1、考纲要求展示知识内容要求酶在代谢中的作用ATP在能量代谢中的作用光合作用的认识过程及光合作用的基本过程影响光合作用速率的环境因素细胞呼吸探究影响酶活性的因素实验叶绿体色素的提取和分离实验探究酵母菌的呼吸方式实验知识网络构建 第1、2节 降低化学反应活化能的酶、细胞的能量“通货”一、酶的作用和本质1.酶的本质酶是产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是，少数为RNA。2.酶的作用(1)细胞代谢：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_的基础。活化能：分子从_转变为容易发生化学反应的_所需要的能量。(2)作用实质实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解结论：酶比无机催化剂降低
2、活化能的作用更显著(3)作用意义：细胞代谢能在温和条件下快速进行，是由于酶的催化作用。二、酶的特性1._：酶催化效率大约是无机催化剂的1071013倍。2._：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。3.酶的作用条件_：酶在_的温度和pH条件下，其活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都_。三、ATP1.结构：ATP的结构简式是_，一个ATP分子中含有一个腺苷，两个_，三个_。2.功能：是一种高能磷酸化合物，直接给细胞的生命活动_。3.利用：ATP可用于_、生物发电和发光、_、大脑思考及各种吸能反应。4.转化(1)ATP水解：在有关酶的催化作用下，ATP分子中_的高能磷酸键很容易水解，并释放出大
3、量的能量。(2)ATP形成：在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与_结合，重新形成ATP。5.ATP形成的能量来源(1)对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自_，对于绿色植物来说，则来自于_。(2)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的_。1.ATP分子去掉两个磷酸基后的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位之一。2.真核生物合成ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质。ATP中的高能磷酸键有何特点？【自我校对】一、1.活细胞 蛋白质 2.1细胞代谢 生命活动 常态 活跃状态二、1.高效性 2.专一性 3.较温和 最适宜 明显降低三、1.APPP 高能
4、磷酸键 磷酸基团2.提供能量 3.细胞的主动运输 肌肉收缩酶的本质1.酶的本质及生物功能化学本质绝大多数是蛋白质，少数是RNA来源一般来说，活细胞都能产生酶作用场所细胞内、外或生物体外均可生理功能生物催化作用作用原理降低化学反应的活化能2.酶化学本质的实验验证(1)证明某种酶是蛋白质对照组：已知蛋白液双缩脲试剂出现紫色反应。实验组：待测酶液双缩脲试剂是否出现紫色反应。(2)证明某种酶是RNA对照组：已知RNA溶液吡罗红染液出现红色。实验组：待测酶液吡罗红染液是否呈现红色。【例1】下列关于酶的叙述，不正确的是()A.细胞内的酶都是在核糖体上合成的B.酶能降低反应的活化能C.所有的酶都具有专一性D
5、.酶可以在细胞外起催化作用【解析】酶大多数是蛋白质，但少数是RNA，RNA并非在核糖体上合成。【答案】A1.20世纪80年代科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成，如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明()A.RNA具有生物催化作用B.酶是由RNA和蛋白质组成的C.酶的化学本质是蛋白质D.绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA【答案】A酶催化作用的特点与相关曲线1.表示酶高效性的曲线(1)催化剂可加快化学反应速率，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时间，不改变
6、化学反应的平衡点。2.表示酶专一性的曲线(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。3.影响酶活性的曲线(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)在最适温度(pH)时，酶的催化作用最强，高于或低于最适温度(pH)酶的催化作用都将减弱。(3)过酸、过碱、高温都会使酶失活，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。（1）低于或高于最适温度或pH酶活性均下降；（2）不同类型的酶最适温度、
7、pH不同，而且最适温度，pH是一个相对概念，如不同温度下最适pH不同。4.底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响(1)甲图：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)乙图：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。【例2】(2010广州质检)左图所示的是pH对植物和人的淀粉酶活性的影响；右图表示的是3种脱氢酶(A、B、C)的活性受温度影响的情况。下列叙述正确的是()A.从左图中可以知道pH6时植物淀粉酶的活性最高B.从右图中无法知道酶C的最适温度C.从左图中可以知道若细胞由酸性变成
