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第5章 细胞的能量供应和利用——【期末复习】高一生物单元必背知识点梳理（人教版2019必修1）
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这是一份第5章 细胞的能量供应和利用——【期末复习】高一生物单元必背知识点梳理（人教版2019必修1），共30页。试卷主要包含了酶在细胞代谢中的作用，酶的作用原理，酶的特性，有氧呼吸等内容，欢迎下载使用。
一、酶在细胞代谢中的作用
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢，是细胞生命活动的基础。
实验—比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)肝脏要新鲜：新鲜的肝脏，酶的活性较高。
(2)肝脏要磨碎，充分研磨有利于过氧化氢酶从细胞中释放出来并与过氧化氢充分接触。
(3)滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时不能共用一个滴管。原因是少量酶混入FeCl3溶液中也会影响实验结果的准确性,导致得出错误的结论。
三、科学方法—控制变量和设计对照实验
(1)实验中的变量
(2)对照实验
①分组：对照组(1号试管空白对照)和实验组(2号、3号、4号试管)。
3号、4号试管相互对照，说明与无机催化剂相比，酶具有高效性
1号、4号试管相互对照，说明酶具有催化作用
②分类：
a空白对照：不给对照组做任何实验处理，通常加入清水、蒸馏水、生理盐水来代替实验因素。
b自身对照：对照组和实验组都在同一研究对象上进行。如“质壁分离与复原实验”
c条件对照
d相互对照：不设对照组，几个实验组之间相互对照，其中每一组既是实验组也是对照组，例如“探究酵母菌细胞呼吸方式”
四、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)原理：酶可以降低化学反应的活化能。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
(3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。
（加热促进过氧化氢分解，是加热使过氧化氢分子得到了能量）
AC表示无酶催化过程所需要的活化能
BC表示有酶催化过程所需要的活化能
AB表示酶降低的活化能
五、酶的特性
1. (1)合成场所：一般来说，活细胞都能产生酶（哺乳动物成熟的红细胞除外）。主要是细胞内的核糖体
(2)化学本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
（3）基本单位：氨基酸或核糖核苷酸
（4）作用：催化 作用机理：降低化学反应的活化能
（5）作用场所:细胞内、外,生物体内、外都可以发挥作用
（6）酶的特性：高效性、专一性、作用条件较温和
2.细胞内的各类化学反应能有序进行的原因（理解）
（1）酶具有高效性，可以使生命活动更加高效地进行。
（2）酶具有专一性，使细胞代谢有条不紊地进行。
（3）酶的作用条件较温和，与细胞内环境相适应。
（4）与酶在细胞中的分布有关。如光合作用有关的酶和呼吸作用有关的酶分别分布在细胞不同的区室，两反应互不干扰。
3.酶的高效性
(1)含义：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高
(2)催化剂(酶)只改变反应速率，不改变生成物的量
只能缩短达到平衡点的时间，不改变平衡点
反应前后，酶自身不变（可重复多次利用）
①加酶与加无机催化剂相比，酶具有高效性
②加酶与不加催化剂相比，酶具有催化作用
4.酶的专一性
(1)无机催化剂催化的化学反应范围比较广。
例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。
(2)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(3)意义：使细胞代谢有条不紊地进行。
(4)探究酶专一性的实验--淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
思路：同一种酶不同底物（也可以用同一种底物不同的酶探究酶的专一性）
注意：①在该种淀粉酶的最适温度和最适pH条件下进行。α-淀粉酶的最适温度是60℃，唾液淀粉酶的最适温度是37℃
②检测试剂应该用斐林试剂，
不能选碘液,因为蔗糖及其水解产物遇碘液都不会发生显色反应,无法检测蔗糖是否被水解。
(5)专一性模型
图中A表示酶
B表示被A催化的底物
F表示B被分解后产生的物质
D表示不能被A催化的物质。
加入酶A，反应速率加快，说明酶A能催化底物，参与反应
加入酶B，反应速率不变，说明酶B不能催化底物，不参与反应
(6)曲线分析
5.酶的作用条件较温和
Ⅰ 探究影响酶活性的条件
(1)酶活性:酶催化特定化学反应的能力。
酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率来表示。
反应速率用单位时间内生成物的生成量，或单位时间内反应物的减少量来表示。
(2)探究温度对酶活性影响：最好用淀粉溶液、唾液淀粉酶。
①不宜选用H2O2，原因是H2O2在常温下就会分解，加热条件下分解会加快。
②应该用碘液鉴定，不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂在使用时需要水浴加热，而加热会改变反应体系的温度，影响实验结果。
③酶和淀粉混合前，务必先在各自设定的温度下保温一段时间，再混合。
(3)探究pH对酶活性影响：最好用肝脏研磨液（含有H2O2酶）、H2O2溶液
①不能用淀粉和淀粉酶，因为在酸性条件下淀粉本身分解会加快，影响实验结果
②需要事先在肝脏研磨液（含有H2O2酶）中加入调节pH的溶液后，再将酶液和底物混合，否则尚未调节pH，反应即已结束。
Ⅱ 曲线分析
①在最适温度或(最适pH)条件下，酶的活性最高(如B点)。温度（pH)偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
②低温(如A点)抑制酶的活性，但酶的空间结构稳定，温度升高后，酶仍能恢复活性。但高温、过酸、过碱会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。
③酶制剂适宜在低温下保存。
④胃蛋白酶(最适pH为1.5)
6.影响酶促反应速率的因素
(1)通过影响酶活性影响酶促反应速率的因素：温度，pH
(2)直接影响酶促反应速率的其他因素
底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的面积来影响酶促反应速率的，但并不影响酶活性
①底物浓度
OA段的限制因素是底物浓度
AB段的限制因素是
酶活性和酶数量
②酶浓度
在底物充足，其他条件适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比
第2节细胞的能量“货币”ATP
一.ATP是一种高能磷酸化合物
1.元素组成：C,H,O,N,P
2.中文名称：腺苷三磷酸
3.结构简式：A—P～P～P
“—”代表普通化学键
“～”代表一种特殊的化学键
A
A
P P P
～
～
腺嘌呤
核糖
三个磷酸基团
腺苷(A)
腺苷三磷酸(ATP)
4.结构特点
不稳定：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集团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化
5.功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
6.其他高能磷酸化合物：ACP, AGP, AUP, 磷酸肌酸
二．ATP与ADP可以相互转化
1.转化过程：ATP的合成与分解（虽然物质相同，但酶不同，能量来源不同，所以两个反应不可逆）
2.相互转化特点
(1)ATP在细胞内的含量很少。
(2)ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。
(3)ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性。
三.ATP的利用
1.细胞中 绝大多数 需要能量 的生命活动都是由ATP直接提供能量的。
2.ATP供能机制
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，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。
3.ATP是细胞内流通的能量“货币”
吸能反应：是需要吸收能量的，如蛋白质合成等。与ATP的水解相联系，
由ATP水解提供能量
(1)
细胞内的
放能反应：是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。与ATP的合成相联系，
释放的能量储存在ATP中
化学反应
(2)ATP是细胞内流通的能量“货币”
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，及时而持续地满足细胞各项生命活动对能量的需求。
第3节 细胞呼吸的原理和应用
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.呼吸作用的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。
2.酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌
3.由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
4.配制葡萄糖溶液时，对葡萄糖溶液煮沸的目的：杀死杂菌。煮沸后冷却的目的：防止酵母菌体内的酶在高温下失活。
5.NaOH的作用：吸收CO2，保证通入酵母菌培养液中的气体不含CO2，避免对实验结果的干扰。
6.间歇性通空气的原因：使NaOH充分吸收CO2，保证通入澄清石灰水的CO2为酵母菌产生。
7.B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因：让酵母菌将瓶中氧气耗尽，保证通入澄清石灰水的是无氧呼吸产生的CO2。
8.本实验为对比实验
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。
二、有氧呼吸
1.对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。
2.有氧呼吸的主要场所——线粒体
3.有氧呼吸的总反应式
C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量
有氧呼吸的三个阶段（重点记忆）
注：(1)[H]是指NADH(还原型辅酶Ⅰ)
(2)C6H12O6不能进入线粒体（只有分解成丙酮酸后，才能进入线粒体）。
