推荐学习全国版版高考生物一轮复习第11讲光合作用和细胞呼吸的关系及影响因素培优学案.docx
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推荐学习全国版版高考生物一轮复习第11讲光合作用和细胞呼吸的关系及影响因素培优学案
第11讲 光合作用和细胞呼吸的关系及影响因素
[考纲明细] 1.影响光合速率的环境因素（Ⅱ） 2.光合作用与细胞呼吸的综合应用
板块一 知识·自主梳理
一、光合作用与细胞呼吸的关系
1．细胞呼吸与光合作用过程图解
（1）物质名称：
b：
O2，c：
ATP，d：
ADP，e：
NADPH（[H]），f：
C5，g：
CO2，h：
C3。
（2）生理过程及场所
2．光合作用与有氧呼吸的联系
（1）物质方面
C：
CO2
C6H12O6
C3H4O3
CO2
O：
H2O
O2
H2O
H：
H2O
[H]
C6H12O6
[H]
H2O
（2）能量方面
光能
ATP中活跃化学能
C6H12O6中稳定的化学能
特别提醒
1光合作用中产生的[H]是还原型辅酶ⅡNADPH简化的表示方式，而细胞呼吸中产生的[H]是还原型辅酶ⅠNADH简化的表示方式，二者不是一种物质，尽管书写形式相同。
2还原氢的书写形式一定不能写成H、H＋或H2，只能写成[H]、NADH或NADPH。
二、光合作用的影响因素及应用
1．光质
（1）原理
①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。
③单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
（2）应用
①大棚薄膜的选择：
无色透明大棚能透过日光中各色光，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中植物的光合效率最高。
②补充单色光的选择：
蓝紫光。
2．光照强度
（1）原理
光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
光照强度增加，光反应速率加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
（2）植物三率间关系
①呼吸速率：
植物非绿色组织（如苹果果肉细胞）或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：
植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（3）曲线模型及分析
3．CO2浓度
（1）曲线分析
图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
C和C′点都表示CO2饱和点。
（2）应用：
在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等措施增大CO2浓度，提高光合作用速率。
4．温度
（1）曲线分析
AB段：
在B点之前，随着温度升高，光合速率增大
B点：
酶的最适温度，光合速率最大
BC段：
随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50℃左右光合速率几乎为零。
（2）应用：
冬季，温室栽培可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸速率，减少有机物消耗。
5．多因子变量对光合作用速率的影响
（1）曲线分析
P点：
限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：
横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
（2）应用：
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率；也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
板块二 考点·题型突破
考点1
光合作用与呼吸作用的关系
[2017·全国卷Ⅱ]下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
（1）图中①、②、③、④代表的物质依次是____________、_____________、_____________、______________，[H]代表的物质主要是______________。
（2）B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________（填“B和C”“C和D”或“B和D”）。
（3）C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是__________________________________________________________。
[解析]
