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第4節(jié)能量之源 光與光合作用 梳理 備考導航 藍紫光 紅光 藍紫光 葉綠體 酶 吸收光能 H O2 ATP 葉綠體基質(zhì)內(nèi) 多種酶 CO2的固定 C3的還原 光照強弱 溫度的高低 CO2濃度 化學能 糖類 光能 整合 知識體系 自我校對 葉綠體 綠葉中色素的提取和分離 雙層膜 基粒 葉綠體基質(zhì) 類囊體 光照 溫度 CO2濃度 水和礦質(zhì)元素 光反應 暗反應 一 葉綠體的結(jié)構(gòu)和捕獲光能的色素1 葉綠體 1 結(jié)構(gòu)示意圖 2 功能 進行 的場所 光合作用 2 色素的種類和功能 葉綠素a 藍 紫光和 紅光 中下層 最下層 橙黃 藍 紫光 中上層 最上層 黃 葉綠素b 二 光合作用的探究歷程請將科學家和其相關(guān)實驗的結(jié)論連起來 三 光合作用的過程 四 影響光合作用的因素和化能合成作用1 影響光合作用的因素 1 光合作用強度 含義 植物在 通過光合作用制造糖類的數(shù)量 單位時間內(nèi) 產(chǎn)物生成 2 影響光合作用的環(huán)境因素有 水分 光照的 及光的成分 溫度的高低等 CO2濃度 長短與強弱 2 光合作用與化能合成作用的比較 光能 綠色植物 思考辨析1 能進行光合作用的生物一定含有葉綠體 2 葉片黃化 葉綠體對紅光的吸收增多 3 植物體自身的遺傳特性可以影響光合速率 4 暗反應必須在無光條件下進行 5 無色透明塑料大棚比綠色塑料大棚光合作用效率高 6 真核生物有氧呼吸的主要場所是線粒體 光合作用的主要場所是葉綠體 精研 核心考點 考點一光合作用的基本過程 典例1 2013 重慶卷 6 如圖是水生植物黑藻在光照等環(huán)境因素影響下光合速率變化的示意圖 下列有關(guān)敘述 正確的是 A t1 t2 葉綠體類囊體膜上的色素吸收光能增加 基質(zhì)中水光解加快 O2釋放增多B t2 t3 暗反應 碳反應 限制光合作用 若在t2時刻增加光照 光合速率將再提高C t3 t4 光照強度不變 光合速率的提高是由于光反應速率不變 暗反應增強的結(jié)果D t4后短暫時間內(nèi) 葉綠體中ADP和Pi含量升高 C3化合物還原后的直接產(chǎn)物含量降低 命題思路 命題多以葉綠體的結(jié)構(gòu) 功能 光反應和暗反應的場所及物質(zhì) 能量變化為知識背景考查光反應和暗反應過程 反應條件的改變對反應物 產(chǎn)物的影響等 考查學生分析問題 解決問題的能力 選擇題 非選擇題均可以出現(xiàn) 信息提取 觀察示意圖 圖中表示了光照強度和CO2濃度對光合速率的影響 解題思路 水的光解發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上 而不是葉綠體基質(zhì) A項錯誤 t2 t3 限制光合速率的因素為CO2濃度 此時光照充足且恒定 若增加光照 光合速率不會提高 B項錯誤 t3 t4 光合速率提高是因為暗反應增強 一定程度上加快ATP和ADP的轉(zhuǎn)化 同時促進了光反應 光反應和暗反應是相互聯(lián)系 相互依存的整體 C項錯誤 突然停止光照 光反應減弱甚至停止 類囊體薄膜上ATP合成受阻 ATP含量減少 ADP和Pi含量升高 被還原的C3化合物減少 直接產(chǎn)物含量降低 D項正確 答案 D 1 光反應與暗反應的比較 與光合作用過程有關(guān)的2個易錯點 1 CO2中C進入C3但不進入C5 最后進入 CH2O C5中C不進入 CH2O 可用放射性同位素標記法證明 2 光合作用光反應產(chǎn)生的ATP只用于暗反應階段 不能用于其他生命活動 其他生命活動所需ATP只能來自細胞呼吸 3 光合作用中物質(zhì)含量的變化分析與歸納 1 分析 光照由強變?nèi)?