高中生物细胞代谢思维导图（高中生物细胞代谢知识点总结）

细胞代谢

【专题知识网络】

【高频考点汇编】

考点一、跨膜运输的实例——细胞的吸水和失水

（1）渗透作用：是指水分子（或者其他溶剂分子）通过半透膜，从低浓度向高浓度一侧扩散的现象。三要义：水、半、低→高。

渗透作用的产生必须具备的条件：具有一层半透膜、半透膜两侧具有浓度差。

（2）动物细胞的吸水和失水

当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时→细胞吸水→膨胀；

当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时→细胞失水→皱缩；

当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时→水分进出细胞处于动态平衡

（3）一个处于外界溶液中的成熟植物细胞和外界溶液构成一个渗透系统。拥有两个溶液体系，即外界溶液和细胞液，同时具有类似于半透膜的结构即原生质层（原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜中间的细胞质、细胞器和细胞核等所有物质构成）。原生质体是指除了细胞壁后剩余的结构叫原生质体。

（4）植物细胞发生质壁分离和质壁分离复原的因素

内部原因：原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性较。外部原因：与外界溶液有关。

质壁分离的条件：活细胞、有壁、大液泡、浓度差；质壁分离越明显吸水能力越强；利用一系列浓度梯度测细胞液浓度；可以判断细胞的死活。

特别提示

（1）动物细胞与植物细胞吸水和失水的原理虽相同，但“浓度”的比较有区别．前者是外界浓度与细胞质浓度的比较，后者则是外界溶液浓度与细胞液浓度的比较。细胞液与细胞质是两个不同的概念，细胞液是指液泡中的液体．含糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质。

（2）测定细胞液的浓度：方法：将同一部位的组织制成若干个临时装片．分别置于不同浓度的蔗糖溶液中．细胞液的浓度介于刚刚分离和未分离的两种蔗糖溶液的浓度之间。

（3）选择透过性膜是生理学上的概念，它具有生物活性；半透膜是物理学上的概念，物质的透过与不透过，取决于半透膜孔隙的直径大小。它们的相同点是：都可以让水分子自由通过，都不允许大分子物质通过。 它们的不同点是：只要分子比半透膜的孔径小，就能通过半透膜；而对选择透过性膜来说，即便是小分子，只要不是细胞所要选择吸收的，也不能通过。

考点二、物质跨膜方式

⑴物质出入细胞的方式——三种跨膜运输方式的比较

2.特别提示：

（1）跨膜运输三种方式的判别

是否消耗能量：只要运输耗能则为主动运输，即使是有高浓度到低浓度。

是否顺浓度梯度：只要是从低浓度到高浓度，就是主动运输。

是否需要载体：不需要载体就是自由扩散。需要载体则通过浓度、能量进一步判断。

（2）非跨膜运输的方式

细胞摄取和外排大分子物质时以囊泡的形式运输物质的方式，这两个过程都需要消耗新陈代谢过程产生的ATP。胞吞和胞吐现象体现了生物膜具有流动性的结构特点。

考点三、与酶有关的实验的设计思路总结与拓展

高考侧重通过对“酶的特性的相关分析和酶活性影响因素”的考查，提升同学们实验与探究的能力。本文就相关实验进行总结，期望提高同学们的应试能力。

1. 相关实验设计思路分析

（二）实验注意问题与拓展

1. 酶的催化特性和高效性

①实验时必须用新鲜的、刚从活的动物体中取出的肝脏作实验材料。肝脏如果不新鲜，肝细胞内的过氧化氢酶等有机物就会在腐生细菌的作用下分解，使组织中酶分子的数量减少且活性降低。

②实验中使用肝脏的研磨液，可以加大肝细胞内过氧化氢酶与试管中过氧化氢的接触面积，从而加速过氧化氢的分解。

③滴加氯化铁溶液和肝脏研磨液时不能共用一支滴管，因为酶的催化效率具有高效性，少量酶带入FeCl3溶液中会影响实验结果的准确性,甚至使人产生错觉，作出错误的判断。

2. 酶的专一性

（1）方案一：用同一种酶催化两种不同物质

②用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖后，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，从而探索 酶的专一性。

（2）方案二：用两种不同酶催化同一种物质

②再用斐林试剂鉴定，从而探究酶的专一性。

3.温度对酶活性的影响

（1）本实验不宜选用过氧化氢酶催化H2O2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）本实验不宜选用斐林试剂鉴定，温度是干扰条件。

