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2019-2020年高考生物一輪復習 3-3 能量之源 光與光合作用課時訓練 新人教版必修1 光合作用的基本過程(Ⅱ)　影響光合作用速率的環(huán)境因素(Ⅱ)　實驗：葉綠體色素的提取和分離 知識點一　捕獲光能的色素和葉綠體結構 實驗：綠葉中色素的提取和分離(紙層析法)　 分 布 于 葉綠體 　議一議：(1)海洋中藻類有分層現象，與植物中的色素吸收光的顏色有什么關系？ (2)在溫室內自然光照射基礎上，給植物人工補充哪些單色光對增產有利？ 知識點二　光合作用的探索歷程(連一連) 　　　　　　　　　　　　　 ①普利斯特里　A．點燃的蠟燭(或小鼠)與綠色植物，密閉——蠟燭不易熄滅(小鼠不易死亡)　　a．只有在陽光下，植物才更新空氣 ②英格豪斯 B. b．植物可以更新空氣 ③梅耶 C．500多次實驗確認實驗條件 c．光合作用的產物除O2外，還有淀粉 ④薩克斯 d．光合作用釋放的O2來自于水 ⑤魯賓和卡門 E．根據能量轉化與守恒定律 e．光合作用把光能轉換為化學能 知識點三　光合作用的過程及總反應式 1．總反應式 2．過程 知識點四　光合作用原理的應用 1．光合作用強度 (1)概念：植物在?________內通過光合作用制造?________的數量。 (2)表示方法：用一定時間內?________或?________來定量表示。 2．影響因素 (1)原料：空氣中?________、土壤中________和________ (2)光照條件：包括________、光照時間和光的成分 (3)________的高低(通過影響酶的活性而影響光合作用速率) 3．應用 控制________和溫度的高低，適當增加作物環(huán)境中________來提高光合作用強度。 　想一想：什么叫光合速率？它分為幾種類型，關系如何？ 類囊體膜上的色素及吸收光譜 閃記：色素的功能：轉換光能的色素只有少數處于特殊狀態(tài)的葉綠素a。吸收、傳遞光能，四種色素都可以。 巧記：光合作用過程“一二三四” 葉綠體 　 光反應、暗反應 　 　 判一判 1．葉綠體中的色素主要分布在類囊體薄膜上(　　)。 2．光合作用酶只分布在葉綠體的基質中(　　)。 3．葉綠體是光合作用的主要場所(　　)。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　自我校對： ①紅光和藍紫光　②藍紫光?、郯捣磻璧拿浮、苌睾凸夥磻璧拿浮、萑~綠體是光合作用的場所　⑥光、色素、酶?、哳惸殷w薄膜　⑧[H]＋O2?、酇TP　⑩ATP中活躍的化學能　?酶、[H]、ATP　?葉綠體基質　?2C3　?(CH2O)＋C5＋H2O　?有機物中穩(wěn)定的化學能　?單位時間、單位面積　?有機物　?CO2的吸收量　?O2的釋放量　?CO2　H2O　礦質離子　光照強度　溫度　光照強弱　CO2濃度 議一議：(1)不同波長的光穿透性不同，不同藻類吸收不同波長的光。 (2)紅光、藍紫光屬于對植物光合作用最有效的光譜，因此可以補充這兩種光達到增產的目的。 連一連：①－A－b?、冢瑿－a　③－E－e?、埽璂－c　⑤－B－d 想一想：光合速率或稱光合強度是指一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時間內進行光合作用的量(如釋放多少氧，消耗多少CO2)。 它分為表觀光合速率和真正光合速率兩種類型，在光照條件下，人們測得的CO2吸收量是植物從外界環(huán)境吸收的CO2總量，叫表觀光合速率。真正光合速率是指植物在光照條件下，植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量加上呼吸作用釋放的CO2的量，即植物實際同化的CO2的量。表觀光合速率小于真正光合速率。 判一判：1.√　2.　3. 光合作用發(fā)現史中的經典實驗分析 溫馨提示： 近幾年生物命題借鑒科學史上的經典實驗成為趨勢，應倍加重視(本書特別歸納如下)。 1．1771年普里斯特利實驗 植物更新空氣 缺點：缺乏對照組(記錄時漏掉了實驗在陽光下進行這一重要條件，后來英格豪斯為其糾正)。 2．1864年薩克斯實驗 提前暗處理——消耗掉葉片中原有的淀粉，避免干擾。 3．1880年恩格爾曼實驗 實驗組：極細光束照射處的葉綠體。 對照組：黑暗處的葉綠體和完全曝光的葉綠體。 4．20世紀30年代魯賓、卡門實驗 實驗方法：同位素標記法。 反應式：6CO2＋12H 218O C6H12O6＋6H2O＋618O2 在光合作用的發(fā)現中，大多數科學家們利用了對照實驗，使結果和結論更科學、準確。 (1)薩克斯：自身對照，自變量為光照(一半曝光與另一半遮光)，因變量為顏色變化。 (2)恩格爾曼：自身對照，自變量為光照(照光處與不照光處；黑暗與完全曝光)，因變量為好氧菌的分布。 (3)魯賓和卡門：相互對照，自變量為標記物質(HO與C18O2)，因變量為O2的放射性。 (4)普里斯特利：缺少空白對照，實驗結果說服力不強。 本考點單獨命題概率低，往往是借鑒經典實驗的方法手段在綜合題或探究題中體現。 【典例1】 (xx南昌市一模)德國科學家薩克斯將綠色葉片放在暗處數小時“饑餓”處理(消耗掉葉片中的淀粉)后，再把葉片的一部分遮光，其余部分曝光。一段時間后，將該葉片經脫色、漂洗后再用碘液處理，結果發(fā)現遮光部分不變藍，曝光部分變藍。下列有關本實驗的分析及結論合理的是(　　)。 ①本實驗未設對照組　②有無光照是遮光和曝光區(qū)域表現不同結果的唯一原因?、蹖嶒灣跏紩r遮光和曝光區(qū)域均達到無淀粉狀態(tài)?、軐嶒炞C明葉綠體利用光照將CO2轉變成了淀粉 A．①～④全部 B．只有②③④ C．只有①②③ D．只有②③ 解析　該實驗中曝光部分與遮光部分形成了對照，①錯誤。該實驗只能證明有淀粉的生成，但不能證明葉綠體利用光照將CO2轉變成了淀粉，④錯誤。 答案　D 【思考與評價】 恩格爾曼的實驗設計巧妙之處在哪兒？ 提示　主要表現在以下四個方面： ①選材方面，選用水綿為實驗材料。