第五—七章细胞的代谢

高中生物一轮复习讲课文稿（酶ATP呼吸作用光合作用）

开场导入

同学们好，欢迎继续来到高中生物一轮复习课堂。从这一章开始，我们进入高中生物最核心的部分——细胞代谢。什么是细胞代谢？就是细胞内每时每刻都在进行的许多化学反应的总称。这些反应之所以能在温和条件下快速有序地进行，靠的就是酶；这些反应需要的能量，直接来源就是ATP；能量的产生靠细胞呼吸，能量的储存靠光合作用。所以第五、六、七三章是紧密联系的一个整体，也是高考占分最多的部分之一。

本次复习我们分八大板块：第一讲酶，第二讲ATP，第三讲细胞呼吸的过程，第四讲细胞呼吸的影响因素及应用，第五讲光合色素和光合作用的过程，第六讲光合作用的影响因素，第七讲光合呼吸综合及知识拓展（光呼吸、C4植物、CAM途径），第八讲习题精讲与考点总结。内容很多，大家跟上节奏。好，我们开始。

第一讲酶

一、酶的本质和发现历程

酶的定义：活细胞产生的具有催化作用的有机物。注意三个关键词：活细胞产生（不是从食物中获取的，烹饪后的食物中酶已失活）、具有催化作用（加快化学反应速率，不改变反应平衡）、有机物（绝大多数是蛋白质，少数是RNA）。

酶的发现历程，几个关键科学家要记住：

巴斯德（微生物学家）：提出发酵是活的酵母菌引起的。

李比希：提出发酵是酵母菌死亡后释放的物质引起的。两人观点对立，一个说活的，一个说死的。

毕希纳：综合两人观点，将酵母菌研磨提取提取液，加入葡萄糖中发现可以发酵，将引起发酵的物质命名为酿酶。但没有纯化鉴定其化学本质。

萨姆纳：从刀豆种子中提取出脲酶（分解尿素的酶），并鉴定其化学本质是蛋白质。

切赫和奥特曼：发现少数RNA也具有催化功能。

【总结】酶大部分是蛋白质，少部分是RNA。一般叫得上名字的酶（如唾液淀粉酶、胰蛋白酶、过氧化氢酶）都是蛋白质。RNA类酶称为核酶。

二、酶的作用机理

酶和无机催化剂的作用机理一样：降低化学反应的活化能。什么是活化能？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。

不管是吸能反应还是放能反应，要发生反应都需要先克服一个"能垒"，这个能垒就是活化能。加了酶之后，这个能垒变低了，反应就更容易发生了。

注意：酶和无机催化剂都不提供能量，只是降低活化能。加热则是为反应提供能量，这和催化剂的机理完全不同。

【高效性的本质】酶降低活化能的作用比无机催化剂更显著，所以催化效率更高，是无机催化剂的10⁷～10¹³倍。这就是酶具有高效性的原因。

另外，酶和无机催化剂一样，在化学反应前后性质不变，可以重复利用。但酶用久了可能会"钝化"，然后被细胞降解，重新合成新的酶。

三、酶的特性

（一）高效性

酶的催化效率是无机催化剂的10⁷～10¹³倍。注意：高效性一定是酶和无机催化剂相比较才能体现出来的。如果只说酶能加快反应速率，那不能体现高效性，因为无机催化剂也能加快。

验证高效性的实验：过氧化氢分解实验。甲组加FeCl₃溶液（无机催化剂），乙组加新鲜肝脏研磨液（含过氧化氢酶）。观察单位时间内产生气泡的多少或卫生香复燃程度。结果：乙组产生气泡更多、更快，卫生香复燃更剧烈。注意：肝脏必须是新鲜的，否则酶活性降低。

（二）专一性

一种酶只能催化一种或一类化学反应。比如淀粉酶只能催化淀粉水解，蔗糖酶只能催化蔗糖水解。

机理：锁钥学说（或诱导契合学说）。酶的活性部位的结构是特定的，只有结构相匹配的底物才能与酶的活性部位结合，被催化反应。就像一把钥匙开一把锁。

验证专一性的实验有两种思路：

思路一（底物不同，酶相同）：甲组淀粉+淀粉酶，乙组蔗糖+淀粉酶。用斐林试剂检测。结果：甲组出现砖红色沉淀（淀粉水解产生还原糖），乙组不出现（蔗糖不被水解）。

思路二（底物相同，酶不同）：甲组淀粉+淀粉酶，乙组淀粉+蔗糖酶。结果：甲组水解，乙组不水解。

【检测试剂选择】验证专一性实验用斐林试剂，不能用碘液。因为碘液只能检测淀粉是否存在，不能检测蔗糖是否被水解（碘液与蔗糖及其水解产物都不发生颜色反应）。

（三）作用条件较温和

酶所催化的化学反应一般在比较温和的条件下进行。酶的活性受温度和pH影响很大。

温度对酶活性的影响：在最适温度下，酶活性最高。低于最适温度时，温度降低使分子运动减慢，酶活性降低，但空间结构没有被破坏，所以升高温度后酶活性可以恢复（可逆）。高于最适温度时，温度升高使酶的空间结构被破坏，酶永久失活，降低温度后活性不能恢复（不可逆）。

pH对酶活性的影响：在最适pH下酶活性最高。过酸或过碱都会破坏酶的空间结构，使酶永久失活，都是不可逆的。

【低温vs高温】低温抑制酶活性但不破坏空间结构（可逆），高温、过酸、过碱破坏酶的空间结构（不可逆）。所以酶制剂一般在低温（如0～4℃）和最适pH条件下保存。

注意：酶活性不能直接测量，一般用酶促反应速率来代表酶活性的高低。

四、影响酶促反应速率的因素

除了温度和pH（通过影响酶活性来影响反应速率），还有底物浓度和酶浓度。

底物浓度：在酶量一定的条件下，在一定范围内，随着底物浓度增加，反应速率加快；但当底物浓度达到一定程度后，由于酶的数量有限（酶饱和了），反应速率不再增加。

酶浓度：在底物充足的条件下，反应速率与酶浓度成正比。酶越多，反应越快。

另外，抑制剂也会影响酶活性。可逆抑制剂与酶结合可逆，去除后酶活性恢复；不可逆抑制剂与酶结合不可逆，酶活性永久丧失。

五、酶的易错拓展

第一，酶只有催化功能，没有调节功能。激素才有调节功能。

第二，酶由活细胞产生，但哺乳动物成熟红细胞不能合成酶（没有细胞核和核糖体），它在成熟前就已经合成好了所需的酶，成熟后直接使用。

第三，酶在细胞内、细胞外、生物体外都能发挥作用。比如唾液淀粉酶在口腔中（细胞外）就能水解淀粉。

第四，酶的合成场所：蛋白质类酶在核糖体合成，RNA类酶在细胞核（通过转录）合成。

第五，酶的合成原料：蛋白质类酶的原料是氨基酸，RNA类酶的原料是核糖核苷酸。

六、典型例题精讲

例题1：中国制茶工艺中，红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，多酚氧化酶催化茶多酚生成茶黄素是红茶风味形成的关键。叙述错误的是？A.揉捻能破坏细胞结构，使多酚氧化酶与茶多酚接触——正确。B.发酵时保持适宜温度以维持多酚氧化酶活性——正确。C.发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性——错误，pH变化会影响酶活性。D.高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响品质——正确。答案选C。

