高考生物知识总结必修一分子与细胞（细胞的能量与利用）

第五章

细胞的能量供应和利用第1节

降低化学反应活化能的酶基础知识知识点一

酶在细胞代谢中的作用1．细胞代谢(1)场所：细胞内。(2)实质：各种化学反应的统称。(3)意义：细胞生命活动的基础。2．实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验目的比较过氧化氢在不同条件下的分解快慢，了解过氧化氢酶的作用。(2)实验原理：新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。经计算，质量分数为3.5%的FeCl3溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3＋数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子数的25万倍。(3)实验材料：质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液，新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液，质量分数为3.5%的FeCl3溶液。量筒，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，酒精灯，试管夹，大烧杯，三脚架，石棉网，温度计。(4)实验过程及结果实验过程试管编号1234H2O2溶液2mL2mL2mL2mL条件不处理90℃左右水浴加热处理滴入2滴FeCl3溶液滴入2滴肝脏研磨液气泡基本无少较多很多结果点燃的卫生香——复燃性较强复燃性很强(5)实验结论：1号和2号试管实验结果对比，说明升高温度能加快过氧化氢分解速率；1号和3号试管实验结果对比，说明无机催化剂FeCl3具有催化作用；1号和4号试管实验结果对比，说明酶具有催化作用；4号试管与3号试管的现象不同，说明与无机催化剂Fe3＋相比，过氧化氢酶的催化效率更高。3．科学方法——控制变量和设计对照实验(1)实验中的变量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、反应时间等(2)对照实验①含义：除作为自变量的因素外，其余因素(无关变量)都保持一致，并将结果进行比较的实验。②分组：对照组(1号试管)和实验组(2号、3号、4号试管)。本实验的对照组未作任何处理，这样的对照组叫作空白对照。4．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。知识点二

酶的本质1．探索过程(1)1716年《康熙字典》收录了酶字，并将“酶”解释为“酒母也”。“酒母”就是现在所说的酵母。(2)巴斯德之前：认为发酵是纯化学过程，与生命活动无关。(3)争论巴斯德法国1857年提出：只有活酵母菌细胞参与才能进行发酵李比希德国认为：酵母菌细胞死亡裂解后释放出某些物质，引起发酵(4)毕希纳(德国)：发现酵母菌细胞的提取液也能使糖液变成酒，他将酵母菌细胞中引起发酵的物质称为酿酶。但未能分离鉴定出酶。(5)萨姆纳(美国)：1926年采用丙酮作溶剂的提取液提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了其化学本质是蛋白质。(6)切赫和奥尔特曼(美国)：20世纪80年代，发现少数RNA也具有催化功能。2．酶的概念(1)合成场所：活细胞内。(2)化学本质：具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。知识点三

酶的高效性和专一性1．酶的高效性(1)含义：酶的催化效率比无机催化剂高许多，大约是无机催化剂的107～1013倍。(2)意义：可以使生命活动更加高效地进行。2．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)酶专一性含义：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。例：过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解。脲酶只能催化尿素分解。(3)酶专一性意义：使细胞代谢有条不紊地进行。(4)探究酶专一性实验的设计思路思路自变量因变量思路一：通过改变底物种类，验证酶的专一性底物种类底物是否分解思路二：通过改变酶的种类，验证酶的专一性酶的种类底物是否分解(5)探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用①实验原理：淀粉和蔗糖都是非还原糖。它们在酶的催化作用下都能水解成还原糖。还原糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。②目的要求：探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应。③实验步骤(思路一)：a．取两支洁净的试管，编上号，然后按照下列要求操作步骤试管1试管2第一步：注入可溶性淀粉溶液2mL－第二步：注入蔗糖溶液－2mL第三步：注入新鲜淀粉酶溶液2mL2mLb．轻轻振荡两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60℃左右的热水中，保温5min。c．取出两支试管，各加入2mL斐林试剂(边加入试剂，边轻轻振荡这两支试管，以便使试管内的物质混合均匀)。d．将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。e．观察两支试管内的溶液颜色变化。④实验结果：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉有水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有水解。⑤实验结论：淀粉酶只催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶具有专一性。知识点四

影响酶活性的条件1．酶活性(1)定义：酶催化特定化学反应的能力。(2)表示方法：可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。2．探究温度对酶活性的影响(1)提出问题：温度对酶的活性会产生怎样的影响？(2)作出假设：最适温度下酶的活性最高。(3)设计实验①材料：宜选用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响。②实验设计思路(包括自变量、如何控制自变量、因变量、如何检测因变量、怎样对无关变量进行控制、对照实验自变量温度控制自变量将装有等量酶的试管分别放入装有冰块、热水和37℃的水的烧杯中，进行对照实验因变量淀粉是否水解检测因变量碘液检测溶液是否变蓝对无关变量进行控制溶液的量以及试管洁净度等保持相同③预期结果：热水和冰块里的淀粉酶没有分解淀粉，发生蓝色反应，37℃的水里的淀粉酶分解淀粉，无明显颜色反应。(4)进行实验(以唾液淀粉酶的催化作用为例)步骤及结果试管12345612mL淀粉溶液＋＋＋1mL淀粉酶溶液＋＋＋2分别保温5min冰浴水浴，60℃沸水浴3将试管2中的溶液倒入试管1中混合将试管4中的溶液倒入试管3中混合将试管6中的溶液倒入试管5中混合4分别保温2min冰浴水浴，60℃沸水浴用自来水冲凉5加入2滴碘液，观察颜色变化实验结果变蓝不变色变蓝(5)实验结果：热水和冰块的两组实验结果：呈现蓝色，37℃的水组实验结果：无明显颜色反应。(6)实验结论：酶的作用需要适宜的温度，温度偏高或偏低都会影响酶的活性，使酶活性降低。（7）注意事项①酶和淀粉混合前，务必各自在设定的温度保温5min，不能混合后再保温。因为一旦混合，二者即快速完成反应。②不宜选用斐林试剂检测还原糖的生成，因为加热会改变反应体系的温度，从而给实验引入额外的变量。③在100℃高温下，直链淀粉的螺旋结构被破坏，不能与碘形成蓝色络合物，遇碘不变蓝。因此，100℃(沸水浴)反应管在完成反应后，先在自来水下冲凉，然后加入碘液检测淀粉含量。同时也可防止碘液在高温下蒸发而影响实验效果。3．探究pH对酶活性的影响(1)提出问题：pH对酶的活性会产生怎样的影响？(2)作出假设：最适pH下酶的活性最高。(3)设计实验①材料：宜选用过氧化氢和肝脏研磨液探究pH对酶活性的影响。②实验设计思路(包括自变量、如何控制自变量、因变量、如何检测因变量、怎样对无关变量进行控制、对照实验)自变量pH控制自变量将等量的氢氧化钠、盐酸和pH=7的缓冲液分别放入装有等量酶的试管中，进行对照实验因变量过氧化氢的分解速率检测因变量观察气泡产生的情况(或插入卫生香，观察复燃情况)对无关变量进行控制溶液的量以及试管洁净度等保持相同③预期结果：氢氧化钠和盐酸两组无明显气泡产生(或卫生香不复燃)，pH=7的缓冲液组有大量气泡产生(或卫生香复燃)。(4)进行实验步骤试管1试管2试管3第一步加入2滴肝脏研磨液第二步1mLpH=7的缓冲液1mL盐酸溶液1mLNaOH溶液第三步加入2mLH2O2溶液第四步观察气泡生成速率(或插入卫生香，观察复燃情况)(5)实验结果：氢氧化钠和盐酸两组实验结果：无明显气泡产生(或卫生香不复燃)，pH＝7的缓冲液组实验结果：有大量气泡产生(或卫生香复燃)。(6)实验结论：酶的作用需要适宜的pH，pH偏高或偏低都会使酶活性降低。（7）注意事项①本实验不能选择淀粉和淀粉酶进行探究。因为调节pH值所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉水解的检测，且酸性环境下，淀粉还会水解，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应。②需要事先在肝脏研磨液中加入调节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。4．通过实验可以看出，溶液的温度和pH都对酶活性有影响。与无机催化剂比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。知识点五

