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第10讲 光合作用,考情分析备考导航,知识梳理 自主学习 夯实基础,1.叶绿体中色素的种类和功能,考点一 捕获光能的色素和叶绿体的结构,叶绿素a,黄绿色,红光和蓝紫光,胡萝卜素,叶黄素,蓝紫光,2.叶绿体的结构和功能 (1)结构模式图,双层膜,暗反应,类囊体,色素,与光反应有关的酶,光合作用,叶绿体,【深挖教材】 (1)为什么高等植物的叶片一般呈现绿色?说出你的理由。 提示:因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光,绿光被反射出来,所以叶片一般呈现绿色。 (2)入秋后,叶片逐渐变黄,试解释其原因。 提示:入秋后,气温逐渐降低,低温可导致叶绿素被破坏,而类胡萝卜素比较稳定,叶片中叶绿素含量减少,类胡萝卜素含量增加,导致叶片变黄。,重点透析 剖析考点 拓展深化,1.影响叶绿素合成的因素分析 (1)光照:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。 (2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。低温时,叶绿素分子易被破坏,而使叶片变黄。 (3)必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。另外,Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe也将导致叶绿素合成受阻,叶片变黄。 2.不同色素对光的吸收及应用分析 (1)不同色素对光的吸收 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。 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,对其他波段的光并非不吸收,只是吸收量较少。 (2)不同色素对光吸收的应用 无色透明大棚能透过日光中各种色光,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。 叶绿素对绿光吸收最少,因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低。 单色光中,蓝紫光下光合速率最高,红光次之,绿光最低。,题组例练 分类例练 提炼方法,题组一,色素的种类、功能及合成的分析,1.(2016全国卷,4)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( ) A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中 B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收 C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用 D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的,解析:叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,因此蓝紫光和红光被叶绿体中的色素吸收用于光合作用。,C,2.(2016陕西咸阳一模)下图表示叶绿体中色素吸收光能 的情况。据图判断,以下说法不正确的是( ) A.由图可知,类胡萝卜素主要吸收400 nm500 nm波长的光 B.用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度 C.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体中C3的量增加 D.土壤中缺乏镁时,植物对420 nm470 nm波长的光的利用量显著减少,解析:由图可知,类胡萝卜素主要吸收400 nm500 nm波长的光;由图可知,叶绿体中色素吸收450 nm波长的光比吸收600 nm波长的光要多,因此用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度;由图可知,由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体中色素吸收的光变多,光反应产生的ATP和H变多,暗反应中C3的还原量增多,则叶绿体中C3的量减少;叶绿素吸收420 nm470 nm波长的光较多,当缺镁时,叶绿素的合成受到影响,则植物对420 nm470 nm波长的光的利用量显著减少。,C,题组二,叶绿体结构与功能的分析,3.图甲是叶绿体结构模式图,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( ) A.图甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大 B.图乙所示的结构来自甲图中的 C.中的叶绿素在液泡中也有 D.ATP的合成场所是,分解场所是,B,解析:图甲是叶绿体,主要通过形成大量的片层结构类囊体膜来增大膜面积;图甲是类囊体薄膜,图乙含有光合色素,光合色素分布在类囊体薄膜上,所以图乙也是类囊体薄膜;中的色素是叶绿素和类胡萝卜素,与光合作用有关,液泡中的色素是花青素,和光合作用没有关系;光反应的场所是类囊体薄膜,产物是ATP和H,产生的ATP用于暗反应,暗反应的场所是叶绿体基质。,4.为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生,某学者设计了以下实验:制作载有水绵和好氧性细菌的临时装片,用极细光束照射水绵,同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析,不正确的是( ) A.光束在照射前,用三棱镜将其分解成单色光 B.临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中 C.