（1）根据题目示意图可知，过程A和B分别代表光合作用的光反应和暗反应，①是水光解的产物且不参与暗反应，为氧气，②和③分别是合成NADPH、ATP的原料，即②是NADP＋、③是ADP和磷酸，④参与CO2的固定，为C5，[H]参与了有氧呼吸过程，为还原型辅酶Ⅰ（NADH）。
（2）在植物叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体类囊体薄膜，即除了A过程，ATP的合成还发生在C和D。
（3）C中的丙酮酸可以转化为酒精，是因为细胞质基质中存在与无氧呼吸过程相关的酶，在缺氧条件下叶肉细胞可以发生无氧呼吸。
[答案]
（1）O2 NADP＋ ADP＋Pi C5 NADH（或答：
还原型辅酶Ⅰ）
（2）C和D （3）在缺氧条件下进行无氧呼吸
题型一 光合作用与细胞呼吸过程的判断
1．[2017·宿州质检]下图是绿色植物叶肉细胞内部分生命活动示意图，其中①～⑤表示生理过程，A～D表示物质。
下列分析错误的是（ ）
A．在生物膜上发生的生理过程有③和④
B．①②⑤过程均发生在细胞质基质中
C．A和B分别表示丙酮酸和[H]
D．有氧呼吸包括图中的①②③过程
答案 B
解析 由图可知，①、②、③依次为有氧呼吸的第一、二、三阶段，④为光反应，⑤为暗反应，A为丙酮酸，B为[H]，C为ADP和Pi、NADP＋，D为ATP和[H]，C、D正确；在生物膜上发生的生理过程有有氧呼吸的第三阶段③（线粒体内膜）和光反应④（类囊体膜），A正确；有氧呼吸的第一阶段①在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二阶段②在线粒体基质中完成，暗反应阶段⑤在叶绿体基质中完成，B错误。
2．下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图，下列叙述正确的是（ ）
（CH2O）＋O2
CO2＋H2O＋能量
A．过程①只能在线粒体中进行，过程②只能在叶绿体中进行
B．过程①产生的能量全部都储存在ATP中
C．过程②产生的O2中的氧来自H2O
D．过程①和②中均能产生[H]，且二者还原的物质相同
答案 C
解析 图中过程①表示有氧呼吸过程，发生在细胞质基质和线粒体中，少数原核生物也能进行有氧呼吸，但是没有线粒体，过程②表示光合作用，场所一般为叶绿体，但是蓝藻没有叶绿体也能进行光合作用，A错误；有氧呼吸过程中产生的能量大部分以热能的形式散失，少部分储存在ATP中，B错误；光合作用产生的O2中的氧全部来自于H2O，C正确；光合作用光反应阶段产生的[H]用于暗反应中三碳化合物的还原，有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]用于第三阶段中氧气的还原，D错误。
3．[2018·山东德州一模]下图是绿色植物体内能量供应及利用的示意图，下列说法正确的是（ ）
A．乙过程利用的ATP是由甲和丙过程共同提供的
B．乙中的ATP用于固定二氧化碳和还原三碳化合物
C．甲、丙中合成ATP所需的能量来源不相同
D．丁中的能量可用于肌肉收缩、人的红细胞吸收葡萄糖、兴奋传导等
答案 C
解析 从图中发生的变化可判断，甲是光反应，乙是暗反应，丙是有氧呼吸，丁是ATP的水解。
有氧呼吸丙产生的ATP不能用于光合作用的暗反应，A错误；光反应过程中产生的ATP只用于还原三碳化合物，B错误；光反应合成ATP所需的能量来源于光能，而丙过程合成ATP所需的能量来自有机物中的化学能，C正确；红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，需要载体但不消耗ATP，D错误。
技法提升
光合作用与细胞呼吸中[H]和ATP的来源、去路
比较项目
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
用于暗反应中C3的还原
有氧呼吸
产生于第一、二阶段
消耗于第三阶段，与O2结合生成H2O
ATP
光合作用
产生于光反应阶段，其中的能量来自光能
用于暗反应过程中C3的还原，其中的能量转变成有机物中稳定的化学能
有氧呼吸
三个阶段均能产生，但第三阶段相对较多
用于各项生命活动
题型二 线粒体与叶绿体之间物质转化问题
4．如图为植物的某个叶肉细胞中两种膜结构及其上发生的生化反应模式图。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．图1、2中的两种生物膜依次存在于线粒体和叶绿体中
B．图1中的[H]来自水，图2中的[H]来自丙酮酸
C．两种生物膜除产生上述物质外，还均可产生ATP
D．影响图1、2中两种膜上生化反应的主要外界因素分别是温度和光照
答案 C
解析 根据题图所示信息可判断，图1所示是叶绿体的类囊体薄膜，其上进行的是光合作用的光反应，图示生化反应是水的光解，[H]来自水。
图2所示是线粒体内膜，其上进行的是有氧呼吸的第三阶段，[H]来自葡萄糖、丙酮酸和H2O，A、B错误；光合作用光反应阶段除了进行水的光解，还进行ATP合成，主要影响因素为光照，有氧呼吸第三阶段产生的能量少部分用于合成ATP，主要影响因素为温度，C正确、D错误。
5．[2017·山东日照质检]如图为某植物细胞部分结构示意图。
据图分析，下列四项叙述中，正确的是（ ）
A．a、b箭头表示的是O2进出细胞的过程