光反應減弱 H 和ATP減少 C3還原減弱 CO2固定正常 C3增多 C5減少 CO2減少供應 CO2固定減弱 C3還原正常 C5增多 C3減少 H 和ATP消耗減少 含量增多 2 歸納 以下各物質(zhì)含量的變化是在外界條件改變后的短時間內(nèi)發(fā)生的 且是相對含量的變化 1 高考題組合 判斷下列有關(guān)光合作用敘述的正誤 1 2010 海南卷 4A 光反應為暗反應提供 H 和H2O 2 2011 浙江卷 1A 破壞葉綠體外膜后 O2不能產(chǎn)生 3 2011 浙江卷 1D 離體葉綠體基質(zhì)中添加ATP NADPH和CO2后 可完成碳 暗 反應 4 2013 課標 卷 2D 植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光 2 2015 臨沂模擬 如圖表示植物的光合作用與細胞呼吸之間的關(guān)系 下列分析中不正確的是 A 過程 進行的場所是線粒體B 暗反應包括 和 兩個過程C 過程 能產(chǎn)生ATP 過程 不一定能產(chǎn)生ATPD 過程 進行的場所是類囊體薄膜 解析 有氧條件下過程 為有氧呼吸的第二階段 場所是線粒體 無氧條件下進行酒精發(fā)酵 場所是細胞質(zhì)基質(zhì) 暗反應包括 二氧化碳的固定 和 C3的還原 兩個過程 過程 若為酒精發(fā)酵的第二階段 則不能產(chǎn)生ATP 過程 為光反應過程 進行的場所是類囊體薄膜 答案 A 考點二影響光合作用速率的環(huán)境因素 典例2 2014 新課標 卷 29 某植物凈光合速率的變化趨勢如圖所示 據(jù)圖回答下列問題 1 當CO2濃度為a時 高光強下該植物的凈光合速率為 CO2濃度在a b之間時 曲線 表示了凈光合速率隨CO2濃度的增高而增高 2 CO2濃度大于c時 曲線B和C所表示的凈光合速率不再增加 限制其增加的環(huán)境因素是 3 當環(huán)境中CO2濃度小于a時 在圖示的3種光強下 該植物呼吸作用產(chǎn)生的CO2量 填 大于 等于 或 小于 光合作用吸收的CO2量 4 據(jù)圖可推測 在溫室中 若要采取提高CO2濃度的措施來提高該種植物的產(chǎn)量 還應該同時考慮 這一因素的影響 并采取相應措施 命題立意 知識 本題主要考查光合作用和呼吸作用的關(guān)系以及影響光合作用的因素等相關(guān)知識 能力 考查考生對光合作用等相關(guān)知識的理解能力 圖文轉(zhuǎn)化能力以及綜合運用所學知識分析 解決生物學問題的能力 試題難度 中等 解析 1 據(jù)圖可知CO2濃度為a時 高光強 曲線A 下的縱坐標為0 即凈光合速率為0 CO2濃度在a b之間時 曲線A B C均表現(xiàn)為上升 即凈光合速率均隨CO2濃度增高而增高 2 CO2濃度大于c時 高光強條件下 曲線A 的凈光合速率仍然能夠隨著CO2濃度的增加而增加 由此可知限制B C凈光合速率增加的環(huán)境因素是光強 3 CO2濃度小于a時 3種光強下 凈光合速率均小于0 即呼吸速率大于光合速率 也就是說呼吸作用產(chǎn)生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量 4 據(jù)圖可知CO2濃度和光強會影響凈光合速率從而影響植物的產(chǎn)量 故為提高植物的產(chǎn)量 應綜合考慮CO2濃度和光強對植物的影響 答案 1 0A B和C 2 光強 3 大于 4 光強 1 單因子對光合作用速率影響的分析 1 光照強度 曲線分析 A點 光照強度為0 此時只進行細胞呼吸 CO2釋放量表明此時的呼吸強度 AB段 光照強度增大 光合作用逐漸加強 CO2的釋放量逐漸減少 有一部分用于光合作用 此段細胞呼吸強度大于光合作用強度 B點 光補償點 即光合作用強度 細胞呼吸強度 細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用 BC段 隨著光照強度不斷加強 光合作用不斷加強 到C點不再加強 稱C點對應的光照強度為光飽和點 應用 陰生植物的光補償點和光飽和點比較低 如圖中虛線所示 間作套種時農(nóng)作物的種類搭配 林帶樹種的配置 冬季溫室栽培等都與光補償點有關(guān) 2 CO2濃度 含水量和礦質(zhì)元素 曲線分析 CO2和水是光合作用的原料 礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用 