（3）本实验步骤一定不能颠倒顺序，否则会使实验失败，即先控制条件再混合。

4.酶的半衰期

酶的半衰期是指在连续测定条件下,酶的活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间,以t1/2表示.酶的半衰期是衡量酶稳定性的重要指标。

例题（18分）

酶R能识别并切割按蚊X染色体上特定的DNA序列，使X染色体断裂。为控制按蚊种群数量，减少疟疾传播，科研人员对雄蚊进行了基因工程改造。

（1）科研人员将酶R基因转入野生型雄蚊体内，使酶R基因仅在减数分裂时表达。由于转酶R基因雄蚊精子中的性染色体只能为 ，推测种群中 性个体数量明显下降，种群的 失衡，达到降低种群数量的目的。

（2）研究中发现，转酶R基因雄蚊和野生型雌蚊交配后几不能产生后代，推测其原因是转酶R基因雄蚊精子中的酶R将受精卵中来自 的X染色体切断了。为得到“半衰期”更

（填“长”或“短”）的突变酶R，科研人员将酶R基因的某此碱基进行 ，获得了五种氨基酸数目不变的突变酶R。

（3）分别将转入五种突变酶R的突变型雄蚊与野生型雌蚊交配，测定交配后代的相对孵化率（后代个数/受精卵数）和后代雄性个体的比较。应该择 的突变型雄蚊，以利于将突变酶R基因传递给后代，达到控制按蚊数量的目的。为使种群中有更多的个体带有突变酶R基因，该基因 （填“能”或“不能”）插入到X染色体上。

（4）科研人员将野生型雄蚊和雌蚊各100只随机平均分成两组，培养三代后向两组中分别放入

的雄蚊，继续培养并观察每一代雌蚊的比例和获得受精卵的数目，得到下图所示结果。实验结果表明，携带突变酶R的雄蚊能够有效降低 ，而携带酶R的雄蚊不能起到明显作用，其原因可能是 。

答案（除注明外，每空2分，共18分）

（1）Y 雌（1分） 性别比例（或“性比率”）

（2）母本（或“卵细胞”）（1分） 短 替换

（3）相对孵化率较高，后代雄性个体比例较高 不能（1分）

（4）等量携带酶R基因或突变酶R基因 雌蚊子的比例和种群数量

酶R基因不能随配子遗传给子代（1分）

考点四、与酶有关的曲线解读

酶是高考的热点也是难点，多以考查酶的曲线的题型出现，现将有关酶的曲线解读如下，便于同学们系统掌握。

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，不改变化学反应的平衡点。

③酶只能催化已存在的化学反应。

2、表示酶专一性的曲线

①在A反应物中加入酶A，反应速度较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物参与反应。

②在A反应物中加入酶B，反应速度和未加酶时相同，说明酶B不催化底物参与反应。

3、表示酶活性的曲线

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，超过这一范围酶催化作用逐渐减弱。

②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。

③反应溶液酸碱度的变化不影响酶作用的最适温度。

4、表示底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响的曲线

①在其他条件适宜、酶量一定的条件下，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在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。

考点五、光合作用和呼吸作用的基础知识

1. 光合作用与细胞呼吸关系的图示比较

（1）从反应式上追踪元素的来龙去脉

①光合作用总反应式： ②有氧呼吸反应式：

特别提醒：a．光合作用过程中：O2中O原子全部来自水；CO2中C经C3进入（CH2O），不经C5。

b．呼吸作用过程中：产生的H2O中的O原子全部来自O2，与反应物H2O中O原子无关。

（2）从具体过程中寻找物质循环和能量流动（如图）

1. 物质循环

1. 能量流动

（3）植物细胞中两大生理过程联系图解

（4）光合作用和细胞呼吸中［H］和ATP的来源和去路分析

特别提醒：①光合作用中产生的［H］是还原型辅酶Ⅱ（NADPH）十分简化的表示方式，而细胞呼吸中产生的［H］是还原型辅酶I（NADH）十分简化的表示方式，二者不是一种物质，尽管书写形式相同。

②还原氢的书写形式一定不能写成H、H+、H2，只能写成［H］或NADH或NADPH。

2.光合作用与细胞呼吸的相关测定

（1）光合作用速率表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2、（CH2O）等产物的生成数量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合速率。

（2）在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量,称为表观光合速率，而植物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如右图所示。

（3）呼吸速率：将植物置于黑暗中，实验容器中CO2 增加量、O2减少量或有机物减少量都可表示呼吸速率。

（4）一昼夜有机物的积累量（用CO2量表示）可用下式表示:积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸释放的CO2量。