(3)每个阶段的能量都是大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中
5.同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸特点：过程温和；能量逐步释放；有部分能量储存在ATP中。
6.蓝细菌无线粒体也可进行有氧呼吸，因具有与有氧呼吸有关的酶
7.CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。H2O中的O来自氧气。
三、无氧呼吸
1.场所：细胞质基质。
2.过程（无氧呼吸的两个阶段）
3.无氧呼吸的总反应式
C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量。
第一阶段释放少量能量
大部分以热能形式散失
少部分储存在ATP中
4.无氧呼吸过程中的能量转化
第二阶段不释放能量
1 ml葡萄糖
大部分能量留在酒精或乳酸中
5.无氧呼吸只在第一阶段释放能量，生成少量ATP
6.有氧呼吸是葡萄糖等有机物的彻底氧化分解，无氧呼吸是不彻底（不完全）氧化分解
7.细胞呼吸能为生物体提供能量，也是生物体代谢的枢纽
8.有氧呼吸和无氧呼吸都有[H]的产生和消耗，没有[H]积累
9.病毒没有细胞结构，不能进行细胞呼吸，但所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量
10.细胞呼吸=呼吸作用，不同于我们的呼吸
我们呼吸的时候吸气，吸进去的O2进入肺部后，再进入我们细胞内的线粒体，进行细胞呼吸，细胞呼吸产生CO2，再出细胞进入肺部，通过呼气运动排出体外。
四、细胞呼吸方式的判断(以真核生物为例)
(1)依据反应方程式判断
1.消耗O2，一定存在有氧呼吸
产生H2O，一定存在有氧呼吸
有酒精或乳酸产生：一定存在无氧呼吸
没有CO2，释放：一定为产乳酸的无氧呼吸
2.CO2=O2只进行有氧呼吸，或同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
CO>O2同时进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸
CO(2)通过液滴移动法探究细胞呼吸的方式
①探究装置：以发芽种子为例
②结果与结论
③为防止温度等物理因素的干扰，使实验结果精确，还应设置对照装置三。装置三与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。（煮熟的种子已经不能再进行呼吸作用，若液滴发生移动，则可能有存在物理因素的干扰）
④为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理
⑤用绿色植物作实验材料测定细胞呼吸速率时，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
细胞呼吸的影响因素及其应用
1．内因
(1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。
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呼吸速率不同。
实 例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
(3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。
实 例：生殖器官大于营养器官。
2．外因
(1)温度
①原理：温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。
②应用：储存水果、蔬菜时应选取零上低温
(2)O2浓度
B
A
①原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
②解读：
O2浓度低时，无氧呼吸占优势。
b．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。
c．当O2浓度达到一定值后，随着O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。
d.A点为CO2释放总量的最低点，此O2浓度下消耗的葡萄糖是最少的，所以储存水果蔬菜时应选择低氧
e.B点代表有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2相等，但这时无氧呼吸消耗的葡萄糖时有氧呼吸的3倍
③应用
a．选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。
b．作物栽培中及时松土，有利于根系生长（松土后，有氧呼吸增强，产生的能量增多，有利于根系通过主动运输从外界吸收矿质元素）。
c．提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
d．稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。
(3)CO2浓度
①原理：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。
②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
(4)含水量
①解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。
②应用：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。
第4节 光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素和结构
1.太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
2.实验：绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
（2）注意事项
①二氧化硅：有助于研磨的充分
碳酸钙：防止研磨中色素被破坏
研磨液过滤：单层尼龙布
②制备滤纸条要剪去一端的两角：防止出现边缘效应，两边色素扩散的快，保证色素带整齐
滤液细线的要求：防止色素带重叠而影响分离效果
重复画滤液细线2-3次，是为了积累更多的色素
层析时不能让滤液细线触及层析液，防止色素溶解于层析液中而无法分离
（3）实验结果
叶绿素（含量约占3/4）：主要吸收蓝紫光和红光
类胡萝卜素（含量约占1/4）：主要吸收蓝紫光
胡萝卜素：橙黄色
叶黄素： 黄 色
叶绿素a：蓝绿色
叶绿素b：黄绿色
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽(色素含量最多)的是叶绿素a，色素带最窄(色素含量最少)的是胡萝卜素
③色素带扩散速度与色素在层析液中的溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。溶解度最高的是胡萝卜素。
（4）实验异常现象分析
Ⅰ滤纸条未见色素带的原因：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，使得色素溶解于层析液中；③用水进行绿叶中色素的提取。
Ⅱ滤液绿色过浅的原因：①未加二氧化硅，研磨不充分；②取材不好，叶片不够新鲜，不是浓绿色；③加入无水乙醇过多，提取浓度太低；④未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。
Ⅲ滤纸条色素带重叠的原因：①滤液细线不直；②滤液细线过粗。
3．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶片呈黄色。
(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。（秋天叶子变黄）
(3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。
4．叶绿体中色素的吸收光谱分析
(1)色素吸收光的范围：一般叶绿体中的色素只吸收可见光（可见光的波长范围大约是390～760 nm），对红外光和紫外光不吸收。
(2)类胡萝卜素不吸收红光
(3)不同波长的光=不用颜色的光=光质
(4)不同颜色温室大棚的光合效率
①无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚光合效率最高。
②若需补光(单色光)，则同一光照强度下，补蓝紫光、红光效果最好。
③叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
5．叶绿体的结构适于进行光合作用
(1)恩格尔曼的两个实验
①水绵（叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察）和需氧细菌（确定释放氧气多的部位）;无空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
结论：直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
②三棱镜实验：需氧细菌集中在红光和蓝紫光区域，说明色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用放出氧气。
二、光合作用的原理
1．
2．反应式（背过）
光能
叶绿体
CO2＋H2O (CH2O)＋O2 6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O
3．光合作用的过程（背过）
4．同位素标记光合作用元素转移途径
①．H：3H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))NADP3Heq \(―――→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)。
②．C：14CO2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)。
③．O：H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))18O2；C18O2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))C3eq \(―――→,\s\up7(C3的还原))(CH218O)。
5．结合光反应和暗反应过程分析，若突然光照变弱或CO2供应减少，叶绿体中ATP、NADPH、C3和C5相对含量发生怎样的变化
（注意：某种物质是增多还是减少应该从该物质的来源和去路两个方面分析）。
Ⅰ光反应 Ⅱ CO2的固定 Ⅲ C3 的还原
6．小知识点
①叶绿体和线粒体增大膜面积的方式
线粒体：内膜向内折叠形成嵴；
叶绿体：类囊体堆叠形成基粒。