例题2：稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，原因是酶具有高效性——正确。注意，这体现的是高效性，不是专一性。

例题3：某人夏季食欲不佳，主要原因是体内酶活性受到外界高温的抑制或破坏——错误，人是恒温动物，体温保持相对稳定，外界高温不会直接影响体内酶活性。

第二讲ATP

一、ATP的结构

ATP的中文名：三磷酸腺苷（腺苷三磷酸）。结构：一个腺苷（腺嘌呤+核糖）+三个磷酸基团。

注意：ATP中的五碳糖是核糖，不是脱氧核糖！这是一个易错点。

ATP的结构简式：A—P～P～P。其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，"—"代表普通化学键，"～"代表高能磷酸键。ATP有两个高能磷酸键。

【高能磷酸键】远离腺苷的那个高能磷酸键最容易水解断裂，释放大量能量。末端磷酸基团具有较高的转移势能，可以随能量转移给其他分子。

如果ATP脱去一个磷酸基团，变成ADP（二磷酸腺苷），有一个高能磷酸键；脱去两个磷酸基团，变成AMP（一磷酸腺苷），也就是腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一，没有高能磷酸键。

ATP的组成元素：C、H、O、N、P。和核酸、磷脂的元素组成一样。

二、ATP与ADP的相互转化

ATP在细胞中的含量很少，但ATP和ADP的相互转化十分迅速，处于动态平衡之中。

ATP的合成：ADP+Pi+能量→（ATP合成酶）→ATP。能量来源：光合作用（光能）、细胞呼吸（有机物中的化学能）、化能合成作用。场所：细胞质基质、线粒体、叶绿体（类囊体薄膜）。

ATP的水解：ATP→（ATP水解酶）→ADP+Pi+能量。释放的能量用于各项生命活动：肌肉收缩、神经传导、主动运输、物质合成、生物发电发光等。

【不是可逆反应】ATP和ADP的相互转化不是可逆反应，因为：酶不同（合成酶vs水解酶）、能量来源不同、反应场所不同、物质可逆但能量不可逆。

代谢越旺盛的细胞，ATP和ADP的转化速率越快，但ATP的含量不一定多（因为含量本来就很少，只是转化快）。

三、ATP的功能

ATP是细胞生命活动的直接能源物质。注意几个"能源物质"的区分：

主要能源物质：糖类（葡萄糖）。

良好的储能物质：脂肪（动物）、淀粉（植物）。

直接能源物质：ATP。

根本能量来源：太阳能（光能）。

【吸能反应与放能反应】吸能反应一般与ATP水解相联系（由ATP水解提供能量），放能反应一般与ATP合成相联系（释放的能量储存在ATP中）。所以ATP是细胞内能量流通的"能量通货"。

四、ATP的易错拓展

第一，"A"的含义在不同结构中不同：

ATP中的A=腺苷（腺嘌呤+核糖）。

DNA/RNA中的A=腺嘌呤（含氮碱基）。

核苷酸中的A=腺嘌呤。

所以"ATP脱去两个磷酸基团后是腺嘌呤核糖核苷酸（AMP）"，这是RNA的基本单位之一，这个说法是对的。

第二，ATP不是唯一的直接能源物质。GTP、CTP、UTP也可以直接供能，只是ATP用得最普遍。它们的区别只是碱基不同，原理一样（都是断末端高能磷酸键释放能量）。

第三，光反应产生的ATP一般只用于暗反应（C₃的还原），不用于植物根部吸收矿质元素等其他生命活动。但光反应产生的ATP也可以用于叶绿体内的其他耗能反应（如核酸代谢、色素合成等），这个作为了解。

第四，ATP和ADP的转化机制在所有生物中都一样，体现了生物界的统一性。

五、典型例题精讲

例题1：关于ATP的叙述，错误的是？A.由脱氧核糖、腺嘌呤和磷酸组成——错误，是核糖不是脱氧核糖。B.分子中与磷酸基团相连的化学键都称为高能磷酸键——错误，只有"～"是高能磷酸键，"—"是普通化学键。C.在水解酶作用下不断合成和水解——错误，合成需要合成酶，水解需要水解酶，不是同一种酶。D.是细胞中吸能反应和放能反应的纽带——正确。答案选ABC（如果是单选则选最明显的错误）。

例题2：研究人员将³²P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2分钟后分离得到细胞内ATP，发现ATP的末端磷酸基团被³²P标记。叙述正确的是？A.该实验表明细胞内全部ADP都转化为ATP——错误，ATP和ADP不断相互转化，不可能全部转化。B.³²P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性——正确，腺苷（腺嘌呤+核糖）不含磷，磷在磷酸基团中。C.³²P在ATP的三个磷酸基团中出现的概率相等——错误，只在末端磷酸基团出现。D.ATP和ADP相互转化速度快，且主要发生在细胞核内——错误，主要发生在细胞质中。答案选B。

第三讲细胞呼吸的过程

一、细胞呼吸的概念

细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。

注意：细胞呼吸的底物不只是葡萄糖，脂质、蛋白质也可以作为呼吸底物，但最常见的是葡萄糖，我们一般以葡萄糖为例来讲。

二、有氧呼吸

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，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

有氧呼吸分三个阶段：

第一阶段：糖酵解

场所：细胞质基质。

过程：1分子葡萄糖→2分子丙酮酸（C₃H₄O₃）+4个[H]（NADH，还原型辅酶Ⅰ）+少量能量（合成2个ATP）。

注意：第一阶段不需要氧气参与，是有氧呼吸和无氧呼吸共有的阶段。

第二阶段：柠檬酸循环（三羧酸循环）

场所：线粒体基质。

过程：2分子丙酮酸+6分子水→6分子CO₂+20个[H]（NADH）+少量能量（合成2个ATP）。

注意：第二阶段也不需要氧气直接参与，水在这个阶段被消耗。CO₂在这个阶段产生。

第三阶段：电子传递链

场所：线粒体内膜。

过程：24个[H]（第一阶段4个+第二阶段20个）+6分子O₂→12分子水+大量能量（合成约34个ATP）。

注意：第三阶段需要氧气直接参与，氧气与[H]结合生成水。这个阶段产生的ATP最多。线粒体内膜向内折叠形成嵴，就是为了增大膜面积，为第三阶段的酶提供附着位点。

【有氧呼吸总反应式】C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂→（酶）→6CO₂+12H₂O+大量能量

注意：反应物中的水和生成物中的水不能抵消，因为它们是不同阶段的水。反应物6个水在第二阶段被消耗，生成物12个水在第三阶段产生。

能量去向：1mol葡萄糖彻底氧化分解释放约2870kJ能量，其中约1161kJ储存在ATP中（约38个ATP，不同教材版本数字略有差异），其余约60%以热能形式散失。

三、无氧呼吸

无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解，产生酒精和CO₂或乳酸，释放少量能量的过程。

场所：全过程都在细胞质基质中进行，不需要线粒体。

无氧呼吸也分两个阶段：

第一阶段：和有氧呼吸第一阶段完全相同。1分子葡萄糖→2分子丙酮酸+4个[H]+少量能量（2个ATP）。

第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化下，分解成不同产物。注意：第二阶段不产生ATP！

类型一：产生酒精和CO₂（酒精发酵）。2分子丙酮酸+4个[H]→2分子酒精（C₂H₅OH）+2分子CO₂。

类型二：产生乳酸（乳酸发酵）。2分子丙酮酸+4个[H]→2分子乳酸（C₃H₆O₃）。

【无氧呼吸总反应式】

酒精发酵：C₆H₁₂O₆→（酶）→2C₂H₅OH+2CO₂+少量能量

乳酸发酵：C₆H₁₂O₆→（酶）→2C₃H₆O₃+少量能量

哪些生物进行哪种无氧呼吸？

酒精发酵：大多数植物、酵母菌。

乳酸发酵：动物、乳酸菌、以及少数植物的特定器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚）。这几个特例一定要记住！