酶的作用条件较温和1．温度对酶活性的影响(1)曲线分析①在最适温度条件下，酶的活性最高(如B点)。温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低。②低温(如A点)影响酶的活性，但不会使酶的空间结构遭到破坏，温度升高后，酶仍能恢复活性。但高温(如C点)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。(2)各类生物的最适温度动物体内的酶最适温度在35～40℃；植物体内的酶最适温度在40～50℃；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的酶最适温度可高达70℃。2．pH对酶活性的影响(1)曲线分析①在最适pH条件下，酶活性最高(如E点)。pH偏高和偏低，酶活性都会明显降低。②过酸(如D点)、过碱(如F点)都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(2)各类生物的最适pH动物体内的酶最适pH大多在6.5～8.0，但胃蛋白酶比较特殊(最适pH为1.5)；植物体内的酶最适pH大多在4.5～6.5。3．细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，除了与酶的特性有关，还与酶在细胞中的分布有关。植物叶肉细胞中，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，互不干扰。补充与拓展1、加热处理促进过氧化氢分解的原理是什么？加热使过氧化氢分子得到了能量，相当于提供了活化能。2、酶与无机催化剂的共同点(1)只改变化学反应速率，不改变化学反应的方向。(2)不为化学反应提供物质和能量，本身不被消耗。(3)降低化学反应的活化能，使反应速率加快，缩短达到平衡点的时间。3、酶化学本质绝大多数是蛋白质少数是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)作用场所细胞内、外或生物体内、外均可来源一般来说，活细胞都能产生酶生理功能具有生物催化作用作用原理降低化学反应的活化能4、根据前面所说酶的知识，如何设计实验证明酶的高效性，尝试写出实验自变量、因变量以及实验思路？①自变量：催化剂种类。②因变量：底物分解速率。③实验思路实验组：底物＋生物催化剂(酶)→底物分解速率(或产物形成的速率)对照组：底物＋无机催化剂→底物分解速率(或产物形成的速率)5、在探究酶的专一性实验中（用蔗糖、淀粉、淀粉酶进行探究），能否使用碘液来进行颜色鉴定？不能。因蔗糖无论是否水解都不会与碘液产生特定颜色。6、在探究温度对酶活性影响的实验中，能否选用过氧化氢和过氧化氢酶进行探究？不能。因为过氧化氢在不同温度下有不同的分解速率(高温下自身分解)，给实验引入额外的变量。8、在探究pH对酶活性影响的实验中，能否选择淀粉和淀粉酶进行探究？不能。因为调节pH值所营造的酸性环境会干扰斐林试剂(碱性)对淀粉水解的检测，且酸性环境下，淀粉还会水解，碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应。9、持续发烧不退有时会危及人的生命，你知道其中的原因吗？酶的影响因素发生很小的变化时，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应就不能正常进行了。10、影响酶活性的最适宜条件是固定的吗？酶催化反应时，酶不同，其最适pH不同，最适温度不同，但特定的酶最适值为定值。11、在最适的pH或温度下反应一定能进行吗？不一定。例如在最适pH条件下，将温度调至100℃，那么即使在最适pH时，多数酶也会丧失活性，反应不能进行。12、影响酶促反应速率的因素有哪些？它们是怎样影响酶促反应速率的？【注：激活剂可以提高酶活性，但不是酶活性所必需的。激活剂大致分两类：无机离子和小分子化合物。抑制剂使酶活性下降。抑制剂的作用机制分两种：可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。】13、胞内的各类化学反应能有序进行的原因有哪些？①酶具有专一性，使细胞代谢有条不紊地进行。②酶具有高效性，可以使生命活动更加高效地进行。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。14、酶促反应曲线分析策略(1)一看横纵坐标。横坐标是自变量，纵坐标是因变量。曲线表示纵坐标随横坐标的变化而变化。(2)二看曲线变化。分析同一条曲线升、降或平的变化。(3)三看特殊点。特殊点：即曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等五点，理解特殊点的意义。(4)四看坐标系中有几条曲线。当有多条曲线时，应从两个方面分析：①当横坐标相同时，对应的纵坐标之间的关系；②当纵坐标相同时，对应的横坐标之间的关系。15、探究实验中控制变量的科学方法A.酶的高效性实验(1)变量控制自变量温度、催化剂控制自变量加热、加FeCl3、加新鲜的肝脏研磨液因变量过氧化氢分解速率检测因变量气泡量、带火星卫生香复燃情况对无关变量进行控制反应物浓度、反应时间等(2)拓展思路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快或反应用时短反应速率慢或反应用时长结论酶具有高效性(3)曲线分析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。B.酶的专一性实验(1)变量控制自变量底物种类控制自变量淀粉、蔗糖因变量淀粉和蔗糖分解情况检测因变量加入斐林试剂，水浴加热后溶液颜色变化对无关变量进行控制反应物浓度、反应时间等(2)拓展思路思路自变量因变量思路一：通过改变底物种类，验证酶的专一性底物1＋酶→底物分解速率底物2＋酶→底物分解速率)底物种类底物是否分解思路二：通过改变酶的种类，验证酶的专一性底物＋酶1→底物分解速率底物＋酶2→底物分解速率)酶的种类底物是否分解(3)相关图像和曲线分析17、探究影响酶活性因素的实验实例1：探究温度对淀粉酶活性的影响(1)变量控制自变量温度控制自变量将装有等量酶和淀粉的试管分别放入装有冰块、沸水和60℃的水的烧杯中，进行对比实验因变量淀粉是否水解检测因变量碘液检测溶液是否变蓝对无关变量进行控制溶液的量以及试管洁净度等(2)拓展思路实例2、探究pH对过氧化氢酶活性的影响(1)变量控制自变量pH控制自变量将等量的氢氧化钠、盐酸和pH＝7的缓冲液分别放入装有等量酶的试管中，进行对比实验因变量过氧化氢的分解速率检测因变量观察气泡产生的情况或插入带火星的卫生香，观察复燃情况对无关变量进行控制过氧化氢的量以及试管洁净度等(2)拓展思路(3)曲线解读18、酶活性：酶催化特定化学反应的能力表示方法：单位时间内产物的生成量；单位时间内反应物（底物）的减少量；达到平衡点所用的时间等19、锁钥学说和诱导契合模型锁钥学说模型模型图解反应物(S)酶与反应物严格互补模型解读只有与酶的活性部位结构相吻合的反应物才能被催化，能解释酶的专一性特点，但不能解释一种酶催化多种反应物的现象诱导契合学说模型模型图解酶变形以适合反应物模型解读酶的活性部位与反应物在结构上不是完全吻合的，而是结合后构象发生一定变化，催化反应完成后，酶的活性部位结构恢复原状，能解释一种酶催化多种反应物的现象20、竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂曲线竞争性抑制剂模型图解模型解读①竞争性抑制剂和反应物分子结构相近，通过与酶的活性部位结合而“阻碍”反应物与酶的结合，如图2②可通过增大反应物浓度来缓解抑制剂的抑制作用，如图1中②曲线非竞争性抑制剂模型图解模型解读①非竞争性抑制剂与反应物分子结构不同，不能与酶的活性部位结合，而与酶的非活性部位结合，引起酶的活性部位结构(即酶的空间结构)发生改变，“阻碍”反应物与酶结合，如图3②增大反应物浓度不会缓解非竞争性抑制剂的抑制作用，如图1中③曲线

