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第九講 能量之源——光與光合作用,,第三單元 細胞的能量供應(yīng)和利用,1．用無水乙醇提取綠葉中的色素；用層析液將綠葉中的色素分離。色素在層析液中溶解度越高，在濾紙條上隨層析液擴散的越快。 2．葉綠體中的色素分布在類囊體的薄膜上，包括葉綠素和類胡蘿卜素；葉綠素主要吸收波長較短的藍紫光和波長較長的紅光；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。 3．暗反應(yīng)過程是在葉綠體基質(zhì)內(nèi)，在多種酶催化下完成的。包括CO2的固定和C3的還原等過程。 4．提高光合作用強度的措施有：控制光照強弱、適當降低夜晚的溫度、適當增加環(huán)境中CO2濃度等。,5．生物體中的能量轉(zhuǎn)化：光能→電能→ATP中的活躍化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能→ATP中活躍的化學(xué)能(被組織細胞利用)。 6．化能合成作用：某些生物能夠利用環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，這種合成作用叫做化能合成作用。,[基礎(chǔ)回扣] 一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 1．葉綠體 (1)模式圖,,(2)結(jié)構(gòu) ①是葉綠體膜：雙層膜。 ②是 ：含有與暗反應(yīng)有關(guān)的酶。 ③是 ：由類囊體堆疊而成，分布有 和與 有關(guān)的酶。 (3)功能：進行 的場所。 (4)恩格爾曼的實驗：好氧細菌只分布于___________被光束照射的部位。,基質(zhì),基粒,色素,光反應(yīng),光合作用,葉綠體,2．色素的種類和功能,葉綠素a,葉綠素b,黃,橙黃,3.影響葉綠素合成的因素 (1)光照：光是葉綠素合成的必要條件，植物在黑暗中葉呈黃色。 (2)溫度：低溫抑制葉綠素的合成，破壞已有的葉綠素分子，從而使葉片變黃。 (3)鎂等無機鹽：鎂是構(gòu)成葉綠素的成分，缺鎂葉片變黃。 [解惑] 能進行光合作用的生物不一定含有葉綠體，如光合細菌、藍藻等不含葉綠體，但能進行光合作用。,二、光合作用的探究歷程,三、光合作用的過程 1．反應(yīng)式：CO2＋H2O光能葉綠體(CH2O)＋O2。 2．過程 (1)區(qū)別,(2)聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供 和 ；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供 、 。,[H],ATP,ADP,Pi,四、影響光合作用的因素及光合效率 1．光合作用強度 指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量?？梢杂靡欢〞r間內(nèi)原料的消耗量或產(chǎn)物的生成量來表示。 2．影響光合作用的因素 空氣中 、光照強度、 、土壤中 的 等。,CO2濃度,溫度,水分、礦質(zhì)元素,3．不同顏色溫室大棚的光合效率 (1) 光合作用效率是指綠色植物通過光合作用制造的有機物中所含有的能量與光合作用所吸收的光能的比值。農(nóng)作物的光合作用效率與二氧化碳濃度、光質(zhì)、溫度、礦質(zhì)元素等有密切關(guān)系。 (2)葉綠素對藍紫光和紅光吸收最多，對綠光吸收最少，因此藍紫光和紅光的光合作用效率較高，綠光光合作用效率較低。無色透明大棚日光中各色光均能透過，有色大棚主要透過同色光，其他光被其吸收，所以用無色透明的大棚光合效率最高。,[解惑] 綠色植物等進行光合作用的生物和硝化細菌等進行化能合成作用的生物代謝類型都是自養(yǎng)型，在生態(tài)系統(tǒng)的成分中都是生產(chǎn)者。,[優(yōu)化落實] 考查一 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 1．[判一判] (1)葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素( ) (2)被葉綠素吸收的光可用于光合作用( ) (3)植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效吸收綠光( ) (4)葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光( ) (5)葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值相同( ),√,√,×,√,×,(6)利用紙層析法可分離4種葉綠體色素( ) (7)液泡中色素吸收的光能用于光合作用( ) (8)葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內(nèi)( ) 提示 分布在類囊體的薄膜上。 (9)光合作用需要的酶只分布在葉綠體基質(zhì)中( ) 提示 類囊體的薄膜上和葉綠體基質(zhì)中都有。