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1、第1讲 酶和ATP非常学案第1讲 酶和ATP【基础自主梳理】一、酶在细胞代谢中的作用1.细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，是细胞生命活动的基础。2.酶的作用：通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，可以说明酶在细胞代谢中具有催化作用，同时证明，与无机催化剂相比，酶具有高效性的特性。3.酶的作用机理(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)催化剂的作用：提高反应速率，促进化学反应的进行。(3)作用机理：降低化学反应的活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。思考感悟酶在化学反应中，能不能增加生成物的量? 提示：不能。酶只是降低活化能，加

2、快反应速度，缩短达到平衡的时间，但不会使生成物的量增加。二、酶的本质1.酶本质的探索过程（1）巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。（2）争论巴斯德(法国)1857年提出：只有酵母细胞参与才能进行发酵李比希(德国)认为：酵母细胞死亡裂解后释放出某些物质，引起发酵（3）毕希纳(德国)：获得不含酵母细胞的提取液，但未能分离鉴定出酶。（4）萨姆纳(美国)：1926年用丙酮提取出了刀豆种子中的脲酶，并证明了脲酶是蛋白质。（5）切赫和奥特曼(美国)：20世纪80年代，发现少数RNA也具有催化功能。2.酶的本质：酶是活细胞产生的具有催化功能的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。思考感悟

3、酶的组成成分中可能含有哪一种糖?该糖主要存在于细胞核中，还是细胞质中?提示：核糖。主要存在于细胞质中。三、酶的特性1.高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的l071013倍。2.专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。3.酶的作用条件较温和：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的，过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；而在低温下，酶的活性明显降低，但不会失活。思考感悟胃蛋白酶在肠道内还会有作用吗? 提示：不会。人体内胃蛋白酶的最适pH在2.0左右，但它流入肠道后会自动丧失其功能，因为肠内的pH为碱性。四、ATP的结构和功能1.结构： ATP是三磷酸腺苷的

4、英文名称缩写，其结构简式是A-PPP，一个ATP分子中含有一个腺苷，三个磷酸基团，两个高能磷酸键，ATP分子中大量的化学能储存在高能磷酸键中。2.功能：ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，直接给细胞生命活动提供能量。五、ATP与ADP的相互转化1.ATP水解：在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离腺苷(A)的高能磷酸键很容易水解，并释放能量。2.ATP形成：在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的磷酸(Pi)结合，重新形成ATP。3.ATP形成的能量来源(1)对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自于细胞呼吸，对于绿色植物来说，则来自于细胞呼吸和光合作用。(2)细胞内ATP

5、与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。思考感悟：ATP与ADP相互转化的反应是可逆反应吗?为什么?提示：不是可逆反应。可逆反应是指正逆反应都能在同一条件下进行。而ATP和ADP的相互转化反应进行的反应条件、场所、能量来源和用途不同。六、ATP的利用1. ATP可用于细胞的主动运输、生物发电和发光、肌肉收缩、大脑思考等。2.细胞内的吸能反应总是与ATP水解的反应相联系，放能反应总是与ATP的合成相联系。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。 思考感悟ATP分子中去掉两个磷酸基团后形成的物质是什么?是组成哪种化合物的基

6、本单位之一?提示：腺嘌呤核糖核苷酸 RNA【要点归纳探究】要点一、酶的本质及实验验证1.酶的本质及作用酶是活细胞产生的具有催化功能的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。在细胞代谢中具有催化作用，具体见下表：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) 来源 一般来说，活细胞都能产生酶生理功能 生物催化作用作用原理 降低化学反应的活化能特别提醒酶仅能改变反应的速度，并不能改变化学反应的平衡点，且性质在化学反应前后不变。几是活细胞都能够产生酶，这是细胞代谢所必须的。二、酶的催化作用和高效性的验证实验分析1.实验原理(1)2H2O22

7、H2O+O2(2)比较H2O2在常温、高温、过氧化氢酶、Fe3+等不同条件下气泡产生多少或卫生香燃烧剧烈程度，了解过氧化氢酶的作用和意义。2.验证实验设计及现象分析：3.实验过程的变量及对照分析自变量因变量无关变量对照组实验组2号：90水浴加热3号：加入3.5FeCl3溶液2滴4号：加入20肝脏研磨液2滴H2O2分解速度用产生气泡的数目多少表示加入H2O2的量；实验室的温度；FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度l号 试管2、3、4号试管4.实验结论 (1)酶具有催化作用，同无机催化剂一样都可加快化学反应速率。 (2)酶具有高效性，与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。酶的催化效率大约是无机催化剂的l