第2节

细胞的能量“货币”ATP基础知识知识点一

ATP是一种高能磷酸化合物1．中文名称：ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。2．结构简式是A—P～P～P，其中A代表腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)，T代表“三”，P代表磷酸基团，“—”代表普通化学键，“～”代表一种特殊的化学键。3．元素组成：C、H、O、N、P。4．结构特点(1)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。(2)高能量：1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。5．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。知识点二

ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用1．转化过程(1)ATP转化为ADP①ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物——ADP(腺苷二磷酸)，脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，就成为游离的磷酸(以Pi表示)。②反应式：ATPADP＋Pi＋能量。(2)ADP转化为ATP①在有关酶的作用下，ADP可以接受能量，同时与Pi结合，重新形成ATP。②反应式：ADP＋Pi＋能量ATP。2．转化过程中能量来源和去向(1)ADP合成ATP的能量来源①绿色植物：既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。②动物、人、真菌和大多数细菌：均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。(2)ATP水解成ADP释放的能量去向：各项生命活动。3.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。4．ATP的利用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。ATP的利用：用于物质的主动运肌肉收缩、生物发电发光、大脑思考、物质合成等5．ATP供能机制(1)ATP为主动运输提供能量的过程①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。(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。6．ATP是细胞内流通的能量“货币”(1)细胞内的化学反应分为吸能反应和放能反应①吸能反应是需要吸收能量的，如蛋白质合成等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。②放能反应是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。(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。补充与拓展1、ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一。2、ATP、ADP之间的相互转化过程是可逆的吗？不是可逆的。ATP转化成ADP和ADP转化为ATP时所需要的酶是不同的，所需能量来源也不同，所以不可逆。3、ATP在细胞内的含量是很少的，每一时刻储存在人体内的ATP、ADP的总含量不到1g，而一个正常成年人在静止状态下24h，将有40kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的？ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满足生命活动对能量的需要。4、如何理解载体蛋白磷酸化伴随能量转移？ATP水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与载体蛋白结合，这一磷酸化过程就是获能的过程，获能实际是势能转化为动能，从而使载体蛋白空间结构和活性发生变化，实现蛋白质运动，或者带动离子的位置与亲和力的改变，实现离子的主动运输。5、生物体内的能源物质总结(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。(2)主要能源物质：糖类。(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。(4)主要储能物质：脂肪。(5)直接能源物质：ATP。(6)最终能量来源：太阳能。细胞中能直接供能的物质除ATP外，还有CTP（胞苷三磷酸）、GTP（鸟苷三磷酸）、UTP（尿苷三磷酸）等6、ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不可等同于能量。7、ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。8、ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。9、ATP与ADP转化总处于“动态平衡”中，如剧烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加。10、