②不是所有的植物细胞都能进行光合作用。只有含有叶绿体的植物细胞才能进行光合作用，如叶肉细胞，但植物的根细胞、表皮细胞没有叶绿体，不能进行光合作用。
③进行光合作用不一定需要叶绿体，如蓝细菌没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用。
④NADPH和ATP的移动方向：从类囊体薄膜到叶绿体基质；NADP＋、ADP和Pi相反
⑤C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。
⑥光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
⑦光照停止时，光反应立即停止，暗反应可以（利用剩下的NADPH和ATP）进行一段时间，随后也停止
⑧光合作用和化能合成作用（必修1 P106“小字部分）的比较
三、光合作用原理的应用
1．光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
可用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示
2．探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体，使叶片在水中下沉，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。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。
(2)实验中变量分析
①自变量：不同光照强度
控制自变量：调节光源（同一瓦数的台灯）与烧杯的距离进行控制
或者不同瓦数的台灯与烧杯距离相同，
②因变量：光合作用强度
因变量的检测指标：同一时间段内叶片浮起数量（或浮起相同数量的叶片所需要的时间长短）
③对无关变量进行控制：叶片大小、溶液的量等保持一致
3．影响光合作用的因素
Ⅰ外部因素（填空题的答案：光照强度，CO2浓度，温度）
（1）光照强度
①原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。在一定范围内，光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
②曲线解读
图中B点表示光补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的光照强度。
图中C点表示光饱合点,即光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度
③应用：温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。
（2）CO2浓度
①原理：CO2影响暗反应阶段（CO2的固定），制约C3的形成。
②曲线解读
a图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。
b图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
c B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
③应用：在农业生产上可以通过通风，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
（3）温度
①原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
②应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
（4）水分和矿质元素
①原理
a水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。
b N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
②应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。
（5）多因子变量对光合速率的影响
植物生活的环境是复杂多样的，环境中的各种因素对光合作用的影响是综合的。下面的曲线是科学家研究多种因素对光合作用影响得到的结果。请分析回答：
①这三种研究的自变量分别是什么？
光照强度、温度； 光照强度、温度； 光照强度、CO2浓度。
②图3的研究中，对温度条件的设定有何要求？为什么？
需要保持在最适温度，这样可能使实验结果更加明显。
③图1中P点光照强度下，要想提高光合速率，可以采取什么措施？
提高CO2浓度
④据图1分析，在30 ℃条件下，光照强度达到Q点之后，光合作用速率不再增加，限制因素可能有哪些？
光合色素的含量、空气中CO2浓度。
⑤图1结果不足以说明30 ℃是光合作用最适宜温度，为什么？如何改进实验才能获得正确的结果？
实验提供的温度条件太少，需要在20～40 ℃之间增加温度梯度进行实验。
⑥Q点之后，曲线会明显下降的是哪一个图？原因是什么？
图2；温度升高，酶的活性会下降，甚至失活。
Ⅱ内部因素（填空题的答案：光合色素的含量，酶的活性和数量）
(1)植物品种不同，如阴生植物、阳生植物
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
四、光合作用和细胞呼吸的综合分析
1. 光合作用与细胞呼吸过程中的物质能量的关系
Ⅰ光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向
(1)C：CO2eq \(―――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)丙酮酸 eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第二阶段)) CO2。
(2)H：H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \(―――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq \(――――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第一、二阶段)) [H ]eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第一阶段)) eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第三阶段)) H2O。
(3)O：H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))O2 eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第三阶段)) H2O eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第二阶段)) CO2 eq \(―――→,\s\up7(暗反应)) (CH2O)。
Ⅱ光合作用与有氧呼吸中的能量转化
2.真正光合速率（总光合速率）、净光合速率和呼吸速率
(1)真正光合速率、净光合速率和呼吸速率关系
①真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率
②上图中光照强度大于C时，OA段表示植物呼吸速率，OF段表示植物净光合速率，则真正光合速率＝OA＋OF。
③植物绿色组织只有在黑暗条件下测得的数值为呼吸速率(A点)。
④植物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。
(2)曲线分析
常用表示方法（背过）：
（3）点移动问题
①细胞呼吸加强时（如温度改变，与呼吸作用有关的酶的活性升高），其O2吸收量或CO2释放量均增加（离O点越远），图示A点下移
②若改变的条件不利于光合作用（如缺Mg2＋，温度变的不适宜等）时，光补偿点（即B点）应右移，光饱和点（C）应左移，D点向左下移
3.植物光合作用和细胞呼吸作用的日变化曲线分析
Ⅰ.开放环境中CO2吸收、释放量昼夜变化曲线分析
（1）曲线的各点含义及形成原因分析如下：
①a点：凌晨3时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
②b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。
③bc点：光合作用强度小于呼吸作用强度。
④c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
⑤ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度。
⑥d点：温度过高，部分气孔关闭，CO2供应量减少，出现“午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
⑧ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
⑨fg段：太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用。
（2）绿色植物一昼夜内有机物的“制造”、“消耗”与“积累”
Ⅱ.相对密闭的环境中，—昼夜CO2含量的变化曲线图
4.光合速率的测定方法
Ⅰ“液滴移动法”
[实验原理]
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（或CO2缓冲液）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。
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。
Ⅱ 黑白瓶法
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是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。具体方法如下：
①“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。总光合作用量（强度）＝净光合作用量（强度）＋有氧呼吸量（强度）。
②有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量（或CO2的增加量）为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量（或CO2的减少量）为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
③在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
【典例】 下表所示是采用黑白瓶（不透光瓶—可透光瓶）法测定夏季某池塘不同深度水体中，初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度比较后的数据。下列有关分析正确的是（ ）
