新教材2024版高中生物第5章细胞的能量供应和利用章末总结课件新人教版必修1

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第5章　细胞的能量供应和利用章末总结构建 · 知识网络归纳 · 专题小结1．不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点光合作用与细胞呼吸“三率”(呼吸速率、净光合速率和总光合速率)的判断及相关计算2．光合作用、呼吸作用的“三率”图示分析(1)“三率”的表示方法：①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应CO2量，也称为表观光合速率。③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD对应的CO2总量。(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。(3)图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。(4)图1中B对整个植株而言，光合速率＝呼吸速率，而对于叶肉细胞来说，光合速率＞呼吸速率。　科研人员研究不同温度条件下菠菜叶片的净光合速率的变化情况结果如下图。下列分析不正确的是 (　　)A．温度通过影响酶活性对光合作用的影响只与暗反应有关B．此实验中CO2浓度是无关变量，各组间需保持一致和稳定C．温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜的实际光合速率为6D．菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于呼吸作用的最适温度【答案】A【解析】温度通过影响酶活性对光合作用的影响与光反应和暗反应均有关，A错误；本实验的自变量是光照强度与温度，因变量是净光合速率，CO2浓度等其他因素是无关变量，B正确；据图可知，温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜净光合速率为2，呼吸速率为4，根据真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，可知，此时其实际光合速率为6，C正确；据图可知，菠菜叶片进行光合作用的最适温度是30 ℃左右，呼吸作用的最适温度是40 ℃左右，因此菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于呼吸作用的最适温度，D正确。　下图表示某高等植物叶肉细胞中的A、B两种细胞器及相关生理活动。下列有关叙述错误的是 (　　)A．A内的光合作用强度大于B内的呼吸作用强度B．A细胞器产生的ATP只能用于暗反应过程C．葡萄糖进入B细胞器被彻底氧化分解生成CO2和H2O并释放能量D．图示叶肉细胞中有有机物的积累，这是植物得以生长的物质基础【答案】C【解析】A、B分别表示叶绿体和线粒体。叶绿体中的CO2来自线粒体和细胞外，叶绿体释放的O2的去向是进入线粒体和释放到细胞外，说明叶绿体内的光合作用强度大于线粒体内的呼吸作用强度，A正确；叶绿体产生的ATP只能用于暗反应过程，B正确；丙酮酸进入线粒体被彻底氧化分解生成CO2和H2O并释放能量，C错误；图示叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度，有有机物的积累，这是植物得以生长的物质基础，D正确。1．绿色植物24 h内有机物的“制造”“消耗”与“积累”(1)典型图示：自然环境及密闭容器中相关变量的模型构建(2)曲线解读：①积累有机物时间段：CE段。②制造有机物时间段：BF段。③消耗有机物时间段：OG段。④一天中有机物积累最多的时间点：E点。⑤一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN(SP、SM、SN分别表示P、M、N的面积)。2．在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图和O2含量的变化曲线图的比较　如图表示的是一昼夜北方某作物植株CO2吸收量的变化。甲图为盛夏的某一晴天，乙图为春天的某一晴天。对两图的相关原因分析不正确的是 (　　)A．适当提高温度可以增加OA的绝对值B．甲图中有机物积累最多的是G点，两图中B点植物干重均低于A点时的干重C．两图中DE时间段叶绿体中C3含量均大大减少D．