水綿不僅具有細長的帶狀葉綠體，而且葉綠體呈螺旋狀地分布在細胞中，便于觀察、分析研究。 ②將臨時裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中，排除了光線和氧氣的影響，從而確保實驗正常進行。 ③選用了極細光束照射，并且選用好氧細菌檢測，從而能夠準確判斷出水綿細胞中釋放氧的部位。 ④進行黑暗(局部光照)和曝光對比實驗，從而明確實驗結果完全是光照引起的。 光合作用過程分析 1．識圖領悟光合作用過程 2．光反應與暗反應的比較(結合上圖分析) 過 程 光反應 暗反應 圖 解 條 件 必須在光下 有光、無光都可以 場 所 葉綠體類囊體薄膜 葉綠體基質 物質 轉化 ①水光解 2H2O4[H]＋O2↑ ②ATP的合成 ADP＋PiATP 能量 轉化 光能―→電能―→活躍化學能，并儲存在ATP中 ATP中活躍的化學能―→(CH2O)中穩(wěn)定的化學能 關 系 ①光反應為暗反應提供[H]和ATP；暗反應為光反應提供ADP和Pi； ②沒有光反應，暗反應無法進行；沒有暗反應，有機物無法合成 ★★★　本考點是歷年高考命題的重要內容，試題側重考查考生對光合作用過程圖解的理解與分析，如光反應與暗反應的場所、條件、物質變化、能量變化、相互關系以及在某種環(huán)境因素突然發(fā)生變化的情況下，細胞中C3和C5的含量變化情況等。 【典例2】 (改編題)綠色植物是主要的能量轉換者，是因為它們均含有葉綠體(圖甲)這一完成能量轉換的細胞器，圖乙是圖甲中的色素分離結果，圖丙是在圖甲④結構中進行的生化反應，①～④分別代表圖甲中葉綠體的結構。 下列相關敘述中，不正確的是(　　)。 A．圖乙中的色素帶由1到4分別是葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，這些色素存在于圖甲②中 B．光照條件下，圖甲中的②上能進行光反應，產生[H]、ATP、O2 C．圖甲中①和③的成分和結構相似 D．環(huán)境條件相對穩(wěn)定的條件下，圖甲④中的C3含量多于C5 E．如果突然降低CO2的濃度，圖丙中的C3含量會一直下降 解析　圖乙中左側有濾液細線，色素的擴散是從左向右的，所以1～4分別是葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素。圖甲中的①和③分別是葉綠體的內膜和外膜，它們的成分和結構相似。光照條件下，②類囊體膜上能發(fā)生光反應，產生[H]、ATP、O2。分析圖丙中的過程要從兩個方面進行：一是環(huán)境條件相對穩(wěn)定時，暗反應中的兩個過程、光反應與暗反應之間均處于一種相對平衡的狀態(tài)，由于一個C5對應著兩個C3，所以C3含量要比C5高；另一方面，當環(huán)境條件突然改變時，如CO2濃度突然降低時，短時間內由于CO2固定過程減弱而C3的還原過程仍在進行，故C3含量降低而C5含量升高，但一段時間后，反應過程又達到一個新的平衡狀態(tài)，所以C3含量不會一直下降。 答案　E 影響光合作用的環(huán)境因素及其在生產上的應用 　　 溫馨提示：以下內容為難點，高考時又為出題熱點，望認真復習，真正掌握。 一、內部因素對光合作用速率的影響 1．同一植物的不同生長發(fā)育階段 曲線分析：在外界條件相同的情況下，光合作用速率由弱到強依次是幼苗期、營養(yǎng)生長期、開花期。 應用：根據植物在不同生長發(fā)育階段光合作用速率不同，適時、適量地提供水肥及其他環(huán)境條件，以使植物茁壯成長。 2．同一葉片的不同生長發(fā)育時期 曲線分析：隨幼葉發(fā)育為壯葉，葉面積增大，葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合速率增大；老葉內葉綠素被破壞，光合速率隨之下降。 應用：農作物、果樹管理后期適當摘除老葉、殘葉及莖葉蔬菜及時換新葉，都是根據其原理，可降低其細胞呼吸消耗的有機物。 二、單因子變量對光合作用的影響(外界因素) 1．光照——光合作用的動力 ①光照時間越長，產生的光合產物越多。 ②光質，由于色素吸收可見光中的紅光和藍紫光最多，吸收綠光最少，故不同波長的光對光合作用的影響不一樣，建溫室時，選用無色透明的玻璃(或塑料薄膜)做頂棚，能提高光能利用率。 ③光照強度：在一定光照強度范圍內，增加光照強度可提高光合作用速率。 曲線分析：A點光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，釋放CO2量表示此時的呼吸強度。 AB段表明光照強度加強，光合作用速率逐漸加強，CO2的釋放量逐漸減少，有一部分用于光合作用；而到B點時，細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強度＝細胞呼吸強度，B點對應的光照強度稱為光補償點。 BC段表明隨著光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，到C點以上不再加強了。C點對應的光照強度稱為光飽和點。 應用：陰生植物的光補償點和光飽和點比較低，如上圖虛線所示。間作套種時農作物的種類搭配，林帶樹種的配置，冬季溫室栽培避免高溫等都與光補償點有關。 2．光照面積 曲線分析：OA段表明隨葉面積的不斷增大，光合作用實際量不斷增大，A點為光合作用面積的飽和點。隨葉面積的增大，光合作用強度不再增加，原因是有很多葉被遮擋，光照不足。 OB段表明干物質量隨光合作用增加而增加，而由于A點以后光合作用強度不再增加，但葉片隨葉面積的不斷增加，呼吸量(OC段)不斷增加，所以干物質積累量不斷降低(BC段)。 應用：適當間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長。封行過早，使中下層葉子所受的光照往往在光補償點以下，白白消耗有機物，造成不必要的浪費。 3．CO2濃度 曲線分析：圖1中A點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補償點；圖2中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。