,√,×,×,×,考查二 光合作用的探究歷程 2．請按時間先后順序排列下列事件( ) ①德國科學(xué)家薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉 ②美國科學(xué)家魯賓和門采用同位素標記法證明，光合作用釋放的氧氣全部來自參加反應(yīng)的水 ③英國科學(xué)家普里斯特利指出植物可以更新空氣 ④德國科學(xué)家恩格爾曼用水綿做實驗證明，氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所 A．①②③④ B ④③②① C．③①④② D ①③②④,解析 ①為1864年；②為1941年；③為1771年；④為1880年。 答案 C,3．1864年，德國科學(xué)家薩克斯將綠色葉片放在暗處幾小時，然后把此葉片一半遮光，一半曝光。經(jīng)過一段時間后，用碘蒸氣處理葉片，成功地證明綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。該實驗在設(shè)計上具有很強的嚴密性，具體體現(xiàn)在( ) A．本實驗不需要設(shè)對照實驗 B．曝光處作為對照實驗 C．本實驗為空白對照實驗 D．遮光處作為對照實驗,解析 薩克斯做該實驗的目的是為了“證明植物在光下能產(chǎn)生淀粉”， 為了證明這一點，達到這個實驗?zāi)康模恍柽M行直接的實驗證明即可，也就是直接把饑餓處理后無淀粉的葉片置于光下，觀察有無淀粉產(chǎn)生即可證明，所以曝光處作為實驗組。而通過遮光組作為對照組，用以確定淀粉不是來自于其它來源，而是來自光合作用。 答案 D,考查三 光合作用的過程 4．[判一判] (1)葉綠體是光合作用的主要場所( ) 提示 是全部場所。 (2)H2O在光下分解為[H]和O2的過程發(fā)生在基質(zhì)中( ) (3)在葉肉細胞中，CO2的固定和產(chǎn)生場所分別是葉綠體基質(zhì)、線粒體基質(zhì)( ) (4)光合作用過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，細胞呼吸過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP ( ),×,×,√,×,(5)破壞葉綠體外膜后，O2不能產(chǎn)生( ) (6)光照下葉綠體中的ATP主要是由光合作用合成的糖經(jīng)有氧呼吸產(chǎn)生的( ) (7)離體葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳(暗)反應(yīng)( ) (8)CO2的固定發(fā)生在類囊體薄膜上( ),×,×,√,×,考查四 影響光合作用的因素及光合效率 5．[判一判] (1)葉肉細胞在光照下進行光合作用，不進行呼吸作用( ) (2)暗反應(yīng)必須在無光條件下進行( ) (3)溫度主要通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率( ) (4)冬季溫室栽培可適當提高溫度，來提高光合作用效率 ( ),×,×,√,√,(5)晚上適當降低溫度，可以降低細胞呼吸消耗有機物，來增加有機物的積累( ) (6)無色透明塑料大棚比綠色塑料大棚光合作用效率高( ),√,√,考點一 光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的經(jīng)典實驗分析 [關(guān)鍵點擊] 1．1771年普里斯特利實驗 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)。,[易錯清零] 易錯點1 恩格爾曼實驗用水綿作為實驗材料。水綿不僅具有細而長的帶狀葉綠體，而且葉綠體螺旋狀地分布在細胞中，便于觀察和分析研究。 易錯點2 實驗成功的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量和減少額外變量，恩格爾曼將臨時裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和氧的影響，從而確保實驗?zāi)軌蛘＿M行。,[演練提升] 1．德國科學(xué)家薩克斯先將綠色葉片放在暗處數(shù)小時進行“饑餓”處理(消耗掉葉片中的淀粉)，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(jīng)脫色、漂洗后再用碘液處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)遮光部分不變藍，曝光部分變藍。下列有關(guān)本實驗的分析及結(jié)論合理的是( ),①本實驗未設(shè)對照組 ②有無光照是遮光和曝光區(qū)域表現(xiàn)不同結(jié)果的唯一原因 ③實驗初始時遮光和曝光區(qū)域均達到無淀粉狀態(tài) ④實驗證明葉綠體利用光照將CO2轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變成了淀粉，④錯誤。 答案 D,2．