量后，得出结论
[误区补短]
易错点1　误认为用光照射叶绿体中提取的色素就能发生光反应
[点拨]　叶绿体中的色素具有吸收、传递、转化光能的作用，但发生光反应除色素、光照之外，还需ADP、Pi、H2O、[H]、酶等。
易错点2　误认为暗反应被阻断时，光反应不会被阻断
[点拨]　当暗反应被阻断时，光反应产生的[H]、ATP出现积累而使光反应受到抑制。
易错点3　误认为光反应产生的ATP可用于其他生命活动，线粒体产生的ATP可用于暗反应
[点拨]　光反应产生的ATP仅用于暗反应C3化合物的还原，线粒体产生的ATP用于除光合作用之外的其他生命活动。
易错点4　持续光照与间断光照下光合作用制造的有机物的量不同
[点拨]　如甲一直光照10分钟；乙光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物甲<乙(暗反应时间长)。
易错点5　元素的移动途径梳理不清
[点拨]　CO2中C进入C3但不进入C5，最后进入(CH2O)，C5中C不进入(CH2O)，可用放射性同位素标记法证明。
易错点6　白天植物并不只进行光合作用
[点拨]　(1)植物在白天时同时进行光合作用和细胞呼吸。CO2的吸收量是指植物从外界环境中吸收的CO2量，代表植物的净光合速率，植物实际光合速率应该包含植物呼吸产生的CO2量和从外界环境中吸收的CO2量。
(2)在黑暗中测得单位时间CO2释放量即为呼吸速率，没有说明的情况下，白天也是一样的呼吸速率。
易错点7　易忽略温度改变对光合作用的影响
[点拨]　温度改变时，不管是光反应还是暗反应均会受影响，但主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
微观清障
1．判断下列有关叶绿体及色素的叙述
(1)(2014·重庆卷T1C)叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢。(　　)
(2)叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。(　　)
(3)利用纸层析法可分离4种叶绿体色素。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)√
2．判断下列有关光合作用和化能合成作用的叙述
(1)光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂。(　　)
(2)硝化细菌虽然不能进行光合作用，但是自养生物。(　　)
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)√
3．判断下列有关影响光合作用的因素及应用的叙述
(1)(2015·山东卷T4D)适宜条件下光合作用过程中C5/C3的比值，停止供应CO2后比停止前高。(　　)
(2)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度一直保持稳定，不变化。(　　)
(3)停止供水，植物光合速率下降，这是由于水是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√
[能力培优]
　有机物情况变化曲线及
密闭环境中一昼夜CO2含量的变化曲线解读
[信息解读]
(1)有机物情况变化曲线解读(图1)
①积累有机物的时间段：ce段。
②制造有机物的时间段：bf段。
③消耗有机物的时间段：Og段。
④一天中有机物积累最多的时间点：e点。
⑤一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN。
(2)在相对密闭的环境中，一昼夜(CO2)含量的变化曲线解读(图2)
①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。
②如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。
③如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
④CO2含量最高点为c点对应时刻，CO2含量最低点为e点对应时刻。
强化训练
1．将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后，测得容器内CO2和O2浓度相等(气体含量相对值为1)，在天气晴朗时的早6时移至阳光下，日落后移到暗室中继续测量两种气体的相对含量，变化情况如图所示。下列对此过程的分析正确的是(　　)
A．只有在8时光合作用强度与呼吸作用强度相等
B．在9～16时之间，光合速率＞呼吸速率，O2浓度不断上升
C．该植物体内17时有机物积累量小于19时的有机物积累量
D．该植物从20时开始进行无氧呼吸
解析：选B。A项，分析题图知，光合作用强度与呼吸作用强度相等的点是氧增加为零(或CO2减少为零)的点，8时和17时光合作用强度和呼吸作用强度相等。B项，分析曲线知，在9～16时之间，O2浓度不断增加，光合速率大于呼吸速率。C项，分析曲线知，17时植物体内有机物积累量最大，19时光合强度小于呼吸强度，植物体内有机物逐渐减少。D项，分析题图曲线知，20时后，O2浓度逐渐减少，说明植物仍进行有氧呼吸。
2．(2016·江西南昌三校联考)将两株植物放在封闭的玻璃罩内，用完全营养液并置于室外进行培养(如图甲所示)，假定玻璃罩内植物的生理状态和自然环境中相同，且空气湿度对植物蒸腾作用的影响、微生物对CO2浓度的影响均忽略不计。现用CO2浓度测定仪测定了24小时内该玻璃罩内CO2浓度的变化情况，绘制成如图乙所示曲线。请据图分析回答：
(1)上图显示，影响光合作用的外界因素有____________(至少答出两点)。
(2)BC段与AB段相比，曲线上升较缓，其原因是________________________；CD段与AB段相比，曲线上升较缓，其原因是________________________________________________________________________。
(3)D点时植物生理活动过程中相关代谢速率的特点是
________________________________________________________________________。
(4)EF段说明此时植物光合作用速率________(填“较快”或“较慢”)，其原因最可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)EF段与DE段相比，其叶肉细胞中C5的含量较____________________。
(6)24点与0点相比，植物体内有机物总量的变化情况是________。(“增多”“不变”或“减少”)
解析：(1)由图可知，影响光合作用的外界因素有光照强度、温度、CO2浓度等。
(2)BC段与AB段相比，在凌晨2～4时，外界温度较低，导致酶的活性降低，植物呼吸速率减慢，因而释放的CO2量减少，故曲线上升较缓；CD段与AB段相比，在上午的6～8时，已有较弱的光照强度，植物进行光合作用吸收了部分的CO2，因而曲线上升较缓。
(3)D点后玻璃罩内CO2的浓度开始减少，说明D点时该植物的光合速率等于呼吸速率。
(4)图中EF段曲线下降较缓，说明此时植物光合作用速率较慢，其原因最可能是正中午时光照过强，温度过高，导致部分气孔关闭，CO2来源减少，光合速率降低。
(5)EF段与DE段相比，光照增强，光合作用的光反应速率加快，生成的[H]和ATP增多，导致暗反应中C3的还原过程加快，使其叶肉细胞中C5的含量增加。
(6)24点与0点相比，玻璃罩内CO2的浓度降低，说明经过一昼夜后植物体的总光合速率大于呼吸速率，因而玻璃罩内有机物的总量增多。
答案：(1)光照强度、温度、CO2浓度(任选二点作答)
(2)夜间温度较低影响了呼吸酶的活性　光合作用吸收了部分的CO2
(3)光合作用速率与呼吸作用速率相等
(4)较慢　光照过强，温度过高，气孔关闭，CO2来源减少，光合速率降低
(5)高
(6)增多
考点一　光合作用的过程及影响因素
1．(2016·吉林长春质量检测三)下列关于光合作用的叙述，错误的是(　　)
A．光反应阶段不需要酶的参与
B．暗反应阶段既有C5的生成又有C5的消耗
C．光合作用过程中既有[H]的产生又有[H]的消耗
D．光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能
[导学号29520155]　解析：选A。光反应阶段，由ADP和Pi形成ATP时需要ATP合成酶的参与；在暗反应阶段二氧化碳与C5反应生成C3，然后C3又被还原生成(CH2O)和C5；光合作用过程中先在光反应阶段将光能转化为ATP和[H]中的化学能，然后在暗反应阶段将ATP和[H]中的化学能转化为(CH2O)中稳定的化学能。