（5）判定方法

①若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则为真正（实际）光合速率，若是负值则为表观光合速率。

②若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为表观光合速率。

③有机物积累量一般为表观光合速率，制造量一般为真正（实际）光合速率。

3.光合作用与细胞呼吸在不同光照条件下气体变化规律

（1）黑暗状态时，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，并将细胞呼吸产生的CO2释放到体外，如图甲所示。

（2）弱光情况下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸。

a细胞呼吸速率大于光合作用速率，此状态下，植物的气体代谢特点与黑暗情况下相同。但吸收O2与放出CO2量较少（如图乙）。细胞呼吸相对强度可用如下三种方式表示：①用CO2释放量表示：N1=N2-N；②用O2吸收量表示：m2=m1-m；③用植物重量（有机物）减少量表示。

b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（如图丙）。此时表现为呼吸速率或光合速率等于0。

（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。

a气体代谢特点（如图丁）：植物光合作用所利用的CO2（用N表示）除来自植物自身细胞呼吸（N2）之外，不足部分来自外界（N1）；植物光合作用产生的氧气（m）除用于自身细胞呼吸之外(m1),其余氧气释放到周围环境中（m2）。分析图可知：N=N1+N2，m=m1+m2。

b光合作用相对强度的表示方法

①用O2释放量（或容器中O2的增加量）表示：m2 =m-m1；②用CO2吸收量(或容器中CO2的减少量)表示:N1=N-N2；③用植物重量（或有机物量）的增加量表示。

考点六、呼吸作用强度测定的实验分析

测定细胞呼吸作用或确认呼吸类型常采取U型管液面升降或玻璃管液滴移动的观察法，即在广口瓶或锥形瓶内放入被测生物（活种子或植物或动物），通过生物呼吸过程中释放CO2或吸入O2引起的气压变化，进而推测或计算生物的呼吸状况，如图装置所示。

装置1

装置2

由于生物呼吸时既产生CO2又消耗O2，前者可引起装置内气压升高，而后者则引起装置内气压下降，为便于测定真实呼吸情况，需要设置两个装置，第一个装置中放有NaOH溶液，第二个装置中放有蒸馏水，它们为相互对照。

无关变量的校正

由于装置的气压变化也可能会由温度等物理因素所引起，为使测定结果更趋准确，应设置对照实验，以校正物理膨胀等因素对实验结果造成的误差。此时，对照实验与呼吸装置相比，应将所测生物灭活，如将种子煮熟，而其他各项处理应与实验组完全一致（包括NaOH溶液，所用种子数量，装置瓶及玻璃管的规格等）。

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（因无氧呼吸只产CO2，不耗O2）。

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质参与。

一、关于渗透系统与渗透作用

考点一 实验装置膜材料的选择

【例1】某同学拟选择一种半透性的膜材料，用于自制渗透计。他采用如图1所示的装置（示意图），对收集到的四种材料甲、乙、丙和丁进行试验，得到了倒置漏斗中的液面高度随时间变化的曲线（如图2）。据图分析，该同学应选择的膜材料是（ ）。

A．甲 B．乙 C．丙 D．丁

解析：此题考查的是渗透作用的相关知识，属于考纲分析推断层次。解答本题的关键是知道半透膜的作用特点（可以让有些分子过，让其它分子不能过）。由题意可知，要选的膜应该是半透膜，要能让水分子通过，而庶糖分子却不能通过的一种膜，这种膜能使漏斗液面上升，最后在渗透压及压力等的作用下达到平衡，而图2中只有甲符合此要求。所以选A。

答案：A

【易错分析】个别同学不知道根据什么来选所需要的膜材料，而无从下手。

考点二、渗透作用发生过程中溶液浓度的变化

【例2】已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20%蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是

解析：本题考查渗透系统，鱼鳔是一种半透膜，鱼鳔内的蔗糖溶液高于外边，所以会从烧杯中吸水使其体积增大，使烧杯内液体浓度升高，当鱼鳔内外渗透压相等时，水进出达到平衡，烧杯液体和鱼鳔内液体浓度相同。