好氧性细菌起指示作用 D.水绵的带状叶绿体有利于设置对照条件,A,解析:用极细的光束照射到水绵,不需要用三棱镜将其分解成单色光。,知识梳理 自主学习 夯实基础,1.光合作用的探究历程连线,考点二 光合作用的探究历程及过程,答案:,2.光合作用的过程,叶绿体类囊膜,H+O2,ATP,叶绿体基质,CO2+C5,(CH2O)+C5,ADP+Pi,稳定的化学能,【深挖教材】 (1)普利斯特利的实验结果说服力不够,为增强实验的说服力,应如何设计对照实验? 提示:将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内,作为空白对照。 (2)光反应产生的H与细胞呼吸产生的H是否是同一类物质? 提示:不是。光反应产生的H为NADPH(还原型辅酶),细胞呼吸产生的H为NADH(还原型辅酶)。 (3)叶绿体中C3的分子数量为什么多于C5的分子数量? 提示:暗反应CO2固定时,每消耗1分子C5,产生2分子C3;C3还原时,每还原2分子C3,产生1分子C5,因此当暗反应速率达到稳定时,C3化合物的分子数是C5化合物的2倍。 (4)光反应中光能转化成的活跃化学能只储存在ATP中吗? 提示:不是。H中也含有活跃的化学能。,重点透析 剖析考点 拓展深化,1.光反应与暗反应的区别和联系,2.光合作用过程元素转移途径分析 (1)光合作用总反应式及各元素去向,3.环境条件变化时光合作用过程中物质变化分析,【易错点拨】 (1)(CH2O)表示糖类,不能写成CH2O(甲醛)。 (2)光反应产生的ATP只能用于暗反应,不能用于其他生命活动,其他生命活动所需的ATP只能来自细胞呼吸。 (3)暗反应需要光反应为其提供ATP和H,若没有光照,则光反应无法进行进而暗反应也无法持续进行;同理若暗反应被阻断,光反应也无法正常进行,因此光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段,暗反应是光反应的继续,是物质和能量转化的完成阶段,两者相辅相成。,题组例练 分类例练 提炼方法,题组一,探究光合作用历程的实验分析,1.科学家们通过大量实验,才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物,在下面几个著名实验中,相关叙述正确的是( ) A.普利斯特利的实验证明了植物可以吸收CO2 B.萨克斯的实验证明了叶绿体在光下合成淀粉的同时释放出了O2 C.恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的O2量 D.鲁宾和卡门的实验证明了光合作用产生的O2来自H2O,解析:普利斯特利通过实验证明植物能净化空气,未证明更新何种成分;萨克斯的实验的单一变量为是否光照,因此可证明光是光合作用的必要条件,但没有证明光合作用的场所是叶绿体;恩格尔曼的实验发现光合作用的场所是叶绿体,产物之一是O2,但并没有定量分析生成的O2量;鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水。,D,2.如图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图,下列有关叙述正确的是( ) A.两实验均需进行“黑暗”处理,以消耗细胞中原有淀粉 B.两实验均需要光的照射 C.两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照 D.两实验均可证明光合作用的产物有氧气,B,解析:两实验均需进行“黑暗”处理,但恩格尔曼的实验并非为了消耗细胞中原有淀粉,而是为了用极微细的光束照射;两实验均需要光的照射;两实验中均设置了对照实验,萨克斯的实验中照光部分和遮光部分形成对照;恩格尔曼的实验可证明光合作用的产物有氧气,萨克斯的实验证明光合作用的产物有淀粉。,题组二,光合作用的基本过程分析,3.(2016陕西咸阳一模)下图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程,其中、表示相关过程,A、B表示两种气体,下列说法错误的是( ) A.过程表示光反应,过程的场所是叶绿体基质 B.物质A表示O2,物质B表示CO2 C.过程能将活跃的化学能转变成稳定的化学能 D.过程的两个阶段都需要消耗过程产生的H和ATP,D,解析:过程表示光反应,过程表示暗反应,暗反应的场所是叶绿体基质;据图分析,A表示O2,B表示CO2;过程表示暗反应阶段,能够将光反应产生的ATP和H中的化学能转变成稳定的化学能;过程C3的还原阶段需要消耗过程产生的H和ATP。,解析:由图中物质变化可以确定,图示为光合作用的暗反应阶段,该反应进行的场所是叶绿体基质;在无光条件下,暗反应会因H和ATP的缺乏受到限制;若在最适温度条件下,提高温度会降低酶活性,会使反应减弱;C3生成(CH2O)需在多种酶的催化下,利用ATP提供的能量,通过H的还原进行。,4.如图表示植物光合作用的一个阶段,下列各项叙述正确的是( ) A.该反应的场所是叶绿体的类囊体 B.在无光条件下,有利于该反应的进行 C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成 D.C3生成(CH2O)需要H、ATP和多种酶的参与,D,题组三,环境条件变化时光合作用过程物质含量变化的分析,5.(2016天津卷,2)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,解析: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;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。,解析:突然停止光照,光反应产生的H和ATP减少,被还原的C3减少,生成的C5减少,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3含量将增加,C5的含量将减少;突然增加CO2浓度,CO2被C5固定形成的C3增加,则消耗的C5增加,故C5的含量将减少;降低环境温度,光合作用的过程会变慢,故C3和C5的含量都将减少;增加光照强度,光反应产生的H和ATP增多,被还原的C3增多,生成的C5增多,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的含量将减少,C5的含量将增加。