2．(2016·安徽三校联考)下图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)，下列判断错误的是(　　)
A．绿色植物能利用a物质将光能转换成活跃的化学能储存在c中
B．e中不储存化学能，所以e只能充当还原剂
C．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将会上升
[导学号29520156]　解析：选B。a为光合色素，能吸收、传递、转化光能到ATP中，A正确；e为水光解生成[H]，也含有活跃的化学能，参加暗反应C3的还原，B错误；图中①表示根系从土壤中吸收水分，③表示水的光解生成[H]和氧气，C正确；g为二氧化碳，供应充足时，突然停止光照，生成[H]和ATP量下降，C3的还原下降，另一方面，二氧化碳固定C5生成C3，故D正确。
3．(2016·江苏盐城月考)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是(　　)
A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少
B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加
C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加
D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少
[导学号29520157]　解析：选B。突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5化合物的增加，C3化合物的减少，即C5/C3比值增加，A错误；突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP的增加，ADP化合物的减少，即ATP/ADP比值增加，B正确；突然将红光改变为绿光，光反应停止，会暂时引起叶绿体基质中C5化合物的减少，C3化合物的增加，即C5/C3比值减少，C错误；突然将绿光改变为红光，则表明光照强度增加，则引起光反应增加，[H]和ATP含量增加，即ATP/ADP比值增大，D错误。
考点二　叶绿体中色素的提取和分离
4．(2016·甘肃河西三校一联)关于叶绿体色素的叙述，错误的是(　　)
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
C．溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散的慢
D．研磨叶片时，用无水乙醇溶解色素
[导学号29520158]　解析：选C。叶绿素a和叶绿素b中都含有镁元素，A正确；叶绿素a和叶绿素b在红光区域的吸收峰值有差异，B正确；溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散的快，C错误；叶片研磨过程中加入的无水乙醇能够溶解色素，D正确。
5．为探究土鸡蛋蛋黄一般比饲料鸡蛋蛋黄颜色要深的原因，有人做了叶绿体和两种蛋黄中色素提取与分离的实验，另外还比较了两种蛋黄中色素提取物质的吸收光谱，结果如下图所示。据此可知土鸡蛋与饲料鸡蛋蛋黄中所含有色素种类及含量的关系是(　　)
A．色素种类不同，但总的含量相同
B．色素种类相同，但总的含量不同
C．色素种类和含量均不相同
D．色素种类和含量均相同
[导学号29520159]　解析：选B。图甲中由下到上分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，图乙、图丙中对应图甲中的叶黄素，并且色素带的宽度不一样，说明其含量不同；通过图丁、图戊分析，叶黄素主要吸收蓝紫光，可知两种色素的种类是相同的，故B正确。
6.夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。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
[导学号29520160]　解析：选D。由图可知，a点是光合速率和呼吸速率相等的点，在a点之前就进行光合作用，A项错误；CO2的吸收速率(净光合速率)大于零，说明植物在积累有机物，6～18时，植物一直在积累有机物，所以有机物积累量最多是在18时，B项错误；b～c段的变化是由于温度高，蒸腾作用旺盛，植物为了减少水分的散失而关闭气孔，致使植物吸收CO2量减少，d～e段的变化是由光照强度减弱引起，C项错误；在b～d段，甲植株没有出现CO2吸收速率下降，有可能是某种原因导致其叶片的气孔无法关闭，D项正确。
7．(2015·高考福建卷)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是(　　)
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
[导学号29520161]　解析：选B。CO2＋C5(RuBP)→2C3为CO2的固定，属于光合作用中的暗反应过程。A项，RuBP
羧化酶催化CO2的固定过程，发生的场所为叶绿体基质。B项，
CO2的固定在有光和无光条件下都能进行，所以RuBP
羧化酶催化该过程在有光和无光条件下都可进行。C项，对CO2中的C用同位素14C标记，可以追踪C元素的转移途径，这种方法就叫同位素标记法。D项，单位时间内14C3生成量越多，说明反应速率越快，即RuBP羧化酶的活性越高。
8．(2016·湖北重点中学模拟)如图是夏季连续两昼夜内，某野外植物CO2吸收量和释放量的变化曲线图，S1～S5表示曲线与横轴围成的面积。下列叙述错误的是(　　)
A．图中B点和I点，该植物的光合作用强度和呼吸作用强度相同
B．图中DE段不是直线的原因是夜间温度不稳定，影响植物的呼吸作用
C．如果S1＋S3＋S5>S2＋S4，表明该植物在这两昼夜内有机物的积累为负值
D．图中S2明显小于S4，造成这种情况的主要外界因素最可能是CO2浓度
[导学号29520162]　解析：选D。题图中的B点和I点对应的纵坐标为0，说明这两个点对应的净光合速率为0，即：光合作用强度和呼吸作用强度相同，A正确；DE段为夜间，影响呼吸作用的主要因素是温度，由于夜间温度有起伏，因此DE段不是直线，B正确；两昼夜内有机物的积累量等于曲线与横轴围成的正面积和负面积之和，即：有机物积累量：(S2＋S4)－(S1＋S3＋S5)，如果S1＋S3＋S5>S2＋S4，则说明有机物积累量为负值，C正确；对于野外植物而言，CO2对其影响较小，因此影响白天光合作用的因素最可能是光照强度，即：第一天为阴天，第二天光照正常，D错误。
9．(2016·山西太原模拟)植物叶片中有一种酶，是叶片中含量最高的蛋白质，其功能是催化反应C5＋CO2→2C3。由此推断这种酶(　　)
A．主要分布在细胞质基质中
B．在低温环境中会失活，导致光合速率降低
C．是固定CO2的关键酶，其催化活性可能比其他酶低
D．由叶绿体中的基因控制合成，与细胞核基因无关
[导学号29520163]　解析：选C。题干反应的是二氧化碳的固定过程，发生在叶绿体基质中，A错误；在低温下，酶的活性受到抑制，但酶的空间结构并没有改变，故低温下酶不会失活，B错误；该酶是固定二氧化碳的关键酶，根据该酶在叶片中含量最高，说明该酶的活性可能比其他酶的活性低，C正确；根据题中的信息，不能确定该酶是由细胞核基因控制合成的，还是由叶绿体基因控制合成的，或者由两类基因共同控制合成的，D错误。
10．(2016·四川资阳模拟)研究者探究不同光强(即光照强度)条件下，两种不同浓度CO2对某种蓝藻生长的影响，结果如下图所示。下列关于该实验的叙述，不正确的是(　　)
A．“●”和“■”分别表示高浓度和低浓度CO2下的测量结果
B．该探究活动中若测量O2释放量，可得到相似的实验结果
C．低光强时，不同的CO2浓度对干重增加的影响不显著
D．高浓度CO2时，不同的光强对干重增加的影响不显著
[导学号29520164]　解析：选D。CO2浓度是限制光合作用的一个重要因素，在一定CO2浓度的范围内，光合作用强度会随着CO2浓度的升高而增大，分析图示可知，在相同光照强度下，“●”的光合作用强度比“■”高，因此“●”和“■”应分别表示高浓度和低浓度CO2下的测量结果，A正确；光照强度可用单位时间内氧气的释放量来表示，所以，若在该探究活动中测量O2释放量，可得到相似的实验结果，B正确；分析图示可知，低光强下，不同的CO2浓度对干重增加的影响不显著，而高光强下高浓度的CO2对干重增加的影响显著，C正确，D错误。
11．下表是在适宜条件下测得的某植物叶绿体色素吸收光能的情况，有关分析不正确的是(　　)
波长(nm)
400
450
500
550