【无氧呼吸能量少的原因】有机物不彻底氧化分解，大部分能量储存在酒精或乳酸中没有释放出来，所以释放的能量少，合成的ATP也少（只有第一阶段产生2个ATP，第二阶段不产生ATP）。

四、细胞呼吸的意义

第一，为生物体的各项生命活动提供能量。这是最主要的意义。

第二，细胞呼吸是生物体代谢的枢纽。呼吸作用的中间产物（如丙酮酸）可以转化为其他物质，联系了糖类、脂质、蛋白质的代谢。

五、呼吸相关计算（16612大法）

以葡萄糖为底物时：

有氧呼吸：消耗1mol葡萄糖→消耗6molO₂，产生6molCO₂。（1:6:6）

酒精发酵：消耗1mol葡萄糖→产生2molCO₂（和2mol酒精）。（1:2）

乳酸发酵：消耗1mol葡萄糖→不消耗O₂，不产生CO₂。

【16612大法】有氧1:6:6，酒精无氧1:2。记住这两个比例，大部分呼吸计算题都能解决。

常见计算结论：

①消耗等量葡萄糖时，酒精发酵与有氧呼吸产生CO₂之比=2:6=1:3。

②产生等量CO₂时，酒精发酵与有氧呼吸消耗葡萄糖之比=6:2=3:1。

③只有有氧呼吸时，O₂消耗量=CO₂释放量（1:1）。

④同时进行有氧呼吸和酒精发酵时，O₂消耗量     <CO< span>₂释放量（因为无氧呼吸额外产生CO₂）。</CO<>

⑤如果O₂消耗量>CO₂释放量，说明有脂肪参与氧化分解（因为脂肪C、H比例高，氧化时耗氧多、产CO₂相对少）。

六、易错拓展

第一，呼吸作用中的[H]是NADH（还原型辅酶Ⅰ），光合作用中的[H]是NADPH（还原型辅酶Ⅱ），两者不一样，不要混淆。

第二，有氧呼吸第二阶段消耗水，第三阶段产生水。水既是反应物又是生成物。

第三，葡萄糖不能直接进入线粒体！葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸后，丙酮酸才能进入线粒体。所以"葡萄糖在线粒体中被氧化分解"是错误的。

第四，原核生物没有线粒体，但有些原核生物（如好氧细菌）也能进行有氧呼吸，因为它们有有氧呼吸相关的酶，分布在细胞膜和细胞质基质中。

第五，无氧呼吸第二阶段不产生ATP，只有第一阶段产生ATP。

第六，人体细胞无氧呼吸产生乳酸，不产生CO₂。所以人体细胞产生的CO₂全部来自有氧呼吸（线粒体基质）。

七、典型例题精讲

例题1：线粒体是有氧呼吸的主要场所，叙述错误的是？A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP——正确。B.线粒体内膜上的酶参与[H]和O₂反应生成水——正确（第三阶段）。C.线粒体中丙酮酸分解形成CO₂和[H]的过程需要O₂直接参与——错误，第二阶段不需要O₂直接参与。D.线粒体中DNA能通过转录和翻译控制某些蛋白质合成——正确。答案选C。

例题2：种子储藏中，若呼吸底物是葡萄糖，叙述错误的是？A.若产生的CO₂与乙醇分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸——正确（酒精发酵中CO₂和酒精1:1）。B.若只进行有氧呼吸，则吸收O₂与释放CO₂相等——正确。C.若只进行乳酸发酵，则不消耗O₂也不释放CO₂——正确。D.若同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O₂比释放CO₂多——错误，应该是吸收O₂比释放CO₂少（无氧呼吸额外产CO₂）。答案选D。

第四讲细胞呼吸的影响因素及应用

一、内因

不同生物、同一生物不同生长时期、不同器官的呼吸速率不同。一般来说：

水生生物>旱生生物；阳生生物>阴生生物。

幼苗期、开花期>成熟期（生长旺盛的时期呼吸强）。

生殖器官>营养器官。

二、外因

（一）氧气浓度

这是最重要的影响因素，曲线图也是高考常考的。横坐标O₂浓度，纵坐标气体交换速率。

三条曲线：

①CO₂总释放量：先下降后上升。O₂浓度为0时，只有无氧呼吸，释放CO₂；随着O₂浓度升高，无氧呼吸被抑制，CO₂释放量下降；O₂浓度继续升高，有氧呼吸增强，CO₂释放量又上升。

②O₂吸收量（=有氧呼吸CO₂释放量）：从0开始逐渐上升，后趋于平缓。

③无氧呼吸CO₂释放量：从高到低，在某点降为0（无氧呼吸消失点）。

【几个关键点】R点：无氧呼吸消失点（CO₂总释放量与O₂吸收量重合）。Q点：无氧呼吸释放CO₂=有氧呼吸释放CO₂。P点：CO₂总释放量最低点，此时总呼吸最弱，最适合蔬果储存（有机物消耗最少）。

应用：

①中耕松土：增加土壤含氧量，促进根细胞有氧呼吸，为根吸收矿质元素（主动运输）提供更多能量。

②低氧条件储存粮食和蔬果：O₂浓度控制在P点附近（总呼吸最弱），既抑制无氧呼吸（减少酒精产生，防止烂根烂果），又使有氧呼吸不太强（减少有机物消耗）。注意是低氧，不是无氧！无氧条件下无氧呼吸强，产生酒精毒害细胞，反而不利于储存。

（二）温度

温度通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。在最适温度时呼吸速率最高，低于或高于最适温度呼吸速率都下降。

一般植物呼吸酶的最适温度在25～35℃左右。

应用：

①低温储存蔬果种子：零上低温（不是零下，零下会冻伤细胞），降低呼吸酶活性，减少有机物消耗。

②蔬菜大棚夜间适当降温：夜间不进行光合作用，只进行呼吸作用消耗有机物。夜间降温可以降低呼吸速率，减少有机物消耗，使白天积累的有机物更多，从而增产。这就是"昼夜温差大的地方瓜果甜"的原因（如新疆哈密瓜）。

（三）CO₂浓度

CO₂是呼吸作用的产物，根据化学平衡原理，CO₂浓度升高会抑制呼吸作用。

应用：适当增加CO₂浓度有利于蔬果储存。比如北方的菜窖，长期不开盖，里面CO₂浓度高，抑制蔬菜呼吸，延长保存时间。

（四）水分

在一定范围内，细胞含水量越高，呼吸速率越快（水是代谢的介质，也是有氧呼吸第二阶段的反应物）。

应用：

①干种子萌发前浸泡：增加自由水含量，促进细胞呼吸，有利于萌发。

②粮食入仓前晾晒：降低自由水含量，减弱细胞呼吸，减少有机物消耗，延长储存时间。

三、细胞呼吸方式的判定（实验装置）

这是低频考点，但要了解。两个装置：

甲装置：瓶内放NaOH溶液（吸收CO₂），种子。NaOH吸收了呼吸产生的CO₂，所以影响液滴移动的只有O₂。如果液滴左移，说明消耗了O₂，即有有氧呼吸；如果不移动，说明没有有氧呼吸。

