专题 2　细胞代谢（光合作用 + 细胞呼吸）

【核心概念】

• 细胞呼吸：有机物在细胞内经过一系列氧化分解，释放能量并生成 ATP 的过程。实质：分解有机物、释放能量。
• 有氧呼吸主要场所是线粒体（第一阶段在细胞质基质）；原核生物无线粒体，在细胞质和细胞膜上也能进行有氧呼吸（如硝化细菌、蓝细菌）。

【关键内容】

• 有氧呼吸总反应式：C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂ —酶→ 6CO₂ + 12H₂O + 能量
• 三阶段对比（必背表）：

  阶段	场所	反应物	产物	能量
  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＋H₂O	CO₂＋[H]	少量ATP
  第三阶段	线粒体内膜	[H]＋O₂	H₂O	大量ATP

  [H] 指 NADH（还原型辅酶Ⅰ），不是 H⁺，也不是 H₂；水在第二阶段消耗、第三阶段生成（方向易记反）。
• 无氧呼吸（场所全程为细胞质基质，只有第一阶段产生 ATP）：
  • 酒精发酵：C₆H₁₂O₆ —酶→ 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 少量能量（酵母菌、多数植物细胞）
  • 乳酸发酵：C₆H₁₂O₆ —酶→ 2C₃H₆O₃ + 少量能量（乳酸菌、动物肌细胞、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚）不产生 CO₂
• 能量去向：释放的能量大部分以热能散失，少部分储存在 ATP 中（有氧约 1/3 左右转化）。
• 呼吸商 RQ = CO₂释放量/O₂吸收量：葡萄糖有氧 RQ=1；脂肪供能 RQ<1；RQ>1 说明同时进行酒精发酵。

【易错陷阱】

【题型突破】

• 呼吸方式判断（液滴移动装置，高频实验题）：
  • 装置甲（内放 NaOH，吸收 CO₂）：液滴移动 = O₂ 消耗量 → 左移说明进行了有氧呼吸；
  • 装置乙（内放等量清水）：液滴移动 = CO₂释放 − O₂吸收 的差值；
  • 结论模板：甲左移、乙不动 → 只进行有氧呼吸；甲不动、乙右移 → 只酒精发酵；甲左移、乙右移 → 两种方式并存（须设等量煮熟种子作校正对照，排除温度气压影响）。
• O₂浓度曲线：O₂ 为 0 只无氧；低氧无氧+有氧并存（CO₂释放总量先降后升，最低点=储存果蔬的最佳氧浓度）；O₂ 足够高后只进行有氧呼吸。
• 计算：耗糖量比较——产生等量 ATP 时，无氧呼吸耗糖远多于有氧。

【答题规范】

• 方程式必须写"酶"条件、配平、写"能量"不写"ATP"（总反应释放的能量≠全部进入 ATP）。
• 回答场所、阶段产物时术语精确到"细胞质基质/线粒体基质/线粒体内膜"。

【核心概念】

• 光合作用：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，并释放 O₂ 的过程。
• 色素分布与吸收：叶绿素 a、b 主要吸收红光和蓝紫光；胡萝卜素、叶黄素主要吸收蓝紫光；色素位于类囊体薄膜上。

【关键内容】

• 总反应式：CO₂ + H₂O —光能/叶绿体→ (CH₂O) + O₂
• 光反应 vs 暗反应（必背表）：

  	光反应	暗反应（碳反应）
  场所	类囊体薄膜	叶绿体基质
  条件	光、色素、酶	酶（有光无光均可，依赖光反应产物）
  物质变化	水的光解：H₂O→O₂+NADPH；合成 ATP	CO₂固定：CO₂+C₅→2C₃；C₃还原：C₃—ATP、NADPH→(CH₂O)+C₅
  能量变化	光能→ATP、NADPH 中活跃化学能	活跃化学能→有机物中稳定化学能

• 条件突变 C₃/C₅ 变化（每年必考！）口诀："谁断谁积"——供应中断的物质，其来源积累、去路减少。

  突变条件	ATP、NADPH	C₃	C₅
  突然停止光照（CO₂ 不变）	↓	↑（还原受阻）	↓
  突然停止 CO₂ 供应（光照不变）	↑	↓（固定中断）	↑