將經(jīng)過饑餓處理的一片綠葉(在黑暗中放置一天)從中部的葉脈切斷，給予光照2h經(jīng)鏡檢驗發(fā)現(xiàn)，葉片下部產(chǎn)生了淀粉，而葉片上部無淀粉生成，其原因是( ) A．切斷葉脈阻斷了水分運輸 B．切斷葉脈阻斷了二氧化碳運輸 C．切斷葉脈阻斷了有機物的運輸 D．切斷葉脈影響了上部細胞的呼吸作用,解析 水是光合作用的原料，沒有水光合作用將不能進行。 答案 A,【解題技巧】 在光合作用的發(fā)現(xiàn)中，大多數(shù)科學(xué)家們利用了對照實驗，使結(jié)果和結(jié)論更科學(xué)、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(zhì)(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(jié)果說服力不強。,考點二 色素與光合作用過程 [關(guān)鍵點擊] 1．色素 (1)色素的吸收光譜,,(2)色素與葉片顏色 ①正常綠色 正常葉子的葉綠素和類胡蘿卜素的比例為3∶1，且對綠光吸收最少，所以正常葉片總是呈現(xiàn)綠色。 ②葉色變黃 寒冷時，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉子變黃。,③葉色變紅 秋天降溫時，植物體為適應(yīng)寒冷，體內(nèi)積累了較多的可溶性糖，有利于形成紅色的花青素，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉子呈現(xiàn)紅色。 (3)色素的功能 吸收、傳遞光能，少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a將光能轉(zhuǎn)化為電能。,2．光合作用過程圖解,5．條件驟變時，C3、C5、[H]、ATP的含量變化 (1)圖示過程：,(2)變化分析：,[易錯清零] 易錯點1 若同一植物處于兩種不同情況下進行光合作用。甲：一直光照10分鐘；乙：光照5秒，黑暗5秒，持續(xù)20分鐘，則光合作用制造的有機物：甲乙(暗反應(yīng)時間長)。 易錯點2 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。 易錯點3 光合作用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只用于暗反應(yīng)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。,[演練提升] 3．如圖表示葉綠體結(jié)構(gòu)與功能示意圖。下列說法錯誤的是( ),,A．結(jié)構(gòu)A中的能量變化是光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的化學(xué)能 B．供給14CO2，放射性出現(xiàn)的順序為CO2→C3→甲 C．結(jié)構(gòu)A釋放的O2可進入線粒體中 D．結(jié)構(gòu)A釋放的O2可能來自CO2,解析 光合作用過程中，光能轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學(xué)能的場所是葉綠體基粒的類囊體薄膜上；CO2被固定后首先進入C3中，隨后進入有機物中；葉綠體基粒類囊體薄膜產(chǎn)生的O2全部來自于水的光解，O2的去向有兩個：一是進入線粒體內(nèi)參與有氧呼吸過程，二是釋放到細胞外。 答案 D,4. 進行正常光合作用的葉片，如果葉綠體中[H]的含量相對穩(wěn)定，在a點時突然停止供給CO2，能表示葉綠體中[H]含量變化的曲線是( ),解析 突然停止供給CO2，暗反應(yīng)受到抑制，消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]的量減少，[H]積累增多，一段時間后處于穩(wěn)定狀態(tài)。 答案 B,【解題技巧】 (1)條件驟變時，C3、C5、[H]、ATP的含量變化，只表示條件改變后短時間內(nèi)各物質(zhì)相對含量的變化，而非長時間。 (2)達到相對穩(wěn)定時，C3化合物的濃度是C5化合物濃度的2倍。,考點三 影響光合作用的環(huán)境因素 [關(guān)鍵點擊] 1. 光照強度 (1)光合作用強度隨光照強度變化的曲線：,(2)曲線分析,(3)應(yīng)用 陰生植物的光補償點和光飽和點都較陽生植物低，如圖中虛線所示。間作套種農(nóng)作物，可合理利用光能； 欲使植物正常生長，則必須使光照強度大于B點對應(yīng)的光照強度；適當提高光照強度可增加大棚作物產(chǎn)量。,2. CO2濃度 (1)曲線分析：圖1中A點表示CO2補償點，即光合作用速率等于呼吸作用速率時的CO2濃度，圖2中A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B′點都表示CO2飽和點。 (2)應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光合作用速率。