600
670
700
吸收光能的百分比(%)
叶绿素a
40
68
5
15
16
40
16
全部色素
75
93
50
35
45
75
35
A.O2的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比变化基本一致
B．光的波长由550
nm转为670
nm时，叶绿体中C3的量会增加
C．该植物缺Mg时，叶绿素a吸收的光能百分比的减少幅度更大
D．环境温度降低，该植物对光能的利用效率降低
[导学号29520165]　解析：选B。色素吸收的光能可以用于水的光解，水光解时产生[H]和氧气，故色素吸收光能情况与氧气释放速率基本一致，A正确；由550
nm波长的光转为670
nm波长的光时，色素吸收的光能增加，短时间内光反应阶段产生的[H]和ATP增多，C3的还原加快，CO2固定基本不变，故C3含量减少，B错误；由于Mg是叶绿素的重要组成元素，当植物缺乏Mg时，叶绿素a吸收的光能百分比的减少幅度更大，C正确；表格中数据是在适宜条件下的吸收光能情况，当环境温度降低时，利用光能的能力会降低，D正确。
12．(2016·安徽合肥一检)某种观赏植物A在干旱条件下，会改变CO2吸收方式。测得正常和干旱条件下，植物A昼夜气孔开放度与CO2吸收速率的变化情况如下表所示：
项目
0：00
4：00
8：00
12：00
16：00
20：00
24：00
正常
气孔开放度(%)
90
90
90
70
85
90
90
CO2吸收速率相对值
－20
－20
0
100
30
－20
－20
干旱
气孔开放度(%)
70
70
10
0
15
70
70
CO2吸收速率相对值
40
40
极少
0
5
40
40
(1)正常条件下8：00时，叶绿体中[H]转移的方向为______________________________，线粒体中[H]转移的方向为________________________________________________________________________。　　　　　　　
(2)在干旱条件下4：00时，植物A________(填“发生”或“不发生”)光合作用的暗反应，原因是________________________________。已知在干旱条件下12：00，植物A发生明显的有机物积累，请推测光合作用所需CO2来源为____________________________________。此时实验测得CO2吸收速率相对值为零的原因是________________。
[导学号29520166]　解析：(1)8：00时，植物既进行光合作用，又进行呼吸作用，叶绿体中在光反应阶段产生[H]，暗反应阶段消耗[H]，故[H]从类囊体薄膜转移到叶绿体基质。线粒体中有氧呼吸第二阶段产生[H]，第三阶段消耗[H]，故[H]从线粒体基质向线粒体内膜转移。
(2)光反应为暗反应提供[H]和ATP，4：00时无光，不能进行光反应，也就不能进行暗反应。12：00时，气孔关闭，但能进行光合作用，则二氧化碳可能来自夜间吸收并储存的CO2和呼吸作用产生的CO2。
答案：(1)从类囊体向叶绿体基质　从线粒体基质向线粒体内膜
(2)不发生　无光照则无光反应为暗反应供氢供能　呼吸作用释放和夜间吸收并储存的CO2　气孔关闭
13．(2016·广东韶关测试)为研究棉花去棉铃(果实)后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量。结果如图：
(1)光合作用碳(暗)反应利用光反应产生的ATP和________________，在________中将CO2转化为三碳糖，进而形成淀粉和蔗糖。
(2)由图1可知，随着去除棉铃百分率的提高，叶片光合速率____________。本实验中对照组(空白对照组)植株CO2固定速率相对值是____________。
(3)由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中__________________增加。已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，____________降低，进而在叶片中积累。
(4)综合上述结果可推测，叶片光合产物的积累会________光合作用。
(5)一种验证上述推测的方法为：去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测________叶片的光合产物含量和光合速率，与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是__________________，则支持上述推测。
[导学号29520167]　解析：(1)光合作用的光反应为暗反应提供ATP和[H](或NADPH)，用于C3的还原，暗反应场所在叶绿体基质中。
(2)由图可知，去除棉铃百分率越高，二氧化碳固定越少，即光合速率下降；空白对照是不去除棉铃，相对值是28。
(3)由图2可知，淀粉和蔗糖含量随去除棉铃的百分率增大而增大。由于去除棉铃，有机物输出受阻，进而在叶片中积累。
(4)叶片光合产物的积累会抑制光合作用。
(5)两组实验一组遮光、一组不遮光，测光合产物含量和光合速率，应测不遮光的(遮光的不进行光合作用)，与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是光合产物含量下降，光合速率上升，则支持上述推测。
答案：(1)[H](或NADPH)　叶绿体基质
(2)逐渐下降　28
(3)淀粉和蔗糖的含量　输出量
(4)抑制
(5)未遮光的　光合产物含量下降，光合速率上升
14．(2016·宁夏银川模拟)大豆是我国重要的经济作物。土壤中的微生物能将有机物分解为某些小分子物质供给大豆。为研究这些物质对大豆幼苗生长的影响，在不含有机物的相同土壤中按照表格投放植物落叶等有机物，充分作用后播种大豆种子，出苗一段时间后测定大豆有关指标，结果如表。请分析回答：
分组
有机物投放量(kg)
叶绿素含量(mg/m2叶)
C5转变为C3效率
总光合速率(mgCO2/h)
甲
0
0.80
20%
2.69
乙
20
2.37
41%
4.46
丙
40
4.65
82%
8.98
(1)该实验的实验组是________，表格中除了________________以外其他的都是因变量。
(2)测定大豆叶片叶绿素含量时，提取色素的试剂及分离色素方法分别是__________和__________。
(3)据表分析有机物投放量高的土壤中为叶绿素合成提供了大量的N、Mg等必需矿质元素，叶绿素的含量升高可以直接促进光反应合成更多的________以促进暗反应。
(4)结合表格联系光合作用的发现历程分析：该实验选择测定叶绿素含量、C5转变为
C3效率的目的是探究________________________________________________________________________。
[导学号29520168]　解析：(1)实验目的是探究土壤中的微生物能将有机物分解成的某些小分子物质对大豆幼苗生长的影响，故自变量为某些小分子物质，通过加入有机物控制，实验组为乙和丙(不同量的有机物)，对照组为甲，无有机物。因变量为大豆幼苗生长情况，通过叶绿素含量、C5转变为C3效率、总光合速率检测。
(2)叶绿素容易溶解在有机溶剂，如无水乙醇等，用无水乙醇提取色素；不同色素在层析液的溶解度不同，随着层析液在滤纸条上扩散速率不同，故用纸层析法进行色素分离。
(3)叶绿素在光合作用的光反应中吸收光能，进行水光解生成[H]和O2，促进ADP与Pi发生化学反应，生成ATP，[H]和ATP参加暗反应，把C3还原生成有机物。
(4)叶绿素吸收光能促进光反应，其含量高低代表光反应速率；C5转变为C3速率代表暗反应速率，故选择测定叶绿素含量、C5转变为
C3效率的目的是探究有机物对大豆幼苗光合作用的影响是影响光反应，还是影响暗反应。
答案：(1)乙、丙　有机物投放量
(2)无水乙醇　纸层析法
(3)[H]和ATP
(4)有机物对大豆幼苗光合作用的影响是影响光反应还是暗反应单元能力提升
光合作用和细胞呼吸的综合应用
一、光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动
1．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。
(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。
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。
(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，曲线上的A点下移、其他点向左下方移动，反之A点上移、其他点向右上方移动。