A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3 g/m2
B.水深2 m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率
C.水深3 m处白瓶中水生植物不进行光合作用
D.水深4 m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体
解析 根据题意可知，黑瓶中水生植物只能进行呼吸作用，白瓶中水生植物既能进行光合作用又能进行呼吸作用，在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据即为正常的呼吸消耗量。由表中数据可知，在水深1 m处白瓶中水生植物产生的O2量＝3＋1.5＝4.5（g/m2）。水深2 m处白瓶中水生植物光合速率＝1.5＋1.5＝3.0[g/（m2·d）]，呼吸速率为1.5 g/m（m2·d）。水深3 m处白瓶中水生植物光合作用量等于呼吸作用量，即1.5 g/m2。水深4 m处白瓶中藻类植物能进行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体。
答案 D
Ⅲ 半叶称重法
在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
【典例】 某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/（dm2·h）。请分析回答下列问题：
（1）MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6 h后（ ）＋（ ）－呼吸作用有机物的消耗量。
（2）若M＝MB－MA，则M表示_______________________________________。
（3）真正光合速率的计算方法是______________________________。
（4）本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。_________________________________。
解析 叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6 h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h有机物的总产量（B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量）。由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。
答案 （1）叶片初始质量 光合作用有机物的总产量 （2）B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量
（3）M值除以时间再除以面积，即M/（截取面积×时间）
（4）将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
Ⅳ 叶圆片称重法
本方法通过测定单位时间、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。
Ⅴ 间隔光照法——比较有机物的合成量
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。
【典例】 （2015·全国卷Ⅰ，29）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）对比C、D两组实验，C组光照和黑暗交替处理，D组只有光照，故单位光照时间内C组植物合成有机物的量高于D组。分析C组和D组实验，可推知光合作用中有些反应不需要光照，这些反应发生在叶绿体的基质中。
（2）对比A、B、C三组实验，在总光照时间相同的情况下，随着光照和黑暗交替频率的增加，光合作用产物的相对含量也增加。究其根本原因是光照与黑暗的交替频率越高，光下产生的还原型辅酶Ⅱ和ATP越能及时利用并及时再生，从而提高了光合作用中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
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
温度、催化剂
因变量
因自变量的改变而变化的变量
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；无关变量应当始终保持相同
反应物浓度、反应时间
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量eq \(――→,\s\up7(酶))ATP
ATPeq \(――→,\s\up7(酶))ADP＋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)
储存在特殊化学键中的能量
能量去路
储存在特殊化学键中
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
自变量
氧气的有无
因变量
CO2产生的多少，有无酒精产生
因变量检测指标
CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，根据石灰水的浑浊成都检测CO2的产生情况；也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据变成黄色的时间长短来比较CO2的产生情况。
酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性（浓硫酸）条件下发生化学反应，变成灰绿色
无关变量
温度、试剂用量等，要遵循等量原则
阶段
物质变化
场所
放能多少
第一
阶段
酶
（葡萄糖）C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]
细胞质基质
少量
第二
阶段
酶
2C3H4O3＋6H2O 6CO2＋20[H]
线粒体基质
少量
第三
阶段
酶
24[H]＋6O2 12H2O
线粒体内膜
大量
第一
阶段
葡萄糖eq \(――→,\s\up7(酶))2丙酮酸＋4[H]＋少量能量
第二
阶段
产酒精
2丙酮酸＋4[H]eq \(――→,\s\up7(酶))酒精＋CO2
大多数植物、酵母菌等
产乳酸
2丙酮酸＋4[H]eq \(――→,\s\up7(酶))乳酸
高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌、哺乳动物成熟红细胞等
实验结果
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
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生乳酸的无氧呼吸
左移
左移
种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
实验
原理
提取色素
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
无水乙醇
分离色素
绿叶中的各种色素都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同；溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因而色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开
层析液
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H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。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。
此实验能说明氧气的产生和糖类的合成不是同一化学反应
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
H218O＋CO2 18O2
H2O＋C18O2 O2
结论：光合作用释放的O2中的氧元素来自H2O
阿尔农
发现在光下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现该过程总是与水的光解相伴随
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体 类囊体的薄膜
叶绿体基质
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
(1)H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))O2＋H＋
(2)NADP＋＋H＋―→NADPH
(3)ADP＋Pieq \(――――→,\s\up7(光能),\s\d5(色素、酶))ATP
(1)CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3
(2)2C3eq \(――――――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶))(CH2O)＋C5
能量变化
光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
曲线对应点
细胞生理活动
植物组织外观表现
图示
A点
光照强度为0，即黑暗条件，只进行细胞呼吸
从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段
随光照强度增强，光合作用强度增强，但仍比呼吸作用强度弱
从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点
光合作用强度等于呼吸作用强度，而此时的光照强度为光补偿点
与外界不发生气体交换
BD段
光合作用强度随光照强度的增强而增强，而且光合作用强度大于呼吸作用强度
从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气
DE段
光合作用强度达到饱和，不再随光照强度增大而增强
总光合速率
O2产生速率
CO2固定（或消耗）速率
有机物产生（或制造、生成）速率
净光合速率
O2释放速率
CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
有机物消耗速率
比较项目
一昼夜，小室中CO2含量的变化曲线图
图示
曲线分析
C点、E点：光合作用强度＝呼吸作用强度
CE段：光合作用强度＞呼吸作用强度
MC段和EN段：光合作用强度＜呼吸作用强度
光合作用开始于C点之前，结束于E点之后
若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