8、071013倍。5.表示酶高效性的曲线(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。(3)酶只能催化已存在的化学反应。 特别提醒实验的注意事项: 点燃卫生香的时间一般为实验(加入试剂)后的23min，这一时间要因气温和试剂的新鲜程度而定，不可千篇一律。 本实验成功的关键是实验用的肝脏要新鲜，肝脏必须进行研磨，使过氧化氢酶释放出来。 H2O2有腐蚀性，不要使其接触皮肤。 卫生香不要插到气泡中，以免卫生香因潮湿而熄灭。 自主探究1对盛有过氧化氢的试管加热和加入催化剂，都能够促进其分解，下列相关的叙述正确的是 ( )

9、A.二者的基本原理是不同的 B.前者是使过氧化氢分子的能量提高，而后者不影响过氧化氢分子的能量C.二者都可以降低过氧化氢分子的活化能 D.酶和Fe3+的作用原理是不同的答案与解析A。加热主要是使过氧化氢分子的能量提高，达到活化能，使反应进行；催化剂是降低过氧化氢分子的活化能，使分子原来具有的能量达到活化能，从而能够发生反应，二者的基本原理是不同的；酶和Fe3+都是催化剂.它们的作用原理是相同的，只是效率不同。三、酶的专一性的验证实验分析1.实验原理林试剂砖红色Cu2O(2)用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定。根据是否有砖红色沉淀来判定淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性

10、。2.实验程序序号 项目 试管 1 2 1 注入可溶性淀粉 2 mL 无 2 注入蔗糖溶液 无 2 mL 3 注入新鲜淀粉酶溶液2 mL振荡 2 mL振荡 4 50温水保温 3 min 5 min 5 加斐林试剂1 mL振荡 1 mL振荡 6将试管下部放入60热水中 2 min 2 min 7 观察实验结果有砖红色沉淀无砖红色沉淀结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解3.表示酶专一性的曲线(1)在A反应物中加入酶A，反应速率较未加酶时明显加快，说明酶A催化底物A参加反应。(2)在A反应物中加入酶B，反应速率和未加酶时相同，说明酶B不催化底物A参加反应。特别提醒证明酶的专一性实验中，既可

11、以用不同的底物作自变量，也可以用不同的酶作自变量(底物相同)。即：实验所用淀粉酶的来源不同，则所需控制的温度也不同，若来源于植物，其最适温度为4050；若来自人体，则景适温度为37左右。四、“影响酶活性的条件”的探究分析1.温度对酶活性的影响(1)原理解读温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解。滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。(2)实验设计思路(3)实验设计程序(4)实验的变量分析自变量因变量无关变量 温度淀粉分解量的多少(用是否出现蓝色及蓝色深浅表示)淀粉和淀粉酶的量、溶液的pH、反应时间等特别提醒 本实验不宜选用斐林试剂，因为斐林试剂与还原糖只有在加热的条件下才有砖红色

12、沉淀生成，而该实验需严格控制不同的温度。本实验不宜选用过氧化氢酶催化H2O2分解，因为过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解也会加快。2.pH对酶活性的影响(1)原理解读 H2O2H2O+02。 pH影响酶的活性，从而影响氧气的生成量，可用点燃但无火焰的卫生香燃烧的情况来检验氧气生成量的多少。(2)实验设计程序 取n支试管分别加入等量的质量分数为3的过氧化氢溶液用盐酸或NaOH溶液调整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)分别滴加等量的同种新鲜的质量分数为20的肝脏研磨液用点燃但无火焰的卫生香来检验氧气的生成情况。3.影响酶活性的曲线(1)在一

13、定温度范围内，随温度的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围酶催化作用将减弱。(2)在最适pH时，酶的催化作用最强，高于或低于最适pH，酶的催化作用都将减弱。(3)过酸、过碱、高温都会使酶失活，而低温只是抑制酶的活性，酶分子结构未被破坏，温度升高可恢复活性。(4)反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度。特别提醒底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响(1)在其他条件适宜、酶量一定的条件下.酶促反应速率随底物浓度增加而加快，但当底物达到一定浓度后.受酶数量和酶活性限制，酶促反应速率不再增加。(2)在底物充足，其他条件适宜的条件下，酶促反应速率与酶浓度成正比。自主探究2酶的催化能力与温度有关。下列曲线中最