答案：B

【误点警示】不注意鱼鳔内和外界溶液的浓度关系是做错该题的主要原因。

考点三、渗透现象在解释实际问题中的应用

【例3】夏季高温时段，用较低温度的地下水灌溉，容易导致农作物萎蔫。其主要原因是（　　）

A.叶片蒸腾剧烈，水分散失快 B.植物体温度下降，气孔关闭

C.根系对矿质元素吸收减少 D.根系渗透吸水下降

解析：夏季高温时段，用较低温度的地下水灌溉，一方面会通过降低细胞膜和液泡膜上的分子的活性来降低原生质层的半透性；另一方面也会通过使植物根系的温度降低，细胞内酶活性降低，呼吸作用产生能量少，根细胞通过主动运输吸收矿质元素离子减少，导致细胞液浓度降低来降低渗透作用的发生。最终表现为根系吸水减少，出现农作物萎蔫现象。

答案：D

【误点警示】不注意从原生质层的透过性本身去分析植物吸水减少的原因；而侧重细胞呼吸对矿质离子的吸收进而对细胞液浓度的影响，这对细胞液的浓度影响不大。考生往往没有抓住问题的主要矛盾而误选C。

考点四、相关实验设计

例4 某同学进行实验，甲图为实验开始状态，乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验，探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。

增添的实验材料：蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。

（1）设计出继续实验的简要步骤：

①—————————————————— ；

②—————————————————— 。

（2）预测实验现象并作出结论。

解析：探究实验的设计思路是：①分组编号，②填材料，并设置对照组，③在除变量以外的其他条件适宜的条件下完成实验过程(保证单一变量)，④观察现象，记录结果。探究实验和验证实验的主要区别是探究实验的结果不确定，可能有多个，而验证实验的结果只有一个。本实验的设计思路主要有两个：①证明出蔗糖被水解，蔗糖的水解产物是葡萄糖，用斐林试剂即可；②观察a、b两管液面高度差的变化，如果差值增大，则说明能透过，否则不能。

答案：（1）①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液，水浴加热（或隔水加热）U型管至适宜温度，观察a、b两管内液面的变化 ②吸取a、b两管内适量液体，分别加入A、B两试管中，并加入斐林试剂，（60～65℃）水浴加热，观察A、B试管内有无砖红色沉淀

（2）如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物能通过半透膜；

如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀，则蔗糖的水解产物不能通过半透膜。；

【技巧点拨】渗透作用的进行需具备两个条件，一是具有半透膜。二是膜两边的溶液具有浓度差。半透膜面积的大小和两边的溶液浓度差的高低决定水分子进出膜的速度。

例5 为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，请根据以下提供的实验材料与用具，写出实验思路，设计记录实验结果及原因分析的表格，并填入相应内容。

材料与用具：兔红细胞稀释液、质量分数为1.5%的NaCl溶液、蒸馏水、试管、显微镜等。

（要求：答题时对NaCl溶液的具体配制、待观察装片的具体制作不作要求）

（1）实验思路：

①_______________________________________

②_______________________________________

③_______________________________________

（2）设计一张表格，并将预期实验结果及原因分析填入该表中。

解析：本题以物质出入细胞的方式为载体，考查学生设计实验思路、提出课题名称、确定检测指标及预测实验结果等知识。所涉及的实验情境在教材中能找到其原型，是课本内容的变式，强化考生在实验全过程的体验。属于考纲实验与探究能力层次。（1）以题干中的“为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化”是题目的突破口，明确实验的自变量是NaCl溶液浓度，因变量是红细胞的形态变化。根据材料和用具中的“1.5%的NaCl溶液和蒸馏水”可知要配置不同浓度的NaCl溶液。本实验要观察细胞的形态变化，因此要制作临时装片，用显微镜观察比较。

（2）设计表格要注意表①表格要有题目②表格设计要科学③每组多个材料时要有平均值④有时在施加实验变量前要有前测。

答案：(1) ①配置质量分数由低到1.5%的NaCl溶液，分别等量加入各支试管中。②向上述各支试管中分别加入等量的兔红细胞稀释液，放置一定时间。③取兔红细胞稀释液和上述试管中的红细胞稀释液制作装片，用显微镜观察并比较红细胞形态的变化。

（2） 不同浓度NaCl溶液对兔红细胞形态的影响

【技巧点拨】解题的关键是明确实验的自变量，控制好无关变量，掌握表格设计的技巧。尤其注意题干的变化，“并将预期实验结果及原因分析填入该表中”，不仅要设计表格，还要填写预测实验结果。很多同学对实验设计的相关题型不能有效找到突破口。