(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的A点不动，其他点向左下方移动，反之向右上方移动。
　　已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25
℃和30
℃，如图表示30
℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25
℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、c的移动方向分别是(　　)
A．下移、右移、上移　　　　　
B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移　　
D．上移、右移、上移
[解析]　图中a、b、c三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25
℃和30
℃”可知当温度从30
℃降到25
℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(c点)时吸收的CO2增多，c点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25
℃时细胞呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。
[答案]　C
[突破训练1 1]　植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下，测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率。下列有关说法，不正确的是(　　)
A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是叶绿体
B．该植物叶片的呼吸速率是5
mg/(100
cm2叶·小时)
C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点光照强度条件下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100
cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45
mg
D．已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25
℃和30
℃，若将温度提高到30
℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中b点将右移，c点将下移
解析：选A。由题图可知，在a点时该植物只进行细胞呼吸，不能进行光合作用，所以在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体。从题图中可以看出，光照强度为0时，a点对应的值即为呼吸速率。将该植物叶片置于c点光照强度条件下11小时，每100
cm2叶片CO2的净吸收量为10×11＝110
mg；其余时间置于黑暗中，每100
cm2叶片CO2的释放量为5×13＝65
mg，故每100
cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为110－65＝45
mg。若将温度升高到30
℃，则细胞呼吸强度会增大，光合作用强度会减小，故b点将右移，c点将下移。
[突破训练1 2]　(2016·湖南长沙联考)某学校生物兴趣小组用伊乐藻进行光合作用的实验，将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以白炽灯作为光源，移动白炽灯调节其与大试管的距离，分别在10
℃、20
℃和30
℃下进行实验，观察并记录不同距离下单位时间枝条产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响
B．a点和c点的限制因素分别为温度和光照强度
C．b点条件下伊乐藻能进行光合作用
D．若在缺镁的培养液中进行此实验则b点向右移动
解析：选D。b点为光的补偿点(光合作用氧气释放量＝呼吸作用氧气吸收量)，缺镁时影响叶绿素的形成，光的补偿点降低，即b点应该左移。
二、光合作用与细胞呼吸的相关计算
1．图表分析
项目
表示方法
净光合速率
CO2吸收量、O2释放量、C6H12O6积累量
真正光合速率
CO2固定量、O2产生量、C6H12O6制造量
呼吸速率(遮光条件下测得)
CO2释放量、O2吸收量、C6H12O6消耗量
2.相关计算
植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时，存在如下关系：
(1)光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。
(2)光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。
(3)光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
3．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小时为单位)
(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，植物因无有机物积累不能生长。
(3)净光合速率小于0时，植物因有机物量减少而不能生长，且长时间处于此种状态下植物将死亡。
　　(2016·四川德阳一诊)某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10
mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，将它们分别置于六种不同的光照条件下，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下，以下说法正确的是(　　)
光照强度(klx)
0(黑暗)
a
b
c
d
e
白瓶溶氧量mg/L
3
10
16
24
30
30
黑瓶溶氧量mg/L
3
3
3
3
3
3
①若只考虑光照强度，该深度湖水中所有生物在晚上8
h内呼吸消耗O2的量为7/3
mg
②光照强度为a
klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡
③当该水层中的溶氧量达到30
mg/L时，光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素
④若将e
klx光照下的白瓶置于b
klx光照下，瓶中光合生物细胞的C3含量会增加，C5含量会减少
A．①②③　　　　　　　　
B．②③④
C．①③④　　
D．①②④
[解析]　黑瓶中溶解氧的含量降低为3
mg/L的原因是：黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生氧，其中的生物呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为：原初溶解氧－24小时后氧含量，即10－3＝7(mg/L·24
h)，故该深度湖水中生物在晚上8
h内呼吸消耗O2的量为7/3
mg/L，而所有生物氧气消耗量需乘以体积，①错误；光照强度为a
klx时，白瓶中溶氧量不变，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的呼吸作用消耗，故光照强度为a
klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡，②正确；由表中数据可知，当该水层中的溶氧量达到30
mg/L时，白瓶中含氧量不再增加，所以此时光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素，③正确；若将e
klx光照下的白瓶置于b
klx光照下，光照减弱，光反应产生的[H]和ATP减少，三碳化合物的还原减慢，二氧化碳的固定继续进行，所以瓶中光合生物细胞的三碳糖含量会增加，五碳糖含量会减少，④正确。
[答案]　B
[突破训练2 1]　如图表示一株生长迅速的植物在夏季24
h内CO2的吸收量和释放量，光合作用速率和呼吸作用速率用单位时间内CO2的吸收量和CO2的释放量表示(图中A、B、C表示相应图形的面积)。下列表述不合理的是(　　)
A．在18：00时和6：00时，该植物光合作用强度与呼吸作用强度相等