第3节

细胞呼吸的原理和应用基础知识知识点一

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。2．细胞呼吸类型：有氧呼吸和无氧呼吸。3．探究酵母菌细胞呼吸的方式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，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。(1)提出问题：酵母菌在有氧和无氧条件下都能产生二氧化碳吗？酒精和二氧化碳是在什么条件下产生的？(2)作出假设：酵母菌在有氧的条件下产生更多的二氧化碳；酵母菌在无氧条件下产生酒精和少量的二氧化碳。(3)设计方案①材料选择食用酵母菌、质量分数为5%的葡萄糖溶液、质量分数为10%的NaOH溶液、澄清石灰水、溴麝香草酚蓝溶液、重铬酸钾溶液、质量分数为95%～97%的浓硫酸溶液、锥形瓶等。②变量的分析和控制自变量氧气的有无如何控制自变量通入氧气(橡皮球或气泵用于控制有氧条件)；密闭因变量有无CO2产生，CO2产生的多少，有无酒精产生因变量检测方法CO2的鉴定：CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据变色的时间长短来比较CO2的多少。酒精的鉴定：酒精与橙色的重铬酸钾溶液在酸性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(4)实施方案①酵母菌培养液的配制：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500mL)和锥形瓶B(500mL)中。向锥形瓶A、B中分别加入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。②连接装置③产物检测注意：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。(5)实验结果和结论观察项目有氧呼吸装置无氧呼吸装置澄清石灰水出现混浊所需时间及混浊程度比较短且混浊程度较大长且混浊程度较小溴麝香草酚蓝溶液变色情况比较变黄且时间短变黄且时间长酸性重铬酸钾检验情况比较不变色由橙色变成灰绿色实验结论酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量的CO2在无氧条件下进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物有酒精，同时也产生少量的CO24.科学方法——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。在探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式活动中，有氧和无氧两种条件都是实验组，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。知识点二

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——线粒体外膜：保证线粒体内部相对稳定内膜：某些部位向线粒体内腔折叠形成-嵴,使内膜的表面积大大增加，膜上含有与有氧呼吸有关的酶基质：嵴周围充满了液态的基质，基质中也含有与有氧呼吸有关的酶3．有氧呼吸的总反应式C6H12O6＋6O2＋6H2O--

6CO2＋12H2O＋能量4．对有氧呼吸的三个阶段归纳阶段场所物质变化放能多少第一阶段细胞质基质葡萄糖--2丙酮酸＋4[H]少量第二阶段线粒体基质2丙酮酸＋6H2O--

6CO2＋20[H]少量第三阶段线粒体内膜24[H]＋6O2--

12H2O大量5．有氧呼吸的概念：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和水，释放能量，生成大量ATP的过程。6．有氧呼吸的能量转化1mol的葡萄糖彻底氧化分解释放2870kJ能量，其中977.28kJ储存在ATP中，1892.72kJ以热能形式散失7．同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸特点：有氧呼吸过程温和；有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；这些能量有相当一部分储存在ATP中。知识点三

无氧呼吸1．无氧呼吸场所：细胞质基质。2．无氧呼吸的过程(1)第一阶段(与有氧呼吸的第一阶段完全相同)葡萄糖--2丙酮酸＋4[H]＋少量能量(2)第二阶段丙酮酸--酒精+CO2丙酮酸--乳酸注：无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，形成少量ATP。3.无氧呼吸的总反应式可概括为两种(1)无氧呼吸的乳酸途径①反应式：C6H12O6--2C3H6O3(乳酸)＋少量能量。②实例：马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、动物和人剧烈运动时骨骼肌的肌细胞、哺乳动物成熟红细胞、乳酸菌等。(2)无氧呼吸的酒精途径①反应式：C6H12O6--2C2H5OH＋2CO2＋少量能量。②实例：水稻根、苹果果实等植物器官的细胞、酵母菌等。4．无氧呼吸过程中的能量转化只在第一阶段释放少量能量，释放的能量只有少部分储存在ATP种，大部分以热能的形式散失；其余大部分能量储存在酒精或者乳酸中5．无氧呼吸概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。6．细胞呼吸概念：细胞呼吸是指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，释放能量并生成ATP的过程。知识点四