14、可能是酶催化反应的图像是 ( )答案与解析 B 酶的化学本质是蛋白质，温度、酸碱度等因素都会对酶的空间结构和化学结构产生影响，甚至是破坏性的影响。在一定温度范围内，酶的催化活性会随温度的升高而增强，某一温度是酶的最适温度时，酶的催化活性最强。当温度超过最适温度以后，随着温度的升高，酶的催化活性将逐渐下降特别提醒本实验中也可将过氧化氢酶和H2O2分别调至同一pH，再混合，以保证反应一开始便达到预设pH。本实验不宜选用淀粉酶催化淀粉分解，因为淀粉酶催化的底物淀粉在酸性条件下也会发生水解反应。五、ATP的形成途径及与ADP的相互转化1.ATP的形成途径2.ATP与ADP的相互转化 由上表可看出.AT

15、P和ADP的相互转化过程中，反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。但物质是可循环利用的。特别提醒高等植物不同部位的细胞基本结构，分析其产生ATP过程的差异。1.含有叶绿体的细胞可通过光合作用、细胞呼吸产生ATP。但是，在无光的条件下，只能通过细胞呼吸产生ATP。2.不含叶绿体的细胞通过细胞呼吸产生ATP。在氧气充足时通过有氧呼吸；在氧气相对不足时，有氧呼吸和无氧呼吸同时进行；在无氧时，暂时通过无氧呼吸产生ATP，长时间无氧呼吸，将产生大量的酒精或乳酸，使细胞中毒死亡。【精典考题例析】类型一酶的本质【例】（2008广东6）关于蛋

16、白酶的叙述，不正确的A.蛋白酶是蛋白质 B.蛋白酶可以作为药品治疗某些疾病C.蛋白酶可以水解所有的肽键 D.利用酶工程可以提高蛋白酶的稳定性【思路解析】酶是活细胞产生的，具有催化作用的有机物，绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA。蛋白酶可以水解特定的肽键，将蛋白质水解为多肽，并不是可以水解所有的肽键；利用酶工程可以提高蛋白酶的稳定性，固定化酶比液体的稳定性高【答案】C拓展链接酶化学本质的实验验证：酶的化学本质还可利用酶的专一性原理进行证明，其方法是将某一待测酶分别用蛋白酶和核糖核酸酶进行处理，然后观察该待测酶是否还具有催化作用。(1)证明某种酶是蛋白质：实验组：待测酶液+双缩脲试剂是否出现紫色反

17、应。对照组：已知蛋白液+双缩脲试剂出现紫色反应。(2)证明某种酶是RNA：实验组：待测酶液+吡罗红染液是否呈现红色。对照组：已知RNA溶液+吡罗红染液出现红色。类型二酶的特性【例2】（2008上海13）半乳糖苷酶能催化乳糖生成半乳糖和葡萄糖，但不能催化麦芽糖分解为葡萄糖。这表明半乳糖苷酶的催化作用具有A.高效性 B.专一性 C.稳定性 D.多样性【思路解析】酶是具有催化作用的有机物，具有高效性、专一性，并受温度和PH的影响。一种酶只能催化一种或一类化学反应是酶的专一性的概念。【答案】B拓展链接具有专一性的物质小结酶 a.每一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应，酶的专一性保证细胞代谢有

18、条不紊地进行。 b.限制性核酸内切酶 一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且只能在特定的切点上切割 DNA分子。载体 物质以主动运输方式通过细胞膜时需要载体，不同物质通过细胞膜时的载体不同，载体的专一性是细胞膜选择透过性的基础。激素 激素具有选择性地作用于器官、腺体和细胞的特异性。激素特异性的原因在于它的靶细胞的细胞膜或胞浆内存在着能够与该激素发生特异性结合的受体。tRNA tRNA的种类很多，但是，每种tRNA只能识别并转运一种氨基酸，其原因在于tRNA上具有反密码子，翻译时能够与mRNA上的密码子配对。抗原(抗体) 一种抗原只能与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合。同样，

19、一种抗体也只能与相应抗原发生特异性结合。类型二ATP的合成与作用【例3】（2008天津6）下列有关ATP的叙述，正确的是人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等 若细胞内Na浓度偏高，为维持Na浓度的稳定，细胞消耗ATP的量增加 人在寒冷时，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，细胞产生ATP的量增加 人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡A、B、C、D、【思路解析】人长时间剧烈运动时，骨骼肌相对缺氧,进行无氧呼吸,安静时进行有氧呼吸,无氧呼吸与有氧呼吸每摩尔葡萄糖生成ATP的量不同。Na运出细胞是主动运输，主动运输需要消耗能量，因而维持Na浓度的稳定，细