8、碱性时，淀粉酶的活性逐渐升高D.从右图中可以知道活性温度范围最广的酶是B【解析】植物淀粉酶活性在pH56之间变化时，酶活性先升高后下降，活性温度范围最广的酶是C。【答案】B2.(原创题)某同学为了探究温度、pH对某酶的活性的影响，设计了三组实验(下表所示)，实验结果如下图所示。相关叙述正确的是()某酶试管2mL试管2mL试管2mLpH887温度604040反应物2mL2mL2mLA.试管、和都是在单因子变量下的对照实验B.在20分钟后加入甲物质，抑制了试管中的反应C.试管和分别在反应35分钟、55分钟后酶失去活性D.该实验表明该酶在40、pH为8时活性最高【解析】曲线图中纵坐标是反应物含量，由
9、曲线的变化可知甲物质促进了该酶的活性；60时该酶失活，因此对甲物质没有反应；从试管和的曲线变化来看，该酶在40、pH为8时活性最高；40的环境中，酶在作用35分钟后并没有失去活性，只是试管中反应物消耗完毕。【答案】DATP直接能源物质1.结构式及各组分的含义(1)ATP结构式(2)相关物质的关系2.ATP的再生与利用3.ATP与ADP的相互转化ATP分子中，远离A的那个高能磷酸键容易水解和重新生成，这对于细胞中能量的捕获、贮存和释放非常重要。ATP在细胞内含量并不多，但可迅速转化循环利用。如下图所示：ATP的合成和水解比较如下：ATP的合成ATP的水解反应式ADPPi能量ATPATPADPPi
10、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、叶绿体细胞的需能部位1.光能是生物体生命活动所需能量的根本来源，植物光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。2.光能进入生物群落后，是以化学能的形式储存于有机物中，以有机物为载体通过食物链而流动的。能量流动是物质循环的动力，物质是能量的载体。3.ATP水解释放的能量是储存于高能磷酸键中的化学能，可直接用于各项生命活动（光反应阶段合成的ATP只用于暗反应）；而合成ATP所需能量则主要来自有机物氧化分解释放的化学能或光
11、合作用所固定的光能。4.病毒等少数种类的生物不具有独立代谢能力，在其生命活动增殖中也消耗ATP，但这些ATP则来自于其宿主细胞。【例3】在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，该现象能够说明()ATP中远离A的P容易脱离部分32P标志的ATP是重新合成的ATP是细胞内的直接能源物质该过程中ATP既有合成又有分解A.B.C.D.【解析】部分ATP末端P带上放射性表明有ATP的分解和重新合成。的叙述是正确的但在本题中不能体现。【答案】C1.ATP在细胞中的含量处于动态平衡之中，不断被消耗也在不断合成；2.ATP
12、是细胞内直接能源物质，葡萄糖是主要能源物质，光能是根本能源物质。3.(原创题)下图A、B、C所示三种消耗ATP的生理过程。据图分析不正确的是()A.A途径可表示肌肉收缩时消耗能量B.B途径可表示物质跨膜运输时消耗能量C.C途径可表示细胞内某些化学反应时消耗能量D.细胞内ATP分解时生成ADP和磷酸，ATP的合成只能通过呼吸作用产生【解析】据图可知A、B、C所示三种消耗ATP的生理过程分别为肌肉收缩时的蛋白质移动、物质跨膜运输从低浓度到高浓度的主动运输、某些物质的耗能化学反应。细胞内ATP分解时生成ADP和磷酸，ATP的合成在动物细胞内可通过呼吸作用产生，在植物细胞内还可以来自光合作用。【答案】
13、D影响酶活性的条件(2)用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。一、酶的专一性2.实验操作程序序号项目试 管121可溶性淀粉溶液2 mL/2蔗糖溶液/2 mL3新鲜的淀粉酶溶液2 mL振荡2 mL振荡460热水保温5 min5 min5斐林试剂2 mL振荡2 mL振荡6沸水浴1 min1 min7实验结果有砖红色沉淀无砖红色沉淀结论淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解二、温度对酶活性的影响1.实验原理温度影响酶的活性，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。三、pH对酶
14、活性的影响1.实验原理(2)pH可影响酶活性，从而影响O2的产生量，根据O2产生量的多少可判断pH对酶活性的影响。2.实验程序序号操作内容试管1试管2试管31过氧化氢酶溶液2滴2滴2滴2不同pH的溶液1 mL蒸馏水1 mL盐酸1 mL NaOH3H2O2溶液2 mL2 mL2 mL4观察现象有大量气泡产生无气泡产生无气泡产生 第3节 ATP的主要来源细胞呼吸 一、探究酵母细胞呼吸的方式1.概念：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成_，释放出能量并生成_的过程。2.分类：有氧呼吸和无氧呼吸。对绝大多数生物来说，_是细胞呼吸的主要形式。3.实验探究(1)原理：酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存
15、，属于_菌，便于用来研究呼吸方式。(2)检验产物CO2：可使澄清的石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变_再变_。酒精：橙色的重铬酸钾溶液，在_条件下，与乙醇发生反应，变成_。(3)对比实验：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的_，来探究某种因素与_的关系的实验。二、细胞呼吸的方式1.有氧呼吸(1)概念：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物_，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP的过程。(2)反应式：_。(3)过程：作物栽培时要及时中耕松土，稻田需要定期排水，这有什么好处？2.无氧呼吸(1)反应式分解成酒精的反应式为_。转化成乳酸的反应式为_。(2)过程：第