甲图中E点和G点相比，E点叶绿体中的ATP含量较多【答案】C【解析】有机物总积累量可用横轴上、下曲线围成的有关面积表示，适当提高温度可提高呼吸强度，A正确；甲图中G点光合强度＝呼吸强度，以后呼吸强度大于光合强度，故有机物积累最多的是G点，两图中AB段只进行呼吸作用，故B点植物干重均低于A点时的干重，B正确；甲图中DE段是因为光照强，气温高，导致蒸腾作用强，水分散失多，气孔关闭，CO2供应不足，光合作用速率略有下降，C3来源减少，去路未变，含量减少，乙图是因为光照强度减弱，光反应减弱，导致光合速率减弱，C3来源不变，去路降低，含量会升高，C错误；甲图中E点与G点相比，叶绿体中的ATP含量较多，D正确。(2023·河南郑州期末)晴朗夏季，某兴趣小组将用全素营养液培养的花生植株放入密闭的玻璃罩内，置于室外继续培养，获得实验结果如下图所示。其中甲图表示玻璃罩内的CO2含量一昼夜的变化情况(A点表示玻璃罩内起始CO2浓度)，乙图表示该植株一昼夜CO2释放速率或吸收速率，丙图表示花生叶肉细胞中两种细胞器的四种生理状态。下列有关叙述正确的是 (　　)A．甲图中的D点与丙图中的②对应，D点之后植株开始进行光合作用B．甲图中的H点与乙图中的e点对应，此时植株的光合作用最强C．乙图中ac段发生的生理过程对应丙图中的②D．乙图中积累有机物的时段是ci段【答案】C【解析】甲图中的D点表示光合速率与呼吸速率相等的状态，此时叶肉细胞的光合作用大于呼吸作用，对应于丙图中的①对应，D点之前植株已经开始进行光合作用，A错误；甲图中的H点表示光合速率与呼吸速率相等的状态，与乙图中的h点对应。甲图中的DE段CO2含量下降速度最快即净光合速率最大，此时光合作用最强，B错误；乙图中ac段植物处于黑暗状态，细胞只进行呼吸作用，对应于丙图中的④状态，C正确；乙图中dh段植物吸收CO2，光合速率大于呼吸速率，积累有机物，而hi段植物释放CO2，光合速率小于呼吸速率，体内有机物减少，D错误。1．测定光合速率的常用方法(1)利用装置法测定植物光合速率与呼吸速率：“三率”常用的测定方法及实验探究①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。(2)叶圆片称量法：测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。(3)黑白瓶法：“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。(4)半叶法：将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时两者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超出部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。(5)红外线CO2传感器：由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。(6)“梯度法”探究影响光合作用的因素：用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。2．光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧(1)实验设计中必须注意的三点：①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。(2)答题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。　 某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25 ℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是 (　　)A．若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B．若要测真光合强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液C．若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移D．若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移【答案】C【解析】当装置给予光照时，装置内植物既进行光合作用也进行呼吸作用，CO2缓冲液可保持装置内CO2浓度不变，液滴移动距离即表示净光合作用产生O2的多少，A正确；真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，测呼吸速率需另加设一装置遮光处理(不能进行光合作用)，为去除有氧呼吸产生CO2的干扰，将X溶液更换为NaOH溶液，那么测得液滴移动距离即为有氧呼吸消耗O2的量，B正确；若X溶液为清水并给予光照，装置内植物光合作用吸收的CO2量＝释放O2量，植物有氧呼吸吸收的O2量＝释放的CO2量，液滴不移动，C错误；若X溶液为清水并遮光处理，植物只进行有氧呼吸，但由于消耗的底物为脂肪，其消耗O2的量大于产生CO2的量，液滴向左移动，D正确。　 