資源簡介

第五章 第1節 降低化學反應活化能的酶（一）
1. 細胞代謝：
（1）定義：細胞中進行的所有化學反應的統稱，細胞代謝離不開酶的催化。
（2）主要場所：細胞質
（3）控制中心：細胞核
2. 活化能：分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。
圖示活化能大?。孩伲劲冢劲?br/>③＝①－②
⑤＝①－④
③＜⑤
【圖解】
圖中①表示：常態時，化學反應所需的活化能；
②表示：有無機催化劑催化時，化學反應所需的活化能；
④表示：有酶催化時，化學反應所需的活化能。
綜上，可知：
催化劑可以加快反應進行的本質是：催化劑能夠降低化學反應的活化能。
圖中③表示：無機催化劑所降低的活化能；
⑤表示：酶所降低的活化能。
綜上，又可知：
相比無機催化劑，酶具有高效性的原因：酶能夠顯著降低化學反應的活化能。
【補充】加熱可以加快反應進行的本質：加熱為化學反應提供能量。
（不是降低活化能?。。?br/>3. 酶：
（1）定義：活細胞產生的具有催化作用的有機物。
（2）本質：絕大多數是蛋白質，少數是RNA
（3）功能：催化作用
（4）特性：①高效性；②專一性；③作用條件溫和
（5）來源：活細胞都能產生酶（不包括哺乳動物成熟紅細胞），酶也可在細胞外發揮作用
（6）作用原理：顯著降低化學反應的活化能
（7）合成原料：氨基酸 或 核糖核苷酸
（8）合成場所：核糖體 或 細胞核
【注意】
① 不是所有的活細胞都能產生酶，如：哺乳動物成熟紅細胞（無細胞核與細胞器）；
② 能水解胃蛋白酶的酶是蛋白酶，能水解脂肪酶的酶也是蛋白酶，原因：胃蛋白酶和脂肪酶的化學本質都是蛋白質（絕大多數酶都是蛋白質，尤其高中階段涉及和考查的）。
4. 【科學史】關于酶本質的探索：
【補充】
（1）表示酶的高效性的曲線：
酶只能縮短達到化學平衡所需要的時間，不能改變化學反應的平衡點，因此，酶不能改變最終生成物的量。
（2）酶具有高效性的意義：
① 保證了細胞內化學反應的順利進行 ；
② 保證了細胞內能量供應的穩定。
（3）表示酶的專一性的曲線：
酶具有專一性，酶B不能催化A的反應
A：酶
B：被催化的底物
E、F：B分解后的產物
C、D：不能被該酶催化的其他物質
或不能催化B分解的其他酶
（4）酶具有專一性的意義：
保證了細胞代謝能夠有條不紊地進行。
5. 酶活性：通常以酶促反應速率的大小來表示酶活性的高低，即酶促反應速率
越快，代表酶活性越高。
（1）溫度對酶活性的影響：（曲線僅有一個零點）
低溫抑制酶活性（調溫后酶活性可恢復）
高溫下酶失活（調溫后酶活性也不再恢復）
高溫下酶失活的根本原因：酶的空間結構被破壞
該酶的最適溫度：B點對應溫度
（此溫度下酶活性最高）
（2）pH對酶活性的影響：（曲線有兩個零點）
過酸、過堿條件下酶失活
（調pH后酶活性也不再恢復）
根本原因：酶的空間結構被破壞
該酶的最適pH：B點對應pH
（此pH下酶活性最高）
6. 影響酶促反應速率的因素：
（1）溫度：通過影響酶活性，進而影響反應速率。 （相關曲線如上所示）
（2）pH：通過影響酶活性，進而影響反應速率。 （相關曲線如上所示）
（3）底物濃度：直接影響反應速率。
在一定范圍內（P點之前），酶促反應速率隨底物濃度的增加而升高；超過一定范圍（P點之后），由于酶濃度的限制，反應速率不再升高。
（4）酶濃度：直接影響反應速率。
在一定范圍內（Q點之前），酶促反應速率隨酶濃度的增加而升高；超過一定范圍（Q點之后），由于底物濃度的限制，反應速率不再升高。
【補充】
① 酶制劑的保存：適于在零上低溫(0 ～4℃)條件下保存。
② 人體胃蛋白酶的最適pH＝1.5，若將其pH從10.0調至1.5，此時胃蛋白酶始終失活，其活性（酶促反應速率）不再改變。
第五章 第1節 降低化學反應活化能的酶（二）
【實驗一】探究H2O2在不同條件下的分解