16、一阶段与有氧呼吸第一阶段完全相同。第二阶段的产物是_。其全过程都在_中进行。(3)概念：细胞在_条件下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物分解为_的氧化产物，同时产生少量能量的过程。(4)实质：氧化分解_，释放_。(5)意义为生物体的生命活动提供_。为体内其他化合物合成提供_。细胞呼吸的过程分析有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解1.有氧呼吸第一、二阶段产生的H用于第三阶段与O2结合生成水；无氧呼吸第一阶段产生的H用于第二阶段将丙酮酸还原为C2H5OH和CO2或乳酸。2有氧呼吸中H2O既是反应物，又是生成物，且生成的H2O中的氧全部来自O2。3.不同生物无氧呼吸的产物不同，是由于催化反应的酶不同。4.有
17、氧呼吸中各元素来源去路【例1】(2009上海高考T30)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释放量O2吸收量a100b83c64d77A.a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸B.b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多C.c条件下，无氧呼吸最弱D.d条件下，产生的CO2全部来自线粒体【解析】解答本题可按以下思想分析：种子进行细胞呼吸的类型。据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式计算消耗的葡萄糖量与吸收O2量、释放CO2量的关系。a为无氧呼吸，产物为CO2和酒精，b、c既有有氧呼吸又有无氧呼吸，且无氧呼吸逐步
18、减弱，d为有氧呼吸。【答案】D在以C6H12O6为呼吸底物的情况下，据CO2释放量和O2吸收量判断细胞呼吸类型：1.不消耗O2，但产生CO2进行产生酒精的无氧呼吸。2.CO2释放量O2消耗量只进行有氧呼吸。3.CO2释放量O2消耗量，细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，此种情况下，可据以下关系判断哪种呼吸方式占优势：(1)若有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖速率相等；(2)若无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸；(3)若有氧呼吸消耗葡萄糖速率大于无氧呼吸。1.一瓶含有酵母菌的葡萄糖溶液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如表所示。下列叙述错误的是()氧浓度(%)abcd产生CO2的量
19、(mol)0.91.31.53.0产生C2H5OH的量(mol)0.90.70.60A.氧浓度为a时，只进行无氧呼吸B.氧浓度为b时，经有氧呼吸产生的CO2为0.6 molC.氧浓度为c时，消耗的葡萄糖中有50%用于酒精发酵D.氧浓度为d时，只进行有氧呼吸【解析】如果无C2H5OH产生只有CO2产生，则说明酵母菌只进行有氧呼吸，如氧气浓度为d时的呼吸方式。如果产生的CO2和C2H5OH物质的量相等，则说明酵母菌只进行无氧呼吸，如在氧气浓度为a时的呼吸方式。如果产生的CO2的物质的量大于C2H5OH的物质的量，说明酵母菌同时进行了有氧呼吸和无氧呼吸两种呼吸方式，如氧气浓度为b和c的呼吸方式。氧气
20、浓度为b时，通过无氧呼吸产生的CO2为0.7摩尔，剩余的0.6摩尔是有氧呼吸方式产生的。氧气浓度为c时，有氧呼吸产生0.9摩尔的CO2，消耗0.15摩尔葡萄糖，无氧呼吸消耗0.3摩尔葡萄糖，故C错误。【答案】C影响细胞呼吸的因素及应用1.呼吸速率与温度的关系(如图)(1)温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。(2)应用：温室栽培中增大昼夜温差(降低夜间温度)，以减少夜间呼吸消耗有机物。2.呼吸速率与O2浓度的关系(如图)(1)O2浓度低时，无氧呼吸占优势；随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强；但当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等
21、因素的影响)。(2)应用：贮藏水果、蔬菜、种子时降低O2浓度，以减少有机物消耗，但不能无O2，否则产生酒精，导致腐烂。选用“创可贴”、透气的消毒纱布包扎伤口，为伤口创造透气的环境，避免厌氧病原菌的繁殖，利于伤口愈合。(如厌氧型破伤风杆菌)生产酒是利用酵母菌的无氧呼吸。作物松土透气，利用根系有氧呼吸，促进无机盐的吸收；稻田需定期排水，否则会因根部进行无氧呼吸产生大量酒精对根细胞产生毒害作用，使根腐烂。【例2】如图表示某种植物的非绿色器官在不同的氧浓度下O2吸收量和CO2生成量的变化，请据图回答：(1)图中曲线QR区段CO2生成量急剧减少的主要原因是_。(2)_点的生物学含义是无氧呼吸消失点，由纵
22、轴、CO2生成量和O2吸收量共同围成的面积所代表的生物学含义是_。(3)在原图中绘出无氧呼吸产生的CO2随氧气浓度变化而变化的曲线。(4)若图中的AB段与BC段的距离等长，说明此时有氧呼吸释放的CO2与无氧呼吸释放的CO2相比_(填“一样多”或“更多”或“更少”)，有氧呼吸消耗的葡萄糖量是无氧呼吸的_。(5)在长途运输新鲜蔬菜时，常常向塑料袋中充入氮气，目的是_。你认为氧浓度应调节到_点的对应浓度，更有利于蔬菜的运输，试说明理由：_。【解析】本题以细胞呼吸的两种类型为核心命题点，考查了有氧呼吸、无氧呼吸随O2浓度变化的特点，综合考查了解读曲线、根据已知曲线画未知曲线的能力以及解决相关实际问题的
23、能力。解题时应注意：Q点只进行无氧呼吸，P点只进行有氧呼吸，B点有氧呼吸、无氧呼吸释放的CO2量相等，R点释放的CO2量最少，此时有利于蔬菜运输。【答案】(1)氧气浓度增加，无氧呼吸受抑制(2)P 氧浓度逐渐增大的过程中，无氧呼吸生成的CO2总量(3)(所绘曲线应能表现下降趋势，并经过Q、B以及P点在x轴上的投影点)如图(点线)所示。(4)一样多 1/3(5)降低氧浓度，减少有机物的消耗 R 此时有氧呼吸强度较低，同时又抑制了无氧呼吸，蔬菜中的有机物消耗最少酵母菌或植物某些部位细胞呼吸的判断。1.若只产生CO2，不消耗O2，则只进行无氧呼吸(图中A点)。2.若产生CO2的物质的量比吸收O2的物