B．假设该植物在24
h内呼吸速率不变，最大光合速率为85
mg/h
C．该植物在一昼夜中有机物积累量的代数式可表示为A＋C－B
D．中午12：00时左右，与曲线最高点所对应的时间相比，该植物叶绿体内C5的含量下降
解析：选D。图中可以看出，在18：00时和6：00时，二氧化碳的吸收量均为0，即呼吸作用产生的二氧化碳刚好被光合作用吸收，此时植物光合作用强度与呼吸作用强度相等，A正确；图中夜间只进行呼吸作用，其二氧化碳的释放量为10
mg/h，该值表示呼吸速率，假设该植物在24
h内呼吸速率不变，在图中C区段二氧化碳吸收的最高值为75
mg/h，此值为净光合速率，因此此时的真光合作用速率＝净光合速率＋呼吸速率＝75＋10＝85
mg/h，B正确；白天光合速率大于呼吸速率，因此A和C区段表示的是白天积累的有机物，而夜间只进行呼吸作用，因此B区段表示夜间消耗的有机物，因此该植物在一昼夜中有机物积累量的代数式可表示为A＋C－B，C正确；中午12：00时左右，二氧化碳浓度低，导致二氧化碳的固定减少，而C3的还原仍在发生，因此与曲线最高点所对应的时间相比，C5的含量增加，D错误。
[突破训练2 2]　某研究小组将一定量的小球藻(一种单细胞绿藻)浸在温度适宜加有适量培养液的密闭玻璃容器内，在不同光照条件下，测定该容器内氧气含量的变化如图所示。据图回答下列问题：
(1)B点时，小球藻细胞内产生[H]的场所有________________________________。此时，其光合作用速率________(填“大于”、“小于”或“等于”)呼吸作用速率。
(2)在0～5
min内，该容器内氧气量减少是因为______________________________。此阶段若用HO培养小球藻，则不考虑蒸腾作用的情况下最先出现的放射性物质是________。
(3)在5～15
min内，该容器内氧气量增加的速率逐渐减少的原因是____________________________________________________。此阶段如果呼吸速率始终不变，则小球藻光合作用的平均速率(用氧气产生量表示)是______mol/min。
解析：(1)由图分析可知，B点既能进行光合作用也能进行呼吸作用，故产生[H]的场所有进行光合作用的叶绿体类囊体薄膜，进行呼吸作用的细胞质基质和线粒体基质。由图可知，B点时氧气量不再增加，说明此时光合作用速率等于呼吸作用速率。
(2)在0～5
min内，该容器内氧气量减少是因为没有光照，小球藻不能进行光合作用，只进行呼吸作用消耗氧气。如果该阶段用HO培养小球藻，在不考虑蒸腾作用的情况下最先出现的放射性物质是二氧化碳，因为只进行呼吸作用，水参与细胞呼吸的第二阶段产生二氧化碳。
(3)因为容器是密封的，光合作用需要二氧化碳，在5～15
min内，该容器内氧气量增加的速率逐渐减少的原因是光合作用使密闭容器内的CO2浓度逐渐减少，从而影响了暗反应导致光合作用速率逐渐下降。由图分析可知，10
min的净光合速率是4，每分钟的应是4/10＝0.4，呼吸速率是每分钟1/5＝0.2，故小球藻光合作用的平均速率是0.6×10－7
mol/min，即6.0×10－8
mol/min。
答案：(1)叶绿体、细胞质基质、线粒体　等于
(2)呼吸作用消耗氧气　
CO2
(3)光合作用使密闭容器内的CO2浓度逐渐减少，光合作用速率逐渐下降　6.0×10－8
三、光合作用、细胞呼吸的测定方法及实验装置
1．实验装置
2．实验原理：因呼吸作用类型不同，瓶内气压增大、减小或不变，可通过液滴的右移、左移或不动来呈现；也可根据光照强度不同，通过光合作用与呼吸作用的大小导致瓶内气压变化而引起液滴位置的变化来呈现。
3．装置比较——单一变量的控制及作用
装置1
装置2
装置3
材料
发芽的种子
发芽的种子
煮熟的种子
试剂
20%NaOH溶液5
mL
蒸馏水5
mL
蒸馏水5
mL
导致瓶内气压变化的气体
O2(因CO2被吸收)(呼吸引起)
CO2－O2(差值)
(呼吸引起)
－
作用
－
－
物理误差的校正
对照(装置1和2)
等量NaOH溶液和蒸馏水单一变量控制
－
对照(装置2和3)
－
等量萌发的种子和煮熟的种子单一变量控制
4.若将装置1改为探究光合作用和呼吸作用与光照强度的关系，则：
(1)装置需改动的地方有三处
①将“发芽的种子”换成能进行光合作用的材料。
②将“NaOH溶液”换成“NaHCO3溶液”，以保证装置中CO2的相对稳定。
③置于不同的光照强度下，观察液滴移动。
(2)结果分析
①若红色液滴右移，说明光照较强，光合作用大于呼吸作用，释放O2使瓶内气压增大；
②若红色液滴左移，说明光照较弱，呼吸作用大于光合作用，吸收O2使瓶内气压减小；
③若红色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用强度等于呼吸作用强度，释放的O2量等于吸收的O2量，瓶内气压不变。
5．探究细胞呼吸状况的实验装置及结果分析
(1)欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，即装置1和装置2。如果使用的生物材料是幼苗，则实验装置需要遮光。
(2)结果与分析
①若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸(因有氧呼吸产CO2量与耗O2量相等)。
②若装置1液滴不动，装置2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸。
③若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
④装置1与装置2液滴均左移，则呼吸过程中O2吸收量大于CO2释放量，呼吸底物中可能有脂肪参与。(与糖类相比，脂肪C、H比例高，O的比例低，故氧化分解时释放相同CO2时，脂肪消耗的O2多，故CO2/O2<1，而葡萄糖只进行有氧呼吸时，CO2/O2＝1；若有氧呼吸和无氧呼吸同时进行，则CO2/O2>1。)
(3)为使实验结果精确，排除实验误差还应设置装置3，以便校正。
(4)进行结果与结论的描述时应“先结果后结论”，而不是“先结论后结果”。
　　某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合强度测试的研究课题。研究中设计了下图所示的装置：
请利用以上装置完成对该转基因作物光合作用强度的测试。
(1)测定植物的呼吸作用强度，方法步骤：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
[解析]　(1)这是关于光合作用强度测试的实验题，解决这个问题要测光合作用强度，必须先测呼吸作用强度，在测呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用，用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的CO2，植物呼吸作用消耗一定量O2释放等量CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根据玻璃钟罩内氧气体积的减少量即可测呼吸作用强度。
(2)净光合作用强度的测试实验要满足光合作用的条件，充足的光照、一定浓度的CO2由NaHCO3溶液提供，光合作用过程中消耗一定量CO2释放等量O2，而CO2由NaHCO3溶液提供，因此玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响而不受CO2气体减少量的影响。
[答案]　(1)①甲、乙装置D中放入NaOH溶液，装置乙作对照
②将装置甲、乙的广口瓶遮光处理，放在温度等相同的环境中
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度
(2)①甲、乙装置D中放入NaHCO3溶液，装置乙作对照
②将装置甲、乙放在光照强度、温度等相同的环境中
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度
[突破训练3 1]　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位置，结果如下表所示。下列分析中，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，软管夹关闭后液滴将向右移动
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，并向试管充入N2即可测定果蝇幼虫无氧呼吸速率
D．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。X为NaOH溶液，软管夹关闭后液滴将向左移动，A错误；在20～30