细胞呼吸原理的应用1．细胞呼吸原理的应用(1)生活中的应用①包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。②破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，需及时到医院治疗。③提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。④生活中，馒头、面包、泡菜等许多传统食品的制作，现代发酵工业生产青霉素、味精等产品，都建立在对微生物细胞呼吸原理利用的基础上。(2)生产中的应用①中耕松土、适时排水，是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长。②利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。③在储藏果实、蔬菜时往往需要降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗，延长保质期。2.细胞呼吸的影响因素(1)温度①曲线分析：温度主要是影响酶的活性，在一定温度范围内，呼吸作用强度随温度升高而增强，但超过一定的温度，酶的活性降低甚至会变性失活，从而使呼吸作用强度减弱直至停止。②应用：生产上常利用这一原理在零上低温下储藏蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降低温度，减弱呼吸作用，减少有机物的消耗；温水和面发酵快。(2)O2浓度①O2浓度为0时，只进行无氧呼吸。②随O2浓度增大，无氧呼吸强度逐渐被抑制，有氧呼吸强度不断加强，但仍较弱，细胞呼吸强度较弱。③当O2浓度达到5%时，释放CO2最少，细胞呼吸强度最弱。④当O2浓度达到一定值(10%)后，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。⑤随O2浓度进一步增大，有氧呼吸强度先增强后基本不变(受呼吸酶数量等因素的影响)。曲线整体分析a.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)。应用：a.中耕松土促进植物根部有氧呼吸。b.无氧发酵过程需要严格控制无氧环境。c.低氧仓储存粮食、水果和蔬菜(3)CO2浓度曲线图原理和应用原理：增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用。这可以从化学平衡的角度进行解释应用：储藏粮食时适当增大CO2浓度，可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗(4)H2O浓度曲线图原理和应用原理：在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强应用：植物栽培要合理灌溉；将种子晒干，以减弱呼吸作用，有利于储藏（5）遗传因素：遗传物质及表达情况不同导致酶的种类数量不同，进而影响呼吸速率补充与拓展1、配制葡萄糖溶液时，对葡萄糖溶液进行煮沸、冷却的目的？葡萄糖溶液煮沸的目的：加热杀死杂菌；排出葡萄糖溶液中溶解的氧气。葡萄糖溶液煮沸后冷却的目的：防止酵母菌体内的酶高温下失活。2、探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，甲组中NaOH的作用？间歇性通空气的原因？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。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。3、探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中，乙组中，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。4、酿酒业常用的菌种是酵母菌，在利用酵母菌酿酒时，发酵池往往封入一部分空气，为什么？酵母菌是兼性厌氧菌，有氧时进行有氧呼吸，大量繁殖获得大量菌种，把氧气耗尽，然后进行无氧呼吸产生酒精。5、线粒体是进行有氧呼吸的必需条件吗？若不是，请举例说明。不是，蓝细菌无线粒体也可进行有氧呼吸，具有有氧呼吸酶是进行有氧呼吸的必需条件。6、有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于有氧呼吸的第几阶段？有氧呼吸的生成物CO2产生于有氧呼吸的第二阶段；有氧呼吸的生成物H2O产生于有氧呼吸的第三阶段。7、有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其消耗发生在哪个阶段？有氧呼吸过程中第一、二阶段均有[H]产生，其消耗发生在第三阶段，与氧气结合形成水。8、有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？有氧呼吸的生成物CO2中的C来自葡萄糖，O来自葡萄糖和水。有氧呼吸的生成物H2O中的O来自氧气。9、无氧呼吸有无[H]的积累？无氧呼吸第一阶段[H]的作用？没有。第一阶段产生的[H]参与第二阶段的反应。10、剧烈运动后的肌肉酸疼是怎样造成的？剧烈运动，氧气供应不足，肌肉细胞无氧呼吸产生了乳酸，造成肌肉酸疼。11、无氧呼吸释放的能量为什么比有氧呼吸少？无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，还有很大一部分能量存在于不彻底的氧化产物乳酸或酒精中。12、病毒进行有氧呼吸还是无氧呼吸？病毒既不进行有氧呼吸，也不进行无氧呼吸。病毒是特殊的生物体，它所需要的ATP、合成蛋白质所需的氨基酸等物质全部从宿主细胞中获得。13、细胞呼吸、呼吸作用和呼吸的区别？呼吸是指肺部CO2与O2进行气体交换的过程；细胞呼吸等同于呼吸作用，是指细胞内有机物氧化分解的过程。14、包扎伤口时，选用透气纱布原因？抑制细菌无氧呼吸。15、果实、蔬菜与种子储存条件有何不同？果实、蔬菜需零上低温、低氧、适宜水分；种子需要零上低温、低氧、干燥条件。16、有氧呼吸与无氧呼吸比较呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸不同点场所主要在线粒体内在细胞质基质中条件氧气、多种酶无氧气参与，需要多种酶分解产物葡萄糖彻底分解为CO2和H2O葡萄糖的分解不彻底，形成乳酸或酒精和CO2能量释放大量能量释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中ATP产生阶段有氧呼吸三个阶段均产生ATP仅在第一阶段产生ATP相同点第一阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行两种呼吸作用方式实质相同，都能够分解有机物，释放能量17、判断细胞呼吸方式的三大依据18、根据实验及现象进行判断欲确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，如图所示(以发芽种子为例)实验结果预测和结论实验现象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注意：①上述装置中，种子也可以换成酵母菌、绿色植物等。但是当换成绿色植物时，整个装置应该遮光处理，否则植物的光合作用会干扰装置中液滴的移动。②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对实验装置及所测种子进行消毒处理；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，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。③装置一也可用来测定有氧呼吸速率，装置二可用来测定无氧呼吸速率。根据着色液滴单位时间内移动的距离即可计算呼吸速率。19、细胞呼吸反应式中各物质间的关系比(以葡萄糖为呼吸底物)①有氧呼吸:C6H12O6∶O2∶CO2=1∶6∶6。②无氧呼吸:C6H12O6∶CO2∶C2H5OH=1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3=1∶2。③消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量:有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和=3∶4。④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量:无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。20、有氧呼吸与产酒精的无氧呼吸的数量关系(1)消耗等量葡萄糖，有氧呼吸与无氧呼吸CO2产生量的比为3：1(2)产生等量CO2，有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖量的比为1：3(3)有氧呼吸与无氧呼吸同时进行时

第4节

光合作用与能量转化基础知识知识点一

捕获光能的色素1．光合作用意义：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．叶片呈现绿色的原因：叶片中有绿色的色素。3．实验：绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理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；色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素分离色素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(2)实验步骤(3)观察结果滤纸条上色素带有四条，如下图所示：结果分析：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，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽(含量稍多)。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相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。4．绿叶中色素的吸收光谱(1)光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。(2)吸收光谱：分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。(3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。知识点二

叶绿体的结构适于进行光合作用1．叶绿体(1)叶绿体的结构①结构a外膜和b内膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动；由c类囊体堆叠而成的d基粒，增大了膜面积受光面积；基粒与基粒之间充满了e基质②色素及酶的分布c类囊体膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的叶绿体基质中，e叶绿体基质中还含有少量DNA和RNA(2)分布：主要分布在植物的叶肉细胞内。(3)功能：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。2．叶绿体功能的实验验证(1)实验者：德国科学家恩格尔曼。(2)实验过程及现象资料1：①②紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。(3)实验结论①叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。②叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。(4)实验设计的巧妙之处①实验材料用水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。③用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。④临时装片完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。资料2：在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。该资料说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。3．总结在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。知识点三

探索光合作用原理的部分实验1．光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。2．反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O23．探索光合作用原理的部分实验4．总结：通过以上实验得出：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一化学反应，而是分成光反应和暗反应两个阶段。知识点四

光合作用的原理1．光反应过程项目光反应需要条件外界条件：光照；内部条件：色素、酶反应场所叶绿体类囊体薄膜上物质变化(1)水的光解H2OO2＋H＋(2)NADPH的形成(氧化型辅酶Ⅱ)NADP＋＋H＋―→NADPH(还原型辅酶Ⅱ)(3)ATP的合成ADP＋Pi＋能量ATP注意：NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。能量变化光能→ATP和NADPH中的化学能2．暗反应过程(1)美国科学家卡尔文等用小球藻做的实验①方法：同位素示踪法。②过程：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的。(2)暗反应过程(卡尔文循环)项目暗反应需要条件外界条件：不需要光照，需要CO2；内部条件：酶反应场所叶绿体基质内物质变化①CO2固定：CO2＋C52C3②C3还原：C3C5＋(CH2O)能量变化ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能3.光反应与暗反应的关系上图说明：光反应为暗反应提供ATP、NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。光合作用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。知识点五