• 元素去向（同位素标记考点）：O₂ 中的 O 全部来自H₂O；(CH₂O) 中 C、O 来自 CO₂，H 来自 H₂O。

【关键实验：绿叶中色素的提取和分离】（高频，连线专题4）

• 提取：无水乙醇（溶解色素）＋ SiO₂（研磨更充分）＋ CaCO₃（防止色素被破坏）。
• 分离：纸层析法（原理：色素在层析液中溶解度不同，扩散速度不同）；滤液细线要"细、直、齐"，且不能触及层析液（否则色素溶解，实验失败）。
• 滤纸条自上而下：胡萝卜素（橙黄色）→ 叶黄素（黄色）→ 叶绿素a（蓝绿色，最宽）→ 叶绿素b（黄绿色）；口诀"胡黄 a b"，溶解度递减、含量 a 最多。

【易错陷阱】

【题型突破】

• 光照强度曲线三点位：A 点（黑暗，只呼吸）；B 点（光补偿点，光合=呼吸）；C 点（光饱和点）。条件改善（如 CO₂ 升高）：补偿点左移、饱和点右移上移——"好则左移右移上"。
• 夏季正午"午休现象"：气温过高→气孔关闭→CO₂ 供应不足→光合下降（C₃↓、C₅↑），而"阴雨天全天低"是光照不足，两种成因要区分。
• 密闭容器一昼夜 CO₂ 曲线：两个拐点对应补偿时刻，终点低于起点说明有机物有净积累。

【答题规范】

• 方程式条件写"光能、叶绿体"（写"光、叶绿体"也算对，漏写叶绿体常见扣分）；箭头不用等号。
• 答速率时带单位，如 μmol·m⁻²·s⁻¹ 或 mg/h（按题干所给）。

【核心概念】

• 总（真正）光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率——一切计算的总纲。
• 术语识别："光照下 CO₂ 吸收量 / O₂ 释放量 / 有机物积累量" = 净光合；"叶绿体固定 CO₂ 量 / 有机物制造量" = 总光合；"黑暗下 CO₂ 释放量" = 呼吸。

【关键内容：计算模型（三段式）】

• ① 黑暗处理 → 测呼吸速率；② 光照处理 → 测净光合速率；③ 总光合 = 净 + 呼。
• 常用方法：半叶法（一片遮光测呼吸+剩余、一片曝光）、黑白瓶法（黑瓶→呼吸，白瓶→净光合，总=白−黑相对初值换算）。
• 一昼夜有机物积累判断：白天净积累 > 全天呼吸消耗 → 植株能正常生长。

【易错陷阱】

【题型突破】

• 数据表格题：先写关系式"总=净+呼"再代数；判断补偿点→找净光合=0 的列。
• 曲线平移题：先判断条件变好还是变差，再套"补偿点左移/右移"结论。

• 酶：活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是 RNA。特性：高效性（与无机催化剂相比，降低活化能更显著）、专一性、作用条件较温和。低温只抑制活性（可恢复），高温/过酸过碱使酶变性失活（不可恢复）；酶在细胞内外、体外均可起作用。
• 酶实验设计（连线专题4）：验证专一性用"同底物不同酶"或"同酶不同底物"；探究温度/pH 时先分别预处理再混合（否则反应已发生）；检测指标不能选自身受温度影响的试剂（如探究温度对酶活性影响不用斐林试剂水浴加热）。
• ATP：结构简式 A—P～P～P（A=腺苷=腺嘌呤+核糖）；ATP⇌ADP+Pi+能量：物质可逆、能量不可逆、酶不同，故不是可逆反应。吸能反应一般与 ATP 水解相联系，放能反应与 ATP 合成相联系。

• 光合发现史：萨克斯（遮光对照→淀粉）、恩格尔曼（水绵+好氧细菌→叶绿体、红光蓝紫光区）、鲁宾和卡门（¹⁸O→O₂来自水）、卡尔文（¹⁴C→碳转移途径）。
• 化能合成作用：硝化细菌利用 NH₃ 氧化释放的化学能合成有机物，属自养生物。
• 细胞呼吸原理应用：中耕松土、伤口透气（抑制破伤风杆菌）、低温低氧储果蔬、稻田定期排水。

• → 专题4 实验探究：色素提取分离、液滴移动装置、酶活性探究是课本实验高频原型，实验题话术互通。
• → 专题5 生态：生产者固定的太阳能总量（总光合）= 流入生态系统的总能量，能量流动计算的起点。
• → 专题1 遗传：叶绿素缺失、光合相关突变体常以遗传题外壳出现。
• → 专题3 稳态与调节：呼吸供能与主动运输、体温调节（产热）相关联。