1. 實驗分組及現象：
①號試管：常溫 氣泡產生不明顯
②號試管：水浴加熱 產生較少氣泡
③號試管：FeCl3（無機催化劑） 產生較多氣泡，衛生香復燃
④號試管：肝臟研磨液（含H2O2酶） 產生大量氣泡，衛生香復燃劇烈
自變量：溫度、催化劑的種類
因變量：H2O2的分解速率
無關變量：H2O2的濃度和劑量、催化劑的劑量、溫度等等
對照組：①號試管
實驗組：②③④號試管
【注意】
對照實驗中，無關變量必須保持相同且適宜！
2. 實驗結論：（進行對照的組別不同，則對應得出的實驗結論也不同）
①②組：加熱可以促進H2O2分解；
①③組：無機催化劑FeCl3可以促進H2O2分解；
①④組：過氧化氫酶可以促進H2O2分解；
③④組：過氧化氫酶的催化效率比FeCl3高。
3. 實驗注意事項：
① 選用新鮮豬肝并研磨：新鮮肝臟中含有較多的H2O2酶且活性高，研磨有利于H2O2酶與試管內過H2O2分子充分接觸，加速H2O2的分解。
② 因變量觀測指標：氣泡數量、衛生香復燃情況
4. 實驗所用科學方法：控制變量和設計對照實驗
（1）變量的類型：
① 自變量：人為控制的對實驗對象進行處理的因素；
② 因變量：隨自變量的變化而變化；
③ 無關變量：除自變量外，其余能對實驗結果造成影響的因素。
（“控制變量”：即保持無關變量相同且適宜）
（2）對照實驗的設計：
① 對照組： 未經過處理的一組 （或已知實驗結果的一組）
② 實驗組： 經過處理的一組 (或未知實驗結果的一組)
【補充】
特殊的對照實驗（即對比實驗）也可不設對照組，而是由不同實驗組之間相互形成對照。
【實驗二】驗證酶的專一性
設計方案【1】 驗證淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用
（酶相同，底物不同）
1. 實驗分組及現象、結論：
①號試管出現磚紅色沉淀的原因：
淀粉酶催化淀粉水解，產生還原糖，與斐林試劑發生反應。
②號試管無磚紅色沉淀的原因：
淀粉酶不能催化蔗糖的水解，無還原糖生成。
2. 實驗注意事項：
此實驗不能將“斐林試劑”換為“碘液”進行檢測，原因：碘液只能檢測淀粉有沒有被水解，而蔗糖及蔗糖的水解產物均不會與碘液發生反應，即碘液無法檢測蔗糖是否被分解，故不可用碘液代替斐林試劑進行鑒定。
設計方案【2】 驗證淀粉酶和蔗糖酶對淀粉的水解作用
（酶不同，底物相同）
1. 實驗分組及現象、結論：
①號試管出現磚紅色沉淀的原因：
淀粉酶催化淀粉水解，產生還原糖，與斐林試劑發生反應。
②號試管無磚紅色沉淀的原因：
蔗糖酶不能催化淀粉的水解，無還原糖生成。
2. 實驗注意事項：
此實驗可以將“斐林試劑”換為“碘 液”進行檢測，原因：底物都是淀粉，
斐林試劑可以檢測淀粉是否被分解，碘液也可以檢測淀粉是否被分解。
第五章 第1節 降低化學反應活化能的酶（二）
【實驗三】探究溫度對酶活性的影響
1. 實驗分組及現象：
第一組藍色較淺的原因：0℃下淀粉酶活性較低，淀粉分解程度較低（但仍被分解），因此遇碘變藍的顏色較淺。
第二組不變藍的原因：37℃下淀粉酶活性較高，淀粉被完全分解，因此不會遇碘變藍。
第三組藍色較深的原因：100℃下淀粉酶完全失活，淀粉不分解，因此遇碘變藍的顏色很深。
2. 實驗結論：
酶的催化作用需在適宜的溫度下進行，溫度過低抑制酶的活性，溫度過高酶失活。
3. 實驗注意事項：
① 實驗材料選擇淀粉酶而不選擇H2O2酶的原因：溫度會影響H2O2自身的分解，從而對實驗結果造成干擾。
② 鑒定試劑選擇碘液而不選擇斐林試劑的原因：斐林試劑需水浴加熱，而本實驗中每個組必須嚴格控制溫度。
③ 實驗過程中，應先將同組的底物和酶分別置于同一溫度中，再混合二者。
（先保溫，再混合，保證底物和酶是在特定溫度下結合的）
【實驗四】探究pH對酶活性的影響
1. 實驗分組及現象：
第一組衛生香不復燃的原因：過酸條件下H2O2酶失活，H2O2不分解，無O2生成。