兩圖中的B和B′點都表示CO2飽和點，兩圖都表示在一定范圍內，光合作用速率隨CO2濃度增加而增大。 應用：大田要“正其行，通其風”，多施有機肥；溫室內可適當補充CO2，即適當提高CO2濃度可提高農作物產量。 4．必需礦質元素 曲線分析：在一定濃度范圍內，增大必需礦質元素的供應，可提高光合作用速率，但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高而導致植物光合作用速率下降。 應用：在農業(yè)生產上，根據植物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。 5．溫度 曲線分析：溫度主要是通過影響與光合作用有關酶的活性而影響光合作用速率。 應用：冬天，溫室栽培可適當提高溫度；夏天，溫室栽培可適當降低溫度。白天調到光合作用最適溫度，以提高光合作用速率；晚上適當降低溫室溫度，以降低細胞呼吸速率，保證植物有機物的積累。 三、多因子變量對光合作用速率影響的分析(外界因素) 　曲線分析：O～P段限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨其O～P段不斷加強，光合速率不斷提高。P～Q段，圖中標出的雙因子共同起作用。當到Q點之后，橫坐標所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當提高圖示中的另一因子的方法。 　應用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同時充入適量的CO2，進一步提高光合速率，當溫度適宜時，要適當提高光照強度和CO2濃度以提高光合速率?？傊筛鶕唧w情況，通過提高光照強度、調節(jié)溫度或增加CO2濃度等來充分提高光合速率，以達到增產的目的。 各種環(huán)境因子對植物光合作用并不是單獨地發(fā)揮作用，而是綜合作用。但各種因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子為關鍵因子，因此在分析相關問題時，應抓關鍵因子。 ★★★★　影響光合作用速率的環(huán)境因素是高考必考的內容。考查形式可以是選擇題也可以是非選擇題，選擇題的考查側重于對實驗結果的分析，而非選擇題的考查往往結合實驗設計來進行。 【典例3】 (xx全國大綱理綜，31)金魚藻是一種高等沉水植物，有關研究結果如下圖所示(圖中凈光合速率是指實際光合速率與呼吸速率之差，以每克鮮重每小時釋放O2的微摩爾數表示)。 據圖回答下列問題。 (1)該研究探討了________________對金魚藻________的影響。其中，因變量是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)該研究中凈光合速率達到最大時的光照度為________lx。在黑暗中，金魚藻的呼吸速率是每克鮮重每小時消耗氧氣________μmol。 (3)該研究中凈光合速率隨pH變化而變化的主要原因是 ________________________________________________________________________。 破題關鍵 解析　本題主要考查環(huán)境因素對光合作用影響的相關知識。(1)由圖示信息知：實驗研究了光照度、NaHCO3濃度、pH對金魚藻凈光合速率的影響。因變量隨自變量變化而變化，曲線圖的橫、縱坐標分別表示自變量和因變量。(2)由圖b知：金魚藻達到最大凈光合速率所對應的光照度處于10.0103 lx和15.0103 lx之間，即12.5103lx。由圖a知：曲線與縱軸的交點即為金魚藻在黑暗環(huán)境中的耗氧速率。 (3)因pH能影響酶的活性，故凈光合速率隨pH變化而變化。 答案　(1)光照度、pH、NaHCO3濃度　凈光合速率　凈光合速率　(2)12.5103　8　(3)酶活性受pH的影響 【訓練】 (xx日照測試)如下圖所示，圖甲表示某大棚蔬菜葉肉細胞的部分結構和相關代謝情況，其中a～f代表O2或CO2。圖乙表示該植物在適宜條件下O2凈產量(光合作用的O2產生量－呼吸作用的O2消耗量)與光照強度之間的關系曲線。據圖回答下列問題。 (1)在圖甲中，b可代表______，物質b進入箭頭所指的結構后與______結合，生成大量的________。 (2)在適宜的條件下，若用CO2、HO供給植物進行代謝，則甲圖中的d所代表的物質應是________。 (3)在圖乙中，A點時葉肉細胞內生成的物質有________________，在N點后O2凈產量的增長逐漸減慢并趨向平衡，其制約的內在和外在因素分別是________________、__________________。 (4)在其他條件不變的情況下，適當提高棚內的溫度，可以提高蔬菜的產量，此時乙圖中N點向________(左、右)移動。 (5)在圖乙P點所處的狀態(tài)時，葉綠體內ATP移動的方向是______________________。 解析　該題以圖解和坐標曲線的形式考查光合作用、呼吸作用的過程。兩者互相提供原料，光合作用需要線粒體中呼吸作用釋放的CO2來合成有機物，線粒體中呼吸作用要消耗光合作用產生的O2，同時會分解光合作用合成的有機物為生物生命活動提供直接的能源物質。曲線的A點光照強度為零，此時只進行呼吸作用，P點表示光合作用強度等于呼吸作用強度。 答案　(1)O2　[H]　ATP和水　(2)18O2　(3)CO2和H2O　葉綠體的數量等　二氧化碳濃度(或溫度)等 (4)左　(5)從類囊體的薄膜到葉綠體基質 常考易錯點：光照與CO2濃度驟然變化時，因光合作用中間產物(C3、C5、[H]、ATP)及終產物(C6H12O6、O2)的動態(tài)分析不到位而出錯。 【典例】 離體葉綠體在光下進行穩(wěn)定的光合作用時，如果突然中斷CO2的供應，下列關于短時間內葉綠體中ATP與O2的相對含量變化的示意圖中，正確的是(　　)。 