,6.(2016山东菏泽一模)如图表示在夏季晴朗的白天,植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素的改变而变化的情况,下列对这一环境因素的改变分析正确的是( ) A.突然停止光照 B.突然增加CO2浓度 C.降低环境温度 D.增加光照强度,D,方法突破 “三分清”光照强度和CO2浓度变化时细胞中C3和C5含量的变化 (1)分清光照强度和CO2浓度对C3和C5含量变化的影响,改变CO2浓度将影响C3的生成速率,改变光照强度将影响C3的消耗速率。 (2)分清C3的生成速率和消耗速率的大小,确定C3含量的变化关系。 (3)分清C3含量变化与C5含量变化的关系,即两者呈负相关,C3含量增加则C5含量降低,C3含量降低则C5含量增加。,知识梳理 自主学习 夯实基础,1.光合作用强度 (1)概念:植物在 内通过光合作用制造 的数量。 (2)表示方法:用一定时间内 或 的数量来定量表示。 2.影响因素 (1)空气中 。 (2)土壤中 。 (3)光照的 、 以及光的 。 (4) 的高低。 3.应用 控制 和温度的高低、适当增加作物环境中 来提高光合作用强度。,考点三 影响光合作用的环境因素及应用,单位时间,糖类,原料消耗,产物生成,CO2浓度,水分含量,时间,强度,成分,温度,光照的强弱,CO2的浓度,重点透析 剖析考点 拓展深化,1.影响光合作用的环境因素及应用 (1)光照强度 原理分析:光照强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段,制约ATP和H的产生,进而制约暗反应阶段。 曲线分析 在OA范围内,光照强度是光合速率的限制因子,光合速率和光照强度呈直线关系,光照越强,光合速率越快;当光照强度在AB范围内,光合速率的增加减慢;当光照强度超过B点,光合速率不再随光照强度的增大而增加,这一光照强度称为光饱和点。 应用分析:适当提高光照强度能提高大棚作物产量。,(2)CO2浓度 原理分析:CO2浓度影响光合作用的原理是通过影响暗反应阶段,制约C3的生成。 曲线分析 图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点,而图乙中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;两图中的B点和B点都表示CO2饱和点,两图都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度增加而增大。 应用分析:环境中的CO2浓度处于OA段时,植物无法进行光合作用;在农业生产中可通过“正其行,通其风”和增施农家肥等措施增加CO2浓度,提高光合作用速率。,(3)温度 原理分析:通过影响酶的活性进而影响光合作用。 曲线分析 低温导致酶的活性降低,引起植物的光合作用速率降低。在一定范围内,随着温度的升高酶活性升高进而引起光合速率也增强;温度过高会引起酶活性降低,植物光合速率降低。 应用分析:温室中白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用速率;晚上适当降低温室的温度,以降低细胞呼吸,保证植物有机物积累。,(4)必需矿质元素 曲线分析 在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用速率, 但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速 率下降。 应用分析:在农业生产上,根据植物的需肥规律,适时、适量地增施肥料,可以提高作物的光能利用率。,2.多种环境因素对光合速率的影响 (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,随着该因子的不断加强,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,进一步提高光合速率;当温度适宜时,要适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。,题组例练 分类例练 提炼方法,题组一,影响光合作用环境因素的判断,1.土壤中缺少水分导致小麦萎蔫,限制了其光合作用有机物生成,主要原因是( ) A.ATP、NADPH不足 B.C3化合物不足 C.O2不足 D.C5化合物不足,解析:土壤中缺少水分导致小麦萎蔫,但在正常光照条件下,光反应产生的ATP、NADPH不会明显减少;萎蔫的小麦叶片气孔关闭,使CO2不能顺利进入叶绿体,导致C3化合物不足,从而限制了其光合作用有机物生成;植物进行光合作用释放O2,不消耗O2。,B,2.下列与大棚种植蔬菜相关的措施及分析中,正确的是( ) A.施用农家肥,可提高大棚中CO2的浓度 B.加大蔬菜的种植密度,可不断提高蔬菜的产量 C.阴雨天适当提高大棚内温度,可明显增加有机物的积累量 D.用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜,可提高蔬菜的光合速率,A,解析:农家肥中含有大量有机物,微生物分解农家肥产生CO2,可提高大棚中CO2的浓度,从而提高农作物的产量;种植蔬菜要合理密植,如果过密,植物叶片相互遮挡影响光合作用,且细胞呼吸消耗的有机物提高,反而会使产量下降;阴雨天光合作用较弱,要降低大棚温度,减少细胞呼吸消耗的有机物才有利于有机物的积累;虽然色素主要吸收红光和蓝紫光,但是对其他光也有吸收,用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜,只允许红光透过,反而会降低蔬菜的光合速率。,题组二,利用图表曲线分析影响光合作用的因素,3.下图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合速率的影响。