24、质的量多，则两种呼吸同时并存(图中AC段)。3.若产生CO2的物质的量与吸收O2的物质的量相等，则只进行有氧呼吸(图中C点以后)。4.B点表示无氧呼吸与有氧呼吸速率相等(用CO2释放量表示)，此时CO2的总释放量最低。D点表示O2浓度超过一定值(10%)时，无氧呼吸消失，表明O2对无氧呼吸抑制。2.如图为水果存放时，空气中的氧气浓度(y)与水果释放出的CO2气体量(x)的关系曲线。根据图示，你认为保存水果应该选择哪个状态下的氧气浓度最合适()A.B.C.D.【解析】水果释放出CO2(即x值)量越小，表明有机物消耗越少，有利于水果保存。【答案】B探究酵母菌细胞呼吸的方式一、实验原理1.酵母菌属于
25、兼性厌氧菌。酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2，在进行无氧呼吸时能产生酒精和CO2。2.CO2可使澄清的石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。3.橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下可与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。二、实验流程1.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。2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。3.设计并进行实验(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
26、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4.实验现象(1)甲、乙两装置中石灰水都变混浊，且甲中混浊程度高且快。(2)2号试管中溶液由橙色变成灰绿色，1号试管不变色。5.实验结论：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，确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水中。3.该实验为对比实验，有氧和无氧条件下的实验都有实验组。【例3】(2009福建高考T26)下图表示的是测定保温桶内温度变化的实验装置
27、。某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下细胞呼吸的情况。材料用具：保温桶(500 mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。实验假设：酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出的热量更多。(1)取A、B两装置设计实验如下，请补充下表中内容装置方法步骤一方法步骤二方法步骤三A加入240 mL的葡萄糖溶液加入10 g活性干酵母_B加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液_加入石蜡油，铺满液面(2)B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是_，这是控制实验的_变量。(3)要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个装置C。请写出装置C的实验步骤：装置方法
28、步骤一方法步骤二方法步骤三C_加入石蜡油，铺满液面(4)实验预期：在适宜条件下实验，30分钟后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是：_(用“”表示)，则假设成立。【解析】(1)本实验的自变量是氧气的有无，因变量是温度变化，其他变量是无关变量(控制变量)，对于无关变量要控制其等量且适宜。(2)将C6H12O6溶液煮沸的目的是排除溶液中氧气的干扰。(3)本实验的自变量是呼吸作用的有无，因变量还是温度变化，因此除步骤二以外与B组完成相同。(4)有氧呼吸产生的热量最多，而没有呼吸作用的C组几乎不产生热量。【答案】(1)不加入石蜡油 加入10 g活性干酵母(2)去除氧气 自(3)加入240 mL
29、煮沸后冷却的葡萄糖溶液 不加入活性干酵母(4)ABC3.两个生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验。请据题分析作答：(1)甲兴趣小组想探究的具体问题是：酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置，如图(AD)所示：请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)。有氧条件下的装置序号：_；无氧条件下的装置序号：_。装置中C瓶的作用是_，B瓶中澄清的石灰水还可用_代替。(2)乙兴趣小组利用图所示装置(橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管)，探究酵母菌的细胞呼吸类型。如果想得到实验结论，还必须同时设置对照实验，请问对
30、 照 实 验 装 置(假 设 该 装 置 编 号 为)如 何 设 计？_。请预测与结论相符合的现象，并填写下表：序号装置中红色液滴的移动现象结论装置装置1ab不移动只进行有氧呼吸2c不移动d只进行无氧呼吸3ef既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸若酵母菌消耗的O2为3 mol，而释放的CO2为9 mol，则酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的_倍。【答案】(1)CAB(或CBAB)DB 吸收空气中的CO2，排除其对实验结果的干扰(其他合理答案亦可)溴麝香草酚蓝水溶液(不可有错别字)(2)装置除用等量清水代替10%NaOH溶液外，其他设计与装置相同 a向左移 d向右移 e向左移 f向右移 6第4节