,(2)應(yīng)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。,[易錯清零] 易錯點1 溫度改變對光合作用的影響。溫度改變時，不管是光反應(yīng)還是暗反應(yīng)均會受影響，但主要影響暗反應(yīng)，因為參與暗反應(yīng)的酶的種類和數(shù)量都比參與光反應(yīng)的多。 易錯點2 光照不但影響光反應(yīng)，而且光是葉綠素合成的必要條件，因此植物在暗處呈黃色。 易錯點3 溫度不但影響光合作用過程中酶的活性，而且低溫會抑制葉綠素的合成，甚至破壞原有的葉綠素分子，從而使葉片變黃。,[演練提升] 5. (2013·重慶卷，6)圖中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(yīng)(碳反應(yīng))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(yīng)速率不變、暗反應(yīng)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,解析 水的光解、O2釋放發(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，暗反應(yīng)增強，一定程度上加快ATP和ADP的轉(zhuǎn)化，同時促進了光反應(yīng)，C項錯誤；突然停止光照，光反應(yīng)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,6. 甲圖和乙圖表示某植物在適宜的CO2濃度條件下光合作用速率與環(huán)境因素之間的關(guān)系，下列相關(guān)描述中錯誤的是 ( ),A．甲圖中，在a′點限制光合作用速率的主要因素是光照強度，在b′點限制光合作用速率的主要因素是溫度或CO2濃度 B．從乙圖可以看出，當超過一定溫度后，光合作用速率會隨著溫度的升高而降低 C．溫度主要是通過影響酶的活性來影響光合作用速率的 D．若光照強度突然由a變?yōu)閎，短時間內(nèi)葉肉細胞中C3的含量會增加,解析 甲圖表示光照強度和溫度對光合作用速率的影響，乙圖表示溫度對光合作用速率的影響。分析甲圖中某點上的限制因素時，要看曲線是否達到飽和點。如果沒有達到飽和點(如a′點)，則限制因素為橫坐標表示的因素，即光照強度；當達到飽和點以后(如b′點)，則限制因素為橫坐標表示的因素以外的其他因素，如溫度或CO2濃度。當光照強度突然增強時，光反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生更多的[H]和ATP，短時間內(nèi)C3的還原速率加快而CO2的固定速率不變，故C3的含量會減少。 答案 D,【解題技巧】 1. CO2濃度對光合作用的影響。CO2濃度很低時，光合作用不能進行；當CO2濃度大于某值時，光合作用才能進行。對于植物來說，也存在CO2的補償點和飽和點，CO2濃度過大時，會抑制植物的呼吸作用，進而影響到光合作用。,2. 不同的植物的光補償點和光飽和點不同： ①不同的植物的光補償點不同，主要與該植物的呼吸作用強度有關(guān)，與溫度也有關(guān)系。一般陽生植物的光補償點比陰生植物高。 ②不同的植物的光飽和點不同。陽生植物的光飽和點高于陰生植物。,3．光合作用限制因素分析 (1)達到飽和點以前的限制因素，為橫坐標表示的因素。 (2)達到飽和點以后的限制因素，為橫坐標表示的因素以外的因素。,2．實驗程序,,二、表觀(凈)光合速率的測定方法 (1)裝置,,[易錯清零],[演練提升] 7. (2013·江蘇卷)關(guān)于葉綠體中色素的提取和分離實驗的操作，正確的是( ) A. 使用定性濾紙過濾研磨液 B. 將干燥處理過的定性濾紙條用于層析 C．在畫出一條濾液細線后緊接著重復(fù)劃線2－3 次 D. 研磨葉片時，用體積分數(shù)為70%的乙醇溶解色素,解析 過濾主要是將濾渣和濾液分開，要用吸水性差的紗布而不能用吸水性強的濾紙過濾研磨液，A錯誤；干燥處理定性濾紙是為了讓層析液能夠更快的上升，使色素更好地分離，B正確；畫濾液細線，要等一次畫完干燥后才能重復(fù)，防止濾液細線過粗，C錯誤；葉綠體中色素為脂溶性的，要用無水乙醇溶解，D錯誤。 答案 B,8. (2013·海南卷，8)關(guān)于葉綠素提取的敘述，錯誤的是( ) A．菠菜綠葉可被用作葉綠素提取的材料 B．加入少許CaCO3能避免葉綠素被破壞 C．用乙醇提取的葉綠體色素中無胡蘿卜素 D．研磨時加入石英砂可使葉片研磨更充分,解析 菠菜綠葉富含葉綠素，可用作提取葉綠素的材料，A項正確；加入碳酸鈣可避免研磨過程中液泡中的有機酸等物質(zhì)對葉綠素的破壞，B項正確；用乙醇提取到的葉綠體色素含有胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，C項錯誤；研磨加石英砂的目的是為了研磨更充分，D項正確。 答案 C,【解題技巧】 葉綠體色素提取分離實驗異?，F(xiàn)象分析 (1)收集到的濾液綠色過淺的原因分析 ①未加二氧化硅，研磨不充分。 ②使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。 ③一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。 ④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。,(2)濾紙條色素帶重疊：濾紙條上的濾液細線畫得不直、細、勻。 (3)濾紙條看不見色素帶 ①忘記畫濾液細線。 ②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。,考向一 色素與光合作用過程(5年17考) 典例1 (2014·海南卷， 7)關(guān)于小麥光合作用的敘述，錯誤的是( ) A．類囊體上產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng) B．夏季晴天光照最強時，小麥光合速率最高 C．進入葉綠體的CO2不能被NADPH直接還原 D．凈光合速率為長期零時會導(dǎo)致幼苗停止生長,思路點撥 光合作用的光反應(yīng)階段在類囊體薄膜上進行，主要影響因素為光照，該過程中產(chǎn)生的ATP只能用于暗反應(yīng)，暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進行，主要影響因素為溫度，暗反應(yīng)包括二氧化碳的固定和C3的還原。,解析 類囊體上進行光反應(yīng)產(chǎn)生ATP可用于暗反應(yīng)，A正確；夏季晴天光照最強時，由于高溫導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，CO2吸收減少，小麥光合速率下降，B錯；進入葉綠體中的CO2必須先經(jīng)過固定，形成C3后被NADPH還原，C正確；凈光合速率為長期零時，積累量為零，因缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致幼苗停止生長，D正確。 答案 B,易錯辨析 葉綠體有雙層膜包裹，外膜主要是與外界環(huán)境隔開，內(nèi)膜上有與光合作用有關(guān)的酶，光反應(yīng)在類囊體薄膜上進行，類囊體薄膜不是內(nèi)膜。冬季影響光合作用的主要因素為溫度。,考向二 影響光合作用的環(huán)境因素 (5年26考) 典例2 (2014·課標Ⅱ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(yīng)該同時考慮________這一因素的影響，并采取相應(yīng)措施。,思路點撥 根據(jù)曲線本題考查的是凈光合速率隨CO2濃度變化的相關(guān)知識。在一定濃度范圍內(nèi)，光合速率隨CO2濃度增大而增大，達到一定濃度將不再改變，此時受生物體內(nèi)酶的數(shù)量和光照強度的限制。,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(yīng)綜合考慮CO2濃度和光強對植物的影響。,答案 (1)0 A、B、C (2)光強 (3)大于 (4)光強 易錯辨析 光合作用過程中，二氧化碳濃度變化時， C3、C5、有機物和[H]都會瞬時發(fā)生變化，一段時間后又會維持穩(wěn)定。生物體生命活動能夠利用的能量只能是細胞呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的活躍化學(xué)能。,典例3 (2015·溫州檢測)下圖中的甲、乙兩圖為一晝夜中某作物植株對CO2的吸收和釋放狀況的示意圖。甲圖是在春季的某一晴天，乙圖是在盛夏的某一晴天，請據(jù)圖回答問題：,(1)甲圖曲線中C點和E點(外界環(huán)境中CO2濃度變?yōu)榱?時，植株處于何種生理活動狀態(tài)_________________________。 (2)根據(jù)甲圖推測該植物光合作用強度最高的是________點，植株積累有機物最多的是________點。 (3)乙圖中FG段CO2吸收量逐漸減少是因為________，以致光反應(yīng)產(chǎn)生的________和________逐漸減少，從而影響了暗反應(yīng)強度。 (4)乙圖曲線中間E處光合作用強度暫時降低，可能是因為____________________________________________。,思路點撥 C與E點植物不吸收也不釋放CO2，D點時單位時間內(nèi)二氧化碳的量最大，E點時吸收二氧化碳最多。 解析 甲圖中C與E點植物不吸收也不釋放CO2，表明植物的光合強度等于呼吸強度；光合作用強度最高點應(yīng)是CO2吸收速率最高點(D)，有機物積累最多點應(yīng)是光合作用減弱到等于細胞呼吸時的點(E)。 答案 (1)呼吸釋放CO2的量等于光合作用吸收CO2的量 (2)D E (3)光照強度逐漸減弱 ATP [H] (4)溫度高，蒸騰作用過強，氣孔關(guān)閉，影響了CO2的供應(yīng),易錯辨析 乙圖中DE短下降的原因為溫度過高，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉；光合作用速率最高的點為二氧化碳吸收速率最大的點，積累有機物最多的點為吸收二氧化碳最多的點。