二、分类对比，解答细胞呼吸过程中的物质与能量问题

（一）有氧呼吸和无氧呼吸过程及比较

特别注意：

①有氧呼吸过程中H2O既是反应物（第二阶段利用），又是生成物（第三阶段生成），且生成的H2O中的氧全部来源于O2。

②有H2O生成一定是有氧呼吸，有CO2生成一定不是乳酸发酵。

③无氧呼吸只释放少量能量，其余的能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。

④水稻等植物长期水淹后烂根的原因：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：无氧呼吸产生的乳酸对细胞有毒害作用。

（二）典型例题分析

【例1】下列有关呼吸作用的叙述，正确的是( )

A.无氧呼吸的终产物是丙酮酸

B.有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水

C.无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累

D.质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多

解析：无氧呼吸的最终产物应该是乳酸或者是酒精和二氧化碳。有氧呼吸前两阶段产生的[H]在线粒体内膜上与氧结合生成水。无氧呼吸不需要O2参与，但是并没有[H]的积累，[H]只在细胞质基质中参与反应，产生了无氧呼吸的产物。质量相同的脂肪和糖类，脂肪所储存的能量更多，因此脂肪是主要的储能物质。

答案：D

【例2】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小时，并对实验结果进行分析。

下列叙述正确的是

A.甲组不产生CO2而乙组产生 B.甲组的酒精产量与丙组相同

C.丁组能量转化率与丙组相同 D.丁组的氧气消耗量大于乙组

解析：本题考查细胞呼吸的产物与能量转化，明确有氧呼吸和无氧呼吸的物质变化与能量转化情况，抓住“供氧情况”这一突破口是正确解题的关键。酵母菌在有氧条件下将葡萄糖分解成CO2和水，释放大量能量；在无氧条件下将葡萄糖分解成CO2和酒精，释放少量能量。甲、丙两组进行无氧呼吸，乙、丁两组进行有氧呼吸。甲、乙两组虽然都有CO2生成，但甲组细胞不完整，酒精产量比丙组少，丁组能量转换率较丙组高，丁组的氧气消耗多于乙组。

答案：D

【例3】 下图中，甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。相关叙述不正确的是

A.甲图中氧浓度为a时的情况对应乙图中的A点

B.甲图中氧浓度为b时的情况对应乙图中的CD段

C.甲图的a、b、c、d四个浓度中c是最适合贮藏的

D.甲图中氧浓度为d时没有酒精产生

解析：本题以图示的形式，考查细胞呼吸与O2浓度的关系，准确获取图示信息是正确解题的关键。甲图中氧浓度为a时，细胞只释放CO2不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸，对应乙图中的A点，A项正确；甲图中氧浓度为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，应在乙图中的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点），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。

答案：B

（三）呼吸作用类型的判断技巧（以葡萄糖为底物的细胞呼吸）

⑴若某生物产生的CO2量和消耗的O2量相等，则该生物只进行有氧呼吸。

⑵若某生物不消耗O2，只产生CO2，则只进行无氧呼吸（酒精发酵）。

⑶若某生物释放的CO2量比吸收的O2量多，则同时进行有氧呼吸和无氧呼吸（酒精发酵）。

⑷若某生物没有O2的吸收和CO2的释放，则该生物只进行乳酸发酵或者生物已死亡。

⑸无氧呼吸无水生成，若在呼吸作用的产物中有水生成，则进行的是有氧呼吸。

三、理清光合作用过程，巧解光合作用过程中的物质变化和能量转

（一）光合作用过程中的物质变化和能量转化常规问题分析

1.光合作用的场所、条件、物质与能量转化

1. 光合作用过程中，瞬时改变条件（其它条件适宜）时相关物质含量的动态变化

对光合作用中[H]、ATP、C3和C5含量变化的判断，可以光合作用过程图解为线索，围绕影响光合作用的光照强度和CO2浓度展开。

⑴光照强度：通过影响光反应影响光合作用的进行，光照减弱时，ATP和[H]的形成减少、消耗继续，导致[H]和ATP减少；C3的还原减少、形成继续而减少；C5因为形成减少、消耗继续而减少。结果导致[H]、ATP和C5减少、C3增多。

⑵CO2浓度：通过影响暗反应影响光合作用的进行，CO2浓度降低时，C3因形成减少、消耗继续而减少，ATP、[H]和C5均因形成继续、消耗减少而积累。结果导致[H]、ATP和C5增多、C3减少。

（二）典型例题分析

例1 叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是

A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内

B.H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中

C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上

D.光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的

解析：本题考查叶绿体的结构及功能，掌握光反应和暗反应的场所及相关产物是正确解题的基础。叶绿体中的色素主要分布在类囊体膜上，水光解在特殊的叶绿素a的作用下实现，因此，光反应在类囊体膜上进行，产物包括O2、ATP和NADPH；暗反应是酶促反应，包括CO2的固定和淀粉等有机物的合成，在叶绿体基质中进行。