下列有关叙述错误的是( ) A.曲线中a点转向b点时,叶绿体中C3浓度降低 B.曲线中d点转向b点时,叶绿体中C5浓度升高 C.ab段影响光合速率的主要因素是光照强度 D.bc段影响光合速率的限制性因素可能是温度等其他条件,B,解析:曲线中d点转向b点时,光照强度不变,CO2浓度升高,导致C5消耗增多,C3产生增多,叶绿体中C5减少。,解析:(1)据图分析可知,当光照强度低于a时,甲组植物光合作用强度随光照强度的增强而增强,因此影响甲组植物光合作用的限制因子是光照强度。,4.(2016全国卷,30)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 。,答案:(1)光照强度,解析:(2)b光照强度下,甲组植物光合作用强度已不再随光照强度增强而增强,此时影响其光合作用强度的限制因子已不是光照强度,而可能是CO2浓度、温度等,若提高环境中的CO2浓度可能会提高其光合作用强度。 (3)乙组植株在低光照下,光合作用强度随光照强度变化的曲线与甲组的不同,而其产生的种子在自然光照下的相应曲线与甲组的相同,说明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。,(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 。,答案: (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,5.下图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系,请据图回答下列问题: (1)图甲表示在光照弱的情况下,光合作用随 的增加成正比增加,这种情况下,可以认为此时主要影响光合作用的 阶段。 (2)从图甲可见,光照强度超过某一值时,光合作用速率不再增加,且有稳定发展的趋势,这种变化主要决定于 ,此时光合作用的 阶段受到限制。 (3)图乙中C点表示光照强度为B时,植物生长的 ,出现CD段的原因是 。 (4)请在图甲中绘制50 时植物光合作用速率变化的曲线。 (5)根据图甲,在图乙中绘制光照强度为A时,不同温度下光合作用速率的变化曲线。,解析:由图甲可以看出,光照弱时,光合速率随光照强度的增加而上升,此时外界条件主要影响光反应。而当光照强度超过某一值时,温度又成了限制因素。由图乙可以看出,在 50 时光合速率大于20 小于30 ,可在图甲中相应画出。由图甲看出,在光照强度为A时,光合速率与温度变化无关,可在图乙中相应画出。,答案:(1)光照强度 光反应 (2)温度 暗反应 (3)最适温度 酶活性降低,光合作用速率降低 (4)如图1 (5)如图2,方法突破 坐标曲线上限制因变量变化的因素分析 (1)单曲线分析:曲线上升段或下降段的限制因素,主要是横轴对应的变量(自变量);曲线水平段的限制因素是除自变量之外的其他影响因变量的因素。 (2)多曲线分析:两曲线重合部分的限制因素是横轴对应的变量(自变量),两曲线不重合部分的差异是由除自变量之外的其他影响因变量的因素所致。,题组三,影响光合作用因素的实验分析,6.如图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆叶片,再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底,然后将等量的圆叶片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中,给予一定的光照,测量每个玻璃皿中圆叶片上浮至液面所用的平均时间(如图乙),以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。下列有关分析正确的是( ) A.在ab段,随着NaHCO3溶液浓度的增加,光合作用速率逐渐减小 B.在bc段,单独增加NaHCO3溶液浓度,可以缩短圆叶片上浮的时间 C.在c点以后,因NaHCO3溶液浓度过高,使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降 D.因NaHCO3溶液中不含O2,所以整个实验过程中圆叶片不能进行细胞呼吸,C,解析:ab段,随着NaHCO3溶液浓度的增加,光合作用速率逐渐增强,释放的O2量增多,圆叶片上浮至液面所用的平均时间减少;NaHCO3溶液可以提供CO2,光合作用受到CO2、光照等条件影响,单独增加NaHCO3溶液浓度,光合作用速率不一定发生变化;在c点以后,因为NaHCO3溶液浓度过高,使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降,产生O2量减少,圆叶片上浮至液面所用的平均时间增加;整个实验过程中圆叶片都在进行细胞呼吸。,7.(2015全国卷,29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响,科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135 s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下: A组:先光照后黑暗,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。 B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5 s;光合作用产物的相对含量为70%。 C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms (毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。 D组(对照组):光照时间为135 s;光合作用产物的相对含量为100%。 回答下列问题: (1)单位光照时间内,C组植物合成有机物的量 (填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量,依据是 。 ; C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要 ,这些反应发生的部位是叶绿体的 。,解析:(1)对比C、D两组实验,C组光照时间为D组的一半,而光合产物接近D组的光合产物,故单位光照时间内C组植物合成有机物的量高于D组。分析C组和D组实验,可推知光合作用中有些反应不需要光照,这些反应发生在叶绿体的基质中。,答案:(1)高于 C组只用了D组一半的光照时间,其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质,解析:(2)对比A、B、C三组实验,在总光照时间相同的情况下,随着光照和黑暗交替频率的增加,光合作用产物的相对含量也增加。究其原因是光照与黑暗的交替频率越高,光下产生的还原型辅酶和ATP越能及时利用并及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量。,答案: (2)光照和黑暗交替频率 ATP和还原型辅酶,(2)A、B、C三组处理相比,随着 的增加,使光下产生的 能够及时利用与及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量。,8.(2016四川成都一模)为探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响,实验开始时土壤水分充足,然后实验组停止浇水,对照组土壤水分条件保持适宜,实验结果如下图所示。请回答下列问题:,解析:(1)绿叶中的叶绿素存在于叶绿体的类囊体薄膜上。叶绿体中光合色素吸收的光能,一是将水分解成O2和H,二是促成ATP的形成。C3还原后一部分形成糖类,另一部分则形成C5。 (2)实验组停止浇水,其叶片表皮细胞中细胞液浓度逐渐增大。因此该植物根尖细胞有氧呼吸时,消耗O2,场所是线粒体内膜,无氧呼吸和有氧呼吸都产生CO2,场所是细胞质基质和线粒体基质。 (3)实验组植物第24天光合作用速率逐渐下降,可能主要是缺水导致叶片保卫细胞失水,气孔关闭,叶片内CO2浓度下降引起的,第4天后光合作用速率持续下降,原因还与叶片中叶绿素含量下降有关。,(1)绿叶中的叶绿素存在于叶绿体的 上。叶绿体中光合色素吸收的光能有两方面用途,一是 ,二是促成ATP的形成,在暗反应阶段,接受能量并被还原的C3一部分形成糖类,另一部分则形成 ,使卡尔文循环持续进行。 (2)该实验过程中,实验组叶片表皮细胞中细胞液浓度的变化是 ;该植物根尖细胞中,能消耗O2的场所是 ,能产生CO2的场所是 。 (3)实验组植物第24天光合作用速率逐渐下降,可能主要是缺水导致叶片内 下降引起的,第4天后光合作用速率下降的原因还与 下降有关。,答案: (1)类囊体薄膜 将水分解成O2和H C5 (2)逐渐增大 线粒体内膜 细胞质基质和线粒体基质 (3)CO2浓度 叶片中叶绿素含量,知识梳理 自主学习 夯实基础,1.光合作用与有氧呼吸的区别,考点四 光合作用与细胞呼吸,有机物无机物,光能化学能,合成有机物,活细胞(主要在线粒体),只在光下进行,2.光合作用与有氧呼吸的联系,(2)能量方面,C6H12O6,丙酮酸,CO2,O2,H2O,C6H12O6,H2O,重点透析 剖析考点 拓展深化,1.光合作用与细胞呼吸过程中H和ATP来源与去路的比较 (1)H的来源和去路比较,(2)ATP的来源与去路比较,2.实际光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系 (1)净光合速率常用单位时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示;实际光合速率常用单位时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量来表示。,(2)实际光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率三者相互关系可通过下图体现:,3.绿色植物光合速率的测定 (1)装置中溶液的作用:在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中细胞呼吸产生的CO2;在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2,保证了容器内CO2浓度的恒定。 (2)测定原理: 甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离为细胞呼吸的O2吸收速率,可代表呼吸速率; 乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离为植物的O2释放速率,可代表净光合速率; 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。,(3)测定方法: 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。 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。 根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。 (4)物理误差的校正:为防止气压、温度等因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的相同植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。,【深化拓展】 光合作用与细胞呼吸相关计算的两种方法 (1)“半叶法”测光合作用有机物的生产量。例如:某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定,如图所示。