某同学为了探究光照强度与植物光合作用的关系，设计了如下实验：取4株带有5个叶片、株高相近的西红柿植株，分别放在4个密闭的玻璃容器内，以4种不同的光照强度进行实验；实验开始前先测定CO2浓度并使各组容器内的CO2浓度保持相同，12小时后，再测定CO2浓度。实验装置如下图，实验结果见下表。(1)该同学的实验目的是____________________________；实验的自变量是____________；需控制的条件是___________________________ _____________(答2点)等。(2)实验中设置1组的目的是____________；2至4组，实验前后CO2浓度的差值可表示______________________________。(3)该同学的实验设计缺乏严谨性，请对其提出合理的改进建议：___________________。【答案】(1)研究光照强度与光合作用速率的关系　光照强度　温度、开始时的CO2浓度、植物叶片数和高度等　(2)作为空白对照　西红柿植株12 h内的净光合作用量　(3)每种光强下设置3个重复的实验(或缩小相邻组别之间的光照强度差值，增加实验组)【解析】(1)由题意“探究光照强度与植物光合作用的关系”和“以4种不同的光照强度进行实验”可知，该同学的实验目的是研究光照强度与光合作用速率的关系，实验的自变量是光照强度。为了排除无关变量对实验结果的干扰，对于诸如“温度、开始时的CO2浓度、植物叶片数和高度”等无关变量，各组均需加以控制相同条件。(2)实验中，1组控制的光照强度为0，属于对照组，即设置1组的目的是作为空白对照。在有光的条件下，密闭玻璃容器内的植物幼苗既能进行光合作用，也能进行呼吸作用，容器内CO2浓度的变化是其中植物幼苗光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量的差值所致，据此可知：2～4组所对应的实验前后CO2浓度的差值可表示西红柿植株12 h内的净光合作用量。(3)为了增加实验设计的严谨性，减少实验误差，依据实验设计应遵循的原则和表中信息可知，合理的改进建议是：每种光强下设置3个重复的实验，或缩小相邻组别之间的光照强度差值，增加实验组。典练 · 素养提升一、生命观念通过对酶、ATP的学习，理解细胞的功能绝大多数基于化学反应；从物质与能量的视角，探索光合作用与呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化；能用局部与整体观分析细胞各部分结构分工与合作的过程。二、科学思维基于酶的特性、ATP的结构特点、细胞呼吸的机理以及光合作用的机理，能运用归纳、演绎等科学思维方法，用图示、模型等方式，说明细胞代谢的规律。三、科学探究通过对酶的特性、细胞呼吸的方式、光合色素的提取和分离、影响光合作用的因素等学习实践活动，加深对细胞代谢的理解；提出对特定问题的设计方案，通过实验与探究等方式探讨相关问题。四、社会责任主动关注生产和生活实践，能运用细胞代谢的相关知识，为农业生产和健康生活实践提出合理建议。1．(生命观念)(2023·湖南名校开学考)ATP是细胞中的能量“货币”，下列关于ATP的叙述中正确的是 (　　)A．叶肉细胞在光下能产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体和叶绿体B．1个ATP分子中有3个磷酸基团和3个特殊的化学键C．人在安静状态下，肌肉细胞中会积累很多的ATP备用D．ATP水解释放的化学能大部分转变为热能散失【答案】A【解析】叶肉细胞在光下既可以进行细胞呼吸也可以进行光合作用，细胞呼吸过程中能产生ATP的结构有细胞质基质和线粒体，光合作用发生于叶绿体中，光反应过程也可以产生ATP，A正确；1个ATP分子中有3个磷酸基团，但只有2个特殊的化学键，B错误；细胞中ATP的含量很少，C错误；ATP水解释放的化学能可用于各项生命活动，转化为光能、机械能或化学能，不会转化为热能，D错误。2．(科学思维)(2023·重庆名校期末)图1中Ⅰ、Ⅱ分别为在无催化剂和酶条件下某化学反应的能量变化，图2表示影响酶促反应的相关因素与酶促反应速率的关系。请结合图示分析，下列说法正确的是 (　　)A．据图1分析，若将酶改为无机催化剂，b点在纵轴上应下移B．图1中，若适当提高温度，ac值减小，使反应更容易进行C．图2中，将处于D点条件下的该酶溶液调整到E点条件下，酶活性显著升高D．