第二組衛生香迅速復燃的原因：中性條件下H2O2酶活性較高，H2O2被完全分解，產生大量O2。
第三組衛生香不復燃的原因：過堿條件下H2O2酶失活，H2O2不分解，無O2生成。
2. 實驗結論：
酶的催化作用需在適宜的pH下進行，過酸或過堿均會使酶失活。
3. 實驗注意事項：
① 實驗材料選擇H2O2酶而不選擇淀粉酶的原因：pH會影響淀粉自身的分解，從而對實驗結果造成干擾。
② 本實驗也可通過觀察氣泡的產生速率來檢測酶活性。
③ 實驗過程中，應先將同組的底物和酶分別置于同一pH中，再混合二者。
（先調pH，再混合，保證底物和酶是在特定pH下結合的）
第五章 第2節 細胞的能量“貨幣”ATP
1. 腺苷三磷酸（ATP）：一種高能磷酸化合物，被稱為細胞的能量“貨幣”
（1）元素：C、H、O、N、P
（2）組成：1 ATP ＝ 1核糖 ＋ 1腺嘌呤 ＋ 3磷酸基團
＝ 1腺苷 ＋ 3磷酸基團
（腺苷 = 核糖 + 腺嘌呤）
（3）功能：生命活動的直接能源物質
（4）結構簡式：A-P~P~P
（A表示腺苷，P表示磷酸基團，— 表示普通化學鍵，~ 表示高能磷酸鍵）
（5）結構簡圖：
（6）特點： ① ATP在細胞中的含量較少，化學性質不穩定；
（相鄰的磷酸基團同性相斥，使得高能磷酸鍵不穩定，末端的磷酸
基團具有較高的轉移勢能，容易脫離）
② ATP水解的過程就是釋放能量的過程。
（ATP水解時，末端的高能磷酸鍵斷裂，能量得以釋放）
【補充】幾種物質的轉化：
【辨析】三種物質的結構簡圖：
ATP = 1核糖 + 1腺嘌呤 + 3磷酸基團
ADP = 1核糖 + 1腺嘌呤 + 2磷酸基團
腺嘌呤核糖核苷酸
= 1核糖 + 1腺嘌呤 + 1磷酸基團
2. ATP與ADP的相互轉化：
（1）反應式：
（2）特點：
快速時刻發生，并處于動態平衡。
（因此，盡管ATP在細胞中的含量很少，也足以為細胞的生命活動提供能量）
【注意】
此反應不屬于可逆反應，原因：
① 反應條件（酶）不同；
② 反應發生的場所不同；
③ 能量的來源和去向不同。
【辨析】
【補充】
（1）能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通：
① 吸能反應總是與ATP的水解相聯系，由ATP水解提供能量；
② 放能反應總是與ATP的合成相聯系，釋放的能量貯存在ATP中。
（2） 細胞中絕大多數需要能量的生命活動都是由ATP直接提供能量的。
例：主動運輸、肌肉收縮、大腦思考、螢火蟲發光、電鰩發電
3. ATP為主動運輸供能的機制（以Ca2+的運輸為例）：
① Ca2+激活載體蛋白：Ca2+與載體蛋白（本質是ATP水解酶）結合，激活酶活性；
② 載體蛋白磷酸化：在酶的催化下ATP發生水解，末端磷酸基團脫離，與載體
蛋白結合；
③ Ca2+釋放：載體蛋白空間結構發生改變，將Ca2+釋放到膜外。
4. 糖類、脂肪和ATP的聯系：
細胞中的糖類和脂肪通過呼吸作用進行分解，釋放大量能量，用于ATP的合成；
新合成的ATP又可以水解為ADP，同時釋放能量，用于各種生命活動。
（ATP就好比糖類、脂肪與生命活動之間的“貨幣”）
【補充】
（1）植物細胞合成ATP的細胞器：葉綠體、線粒體
動物細胞合成ATP的細胞器：線粒體
（2）植物細胞合成ATP的過程：光合作用、呼吸作用
動物細胞合成ATP的過程：呼吸作用
【總結】 各種能源物質：
【辨析】 不同化合物中的“A”：
ATP中的A：腺苷
DNA中的A：腺嘌呤脫氧核糖核苷酸
RNA中的A：腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸中的A：腺嘌呤
第五章 第3節 細胞呼吸的原理和應用（一）
1. 細胞呼吸：
（1）定義：細胞內的有機物氧化分解，生成CO2或其他產物，釋放能量并生成