乙装置：瓶内放清水（不吸收CO₂），种子。影响液滴移动的是O₂和CO₂的差值。如果只有有氧呼吸，O₂吸收量=CO₂释放量，液滴不移动；如果有酒精发酵，CO₂释放量>O₂吸收量，液滴右移。

【结果判定】甲不动+乙不动→只进行乳酸发酵（或细胞死亡）。甲不动+乙右移→只进行酒精发酵。甲左移+乙不动→只进行有氧呼吸。甲左移+乙右移→有氧呼吸+酒精发酵。

注意：需要设置空白对照组（将种子换成煮沸杀死的等量种子），排除气压、温度等物理因素的干扰。

四、典型例题精讲

例题1：关于细胞呼吸在生产生活中应用，错误的是？A.面团发起是因为酵母菌无氧呼吸产生CO₂——正确。B.干燥和无氧环境有利于蔬菜长期保鲜——错误，应该是低氧（不是无氧）、适宜湿度（不是干燥）。C.利用乳酸菌制作酸奶需要密闭——正确，乳酸菌是厌氧型。D.黑暗条件下绿豆萌发成豆芽过程中有机物总量不断减少——正确，只呼吸不光合，消耗有机物。答案选B。

例题2：某种植株非绿色器官在不同O₂浓度下O₂吸收量和CO₂释放量如图，分解有机物全部为葡萄糖。正确的是？A.甲曲线表示O₂吸收量——错误，甲是CO₂总释放量（有无氧呼吸时比O₂吸收量高）。B.O₂浓度为b时，该器官不进行无氧呼吸——正确（b点两曲线重合，无氧呼吸消失）。C.O₂浓度由0到b过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖速率逐渐增加——正确。D.O₂浓度为a时最适宜保存该器官，该浓度下葡萄糖消耗速率最小——错误，需要具体计算，a点不一定是葡萄糖消耗最小的点。答案选BC。

第五讲光合色素和光合作用的过程

一、光合色素

（一）色素的种类和分布

光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。叶绿体的外膜和内膜都很平整，只有类囊体薄膜上有光合色素。类囊体堆叠形成基粒，增大了膜面积，有利于色素和酶的附着。

色素分两大类：

叶绿素（含量约占3/4）：叶绿素a（蓝绿色，含量最多）、叶绿素b（黄绿色）。

类胡萝卜素（含量约占1/4）：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）。

【叶片颜色】正常叶片叶绿素含量高，呈绿色。秋天温度降低，叶绿素容易分解，类胡萝卜素较稳定，所以叶片呈黄色。

（二）色素的吸收光谱

叶绿素a和叶绿素b：主要吸收红光和蓝紫光（吸收光谱有两个峰值）。

类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素）：主要吸收蓝紫光（吸收光谱只有一个峰值，在蓝紫光区），不吸收红光。

【绿光】叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈绿色。注意是"吸收最少"，不是"完全不吸收"。类胡萝卜素完全不吸收红光。

色素的功能：吸收、传递和转化光能。大部分色素（包括全部叶绿素b、大部分叶绿素a、全部类胡萝卜素）的功能是吸收和传递光能；只有少数处于特殊状态的叶绿素a能够转化光能（将光能转化为电能）。

（三）色素的提取和分离实验

提取原理：色素能溶解在有机溶剂（无水乙醇）中，所以用无水乙醇提取色素。

分离原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。用纸层析法分离。

分离结果（从上到下，即溶解度从大到小）：胡萝卜素（最上，橙黄色，最窄）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色，最宽）、叶绿素b（最下，黄绿色）。

【记忆口诀】从上到下：胡黄ab。胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。溶解度依次减小，扩散速度依次减慢。

注意事项：

①研磨时加SiO₂（使研磨充分）、CaCO₃（防止研磨中叶绿素被破坏）、无水乙醇（溶解提取色素）。

②滤液细线要细、直、齐，重复画几次，增加色素量。

③层析时滤液细线不能触及层析液，否则色素会溶解在层析液中，无法分离。

二、光合作用的探究历程

几个重要实验：

①恩格尔曼实验：用水绵（有螺旋带状叶绿体，大而明显）和好氧细菌。在黑暗无空气环境中，用极细光束照射水绵，好氧细菌集中在叶绿体被光束照射的部位；完全曝光时，细菌分布在叶绿体所有受光部位。结论：叶绿体是光合作用的场所，O₂是叶绿体释放的。

恩格尔曼第二个实验：用三棱镜将光分成七色，照射水绵，好氧细菌主要集中在红光和蓝紫光区域。结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。

②鲁宾和卡门实验：用同位素标记法，¹⁸O分别标记H₂O和CO₂。第一组标记H₂O（C¹⁸O₂不标记），释放的O₂是¹⁸O₂；第二组标记CO₂（H₂¹⁸O不标记），释放的O₂是O₂（不标记）。结论：光合作用释放的O₂来自水，不是CO₂。

③卡尔文实验：用¹⁴C标记CO₂，追踪碳的去向。发现碳的转移途径：CO₂→C₃→（CH₂O）。这就是卡尔文循环（暗反应）。

④希尔反应：离体叶绿体在有H₂O、无CO₂、有铁盐等氧化剂、光照条件下，能释放O₂。说明水的光解可以独立进行。

三、光合作用的过程

光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO₂和H₂O转化成储存能量的有机物，并且释放O₂的过程。