31、 能量之源光与光合作用 一、捕获光能的色素和结构1.实验：绿叶中色素的提取和分离(_法)。2.色素的种类和功能(1)叶绿素(34)叶绿素a蓝绿色叶绿素b黄绿色 主要吸收_(2)类胡萝卜素(14)胡萝卜素橙黄色叶黄素黄色主要吸收_3.叶绿体(1)结构外表：双层膜内部基质：含 基粒：由类囊体重叠而成，增大膜面积，分布着 (2)功能：_。二、光合作用的原理及应用1.概念：CO2H2O原料)光能动力 场所CH2OO2产物)2.过程：1光反应条件：场所：叶绿体类囊体薄膜上物质变化水的光解：H2O光2H12O2ATP的生成：ADPPi酶光能 ATP能量变化：光能 中活跃的化学能2暗反应条件：场所：叶绿体基
32、质物质变化CO2的固定：CO2C5酶2C3CO2的还原：C3CH2OC5H2O能量变化：中活跃的化学能CH2O中稳定的化学能3.意义1制造有机物2将光能转化为化学能，储存在有机物中 光合作用是最基本的_。(3)维持大气中 O2 与 CO2 相对稳定。(4)促进生物进化：无氧呼吸生物 蓝藻光合有氧呼吸生物；水生生物O2O3陆地生活。在温室内自然光照射基础上，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？1.光反应中产生的H与细胞呼吸中产生的H并不是同一种物质。2.暗反应有光、无光均可进行，但需要光反应提供的H和ATP，因此在暗处，暗反应不能长时间进行。【自我校对】一、1.纸层析2.(1)红光和蓝紫光(2)
33、蓝紫光3.(1)暗反应所需酶色素和光反应所需酶(2)叶绿体是光合作用的场所二、1.叶绿体2.(1)光、色素、酶、ADP、Pi、NADP+ATP、H(2)酶、H(NADPH)、ATP ATP、H3.（2）物质代谢和能量代谢思考：红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光谱，因此可以补充这两种光达到增产的目的。一、色素与吸收光叶绿体中的色素(1)连续光谱：可见光三棱镜红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。(2)吸收光谱：可见光色素溶液三棱镜红光、蓝光、紫光区出现强暗带，绿光区几乎无变化(说明对绿光吸收非常少)。二、色素与光能转换1.叶绿素都能吸收和传递光能，少量能转化光能 2.叶绿素参与光反应阶段即与H2O的
34、光解、O2、H和ATP的生成有关 三、影响叶绿素合成的因素1.光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。2.温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。3.必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。【例1】关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述，错误的是()A.叶绿体色素与ATP的合成有关B.叶绿体色素参与ATP的分解C.叶绿体色素与O2和H的形成有关D.叶绿体色素能
35、吸收和传递光能【解析】叶绿体参与光合作用的光反应阶段而光反应无ATP分解。【答案】B1.如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。以下对该图的分析错误的是()A.图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光B.总吸收光谱是代表叶绿体4种色素对光能的吸收C.图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用D.总吸收光谱与光合作用光谱基本一致，说明叶绿体色素吸收光能都能参加光合作用【解析】本题考查叶绿体中色素的吸收光谱。图示中，叶绿素a的吸收值有两个波峰，主要集中于红光和蓝紫光区域。叶绿体中含有4种色素，各种色素都能吸收光
36、，因此总吸收光谱是指叶绿体色素的总吸收值。图示中，作用光谱的变化趋势与总吸收光谱非常相似，说明色素吸收的光都可用于光合作用。【答案】C光合作用的原理一、光反应与暗反应比较项目光反应暗反应场所基粒类囊体膜上叶绿体的基质条件色素、光、酶、水、ADP多种酶、CO2、ATP、H反应产物H、O2、ATP有机物、ADP、Pi、水物质变化2H2O光4HO2ADPPi光能酶ATPCO2 的固定：CO2C5酶2C3CO2 的还原：(CH2O)C5H2O能量变化光能电能ATP 中活跃的化学能ATP 中活跃的化学能糖类等有机物中稳定的化学能实质光能转变为化学能，水光解产生 O2 和H同化 CO2 形成(CH2O)联
37、系光反应为暗反应提供H和 ATP暗反应产生的 ADP 和 Pi 为光反应合成 ATP 提供原料二、反应式及元素去向CO2H2O光叶绿体(CH2O)O21.氧元素H2OO2CO2CH2O2.碳元素：CO2C3(CH2O)3.氢元素：H2OH(CH2O)三、光照和 CO2 浓度变化对植物细胞内 C3、C5、H、ATP 和 O2 及(CH2O)含量的影响1.光照由强变弱 CO2 供应不变 光反应减弱H减少ATP减少O2产生量减少暗反应C3还原减弱CO2固定仍正常进行 C3含量上升C5含量下降(CH2O)合成量减少2.光照不变减少 CO2 供应暗反应CO2固定减弱C3还原仍正常进行C3含量下降C5含量
38、上升 H相对增加ATP相对增加上述两种物质转化速度变慢，O2产生量减少(CH2O)合成量相对减少四、光合速率1.表示方法：单位时间内单位面积叶片利用CO2(或放出O2生产有机物)的量。2.单位：mg/(cm2h)。3.图解与计算(1)表观光合速率、真正光合速率和呼吸速率的关系：(2)计算方法：真正(实际)光合速率表观光合速率(净光合速率或实测光合速率)细胞呼吸速率。4.测定方法(1)呼吸速率：将植物置于黑暗中，测定实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。(2)表观光合速率：将植物置于光下，测定实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物增加量。【例2】图1表示光合作用部分过程的图解，图