ATP的過程。
（2）分類：
① 無氧呼吸：在沒有O2參與的情況下，葡萄糖等有機物經過不完全分解，
釋放少量能量，生成少量ATP的過程。
② 有氧呼吸：在O2的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機
物徹底氧化分解，產生CO2和水，釋放大量能量，生成大
量ATP的過程。
（3）場所：
① 細胞質基質：無氧呼吸（全）
有氧呼吸（第一階段）
② 線粒體：有氧呼吸（第二、三階段）
【補充】 線粒體模式圖：
2. 有氧呼吸：
（1）第一階段：細胞質基質
（2）第二階段 ：線粒體基質
（3）第三階段：線粒體內膜
【總反應式】
【注意】
葡萄糖只能在細胞質基質中分解，不能進入線粒體分解，原因：
① 線粒體膜上沒有運輸葡萄糖的載體，葡萄糖不能進入線粒體；
② 線粒體中沒有催化葡萄糖氧化分解的酶。
3. 無氧呼吸：
（1）第一階段：細胞質基質
（2）第二階段：細胞質基質
【總反應式】
【補充】
① 無氧呼吸時產生乳酸的生物：動物、乳酸菌、甜菜塊根、馬鈴薯塊莖等
② 無氧呼吸時產生酒精的生物：酵母菌、絕大多數植物細胞
【注意】
① 有氧呼吸能量去向：葡萄糖分解釋放的能量大部分以熱能形式散失，少部
分用于合成ATP；
② 無氧呼吸能量去向：只在第一階段釋放少量能量，合成少量ATP，葡萄糖
中的能量大部分儲存在酒精或乳酸中。
4. 發酵：
（1）定義：指酵母菌、乳酸菌等微生物的細胞呼吸。
（2）類型：
① 酒精發酵：微生物無氧呼吸產生酒精的方式（如：酵母菌）。
② 乳酸發酵：微生物無氧呼吸產生乳酸的方式（如：乳酸菌）。
【注意】
“發酵”是針對微生物的概念，人體肌細胞進行無氧呼吸產生乳酸的過程
不屬于乳酸發酵！??！
【補充】 細胞呼吸兩種方式的比較：
【拓展】 實驗設計——驗證酵母菌有氧呼吸的場所包括細胞質基質和線粒體
（1）實驗思路：
①將只含有細胞質基質的上清液、只含有細胞器的沉淀物、完整酵母菌培養液分別放入甲、乙、丙三支試管中；②在氧濃度較高的條件下，同時向三支試管中滴入等量等濃度的葡萄糖溶液；③用澄清石灰水對三支試管的產物進行檢測。
（2）預期結果及結論：
結果：試管丙中產物使澄清石灰水變渾濁，試管甲、乙無明顯現象。
結論：說明酵母菌有氧呼吸的場所包括細胞質基質和線粒體。
第五章 第3節 細胞呼吸的原理和應用（二）
影響呼吸速率的因素
1. 內部因素：
① 不同生物種類，呼吸速率不同；
② 同一生物的不同器官或組織,呼吸速率不同；
③ 同一器官不同生長發育階段，呼吸速率不同。
2. 外部因素：
（1）溫度：通過影響呼吸酶的活性來影響呼吸速率
【應用】
① 低溫條件下貯存蔬菜、水果；
② 大棚蔬菜栽培中，增加晝夜溫差（夜間和陰天適當
降溫），有利于減少有機物的消耗；
③ 溫水和面發酵更快。
（2）pH：通過影響呼吸酶的活性來影響呼吸速率
【應用】
微生物發酵時需依據微生物的種類調整pH
（3）O2濃度：
曲線I：氧氣濃度對總呼吸速率的影響
（1）氧氣濃度為0時：只進行無氧呼吸；
氧氣濃度為0~b時：有氧呼吸 + 無氧呼吸；
氧氣濃度≥b時：只進行有氧呼吸。
（2）B點：此時，有氧呼吸速率 = 無氧呼吸速率；
A點： 總呼吸速率最小值，在其對應的氧氣濃度a下最適合貯存蔬菜水果；
C點：無氧呼吸消失點；
M點：總呼吸速率最大值，M點之后的限制因素為酶濃度或底物濃度。
【應用】
① 中耕松土，增強根部的細胞呼吸，有利于植物對礦質元素的吸收；
② 在低氧條件下貯存蔬菜水果。
（4）CO2濃度：生成物濃度越高，反應速率越慢。
【應用】
較高CO2濃度的條件下貯存蔬菜水果。
（5）水含量：自由水含量多，新陳代謝加快，呼吸速率提升；但澆水過多會使植物細胞進行無氧呼吸，產生酒精使根部腐爛，進而降低呼吸速率。
【應用】
稻田需定期排水，防止水淹后爛根。
【補充】