总反应式：CO₂+H₂O→（光能、叶绿体）→（CH₂O）+O₂。注意：这里的（CH₂O）代表糖类等有机物。

如果写生成葡萄糖的反应式：6CO₂+12H₂O→（光能、叶绿体）→C₆H₁₂O₆+6O₂+6H₂O。

光合作用分两个阶段：光反应和暗反应。

（一）光反应

场所：叶绿体类囊体薄膜上。

条件：必须有光、色素、酶。

物质变化：

①水的光解：2H₂O→（光、色素）→4[H]（NADPH，还原型辅酶Ⅱ）+O₂。

②ATP的合成：ADP+Pi+能量→（酶）→ATP。

能量变化：光能→ATP和NADPH中活跃的化学能。（中间有电能的转换，但一般不强调）

光反应的产物：O₂（释放出去或用于呼吸）、NADPH、ATP。其中NADPH和ATP进入叶绿体基质，用于暗反应。

【光反应要点】水的光解产生O₂和[H]（NADPH），光能转化为ATP和NADPH中的活跃化学能。光反应必须有光，在类囊体薄膜上进行。

（二）暗反应（卡尔文循环）

场所：叶绿体基质中。

条件：有光无光都能进行（但需要光反应提供的NADPH和ATP，所以黑暗中暗反应不能长时间进行）。

物质变化，分两步：

①CO₂的固定：CO₂+C₅（五碳化合物）→（酶）→2C₃（三碳化合物）。注意：这一步不需要能量，只需要酶！

②C₃的还原：2C₃→（[H]、ATP、酶）→（CH₂O）+C₅。这一步需要NADPH（提供还原剂和能量）和ATP（提供能量）。

能量变化：ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。

【暗反应要点】CO₂固定不需要能量，C₃还原需要NADPH和ATP。暗反应在叶绿体基质中进行，有光无光都能进行（但依赖光反应产物）。

C₅在暗反应中循环利用：CO₂固定消耗C₅，C₃还原又生成C₅，所以C₅的量保持相对稳定。这就是卡尔文循环。

四、C₃和C₅含量变化（经典考点）

这是高考高频考点，分析环境条件突然改变时，短时间内C₃和C₅的含量变化。注意：一定是"短时间内"，长时间后会达到新的平衡。

分析方法：看来源和去路的变化。

（一）突然停止光照（或光照减弱）

光反应减弱→ATP和NADPH减少→C₃还原减慢（C₃去路减少，C₅来源减少）。

CO₂固定正常进行（C₃来源正常，C₅去路正常）。

结果：C₃增加，C₅减少。ATP和NADPH减少，ADP和Pi增加。

（二）突然增加光照

与上相反：C₃减少，C₅增加。

（三）突然停止CO₂供应（或CO₂浓度降低）

CO₂固定减慢（C₃来源减少，C₅去路减少）。

C₃还原正常进行（C₃去路正常，C₅来源正常）。

结果：C₃减少，C₅增加。ATP和NADPH增加（因为用得少了）。

（四）突然增加CO₂供应

与上相反：C₃增加，C₅减少。

【记忆口诀】停光→C₃增C₅减；停CO₂→C₃减C₅增。可以简单记："停光C3增，停碳C5增"。

五、元素去向

碳的去向：¹⁴CO₂→¹⁴C₃→（¹⁴CH₂O）。（卡尔文循环）

氧的去向：光合作用释放的O₂全部来自水（鲁宾卡门实验）。CO₂中的氧进入C₃，最终进入有机物和水中。

氢的去向：H₂O中的[H]（NADPH）→暗反应中还原C₃→进入有机物。

六、化能合成作用

少数细菌（如硝化细菌、硫细菌、铁细菌）能利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量（化学能），将CO₂和H₂O合成有机物。这种合成作用叫做化能合成作用。

例如硝化细菌：先将NH₃氧化成HNO₂，再将HNO₂氧化成HNO₃，利用这两个反应释放的化学能，将CO₂和H₂O合成有机物。

与光合作用的比较：相同点——都能将无机物（CO₂和H₂O）合成有机物，都是自养生物。不同点——能量来源不同，光合作用用光能，化能合成作用用化学能（无机物氧化释放的能量）。

七、易错拓展

第一，植物叶片呈绿色是因为叶绿素对绿光吸收最少，反射绿光。不是因为叶绿素是绿色的。

第二，液泡中的花青素不参与光合作用，花青素的颜色随液泡pH变化而变化。

第三，大棚栽培一般选无色透明塑料薄膜（让所有色光都透过，总光强最大）；阴天或夜间人工补光时，选红光或蓝紫光（这两种光的吸收利用率最高）。注意两者的区别：自然光下选无色（总光量大），人工补光选红/蓝紫（利用率高）。

第四，光反应产生的ATP一般只用于暗反应，不用于根吸收矿质元素等其他生命活动。

第五，暗反应不能长时间在黑暗中进行，因为需要光反应提供的ATP和NADPH，用完了暗反应就停止了。

第六，光合作用的产物不只是淀粉，还有蔗糖。蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植物各处。

第七，CO₂的固定不需要能量，只需要酶；C₃的还原才需要能量（ATP和NADPH）。这个经常考，一定要分清。

八、典型例题精讲

例题1：关于叶绿素的叙述，错误的是？A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素——正确（叶绿素C、H、O、N、Mg）。B.叶绿素和类胡萝卜素都存在于类囊体薄膜上——正确。C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰——正确。D.叶绿体色素在层析液中溶解度越高，跑得越慢——错误，溶解度越高跑得越快。答案选D。

例题2：在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO₂固定形成C₃的酶称为Rubisco。叙述正确的是？A.该酶存在于细胞质基质——错误，在叶绿体基质。B.激活该酶需要黑暗条件——错误，光照下也能固定CO₂。C.该酶催化CO₂固定需要ATP——错误，CO₂固定不需要ATP。D.该酶催化CO₂与C₅结合——正确。答案选D。

第六讲光合作用的影响因素

一、总光合、净光合和呼吸的关系

这是光合作用计算题的基础，一定要搞清楚。

总光合速率（真正光合速率）：叶绿体进行光合作用制造有机物的总量（或固定CO₂总量、产生O₂总量）。

呼吸速率：线粒体进行呼吸作用消耗有机物的量（或释放CO₂量、消耗O₂量）。一般在黑暗条件下测定。

净光合速率（表观光合速率）：植物从外界吸收的CO₂量（或释放到外界的O₂量、积累的有机物量）。

【核心公式】净光合速率=总光合速率-呼吸速率。总光合速率=净光合速率+呼吸速率。

用不同指标表示：

用有机物表示：总光合=制造的有机物，净光合=积累的有机物，呼吸=消耗的有机物。

用CO₂表示：总光合=固定的CO₂（叶绿体吸收的CO₂），净光合=从外界吸收的CO₂，呼吸=释放的CO₂（线粒体释放的CO₂）。

用O₂表示：总光合=产生的O₂（叶绿体产生的O₂），净光合=释放到外界的O₂，呼吸=消耗的O₂（线粒体消耗的O₂）。

【检测值】实验中能直接检测到的一般是净光合速率（与外界的气体交换量），总光合速率需要通过"净光合+呼吸"计算得出。

二、光照强度对光合速率的影响

横坐标光照强度，纵坐标CO₂吸收量（净光合）。

关键点：

①光照强度为0时：植物只进行呼吸作用，释放CO₂，纵坐标为负值，这个值代表呼吸速率。

②AB段：光照强度较弱，光合速率<呼吸速率，植物仍向外界释放CO₂（净光合为负）。

③B点（光补偿点）：光合速率=呼吸速率，净光合速率为0，植物既不吸收也不释放CO₂。此时的光照强度叫光补偿点。

④BC段：光照强度增强，光合速率>呼吸速率，植物从外界吸收CO₂（净光合为正），且随光照增强净光合增大。

⑤C点（光饱和点）：光合速率达到最大值，再增加光照强度光合速率不再增加。此时的光照强度叫光饱和点。C点之后限制光合速率的主要因素不再是光照强度，而是CO₂浓度、温度等（主要是暗反应的限制）。

【光补偿点和光饱和点的移动】适当增大CO₂浓度：光补偿点左移（需要的光更少就能达到光合=呼吸），光饱和点右移（能利用更强的光）。缺镁（叶绿素少）：光补偿点右移，光饱和点左移。