解析　光合作用穩(wěn)定時，ATP與ADP的轉化也相對穩(wěn)定；突然中斷CO2的供給使C3驟減，ATP因失去作用對象而終止水解，此時的光反應繼續(xù)利用ADP合成ATP。當ADP和NADP＋耗盡后，光反應也停止，不再產生O2。 答案　B 錯因分析　本題易錯之處是不能對光合作用(包括光反應和暗反應)過程涉及的諸多物質含量的變化進行相互聯系、動態(tài)分析，如本題中CO2供應的減少，導致暗反應減弱，從而影響光反應的進行。 當外界因素中光照強弱、CO2濃度驟然變化時，短時間內將直接影響光合作用過程中C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6生成量，進而影響葉肉細胞中這些物質的含量，它們的關系歸納如下： (1) ―→―→ 即：停止光照(強→弱)時，[H]↓，ATP↓，C3↑，C5↓，(CH2O)↓。(如圖甲) (2)同理：突然增強光照時，[H]↑，ATP↑，C3↓，C5↑，(CH2O)↑。(如圖乙) (3)―→ ―→―→ 即：停止(減少)CO2供應時，C3↓，C5↑，[H]↑，ATP↑，(CH2O)↓。(如圖丙) (4)同理：突然增加CO2供應時，C3↑，C5↓，[H]↓， ATP↓，(CH2O)↑。(如圖丁) 糾錯演練 (xx全國新課標卷，29)在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如下圖?；卮鹣铝袉栴}。 (1)圖中物質A是________(C3化合物、C5化合物)。 (2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質B的濃度比A的低，原因是________________；將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質B濃度升高的原因是___________________。 (3)若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應中C3和C5化合物濃度達到穩(wěn)定時，物質A的濃度將比B的________(低、高)。 (4)CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO2濃度為1%時的________(高、低)，其原因是________________________。 解析　本題考查光合作用過程及同學們從曲線中獲取有效信息的能力。當環(huán)境中二氧化碳濃度降低時，C5(物質B)和CO2結合生成C3(物質A)的速率減慢，而C3(物質A)的還原生成C5(物質B)不受影響，C5(物質B)的含量升高，C3(物質A)的含量降低。當達到新的平衡后，由于一分子的C5(物質B)和CO2結合可以生成兩分子的C3(物質A)，最終物質A的濃度比物質B高。 答案　(1)C3化合物　(2)暗反應速率在該環(huán)境中已達到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據暗反應特點，此時C3化合物的分子數是C5化合物的2倍　當環(huán)境中CO2濃度突然降低時，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5化合物積累　(3)高　(4)低　CO2濃度低時，暗反應強度減弱，所需要ATP和[H]少 綠葉中色素的提取和分離 1．實驗原理 (1)提?。喝~綠體中的色素溶于有機溶劑而不溶于水，可用無水乙醇等有機溶劑提取色素。 (2)分離：各種色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。 關鍵詞及其與試劑的對應關系 提取色素——無水乙醇；分離色素——層析液。 2．實驗程序 　 　 　 — 　 　整理、洗手 3．實驗成功的關鍵 (1)葉片要新鮮、顏色要深綠，含有較多色素。 (2)研磨要迅速、充分。葉綠素不穩(wěn)定，易被活細胞內的葉綠素酶水解。充分研磨使葉綠體完全破裂，提取較多的色素。 (3)制備濾紙條時，要將濾紙條的一端剪去兩角，這樣可以使色素在濾紙條上擴散均勻，便于觀察實驗結果。 (4)濾液細線不僅要求細、直，而且要求含有較多的色素，所以要求待濾液干后再畫1～2次。 (5)濾液細線不能觸及層析液，否則色素溶解到層析液中，濾紙條上得不到色素帶或色素較少。 (1)從色素帶的寬度可推知色素含量的多少； (2)從色素帶的位置可推知色素在層析液中溶解度大?。? (3)在濾紙上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b，距離最遠的兩條色素帶是胡蘿卜素與葉黃素。 本考點以往高考命題側重于以選擇題的形式考查實驗的方法步驟以及對實驗結果的分析。但近兩年的試題回避了慣常實驗考查的形式，而是以簡答題形式對選材、實驗步驟分析、變量分析和推測實驗結果的原因進行了考查應重視。 【典例】 (xx上海單科，17) 右圖表示葉綠體色素提取分離實驗中紙層析的結果，據圖判斷用作實驗材料的葉片顏色為(　　)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　? A．紅色 B．黃色 C．綠色 D．紫色 解析　本題主要考查葉綠體色素提取和分離實驗及濾紙條上各色素帶的位置、粗細(含量)、顏色等方面的相關知識。在葉綠體色素提取和分離實驗中，濾紙條上的四條色素帶距點樣處的距離由近及遠分別是：葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，由圖可知，葉綠素含量比類胡蘿卜素含量少，用作實驗材料的葉片應呈黃色。B選項正確。 答案　B 【訓練1】 (xx廣東理綜，29)中國的飲食講究“色香味”，顏色會影響消費。小李同學擬研發(fā)“綠色”食用色素，他以生長很快的入侵植物水葫蘆為材料進行如下實驗。 Ⅰ.提取葉綠素 ―→―→―→ Ⅱ.