20、胞消耗ATP的量增加。肾上腺素和甲状腺激素能加强物质的氧化分解，因而细胞产生ATP的量增加。人在饥饿时，肝糖元转化为血糖，血糖氧化分解释放能量，使ATP与ADP的含量达到动态平衡。【答案】B【速效提升训练】一、选择题1.（2008广东，4）关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是 （ ）A.无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源 B.有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATPC.线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧 D.细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体B 无氧条件下，光合作用不是细胞ATP的唯一来源，还有无氧呼吸；线粒体和叶绿体合成ATP依赖氧、叶绿体合成ATP不

21、依赖氧；.细胞质中消耗的ATP来源于细胞质基质、线粒体和叶绿体。2下列图表是有关某种酶的实验处理方法及实验结果，相关叙述正确的是 某酶 试管I 2 mL 试管2 mL 试管2 mL pH 8 8 7 温度 60 40 40反应物 2 mL 2 mL 2 mLA甲物质可能抑制该酶的活性 B该酶比较适合在40的环境下起作用 C该酶在中性环境下的催化效率比碱件环境高 D该酶在作用35 min后便失去活性B曲线图中纵坐标是反应物的含量，由曲线的变化可知甲物质促进了该酶的活性；60时该酶失活，因此对甲物质没有反应。从曲线和的变化来看，该酶在40、pH=8时活性最高。40的环境中，酶在作用35 min后并

22、没有失去活性，只是试管中反应物已消耗完。3.一些遗传失调疾病，诸如苯丙酮尿症(PKU)，常被描绘成严重的人类遗传病。这种病是由于不能合成何种物质导致的 ( ) A.酶 B.激素 C.维生素 D.碳水化合物3. A 新陈代谢是生物体内复杂的生物化学反应的总称。体细胞内的生化反应大都需要酶的催化，而酶的催化作用又具有专一性的特点。4.下列关于酶本质的研究，按研究时间的先后顺序，排列正确的是 ( ) 证明了脲酶是一种蛋白质 酒精发酵需要活细胞的参与 发现少数RNA也具有生物催化功能 人们认识到酿酒就是让糖类通过发酵变成酒精和二氧化碳 用不含酵母菌的酵母提取液进行发酵获得成功，证明生物体内的催化反应也

23、可在体外进行 A. B. C. D.4.A 关于酶的探索过程首先是对酿酒中的化学反应开始的，依次经过巴斯德、李比希、毕希纳和萨姆纳等科学家，最终认识到生物体内的化学反应由酶起催化作用，且酶是蛋白质；后来切赫和奥特曼发现少数RNA也具催化作用。5.如图表示酶的有关实验：取甲、乙两支洁净的试管分别注入3 mL淀粉糊。然后在甲试管中注入2 mL新鲜的小麦淀粉酶滤液，在乙试管中注入2 mL清水，振荡这两支试管。下列说法正确的是 ( ) A往两支试管中分别滴入1滴碘液，在35水浴中保温5 min，乙试管变蓝 B两支试管内各物质的量要求相同，是为了排除物质用量的不同对实验结果的影响 C.35是小麦淀粉酶起

24、催化作用的最适温度 D.若用该装置来验证酶的专一性，可以用斐林试剂检验颜色变化5.B A的操作顺序应该是在35水浴中保温一段时间以后，同时取出这两支试管.分别滴入1滴碘液，乙试管变蓝；由该实验不能得到小麦淀粉酶的最适温度；该装置不能用来验证酶的专一性(缺乏条件对照)。6.在验证酶的专一性实验中，下列操作不符合要求的是 ( ) A.隔水煮沸用的开水，可提前煮至沸腾状态备用 B.实验用的斐林试剂，需提前配制并充分混合均匀 C.用作对比实验的蔗糖溶液，应现配现用 D.实验前最好用斐林试剂检验一下蔗糖和淀粉的纯度6. B 蔗糖是非还原糖，如果其中混有少量的葡萄糖或果糖，或蔗糖放置久了受细菌作用部分分解

25、成单糖，则与斐林试剂共热时生成砖红色沉淀，使人产生错觉。为了确保实验的成功，实验之前应先检查一下蔗糖的纯度。7.种子萌发时，储藏物质发生水解作用过程中，活性最高的酶应该是 ( ) 脂肪酶 淀粉酶 蛋白酶 转氨酶 过氧化氢酶 蔗糖酶A. B. C. D.7. A 植物种子的蛋白质、脂肪、淀粉必须转化成溶于水的小分子物质才能被植物细胞利用，在转化过程中，起作用的是各种不同的酶，所以种子萌发过程中，使蛋白质、脂肪、淀粉水解的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性最高。8.某同学通过实验发现，同样条件下-淀粉酶在35时催化效率不如唾液淀粉酶高。该同学想就这一问题做进一步探究实验，下列哪一项探究课题最合理 ( )