39、2表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。根据图回答：(1)图1中A表示的物质是_，它由_产生，其作用主要是_。(2)图1中ATP形成所需的能量最终来自于_。若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是_。(3)图2中曲线a表示的化合物是_，在无光照时，其含量迅速上升的原因是_。(4)图2中曲线b表示的化合物是_，在无光照时，其含量下降的原因是_。【解析】(1)光反应为暗反应提供的物质是H和ATP，由此可确定A是H，H是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于C3的还原。(2)光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2
40、的同化途径为14CO214C3(14CH2O)。(3)(4)题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，H和ATP下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即a表示C3，b表示C5。【答案】(1)H 水在光下分解 用于C3的还原(2)太阳光能(CH2O)(3)C3 CO2与C5结合形成C3和C3不能被还原(4)C5 C5与CO2结合形成C3，且C3不能被还原为C51.导致C3增加的因素有：光照减弱，CO2浓度增加。2.C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；H和ATP的含量变化是一致的，都增加，或都减
41、少，且与C5变化趋势相同。2.某生物兴趣小组的同学利用下列装置研究CO2含量和光照强度对大豆光合作用的综合影响。实验时用生长发育状况一致的大豆植株在室温25下进行，通过缓冲液调节密闭空间CO2浓度的相对恒定。对各组实验装置精确测量的液滴移动数值记录于下表。请分析完成下列问题：组别实验条件液滴移动(mm/h)光强(lx)CO2(%)68000.03右移60710000.03右移112810000.05右移112915000.05右移901015000.03(1)在较强的光照下，每组装置中液滴右移的生理原因是_。(2)若在第6、7组之间增加一组实验，光强为800 lx，CO2浓度为0.05%，预期
42、这一条件下装置中液滴向右移动的范围是_mm/h。(3)根据表中数据可以看出，当装置中CO2浓度为0.03%时，光照强度增大到_lx时，光合作用速率就不再增加。(4)若给该密闭装置通入C18O2，一段时间后，装置内能否出现18O2？请用文字或图解简要说明：_。(5)若将该装置放置于黑暗条件下，则装置中毛细刻度管内的液滴应向_方向移动。为什么？_。【解析】植物的细胞呼吸始终进行，在分析光合作用中气体的吸收量或释放量时必须要考虑到细胞呼吸。装置中的缓冲液可以释放或吸收CO2使装置中CO2量保持不变，当光合作用强度大于细胞呼吸强度时，光合作用产生的O2量比细胞呼吸消耗的O2量大，装置内气体总量就会增加
43、，液滴就会右移。反之，当细胞呼吸强度大于光合作用强度时，液滴左移。【答案】(1)光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量(2)60112(3)1000(4)能；C18O2HO18O2(5)左 因为黑暗条件下只能进行呼吸作用，消耗装置内的O2，产生的CO2被缓冲液吸收，气体减少，气压降低影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用一、单因子影响1.光照强度(1)A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。AB段：随光照强度加强，光合作用强度逐渐加强，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。B点：光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长
44、)。BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了(主要受细胞内酶的数量、酶的活性、C3和C5的含量的限制)。(2)应用：阴生植物的B点左移，C点较低，如图中虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置等都是这一原理的具体运用。2.温度(1)光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。其中AB段(1035)随温度的升高光合作用逐渐加强；B点(35)表示光合作用的最适温度。当温度超过B点(BC段)时，与光合作用有关的酶活性下降，光合作用强度也开始下降；50左右光合作用几乎停止。(2)应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天
45、调到光合作用最适温度，以提高光合作用的强度；晚上适当降低温度，降低酶的活性，以降低细胞呼吸强度，保证有机物积累。3.CO2浓度、含水量和矿质元素(1)AB段：在一定范围内，随CO2浓度、水和矿质元素的增加，植物的光合作用强度增加。A点：表示植物进行光合作用所需CO2、水、矿质元素的最低浓度。B点：表示CO2、水、矿质元素的饱和点，超过该点，随CO2浓度、含水量增加，植物的光合作用强度不再增加(主要受细胞内酶的数量和酶的活性的限制)；随必需矿质元素浓度的增加，因土壤溶液浓度过高而导致植物光合速率下降。(2)应用：农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风”；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用C