答案：D

例2根据下面的光合作用图解判断，相关说法不正确的是

A.⑥过程发生于叶绿体基质中

B.⑤过程发生于叶绿体类囊体薄膜上

C.图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、（CH2O）

D.②不仅用于还原C3化合物，还可用于矿质离子吸收等

解析：本题考查光合作用过程，掌握光合作用过程及其物质变化是正确解题的基础。光反应中生成的ATP专用于暗反应还原C3化合物之需，不能用于其他生命活动，其它生命活动所需的ATP由细胞呼吸所提供。

答案：D

例3在其他条件适宜时，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即进行连续取样分析，在短时间内叶绿中C3和C5化合物含量的变化是

A.C3和C5都迅速减少 B.C3和C5都迅速增加

C.C3迅速增加，C5迅速减少 D.C3迅速减少，C5迅速增加

解析：本题考查光合作用过程中的物质变化，正确审题，抓住“其他条件适宜”“突然停止光照”“黑暗”“连续取样”等关键词是正确解题的关键。光合作用过程中，突然停止光照，[H]和ATP减少，C3因还原减少、继续生成而增加，C5因继续固定CO2形成C3而减少。

答案：C

（三）易错分析

一是将“叶绿体中的色素分布”等同于细胞内的“色素分布”，事实上在液泡内有花青素等水溶性色素的分布；二是对光反应和暗反应的场所和产物掌握不到位，光反应在类囊体膜上进行，产物为O2、ATP和NADPH（[H]），暗反应在叶绿体基质中进行，产物为糖类等有机物。

四、与酶有关的典型例题

（一）、典型例题分析

例1下表是H2O2在不同条件下的分解实验，表中“＋”的数目表示有气泡产生的多少,“－”表示无气泡产生,与此相关的正确分析是 （ ）

(1)本实验试图研究两个问题 （2）升高温度、加入催化剂都可降低H2O2分子的活化能（3）若把4号试管放在90℃环境中，实验现象将与2号试管的相同。（4）设置的2.3.4号试管均可看作是1号试管的对照

A只有（1）（3）正确 B. 只有（2）（3）正确

C只有（1）（4）正确 D. 只有（3）（4）正确

解析：根据题图可以看出试验设置了三个自变量（温度、无机催化剂和有机催化剂）；本实验试图研究温度、3.5%FeCl3和20%肝脏研磨液对H2O2分解速率的影响，⑴错误。催化剂是通过降低H2O2分子的活化能来加快反应速度，而升高温度是通过给H2O2能量使其活化的方式来加快反应，⑵错误。90℃环境条件下，4号试管肝脏研磨液中的H2O2酶失去活性，其中实验现象将与2号试管的相同，⑶正确。与1号管相比， 2号试管的变量为温度，3号试管的变量为3.5%FeCl3，4号试管的变量为20%肝脏研磨液；均可看作是1号试管的对照，⑷正确。答案：D

例2下列有关酶特性的实验设计中，最科学、严谨的一项是

解析：A是为了证明酶的高效性，而酶的高效性是通过和无机催化剂的对比体现出来的，对照组应加入FeCl3溶液。B中变量的设计是正确的，但用碘液只能检测淀粉的存在，对于蔗糖溶液是否反应无法检测，应用斐林试剂检测。常温下H2O2就容易分解，且随着环境温度的升高分解速度加快，C错误。

答案：D

例3. 某小组在探究“影响酶活性的条件”的实验时，提出“过氧化氢酶的活性是否受pH影响”的问题，并设计实验的操作步骤如下：

①向甲、乙试管内各加入2 mL新配制的体积分数为3％的过氧化氢溶液；

②向甲、乙试管内各加入2滴新鲜的质量分数为20％的猪肝研磨液；

③向甲试管内加入1 mL质量分数为5％的盐酸，向乙试管内加入1 mL质量分数为5％的氢氧化钠溶液；

④观察试管中发生的变化。

请依据该小组设计的实验操作步骤，回答下列问题：

(1)过氧化氢分解速率是本实验的因变量，可观测的指标是———————— 。

(2)上述操作步骤中存在缺陷，请写出改进方案。①———————— ,②—————————— 。在完成改进方案后，预期实验结果及结论①———————— .②————————。