探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響 取一些葉綠素粗產品，配成一定濃度的溶液，于室溫(約25 ℃)下進行實驗，方法和結果如下表。 實驗組號 葉綠素溶液/ mL 調pH至 處理時間/min 溶液顏色 ① 3.0 Y 10 綠色 ② 3.0 7.0 10 綠色 ③ 3.0 6.0 10 黃綠色 ④ 3.0 5.0 10 黃褐色 注：葉綠素被破壞后變成黃褐色。 根據所學知識和實驗結果，請回答問題。 (1)提取食用葉綠素的X應該為________，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)表中Y應該為________，原因是________________________________________________________________________。 (3)若用作食品色素，天然葉綠素色素不適用于________食品，否則________________________________________________________________________。 (4)小李想了解葉綠素粗產品中是否含有其他色素，請你提供檢測方法并寫出主要步驟。________________________________________________________________________。 解析　葉綠素易溶于有機溶劑，如丙酮或無水乙醇中；探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響時，要有酸性、中性和堿性等不同條件；由表格信息可知，酸性條件下可使葉綠素變成黃褐色；可借鑒課本中色素的分離方法進行色素種類的鑒定。 答案　(1)對人無害的有機溶劑(食用酒精)　葉綠素溶于有機溶劑和應考慮溶劑對人體的影響 (2)8.0　實驗中自變量的變化應有規(guī)律和應考慮堿性pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響 (3)酸性　由于葉綠素被破壞造成食品失綠而影響品質 (4)紙層析法。其主要步驟：①制備濾紙條，②畫色素液細線，③用層析液分離色素，④觀察色素帶 【訓練2】 (xx海南單科，9)關于葉綠體色素的敘述，錯誤的是(　　)。 A．葉綠素a和b主要吸收紅光和藍紫光 B．綠葉中葉綠素和類胡蘿卜素含量不同 C．利用紙層析法可分離4種葉綠體色素 D．乙醇提取的葉綠體色素不能吸收光能 解析　本題主要考查葉綠體色素的種類、含量、吸收光的種類等方面的知識。葉綠素a、葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光。綠葉中葉綠素約占，類胡蘿卜素約占。利用層析液可分離葉綠體色素，提取的葉綠體色素仍可吸收光能，但葉綠體結構被破壞，導致不能進行完整的光合作用。 答案　D 光合作用原理及應用 1.(xx海南單科，8)將一株生長正常的綠色植物置于密閉的玻璃容器內，在適宜條件下光照培養(yǎng)，隨培養(yǎng)時間的延長，玻璃容器內CO2濃度可出現的變化趨勢是(　　)。 A．一直降低，直至為零 B．一直保持穩(wěn)定，不變化 C．降低至一定水平時保持相對穩(wěn)定 D．升高至一定水平時保持相對穩(wěn)定 解析　本題考查植物光合作用與呼吸作用相互關系方面的知識。在適宜條件下光照培養(yǎng)，植物能進行光合作用且光合作用速率大于呼吸作用速率，這樣會導致密閉的玻璃容器內的CO2逐漸減少，光合作用速率隨密閉玻璃容器內CO2的減少而降低，直至光合作用速率降低到與呼吸作用速率相等，此時CO2濃度在一定水平保持相對穩(wěn)定。 答案　C 2．(xx山東理綜，2)夏季晴朗的一天，甲、乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)。 A．甲植株在A點開始進行光合作用 B．乙植株在E點有機物積累量最多 C．曲線B～C段和D～E段下降的原因相同 D．兩曲線B～D段不同的原因可能是甲植株氣孔無法關閉 解析　本題主要考查了環(huán)境因素對植物光合速率影響的相關知識。圖中兩曲線可表示植物的凈光合速率，A點時光合速率等于呼吸速率，說明甲植株在A點前就已經開始進行光合作用，A錯誤；乙植株在18時后凈光合速率小于0，該植株在18時有機物的積累量最多，B錯誤；曲線B～C段下降的原因是氣孔關閉，乙植株因二氧化碳供應不足導致光合速率下降，曲線D～E段光合速率下降的原因則是光照強度減弱，C錯誤；分析兩曲線B～D段可知，中午時乙植株出現凈光合速率先下降后上升的現象，這可能是由于乙植株氣孔發(fā)生關閉造成的，而甲植株沒有發(fā)生類似的現象可能是甲植株氣孔無法關閉，D正確。 答案　D 3．(xx廣東理綜，26節(jié)選)荔枝葉片發(fā)育過程中，凈光合速率及相關指標的變化見下表。 葉片 發(fā)育時期 葉面積(最大面積/%) 氣孔相對開放度/% A 新葉展開前 19 － － －2.8 B 新葉展開中 87 1.1 55 1.6 C 新葉展開完成 100 2.9 81 2.7 D 新葉已成熟 100 11.1 100 5.8 注：“－”表示未測數據。 (1)B的凈光合速率較低，推測原因可能是：①葉綠素含量低，導致光能吸收不足；②________，導致________。 (2)將A、D分別置于光溫恒定的密閉容器中，一段時間后，A的葉肉細胞中，將開始積累________；D的葉肉細胞中，ATP含量將________。 (3)與C相比，D的葉肉細胞的葉綠體中，數量明顯增多的結構是________。 解析　本題主要考查光合作用的原理及影響光合速率的外界因素的相關知識。(1)通過分析可知B的總葉綠素含量低，并且氣孔相對開放度較小，前者導致光能吸收不足，后者使二氧化碳供應不足，所以B的凈光合速率較低。(2)A的凈光合速率小于0，說明細胞呼吸吸收的氧氣量高于光合作用產生的氧氣量，一段時間后密閉容器中氧氣含量不足，葉肉細胞由于進行無氧呼吸而開始積累酒精；D的葉肉細胞中由于凈光合速率大于0，一段時間后密閉裝置中的二氧化碳濃度降低，C3合成不足，C3的還原量減少，ATP的含量增多。