若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
若N点与M点一样高
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变
水深/m
1
2
3
4
白瓶中O2浓度/（g·m－2）
＋3
1.5
0
－1
黑瓶中O2浓度/（g·m－2）
－1.5
－1.5
－1.5
－1.5
一、酶在细胞代谢中的作用
细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢，是细胞生命活动的基础。
实验—比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)肝脏要新鲜：新鲜的肝脏，酶的活性较高。
(2)肝脏要磨碎，充分研磨有利于过氧化氢酶从细胞中释放出来并与过氧化氢充分接触。
(3)滴加肝脏研磨液和FeCl3溶液时不能共用一个滴管。原因是少量酶混入FeCl3溶液中也会影响实验结果的准确性,导致得出错误的结论。
三、科学方法—控制变量和设计对照实验
(1)实验中的变量
(2)对照实验
①分组：对照组(1号试管空白对照)和实验组(2号、3号、4号试管)。
3号、4号试管相互对照，说明与无机催化剂相比，酶具有高效性
1号、4号试管相互对照，说明酶具有催化作用
②分类：
a空白对照：不给对照组做任何实验处理，通常加入清水、蒸馏水、生理盐水来代替实验因素。
b自身对照：对照组和实验组都在同一研究对象上进行。如“质壁分离与复原实验”
c条件对照
d相互对照：不设对照组，几个实验组之间相互对照，其中每一组既是实验组也是对照组，例如“探究酵母菌细胞呼吸方式”
四、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)原理：酶可以降低化学反应的活化能。同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。
(3)意义：使细胞代谢能在温和条件下快速有序地进行。
（加热促进过氧化氢分解，是加热使过氧化氢分子得到了能量）
AC表示无酶催化过程所需要的活化能
BC表示有酶催化过程所需要的活化能
AB表示酶降低的活化能
五、酶的特性
1. (1)合成场所：一般来说，活细胞都能产生酶（哺乳动物成熟的红细胞除外）。主要是细胞内的核糖体
(2)化学本质：绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
（3）基本单位：氨基酸或核糖核苷酸
（4）作用：催化 作用机理：降低化学反应的活化能
（5）作用场所:细胞内、外,生物体内、外都可以发挥作用
（6）酶的特性：高效性、专一性、作用条件较温和
2.细胞内的各类化学反应能有序进行的原因（理解）
（1）酶具有高效性，可以使生命活动更加高效地进行。
（2）酶具有专一性，使细胞代谢有条不紊地进行。
（3）酶的作用条件较温和，与细胞内环境相适应。
（4）与酶在细胞中的分布有关。如光合作用有关的酶和呼吸作用有关的酶分别分布在细胞不同的区室，两反应互不干扰。
3.酶的高效性
(1)含义：与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高
(2)催化剂(酶)只改变反应速率，不改变生成物的量
只能缩短达到平衡点的时间，不改变平衡点
反应前后，酶自身不变（可重复多次利用）
①加酶与加无机催化剂相比，酶具有高效性
②加酶与不加催化剂相比，酶具有催化作用
4.酶的专一性
(1)无机催化剂催化的化学反应范围比较广。
例如，酸既能催化蛋白质水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉水解。
(2)含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
(3)意义：使细胞代谢有条不紊地进行。
(4)探究酶专一性的实验--淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
思路：同一种酶不同底物（也可以用同一种底物不同的酶探究酶的专一性）
注意：①在该种淀粉酶的最适温度和最适pH条件下进行。α-淀粉酶的最适温度是60℃，唾液淀粉酶的最适温度是37℃
②检测试剂应该用斐林试剂，
不能选碘液,因为蔗糖及其水解产物遇碘液都不会发生显色反应,无法检测蔗糖是否被水解。
(5)专一性模型
图中A表示酶
B表示被A催化的底物
F表示B被分解后产生的物质
D表示不能被A催化的物质。
加入酶A，反应速率加快，说明酶A能催化底物，参与反应
加入酶B，反应速率不变，说明酶B不能催化底物，不参与反应
(6)曲线分析
5.酶的作用条件较温和
Ⅰ 探究影响酶活性的条件
(1)酶活性:酶催化特定化学反应的能力。
酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率来表示。
反应速率用单位时间内生成物的生成量，或单位时间内反应物的减少量来表示。
(2)探究温度对酶活性影响：最好用淀粉溶液、唾液淀粉酶。
①不宜选用H2O2，原因是H2O2在常温下就会分解，加热条件下分解会加快。
②应该用碘液鉴定，不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂在使用时需要水浴加热，而加热会改变反应体系的温度，影响实验结果。
③酶和淀粉混合前，务必先在各自设定的温度下保温一段时间，再混合。
(3)探究pH对酶活性影响：最好用肝脏研磨液（含有H2O2酶）、H2O2溶液
①不能用淀粉和淀粉酶，因为在酸性条件下淀粉本身分解会加快，影响实验结果
②需要事先在肝脏研磨液（含有H2O2酶）中加入调节pH的溶液后，再将酶液和底物混合，否则尚未调节pH，反应即已结束。
Ⅱ 曲线分析
①在最适温度或(最适pH)条件下，酶的活性最高(如B点)。温度（pH)偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
②低温(如A点)抑制酶的活性，但酶的空间结构稳定，温度升高后，酶仍能恢复活性。但高温、过酸、过碱会导致酶的空间结构遭到破坏，使其永久失活。
③酶制剂适宜在低温下保存。
④胃蛋白酶(最适pH为1.5)
6.影响酶促反应速率的因素
(1)通过影响酶活性影响酶促反应速率的因素：温度，pH
(2)直接影响酶促反应速率的其他因素
底物浓度和酶浓度都是通过影响反应物与酶接触的面积来影响酶促反应速率的，但并不影响酶活性
①底物浓度
OA段的限制因素是底物浓度
AB段的限制因素是
酶活性和酶数量
②酶浓度
在底物充足，其他条件适宜的情况下，反应速率与酶浓度成正比
第2节细胞的能量“货币”ATP
一.ATP是一种高能磷酸化合物
1.元素组成：C,H,O,N,P
2.中文名称：腺苷三磷酸
3.结构简式：A—P～P～P
“—”代表普通化学键
“～”代表一种特殊的化学键
A
A
P P P
～
～
腺嘌呤
核糖
三个磷酸基团
腺苷(A)
腺苷三磷酸(ATP)
4.结构特点
不稳定：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集团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化
5.功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
6.其他高能磷酸化合物：ACP, AGP, AUP, 磷酸肌酸
二．ATP与ADP可以相互转化
1.转化过程：ATP的合成与分解（虽然物质相同，但酶不同，能量来源不同，所以两个反应不可逆）
2.相互转化特点
(1)ATP在细胞内的含量很少。
(2)ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。
(3)ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性。
三.ATP的利用
1.细胞中 绝大多数 需要能量 的生命活动都是由ATP直接提供能量的。
2.ATP供能机制
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，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。
3.ATP是细胞内流通的能量“货币”
吸能反应：是需要吸收能量的，如蛋白质合成等。与ATP的水解相联系，
由ATP水解提供能量
(1)
细胞内的
放能反应：是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。与ATP的合成相联系，
释放的能量储存在ATP中
化学反应
(2)ATP是细胞内流通的能量“货币”
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，及时而持续地满足细胞各项生命活动对能量的需求。
第3节 细胞呼吸的原理和应用
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.呼吸作用的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，也叫细胞呼吸。
2.酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌
3.由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
4.配制葡萄糖溶液时，对葡萄糖溶液煮沸的目的：杀死杂菌。煮沸后冷却的目的：防止酵母菌体内的酶在高温下失活。
5.NaOH的作用：吸收CO2，保证通入酵母菌培养液中的气体不含CO2，避免对实验结果的干扰。
6.间歇性通空气的原因：使NaOH充分吸收CO2，保证通入澄清石灰水的CO2为酵母菌产生。
7.B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因：让酵母菌将瓶中氧气耗尽，保证通入澄清石灰水的是无氧呼吸产生的CO2。
8.本实验为对比实验
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。
二、有氧呼吸
1.对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式。
2.有氧呼吸的主要场所——线粒体
3.有氧呼吸的总反应式
C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量
有氧呼吸的三个阶段（重点记忆）
注：(1)[H]是指NADH(还原型辅酶Ⅰ)
(2)C6H12O6不能进入线粒体（只有分解成丙酮酸后，才能进入线粒体）。
(3)每个阶段的能量都是大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中
5.同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸特点：过程温和；能量逐步释放；有部分能量储存在ATP中。
6.蓝细菌无线粒体也可进行有氧呼吸，因具有与有氧呼吸有关的酶