26、A.温度对-淀粉酶活性的影响 B.pH对-淀粉酶活性的影响 C.淀粉对-淀粉酶活性的影响 D.-淀粉酶的浓度对催化效率的影响8.A 造成同样条件下-淀粉酶在35时催化效率不如唾液淀粉酶高的原因，不是pH、反应底物淀粉、-淀粉酶的浓度等因素。而是温度，故可设置一系列温度梯度来探究温度对-淀粉酶活性的影响。9.下列有关酶的叙述中正确的是 ( )A.酶的成分可以是蛋白质、脂质或核酸 B.将加酶洗衣粉溶于沸水中去污效果会更好C.有酶参与的反应能释放出更多的能量 D.淀粉酶水解后的产物是氨基酸9.D 淀粉酶的化学本质是蛋白质，该酶水解后的产物是氨基酸；酶的化学本质是蛋白质或RNA，不可能是脂质；酶发挥催

27、化作用需要适宜的温度，温度过高，酶将变性失活；酶促反应不一定都是放能反应,有的可能要消耗能量。10.下列生命现象中不伴有ATP消耗的是（ ）A.神经冲动的传导 B.含羞草受到刺激小叶合拢C.葡萄糖在小肠中被吸收 D.根尖生长点细胞有丝分裂10.B A、C、D三项是典型消耗ATP的生理过程。含羞草复叶下垂，是由复叶基部叶枕中的细胞紧张度的变化引起的。这一过程不消耗ATP。二、非选择题11. 用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两支小玻璃管中，各加入少量的水，使之混合，可见到玻璃管中发出淡黄色荧光，约过15 min荧光消失，如下图。这时，再将ATP溶液加入其中一支玻

28、璃管中，将葡萄糖溶液加入另一支玻璃管中，发现加ATP溶液的玻璃管中发出荧光，而加葡萄糖溶液的玻璃管中不发荧光。(1)向A、B两管中加水后两管均发荧光，这说明水对生物正常的生命活动有何重要意义?这也说明了发光器研磨成的粉末中含有哪种物质?_。(2)上述对照实验说明： 萤火虫发光是将_能转变成_能的过程。 这一过程所需的能量由_提供。 _不是生命活动的直接能源物质。(3)若向刚切下的萤火虫的发光器上滴加葡萄糖溶液，你认为会发荧光吗?为什么?_。11.解析：发光器粉末溶于水后发出荧光，说明粉末中含有少量的ATP。这是因为粉末中的ATP发生了水解反应：(用于发出荧光)，这也说明生物体内的化学反应都是在

29、水中进行的。上述对照实验说明：萤火虫发光的本质是将ATP中的化学能转变成光能的过程，这一过程由ATP提供能量，ATP是直接能源物质，而葡萄糖不是直接能源物质。 刚刚切下的萤火虫的发光器细胞仍然具有生物活性，吸收葡萄糖后被氧化分解，释放能量合成ATP供发光之用.但随着细胞死亡而失去发光能力。答案：(1)生物体内许多重要的生物化学反应均要在水中才能进行。粉末中含有少量的ATP。(2)化学 光 ATP 葡萄糖 (3)会发荧光。因为葡萄糖进入组成发光器的细胞中后，可被氧化分解，使细胞中生成ATP供发光用。12.探究分析 将某种玉米子粒浸种发芽后研磨匀浆、过滤，得到提取液。取6支试管分别加入等量的淀粉溶液后，分为3组并分别调整到不同温度，如图所示。然后在每支试管中加入少许等量的玉米子粒提取液，保持各组温度30分钟后继续进行实验(提取液中还原性物质忽略不计)：(1)若向A、C、E三支试管中分别加入适量的班氏试剂或斐林试剂，沸水浴一段时间，观察该三支试管，其中液体颜色呈砖红色的试管是_；砖红色较深的试管是_，颜色较深的原因是_；不变色的试管是_，不变色的原因是_。(2)若向B、D、F三支试管中分别加入等量的碘液，观察三支试管，发现液体的颜色都是蓝色，产生该颜色的原因是_。(3)以上实验的三种处理温度不