在一定范圍內(nèi) CO2 水和礦質(zhì)元素越多 光合作用速率越快 但到A點時 即CO2 水 礦質(zhì)元素達到飽和時 就不再增加了 應用 正其行 通其風 溫室內(nèi)充CO2 即提高CO2濃度增加產(chǎn)量的方法 合理灌溉 施肥 可促進葉片面積增大 提高酶的合成速率 增加光合作用速率 3 溫度 曲線分析 光合作用是在酶催化下進行的 溫度直接影響酶的活性 一般植物在10 35 下正常進行光合作用 其中AB段 10 35 隨溫度的升高而逐漸加強 B點 35 以上光合酶活性下降 光合作用開始下降 50 左右光合作用停止 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(diào)到光合作用最適溫度 以提高光合作用 晚上適當降低溫室溫度 以降低細胞呼吸 保證有機物的積累 3 多因子影響 環(huán)境因子對植物光合作用并不是單獨地發(fā)揮作用 而是綜合地起作用 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(guān)鍵因子 因此在分析相關(guān)問題時 應抓關(guān)鍵因子 3 高考題組合 判斷正誤 1 2012 海南卷 8B 將一株生長正常的綠色植物置于密閉的玻璃容器內(nèi) 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(nèi)CO2濃度一直保持穩(wěn)定 不變化 2 2011 全國新課標卷 3B 番茄幼苗在缺鎂培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時間后 與對照組相比 其葉片光合作用強度下降的原因是光反應強度降低 暗反應強度降低 3 2013 重慶卷 6A 黑藻由弱光轉(zhuǎn)至強光 葉綠體類囊體膜上色素吸收光能增加 基質(zhì)中水光解加快 O2釋放增多 4 2012 浙江卷 30 1 停止供水 植物光合速率下降 這是由于水是光合作用的原料 又是光合作用產(chǎn)物在植物體內(nèi)運輸?shù)闹饕橘|(zhì) 4 2015 湖南長沙模擬 某生物興趣小組將一枝伊樂藻浸在加有適宜培養(yǎng)液的大試管中 以白熾燈作為光源 移動白熾燈調(diào)節(jié)其與大試管的距離 分別在10 20 和30 下進行實驗 觀察并記錄單位時間內(nèi)不同距離下枝條產(chǎn)生的氣泡數(shù)目 結(jié)果如圖所示 下列相關(guān)敘述不正確的是 A 該實驗研究的是光照強度和溫度對光合速率的影響B(tài) A點和C點的限制因素分別為溫度和光照強度C B點條件下伊樂藻能進行光合作用D 若在缺鎂的培養(yǎng)液中進行此實驗 則B點向右移動 解析 白熾燈與大試管的距離可用來表示光照強度 所以該實驗研究的是光照強度和溫度對光合速率的影響 A點時改變光照強度光合速率不變 可知限制因素是溫度 C點時改變溫度光合速率不變 可知限制因素是光照強度 B點條件下伊樂藻的光合速率 呼吸速率 即此時可進行光合作用 缺鎂的培養(yǎng)液中葉綠素合成量減少 光合速率降低 光補償點增大 即向左移動 答案 D 備課札記 探究 實驗專項 實驗 綠葉中色素的提取和分離 實驗基礎(chǔ) 1 實驗原理 1 提取 色素溶于有機溶劑而不溶于水 2 分離 不同色素在層析液中的溶解度不同 要點剖析 1 為什么提取液用無水乙醇而不用水 用丙酮可以嗎 提示 色素是有機物 只能溶于有機溶劑 如無水乙醇 也可以用丙酮代替 但是丙酮有一定的毒性 2 為什么研磨時要迅速 為什么研磨時要加入少量的CaCO3和SiO2 提示 1 葉綠素不穩(wěn)定 易被破壞 因此研磨要迅速 充分 以保證提取較多的色素 2 二氧化硅破壞細胞結(jié)構(gòu) 使研磨充分 3 碳酸鈣可防止研磨過程中色素被破壞 3 在濾紙條一端剪去兩角的目的是什么 提示 防止層析液在濾紙條的邊緣擴散過快而形成弧形色素帶 4 為什么濾液線要重復畫 且線要細 直 提示 重復畫線是為了增加色素的濃度 畫線細 直是為了防止色素帶之間出現(xiàn)重疊 5 層析時 為什么不能讓濾液細線觸及層析液 