应用：温室适当补光、延长光照时间、合理密植（增大光合作用面积，同时通风增加CO₂）。

三、CO₂浓度对光合速率的影响

横坐标CO₂浓度，纵坐标净光合速率。

关键点：

①CO₂浓度为0时：不能进行光合作用，只有呼吸。

②CO₂补偿点：光合速率=呼吸速率时的CO₂浓度。

③CO₂饱和点：光合速率达到最大值时的CO₂浓度。超过后不再增加，限制因素是光照强度、温度等。

应用：

①农田：正其行、通其风（通风增加CO₂），合理密植。

②施农家肥：微生物分解农家肥释放CO₂，同时提供矿质元素。

③大棚：使用CO₂发生器，直接增加CO₂浓度，提高光合速率，增产。

四、温度对光合速率的影响

温度通过影响光合作用酶（主要是暗反应酶）的活性来影响光合速率。在最适温度时光合速率最高，低于或高于最适温度都下降。

一般植物光合作用的最适温度在25～30℃左右。

应用：

①温室：白天适当升温（提高光合速率），夜间适当降温（降低呼吸速率，减少有机物消耗），即增大昼夜温差，有利于有机物积累，增产。

②新疆瓜果甜：昼夜温差大，白天光合强制造多，夜间呼吸弱消耗少，积累的有机物（糖分）多。

五、水分和矿质元素

水分：水是光合作用的原料（光反应），同时缺水会导致气孔关闭，CO₂吸收减少，间接影响暗反应。在一定范围内，水分增加光合速率增加。

矿质元素：不同矿质元素参与不同结构。N参与酶、叶绿素、核酸的合成；P参与ATP、核酸、磷脂的合成；Mg是叶绿素的组成成分；K参与光合产物的运输。在一定浓度范围内，矿质元素增加光合速率增加；浓度过高会导致根细胞失水，反而降低光合速率。

六、多因子对光合速率的影响

当多个因素同时影响光合速率时，需要分析哪个是限制因素。

规律：在曲线上升阶段（未达到饱和），横坐标表示的因素是主要限制因素；在曲线平缓阶段（已达到饱和），横坐标以外的因素（如图中的温度、光照强度）是主要限制因素。

例如：光照强度为横坐标，不同温度曲线。P点之前（上升段），限制因素主要是光照强度；P点之后（平缓段），限制因素主要是温度（和CO₂浓度等）。

七、一昼夜光合作用曲线

（一）自然环境下，净光合速率随时间变化

横坐标时间（0～24点），纵坐标CO₂吸收量（净光合）。

关键点：

①0点～日出前：只有呼吸作用，释放CO₂（净光合为负）。

②AB段（凌晨）：温度降低，呼吸速率下降，CO₂释放量减少（曲线上升，负值的绝对值减小）。

③C点：开始有光照，光合作用开始，但光合<呼吸。

④D点（光补偿点）：光合=呼吸，净光合=0。一般在早上6点左右。

⑤DE段：光合>呼吸，净光合为正，且逐渐增大。

⑥E点：一天中净光合速率最大的点（一般在上午10点左右）。

⑦EF段（光合午休）：中午温度过高，蒸腾作用过强，植物为了减少水分散失，气孔部分关闭，CO₂吸收减少，光合速率下降。这就是光合午休现象。

⑧FG段：下午温度降低，气孔重新开放，光合速率有所恢复，但光照强度逐渐减弱，所以G点低于E点。

⑨H点（光补偿点）：光合=呼吸，净光合=0。一般在傍晚6点左右。

⑩H点之后：光合<呼吸，直到天黑后只有呼吸。

【有机物积累】D点到H点之间（净光合>0），有机物一直在积累。H点是一天中有机物积累最多的时刻（之后光合<呼吸，开始消耗有机物）。D点是一天中有机物最少的时刻（之前一直在消耗）。

（二）密闭容器中，CO₂浓度随时间变化

横坐标时间，纵坐标密闭容器中CO₂浓度。

关键点：

①E点和G点：CO₂浓度的转折点（最高点和最低点），此时光合速率=呼吸速率（净光合=0），对应自然环境曲线的D点和H点。

②E点之前：CO₂浓度增加，说明呼吸>光合（或只有呼吸）。

③E～G段：CO₂浓度下降，说明光合>呼吸，植物在吸收CO₂，积累有机物。

④G点之后：CO₂浓度增加，说明呼吸>光合。

⑤G点是CO₂浓度最低的点，也是有机物积累最多的点。

⑥判断一昼夜是否有有机物积累：比较初始CO₂浓度和最终CO₂浓度。如果最终<初始，说明CO₂被吸收转化为有机物，有有机物积累；如果最终=初始，无积累；如果最终>初始，有机物反而减少。

【密闭容器判断】CO₂浓度最高点和最低点都是光合=呼吸的点。最终CO₂浓度低于初始→有有机物积累→植物生长。

八、典型例题精讲

例题1：夏季晴朗白天，10时左右光合强度达峰值，12时左右光合强度明显减弱。减弱的原因可能是？①叶片蒸腾作用过强失水过多，气孔部分关闭——正确（光合午休）。②光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放CO₂大于光合固定CO₂——错误，12时左右光合仍然大于呼吸（净光合仍为正），只是光合速率下降了。③叶绿体内膜上部分光合色素被破坏——错误，光合色素在类囊体薄膜上，不是内膜；且光合午休不是色素被破坏。④光反应产物积累，产生反馈抑制，光能转化能力下降——正确（产物积累的反馈抑制）。答案选①④。

例题2：将某植物放在密闭玻璃罩内，夏季晴朗一昼夜置于室外，结果如图。错误的是？A.图中BC段CO₂浓度增加减慢，是因为低温使植物呼吸减弱——正确（凌晨低温）。B.图中出现EF和FG的变化，原因是部分气孔关闭，叶片CO₂吸收量减少——正确（光合午休）。C.图中GH段O₂含量增加，且达到I点时该植物积累有机物最多——错误，应该是G点（CO₂浓度最低点）积累有机物最多，不是I点。D.图示结果表明该植物经过一昼夜后有机物含量有所增加——正确（最终CO₂浓度低于初始）。答案选C。

第七讲光合呼吸综合及知识拓展

一、光合作用和呼吸作用的联系

（一）物质联系

光合作用产生的有机物（葡萄糖）和O₂，可以被呼吸作用利用；呼吸作用产生的CO₂和H₂O，可以被光合作用利用。两者是相辅相成的。

碳的循环：CO₂→（光合作用）→有机物→（呼吸作用）→CO₂。

氧的循环：H₂O→（光合作用光解）→O₂→（呼吸作用第三阶段）→H₂O。

注意：光合作用的[H]是NADPH（还原型辅酶Ⅱ），呼吸作用的[H]是NADH（还原型辅酶Ⅰ），两者不是同一种物质，不能通用。

（二）能量联系

光合作用：光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。

呼吸作用：有机物中稳定的化学能→大部分以热能散失+少部分储存在ATP中（活跃的化学能），用于各项生命活动。

注意：光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应，不用于其他生命活动；呼吸作用产生的ATP用于各项生命活动。

二、光合速率的测定方法

（一）气体变化量法

装置中放CO₂缓冲液（维持CO₂浓度稳定），绿色植物。

黑暗条件下：测定O₂吸收量，代表呼吸速率。

光照条件下：测定O₂释放量，代表净光合速率。

总光合速率=净光合速率+呼吸速率。

（二）半叶法

取一片叶子，一半遮光，一半曝光，阻止两部分物质转移。一段时间后，各截取相同面积的叶片，烘干称重。

遮光部分重量=初始重量-呼吸消耗量。

曝光部分重量=初始重量-呼吸消耗量+总光合制造量。

两者之差（曝光-遮光）=总光合制造量。

注意：半叶法测的是总光合速率，不是净光合。

（三）黑白瓶法

从某一水层取水样，均分为三份。甲瓶直接测溶氧量（初始值M₀）。乙瓶透光（白瓶），丙瓶不透光（黑瓶），分别悬挂回原水层，一段时间后测溶氧量。

黑瓶（丙）：只呼吸不光合，溶氧量M₂。呼吸速率=(M₀-M₂)/时间。

白瓶（乙）：光合+呼吸，溶氧量M₁。净光合速率=(M₁-M₀)/时间。

总光合速率=净光合+呼吸=(M₁-M₂)/时间。

三、光呼吸（知识拓展）

光呼吸是近年高考的热点材料题背景，不需要死记，但要理解原理，能根据题目信息分析。

定义：在光照、高氧、低CO₂条件下，绿色植物吸收O₂，将叶绿体中的C₅分解产生CO₂的过程。

机理：Rubisco酶（卡尔文循环中催化CO₂固定的关键酶）有双重功能——在高CO₂条件下，催化C₅与CO₂结合（正常暗反应，CO₂固定）；在高O₂、低CO₂条件下，催化C₅与O₂结合，生成C₃和磷酸乙醇酸（C₂）。C₃参与糖类合成，C₂经过代谢（过氧化物酶体、线粒体）释放CO₂。这个过程消耗O₂、释放CO₂，所以叫光呼吸。