(3) 在与其他小组进行交流时，有同学建议进行定量实验，以不同pH下出现同一结果所需要的时间来表示酶的活性，并根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图。该建议中，所需的时间越长，酶的活性越———————— 。

(4) 能否用过氧化氢酶探究温度对酶活性的影响————————。如能，请写出实验思路，如不能，请写出理由———————— 。

解析：（1）过氧化氢分解产生的氧气不溶于水，在水中能形成看得见的气泡；可作为观测的指标。（2）因为实验要探究pH对酶促反应速率的影响，所以在底物和溶液酶混合之前要改变pH；实验要设置空白对照。（3）酶的化学本质为蛋白质，在不同的pH下，其结构要发生改变，活性要降低。（4）见答案。

答案：(1)试管中产生的气泡数量 (2) ①实验步骤②③互换；

②再增加丙试管，在第二步中加入1 ml蒸馏水，其他步骤与修正后的上述步骤同

①甲乙两试管中产生的气泡数量少，丙试管中产生大量的气泡，则过氧化氢酶的活性受pH影响

②甲乙丙三只试管中产生的气泡的情况基本一样，则过氧化氢酶的活性不受pH影响

(3) 低(或弱) (4) 不能 温度能影响过氧化氢的分解速度。

五、叶绿素和其它色素

色素提取实验:乙醇（丙酮）提取色素；二氧化硅使研磨更充分; 碳酸钙防止色素受到破坏。

色素分离实验：纸层析法。层析液是由20份在60~90度下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成.93号汽油也可以代用。

1. 光合作用的各特征点的含义
   　1 光合作用的各特征点的含义

CO2补偿点：当光合作用速率等于呼吸作用速率时的外界环境中的二氧化碳浓度（如图1中M点）。
　CO2饱和点：当光合作用速率达到最大时的外界环境中的二氧化碳浓度（如下图1中N点）。
　　

　光补偿点：当光合作用速率等于呼吸作用速率时的光照强度（如图2中P点）。
　光饱和点：当光合作用速率达到最大时的光照强度（如图2中Q点）。
　　

　　2 光照强度变化时CO2补偿点和饱和点的变化
分析：当光照强度适度增大时，因其他条件不变，呼吸作用速率基本不变。而植物光反应增强→单位时间内产生了更多的NADPH和ATP→单位时间内还原的CO2量增大→对二氧化碳的利用率增大→光合作用速率增大，因此光合作用速率可以在更低的CO2浓度下与呼吸作用速率相等，CO2补偿点降低，即图1中M点左移，在M点时光照强度和CO2浓度都可以成为制约光合作用强度的限制因素。
　　光照强度增大时，植物可以利用更高浓度的CO2进行光合作用，因此CO2饱和点增大，即图1中的N点右移。其变化如图3所示，M'代表降低后的CO2补偿点，N'代表增大后的CO2饱和点。
　　

　3、 CO2浓度变化时光补偿点和饱和点的变化
　 分析：CO2浓度也是影响光合作用的重要因素之一。CO2浓度对光照强度与光合作用速率关系曲线图的影响，一般认为是在CO2浓度不影响呼吸作用的前提下进行的，当CO2浓度适度增大时，因其他条件不变，呼吸作用速率基本不变。而在弱光下植物光反应未增强→单位时间内产生的NADPH和ATP不会增多→单位时间内CO2的还原量不变（CO2固定量短期内增加）→光合作用速率不变，因此光补偿点不变，即图2中的P点不会移动。
　　在强光下，植物可以利用更高浓度的CO2进行光合作用，单位时间内产生的NADPH和ATP会增多→单位时间内CO2的还原量增大（CO2固定量短期内增加）→光合作用速率增大，因此光饱和点增大，即图2中Q点会右移。其变化如图4所示，Q'代表增大后的光饱和点。
　　

七、不同生物无氧呼吸的产物不同

八、光合作用实验的常用方法

半叶法例题（16分）

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）植株的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，叶片中光合产物的积累会__________________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。

答案（16分）

（1）[H]/NADPH 叶绿体基质

（2）逐渐下降 28

（3）淀粉和蔗糖含量 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

打孔法例题

下图中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片不能进行呼吸作用

答案C

同位素标记法例题（16分）

为研究种植密度较高的玉米田中去叶对单株和群体产量的影响，研究者选取开花后3天的植株进行处理，从顶部去除不同数量叶片， 每隔13天测定穗位叶的叶绿素含量和光合速率（代表单株产量），同时在一定面积的样方中测定群体光合速率（代表群体产量）。结果如图。（备注：穗位叶位于植株中下部，其生长状况直接影响玉米籽粒中有机物的积累量。）