提示 濾紙條上的濾液細線觸及 或沒入 層析液 會使濾液中的色素溶解于層析液中 濾紙條上得不到色素帶 使實驗失敗 6 試分析分離色素時色素帶顏色過淺的原因 提示 1 葉片顏色太淺 2 葉片放置時間太久 3 研磨不充分 4 未加CaCO3 5 加入提取液量太多 6 研磨時間太長 命題探究 下列是某實驗小組在完成葉綠體中色素提取和分離實驗時所遇到的有關(guān)問題 分析回答 1 剪碎5g新鮮濃綠的菠菜葉片放在研缽中 加入SiO2后 經(jīng)迅速研磨成糊狀 發(fā)現(xiàn)糊狀的研磨液呈現(xiàn)淺綠色 其原因是沒有加入 使得 2 甲同學在實驗過程中將畫有濾液細線的濾紙條 已重復幾次畫線 插入層析液 幾分鐘后取出觀察 發(fā)現(xiàn)濾紙條上無色素分帶現(xiàn)象 而用同一濾液做實驗的乙同學的濾紙條上卻色素分帶明顯 甲同學實驗失敗的原因可能是 3 若選用在缺Mg的營養(yǎng)液中長期培養(yǎng)的玉米葉片作實驗材料 層析后濾紙條上只出現(xiàn)了兩條色素帶 其原因是 4 實驗結(jié)束幾天后 甲 乙兩同學發(fā)現(xiàn)部分預留葉片已變黃 甲同學認為這是由于葉片中葉綠素降解所造成的 乙同學則認為是類胡蘿卜素含量增加所致 根據(jù)所學知識 設(shè)計實驗來判斷哪個同學的觀點正確 實驗過程 從預留的葉片中挑選出足量的 分量相等 大小相近的已變黃葉片和綠色鮮嫩的葉片 分別編號為A B兩組 實驗結(jié)論 與B組相比 若A組濾紙條只有上面兩條色素帶或上面兩條色素帶較B組的窄 則 的觀點是正確的 則 的觀點是正確的 解析 1 在色素的提取過程中 研磨時要加入碳酸鈣 防止葉綠素在研磨過程中被破壞 加入無水乙醇 讓色素溶解并提取出來 2 乙同學濾紙條上無色素帶 說明濾液細線中的色素溶解到層析液中 即層析液觸及濾液細線 3 Mg是合成葉綠素的必需元素 無Mg不能合成葉綠素a和葉綠素b 4 通過設(shè)計對照實驗來探究發(fā)黃的葉片中某些色素是否因降解而減少 某些色素是否含量增加 對照組選取正常未發(fā)黃的葉片 實驗組選取已變黃的葉片 通過提取分離這兩種葉片中的色素 比較各種色素的含量 得出結(jié)論 答案 1 碳酸鈣和無水乙醇葉綠素分子受到破壞 色素沒有被提取出來 2 層析液觸及濾液細線 3 缺Mg植物不能合成葉綠素 4 實驗過程 在相同條件下 進行綠葉中色素的提取和分離實驗 測定和記錄實驗結(jié)果 比較這兩種葉片色素的組成和含量實驗結(jié)論 甲同學 與B組相比 若A組濾紙條上面的兩條色素較寬乙同學 技能積累 實驗材料的常用處理方法和技術(shù) 演練 目標課堂 1 2014 新課標 卷 2 正常生長的綠藻 照光培養(yǎng)一段時間后 用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上 此后綠藻細胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是 A O2的產(chǎn)生停止B CO2的固定加快C ATP ADP比值下降D NADPH NADP 比值下降 解析 葉綠體是進行光合作用的場所 黑布遮光后 光反應停止 O2的產(chǎn)生停止 H NADPH 和ATP生成減少 即ATP ADP和NADPH NADP 比值下降 CO2固定減慢 光合速率下降 答案 B 2 2014 四川卷 6 將桑樹和大豆分別單獨種植 單作 或兩種隔行種植 間作 測得兩種植物的光合速率如下圖所示 注 光飽和點是光合速率達到最大值時所需的最低光照強度 據(jù)圖分析 下列敘述正確的是 A 與單作相比 間作時兩種植物的呼吸強度均沒有受到影響B(tài) 與單作相比 間作時兩種植物光合作用的光飽和點均增大C 間作雖然提高了桑樹的光合速率但降低了大豆的光合速率D 大豆植株開始積累有機物時的最低光照強度單作大于間作 解析 兩圖曲線均表示植物的凈光合速率 從桑樹的光合速率隨光照強度變化曲線來表明桑樹與大豆間作比桑樹單作凈光合速率始終強 提高了桑樹的光合速率 光飽和點增大 間作時桑樹的呼吸速率比單作時弱 A錯誤 間作時大豆的光飽和點下降 在一定光照強度范圍內(nèi) 