【光呼吸的影响】光呼吸消耗有机物、消耗能量，降低光合效率（可使光合效率下降20%～50%），是一个"浪费"过程。但光呼吸也有一定意义：在强光下消耗过剩的光能和ATP，保护光合机构不受损伤；在干旱气孔关闭时，消耗O₂产生CO₂，维持卡尔文循环的运转。

高考中常考：通过基因工程改造光呼吸途径（如引入新的代谢途径分解乙醇酸，释放CO₂回叶绿体），降低光呼吸，提高作物产量。

四、C₄植物和CAM途径（知识拓展）

（一）C₄植物

定义：光合作用中CO₂中的碳首先转移到含四个碳原子的有机物（C₄）中，然后才转移到C₃中。代表植物：玉米、高粱、甘蔗等（适合高温、干燥、强光环境）。

机理：C₄植物叶肉细胞中有PEP羧化酶（PEPC），它对CO₂的亲和力远高于Rubisco酶。PEPC先在叶肉细胞中将CO₂固定为C₄（草酰乙酸→苹果酸），C₄运输到维管束鞘细胞中分解释放CO₂，使维管束鞘细胞中CO₂浓度升高，然后再进行卡尔文循环。

【C4植物特点】PEPC被称为"CO₂泵"，能富集CO₂，使维管束鞘细胞中CO₂浓度高，从而抑制光呼吸（CO₂高时Rubisco催化CO₂固定，不催化光呼吸）。所以C₄植物没有光合午休现象，在高温、强光、干旱条件下光合效率高于C₃植物。

C₄植物的结构特点：叶肉细胞和维管束鞘细胞都有叶绿体，叶肉细胞叶绿体进行光反应和C₄途径，维管束鞘细胞叶绿体进行卡尔文循环（暗反应）。C₃植物只有叶肉细胞有叶绿体，维管束鞘细胞一般没有叶绿体。

（二）CAM途径（景天科酸代谢）

代表植物：仙人掌、菠萝、景天等肉质植物，生活在干旱地区。

特点：气孔夜间开放，白天关闭（减少水分散失）。

机理：夜间气孔开放，CO₂进入细胞，被PEPC固定为C₄（草酰乙酸→苹果酸），储存在液泡中（所以夜间液泡pH降低，呈酸性）。白天气孔关闭，液泡中的苹果酸分解释放CO₂，进入叶绿体进行卡尔文循环（光合作用）。

【CAM途径意义】白天气孔关闭，减少蒸腾作用失水，适应干旱环境；夜间储存CO₂，白天用于光合作用。这是对干旱环境的适应。

五、典型例题精讲

例题1（光呼吸）：光呼吸是植物利用光能吸收O₂并释放CO₂的过程。研究者将四种酶基因导入水稻叶绿体，创造了新的光呼吸代谢途径（GCGT途径）。推测正确的是？A.光呼吸时C₅与O₂结合发生在类囊体薄膜上——错误，C₅在叶绿体基质中。B.光呼吸中有ATP和NADPH的生成和消耗——错误，光呼吸消耗ATP和NADH，不生成。C.GCGT途径有利于减少过氧化氢对叶绿体的损害——正确（新途径分解过氧化氢）。D.GCGT途径促进光呼吸从而降低光合效率——错误，新途径回收CO₂，提高光合效率。答案选C。

例题2（C4植物）：根据CO₂固定方式不同，植物分为C₃和C₄等类型。C₄植物CO₂补偿点比C₃低。回答：干旱导致气孔开度减小，同等干旱条件下C₄植物比C₃植物生长好，从CO₂补偿点角度分析原因。

答案：干旱导致气孔开度减小，CO₂吸收减少。C₄植物CO₂补偿点低，在较低CO₂浓度下就能使光合速率等于呼吸速率（即能利用低浓度CO₂进行较强的光合作用），而C₃植物CO₂补偿点高，在低CO₂浓度下光合速率较低。所以同等干旱条件下C₄植物光合速率更高，生长更好。

第八讲习题精讲与考点总结

一、全章高频考点梳理

二、酶和ATP类易错题

例题：几丁激酶溶液在45℃水浴12分钟活性丧失50%，加入过量底物后同样条件下活性仅丧失3%。该同学研究的因素是？答案：底物浓度（过量底物对酶有保护作用）。

例题：用新鲜制备的含过氧化氢酶的马铃薯悬液进行分解H₂O₂实验，第二组只做了一个改变，结果O₂产生总量增加。改变的是什么？答案：增加了H₂O₂溶液的浓度（底物量增加，产物总量增加。酶量或酶活性改变只影响反应速率，不改变最终产物量）。

例题：ATP是细胞的能量通货，叙述错误的是？A.含有C、H、O、N、P——正确。B.必须在有氧条件下合成——错误，无氧呼吸也能合成ATP。C.胞内合成需要酶催化——正确。D.可直接为细胞提供能量——正确。答案选B。

例题：需要ATP水解提供能量的是？A.唾液淀粉酶水解淀粉——不需要（水解反应）。B.生长素的极性运输——需要（主动运输）。C.光反应阶段水的光解——不需要（反而产生ATP）。D.乳酸菌无氧呼吸第二阶段——不产生也不消耗ATP。答案选B。

三、呼吸作用类易错题

例题：人体在剧烈运动时，肌肉细胞进行无氧呼吸产生乳酸。此时肌肉细胞CO₂的产生场所是？答案：线粒体基质（人体无氧呼吸产生乳酸，不产生CO₂，所以CO₂全部来自有氧呼吸第二阶段，在线粒体基质）。

例题：将苹果储存在密闭容器中，通入不同浓度O₂时O₂消耗量和CO₂产生量如下表。错误的是？（典型计算题，用16612大法分析）

分析要点：O₂消耗量=有氧呼吸CO₂释放量；CO₂总释放量-有氧CO₂=无氧呼吸CO₂量。有氧消耗葡萄糖=O₂消耗量/6；无氧消耗葡萄糖=无氧CO₂量/2。总消耗葡萄糖=两者之和。

常见错误：直接用CO₂总释放量判断葡萄糖消耗量，忽略了有氧和无氧的区别。

四、光合作用过程类易错题

例题：类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成示意图，水光解生成O₂，若被有氧呼吸利用，至少穿过几层膜？答案：5层（类囊体薄膜1层+叶绿体双层膜2层+线粒体双层膜2层=5层）。注意：O₂在类囊体腔中产生，出线粒体被利用需要穿过类囊体膜。