图2的BC段适当增加底物浓度，反应速率一定会增大【答案】C【解析】在图1中，酶所降低的活化能可以用ab段的能量值来表示；与酶相比无机催化剂降低活化能的作用相对弱些，因此b在纵轴上将上移，A错误。图1中，加热不改变化学反应的活化能，只是为底物提供了能量，适当加热，a在纵轴上不移动，ac值不变，B错误；图2中，D是在低温条件下，酶的活性受到抑制，升高温度后，酶的活性显著升高，C正确；图2中，BC段可能是由于底物浓度升高，酶的催化速率不变，此时增加底物浓度，反应速率不变，D错误。3．(社会责任)(2023·江苏苏州开学考)党的二十大报告作出全方位夯实粮食安全根基的安排，要求牢牢守住十八亿亩耕地红线，确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中。提高粮食产量和储藏粮食是我们的责任和义务。依据生物学原理，下列有关粮食产量提高和储藏措施的叙述错误的是 (　　)A．合理密植有利于改善田间CO2浓度和光能利用率B．中耕松土和适时排水，可以促进作物根系呼吸作用C．常采取降低温度和氧气含量、保持一定湿度等措施来储藏粮食D．大豆和玉米的间作，可以提高阳光利用率、补充土壤氮元素的消耗【答案】C【解析】合理密植既可防止种内斗争，又有利于改善田间CO2浓度和光能利用率，增强光合作用，减少植物呼吸作用消耗，提高农作物产量，A正确；中耕松土和适时排水，促进植物根系的有氧呼吸，降低无氧呼吸，利于植物的生长，B正确；粮食的保存环境是低温、低氧和干燥，以降低粮食的呼吸作用，减少粮食中有机物的消耗，C错误；大豆的根瘤菌有固氮能力，能增强土壤肥力，玉米和大豆间作可以增强通风，有利于提高阳光利用率进而增强光合作用，D正确。4．(科学探究)为研究淹水时KNO3对甜樱桃根呼吸的影响，设四组盆栽甜樱桃，其中一组淹入清水，其余三组分别加入不同浓度的KNO3溶液，保持液面高出盆土表面，每天定时测定甜樱桃根有氧呼吸速率，结果如图。请回答：(1)细胞有氧呼吸生成CO2的场所是__________，分析图中A、B、C三点，可知________点在单位时间内与氧结合的[H]最多。(2)图中结果显示，淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有________作用，其中________mmol·L－1的KNO3溶液作用效果最好。(3)淹水缺氧使地上部分和根系的生长均受到阻碍，根系缺氧会导致根细胞无氧呼吸增强，实验过程中能否改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标？请分析说明。____________________________________。【答案】(1)线粒体基质　A　(2)减缓　30(3)不能，因为无氧呼吸也会产生CO2【解析】(1)细胞有氧呼吸第二阶段生成CO2，进行的场所是线粒体基质；由图示可知，A、B、C三点中A点有氧呼吸速率最高，在单位时间内生成的[H]最多。(2)据图可知，加KNO3溶液组与清水组对照，有氧呼吸速率在相同时间内都高于清水组，说明KNO3溶液对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有减缓作用，其中30 mmol·L－1的KNO3溶液组速率最高，作用效果最好。(3)根系缺氧会导致根细胞无氧呼吸增强，但不能改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标，因为无氧呼吸也会产生CO2。5．(科学思维)图甲表示光合作用过程的图解，图乙为大棚中栽培的某种蔬菜在水肥充足、温度适宜条件下，光合强度受环境因素影响的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题：(1)参与光合作用的色素分布在叶绿体的________上。(2)光合作用的过程可以分为两个阶段，图甲中B表示________阶段，反应场所是__________。(3)图甲A生理过程的产物是__________。(4)由图乙可知，影响光合作用的外界因素是________和________。(5)比较图乙中Ⅰ、Ⅱ两条曲线，当光照强度大于a时，曲线Ⅱ的光合作用强度不再增大的原因是__________，限制了光合作用________阶段的进行。(6)写出光合作用的总反应式：______________________________。【解析】(1)光合作用的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，A表示光反应阶段，场所是类囊体薄膜；B表示暗反应阶段，场所是叶绿体基质。(3)光反应的产物有NADPH、ATP、O2。(4)图乙表示影响光合作用的外界因素有光照强度和CO2浓度。(5)图乙曲线Ⅱ a点以后CO2浓度过低，限制了暗反应进行。