min内氧气平均吸收速率为(130－65)×1÷10＝6.5
mm3/min，B正确；果蝇幼虫无氧呼吸产生乳酸不产生CO2，无论是否进行无氧呼吸液滴都不会移动，C错误；对照实验应将装置中的果蝇幼虫换成等质量的死幼虫，并将该装置置于相同环境中，重复上述实验，D错误。
[突破训练3 2]　(2016·甘肃河西三校一联)为了研究植物的光合作用和呼吸作用，某同学设计了下图所示的实验装置(瓶中的植物是正常生长的活体生物)。请你和这位同学一起进行探究，并完成下列有关问题：
(1)在探究呼吸作用实验时，广口瓶要用不透光的黑纸包住，其目的是为了防止瓶内的植物进行________作用，对实验产生干扰。
(2)在黑暗中放置一段时间后，红色液滴若向________移动，说明该植物进行了有氧呼吸，而________(“能”或“不能”)确定是否进行了无氧呼吸，液滴移动的量________(“是”或“不是”)有氧呼吸消耗的氧气量。
(3)利用该装置研究绿色植物的光合作用时，为了保证广口瓶内光合作用原料的相对平衡，应将NaOH溶液换成________溶液，该溶液影响的是光合作用的________反应阶段。
(4)将广口瓶放在较强光照下，一段时间后红色液滴将向________移动，说明光合作用强度较大。
解析：(1)探究呼吸作用时，广口瓶用黑纸包住的目的是防止植物进行光合作用，对实验造成干扰。(2)黑暗中一段时间内，若植物进行有氧呼吸，消耗O2、释放CO2，释放的CO2被NaOH吸收，广口瓶内气压减小，红色液滴向左移动，液滴移动的量表示有氧呼吸消耗的O2量；不能确定是否进行无氧呼吸，因为无氧呼吸不消耗O2、释放CO2，释放的CO2被NaOH吸收，广口瓶内气压不变。(3)若探究光合作用，应将NaOH溶液替换成NaHCO3溶液或CO2缓冲液，该溶液影响光合作用的暗反应阶段。(4)在较强光照下，光合作用强度大于呼吸作用强度时，O2产生量大于O2消耗量，广口瓶内气压增大，红色液滴向右移动。
答案：(1)光合
(2)左　不能　是
(3)NaHCO3　暗
(4)右
与中心法则、基因工程有关酶的综合考查
1．下列关于基因工程中有关酶的叙述不正确的是(　　)
A．限制酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA
B．DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接
C．DNA聚合酶能够从引物末端延伸DNA或RNA
D．逆转录酶以一条RNA链为模板合成互补的DNA
解析：选C。DNA聚合酶只能从引物末端延伸DNA而不能延伸RNA；限制酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA；DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接；逆转录酶以一条RNA链为模板合成互补的DNA。
细胞呼吸与酵母菌种群的变化综合考查
2．(2016·江西八校联考)下图是探究影响酵母菌种群数量变化因素时获得的实验结果。有关分析不正确的是(　　)
A．MN时期酵母菌的呼吸方式为无氧呼吸
B．与M点相比，N点时酵母菌种内斗争更为激烈
C．酵母菌种群数量从P点开始下降的主要原因除营养物质大量消耗外，还有酒精浓度过高，培养液的pH下降等
D．图示时间内种群的年龄组成变化为增长型→稳定型→衰退型
解析：选A。酵母菌主要通过有氧呼吸繁殖，MN时期的初期，酵母菌种群数量快速增加，因此既存在有氧呼吸又存在无氧呼吸，A错误；N点酵母菌的数量高于M点，且此时酒精浓度高，营养物质由于消耗减少，此时种内斗争高于M点，B正确；随着酵母菌种群数量的增加，无氧呼吸强度增强，培养液中酒精浓度升高，营养物质由于消耗减少，培养液中pH降低，故酵母菌种群数量下降，C正确；培养初期，酵母菌种群数量增加，年龄组成为增长型，当种群数量达到最大时，年龄组成为稳定型，P点后，种群数量下降，年龄组成为衰退型，D正确。
光合作用与植物激素调节的综合考查
3．(2014·高考浙江卷)某种细胞分裂素对某植物光合作用和生长的影响如下表所示。
细胞分裂素浓度(g·L－1)
叶绿素含量(mg
chl·g
FW－1)
光合速率(μmolCO2·m－2·s－1)
希尔反应活力(μmol
DCIP
Red·mg
chl·h－1)
叶片氮含量(%)
生物量(g·plant－1)
0
1.58
6.52
13.55
1.83
17.65
0.5
1.82
7.82
25.66
1.94
22.95
1.0
2.34
8.64
32.26
1.98
27.44
2.0
2.15
8.15
27.54
1.96
23.56
注：①chl—叶绿素；FW—鲜重；DCIP
Red—还原型DCIP；plant—植株。
②希尔反应活力测定的基本原理：将叶绿体加入DCIP(二氯酚靛酚)溶液并照光，水在光照下被分解，产生氧气等，而溶液中的DCIP被还原并发生颜色变化，这些变化可用仪器进行测定。
请回答：
(1)希尔反应模拟了叶绿体光合作用中__________阶段的部分变化。氧化剂DCIP既可用于颜色反应，还可作为____________。希尔反应活力可通过测定DCIP溶液的颜色变化得到，也可通过测定________________得到。
(2)从表中可知，施用细胞分裂素后，________含量提高，使碳反应中相关酶的数量增加。
(3)幼苗叶片中的细胞分裂素主要由________产生。合理施用细胞分裂素可延迟________，提高光合速率，使总初级生产量大于________，从而增加植物的生物量。
解析：(1)根据题中希尔反应活力测定的基本原理可知，该反应利用的原理是水的光解反应，因此希尔反应模拟了光合作用叶绿体中光反应阶段的部分变化。氧化剂DCIP在光照条件下接受了水的光解产生的还原性氢，故其可作为氢载体。希尔反应中，溶液中的DCIP被还原发生颜色变化的同时，还产生O2，因此，也可通过测定氧气的释放速率得到希尔反应活力。(2)因为氮是组成酶的重要元素，所以施用细胞分裂素后，叶片氮含量提高可使碳反应中相关酶的数量增加。(3)细胞分裂素主要由根(或根尖分生组织)产生，运入所需部位。合理施用细胞分裂素可延迟叶片衰老，提高光合速率；如果总初级生产量－呼吸量>0，则生物量增加，因此要增加植物的生物量，总初级生产量要大于呼吸量。
答案：(1)光反应　氢载体　氧气释放速率　(2)叶片氮　(3)根(或根尖分生组织)　叶片衰老　呼吸量
光合作用与生态系统功能的综合考查
4．(2016·湖南师大附中模拟)如图1是某池塘生态系统中碳循环模式图，图中A、B、C、D表示生态系统的成分，图
2为其中四种鱼(甲、乙、丙、丁)的营养结构关系。请据图分析回答：
(1)图1中过程①表示的生理过程主要是________________，图2中的生物对应图1中哪些成分________(用字母表示)。
(2)图1
②过程中碳的传递形式是____________。
(3)科研人员对该池塘由浮游藻类、甲和丁三个环节组成的食物链进行了能量流动分析，得到下表相关数据。NP(净同化量)＝GP(总同化量)－R(呼吸量)
食物链环节
X
Y
Z
GP和NP
GP＝55.6×102
NP＝1.3×102
GP＝17.6×104
NP＝6×103
GP＝59.3×106NP＝50.5×106
NP/GP
0.02
0.03
0.85
R
54.3×102
17×104
8.8×106
未利用
——
62.8%
99.7%
分析上表中的数据：第一营养级与第二营养级的净同化量与总同化量的比值不同，主要原因是________________________，该食物链中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为________。
(4)下图表示此池塘生态系统中的甲和丁利用食物的部分过程：
则甲的粪便属于____________(填字母)的部分，能量由甲流向丁的传递效率可表示为________(用序号表示)。若图中的⑥保持不变，气温逐渐降低后与降低前相比较，单位时间内青蛙的⑦/⑥的值将____________(缓慢增加、缓慢降低、基本不变)。
解析：(1)据图1中碳循环过程分析，过程①表示的生理过程主要是植物的光合作用；图2中生产者及消费者对应图1中D、B。(2)图1
②过程即第一营养级到第二营养级碳的传递形式是含碳有机物。(3)据表中信息分析，第一营养级与第二营养级的净同化量与总同化量的比值不同，主要原因是不同营养级通过呼吸作用消耗的能量不同；在该食物链中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为(17.6×104)÷(59.3×106)×100%＝0.3%。(4)甲的粪便属于图中的A，即粪便中的能量没有被下一个营养级同化；能量由甲流向丁的传递效率为丁同化的能量⑥占甲同化能量②的比例，即