,考向三 光合作用有關(guān)的實驗(5年12考) 典例4 中國的飲食講究“色香味”，顏色會影響消費。小李同學(xué)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(chǎn)品，配成一定濃度的溶液，于室溫(約25 ℃)下進行實驗，方法和結(jié)果如下表。,根據(jù)所學(xué)知識和實驗結(jié)果，請回答： (1)提取葉綠素的X應(yīng)該為________，原因是___________________________________________________。 (2)表中Y應(yīng)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(chǎn)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。,思路點撥 本實驗為葉綠體中色素的提取與分離實驗變化而來，仍然是考查葉綠體中色素提取與分離的有關(guān)知識。 解析 (1)綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑如無水乙醇中，所以，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。(2)該實驗探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響，所以實驗變量為pH的大小，所以我們要設(shè)置一系列pH梯度，即pH為8.0、7.0、6.0、5.0。(3)通過對實驗結(jié)果的分析，在pH為6.0、5.0的酸性條件下葉綠素會分解，所以天然葉綠素不適用于酸性食品。(4)由于各種色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙條上擴散得快；反之，則慢。所以，我們可用紙層析法將葉綠素粗產(chǎn)品中的色素進行分離，以確定是否含有其他色素。,答案 (1)無水乙醇 綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中 (2)8.0 pH梯度差為1.0，所以Y為8.0 (3)酸性 葉綠素分解，食品變?yōu)辄S綠色或黃褐色,(4)方法：用紙層析法將葉綠素粗產(chǎn)品中的色素進行分離，以確定是否含有其他色素。 主要步驟：①制備濾紙條：將預(yù)先準備的干燥濾紙條一端剪去兩個角使之呈梯形，在距該端1 cm處畫一鉛筆細線。 ②畫濾液細線：用毛細吸管吸取葉綠素粗產(chǎn)品，沿鉛筆線均勻地畫濾液細線。 ③紙層析法分離色素：將濾紙條畫有濾液細線的一端置于燒杯中的層析液中(不要將濾液細線浸沒在層析液中)。 ④觀察實驗結(jié)果。,易錯辨析 實驗中提取色素用的是無水乙醇，分離色素用的是層析液；色素分離的原因是色素在層析液中溶解度不同，溶解度越大，色素在濾紙條上擴散速度越快。,考情一 光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的經(jīng)典實驗分析 1. 1880年美國生物學(xué)家恩格爾曼設(shè)計了一個實驗研究光合作用的光譜。他將棱鏡產(chǎn)生的光譜投射到絲狀水綿體上，并在水綿懸液中放入好氧細菌，觀察細菌的聚集情況(如圖)。他得出光合作用在紅光區(qū)和藍光區(qū)最強。這個實驗的思路是( ),,A．細菌對不同的光反應(yīng)不一樣，細菌聚集多的地方，細菌光合作用強 B．好氧細菌聚集多的地方，O2濃度高，水綿光合作用強 C．好氧細菌聚集多的地方，產(chǎn)生的有機物多，水綿光合作用強 D．好氧細菌大量消耗O2，使水綿光合作用速度快，則該種光有利于光合作用,解析 根據(jù)好氧型細菌的代謝特點可知，該實驗的設(shè)計思路是好氧型細菌聚集多的地方，O2濃度高，O2濃度高的原因是該種光照射下的水綿光合作用強，釋放的O2多。 答案 B,2．一位科學(xué)家做了如下實驗：將水綿(絲狀綠藻)放在暗處，一束白光通過棱鏡再投射到水綿的葉綠體上，這時好氧性細菌將明顯聚集在( ) A. 紅光的投影區(qū)域內(nèi) B. 紅光和綠光的投影區(qū)域內(nèi) C. 紅光和藍紫光的投影區(qū)域內(nèi) D. 黃光和橙光的投影區(qū)域內(nèi),解析 紅光和藍紫光的投影區(qū)域內(nèi)，光合作用強度比較大，產(chǎn)生氧氣多，水綿多聚集在此。 答案 C,考情二 色素與光合作用過程 3. (2015·寧波聯(lián)考)下圖表示某高等植物光合作用與細胞呼吸過程中物質(zhì)變化的關(guān)系，下列說法正確的是( ),A．2過程消耗的ATP來自1、3、4、5過程產(chǎn)生的ATP B．1、2過程在葉綠體中，3、4、5過程在線粒體中進行 C．1過程產(chǎn)生的NADPH參與2過程，3和4過程產(chǎn)生的[H]與氧結(jié)合產(chǎn)生水 D．高等植物所有的細胞都可以進行1、2、3、4、5過程,解析 2過程消耗的ATP來自1，不能來自細胞呼吸。3過程在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行，4、5過程在線粒體中進行。