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第8讲光合作用,突破3实验绿叶中色素的提取和分离,突破1光合作用的过程及影响光合作用的环境因素,突破2光合作用与呼吸作用的关系,总纲目录,一、捕获光能的色素和叶绿体的结构 1.色素的种类和吸收光谱,2.叶绿体 (1)结构示意图,(3)功能:进行光合作用的场所 (4)恩格尔曼的实验:好氧细菌主要分布于叶绿体被光束照射的 部位周围。,(2)结构,二、光合作用原理及应用 1.光合作用的探索历程(连一连,将结果写到答题线上) AbCaEeDcBd,2.光合作用的过程 (1)光反应与暗反应,(2)总反应式:CO2+H2O (CH2O)+O2。,巧学妙记光合作用歌诀 光合作用两反应,光暗交替同进行; 光暗各分两步走,光为暗还供氢能。 色素吸光两用途,解水释氧暗供氢; ADP变ATP,光变不稳化学能。 光完成行暗反应,后还原来先固定; 二氧化碳气孔入,C5结合C3生; C3多步被还原,需酶需能还需氢;,还原产物有机物,能量储存在其中; C5离出再反应,循环往复永不停。,3.影响光合作用的因素和化能合成作用 (1)影响光合作用的因素 (2)光合作用和化能合成作用的比较,1.暗反应中被还原的C3在有关酶的作用下,可再形成C5。( ),2.生长在同一植株上绿色叶片和黄色叶片均含有类胡萝卜素。( ),3.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。( ),4.提取的光合色素能吸收光能,进行光反应。( ),5.光合作用中CO2可直接被H还原,再经过一系列的变化形成糖类。 ( ),6.绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以可用无水乙醇提取绿叶中的色素。( ),7.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,其叶绿体内O2的产生停止。( ),9.黑暗处理后的短暂时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,C3还原后的直接产物含量降低。( ),8.光合作用和呼吸作用中均能产生H,二者还原的物质不同。( ),10.某一光照强度下,检测到新鲜叶片没有与外界进行气体交换,则可判断出此叶片没有进行光合作用。( ),11.CO2通过气孔进入叶肉细胞后,首先与C5结合而被固定,固定产物的还原需要光反应提供H和ATP。( ),12.适宜条件下光合作用过程中C5/C3的值在停止供应CO2后比停止前高。( ),13.光合作用分为光反应和暗反应两个阶段,光反应必须有光才能进行,暗反应必须无光才能进行。( ),突破1光合作用的过程及影响光合作用的环境因素,1.光合作用过程图解,解读如下:,2.光合作用过程中元素转移途径分析 (1)光合作用总反应式及各元素去向 (2)光合作用过程中O元素的转移途径 O18O2 C18O2C3(CO)+O (3)光合作用过程中C元素的转移途径,14CO214C3(14CH2O),3.光照强度和CO2浓度变化对光合作用中物质含量变化影响的分析 (1)光照强度变化,(2)CO2浓度变化,失分警示(1)温度改变对光合作用强度的影响: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浓度对光合作用强度的影响: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,进而影响光合作用强度。,对影响光合作用的外界因素的分析方法,1.影响光合作用的几个单因子,在分析以上单因子对光合作用的影响时,不仅要关注曲线的走势,还要注意几个关键点,尤其是补偿点和饱和点,以及饱和点前、点后的主要限制因子。一般来说,饱和点前的限制因子就是横坐标表示的因子,饱和点后的限制因子主要是横坐标表示的以外的因子。,2.温度、光照强度、CO2浓度综合因素对光合速率的影响 关键点含义:P点前,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,光合速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因子,不再是影响光合速率的因素,要想提高光合速率,可采取适当改变其他因子的措施。,归纳提升影响光合作用多因子变量的分析方法 (1)将多因子变量转化为多个单因子变量,如上图可以分解为光照强度影响光合作用,温度或CO2浓度影响光合作用。 (2)各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用,而是综合作用。但各种因子的作用并不是同等重要的,其中起主要作用的因子为关键因子,因此在分析相关问题时,应抓关键因子。,考向1考查光合作用的物质转化和能量转化 1.在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是() A.红光,ATP下降B.红光,未被还原的C3上升 C.绿光,H下降 D.绿光,C5上升,C,答案C植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光,对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的红光照射后,光反应速率加快,产物H和ATP上升,进而C3的还原过程加快,未被还原的C3下降,A、B项错误;而改用光照强度与白光相同的绿光照射后,光反应速率减慢,产物H和ATP下降,进而C3的还原过程减慢,C5下降,C项正确、D项错误。,2.下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是() A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能 B.CO2可直接被H还原,再经过一系列的变化形成糖类 C.被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5 D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高,C,答案C由图解可知,光反应产生的ATP和H参与C3的还原,而不 参与CO2的固定,A项、B项错误;被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O),另一部分又形成了C5,C项正确;光照强度变弱时,光反应产生的ATP和H减少,故短时间内C5含量会降低,D项错误。,考向2以图或表的形式考查影响光合作用的因素 3.