探究环境因素对光合作用强度的影响1．光合作用强度(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(2)表示方法：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后，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)提出问题：光照强度对光合作用强度有何影响？(3)作出假设：在一定范围内，随着光照强度增强，光合作用强度增强，超过一定范围，随着光照强度增强，光合作用强度不再变化。(4)设计实验①实验中变量分析自变量不同光照强度控制自变量调节光源与烧杯的距离进行控制因变量光合作用强度检测因变量同一时间段内叶片浮起数量对无关变量进行控制叶片大小、溶液的量等保持一致②材料：打孔器、注射器、5WLED台灯、米尺、烧杯、绿叶(如菠菜、吊兰等)。③预期结果：光源与烧杯的距离越远，相同时间内叶片浮起数量越少。(5)实验流程(6)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，浮起的圆形小叶片也越多。(7)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。知识点六

影响光合作用的因素及应用1．影响光合作用的内部因素：色素的含量、酶的含量和活性、叶龄等。2．影响光合作用强度的环境因素：光照强度、二氧化碳浓度、温度、水分等。只要影响到原料(CO2、水)、能量的供应(光能)，都可能是影响光合作用强度的因素。(1)影响CO2供应量的因素：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况。(2)影响叶绿体(光合作用场所)的形成和结构的因素，也会影响光合作用强度。例如：无机营养、病虫害。(3)光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶活性的因素也是影响因子。例如：温度、pH。3．影响光合作用的环境因素分析（1）内部因素①植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。③叶面积指数。(2)光照对光合作用的影响①光照时间越长，产生的光合产物越多。②由于光合色素吸收红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，所以光的波长不同光合作用强度不同。③光照强度原理：光照强度影响光反应阶段,制约ATP和NADPH的产生,进而制约暗反应a.有关点的解读O：起点，光照强度为零，不进行光合作用，光合作用强度为零。C：光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度(光饱合点)。b．线段分析OA：随着光照强度增强，光合作用强度增强。AB：光照强度增加到一定值后，光合作用强度不再增加(光照强度不再是限制因素)。④应用：适当提高光照强度；延长光合作用时间；增加光合作用面积——合理密植；温室大棚用无色透明的塑料或玻璃增产。(2)CO2浓度原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段,制约C3的生成来影响光合作用强度①曲线a．有关点的解读A′：进行光合作用所需的最低CO2浓度。B′：达到最大光合作用强度所需最低CO2浓度(CO2饱和点)。b．线段分析A′B：光合作用强度随CO2浓度增大而增大。B以后：当CO2浓度增加到一定值后，光合作用强度不再增强(CO2浓度不再是限制因素)。②应用：温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如放置一定量的干冰或多施有机肥；大田中，要注意通风透气。(3)温度原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用强度①温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度。②应用：适时播种；温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。(4)水及矿质元素①N、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。③应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光合作用效率。4．真正光合速率、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。

(2)曲线分析曲线对应点细胞生理活动植物组织外观表现图示A点光照强度为零，只进行细胞呼吸从外界吸收O2，向外界排出CO2AB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CO2B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C点光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点DE段光合作用强度达到饱和，不再随光照强度增大而增强(3)限制因素AD段主要限制因素：光照强度。DE段主要限制因素：CO2浓度等。补充与拓展1、若没有无水乙醇，还可用什么来提取色素？有机溶剂，如丙酮。2、为何选用新鲜绿叶？新鲜绿叶中的色素含量高，从而使滤液中色素含量较高，实验效果明显。3、制备滤纸条时，在滤纸条一端剪去两角的目的？防止出现边缘效应造成两边色素扩散的快，保证色素带整齐。4、铅笔画一条细线的目的？重复画线的目的？保证毛细吸管画的滤液细线直、齐。增加色素含量，使现象明显。5、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。(3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。6、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。7、比较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。8、植物细胞一定能进行光合作用吗？不一定。只有含有叶绿体的植物细胞才能进行光合作用，否则不能进行光合作用，如植物的根细胞、表皮细胞。9、叶绿体是光合作用的场所，那么没有叶绿体就一定不能进行光合作用吗？不一定。如蓝细菌细胞中没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用。10、实验异常现象分析(1)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。(2)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，提取液浓度太低；④未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。11、希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？是。因为希尔实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。12、模拟鲁宾、卡门的实验时，能不能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记观察？不能，CO2和H2O中的氧均标记，则难得出正确结论。13、为什么暗反应不能较长时间在黑暗条件下进行？因为暗反应需要光反应为其提供ATP、NADPH。14、光合作用中ADP的移动方向？叶绿体基质→类囊体。15、结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中ATP、NADPH、C3和C5相对含量发生怎样的变化。(1)CO2供应正常，光照停止时，ATP、NADPH、C3、C5的含量变化(2)光照正常，CO2供应停止，ATP、NADPH、C3、C5的含量变化16、同位素标记元素转移途径17、探究光照强度对光合作用强度的影响实验（1）下图为实验装置图，分析图中盛水玻璃柱的作用。台灯发光同时也会使温度发生改变，在台灯与烧杯之间加盛水玻璃柱可排除温度对实验现象的影响。（2）本实验每组圆形小叶片由10片改为3片可以吗？不可以。叶片太少，不能排除偶然性。（3）叶片上浮的原因光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，释放O2，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。18、北方夏季中午时，光照强度很强，植物的光合作用将如何变化，原因是什么？光合作用强度将减弱。光照强度过强，温度升高，导致气孔大量关闭，细胞CO2供应不足，光合作用强度减弱。19、分析多因素对光合作用的影响。(1)图中的自变量是什么？图中的自变量有光照强度和温度。(2)只有10℃这一条曲线时，自变量是什么？P点之前和之后的限制因素是什么？只有10℃这一条曲线时，自变量为光照强度，且P点前光合作用强度随光照强度增加而增强，所以P点之前的限制因素为光照强度，P点之后，光合作用强度不再随着光照强度增大而增强，所以光照强度不再是限制因素，限制因素可能是CO2浓度等。(3)Q点时，导致三条曲线不同的自变量是什么？在Q点，作垂线与三条曲线相交，此时，导致三条曲线不同的自变量是温度。（4）20、植物“三率”的判定(1)根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。(2)根据关键词判定项目表示方法(单位时间内)呼吸速率线粒体产生CO2量；黑暗条件下细胞(植物体)释放CO2量线粒体吸收O2量；黑暗条件下细胞(植物体)吸收O2量有机物消耗量净光合速率细胞(植物体)吸收CO2量细胞(植物体)释放的O2量有机物积累量真正光合速率叶绿体固定CO2量叶绿体产生O2量有机物制造量(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。21、光合速率与植物生长(1)当净光合速率>0时，植物因积累有机物而生长。(2)当净光合速率＝0时，植物不能生长。(3)当净光合速率<0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。22、光合作用和化能合成作用的比较23、光合作用和细胞呼吸的比较比较项目光合作用细胞呼吸代谢类型合成作用(或同化作用)分解作用(或异化作用)发生范围含叶绿体的植物细胞;蓝细菌、光合细菌等所有活细胞发生场所叶绿体(真核生物);细胞质(原核生物)有氧呼吸:细胞质基质、线粒体(真核生物);细胞质(原核生物)无氧呼吸:细胞质基质发生条件只在光下进行有光、无光都能进行物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能→化学能化学能→热能、ATP中活跃的化学能实质无机物有机物;储存能量有机物无机物(或简单有机物);释放能量能量转化的联系元素转移的联系C:CO22O)→丙酮酸→CO2O:H2OO2→H2OH:H2OH+→NADPH(CH2O)→[H]→H2O过程联系24、绿叶中色素的提取和分离试验出现异常的原因分析异常现象原因分析收集到的滤液绿色过浅①未加二氧化硅,研磨不充分;②使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少;③一次加入大量的无水乙醇,提取液浓度太低(正确做法:分次加入少量无水乙醇)；④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏滤纸条色素带重叠①滤液细线不直;②滤液细线过粗滤纸条无色素带①忘记画滤液细线;②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中