(3)與C相比，D葉片的總葉綠素含量較高，由此可判斷D的葉肉細胞的葉綠體中基粒(類囊體)的數量較多。 答案　(1)氣孔相對開放度小　CO2吸收不足　(2)乙醇　增加　(3)類囊體(基粒) 4．(xx浙江理綜，30節(jié)選)某植物在停止供水和恢復供水條件下，氣孔開度(即氣孔開放程度)與光合速率的變化如圖所示，請回答下列問題。 (1)停止供水后，光合速率下降。這是由于水是________的原料，又是光合產物在植物體內________的主要介質。 (2)在溫度、光照相同的條件下，圖中A點與B點相比，光飽和點低的是________點，其主要原因是________________________________________________________________________。 (3)停止供水一段時間后，葉片發(fā)黃，原因是__________________________________________________________。此時類囊體結構破壞，提供給暗反應的______________減少。 解析　此題考查光合作用的相關知識。(1)水是光合作用光反應階段的原料，又是光合產物在植物體內運輸的主要介質，停止供水，植物光合速率下降。(2)光飽和點是指達到最大光合速率時的光照強度，在一定CO2濃度范圍內，CO2濃度越低，光飽和點越低。停止供水后，植物蒸騰作用降低，氣孔開度變小，CO2吸收減少，故B點的光飽和點較A點低。(3)停止供水一段時間后，細胞內自由水減少，葉綠素合成速度變慢或停止，類胡蘿卜素的顏色顯露出來，故葉片發(fā)黃。此時類囊體結構破壞，光反應減弱，提供給暗反應的[H]和ATP減少。 答案　(1)光合作用　運輸 (2)B　氣孔開度降低，CO2吸收減少(答出一項即可) (3)葉綠素合成速度變慢或停止(或葉綠素分解)，類胡蘿卜素的顏色顯露出來(答出一項即可)　[H]和ATP 光合色素的作用及其提取實驗 5.(xx江蘇單科，4)某研究組獲得了水稻的葉黃素缺失突變體。將其葉片進行了紅光照射光吸收測定和色素層析條帶分析(從上至下)，與正常葉片相比，實驗結果是(　　)。 A．光吸收差異顯著，色素帶缺第2條 B．光吸收差異不顯著，色素帶缺第2條 C．光吸收差異顯著，色素帶缺第3條 D．光吸收差異不顯著，色素帶缺第3條 解析　葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光，所以當水稻葉黃素缺失突變體進行紅光照射時，光吸收差異不顯著；對正常葉片葉綠體中的色素提取后，層析的結果自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b，故B正確。 答案　B 6．(xx四川理綜，30，Ⅰ)科研人員獲得一種葉綠素b完全缺失的水稻突變體，該突變體對強光照環(huán)境的適應能力更強。請回答下列有關問題。 (1)提取水稻突變體的光合色素，應在研磨葉片時加入________，以防止色素被破壞。用紙層析法分離該突變體葉片的光合色素，缺失的色素帶應位于濾紙條的________。 (2)該突變體和野生型水稻的O2釋放速率與光照強度的關系如上圖所示。當光照強度為n時，與野生型相比，突變體單位面積葉片中葉綠體的氧氣產生速率________。當光照強度為m時，測得突變體葉片氣孔開放程度比野生型更大，據此推測，突變體固定CO2形成________的速率更快，對光反應產生的________消耗也更快，進而提高了光合放氧速率。 (3)如果水稻出現葉綠素a完全缺失的突變，將無法進行光合作用，其原因是________________________________________________________________________。 解析　本題主要考查葉綠體色素的提取、分離、色素作用等有關知識。(1)葉綠體色素的提取和分離實驗中，研磨葉片時加入碳酸鈣可防止色素被破壞。紙層析法分離色素得到的色素帶自上而下為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。故突變體缺失的色素帶位于濾紙條最下端。(2)葉綠體產氧速率＝凈產氧速率＋呼吸速率。光強為n時，突變體與野生型水稻凈產氧速率相等，但突變體呼吸速率較大，故突變體葉片中葉綠體產氧速率較大。光強為m時，突變體葉片氣孔開放程度更大，吸收、固定CO2速率更高，故C3產生速率及其被還原過程中的[H]、ATP的消耗速率也較大。(3)因只有少數特殊狀態(tài)下的葉綠素a可完成光能轉換，故葉綠素a缺失突變體將無法進行光合作用。 答案　(1)CaCO3　最下端　(2)較大　C3　[H]、ATP　(3)缺失葉綠素a不能完成光能轉換 光合作用相關實驗的考查 7.(xx全國卷)為探究不同條件對葉片中淀粉合成的影響，將某植物在黑暗中放置一段時間，耗盡葉片中的淀粉。然后取生理狀態(tài)一致的葉片，平均分成8組，實驗處理如下表所示。一段時間后，檢測葉片中有無淀粉，結果如下表。 編號 組1 組2 組3 組4 組5 組6 組7 組8 處理 葡萄糖溶液浸泡溶液中通入空氣 葡萄糖溶液浸泡溶液中通入CO2和N2 蒸餾水浸泡水中通入空氣 蒸餾水浸泡水中通入CO2和N2 光照 黑暗 光照 黑暗 光照 黑暗 光照 黑暗 檢測 結果 有淀粉 有淀粉 有淀粉 無淀粉 有淀粉 無淀粉 有淀粉 無淀粉 回答下列問題。 (1)光照條件下，組5葉片通過________________作用產生淀粉； 葉肉細胞釋放出的氧氣來自于________________的光解。 (2)在黑暗條件下，葉片能進行有氧呼吸的組別是________。 (3)組2葉片中合成淀粉的原料是________，直接能源物質是________，后者是通過________產生的。與組2相比，組4葉片無淀粉的原因是________________________。 (4)如果組7的蒸餾水中只通入N2，預期實驗結果是葉片中________(有、無)淀粉。 解析　本題綜合考查了光合作用和呼吸作用及同學們的實驗分析能力。(1)植物體通過光合作用合成有機物；H2O光解后產生氧氣。