7.CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。H2O中的O来自氧气。
三、无氧呼吸
1.场所：细胞质基质。
2.过程（无氧呼吸的两个阶段）
3.无氧呼吸的总反应式
C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋少量能量。
第一阶段释放少量能量
大部分以热能形式散失
少部分储存在ATP中
4.无氧呼吸过程中的能量转化
第二阶段不释放能量
1 ml葡萄糖
大部分能量留在酒精或乳酸中
5.无氧呼吸只在第一阶段释放能量，生成少量ATP
6.有氧呼吸是葡萄糖等有机物的彻底氧化分解，无氧呼吸是不彻底（不完全）氧化分解
7.细胞呼吸能为生物体提供能量，也是生物体代谢的枢纽
8.有氧呼吸和无氧呼吸都有[H]的产生和消耗，没有[H]积累
9.病毒没有细胞结构，不能进行细胞呼吸，但所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量
10.细胞呼吸=呼吸作用，不同于我们的呼吸
我们呼吸的时候吸气，吸进去的O2进入肺部后，再进入我们细胞内的线粒体，进行细胞呼吸，细胞呼吸产生CO2，再出细胞进入肺部，通过呼气运动排出体外。
四、细胞呼吸方式的判断(以真核生物为例)
(1)依据反应方程式判断
1.消耗O2，一定存在有氧呼吸
产生H2O，一定存在有氧呼吸
有酒精或乳酸产生：一定存在无氧呼吸
没有CO2，释放：一定为产乳酸的无氧呼吸
2.CO2=O2只进行有氧呼吸，或同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
CO>O2同时进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸
CO
①探究装置：以发芽种子为例
②结果与结论
③为防止温度等物理因素的干扰，使实验结果精确，还应设置对照装置三。装置三与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。（煮熟的种子已经不能再进行呼吸作用，若液滴发生移动，则可能有存在物理因素的干扰）
④为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理
⑤用绿色植物作实验材料测定细胞呼吸速率时，需将整个装置进行遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
细胞呼吸的影响因素及其应用
1．内因
(1)遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。
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呼吸速率不同。
实 例：幼苗期呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
(3)器官类型：同一植物的不同器官呼吸速率不同。
实 例：生殖器官大于营养器官。
2．外因
(1)温度
①原理：温度通过影响酶的活性影响细胞呼吸速率。
②应用：储存水果、蔬菜时应选取零上低温
(2)O2浓度
B
A
①原理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
②解读：
O2浓度低时，无氧呼吸占优势。
b．随着O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强。
c．当O2浓度达到一定值后，随着O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。
d.A点为CO2释放总量的最低点，此O2浓度下消耗的葡萄糖是最少的，所以储存水果蔬菜时应选择低氧
e.B点代表有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2相等，但这时无氧呼吸消耗的葡萄糖时有氧呼吸的3倍
③应用
a．选用透气的消毒纱布包扎伤口，抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。
b．作物栽培中及时松土，有利于根系生长（松土后，有氧呼吸增强，产生的能量增多，有利于根系通过主动运输从外界吸收矿质元素）。
c．提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
d．稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。
(3)CO2浓度
①原理：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。
②应用：在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
(4)含水量
①解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。
②应用：粮食储存前要进行晒干处理，目的是降低粮食中的自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少储存时有机物的消耗。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。
第4节 光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素和结构
1.太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
2.实验：绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
（2）注意事项
①二氧化硅：有助于研磨的充分
碳酸钙：防止研磨中色素被破坏
研磨液过滤：单层尼龙布
②制备滤纸条要剪去一端的两角：防止出现边缘效应，两边色素扩散的快，保证色素带整齐
滤液细线的要求：防止色素带重叠而影响分离效果
重复画滤液细线2-3次，是为了积累更多的色素
层析时不能让滤液细线触及层析液，防止色素溶解于层析液中而无法分离
（3）实验结果
叶绿素（含量约占3/4）：主要吸收蓝紫光和红光
类胡萝卜素（含量约占1/4）：主要吸收蓝紫光
胡萝卜素：橙黄色
叶黄素： 黄 色
叶绿素a：蓝绿色
叶绿素b：黄绿色
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽(色素含量最多)的是叶绿素a，色素带最窄(色素含量最少)的是胡萝卜素
③色素带扩散速度与色素在层析液中的溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。溶解度最高的是胡萝卜素。
（4）实验异常现象分析
Ⅰ滤纸条未见色素带的原因：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，使得色素溶解于层析液中；③用水进行绿叶中色素的提取。
Ⅱ滤液绿色过浅的原因：①未加二氧化硅，研磨不充分；②取材不好，叶片不够新鲜，不是浓绿色；③加入无水乙醇过多，提取浓度太低；④未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。
Ⅲ滤纸条色素带重叠的原因：①滤液细线不直；②滤液细线过粗。
3．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶片呈黄色。
(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。（秋天叶子变黄）
(3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。
4．叶绿体中色素的吸收光谱分析
(1)色素吸收光的范围：一般叶绿体中的色素只吸收可见光（可见光的波长范围大约是390～760 nm），对红外光和紫外光不吸收。
(2)类胡萝卜素不吸收红光
(3)不同波长的光=不用颜色的光=光质
(4)不同颜色温室大棚的光合效率
①无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚光合效率最高。
②若需补光(单色光)，则同一光照强度下，补蓝紫光、红光效果最好。
③叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
5．叶绿体的结构适于进行光合作用
(1)恩格尔曼的两个实验
①水绵（叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察）和需氧细菌（确定释放氧气多的部位）;无空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
结论：直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
②三棱镜实验：需氧细菌集中在红光和蓝紫光区域，说明色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用放出氧气。
二、光合作用的原理
1．
2．反应式（背过）
光能
叶绿体
CO2＋H2O (CH2O)＋O2 6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O
3．光合作用的过程（背过）
4．同位素标记光合作用元素转移途径
①．H：3H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))NADP3Heq \(―――→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)。
②．C：14CO2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)。
③．O：H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))18O2；C18O2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))C3eq \(―――→,\s\up7(C3的还原))(CH218O)。
5．结合光反应和暗反应过程分析，若突然光照变弱或CO2供应减少，叶绿体中ATP、NADPH、C3和C5相对含量发生怎样的变化
（注意：某种物质是增多还是减少应该从该物质的来源和去路两个方面分析）。
Ⅰ光反应 Ⅱ CO2的固定 Ⅲ C3 的还原
6．小知识点
①叶绿体和线粒体增大膜面积的方式
线粒体：内膜向内折叠形成嵴；
叶绿体：类囊体堆叠形成基粒。
②不是所有的植物细胞都能进行光合作用。只有含有叶绿体的植物细胞才能进行光合作用，如叶肉细胞，但植物的根细胞、表皮细胞没有叶绿体，不能进行光合作用。
③进行光合作用不一定需要叶绿体，如蓝细菌没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用。
④NADPH和ATP的移动方向：从类囊体薄膜到叶绿体基质；NADP＋、ADP和Pi相反