⑥/②×100%。青蛙为变温动物，所以当气温逐渐降低的时候，青蛙呼吸减弱，产生的热量减少，故青蛙的⑦/⑥的比值缓慢增加。
答案：(1)光合作用　D、B
(2)含碳有机物
(3)呼吸作用消耗的能量不同　0.3%
(4)A　⑥/②×100%　缓慢增加
(建议用时：60分钟)
一、选择题
1．(2016·湖北襄阳模拟)下列有关酶和ATP的叙述，正确的有几项(　　)
①酶在强酸、强碱和高温条件下均变性失活
②酶都是在细胞内的核糖体上合成，在细胞外或细胞内起催化作用的物质
③酶具有高效性、专一性，且酶的作用条件较温和
④自然界中的光能、热能、机械能、电能和化学能都可以转化为细胞中的ATP
⑤一个ATP分子彻底水解需要消耗4个水分子
⑥人的心肌细胞中，ATP合成速度远远大于分解速度，从而保证心肌细胞有充足能量
A．①②③⑥　　　　　　
B．②④⑥
C．①③⑤　　
D．④⑤⑥
[导学号29520169]　解析：选C。酶的化学本质是蛋白质或RNA，在强酸、强碱和高温条件下酶的空间结构发生变化，丧失其活性，①正确；蛋白质在细胞内的核糖体上合成，而RNA在细胞核中合成，有些酶为胞内酶，如呼吸酶催化细胞内的呼吸作用，有些没分泌到细胞外，如消化酶在消化道内催化物质的消化，②错误；酶具有高效性、专一性，且酶的作用条件较温和，③正确；热能、机械能不能转化为ATP，④错误；一个ATP分子彻底水解成1个腺嘌呤、1个核糖、3个磷酸，需要消耗4个水分子，⑤正确；ATP在细胞内含量很少，不能储存，但细胞内ATP的合成和分解速度是很快的，从而维持细胞内ATP含量的恒定，心肌细胞消耗ATP多，是因为其合成和分解的速度快，并非是储存的多或合成速率大于分解速率，⑥错误，故选项C正确。
2．(2016·安徽马鞍山质检)某兴趣小组为探究酶浓度和乳糖浓度对乳糖水解速率的影响，进行了相关的实验(其他条件均为最适)。实验结果如下表：
实验
自变量
组别1
组别2
组别3
组别4
组别5
实验一(乳糖浓度为10%)
酶浓度
0%
1%
2%
3%
4%
相对反应速率
0
25
50
100
200
实验二(乳糖酶浓度为2%)
乳糖浓度
0%
5%
10%
15%
20%
相对反应速率
0
25
50
65
65
下列分析正确的是(　　)
A．实验一中，限制组别4相对反应速率的主要原因是乳糖浓度
B．实验二中，限制组别4相对反应速率的主要原因是酶浓度
C．实验一中，若适当提高温度则各组别相对反应速率均将增加
D．实验二中，若提高乳糖浓度则各组别相对反应速率均将增加
[导学号29520170]　解析：选B。分析表中实验一，酶浓度逐渐增大，相对反应速率逐渐增大，A错误；分析表中实验二，当乳糖浓度≥15%，相对反应速率不再增大的原因是酶浓度，B正确，D错误；由于实验过程中温度已经最适宜，再提高温度，则相对反应速率反而会降低，C错误。
3．(2016·北京房山模拟)图甲是H2O2酶活性(v)受pH影响的曲线，图乙表示在最适温度下，pH＝b时H2O2分解产生的O2量随时间(t)的变化。若该酶促反应过程中改变某一初始条件，以下改变正确的是(　　)
A．pH＝c时，e点为0
B．pH＝a时，e点不移，d点右移
C．适当降低温度，e点下移，d点右移
D．H2O2量增加，e点不移，d点左移
[导学号29520171]　解析：选B。pH＝c时，过碱条件破坏酶的空间结构使酶失活，不能催化H2O2水解，但H2O2在常温下也能分解，所以e点不为0，A错误。酶只能缩短达到化学反应平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点，图乙中d点表示达到化学反应平衡所需时间，e点表示化学反应的平衡点，pH由b→a时或温度降低时，酶的活性降低，化学反应速率减慢，到达化学反应平衡所需的时间延长，但不会改变化学反应的平衡点，所以d点右移，e点不移，B正确，C错误。H2O2量增加时，达到化学反应平衡所需时间延长，同时化学反应的平衡点升高，即e点上移，d点右移，D错误。
4．(2016·四川成都二次诊断)细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接供能，下列叙述正确的是(　　)
A．ATP合成酶通过为ADP供能和降低活化能来催化ATP的合成
B．无光条件下，线粒体是植物叶肉细胞中能产生ATP的唯一场所
C．马拉松运动中，骨骼肌细胞内ATP的水解速率远大于合成速率
D．细胞中的能量通过ATP在吸能和放能反应之间的循环实现流通
[导学号29520172]　解析：选D。ATP合成酶具有催化作用，能通过降低活化能来催化ATP的合成，但是不能供能，A错误；无光条件下，植物叶肉细胞进行有氧呼吸，其场所是线粒体和细胞质基质，所以无光条件下，植物叶肉细胞中能产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质，B错误；ATP和ADP的转化处于动态平衡中，细胞内ATP的水解速率不会大大超过合成速率，C错误；能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，ATP是细胞里能量流通的“通货”，D正确。
5．(2016·福建福州质检)给予从叶绿体分离出的类囊体薄膜光照，发现能使草酸高铁的Fe3＋还原为Fe2＋，并有氧气释放。此实验证明(　　)
A．光合作用在类囊体上进行
B．光合作用的产物O2来自H2O，而不是CO2
C．类囊体吸收光能后，产生O2和还原性物质
D．类囊体上的光反应产生O2，而暗反应使Fe3＋被还原
[导学号29520173]　解析：选C。类囊体上只完成了光合作用的光反应，还需在叶绿体基质中完成暗反应，A错误；该实验不能证明O2来自H2O，而不是CO2，B错误；据题意分析，类囊体吸收光能后生成还原剂，并有氧气释放，C正确；类囊体上的光反应产生的[H]参与暗反应C3的还原，D错误。
6．(2016·北京东城质检)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
大量3 磷酸甘油酸(三碳化合物)
2
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是(　　)
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
[导学号29520174]　解析：选C。CO2是光合作用暗反应阶段的原料，A正确；每组照光后将小球藻进行处理使酶失活，其目的是终止相关的反应，这样测定的数据，才能准确反映光照时间内放射性物质的分布，B正确；在光合作用的暗反应过程中，CO2先进行固定，生成三碳化合物，然后是三碳化合物被还原，从表中可以看出，放射性首先出现在3 磷酸甘油酸中，C错误；表中信息显示，光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，D正确。
7．(2016·北京海淀模拟)下图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同，则据图判断不正确的是(　　)
A．在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象
B．曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关
C．导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D．适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度
[导学号29520175]　解析：选C。图中曲线Ⅰ为降雨第2天的桑叶光合速率日变化，此曲线表示在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象，A正确；图中曲线Ⅱ双峰形成是由于中午日照过强，导致气孔关闭，CO2进入减少，光合速率下降，B正确；导致曲线Ⅲ日变化的主要因素应是光照强度，C错误；桑叶的“午休”是由于中午光照过强，保卫细胞失水，气孔关闭引起的，故适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度，D正确。
8．(2016·广东龙川月考)如图所示为高等植物的叶肉细胞部分结构图，下列说法正确的是(　　)
A．图中a和b两种细胞器都能发生碱基互补配对，3、4、5、6中所含酶的种类和功能均相同
B．叶片呈绿色是由于3上含有色素，同时在3上能将光能转换为稳定的化学能
C．在叶肉细胞中CO2的固定和产生场所分别是图中的4和5
D．b细胞器产生的O2进入a细胞器被利用需要经过4层磷脂分子层