① 貯存蔬菜水果的條件：低溫、低氧、高CO2、一定濕度
② 貯存種子的條件：低溫、低氧、高CO2、干燥
3. 細胞呼吸與生活健康：
① 包扎淺傷口選用透氣的創可貼，原因：防止厭氧細菌的滋生
② 皮膚破損較深或被銹釘扎傷需及時注射破傷風抗毒血清，原因：破傷風
桿菌只能進行無氧呼吸，容易在深傷口內大量繁殖；
③ 提倡慢跑等有氧運動：避免肌細胞無氧呼吸產生大量乳酸，使肌肉酸脹。
第五章 第3節 細胞呼吸的原理和應用（三）
【實驗】探究酵母菌細胞呼吸的方式
1. 實驗原理：酵母菌在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。酵母菌進行有氧呼吸能產生大量的CO2，在進行無氧呼吸時能產生酒精和CO2。
2. 實驗分組：
有氧呼吸與無氧呼吸的裝置示意圖
3. 變量設置：
（1）自變量：氧氣的有無
（2）因變量：細胞呼吸的產物
（3）無關變量：溫度、葡萄糖濃度、酵母菌活性等（保證相同且適宜）
4. 產物檢測：
（1）檢測CO2的方法：
① 澄清石灰水：渾濁程度越高，CO2越多；
② 溴麝香草酚藍溶液：藍→綠→黃（變黃用時越短/黃色越深，CO2越多）
③ CO2傳感器：讀數（靈敏度更高）
（2）檢測酒精的方法：
① 酸性重鉻酸鉀（濃硫酸+重鉻酸鉀）：橙色→灰綠色
② 酒精檢測儀：讀數（靈敏度更高）
5. 實驗分析：
（1）甲組（有氧呼吸組）中各錐形瓶的作用：
① 10% NaOH溶液：除去空氣中的CO2。
② A瓶（酵母菌+5%葡萄糖溶液）：葡萄糖濃度過低則抑制酵母菌細胞呼吸，
濃度過高則使酵母菌失水死亡。
③ 澄清石灰水：檢測是否有CO2的產生（也可換為溴麝香草酚藍溶液）。
（2） 乙組（無氧呼吸組）中各錐形瓶的作用：
① B瓶（酵母菌+5%葡萄糖溶液）應封口放置一段時間后，再連通檢測CO2的裝置，原因：使酵母菌耗盡瓶內的氧氣，保證無氧條件。
② 澄清石灰水：檢測是否有CO2的產生（也可換為溴麝香草酚藍溶液）。
【補充】
① A、B瓶中應加入等量的經過加熱煮沸后冷卻的葡萄糖溶液，原因：加熱煮沸可除去葡萄糖溶液中的氧氣和雜菌，冷卻后再與酵母菌混合可以保證酵母菌的活性。
② 若有氧組也產生一定的酒精使酸性重鉻酸鉀變色，可能的原因是：培養瓶中的葡萄糖還未消耗完，與酸性重鉻酸鉀發生反應使其變色。
（可將酵母菌的培養時間適當延長，以耗盡溶液中的葡萄糖，避免其對實驗結果的影響）
6. 實驗結論：
① 酵母菌在有氧和無氧條件下均能進行細胞呼吸；
② 在有氧的條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生大量的二氧化碳。
③ 在無氧的條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生少量的二氧化碳和酒精。
【注意】
此實驗沒有檢測到水的生成，所以實驗結論中不應該提到“水”！
7. 對比實驗：
（1）定義：設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析，來探究某種因素對實驗對象的影響，是一種特殊的對照實驗。
（2）特點：沒有對照組，均為實驗組，實驗組之間相互形成對照。
（3）示例：“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗
第五章 第4節 光合作用與能量轉化（一）
1. 光合作用：
（1）定義：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把CO2和H2O轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
（2）場所：葉綠體
（3）總反應式：
（4）能量轉化：光能→ATP和NADPH中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能