“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后,在A、B的对应部位截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为MA、MB,获得相应数据,则可计算出该叶片的光合作用强度,其单位是mg/(dm2h)。若M=MB-MA,则M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。 (2)“黑白瓶”测定水生植物光合速率。将装有水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中,测定单位时间内瓶中溶解氧(或CO2)含量的变化,借此测定水生植物的光合速率。“黑瓶”不透光,瓶中生物仅能进行细胞呼吸;“白瓶”透光,瓶中生物可进行光合作用和细胞呼吸。可分为有初始值与没有初始值两种情况: 有初始值时,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;两者之和为总光合作用量。 没有初始值时,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.农田中植物一昼夜光合作用曲线解读 (1)曲线的各点含义及形成原因分析 a点:凌晨温度降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少; b点:早晨开始有光照,植物进行光合作用; bc段:光合作用小于细胞呼吸; c点:上午光合作用等于细胞呼吸; ce段:光合作用大于细胞呼吸; d点:温度过高,部分气孔关闭,出现“光合午休”现象; e点:下午光合作用等于细胞呼吸; ef段:光合作用小于细胞呼吸; fg段:无光照,植物停止光合作用,只进行细胞呼吸。,(2)有关有机物情况的分析 积累有机物时间段:ce段; 制造有机物时间段:bf段; 消耗有机物时间段:Og段; 一天中有机物积累最多的时间点:e点。,5.温室中(密闭环境)植物一昼夜光合作用曲线解读 (1)曲线中各点、区段的分析: O点:无光,只进行细胞呼吸,表示大棚中的CO2初始浓度; A点:凌晨,温度较低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少; AB段:无光,只进行细胞呼吸,温度逐渐升高,细胞呼吸强度逐渐增强,大棚内CO2浓度逐渐增加; B点:早晨太阳出来,开始进行光合作用; BC段:光照逐渐增强,但光合作用强度小于细胞呼吸强度,植物仍表现为释放CO2,大棚内CO2浓度仍增加,只是增加的量逐渐减少;,C点:光合作用强度等于细胞呼吸强度,此时大棚内CO2浓度达最大值; CD段:随光照增强,光合作用强度大于细胞呼吸强度,大棚内CO2浓度减少 D点:中午时分,温度过高,部分气孔关闭,出现“光合午休”现象; EF段:光照减弱,但光合作用强度仍大于细胞呼吸强度,大棚内CO2浓度仍减少; F点:光合作用强度等于细胞呼吸强度,此时大棚内CO2浓度达最小值; FG段:光合作用强度小于细胞呼吸强度,后期无光只进行细胞呼吸,大棚内CO2浓度增加; G点:无光,只进行细胞呼吸,表示24小时结束后大棚内的CO2浓度。 (2)DE段、EF段大棚内CO2浓度逐渐减小,但实质不同,前者是由于气孔部分关闭,CO2供应不足,后者是由于光照强度逐渐减弱。 (3)G点CO2浓度(结束时的浓度)与O点CO2浓度(初始浓度)的比较: 若G点CO2浓度O点CO2浓度,表示24小时内光合作用强度小于细胞呼吸强度,即消耗有机物。,题组例练 分类例练 提炼方法,题组一,光合作用与细胞呼吸的过程分析,1.(2016辽宁大连二模)下列关于小球藻细胞光合作用与有氧呼吸的叙述,错误的是( ) A.都能产生H并且利用H B.都需要以水作为反应的原料 C.都会受N、P等矿质元素的影响 D.都能产生ATP并用于各项生命活动,解析:光合作用的光反应产生H,暗反应利用H,有氧呼吸的第一、二阶段产生H,第三阶段利用H;光合作用的光反应对水进行光解,有氧呼吸的第二阶段以水作为反应的原料;N、P分别是酶、ATP的必需元素,所以光合作用与有氧呼吸都会受N、P等矿质元素的影响;光合作用与有氧呼吸都能产生ATP,但光合作用产生的ATP只能用于暗反应,有氧呼吸产生的ATP能用于各项生命活动。,D,2.下图是绿色植物体内能量供应及利用的示意图,下列说法错误的是( ) A.中合成ATP的部位是类囊体薄膜 B.中的ATP用于还原三碳化合物 C.、中合成ATP所需的能量来源相同 D.中能量用于耗能的生命活动,C,解析:图中表示光合作用的光反应阶段,该阶段生成了ATP和H,反应发生在类囊体薄膜上;光反应产生的ATP和H将用于暗反应中三碳化合物的还原;中合成ATP的能量来自光能,中合成ATP的能量来源于有机物中的化学能;ATP中的能量将用于各项生命活动。,题组二,净光合速率、总光合速率与细胞呼吸速率的关系及相关计算,3.(2016河南郑州一模)下图表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下,某植物在不同温度下的净光合速率和细胞呼吸速率曲线。下列有关说法中错误的是( ) A.与光合作用相比,与细胞呼吸有关酶的适宜温度更高 B.在40 之前,总光合速率大于呼吸速率 C.温度在30 时总光合速率最大 D.40 时,该植物不再进行光合作用,D,解析:据图分析可知,与细胞呼吸有关的酶的适宜温度为 40 ,与光合作用有关的酶的适宜温度为30 ,因此与细胞呼吸有关的酶的适宜温度更高;净光合速率=总光合速率-呼吸速率,40 之前净光合速率大于0,所以总光合速率大于呼吸速率;根据总光合速率=净光合速率+呼吸速率可知,当温度在30 左右时,总光合速率最大;40 时,净光合速率为0,此时光合速率等于呼吸速率,植物光合作用与细胞呼吸同时进行。,4.(2016四川卷,5)三倍体西瓜由于含糖量高且无籽,备受人们青睐。如图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn,以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线,以下分析正确的是( ) A.