⑤C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。
⑥光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
⑦光照停止时，光反应立即停止，暗反应可以（利用剩下的NADPH和ATP）进行一段时间，随后也停止
⑧光合作用和化能合成作用（必修1 P106“小字部分）的比较
三、光合作用原理的应用
1．光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
可用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示
2．探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体，使叶片在水中下沉，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。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。
(2)实验中变量分析
①自变量：不同光照强度
控制自变量：调节光源（同一瓦数的台灯）与烧杯的距离进行控制
或者不同瓦数的台灯与烧杯距离相同，
②因变量：光合作用强度
因变量的检测指标：同一时间段内叶片浮起数量（或浮起相同数量的叶片所需要的时间长短）
③对无关变量进行控制：叶片大小、溶液的量等保持一致
3．影响光合作用的因素
Ⅰ外部因素（填空题的答案：光照强度，CO2浓度，温度）
（1）光照强度
①原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。在一定范围内，光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
②曲线解读
图中B点表示光补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的光照强度。
图中C点表示光饱合点,即光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度
③应用：温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。
（2）CO2浓度
①原理：CO2影响暗反应阶段（CO2的固定），制约C3的形成。
②曲线解读
a图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。
b图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
c B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
③应用：在农业生产上可以通过通风，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
（3）温度
①原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
②应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
（4）水分和矿质元素
①原理
a水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。
b N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
②应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。
（5）多因子变量对光合速率的影响
植物生活的环境是复杂多样的，环境中的各种因素对光合作用的影响是综合的。下面的曲线是科学家研究多种因素对光合作用影响得到的结果。请分析回答：
①这三种研究的自变量分别是什么？
光照强度、温度； 光照强度、温度； 光照强度、CO2浓度。
②图3的研究中，对温度条件的设定有何要求？为什么？
需要保持在最适温度，这样可能使实验结果更加明显。
③图1中P点光照强度下，要想提高光合速率，可以采取什么措施？
提高CO2浓度
④据图1分析，在30 ℃条件下，光照强度达到Q点之后，光合作用速率不再增加，限制因素可能有哪些？
光合色素的含量、空气中CO2浓度。
⑤图1结果不足以说明30 ℃是光合作用最适宜温度，为什么？如何改进实验才能获得正确的结果？
实验提供的温度条件太少，需要在20～40 ℃之间增加温度梯度进行实验。
⑥Q点之后，曲线会明显下降的是哪一个图？原因是什么？
图2；温度升高，酶的活性会下降，甚至失活。
Ⅱ内部因素（填空题的答案：光合色素的含量，酶的活性和数量）
(1)植物品种不同，如阴生植物、阳生植物
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
四、光合作用和细胞呼吸的综合分析
1. 光合作用与细胞呼吸过程中的物质能量的关系
Ⅰ光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向
(1)C：CO2eq \(―――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)丙酮酸 eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第二阶段)) CO2。
(2)H：H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \(―――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq \(――――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第一、二阶段)) [H ]eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第一阶段)) eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第三阶段)) H2O。
(3)O：H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))O2 eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第三阶段)) H2O eq \(――――→,\s\up12(有氧呼吸),\s\d4(第二阶段)) CO2 eq \(―――→,\s\up7(暗反应)) (CH2O)。
Ⅱ光合作用与有氧呼吸中的能量转化
2.真正光合速率（总光合速率）、净光合速率和呼吸速率
(1)真正光合速率、净光合速率和呼吸速率关系
①真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率
②上图中光照强度大于C时，OA段表示植物呼吸速率，OF段表示植物净光合速率，则真正光合速率＝OA＋OF。
③植物绿色组织只有在黑暗条件下测得的数值为呼吸速率(A点)。
④植物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。
(2)曲线分析
常用表示方法（背过）：
（3）点移动问题
①细胞呼吸加强时（如温度改变，与呼吸作用有关的酶的活性升高），其O2吸收量或CO2释放量均增加（离O点越远），图示A点下移
②若改变的条件不利于光合作用（如缺Mg2＋，温度变的不适宜等）时，光补偿点（即B点）应右移，光饱和点（C）应左移，D点向左下移
3.植物光合作用和细胞呼吸作用的日变化曲线分析
Ⅰ.开放环境中CO2吸收、释放量昼夜变化曲线分析
（1）曲线的各点含义及形成原因分析如下：
①a点：凌晨3时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
②b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。
③bc点：光合作用强度小于呼吸作用强度。
④c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
⑤ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度。
⑥d点：温度过高，部分气孔关闭，CO2供应量减少，出现“午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
⑧ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
⑨fg段：太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用。
（2）绿色植物一昼夜内有机物的“制造”、“消耗”与“积累”
Ⅱ.相对密闭的环境中，—昼夜CO2含量的变化曲线图
4.光合速率的测定方法
Ⅰ“液滴移动法”
[实验原理]
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（或CO2缓冲液）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。
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。
Ⅱ 黑白瓶法
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是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。具体方法如下：
①“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。总光合作用量（强度）＝净光合作用量（强度）＋有氧呼吸量（强度）。
②有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量（或CO2的增加量）为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量（或CO2的减少量）为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
③在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
【典例】 下表所示是采用黑白瓶（不透光瓶—可透光瓶）法测定夏季某池塘不同深度水体中，初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度比较后的数据。下列有关分析正确的是（ ）
A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3 g/m2
B.水深2 m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率
C.水深3 m处白瓶中水生植物不进行光合作用
D.水深4 m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体