【注意】
不是所有生物的光合作用都在葉綠體中進行，如：藍細菌（原核生物，無葉綠體，細胞質基質中含有藻藍素和葉綠素，以及相關的光合酶）。
【辨析】
① 光合作用的實質：生產有機物，儲存能量；
② 細胞呼吸的實質：分解有機物，釋放能量。
【圖示】 ★★★
2. 光反應（光合作用第一階段）：
（1）條件：光照、光合色素、酶
（2）場所：類囊體薄膜
（3）過程：
① 水的光解與NADPH的合成： H2O → O2 + NADPH
② ATP的合成： ADP + Pi + 光能 → ATP
（4）最終產物：O2、ATP、NADPH
（5）能量轉化：光能→ATP和NADPH中活躍的化學能
3. 暗反應（光合作用第二階段）：
（1）條件：酶 （有光無光都可進行）
（2）場所：葉綠體基質
（3）過程：
① CO2的固定：CO2 + C5 → 2C3
② C3的還原： C3 → （CH2O）/ C5
（4）最終產物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+
（5）能量轉化：ATP和NADPH中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能
【注意】 光反應與暗反應相互影響，缺一不可：
① 光反應為暗反應提供ATP和NADPH，用于C3的還原；
② 暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP+，用于ATP和NADPH的合成。
【補充】
① NADP＋：氧化型輔酶Ⅱ
NADPH：還原性輔酶Ⅱ
C5:：五碳化合物 （3-磷酸甘油酸）
C3：三碳化合物 （核酮糖-1,5-二磷酸）
② NADPH的作用：a.活潑的還原劑；
b.為暗反應中C3的還原提供能量。
③ NADPH和ATP的移動途徑：類囊體薄膜→葉綠體基質
ADP、Pi和NADP+的移動途徑：葉綠體基質→類囊體薄膜
4. 光合作用的研究歷程（節選重點實驗）：
（1）希爾反應：
1937年，希爾發現，在離體葉綠體的懸浮液（懸浮液中有H2O，沒有CO2）中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下可以釋放出氧氣。
（2）魯賓和卡門：
1941年，兩位科學家利用同位素標記法研究光合作用中氧氣的來源，實驗如圖所示，發現甲組釋放的都是O2，乙組釋放的都是18O2，證明光合作用中的氧氣來自水（而非CO2）。
（3）卡爾文：
20世紀40年代，卡爾文用經過14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向，最終探明了CO2中的碳是如何轉化為有機物中的碳，此過程即為“卡爾文循環”。
【分析】 條件驟變時各物質含量的變化：★★★
（1）光照強度發生變化：
（2）CO2濃度發生變化：
第五章 第4節 光合作用與能量轉化（二）
影響光合速率的因素
1. 內部因素： ①物種 ②葉齡 ③葉面積指數
2. 外部因素：
（1）光照強度：
A點： 無光照，只進行細胞呼吸
B點： 呼吸速率=光合速率
C點： 光合速率最大值
AB段：呼吸速率＞光合速率
BC段：呼吸速率＜光合速率
光補償點：指B點對應光照強度
光飽和點：指C點對應光照強度
C點之后的限制因素：CO2濃度、酶濃度等
【注意】
縱坐標的“CO2吸收量”指綠色植物從大氣中吸收的CO2量；
“CO2釋放量”指綠色植物釋放到大氣中的CO2量。
因此，當“CO2吸收量”和“CO2釋放量”相等時，意味著植物細胞呼吸釋放的CO2量剛好可以全部供給光合作用的所需，即此時的呼吸速率與光合速率相等。
【應用】
① 陰生植物的光補償點和光飽和點比較低，如右圖虛線所示；
② 溫室大棚適當提高光照強度可增加光合作用強度；