間作時大豆的光合速率高于單作時 超過一定強度 間作時大豆光合速率低于單作時 降低了大豆的光合速率 B C錯誤 間作時大豆的光補償點低于單作時大豆的光補償點 故大豆在間作時先開始積累有機物的最低光照強度低于單作時 D正確 答案 D 3 2014 廣東B卷 26 觀測不同光照條件下生長的柑橘 結(jié)果見下表 請回答下列問題 注 括號內(nèi)的百分數(shù)以強光照的數(shù)據(jù)作為參照 1 CO2以 方式進入葉綠體后 與 結(jié)合而被固定 固定產(chǎn)物的還原需要光反應提供的 2 在弱光下 柑橘通過 和 來吸收更多的光能 以適應弱光環(huán)境 3 與弱光下相比 強光下柑橘平均每片葉的氣孔總數(shù) 單位時間內(nèi)平均每片葉CO2吸收量 對強光下生長的柑橘適度遮陰 持續(xù)觀測葉色 葉面積和凈光合速率 這三個指標中 最先發(fā)生改變的是 最后發(fā)生改變的是 解析 1 氧氣 二氧化碳的跨膜方式為自由擴散 暗反應過程中C5固定二氧化碳 還原過程需要光反應提供的ATP和 H 2 葉綠素的含量增加導致葉色變?yōu)樯罹G 吸收更多的光能 另外平均葉面積增大也可吸收更多的光能 3 平均每片葉氣孔總數(shù) 平均葉面積 氣孔密度 所以強光下平均每片葉的氣孔總數(shù)比弱光下更少 導致單位時間內(nèi)每片葉CO2吸收量較少 適度遮陰指的是中等光照強度 題意指的是由強光變?yōu)橹械葟姸裙庹?直接影響的是凈光合速率 所以最先改變的是凈光合速率 葉面積的改變受到葉綠素的含量等眾多因素的影響 需要一個比較長的時間 所以最后改變 答案 1 自由擴散五碳化合物ATP和 H NADPH 2 增加葉面積提高葉綠素含量 3 較少較少凈光合速率葉面積 4 2014 福建卷 26 氫是一種清潔能源 萊菌衣藻能利用光能將H2O分解成 H 和O2 H 可參與暗反應 低氧時葉綠體中的產(chǎn)氫酶活性提高 使 H 轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?1 萊菌衣藻捕獲光能的場所在葉綠體的 2 CCCP 一種化學物質(zhì) 能抑制萊菌衣藻的光合作用 誘導其產(chǎn)氫 已知缺硫也能抑制萊菌衣藻的光合作用 為探究缺硫?qū)θR菌衣藻產(chǎn)氫的影響 設(shè)完全培養(yǎng)液 A組 和缺硫培養(yǎng)液 B組 在特定條件下培養(yǎng)萊菌衣藻 一定時間后檢測產(chǎn)氫總量 實驗結(jié)果 B組 A組 說明缺硫?qū)θR菌衣藻產(chǎn)氫有 作用 為探究CCCP 缺硫兩種因素對萊菌衣藻產(chǎn)氫的影響及其相互關(guān)系 則需增設(shè)兩實驗組 其培養(yǎng)液為 和 3 產(chǎn)氫會導致萊菌衣藻生長不良 請從光合作用物質(zhì)轉(zhuǎn)化的角度分析其原因 4 在自然條件下 萊菌衣藻幾乎不產(chǎn)氫的原因是 因此可通過篩選高耐氧產(chǎn)氫藻株以提高萊菌衣藻產(chǎn)氫量 解析 1 真核細胞吸收光能的場所是葉綠體的類囊體薄膜 2 B組產(chǎn)氫總量大于A組 說明缺硫促進了氫的產(chǎn)生 為了探究CCCP和缺硫兩種因素對產(chǎn)氫的影響 需增設(shè)一組含CCCP的完全培養(yǎng)液和一組含CCCP但缺硫的培養(yǎng)液 3 產(chǎn)氫時 光反應的產(chǎn)物 H 用于還原C3的量就減少 所以有機物生成量就減少 從而導致生長不良 4 低氧時 產(chǎn)氫酶活性提高 使 H 轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?自然條件下 氧氣的存在抑制了產(chǎn)氫酶的活性 從而抑制了 H 轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?答案 1 類囊體薄膜 2 促進添加CCCP的完全培養(yǎng)液添加CCCP的缺硫培養(yǎng)液 3 萊菌衣藻光反應產(chǎn)生的 H 轉(zhuǎn)變?yōu)镠2 參與暗反應的 H 減少 有機物生成量減少 4 氧氣抑制產(chǎn)氫酶的活性