第六章

细胞的生命历程第1节

细胞的增殖基础知识知识点一

细胞增殖及细胞周期1．细胞增殖(1)细胞增殖的概念：细胞通过细胞分裂增加细胞数量的过程。(2)细胞增殖的意义：细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。(3)细胞增殖的阶段：物质准备和细胞分裂两个相连续的过程。(4)细胞增殖的表达方式：“物质准备—分裂—物质准备—再分裂……”，可见细胞增殖具有周期性。2．细胞周期(1)适用生物：真核生物。(2)前提条件：连续分裂的细胞。(3)起止点起点：一次分裂完成时；止点：下一次分裂完成时。(4)两个阶段：分裂间期和分裂期。(5)分裂间期①特点：完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。②意义：为分裂期进行活跃的物质准备。知识点二

高等植物细胞有丝分裂1．间期复制的DNA通过有丝分裂平均分配到两个子细胞中。2．人们根据染色体的行为把有丝分裂分为前期、中期、后期、末期。3．有丝分裂各时期的特点(以高等植物细胞为例)图示时期主要变化前期①染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色体。每条染色体包括两条并列的姐妹染色单体，这两条染色单体由一个共同的着丝粒连接着②核仁逐渐解体，核膜逐渐消失③从细胞的两极发出纺锤丝，形成一个梭形的纺锤体（记忆口诀：膜仁消失现两体）中期纺锤丝牵引着染色体运动，使每条染色体的着丝粒排列在赤道板上（记忆口诀：形数清晰赤道齐）后期①每个着丝粒分裂成两个，姐妹染色单体分开，形成两条染色体，染色体数目加倍②染色体由纺锤丝牵引着分别向细胞的两极移动（记忆口诀：粒列数增均两极）末期①每条染色体逐渐变成染色质丝，纺锤丝逐渐消失②核膜、核仁出现，形成两个新的细胞核③赤道板位置出现细胞板，细胞板逐渐扩展为新的细胞壁（记忆口诀：两消两现重建壁）4．结果一个细胞分裂成为两个子细胞，每个子细胞中含有的染色体数目与亲代细胞的相等。分裂后形成的子细胞若继续分裂，就进入下一个细胞周期的分裂间期状态。知识点三

动物细胞有丝分裂1．动物细胞有丝分裂的过程，与植物细胞的基本相同动物细胞有丝分裂模式图2．比较动、植物细胞的细胞分裂的异同发生时期和内容高等植物细胞动物细胞不同点前期形成纺锤体的方式不同细胞两极发出纺锤丝形成纺锤体动物细胞中心粒在间期倍增，成为两组。进入分裂期后，两组中心粒分别移向细胞两极，其周围发出大量放射状的星射线形成纺锤体末期形成子细胞的方式不同细胞中央出现细胞板向四周扩展形成细胞壁，一个细胞形成两个子细胞细胞膜从细胞的中部向内凹陷，一个细胞分裂成两个子细胞相同点分裂间期都进行染色体复制；分裂期都进行染色体平均分配3．细胞有丝分裂的意义(1)将亲代细胞的染色体经过复制(关键是DNA的复制)之后，精确地平均分配到两个子细胞中。(2)由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代间保持了遗传的稳定性。4．一个细胞周期过程中DNA、染色体数量变化(1)染色体、染色单体、DNA的数量关系①图示②分析染色体数=着丝粒数，即根据着丝粒数计算染色体数。当染色单体存在时，染色体数∶染色单体数∶DNA数=1∶2∶2。当无染色单体存在时，染色体数∶DNA数=1∶1。(2)一个细胞周期过程中细胞内染色体、DNA分子等的规律性变化时期项目间期前期中期后期末期染色体形态变化染色体(2N)数目变化2N2N2N2N→4N4N染色单体数目变化0→4N4N4N4N→00DNA(2C)数目变化2C→4C4C4C4C4C①DNA数量加倍的时期是分裂间期，其原因是DNA复制。②染色体数量加倍的时期是后期，其原因是着丝粒分裂，染色单体分离。(3)根据上表画出一个细胞周期细胞内DNA、染色体数目变化规律曲线图知识点四

运用模型解释细胞不能无限长大1．原理(1)不同大小模型模拟细胞大小。(2)葡萄糖在不同大小模型中扩散速率相同。2．变量分析(1)自变量：“细胞”体积的大小。(2)因变量：含葡萄糖的体积与“细胞”体积的比值(细胞物质交换效率)。3．数据分析模型边长(mm)表面积(mm2)体积(mm3)葡萄糖扩散深度(mm)表面积/体积(相对表面积)含葡萄糖的体积/“细胞”体积22480.537/8496640.53/237/6483845120.53/4169/5124．实验结论(1)模型的表面积与体积之比(相对表面积)随体积的增大而减小。(2)葡萄糖扩散的体积与整个“细胞”体积之比随体积的增大而减小。归纳总结：表面积与体积的关系限制了细胞的长大：细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低。知识点五