③ 農業生產上溫室大棚一般選用無色透明薄膜覆蓋棚頂；
④ 溫室大棚內一般選用紅光或藍紫光作為補充光源。
（2） CO2濃度：
A點：只進行細胞呼吸
C點：光合速率＝呼吸速率
D點：光合速率最大值
AC段：呼吸速率＞光合速率
CD段：呼吸速率＜光合速率
CO2補償點：指C點對應CO2濃度
CO2飽和點：指D點對應CO2濃度
D點之后的限制因素：光照強度、酶濃度等
【補充】
① 總光合速率（真光合速率）：指單位時間內植物總共吸收的C02量（包括植物從大氣中吸收的C02量和從自身細胞呼吸得到的C02量）。
② 凈光合速率：指單位時間內，植物從大氣中吸收的C02量。
【計算】
總光合速率（真光合速率）＝ 凈光合速率 ＋ 呼吸速率
（該曲線中，OA段的絕對值即為該植物的呼吸速率）
【應用】
① 合理密植；
② 增施有機肥；
（土壤微生物可將有機肥中的有機物分解為CO2和無機營養，從而提供給植物）
③ 溫室栽培農作物可以投放干冰或使用CO2發生器。
【例題】下圖是在一定的CO2濃度和溫度下，某陽生植物CO2的吸收量和光照強度的關系曲線，據圖回答：
（1）該植物的呼吸速率為每小時釋放CO2 5 mg/dm2。
（2）b點表示光合速率與呼吸作用速率相等?！　?br/>（3）若該植物葉面積為10dm2，在光照強度為25Klx條件下光照1小時，則植物光合作用固定CO2 250 mg。
【解析】
由曲線可知，該植物呼吸速率為5，
光照強度為25時，凈光合速率＝20
因此，光照強度為25時的總光合速率＝5＋20＝25/dm2
則葉面積為10dm2時，光合作用總共固定CO2：250mg
（3）溫度：通過影響光合酶的活性來影響光合速率。
【應用】
① 適時播種；
② 溫室栽培時，白天適當提高溫度，提高凈光合速率，夜間適當降溫，降低呼吸速率，降低有機物的消耗，保證植物有機物的積累。
（4）水分：
① 水是植物光合作用的原料之一；
② 缺水時葉片部分氣孔關閉，導致CO2吸收量減少，從而減弱植物的光合作用。
【補充1】 光合作用與細胞呼吸的細胞示意圖：
呼吸速率＞光合速率 呼吸速率＜光合速率 呼吸速率＝光合速率
【技巧】 哪種細胞器正在與外界發生氣體交換，
其對應的生理過程的速率一定更大！
只進行呼吸作用，無光合作用
【補充2】 CO2濃度與時間關系的模型
（1）開放環境中CO2濃度與時間關系的模型：
oc段：呼吸速率＞光合速率
ce段：呼吸速率＜光合速率
eg段：呼吸速率＞光合速率
c點：呼吸速率＝光合速率
e點：呼吸速率＝光合速率
① d點光合速率減小的原因：中午溫度過高，植物部分氣孔關閉，CO2吸收量減
少所致。
② 植物一天中有機物積累量最多的時刻： e點對應時刻
（e點之前光合＞呼吸，e點之后光合＜呼吸，因此e點有機物積累量最大）
（2） 密閉容器中CO2濃度與時間關系的模型：
AD段：容器內CO2濃度持續上升，說明
呼吸速率＞光合速率
DH段：容器內CO2濃度持續下降，說明
呼吸速率＜光合速率
HI段：容器內CO2濃度持續上升，說明
呼吸速率＞光合速率
D點：呼吸速率＝光合速率
H點：呼吸速率＝光合速率
① 圖示植物一天結束時有機物正積累，原因：
與A點相比，I點容器內CO2濃度更低，意味著植物凈吸收CO2進行光合作用，制造有機物。
第五章 第4節 光合作用與能量轉化（三）
【實驗】綠葉中色素的提取和分離
1. 實驗原理：
（1）色素的提?。?br/>① 試劑：無水乙醇（或95%乙醇+無水碳酸鈉）
② 原理：色素不溶于水，易溶于有機溶劑無水乙醇
（2）色素的分離：
① 方法：紙層析法
② 試劑：層析液（多種有機溶劑按一定配比混合而成）
③ 原理：不同的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度越高的色素隨層析液在濾紙上的擴散速度就越快，反之則慢。