（1）叶绿素分布于组成叶绿体基粒的__________薄膜上，光反应阶段产生的ATP和[H]将直接参与暗反应阶段中__________过程，进而形成有机物。

（2）由图1可知，去叶13天测定时，穗位叶的叶绿素含量随着__________而增大。本实验中， 穗位叶的叶绿素含量始终高于空白对照组的处理为__________。

（3）由图2可知，随顶部去除叶片数量增加，__________的光合速率持续增加，原因可能是穗位叶获得的光照和CO2更充足。已知其他叶片的光合产物能补充穗位叶生长和玉米籽粒发育所需，若去除顶部叶片过多，可导致穗位叶和玉米籽粒的有机物__________降低，使其积累的有机物减少，造成减产。

（4）综合上述结果可推测，种植密度较高的玉米田中适度去除顶部叶片，可使玉米单株光合速率和群体光合速率__________。

（5）为确认穗位叶的光合产物是否向遮光叶片运输而导致减产，可进一步设计实验：对玉米植株顶部2片叶遮光处理；用透明袋包住穗位叶，不影响其正常生长。实验时向包住穗位叶的透明袋中通入__________，其他生长条件适宜，一段时间后检测__________。

答案（16分，除标注外，2分/空）

（1）类囊体（或：囊状结构）（1分） C3的还原（1分）

（2）去叶程度的增强（或：去叶数量的增多） 去除2片叶

（3）单株 输入量

（4）增长趋势一致

（5）14CO2 （或：C18O2、带有放射性标记的CO2） 顶部2片遮光叶片是否有放射性

九、阴生和阳生

阴生植物，顾名思义就是指生活需要较低光照强度的植物。阳生植物，则反之，原因不论是表示阴生植物还是阳生植物，改变后，其各点都会移动，其各点移动情况如图5所示：

十、关于低光照强度和低CO2浓度的问题

阴生植物例如黄瓜、草莓喜欢低光照，在低光照强度下光合作用能力就可以达到最大。C4植物在光合作用过程中，CO2中的C首先被转移到C4中，然后再转移到C3中，如高粱、玉米、甘蔗等，它们能够利用低CO2浓度，光合作用能力比C3植物强。

例题（18分）

表油菜素内酯（EBR）是一种固醇类植物激素类似物。为研究其生理作用，科学家进行了相关实验。请分析回答：

（1）取同样大小的黄瓜叶圆片浸泡在不同浓度的 EBR 溶液中，在适宜的温度、光照等条件下处理 3h 后测定叶圆片的光合放氧速率，结果如图1所示。

① EBR在使用前需用______作为溶剂配成高浓度母液，然后用蒸馏水稀释成不同的浓度（填选项前的符号）。

a．蒸馏水 b．生理盐水 c．乙醇 d．无菌水

② 本实验的目的是_________________________。

（2）在上述实验基础上，科学家分别用一定浓度的EBR 溶液和不含EBR的溶液（对照）喷施黄瓜植株叶片，在处理后0~168 h中，间隔一定时间测定叶片的净光合速率和叶绿素含量，结果如下图2、图3所示。

① 在本实验中，实验组最好使用浓度为_______________的 EBR 溶液喷施黄瓜叶片。

② 据图2、图3分析，喷施EBR后，与对照组相比，实验组黄瓜叶片净光合速率_________，叶绿素含量________。由此推测，EBR处理可能提高了叶绿素_____________的能力，使类囊体膜上合成的_____________增加，进而促进了碳（暗）反应过程。

③ 在用EBR处理黄瓜幼苗24 h后，进一步测定黄瓜叶片光合作用相关参数发现：在适宜光照强度下，当光合作用速率达最大时，实验组所需的环境中CO2的浓度低于对照组；在适宜CO2浓度下，当光合作用速率达最大时，实验组所需的光照强度低于对照组。这一结果说明,EBR 处理提高了黄瓜幼苗对___________的利用效率，使其在__________________条件下就达到最大的光合能力。

答案（18分，除特殊标记外，每空2分）

（1）①c

②探究不同浓度的EBR处理对光合作用（光合放氧速率）的影响

或答：探究EBR影响光合作用（光合放氧速率）的最适浓度

（2）①0.1mg·L-1

②提高（升高） 变化不明显

吸收、传递和转换光能（必需有“转换”之意）

ATP和NADPH（[H]）

③ 光和CO2

低光照和低CO2浓度