与11:00时相比,13:00时叶绿体中合成C3的速率相对较高 B.14:00后叶片的Pn下降,导致植株积累有机物的量开始减少 C.17:00后叶片的Ci快速上升,导致叶片暗反应速率远高于光反应速率 D.叶片的Pn先后两次下降,主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度,D,解析:与11:00时相比,13:00时因叶片气孔关闭,影响CO2的吸收,导致叶绿体中合成C3的速率相对较低;14:00后叶片的Pn大于0,植株积累有机物的量仍在增加;17:00后,光照强度较弱影响光反应速率,进而影响暗反应,导致叶片的Ci快速上升。Pn第一次下降,是因气孔关闭,CO2浓度限制了光合速率,Pn第二次下降是光照强度降低引起的。,5.图甲为测定光合作用速率的装置,在密封的试管内放一新鲜叶片和CO2缓冲液,试管内气体体积的变化可根据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得。在不同强度的光照条件下,测得的气体体积变化如图乙所示。回答下列问题:,(1)图甲中毛细刻度管中的标记为实验开始时毛细刻度管中红色液滴所在位置。实验时,试管内变化的气体是 。 (2)若此时图甲植物光照强度为15 klx,则1 h光合作用产生的气体量为 mL。若此时植物叶片的呼吸熵(细胞呼吸时产生的CO2和消耗的O2的比值)为0.8,那么植物光合作用除自身细胞呼吸提供的CO2外,还需从外界吸收 mL CO2。 (3)为了防止无关变量对实验结果的干扰,本实验还应设置对照实验,对照组实验装置与实验组实验装置的区别是 。,解析:(1)由于图甲中存在CO2缓冲液,所以在不同光照强度下,液滴位置改变的本质是O2的消耗和释放。 (2)光合作用产生O2的量应包括积累量和叶片消耗量15 klx时为150+ 50=200(mL),若呼吸熵为0.8,则植物自身细胞呼吸产生的CO2为0.8 50=40(mL),植物光合作用产生的O2量等于消耗的CO2量,故植物还需从外界吸收160 mL CO2。 (3)设置对照时可将新鲜叶片改为经消毒的死叶片,用来校正实验结果。 答案:(1)O2 (2)200 160 (3)新鲜叶片改为经消毒的死叶片,题组三,密闭与自然环境中植物一昼夜光合作用曲线分析,6.两株基本相同的植物,分别置于透明的玻璃罩内,如图甲、乙所示,在相同自然条件下,测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁曲线所示。下列说法正确的是( ) A.ab段和cd段,曲线下降的原因相同 B.e点时,气孔关闭导致光合作用基本停止 C.一昼夜中,装置乙的植物积累的有机物多 D.14点时,装置甲的植物叶绿体中三碳化合物含量相对较高,C,解析:ab段下降是因为CO2浓度下降,暗反应速率下降;cd段下降是因为光照强度下降,光反应速率下降;e点时,气孔关闭导致CO2浓度下降,光合作用下降,但并未停止;从丙图和丁图曲线与x轴所围的面积(x轴以上部分面积减去x轴以下部分面积)就是一昼夜氧气净释放量。显然装置乙一昼夜氧气净释放量较大,积累的有机物较多;14点时甲中CO2不足,三碳化合物的生成受到抑制,所以装置甲的植物叶绿体中三碳化合物含量相对较少。,7.(2016山东部分重点中学联考)科研人员检测晴朗天气下露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况,并将检测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是( ) A.光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因 B.致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭 C.致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱 D.适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施,B,解析: 早晨日出后光照强度不断增大,使得露天栽培的和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升。大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降,主要原因是日出后旺盛的光合作用消耗大量CO2,使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降;而露天栽培的油桃在mn段Pn下降,是因环境温度过高导致气孔关闭,不能吸收CO2。大约15时以后,两种栽培条件下的光合速率持续下降,是光照强度逐渐减弱所致。适时浇水避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家肥从而增加土壤中CO2浓度是提高大田作物产量的可行性重要措施。,题组四,光合速率与呼吸速率的常用测定方法,8.某同学研究甲湖泊中x深度生物的光合作用和有氧呼吸。具体操作如下:取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c,将a先包以黑胶布,再包以锡箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水,测定c瓶中的O2含量。将a瓶、b瓶密封后再沉入待测水体深度,24小时后取出,测定两瓶中的O2含量,结果如图所示。则24小时内待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是( ) A.24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的O2量是V mol/瓶 B.24小时待测深度水体中生物光合作用产生的O2量是V mol/瓶 C.24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的O2量是(K-V) mol/瓶 D.24小时待测深度水体中生物光合作用产生的O2量是(K-V) mol/瓶,D,解析:24小时内待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的O2量=初始瓶溶解氧(W)-a瓶溶解氧(V)=(W-V)(mol/瓶)。