例题：将菠菜叶分离的叶绿体悬浮于缓冲液，光照后产生糖。将叶绿体内膜和外膜破坏后加入缓冲液，黑暗条件下不能产生糖，原因是？答案：黑暗条件下光反应无法进行，缺少光反应提供的ATP和NADPH，暗反应无法进行。（虽然有类囊体薄膜和基质中的酶，但没有光就没有ATP和NADPH）

例题：证明叶绿体中有淀粉存在的实验设计。思路：将生长状况相同的植物叶片分为两组，均先黑暗处理（饥饿处理，消耗原有淀粉），一组光照，一组黑暗，其余条件相同适宜。一段时间后，用差速离心法提取两组叶绿体，脱色后制成匀浆，分别加碘液观察。预期：光照组叶绿体匀浆变蓝，黑暗组不变蓝。

五、光合作用影响因素类易错题

例题：高温时作物减产原因，叙述错误的是？A.呼吸变强，耗氧变大——正确。B.光合强度减弱，有机物合成减少——正确。C.蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫——正确。D.叶绿素降解，光反应生成NADH增多——错误，光反应生成的是NADPH，不是NADH（NADH是呼吸作用的）。答案选D。

例题：弱光条件下植物没有O₂释放，说明未进行光合作用——错误，可能是光合速率=呼吸速率（光补偿点），此时也在进行光合作用，只是没有O₂净释放。

例题：合理密植和增施有机肥能提高农作物光合作用强度——正确。合理密植增大光照面积和通风（CO₂），有机肥被微生物分解产生CO₂和矿质元素。

六、光合呼吸综合类易错题

例题：叶肉细胞O₂产生量大于O₂吸收量，则该植株有机物总量可能减少——正确（注意是"叶肉细胞"不是"整个植株"。叶肉细胞光合>呼吸，但植株还有根、茎等非光合细胞只进行呼吸，所以整个植株可能光合<呼吸，有机物总量减少）。

例题：密闭容器中CO₂浓度保持不变时，植物的光合速率等于呼吸速率——正确（此时净光合=0，总光合=呼吸）。

例题：植物工厂用营养液培植生菜，需定时向营养液通入空气，目的是？答案：增加培养液中的溶氧量，促进根部细胞进行有氧呼吸，为根吸收矿质元素（主动运输）提供能量。

更换营养液的原因：①植物根系吸收营养液中的营养元素，导致营养成分改变（匮乏或不均衡）；②根细胞呼吸产生CO₂溶于水形成碳酸，导致营养液pH下降。所以需要定期更换。

七、光呼吸/C4/CAM拓展类易错题

例题：将玉米PEPC基因导入小麦，获得转基因小麦。将转基因小麦和普通小麦分别放在相同密闭小室中，充分光照，测定CO₂浓度变化。错误的是？A.PEPC能降低固定CO₂反应所需的活化能——正确（酶的作用机理）。B.图中CO₂浓度更低的曲线属于转基因小麦——正确（转基因小麦固定CO₂能力强，吸收更多CO₂）。C.CO₂浓度保持不变时，植物光合速率等于呼吸速率——正确。D.突然降低光照强度，短时间内ADP含量下降、C₅含量上升——错误，光照降低→ATP和NADPH减少→C₃还原减慢→C₅减少（来源减少），ADP应该上升（ATP合成减少但仍在消耗）。答案选D。

例题：早期地球大气O₂浓度低，约3.5亿年前O₂浓度显著增加，CO₂浓度明显下降。现在CO₂浓度是限制光合速率的重要因素。Rubisco酶在低CO₂浓度下催化效率低，有些植物进化出CO₂浓缩机制。回答：真核细胞叶绿体中Rubisco催化下CO₂被固定形成？进而被还原形成糖类，此过程发生在？答案：C₃（三碳化合物）；叶绿体基质。

课堂小结

好了同学们，第五到七章的内容我们就全部复习完了。这三章是高中生物的核心代谢部分，内容多、难度大、分值高，我带大家最后梳理一下知识体系。

第五章酶和ATP：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物（大部分蛋白质，少数RNA），作用机理是降低活化能，特性是高效性、专一性、作用条件温和。实验设计是重点：验证高效性用过氧化氢酶和FeCl₃对比，验证专一性用淀粉/蔗糖+淀粉酶+斐林试剂，探究温度影响用淀粉+淀粉酶+碘液（不能用过氧化氢，因为加热本身影响过氧化氢分解），探究pH影响用过氧化氢+过氧化氢酶（不能用淀粉，因为酸影响淀粉水解）。ATP是直接能源物质，结构A-P～P～P，与ADP快速转化，是能量通货。

第六章细胞呼吸：有氧呼吸分三阶段——第一阶段细胞质基质（葡萄糖→丙酮酸+[H]+少量ATP），第二阶段线粒体基质（丙酮酸+水→CO₂+[H]+少量ATP），第三阶段线粒体内膜（[H]+O₂→水+大量ATP）。无氧呼吸在细胞质基质，第一阶段和有氧相同，第二阶段产酒精+CO₂（植物、酵母菌）或乳酸（动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚）。呼吸计算用16612大法。影响因素中氧气浓度曲线最重要（P点最适合储存），应用包括中耕松土、低氧储存、夜间降温、粮食晾晒等。

第七章光合作用：光合色素在类囊体薄膜上，叶绿素吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素吸收蓝紫光，纸层析从上到下胡黄ab。光合作用分光反应（类囊体薄膜，水光解产O₂和NADPH，合成ATP）和暗反应（叶绿体基质，CO₂固定产C₃，C₃还原产有机物和C₅）。C₃/C₅变化是重点（停光C₃增C₅减，停CO₂C₃减C₅增）。影响因素中光照强度曲线最重要（光补偿点、光饱和点），一昼夜曲线要会分析（D点有机物最少，H点有机物最多）。总光合=净光合+呼吸是核心公式。拓展知识：光呼吸（高氧低CO₂下Rubisco催化C₅与O₂结合，浪费能量）、C₄植物（PEPC富集CO₂，无光合午休，高温强光下优势）、CAM植物（夜间气孔开放储CO₂，白天关闭进行光合，适应干旱）。

给大家几个记忆口诀：

酶的特性："高效专一条件温，降低活化能是根本"。

有氧呼吸三阶段："一基二基三内膜，糖酵解产丙酮，二碳入水产CO₂，三氢氧合水大量能"。

无氧呼吸产物："动物乳酸植酒精，马铃甜菜玉米胚，特殊乳酸要记清"。

光合色素："胡黄ab从上到下，红光蓝紫叶绿素，类胡萝卜只蓝紫"。

光合作用过程："光反应在类囊体，水光解产氧氢，ATP合成储能量；暗反应在基质中，碳固定不需能，碳三还原需能氢"。

C₃/C₅变化："停光C3增C5减，停碳C3减C5增"。

最后提醒大家：这三章最容易错的就是各种"不一定"和"特例"——酶不都是蛋白质（少数RNA）、葡萄糖不进入线粒体（丙酮酸才进）、人体无氧呼吸不产CO₂、CO₂固定不需要能量、光反应ATP不用于根吸收矿质、光合午休不是色素破坏、C₄植物没有光合午休、叶肉细胞光合大于呼吸不代表整株积累有机物。把这些特例都记住，代谢部分的分就稳了。

好，今天的课就到这里，内容很多，大家课后一定要多做题巩固。我们下一章再见！