高等植物沒有葉綠體的細胞不能進行光合作用。 答案 C,4. 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(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如下圖?；卮饐栴}：,(1)圖中物質(zhì)A是________(C3化合物、C5化合物)。 (2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)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(zhì)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(yīng)中C3和C5化合物濃度達到穩(wěn)定時，物質(zhì)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 (1)CO2濃度降低時，C3化合物產(chǎn)生減少而消耗繼續(xù)，故C3化合物的濃度降低，所以物質(zhì)A代表的是C3化合物。(2)在正常情況下，1 mol CO2與1 mol C5化合物結(jié)合形成2 mol C3化合物，即C3化合物的濃度是C5化合物濃度的2倍。CO2濃度迅速下降到0.003%后，C5化合物的產(chǎn)生量不變而消耗量減少，故C5化合物的濃度升高。(3)CO2濃度繼續(xù)處于0.003%時，因光反應(yīng)產(chǎn)物[H]和ATP的積累而抑制光反應(yīng)過程，足量的[H]和ATP引起暗反應(yīng)中C5化合物的濃度又逐漸降低，而C3化合物的濃度逐漸升高，在達到相對穩(wěn)定時，C3化合物的濃度仍是C5化合物濃度的2倍。(4)CO2濃度較低時，暗反應(yīng)減弱，需要的[H]和ATP量減少，故CO2濃度為0.003%時，在較低的光照強度時就能達到最大光合速率。,答案 (1)C3化合物 (2)暗反應(yīng)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(jù)暗反應(yīng)的特點，此時C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍 當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(dǎo)致C5化合物積累 (3)高 (4)低 CO2濃度低時，暗反應(yīng)的強度低，所需的ATP和[H]少,考情三 影響光合作用的環(huán)境因素 5. (2012·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吸收速率的變化如下圖所示。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(guān)閉,解析 由圖可知，a點是光合速率和呼吸速率相等的點，在a點之前就進行光合作用，A項錯誤；CO2的吸收速率(凈光合速率)大于零，說明植物在積累有機物，6～18時，植物一直在積累有機物，所以有機物積累量最多是在18時，B項錯誤；b～c段的變化是由于溫度高，蒸騰作用旺盛，植物為了減少水分的散失而關(guān)閉氣孔，致使植物吸收CO2量減少，d～e段的變化由光照強度減弱引起，C項錯誤；在b～d段，甲植株沒有出現(xiàn)CO2吸收速率下降，有可能是某種原因?qū)е缕淙~片的氣孔無法關(guān)閉，D項正確。 答案 D,6．(2015·鄭州模擬)對農(nóng)作物光合作用和細胞呼吸的研究，可以指導(dǎo)我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。下面是某研究小組以番茄為材料所做的相關(guān)實驗及其結(jié)果，請回答相關(guān)問題。,(1)由甲圖可推知，與P點相比，Q點限制單株光合強度的外界因素是________(寫出兩種)，甲實驗給我們的啟示是，在栽培農(nóng)作物時要注意________。 (2)種植番茄的密閉大棚內(nèi)一晝夜空氣中的CO2含量變化如圖乙所示。C～F段，葉綠體內(nèi)ADP含量最高的地方是________，葉綠體內(nèi)O2的含量將________，一晝夜內(nèi)植株是否顯示生長現(xiàn)象？并說明理由________________________。 乙圖給我們的啟示是，在密閉大棚種植作物時要注意____________________________________________________。,(3)將對稱葉片左側(cè)遮光右側(cè)曝光(如圖丙)，并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠种g的物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射12小時后，從兩側(cè)截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為a和b(單位：g)。