B．e、f箭头表示的是CO2进出细胞的过程
C．以C18O2作原料进行光合作用，在较强光照下，测得含18O的呼吸作用产物的主要去向是图中的d
D．以H
O作原料进行光合作用，在较强呼吸作用下，测得含18O的光合作用产物的主要去向是图中的b
答案 C
解析 a表示叶绿体吸收CO2，b表示叶绿体释放O2，e表示线粒体吸收O2，f表示线粒体释放CO2，c表示叶绿体产生的O2被线粒体利用，d表示线粒体产生的CO2被叶绿体利用，A、B错误；以C18O2作原料进行光合作用然后再进行呼吸作用，18O的转移途径为C18O2→有机物→C18O2，在较强光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸产物C18O2主要被叶绿体利用，即主要去向是图中的d，C正确；以H
O作原料进行光合作用，18O全部生成氧气，在较强呼吸作用下，氧气主要被线粒体利用，进行有氧呼吸，即主要去向是图中的c，D错误。
考点2
光合作用的影响因素及应用
[2016·全国卷Ⅰ]为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。
培养较长一段时间（T）后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度（即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量），光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题：
（1）据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是________。
（2）b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高________（填“CO2浓度”或“O2浓度”）。
（3）播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。
根据这一结果能够得到的初步结论是____________________________________________________________
__________________________________________________________。
[解析]
（1）在光饱和点（b点）之前，甲组植物光合作用的限制因子是光照强度。
（2）光饱和点之后，光合作用的限制因子是温度、CO2浓度等。
（3）对比甲组、乙组曲线可知，在低光照下培养后乙组植物的光合能力比甲组的低，但其子代在甲组的条件下培养，光合能力与甲组相同，这说明低光照培养未能改变植物的遗传特性，乙组光合作用强度与甲组不同是由环境因素引起的，而不是遗传物质改变造成的。
[答案]
（1）光照强度
（2）CO2浓度
（3）乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的
题型一 单一因素对光合作用影响的分析和探究
1.[2017·枣庄调研]植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。
如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下，测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率。
下列有关说法错误的是（ ）
A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只是线粒体
B．该植物叶片的呼吸速率是5mg/（100cm2叶·h）
C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点光照强度条件下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45mg
D．b点代表光合速率等于呼吸速率
答案 A
解析 在a点所示条件下，细胞只进行呼吸作用，产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，A错误；a点的纵坐标表示呼吸速率，B正确；c点光照强度下，11小时光照每100cm2叶片吸收CO2的量为11×10＝110（mg），晚上每100cm2叶片细胞呼吸释放CO2的量为13×5＝65（mg），一昼夜每100cm2叶片净吸收CO2量为45mg，C正确；b点CO2吸收速率为0，即光合速率等于呼吸速率，D正确。
2．某植物的光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25℃和30℃。
如图为该植物处于25℃环境中光合作用强度随光照强度变化的坐标图。
下列叙述正确的是（ ）
A．a点时叶肉细胞的生理活动只受温度的影响
B．b点时植物才开始进行光合作用
C．若将温度从25℃提高到30℃时，a点上移，d点下移
D．c点时该植物的O2产生量为V1＋V2
答案 D