24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的O2量=净光合量(K-W)+呼吸量(W-V)=(K-V)(mol/瓶)。,9.某生物兴趣小组利用如图装置(若干个)开展了有关光合作用和细胞呼吸的实验研究。实验开始时,打开活塞开关使水柱液面平齐,然后关闭活塞开关,4小时后,观察记录实验数据如下表。下列叙述错误的是( ),D,A.实验的自变量是植物的种类和光质 B.若要研究不同植物的光合作用,应选a组和c组 C.若烧杯中加入的是CO2的缓冲液,则U形管两侧的高度差是由于O2的变化引起的 D.a组天竺葵的净光合速率为120 mL/h,解析:分析表格可知,该实验的自变量是植物的种类和光质;若要研究不同植物的光合作用,植物的种类为自变量,其他无关变量都应相同且适宜,所以选表格中的a组和c组;若烧杯中加入CO2缓冲液,则U形管两侧的高度差是由于光合作用释放O2和呼吸作用消耗O2的差值引起的;4 h后a组两侧水柱高度差为240 mL,O2释放量为120 mL,因此植物的净光合作用速率是1204=30(mL/h)。,实验基础 吃透原理 掌握步骤,1.实验原理 (1)提取:绿叶中的色素能够溶解在 中而不溶于水,可用 提取色素。 (2)分离:各种色素在层析液中 不同, 的随 在滤纸上扩散得快;反之则慢,从而使各种色素相互分离。,考点五 实验:叶绿体中色素的提取和分离,有机溶剂,无水乙醇,溶解度,溶解度高,层析液,2.实验步骤,无水乙醇,滤液细线,3.实验结果及结论 滤纸条上出现四条宽窄、颜色不同的色素带(如下图),表明叶绿体中的色素主要有 种。,四,橙黄色,叶黄素,叶绿素a,黄绿色,最多,透析实验 积累技能 理解方法,1.为什么需要选用新鲜绿色的叶片做实验材料? 透析:新鲜绿色的叶片中色素含量高,从而使滤液中色素含量较高,实验效果明显。 2.为什么研磨时要迅速?为什么研磨时要加入少量的CaCO3和SiO2? 透析:叶绿素不稳定,易被破坏,因此研磨要迅速、充分,以保证提取较多的色素。二氧化硅破坏细胞结构,使研磨充分。碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。 3.为什么盛放滤液的试管管口加棉塞? 透析:防止乙醇挥发和色素氧化。 4.滤纸为什么需预先干燥处理?在制备滤纸条时,为什么将一端的两个角剪掉? 透析:干燥处理的目的是使层析液在滤纸上快速扩散,剪掉两角的目的是防止层析液沿滤纸边缘扩散过快,从而保证色素带分离整齐。 5.为什么滤液细线要重复画,且线要细、直? 透析:重复画线是为了增加色素的浓度,使分离出的色素带清晰分明。画线细、直是为了防止色素带之间出现重叠。 6.层析时,为什么不能让滤液细线触及层析液? 透析:滤纸条上的滤液细线触及(或没入)层析液,会使滤液中的色素溶解于层析液中,滤纸条上得不到色素带,导致实验失败。,技能训练 巩固演练 技能提升,1.(2016江苏卷,17)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,解析:在剪碎叶片后研磨前就加入 CaCO3;即使菜叶剪碎不够充分但研磨充分,也可提取出4种光合色素;要获得10 mL 提取液,分多次研磨提取后量取 10 mL 滤液效果最好;层析完毕后应迅速记录结果,防止叶绿素条带被破坏。,B,2.甲、乙两位同学的叶绿体色素提取和分离实验的结果分别如下图甲、乙,则关于这两种结果的分析正确的是( ) A.甲同学可能绿叶研磨不够充分 B.甲同学选用的材料可能叶片较薄 C.乙同学将滤纸色素线部分浸在层析液中 D.乙同学研磨时加入的酒精浓度过高,解析:碳酸钙能防止研磨过程中色素尤其是叶绿素被破坏,甲同学的结果显示叶绿素含量较低,所以甲同学可能是因为研磨时未加入CaCO3而导致叶绿素被破坏;甲同学选用的材料可能叶片已发黄,几乎不含叶绿素;乙同学可能将滤纸色素线部分浸在层析液中,使滤纸上的色素溶解到层析液中去了;二氧化硅能使研磨充分,色素释放出来,所以乙同学也可能是因为研磨时未加入SiO2而导致色素相对含量都较低,而溶解色素时加入的就是无水乙醇。,C,3.(2015江苏卷,21,改编)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)。下列叙述不正确的是( ) 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.画滤液细线时,滤液在点样线上只能画一次,解析: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;叶绿素a的吸收波长范围更广一些;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,构建知识网络 强化答题语句,知识网络,填充: . . .,绿叶中色素的提取和分离,吸收、传递、转化光能,光照、温度、CO2浓度、水分、矿质元素等,光反应,暗反应,要语强记,1.一种细胞器:叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上,不仅分布着许多吸收光能的色素分子,还有许多进行光合作用所必需的酶。 2.两个阶段:光反应和暗反应。 (1)光反应是在叶绿体类囊体薄膜上完成的,是叶绿体中的色素吸收光能,将H2O分解成H和O2,同时形成ATP的过程。因此,光合作用产生的O2来自H2O。 (2)暗反应是在叶绿体基质内,多种酶催化下完成的,包括CO2的固定和C3的还原。 3.三类因素:影响光合速率的外界因素主要有光照强度、温度和CO2浓度。 4.四种色素:叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。,
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