2. 實驗現象：濾紙條上的色素帶依次為“胡 黃a b”（從上往下）
溶解度最大：胡蘿卜素
溶解度最小：葉綠素b
含量最多：葉綠素a
含量最少：胡蘿卜素
相鄰最近：葉綠素a、葉綠素b
相鄰最遠：胡蘿卜素、葉黃素
3. 實驗注意事項：
① 研磨時必須加入SiO2和CaCO3：二氧化硅有助于充分研磨，碳酸鈣可保護色素不被破壞（主要保護葉綠素，因為葉綠素易分解）；
② 使用單層尼龍布進行過濾：濾紙或紗布都會吸收色素，尼龍布不會
③ 存放色素濾液的試管口需用棉塞塞嚴：防止無水乙醇揮發和色素氧化
④ 制備濾紙條需剪去兩角：減少邊緣效應，使層析液同時到達濾液細線
⑤ 濾液細線要細、直、齊：防止色素帶重疊
⑥ 濾液細線稍干后重復畫一到兩次：積累更多色素
⑦ 層析液不可觸及濾液細線：防止色素直接溶解于層析液中無法分離
⑧ 層析裝置必須密封：防止層析液揮發
4. 可能出現的情況及原因：
（1）收集到的濾液顏色過淺：① 研磨時未加入SiO2或CaCO3；
② 所用葉片不新鮮，色素含量少。
（2）濾紙條上無色素帶：誤用蒸餾水作提取液或層析液。
（3）濾紙條上缺少呈綠色的色素帶：① 所用葉片發黃；
② 研磨時未加入CaCO3，葉綠素被破壞。
（4）濾紙條上色素帶重疊：濾液細線未做到細、直、齊，使色素擴散不一致。
【補充】 使用圓形濾紙片進行紙層析法分離色素的裝置：
① 操作：在培養皿中裝入層析液，并在a處滴加色素濾液。
（層析液會隨棉線逐漸擴散至a處，色素隨之往圓形濾紙片邊緣擴散，在層析液中溶解度越高的色素隨層析液擴散越快）
② 現象：會出現四個同心圓的色素帶，從外往里依次為：
胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b
【注意】 不可將色素濾液滴加在b處，即“層析液不可觸及濾液細線”，為防止色素直接溶解于層析液中無法分離。
5. 綠葉中的色素：共4種，可分為兩大類
（1）類胡蘿卜素（1/4）：胡蘿卜素（橙黃色）、葉黃素（黃色）
（2） 葉綠素（3/4）：葉綠素a（藍綠色）、葉綠素b（黃綠色）
6. 光合作用所利用的光都是可見光，這些光由光合色素進行捕獲。其中，葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
實線A表示：葉綠素
（在藍紫光和紅光區域都出現吸收峰）
虛線B表示：類胡蘿卜素
（只在藍紫光區域出現吸收峰）
藍紫光 紅光
【補充1】 影響葉綠素合成的因素：
（1）光照：葉綠素的合成需要光照。
（2）溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的合成；另外，低溫時葉綠素分子易被破壞，所以秋天葉片變黃。
（3）礦質元素：葉綠素中含有Mg等礦質元素，若缺乏將導致葉綠素無法合成。
【補充2】 生活實際與應用：
① 葉片一般是綠色：葉綠素含量豐富，更多反射綠光
② 秋天葉片轉黃：低溫下葉綠素分解，類胡蘿卜素的顏色得以顯現
③ 秋天楓葉變紅：葉綠體中葉綠素分解，而液泡中花青素含量豐富
④ 溫室大棚采用無色或白色薄膜覆蓋：保證光合作用吸收各種色光
⑤ 溫室大棚采用紅色或藍紫色照明燈：保證色素對紅光和藍紫光的充分吸收
7. 葉綠體的結構：
① 外膜和內膜；
② 基質：存在光合酶
（基質中大多為水，色素不溶于水，所以基質中無色素）
③ 基粒：由多個類囊體堆疊形成，類囊體薄膜上附著有光合色素和光合酶
（因此吸收光能的具體部位是類囊體薄膜）
【注意】
葉綠體中廣闊膜面積的意義：既擴展了受光率，又可附著更多的色素和酶。
8. 有關葉綠體功能的實驗：1880年，恩格爾曼
（1）實驗示意圖：
（2）實驗結論：
① 光合作用需要在光照條件下進行；
② 光合作用的場所是葉綠體；
③ 光合作用會產生O2。

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