解析 据图分析，a点时叶肉细胞进行呼吸作用，但不进行光合作用，细胞呼吸受多种因素的影响，不是只受温度的影响，A错误；b点时植物光合作用产生的O2量等于呼吸作用吸收的O2量，在此之前植物就开始光合作用，B错误；若将温度从25℃提高到30℃，光合作用减弱，产生的O2量减少，但呼吸作用增强，吸收的O2量增加，故a、d点均上移，C错误；c点时该植物的O2产生量为V1＋V2，D正确。
知识拓展
关于环境因素影响光合速率的三点说明
（1）温度改变对光合作用的影响：
当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
（2）CO2浓度对光合作用的影响：
CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用。
（3）光对光合作用的影响：
光照不但影响光反应，而且光是叶绿素合成的必要条件，因此植物在暗处呈黄色。
题型二 多因素对光合速率影响的分析
3．[2017·西藏日喀则第一高级中学期中]下列各图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示的因素外，其他环境因素均控制在最适范围。
下列分析错误的是（ ）
A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量
B．乙图中d点比c点在相同时间内叶肉细胞中生成C5的速率快
C．M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度
D．丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
答案 D
解析 从甲图中可以看出，光照强度和二氧化碳的浓度不是a点光合速率的限制因素，可能是叶绿体中色素和酶的数量，A正确；乙图中d点与c点相比，光照强度增加，光反应增加，产生的ATP和[H]增加，因此相同时间内叶肉细胞中C3的还原量多，生成C5的速率快，B正确；图中M、N、P三点限制因素分别为三条曲线的横坐标即光照强度、光照强度、温度，C正确；丙图中，随着温度的升高，曲线走势有可能下降，因为超过最适浓度，酶的活性降低，D错误。
4．在下列曲线图中，有M、N、O、P、Q五个点，对它们含义的叙述中正确的是（ ）
①M点时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，且光合作用强度弱于呼吸作用强度 ②N点时，植物体只进行呼吸作用；O点时，植物体的光合作用强度等于呼吸作用强度 ③Q点时，光照强度不再是限制光合速率的因子，CO2浓度是限制光合速率的主要因素 ④P点前，限制光合速率的主要因素是光照强度
A．①②B．①③
C．③④D．②④
答案 C
解析 M点时，光照强度为0，植物叶肉细胞只进行呼吸作用，①错误；N点净光合速率为0，说明光合作用强度和呼吸强度相等，O点在M点与N点之间，所以植物体的光合作用强度小于呼吸作用强度，②错误；Q点光照强度时，随着光照强度的增加，光合速率不再改变，光照强度不再是影响光合速率的主要因素，③正确；P点前，随光照强度增大光合速率增大，影响光合速率的主要因素是光照强度，④正确。
技法提升
解答光合作用相关曲线的基本步骤
明标
即明确横坐标和纵坐标所表示的含义
找点
即找出曲线中的起点、止点、顶点、交点和转折点等关键点。
如光照强度（或CO2浓度）对光合作用强度影响的曲线中，在光照强度为0时，曲线在纵坐标上对应的点表示细胞呼吸所释放的CO2量或消耗的O2量；曲线在横坐标上的交点为光补偿点（或CO2补偿点），即表示光合作用强度与细胞呼吸强度相同时的光照强度（或CO2浓度）
析线
即找出曲线上升、下降或波动等变化趋势，并找出变化的原因。
如夏天一天中的光合作用曲线，往往会呈现“M”型变化，其“午休”效应出现的原因是缺水导致气孔关闭，使得CO2供应不足
找因
在受多种因素影响时，找出曲线的限制因素。
方法是对纵坐标或横坐标画垂线、或者只看某一条曲线的变化，从而将多因素转变为单一因素，进而确定限制因素
考点3
光合速率与呼吸速率的关系
[2017·全国卷Ⅰ]植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。
已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。
回答下列问题：
（1）将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。
培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是____________________________。
甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率________（填“大于0”“等于0”或“小于0”）。
（2）若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是_________________________________________________________。
[解析]