46、O2发生器。矿质元素直接或间接影响光合作用。N是构成叶绿素、酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。因此要合理施肥。水是光合作用的化学反应的介质，水是光合作用的原料和化学反应的介质，水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。缺水导致气孔关闭，限制CO2进入叶片；缺水引起叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多，光合产物输出缓慢等。因此要预防干旱，合理灌溉。4.绿叶面积(1)OA段：随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大。A点：为光合作用叶面积的饱和点。超过此点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是叶片相互遮挡，影响对光的吸
47、收。OB段：表明干物质量(有机物净生产量，即光合作用的生产量呼吸消耗量)随叶面积增加而增加。BC段：由于A点以后光合作用不再增加，但叶片的呼吸量(OC段)随叶面积的增大而增加，所以干物质积累量降低。(2)应用：适当间苗，合理密植，适当修剪，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。二、多因子影响1.2.关键点的含义：P时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。3.应用：温室栽培时，在一定光照强度
48、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浓度以提高光合作用速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。【例3】(2010安徽高考T29)为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25条件下培养，实验结果如图所示。请回答：(1)与D点相比，B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是_，C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是_。(2)实验结果表明_的条件下施肥效果明显，除本实验所涉及的因素外，从增加光合面积的角度考虑，采取_措
49、施能提高玉米的光能利用率。【解析】本题考查有关光合作用的影响因素，通过图解可以看出光合作用的影响因素有光照强度、含水量、矿质元素等因素影响，B点与D点比较是光照强度，C点与D点比较是含水量影响，通过图解可看出施肥影响明显是在含水量大于40%，增加光能利用率的措施一般是合理密植。【答案】(1)光照强度 水分(2)土壤含水量在40%60%合理密植1.影响光合作用的因素可分为内部自身的因素(同一植物不同生长发育阶段，同一叶片不同生长发育期)和外界环境因素(光照强度、CO2浓度)。2.熟练习掌握一些特殊点的含义如光补偿点、光饱和点并明确在这些点可进一步影响光合作用的因素。3.(2010浙江高考T29)
50、试管苗的光合作用能力较弱，需要逐步适应外界环境才能往大田移栽。研究人员进行了“改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程”的实验，实验在适宜温度下进行，图甲和图乙表示其中的两个实验结果。请回答：(1)图甲的实验是在大气CO2浓度下进行的。据图分析，试管苗在不加蔗糖的培养中_和_更高。(2)图乙是试管苗在密闭、无糖培养基条件下测得的24 h内CO2浓度变化曲线。图中bc段CO2浓度升高缓慢是因为_，cd段CO2浓度急剧下降是因为试管苗_。若d点时打开培养瓶塞，试管苗的光合速率_。(3)根据上述实验结果推知，采用无糖培养基、_和_可缩短试管苗的适应过程。【解析】本题主要考查影响光合作用的因素，考查学生
51、对曲线的解读能力。(1)从甲图来看，不加蔗糖的培养基在相同的光照强度下光合速率要比加蔗糖的培养基高，且光饱和点也比加蔗糖的培养基高。(2)图乙表示一昼夜中CO2浓度变化曲线，bc线上升缓慢的原因是凌晨温度较低，酶活性降低，呼吸速率较慢导致CO2释放减少；cd段急剧下降是因为光合作用消耗大量CO2所致，d点时光照强度不再是限制光合作用的因素，CO2才是影响光合作用的因素，而大气CO2比瓶内高，所以打开培养瓶塞更有利于提高光合效率。(3)从甲乙两图中可以得出不加蔗糖的培养基，适当增加CO2浓度，延长光照时间，适当增加光照强度等可以提高光合作用强度。【答案】(1)光合速率 光饱和点(2)温度较低，酶
52、的活性降低，细胞呼吸较弱，产生的CO2较少 cd段光照增强，光合作用增强，消耗大量的CO2，所以CO2浓度急剧下降升高(3)延长光照时间 增加光照强度 增加CO2浓度(任选两个)光合作用与细胞呼吸的关系一、光合作用与细胞呼吸的区别与联系项目光合作用细胞呼吸物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能化学能(储能)稳定的化学能活跃的化学能(放能)实质合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量，供细胞利用场所叶绿体活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有光、无光都能进行联系光合作用储存于有机物中的能量只有通过细胞呼吸才能用于各项生命活动；光合作用是自然界中最基本的物质代谢和能量代谢，细胞呼吸则为生命