[导学号29520176]　解析：选C。由图可知a是线粒体，b是叶绿体，它们都含有少量DNA，能进行DNA复制、转录和翻译，故能发生碱基互补配对；图中3、4是叶绿体基粒和基质，含有与光合作用有关的酶；5和6是线粒体基质和内膜，含有与有氧呼吸有关的酶，两者不同，A错误；叶片呈绿色是由于3上含有叶绿素，在3上将光能转化为活跃的化学能，B错误；叶肉细胞中CO2的固定在光合作用暗反应阶段，发生的场所是叶绿体基质中，即图中4，有氧呼吸第二阶段，在线粒体基质5中产生CO2，C正确；叶绿体产生的氧气进入同一细胞的线粒体内膜被利用需要出叶绿体2层膜和进线粒体2层膜，共4层膜，8层磷脂分子层，D错误。
9．图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示水稻CO2吸收速率与光照强度的关系。有关说法正确的是(　　)
A．图甲中，光照强度为b时，光合作用速率等于呼吸作用速率
B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
C．图甲中的c点和图乙中的h点对应
D．图乙中，限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度
[导学号29520177]　解析：选B。分析图甲可知，光照强度为b时，CO2释放量和O2产生总量相等，都为3单位，呼吸作用释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，说明此时呼吸作用大于光合作用，A错误；光照强度为d时，水稻叶肉细胞光合作用速率大于呼吸作用速率，光照强度为a时，CO2释放量即为呼吸速率，则光照强度为d时，O2产生总量为8单位，需要消耗的CO2也为8单位，所以单位时间内需从外界吸收CO2为2个单位，B正确；图甲中的c点和图乙中的f点对应，C错误；图乙中，限制g点光合作用速率的因素不是光照强度，可能是二氧化碳浓度及温度等，D错误。
10．在CO2浓度一定、温度适宜的环境中，测定植物叶片在不同光照条件下CO2的吸收或释放量，结果如下表(表中负值表示CO2释放，正值表示CO2吸收)，下列选项中正确的是(　　)
光照强度(klx)
2.0
4.0
6.0
8.0
9.0
10.0
CO2[mg/
(100
cm2·h)]
－2.0
2.0
6.0
10.0
12.0
12.0
A.光照强度在8.0～9.0
klx之间时，细胞内合成ATP的速率不变
B．光照强度在2.0
klx时，细胞内不进行光合作用
C．光照强度在8.0
klx时，细胞既吸收二氧化碳又吸收氧气
D．超过9
klx时，光合作用速率不再增加，主要是受外界CO2浓度的制约
[导学号29520178]　解析：选D。光照强度在8.0～9.0
klx之间时，随着光照强度的增强，植物的净光合速率增强，细胞内合成ATP的速率增加，A错误；当光照强度为2.0
klx时，植物释放二氧化碳，这并不表示细胞不进行光合作用，而是光合作用强度小于呼吸作用，B错误；光照强度在8.0
klx时，植物从外界吸收二氧化碳，表明此时光合作用大于呼吸作用，植物向环境中释放氧气，C错误；超过9.0
klx时，光合作用速率不再增加，光照强度不是限制光合速率增加的因素，在温度适宜的条件下，限制光合作用速率增加的因素主要是外界CO2浓度，D正确。
11．观赏植物蝴蝶兰可通过改变CO2吸收方式以适应环境变化。长期干旱条件下，蝴蝶兰可以在夜间吸收CO2并贮存在细胞液中，白天细胞液则释放CO2，据图分析，以下说法中正确的是(　　)
A．正常条件下的蝴蝶兰在20～24时能产生[H]和ATP
B．长期干旱条件下的蝴蝶兰在0～4时有C3的还原发生
C．长期干旱条件下的蝴蝶兰在10～16时用于光合作用的CO2全部来自细胞液
D．上午10时，突然降低环境中的
CO2，蝴蝶兰在两种条件下C3的含量均明显下降
[导学号29520179]　解析：选A。分析曲线可知，正常条件下在20～24时蝴蝶兰不能进行光合作用，但能进行细胞呼吸产生[H]和ATP，A正确；长期干旱条件下的蝴蝶兰在0～4时由于没有光照，不能进行光合作用，没有C3的还原发生，B错误；干旱条件下，10～16时无明显CO2吸收的直接原因是气孔关闭，CO2不能进入植物体内，用于光合作用的CO2来自细胞液和线粒体，C错误；上午10时突然降低环境中的CO2，正常情况下暗反应生成的C3减少，导致C3的含量下降，干旱情况下蝴蝶兰几乎不从环境中吸收二氧化碳，所以植物体内的C3的含量不会明显下降，D错误。
二、非选择题
12．(2016·吉林长春质检)某研究小组探究酸雨对大豆种子萌发时能量代谢的影响，在其他条件适宜的黑暗环境中进行实验，种子中ATP含量和细胞呼吸速率的变化如图所示：
(1)ATP是细胞生命活动的________能源物质。种子中ATP含量属于该实验研究的________变量。
(2)由图甲可知，酸雨可能通过________________________阻碍大豆种子萌发。由图乙可知，酸雨可能通过________________阻碍大豆种子萌发。
(3)结合图甲、图乙分析，5～7天ATP含量________，原因可能是________________________________。
(4)为进一步探究种子萌发过程中是否进行了无氧呼吸，可用____________________试剂进行检测。
[导学号29520180]　解析：(1)ATP是细胞生命活动的直接能源物质。该实验探究的是酸雨对大豆种子萌发时能量代谢的影响，故不同pH是自变量，对能量代谢的影响情况(用种子中ATP的含量和细胞呼吸速率的变化来表示)是因变量。(2)甲图中，与对照组(pH＝7.0)比较，pH为2.5和4.0时，种子内的ATP含量都有所下降，由此可以推测，酸雨阻碍种子萌发可能是通过降低种子中ATP含量(或抑制ATP合成，或促进ATP水解)实现的。图乙中，与对照组相比，pH降低，细胞呼吸速率也会降低，故可推测酸雨通过降低细胞呼吸速率阻碍大豆种子萌发。(3)由图甲可知，5～7天ATP含量下降，而根据图乙，5～7天细胞呼吸速率上升，则细胞呼吸产生的ATP数量会增多，但实际上种子中ATP含量下降，这可能是ATP的消耗量增加所致。(4)大豆种子无氧呼吸产生酒精，可以通过酸性的重铬酸钾来检测是否产生了酒精(二者反应呈现灰绿色)。
答案：(1)直接　因
(2)降低ATP含量(或抑制ATP的合成或促进ATP水解)　降低呼吸速率
(3)下降　ATP的消耗量增加
(4)酸性的重铬酸钾
13．(2016·内蒙古包头调研)将玉米体内控制合成某种酶A的基因导入水稻体内后，测得在适宜温度下，光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及净光合速率的影响结果如下图所示：(气孔导度越大，气孔开放程度越高)
(1)CO2通过气孔进入叶肉细胞后，首先与C5结合而被固定为________，固定产物的还原还可以为光反应提供____________以保证光反应持续进行。
(2)光照强度为0～8×102μmol·m－2·s－1时，影响原种水稻和转基因水稻的光合速率的环境因素主要是____________。与原种水稻相比，转基因水稻更加适合种植在____________环境中。
(3)分析图中信息，酶A所起的作用最可能是促进________(填“光”或“暗”)反应阶段，从而提高光合作用速率。
(4)经检测，转基因水稻与原种水稻相比，呼吸速率并未改变，在该适宜温度下，光照强度为12×102
μmol·m－2·s－1时，转基因水稻的光合速率约为________μmol·m－2·s－1。
[导学号29520181]　解析：(1)在光合作用的暗反应过程中，进入植物细胞内的CO2首先被C5化合物固定成为C3化合物，再被光反应提供的ATP和[H]还原，同时生成的ADP和Pi可以提供给光反应用于ATP的合成。(2)结合题图，光合速率随光照强度的变化曲线可以看出在低于8×102
μmol·m－2·s－1的范围内影响光合作用的主要因素为光照强度。由原种水稻与转基因水稻的光合速率与光照强度变化关系曲线可看出：光照强度为10～14×102μmol·m－2·s－1时，原种水稻随光照强度变化光合速率不再增加，而转基因水稻的光合速率仍然在增加，所以转基因水稻更加适合种植在光照充足环境中。(3)由气孔导度与光照强度关系曲线可看出转基因水稻较原种水稻的气孔导度大，其原因为转基因水稻导入了酶A，说明此酶有促进气孔打开或增大作用，主要影响的是光合作用的暗反应阶段。(4)由图分析可知植物的呼吸作用强度是5
μmol·m－2·s－1，而光照强度为12×102
μmol·m－2·s－1时，转基因水稻的净光合速率约为30
μmol·m－2·s－1，所以转基因水稻的光合速率约为35
μmol·m－2·s－1。
答案：(1)C3　ADP和Pi(缺一不可)
(2)光照强度　光照充足(强光)
(3)暗
(4)35

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