（1）甲、乙植物在同一密闭小室中适宜条件下照光培养，由于植物进行光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量，因此密闭小室中的CO2浓度降低，植物的光合速率也随之降低；甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，当甲种植物净光合速率为0时，对应的CO2浓度大于乙种植物的CO2补偿点，故乙种植物净光合速率大于0。
（2）在光照条件下植物进行光合作用释放O2，使小室中的O2浓度升高，而有机物分解产生的NADH在有氧呼吸第三阶段中需与O2结合而形成水，所以O2增多时，有氧呼吸会增加。
[答案]
（1）植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低 大于0
（2）甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加
题型一 光合速率和呼吸速率的数量关系题
1．将生理状况相同的某种绿叶均分成四组，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h（光强相同），测其质量变化，得到如下表的数据。
可以得出的结论是（ ）
组别
一
二
三
四
温度（℃）
27
28
29
30
暗处理后质量变化（mg）
－1
－2
－3
－1
光照后与暗处理前相比质量变化（mg）
＋3.5
＋3
＋3
＋1
A．该植物光合作用的最适温度约是27℃
B．该植物呼吸作用的最适温度约是29℃
C．27～29℃下的净光合速率相等
D．30℃下的真正光合速率为2mg/h
答案 B
解析 绿叶暗处理1h，再光照1h，那么绿叶进行了2h的呼吸作用和1h的光合作用。
结合表中数据可计算出27～30℃的呼吸速率分别为1mg/h、2mg/h、3mg/h、1mg/h，光合作用制造的有机物总量（总光合速率）分别为3.5＋1＋1＝5.5（mg/h）、3＋2＋2＝7（mg/h）、3＋3＋3＝9（mg/h）、1＋1＋1＝3（mg/h），故该植物光合作用和呼吸作用最适温度均约为29℃，A、D错误，B正确；27～29℃净光合速率分别为5.5－1＝4.5（mg/h）、7－2＝5（mg/h）、9－3＝6（mg/h），C错误。
2．[2017·吉林九校二模]图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。
图乙表示水稻CO2吸收速率与光照强度的关系。
下列有关说法正确的是（ ）
A．图甲中，光照强度为b时，光合作用速率等于呼吸作用速率
B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
C．图甲中的c点和图乙中的h点对应
D．图乙中，限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度
答案 B
解析 分析甲图可知，光照强度为a时，O2产生总量为0，只进行细胞呼吸，据此可知，呼吸强度为6，光照强度为b时，CO2释放量和O2产生总量相等，都为3单位，呼吸作用释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，说明此时呼吸作用大于光合作用，A错误；光照强度为d时，O2产生总量为8单位，需要消耗的CO2也为8单位减去自身呼吸产生的CO2的6单位，单位时间内需从外界吸收CO2为2单位，B正确；图甲中的c点和图乙中的f点对应，C错误；图乙中，限制g点光合作用速率的因素不是光照强度，可能是CO2浓度或温度等，D错误。
技法提升
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
呼吸速率
线粒体释放CO2量（m1）；黑暗条件下细胞（植物体）释放CO2量（葡萄糖消耗量）
线粒体吸收O2量（n1）；黑暗条件下细胞（植物体）吸收O2量
净光合速率
细胞（植物体）吸收的CO2量（m2）；植物（叶片）积累葡萄糖量
细胞（植物体）释放的O2量（n2）
真正光合速率
叶绿体利用、固定CO2量m1＋m2；植物（叶绿体）产生葡萄糖量
叶绿体产生、释放O2量n1＋n2
题型二 密闭环境中植物光合速率与呼吸速率的曲线分析题
3．将某种植物栽培于玻璃温室内，下图为用CO2浓度测定仪测定的密闭玻璃温室内一昼夜CO2浓度的变化情况，则下列相关说法不正确的是（ ）
A．图中曲线表示植物积累有机物的区段是bf
B．g点与a点相比，植物体内有机物含量更高
C．de段CO2浓度下降趋于平缓的原因主要是CO2供应不足
D．b、c、d三点的C3含量满足c＞b，c>d
答案 D
解析 分析题图，当测定的二氧化碳浓度下降时，表示光合速率大于呼吸速率，即植物积累有机物，因此图中曲线积累有机物的区段是bf段，A正确；g点CO2浓度低于a点，植物积累有机物，植物体内有机物含量升高，B正确；de段气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，CO2浓度下降趋于平缓，C正确；bc段光照逐渐增强，[H]和ATP增多
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