53、活动提供动力并成为物质转化的枢纽。二、H和ATP的来源、去路的比较来源去路H光合作用光反应中水的光解作为还原剂用于暗反应阶段中，还原C3形成(CH2O)等有氧呼吸第一阶段从葡萄糖到丙酮酸及第二阶段丙酮酸和水反应产生用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量ATP光合作用光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳光能供暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存于有机物中有氧呼吸第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生量最多，能量来自有机物氧化分解作为能量“通货”用于各项生命活动三、光合作用速率与呼吸作用速率1呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增
54、加量、O2减少量或有机物减少量。2.净光合速率和真正光合速率(1)净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示；(2)真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。(3)光合速率与呼吸速率的关系：【例4】(2009广东高考T30)在充满N2与CO2的密闭容器中，用水培法栽培几株番茄，CO2充足。测得系统的呼吸速率和光合速率变化曲线如图，请回答问题。(1)68 h间，光合速率_(填“大于”或“小于”)呼吸速率，容器内的O2含量_，CO2含量_，植株干重_。(2)910 h间，光合速率迅速下降，推测最可能发生变化的环境因素是_；10 h时不再产生A
55、TP的细胞器是_；若此环境因素维持不变，容器内的O2含量将逐渐下降并完全耗尽，此时另一细胞器即_停止ATP的合成，_成为ATP合成的唯一场所。(3)若在8 h时，将容器置于冰浴中，请推测呼吸速率会出现的变化及其原因。_。【解析】本题考查考生对光合作用与呼吸作用、细胞器功能等基本知识的理解和掌握。(1)首先明确图中的光合速率为真正光合速率，比较两曲线可以看出在68 h间，光合速率明显大于呼吸速率，所以净光合速率大于0，因此容器中O2含量上升，CO2含量下降，植物干重增加。(2)影响光合速率的外界因素主要是光照强度、CO2浓度和温度，由于对呼吸速率影响较小，说明不是温度变化的原因，另外CO2充足，
56、所以可确定在910 h间光合速率下降的原因最可能是光照停止。细胞内能产生ATP的部位有：叶绿体、线粒体和细胞质基质，无光照时不能进行光反应所以叶绿体不能产生ATP，无氧时不能进行有氧呼吸，所以线粒体不能产生ATP，最终只有细胞质基质成为合成ATP的唯一场所。(3)将容器置于冰浴中，温度降低，相关酶的活性降低，所以呼吸速率会下降。【答案】(1)大于 上升 下降 增加(2)光照强度 叶绿体 线粒体 细胞质基质(3)呼吸速率下降，原因是相关酶的活性因降温而下降不同条件下，同一植物气体代谢特点及代谢相对强度的表示方法1.黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，不进行光合作用。此状态下，植物从外界吸收O2，并将细
57、胞呼吸产生的CO2释放到体外。2.弱光条件下植物同时进行光合作用和细胞呼吸：(1)细胞呼吸速率大于光合作用速率：植物的气体代谢特点与黑暗情况下相同。但吸收O2放出CO2量较少。(2)细胞呼吸速率等于光合作用速率时：植物与外界不进行气体交换，即没有O2和CO2的吸收与释放。3.较强光照时植物同时进行光合作用和细胞呼吸，且光合作用速率大于细胞呼吸速率。4.(原创题)影响光合作用强度的因素主要有光照强度、CO2浓度、温度和矿质营养、水分等。据图分析下列有关这些因素的影响说法正确的是()A.由甲图可知，限制AB段光合作用速度的因素一直是光照强度和温度B.由甲图可知，强光照下因光反应阶段受到限制光合作用
58、速度不再增加C.由乙图可知，CD段光合作用速度下降的原因是气孔关闭，二氧化碳供应不足，影响C3化合物的还原D.综合两图可知，在光照强度为B、温度为30时，再适当提高温度，光合作用速度仍会提高【解析】甲图中限制AB段光合作用速度的因素，稳定以前是光照和温度，稳定以后是温度不是光照。由甲图可知，强光照下因暗反应阶段受到限制光合作用速度不再增加乙图CD段光合作用速度下降的原因不是气孔关闭，而是温度过高，酶活性降低。【答案】D绿叶中色素的提取和分离一、实验原理1.叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇(或丙酮)中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中的色素。2.色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层
59、析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同色素进行分离。二、实验流程三、基本技术要求1实验成功的关键(1)叶片要新鲜、颜色要深绿。(2)滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免滤液挥发。(3)滤液细线不仅要细、直，而且要含有比较多的色素。(4)滤纸上的滤液细线不能浸入层析液中。2.注意事项(1)制作定性滤纸条时，注意双手尽量不要接触纸面，以免手上的油脂或其他脏物污染滤纸。(2)根据烧杯的高度制备滤纸条，让滤纸条长度高出烧杯1 cm，高出的部分做直角弯折。(3)画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。(4)研磨要迅速、充分。a.因为丙酮容易挥发；b.为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素；c.叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。(5)制备滤纸时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。从色素带的宽度可推知色素含量的多少；从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度大小；在滤纸上相邻色素带间，距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。