則b－a所代表的是____________________。 (4)裝置丁(如圖)可用來探究光照強度對光合作用強度的影響。根據(jù)該圖的材料及設(shè)置，可以確定該實驗的因變量應(yīng)該是________，而自變量可以是______；無關(guān)變量有_________(寫出兩種)。,解析 (1)隨種植密度增大，田間的通風(fēng)、透光條件都變差，故與P點比，限制Q點光合作用強度的外界因素是光強、CO2濃度。(2)植物進行光合作用過程中，ATP在葉綠體基質(zhì)中被消耗，故在葉綠體內(nèi)基質(zhì)中ADP含量最高。因大棚密閉，總碳量不變，經(jīng)過一晝夜，棚內(nèi)CO2含量降低，則有機物含量增加。(3)照光與不照光部分的生理過程中差別是光合作用是否進行，故右(總光合作用與細胞呼吸)－左(細胞呼吸)＝總光合作用。(4)該實驗的自變量是光強，因變量應(yīng)該是反映光合作用強度的指標——葉片上浮速率。而影響光合作用強度的其他因素都是無關(guān)變量。,答案 (1)光照強度、CO2濃度 合理密植 (2)葉綠體基質(zhì) 逐漸升高 生長。因為一晝夜內(nèi)大棚內(nèi)的CO2濃度有所下降，說明光合作用產(chǎn)生的有機物有積累 經(jīng)常補充CO2 (3)12小時內(nèi)右側(cè)截取部分光合作用制造的有機物總量 (4)單位時間上浮葉片的數(shù)量 光照強度(臺燈與燒杯的距離) 溫度、清水的量、CO2的含量等,7. (2013·四川卷，8)將玉米的PEPC酶基因?qū)胨竞?，測得光照強度對轉(zhuǎn)基因水稻和原種水稻的氣孔導(dǎo)度及光合速率的影響結(jié)果，如下圖所示。(注：氣孔導(dǎo)度越大，氣孔開放程度越高),,(1)水稻葉肉細胞進行光合作用的場所是________，捕獲光能的色素中含量最多的是________。 (2)CO2通過氣孔進入葉肉細胞后，首先與________結(jié)合而被固定，固定產(chǎn)物的還原需要光反應(yīng)提供________。 (3)光照強度低于8×102μmol·m－2·s－1時，影響轉(zhuǎn)基因水稻光合速率的主要因素是________；光照強度為10～14×102μmol·m－2·s－1時，原種水稻的氣孔導(dǎo)度下降但光合速率基本不變，可能的原因是________。 (4)分析圖中信息，PEPC酶所起的作用是________；轉(zhuǎn)基因水稻更適宜栽種在________的環(huán)境中。,解析 因為葉綠素a含量最多，所以捕獲光能的色素中含量最多的是葉綠素a。因為光照強度增加，氣孔導(dǎo)度下降但是光合速率沒有改變，則說明暗反應(yīng)速率沒有改變，所以實際利用CO2的量沒有改變。圖1直接可以看出PEPC酶可以提高氣孔導(dǎo)度，圖2可以看出PEPC酶能夠提高CO2的固定能力，由于和原種水稻相比轉(zhuǎn)基因水稻的光合速率隨著光照強度的增加，說明轉(zhuǎn)基因水稻適合光照強度較強的環(huán)境,答案 (1)葉綠體 葉綠素a (2)C5 [H]和ATP (3)光照強度 實際利用CO2的量沒有改變 (4) 提高氣孔導(dǎo)度和提高水稻在強光下的光合速率 光照強度較強,考情四 光合作用有關(guān)的實驗 8. 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(jié)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(jié)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,9．(2013·海南卷)某同學(xué)將生長一致的小麥幼苗平均分為甲、乙兩組，甲組置于陽光下培養(yǎng)。乙組置于黑暗中培養(yǎng)，其他條件適宜。一段時間后，測定麥苗的干重，發(fā)現(xiàn)兩組存在明顯差異。,回答下列問題： (1)兩組麥苗中，干重較大的組是________組，原因是________。 (2)觀察葉片顏色，出現(xiàn)黃化現(xiàn)象的是________組，其主要原因是________。 (3)該實驗探究了環(huán)境因子中________對小麥________的影響。 (4)若將甲組置于紅光下，乙組置于綠光下，培養(yǎng)一段時間后，兩組麥苗中干重較大的是甲組，原因是________。,解析 (1)甲乙比較，因在光下能制造有機物，植物生長長大，故甲將增重。(2)葉綠素的合成必須有光照，乙因放置于無光下，故會出現(xiàn)葉片黃化現(xiàn)象。(3)本實驗考查對考生對實驗設(shè)置的理解，這里強調(diào)單因子變量以及光照有無植物能否進行光合作用。(4)植物葉綠體內(nèi)含量最多的光合色素是葉綠素a，而葉綠素a主要吸收紅橙、藍紫光，植物在紅橙、藍紫光下光合作用也較強，從而積累有機物較多。故甲乙對照，甲組增重較大。,答案 (1) 甲 甲組能進行光合作用，積累有機物，乙組不能進行光合作用，同時呼吸作用消耗有機物 (2)乙 在黑暗條件下，葉片中葉綠素降解，且無葉綠素合成 (3)光照 光合作用 (4)甲組吸收的光能多，光合作用強；乙組吸收的光能少，光合作用弱,