某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是(),A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型 B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型 C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度 D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度,答案D本题考查影响光合作用的因素及光反应与暗反应的特点。光合作用的光反应与暗反应相互制约,相互影响。从图示可以看出,在曲线图P点以前,野生型水稻光合速率大于突变型,而P点后野生型水稻光合速率小于突变型,说明在P点前,野生型水稻光反应速率较高,P点后,突变型水稻暗反应速率较高,A、B正确;在P点前和P点后至光饱和点前,突变型水稻光合速率随光照强度增加而增加,即限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,当光照强度大于光饱和点时,限制光合速率的主要因素是CO2浓度,C 正确,D 错误。,4.(2016课标全国)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响,某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组,1组在田间生长作为对照组,另4组在人工气候室中生长作为实验组,并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12:30测定各组叶片的光合速率,各组实验处理及结果如表所示:,回答下列问题: (1)根据本实验结果,可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是,其依据是;并可推测,(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。 (2)在实验组中,若适当提高第组的环境温度能提高小麦的光合速率,其原因是。 (3)小麦叶片气孔开放时,CO2进入叶肉细胞的过程(填“需要”或“不需要”)载体蛋白,(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。,答案(1)湿度(或答相对湿度)在相同温度条件下,相对湿度改变时光合速率变化较大增加 (2)四该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 (3)不需要不需要 解析本题主要考查影响光合速率的因素及CO2进入叶肉细胞的方式。(1)分析对照组、实验组一和实验组二可知,高温条件下(温度均为36 ),适当增加相对湿度时,叶片光合速率的增加量相对较大,而分析实验组二、三、四可知,在相对湿度较高的条件下(相对湿度均为52%),适当降低温度时,叶片光合速率的增加量较小,甚至降低。所以,中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是相对湿度;并由增加相对湿度,叶片的光合速率增大可推知,增加麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作,用“午休”的程度。(2)对比实验组三和实验组四可知:因温度降低,叶片的光合速率下降,所以适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式为自由扩散,既不需要载体蛋白,也不需要消耗ATP。,突破2光合作用与呼吸作用的关系,1.光合作用和细胞呼吸的区别,2.光合作用和细胞呼吸的联系 (1)过程联系 (2)物质联系 C元素:CO2(CH2O)丙酮酸CO2 O元素:H2OO2H2O H元素:H2OH(CH2O)H H2O,(3)能量联系 失分警示对于光合作用与细胞呼吸的两个认识误区 (1)误以为白天植物只进行光合作用。细胞呼吸无论是在有光还是无光条件下,都会一直进行,即使在进行光合作用时,细胞呼吸也没有停止。 (2)误以为光合作用与细胞呼吸是两个独立的过程。光合作用积累的有机物被细胞呼吸利用,储存的能量通过细胞呼吸释放出来,细胞呼吸产 生的CO2等物质可以被光合作用利用。,1.比较记忆光合作用与有氧呼吸过程中H和ATP的来源和去路,2.光合速率与呼吸速率的比较分析及相关表示方法 (1)光合速率与呼吸速率的关系: 绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用,测得的数值为呼吸速率(A点)。,绿色组织在有光条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数值为净光合速率。 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。 (2)各点(段)的光合作用和呼吸作用分析 A点 AB段(不含A、B点),B点 B点后 (3)当外界条件变化时,CO2(光)补偿点移动规律 若呼吸速率增加,CO2(光)补偿点应右移,反之应左移。 若呼吸速率基本不变,条件的改变使光合速率下降,CO2(光)补偿点应右移,反之应左移。,考向1考查光合作用与细胞呼吸的物质和能量的关系,1.叶肉细胞内的下列生理过程,一定在生物膜上进行的是() A.O2的产生B.H2O的生成 C.H的消耗D.ATP的合成,A,答案A叶肉细胞内O2是在光合作用的光反应阶段产生的,光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,A项正确;在核糖体上氨基酸经脱水缩合形成肽链的过程中能产生H2O,核糖体为无膜细胞器,B项错误;光合作用中H的消耗发生在叶绿体基质中,没有在生物膜上,C项错误;叶肉细胞有氧呼吸的第一、二、三阶段均能合成ATP,第一、二阶段分别在细胞质基质和线粒体基质中进行,第三阶段在线粒体内膜上进行,D项错误。,2.(2017北京海淀期末)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() A.过程只在线粒体中进行,过程只在叶绿体中进行 B.过程产生的能量全部储存在ATP中 C.过程产生的(CH2O)中的氧全部来自H2O D.