(2)有氧呼吸離不開氧氣的供應，組2和組6有氧氣的供應，可以進行有氧呼吸。(4)如果組7的蒸餾水中只通入N2，葉片會因缺少二氧化碳的供應而不能進行光合作用，不能合成有機物。 答案　(1)光合　H2O　(2)組2和組6　(3)葡萄糖　ATP　有氧呼吸　組4無氧氣，葉片不能進行有氧呼吸，淀粉合成缺少ATP　(4)無 疑難聚焦，專講專練(一)——光合作用和細胞呼吸綜合題型專訓 一、光合——呼吸中“CO2與O2交換”的物理模型 綠色植物的光合作用是在葉綠體內完成的，而細胞呼吸主要在線粒體內進行。兩者之間的關系從物質交換的角度來看，主要涉及的是O2和CO2的去路與來源問題。通過構建物理模型可以進一步加深對光合作用強度與呼吸作用強度之間的內在聯系的理解和認識。 1．模型構建 2．模型解讀 綠色植物進行光合——呼吸過程中，O2和CO2的去路與來源：(1)葉綠體光合作用產生O2的去路：①用于植物呼吸作用；②釋放到周圍的環(huán)境中。(2)葉綠體光合作用利用CO2的來源：①來自植物自身的呼吸作用；②從外界環(huán)境中吸收(若是水生植物，則從周圍的水中吸收)。光合作用強度與呼吸作用強度間的關系，可參見下表： 光照條件 生理過程 氣體進出圖解 生物學含義 無光照(或黑暗) ⑤和⑥ 只進行呼吸作用 弱光照 ①②⑤⑥ 光合作用強度小于呼吸作用強度 較強光照 ①② 光合作用強度等于呼吸作用強度 強光照 ①②③④ 光合作用強度大于呼吸作用強度 二、光合——呼吸中“光合速率與光照、溫度”的數學模型 更多的曲線參見前面所講內容！ 模型解讀 1．界定總光合速率、呼吸速率與表觀(凈)光合速率 (1)呼吸速率 ①概念：是指單位面積的葉片在單位時間內分解有機物的速率。 ②表示方法：單位時間內，釋放的CO2量或吸收的O2量。 ③測定條件：黑暗條件下。 (2)表觀(凈)光合速率：光照下測定的CO2吸收速率(或O2釋放速率)。 (3)實際(總)光合速率：植物在光下實際合成有機物的速率。 計算公式：實際光合速率＝表觀(凈)光合速率＋呼吸速率。具體可表示為：實際光合速率＝從外界吸收CO2的速率＋呼吸釋放CO2的速率，或實際光合速率＝釋放O2的速率＋呼吸消耗O2的速率。 (4)真正光合速率、凈光合速率與呼吸速率的常用表示方法(如下表) 真正光 合速率 O2產生(生成)速率或葉綠體釋放O2量 CO2固定速率或葉綠體吸收CO2量 有機物產生(制造、生成)速率 凈光合 速率 植物或葉片或葉肉細胞O2釋放速率 植物或葉片或葉肉細胞CO2吸收速率 有機物積累速率 呼吸 速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2釋放速率 有機物消耗速率 2.光合速率與植物生長的關系 (1)當凈(表觀)光合速率>0時，植物積累有機物而生長； (2)凈光合速率＝0時，植物不能生長； (3)凈光合速率<0時，植物不能生長，長時間處于此種狀態(tài)，植物將死亡。 由圖乙可看出，最有利于植物生長的應為凈光合速率的至高點，而非真正光合速率的至高點。 【典例1】 如圖甲表示a、b兩種植物光合速率隨光照強度改變的變化曲線，圖乙表示將a植物放在不同濃度CO2環(huán)境條件下，a植物光合速率受光照強度影響的變化曲線。 請分析回答下列問題。 (1)在較長時間連續(xù)陰雨的環(huán)境中，生長受到顯著影響的植物是________。 (2)圖甲中的A點表示________。如果以缺鎂的完全營養(yǎng)液培養(yǎng)a植物幼苗，則B點的移動方向是________________________________________________________________________。 (3)在C點時，葉綠體中ADP的移動方向是從________向________移動。如圖所示中與C點相符合的是________________________________。 (4)與D點相比，E點時葉肉細胞中C3的含量________；與F點相比，E點時葉肉細胞中C3的含量________。(填“高”“低”或“基本一致”) (5)當光照強度為g時，比較植物a、b的有機物積累速率M1、M2的大小和有機物合成速率N1、N2的大小，結果應分別為M1________M2、N1________N2。 (6)增施農家肥可以提高光合效率的原因是____________________ ________________________________________________________________________。 解析　根據坐標曲線的含義可知，圖甲是以光照強度和植物種類為自變量的多變量模型，圖乙是以光照強度和CO2濃度為自變量的多變量模型。(1)在較長時間連續(xù)陰雨的環(huán)境中，由于光照不足，a植物生長受到顯著影響。(2)圖甲中，A點光照強度為零，植物不能進行光合作用，此時A點表示a植物的呼吸速率。若缺Mg，a植物中的葉綠素減少，使光反應受到抑制，只有通過增加光照強度來提高光合速率，才能使光合速率與呼吸速率相等，即B點右移。(3)C點時，光合作用強度最大，在葉綠體基質中ATP不斷被分解產生ADP，并移向類囊體薄膜參與ATP的合成。(4)E點與D點相比，兩者CO2濃度相等，所以C3的來源不變，但E點的光照強度較大，光反應產生的ATP和[H]多，有利于C3的還原，使其去路增多，所以C3含量降低；E點與F點相比，光照強度相同，光反應產生的ATP和[H]相等，所以C3的去路不變，但E點CO2濃度較大，即有利于C3的生成，故C3的含量增加。(5)G點是a與b曲線的交點，所以此時M1＝M2，而a植物的呼吸速率大于b植物的，因此N1>N2。(6)農家肥即有機肥，分解后可為農作物提供CO2和礦質元素，有利于光合作用的進行。 答案　(1)a　(2)a植物的呼吸速率　向右　(3)葉綠體基質　類囊體薄膜　D　(4)低　高　(5)＝　>　(6)農家肥被微生物分解為農作物提供CO2；提供礦質元素；促進土壤微生物的活動，提高土壤的通氣性，促進植物對礦質元素的吸收(答出任意兩項即可) 【訓練1】 如圖是葉肉細胞在不同光照強度下葉綠體與線粒體的代謝簡圖。