解析 根据题意可知，黑瓶中水生植物只能进行呼吸作用，白瓶中水生植物既能进行光合作用又能进行呼吸作用，在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据即为正常的呼吸消耗量。由表中数据可知，在水深1 m处白瓶中水生植物产生的O2量＝3＋1.5＝4.5（g/m2）。水深2 m处白瓶中水生植物光合速率＝1.5＋1.5＝3.0[g/（m2·d）]，呼吸速率为1.5 g/m（m2·d）。水深3 m处白瓶中水生植物光合作用量等于呼吸作用量，即1.5 g/m2。水深4 m处白瓶中藻类植物能进行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体。
答案 D
Ⅲ 半叶称重法
在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
【典例】 某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/（dm2·h）。请分析回答下列问题：
（1）MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6 h后（ ）＋（ ）－呼吸作用有机物的消耗量。
（2）若M＝MB－MA，则M表示_______________________________________。
（3）真正光合速率的计算方法是______________________________。
（4）本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。_________________________________。
解析 叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6 h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h有机物的总产量（B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量）。由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。
答案 （1）叶片初始质量 光合作用有机物的总产量 （2）B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量
（3）M值除以时间再除以面积，即M/（截取面积×时间）
（4）将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
Ⅳ 叶圆片称重法
本方法通过测定单位时间、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。
Ⅴ 间隔光照法——比较有机物的合成量
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。
【典例】 （2015·全国卷Ⅰ，29）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）对比C、D两组实验，C组光照和黑暗交替处理，D组只有光照，故单位光照时间内C组植物合成有机物的量高于D组。分析C组和D组实验，可推知光合作用中有些反应不需要光照，这些反应发生在叶绿体的基质中。
（2）对比A、B、C三组实验，在总光照时间相同的情况下，随着光照和黑暗交替频率的增加，光合作用产物的相对含量也增加。究其根本原因是光照与黑暗的交替频率越高，光下产生的还原型辅酶Ⅱ和ATP越能及时利用并及时再生，从而提高了光合作用中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
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
温度、催化剂
因变量
因自变量的改变而变化的变量
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；无关变量应当始终保持相同
反应物浓度、反应时间
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量eq \(――→,\s\up7(酶))ATP
ATPeq \(――→,\s\up7(酶))ADP＋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)
储存在特殊化学键中的能量
能量去路
储存在特殊化学键中
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
自变量
氧气的有无
因变量
CO2产生的多少，有无酒精产生
因变量检测指标
CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，根据石灰水的浑浊成都检测CO2的产生情况；也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据变成黄色的时间长短来比较CO2的产生情况。
酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性（浓硫酸）条件下发生化学反应，变成灰绿色
无关变量
温度、试剂用量等，要遵循等量原则
阶段
物质变化
场所
放能多少
第一
阶段
酶
（葡萄糖）C6H12O6 2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]
细胞质基质
少量
第二
阶段
酶
2C3H4O3＋6H2O 6CO2＋20[H]
线粒体基质
少量
第三
阶段
酶
24[H]＋6O2 12H2O
线粒体内膜
大量
第一
阶段
葡萄糖eq \(――→,\s\up7(酶))2丙酮酸＋4[H]＋少量能量
第二
阶段
产酒精
2丙酮酸＋4[H]eq \(――→,\s\up7(酶))酒精＋CO2
大多数植物、酵母菌等
产乳酸
2丙酮酸＋4[H]eq \(――→,\s\up7(酶))乳酸
高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、乳酸菌、哺乳动物成熟红细胞等
实验结果
结论
装置一液滴
装置二液滴
不动
不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡
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生乳酸的无氧呼吸
左移
左移
种子进行有氧呼吸时，底物中除糖类外还含有脂质
实验
原理
提取色素
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
无水乙醇
分离色素
绿叶中的各种色素都能溶解在层析液中，但不同色素的溶解度不同；溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因而色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开
层析液
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H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。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。
此实验能说明氧气的产生和糖类的合成不是同一化学反应
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
H218O＋CO2 18O2
H2O＋C18O2 O2
结论：光合作用释放的O2中的氧元素来自H2O
阿尔农
发现在光下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现该过程总是与水的光解相伴随
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体 类囊体的薄膜
叶绿体基质
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
(1)H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))O2＋H＋
(2)NADP＋＋H＋―→NADPH
(3)ADP＋Pieq \(――――→,\s\up7(光能),\s\d5(色素、酶))ATP
(1)CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3
(2)2C3eq \(――――――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶))(CH2O)＋C5
能量变化
光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
曲线对应点
细胞生理活动
植物组织外观表现
图示
A点
光照强度为0，即黑暗条件，只进行细胞呼吸
从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段
随光照强度增强，光合作用强度增强，但仍比呼吸作用强度弱
从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点
光合作用强度等于呼吸作用强度，而此时的光照强度为光补偿点
与外界不发生气体交换
BD段
光合作用强度随光照强度的增强而增强，而且光合作用强度大于呼吸作用强度
从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气
DE段
光合作用强度达到饱和，不再随光照强度增大而增强
总光合速率
O2产生速率
CO2固定（或消耗）速率
有机物产生（或制造、生成）速率
净光合速率
O2释放速率
CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
有机物消耗速率
比较项目
一昼夜，小室中CO2含量的变化曲线图
图示
曲线分析
C点、E点：光合作用强度＝呼吸作用强度
CE段：光合作用强度＞呼吸作用强度
MC段和EN段：光合作用强度＜呼吸作用强度
光合作用开始于C点之前，结束于E点之后
若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
若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
若N点与M点一样高
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变
水深/m
1
2
3
4
白瓶中O2浓度/（g·m－2）
＋3
1.5
0
－1
黑瓶中O2浓度/（g·m－2）
－1.5
－1.5
－1.5
－1.5
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