过程和中均能产生H,二者还原的物质不同,D,答案D分析示意图,过程应为有氧呼吸,它发生的场所是细胞质基质和线粒体,过程应为光合作用或化能合成作用,它发生的场所是真核细胞的叶绿体、原核细胞的细胞质或进行化能合成作用的生物细胞中;过程产生的能量一部分储存在ATP中,还有一部分以热能的形式散失;过程产生的(CH2O)中的氧全部来自CO2;有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都能产生H,光合作用的光反应阶段也能产生H,但过程产生的H用于还原O2,过程产生的H用于还原C3。,考向2借助图或表考查影响光合作用和细胞呼吸的因素 3.(2017北京理综)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此,对该植物生理特性理解错误的是(),A.呼吸作用的最适温度比光合作用的高 B.净光合作用的最适温度约为25 C.在025 范围内,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大 D.适合该植物生长的温度范围是1050 ,答案D本题主要考查影响光合作用和呼吸作用的环境因素以及识图能力。由图可知,该植物呼吸作用的最适温度约为55 ,而光合作用的最适温度约为30 ,呼吸作用的最适温度比光合作用的最适温度高,A正确;由图可知,净光合作用的最适温度约为25 ,B正确;观察题图中曲线可知,在025 范围内,总光合速率上升快于呼吸速率,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大,C正确;净光合速率大于零时,植物才能生长,温度为50 时,净光合速率为负值,植物不能生长,D错误。,4.(2016课标全国)BTB是一种酸碱指示剂。BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用,进行了如下实验:用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液,并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色,之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7支试管中。其中6支加入生长状况一致的等量水草,另一支不加水草,密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见表。,*遮光是指用黑纸将试管包裹起来,并放在距日光灯100 cm的地方。 若不考虑其他生物因素对实验结果的影响,回答下列问题: (1)本实验中,50 min后1号试管的溶液是浅绿色,则说明2至7号试管的实验结果是由引起的;若1号试管的溶液是蓝色,则说明2至7号试管的实验结果是(填“可靠的”或“不可靠的”)。 (2)表中X代表的颜色应为(填“浅绿色”、“黄色”或“蓝色”),判断依据是。 (3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化,说明在此条件下水草。,答案(1)不同光强下水草的光合作用和呼吸作用不可靠的 (2)黄色水草不进行光合作用,只进行呼吸作用,溶液中CO2浓度高于3号管 (3)光合作用强度等于呼吸作用强度,吸收与释放的CO2量相等 解析本题考查光照强度对光合速率的影响,用BTB(溴麝香草酚蓝)指示CO2浓度。(1)题中距日光灯的距离表示光照的强弱。1号试管没有水草,为空白对照组;2号试管遮光,其内水草不能进行光合作用,但能进行呼吸作用;37号试管内的水草在不同强度的光照条件下,光合作用强度与呼吸作用强度的差值大小引起各试管颜色的变化。若1号试管的溶液是蓝色,说明光照能导致CO2减少,那么,2至7号试管颜色的变化并不全是光合作用和呼吸作用所致,实验结果并不可靠。(2)2号试管在遮,光条件下,水草不能进行光合作用,但能进行呼吸作用,50 min后试管内CO2较多,溶液颜色应为黄色。判断的依据是2号试管与3号试管只有一个自变量(是否遮光),2号试管比3号试管CO2多,所以溶液颜色为黄色。(3)5号试管溶液颜色在照光前后没有变化,说明CO2浓度不变,因此推测水草光合作用吸收CO2的量等于呼吸作用释放CO2的量。,考向3考查光合作用和细胞呼吸的计算题 5.(2017江苏盐城期中)下表是采用黑白瓶(不透光瓶可透光瓶)测定夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(),考向3考查光合作用和细胞呼吸的计算题 5.(2017江苏盐城期中)下表是采用黑白瓶(不透光瓶可透光瓶)测定夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(),A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气为3 g/m3 B.水深2 m处黑瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原 C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体 D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用,C,答案C白瓶透光,瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用,黑瓶不透光,瓶内水生植物只能进行呼吸作用。在水深1 m处,白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为3+1.5=4.5 (g/m3),A错误;水深2 m处黑瓶中水生植物不能进行光合作用,也就不能进行水的光解和C3的还原,B错误;水深3 m处白瓶中水生植物光合作用产生的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量相等,即植物进行光合作用和呼吸作用,因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体,C正确;在水深4 m处白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为-1-(-1.5)=0.5 (g/m3),能进行光合作用,D错误。,6.(2015北京理综)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光暗转换条件下CO2吸收量的变化,每2 s记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。 (1)在开始检测后的200 s内,拟南芥叶肉细胞利用光能分解,同化CO2。而在实验的整个过程中,叶片可通过将储藏在有机物中稳定的化学能转化为和热能。 (2)图中显示,拟南芥叶片在照光条件下CO2吸收量在molm-2s,-1范围内,在300 s时CO2达到2.2 molm-2s-1。由此得出,叶片的总(真正)光合速率大约是mol CO2m-2s-1。(本小题所填数值保留至小数点后一位) (3)从图中还可看出,在转入黑暗条件下100 s以后,叶片的CO2释放,并达到一个相对稳定的水平,这提示在光下叶片可能存在一个与在黑暗中不同的呼吸过程。 (4)为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自于叶绿体中的五碳化合物,可利用技术进行研究。,答案(1)水细胞呼吸ATP中的化学能 (2)0.20.6释放量2.42.8 (3)逐渐减少 (4)14C同位素示踪 解析(1)有光条件下,叶肉细胞既进行光合作用,又进行呼吸作用。光合 作用过程分解H2O,同化CO2。呼吸作用过程则将储藏在有机物中稳定的 化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。(2)分析题图,拟南芥叶片在 照光条件下,CO2吸收量在0.20.6 molm-2s-1范围内,此值为净光合速率。在300 s时CO2的释放量达到2.2 molm-2s-1,该值为呼吸速率,则得出叶片的总(真正)光合速率约为2.2+(0.20.6)=2.42.8(molCO2m-2s-1)。(3)由图知,转入黑暗条件下100 s后,叶片CO2释放量逐渐减少,随后达到一个相对稳定水平。(4)为追踪CO 2中C元素的来源,可利用同位素标记法进行研究。,突破3实验绿叶中色素的提取和分离,1.,2.实验步骤,3.实验结果,绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析 (1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析 未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。 使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少。 一次加入大量的无水乙醇,提取浓度太低(正确做法: 分次加入少量无水乙醇提取色素)。 未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏。 (2)滤纸条色素带重叠 没有做到滤液细线直、细匀。,(3)滤纸条看不到色素带 忘记画滤液细线。 滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。 (4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。,考向1以基础判断或实验分析的形式,考查实验选材及试剂的作用及实验操作,1.下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是() A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素 B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素 C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好 D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失,B,答案B应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10 mL提取液而一次性加入10 mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失, D项错误。,2.关于叶绿素提取的叙述,错误的是() A.菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料 B.加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏 C.用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素 D.研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分,C,答案C菠菜绿叶中含大量的叶绿素且易于研磨,是提取叶绿素的良好材料,A正确;研磨时,加入少许碳酸钙可以中和液泡破坏后释放的酸性物质,防止研磨中色素被破坏,B正确;加入石英砂可使叶片研磨得更充分,D正确;叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素,四种色素均溶于乙醇,C错误。,考向2以图示分析的形式,考查实验结果分析及实验误差 3.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(、为色素条带)。下列叙述正确的是(多选)( ) A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低 B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照 C.色素、吸收光谱的吸收峰波长不同 D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次,ABC,答案ABC分析正常光照和强光照下的不同色素带宽度可以发现,强光导致了叶绿素含量降低、类胡萝卜素含量升高,这可能与类胡萝卜素可以抵御强光照有关,A、B正确;叶绿素a的吸收波长更广一些,C正确;为增加色素带的色素含量,画滤液细线时,滤液应在点样线上重复画几次,D错误。,4.某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时,由于各组操作不同,出现了以下四种不同的层析结果。下列分析不合理的是(),A.甲可能误用蒸馏水做提取液和层析液 B.乙可能是因为研磨时未加入 SiO2 C.丙是正确操作得到的理想结果 D.丁可能是因为研磨时未加入 CaCO3,答案C叶绿体中色素能溶解在有机溶剂中,几乎不溶于蒸馏水,A正确;SiO2可使研磨充分,未加入SiO2,导致研磨不充分,获得的色素少,B正确;正常情况下,在滤纸条上距离点样处近的叶绿素含量比类胡萝卜素多,C错误;CaCO3可防止叶绿素被破坏,未加入 CaCO3可导致提取到的叶绿素减少,D正确。,核心构建,
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