以下相關敘述錯誤的是(　　)。 A．細胞①處于黑暗環(huán)境中，那么該細胞單位時間釋放的CO2量即為呼吸速率 B．細胞②沒有與外界發(fā)生O2和CO2交換，可斷定此時光合速率等于呼吸速率 C．細胞③處在較強光照條件下，細胞光合作用所利用的CO2量為n1與n2的和 D．分析細胞④可得出，此時的光照強度較弱且n1小于m2 解析　細胞④中，線粒體利用的O2除來自葉綠體外，還要從細胞外吸收，說明細胞呼吸強度大于光合作用強度，細胞進行有氧呼吸和光合作用的過程中，O2的凈消耗量(吸收量)m2與CO2的凈生成量n1相等，D錯誤。 答案　D 三、光合作用、細胞呼吸的測定方法及實驗裝置 1. 表觀(凈)光合速率的測定方法 (1)NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保證了容器內CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求。 (2)植物光合速率指標：植物光合作用釋放氧氣，使容器內氣體壓強增大，毛細管內的水滴右移。單位時間內水滴右移的體積即是光合速率。 (3)條件：整個裝置必須在光下。 動態(tài)分析：當外界條件變化時，CO2(光)補償點移動規(guī)律 ①若呼吸速率增加，CO2(光)補償點應右移，反之應左移。 ②若呼吸速率基本不變，條件的改變使光合速率下降時，CO2(光)補償點應右移，反之應左移。 ③陰生植物與陽生植物相比，CO2(光)補償點和飽和點都相應向左移動。 2．細胞呼吸狀況的實驗測定歸納 欲測定與確認某生物的呼吸類型，應設置兩套呼吸裝置，兩套呼吸裝置中的單一變量為NaOH與蒸餾水，即用等量的蒸餾水取代實驗組的NaOH溶液，其他所有項目均應一致，加蒸餾水的裝置內氣壓變化應由CO2與O2共同決定。兩套裝置可如下圖所示，當然，此時仍有必要設置另一組作誤差校正之用。 結果與分析 ①若裝置1液滴左移，裝置2液滴不動，則表明所測生物只進行有氧呼吸(因有氧呼吸產CO2量與耗O2量相等)。 ②若裝置1液滴不動，裝置2液滴右移，則表明所測生物只進行無氧呼吸(因無氧呼吸只產CO2，不耗O2)。 ③若裝置1液滴左移，裝置2液滴右移，則表明該生物既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸。 ④裝置1與裝置2液滴均左移，則呼吸過程中O2吸收量大于CO2釋放量，呼吸底物中可能有脂質參與。 a．為使實驗結果精確，排除實驗誤差還應設置如圖裝置3，以便校正。 b．進行結果與結論的描述時應“先結果后結論”，而不是“先結論后結果”，如上。 【典例2】 (xx孝感統(tǒng)考)以小球藻為材料做下列兩組實驗，根據實驗回答下列問題。 實驗一　小球藻在適宜條件下進行光合作用時，其繁殖速度較快。在相同培養(yǎng)液中，以圖中的裝置Ⅰ和Ⅱ(密封環(huán)境)分別培養(yǎng)相同品質和數量的小球藻。將兩個裝置都放在陽光下，一定時間后，觀察裝置Ⅰ和Ⅱ發(fā)生的變化。 (1)比較B、C兩試管中的小球藻的繁殖速度，可以發(fā)現________試管的繁殖速度較快，其原因在于________________________________________________________________________。 實驗二　如果用圖中E試管和F試管敞開口培養(yǎng)小球藻，E試管用完全培養(yǎng)液，F試管用缺鎂的營養(yǎng)液，研究光照強度對E、F兩試管中小球藻產生氧氣量的影響，結果如圖。據圖回答問題。 (2)P點的坐標值表示的意義是____________________。 (3)Q點小球藻釋放的氧氣量為________，其原因是____________________。 (4)當光照強度小于M時，限制試管中小球藻光合作用強度的主要環(huán)境因素是________________________________________________________________________。 (5)當光照強度沿Q―→M方向移動時，造成E、F兩試管氧氣增加量差異的原因是________________________________________________________________________。 實驗三　將若干小球藻、水草及一條小魚放在一個盛有水的玻璃容器內，使之處于氣體密閉狀態(tài)。實驗在溫度適宜的暗室中進行，將玻璃容器用黑紙包裹遮光，在距玻璃容器0.3 m處用不同功率的燈泡給予光照1 h時(每換一次燈泡有一個間歇期，間歇期間足以使玻璃容器內的含氧量恢復到初始實驗狀態(tài))，其間用儀器記錄該容器內氧氣濃度的變化(濃度單位：g/m3)。遮光實驗結束后，去掉黑紙，實施上述同樣的實驗操作步驟．實驗結果如下。 15 W 20 W 25 W 30 W 35 W 40 W 45 W 遮光 －10 －10 －10 －10 －10 －10 －10 不遮光 －6 －4 －2 0 ＋2 ＋5 ＋10 (6)不遮光的容器在光照為25 W時產生的氧氣量是________g/m3，消耗的氧氣量是________g/m3。 (7)當光照強度大于________W時，這個生態(tài)系統(tǒng)才有可能得以長期維持。 (8)實驗中黑紙包裹容器的作用是用來測定______________________。 解析　(1)A燒瓶中的酵母菌是兼性厭氧型生物，通過呼吸作用可產生CO2，而D燒瓶進行的是乳酸發(fā)酵，乳酸發(fā)酵不產生CO2，因此B試管小球藻能進行光合作用，繁殖的速度較快。(2)P點時，光照強度為零，小球藻只進行呼吸作用不進行光合作用，因此P點表示光照強度為零時，E試管內小球藻呼吸作用吸收的氧氣量。(3)Q點表示光合作用強度等于呼吸作用強度，此時凈光合速率為0，(4)分析坐標圖可知，當光照強度小于M時，限制試管中小球藻光合作用強度的主要環(huán)境因素是光照強度。(5)F試管的培養(yǎng)液中缺少鎂元素，影響葉綠素的正常合成，因此其中小球藻的光合作用效率比E試管低。(