观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂1．实验原理(1)在高等植物体内，根尖、芽尖等分生区细胞能进行有丝分裂。(2)在高倍显微镜下，可根据细胞内染色体的存在状态判断这些细胞处于有丝分裂的哪个时期。(3)染色体容易被碱性染料(如甲紫溶液)着色。(4)盐酸和酒精混合液能使组织中的细胞分离开。2．实验试剂质量浓度为0.01g/mL或0.02g/mL的甲紫溶液或醋酸洋红液，质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精。3.实验步骤(1)洋葱根尖的培养(2)装片的制作①解离取材：剪取洋葱根尖圆2~3mm圆解离液：圆质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1:1配制而成解离时间：3~5min解离程度：根尖软化解离目的：使组织中的细胞相互分离开来②漂洗漂洗液：清水漂洗时间：约10min漂洗目的：洗去组织中的解离液，防止解离过度，影响染色③染色染色液：质量浓度为0.01g/mL或0.02g/mL的甲紫溶液或醋酸洋红液染色时间：3~5min染色目的：使染色体着色④制片用镊子取出根尖放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片，然后用拇指轻轻地按压盖玻片。这样可以使细胞分散开来，有利于观察(3)观察：把制成的装片先放在低倍镜下观察，找到分生区细胞（细胞呈正方形，排列紧密）。再换成高倍镜仔细观察，首先找出分裂中期的细胞，然后再找其他时期的细胞，注意观察各时期细胞内染色体形态和分布的特点。最后观察分裂间期的细胞。注：每一时期的时间＝细胞周期×此时期的细胞数占计数细胞总数的比例。补充与拓展1、什么样的细胞才具有细胞周期？哪些细胞不具有细胞周期？只有连续分裂的细胞才具有细胞周期，如人体皮肤生发层细胞、造血干细胞等干细胞、癌细胞、植物根尖分生区细胞等。只分裂一次便不再分裂的细胞、减数分裂形成的细胞、高度分化的细胞都不具有细胞周期。2、细胞分裂间期和分裂期谁的时间长？不同生物的细胞周期持续时间相同吗？同种生物不同细胞的细胞周期持续时间相同吗？间期经历的时间长，分裂期经历的时间短。都不一定相同。3、后期着丝粒的分裂是纺锤丝牵引引起的吗？着丝粒是自动分裂的，而与纺锤丝的牵引无关。4、植物细胞壁的形成与哪种细胞器有关？高尔基体能参与纤维素合成，所以植物细胞壁的形成与高尔基体有关。5、赤道板和细胞板在显微镜下能看见吗？赤道板是一个虚拟的结构，显微镜下看不见；细胞板是一个真实存在的结构，显微镜下可见。6、细胞周期中各时期的判断方法(1)从染色体形态的角度判断：间期和末期是染色质状态，前期、中期和后期是染色体状态。(2)从核膜的角度判断：间期核膜完整，前期核膜逐渐消失，中期和后期没有核膜，末期核膜重现，若核膜的消失和重现不好判断，则可以再依据染色体的形态来判断。7、正常细胞的分裂是在机体的精确调控之下进行的，在人的一生中，体细胞一般能够分裂50～60次。但是，有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。8、无丝分裂(1)特点：分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。(2)过程①细胞核先延长，核的中部向内凹陷，缢裂成两个细胞核。②整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。(3)实例：蛙的红细胞。9、参与动、植物细胞细胞周期过程中的细胞器有哪些？细胞器细胞类型生理作用核糖体动物、植物各种蛋白质的合成场所中心体动物、低等植物前期参与纺锤体的形成高尔基体植物末期参与细胞壁的形成线粒体动物、植物提供能量10、鉴别一个正在进行有丝分裂的细胞是植物细胞还是动物细胞最可靠的方法是什么？因在低等植物细胞里，也存在着中心体，分裂时也会出现星射线，因此最可靠的方法是根据有丝分裂过程中是形成细胞板，使细胞质一分为二，还是细胞膜内陷使细胞质一分为二作为鉴别依据。11、染色体出现和消失的时期分别是什么时期？染色单体形成、出现和消失的时期分别是什么时期？染色体出现在前期，消失在末期。染色单体形成于间期，出现在前期，消失在后期。12、为什么多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的？细胞越大，物质运输的效率越低，所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。13、细胞体积是不是越小越好？不是。细胞体积的最小限度，是由完成细胞功能所必需的基本结构(如核糖体)和物质(如酶)所需要的空间决定的。14、选择材料时有什么要求？选材时要选分裂期占细胞周期的比例相对较高的生物细胞，这样可以使处于分裂期的细胞相对较多，容易观察。15、解离时间的要求？解离时间要适当，过长会使根尖过于酥软且染色体成分被破坏，过短会使根尖细胞不能相互分离。16、能否将视野固定在一个细胞观察其连续的变化过程？如果不能，应怎样做？不能。细胞解离后已被杀死，因此要通过移动装片寻找不同时期的细胞分裂图像。17、观察结果中，处于哪一时期的细胞最多？为什么？分裂间期。观察到不同时期的细胞数目多少反映出各时期经历时间的长短——间期最长，故观察到的细胞最多。18、“三看法”界定动植物细胞细胞周期中各时期的图像19、有丝分裂各时期DNA、染色体数量变化及原因（1）有丝分裂各时期DNA、染色体数量变化及原因项目上升段的变化原因下降段的变化原因核DNA间期(S期)DNA复制,DNA数目加倍末期细胞一分为二,DNA数目减半染色体后期着丝粒分裂,染色体数目加倍末期细胞一分为二,染色体数目减半染色单体间期(S期)DNA复制,染色单体形成后期着丝粒分裂,姐妹染色单体分离,染色单体消失（2）根据柱状图判断细胞分裂时期的规律：①根据染色单体变化判断各时期。染色单体②根据比例关系判断各时期。核DNA∶染色体∶染色单体=

第2节

细胞的分化基础知识知识点一

细胞分化及其意义1．概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产