苏教版高考大一轮复习第三单元光合作用和细胞呼吸第9讲光合作用讲义生物文档格式.docx
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提示 恩吉尔曼的实验中,照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照;
萨克斯的实验中,暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
命题点一 捕获光能的色素和结构分析
1.(2016·
全国Ⅱ,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
答案 C
解析 叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中,A项正确;
镁作为细胞中的无机盐,可以离子状态由植物的根从土壤中吸收,进而参与叶绿素的合成,B项正确;
一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,可见光不包括红外光和紫外光,C项错误;
叶绿素的合成需要光,黑暗中生长的植物幼苗,因没有光照而导致叶绿素合成受阻,使类胡萝卜素的颜色显现出来,因而叶片呈黄色,D项正确。
生命观念
影响叶绿素合成的因素
2.(2018·
淮安模拟)如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图,下列有关叙述错误的是( )
A.①和②均为选择透过性膜
B.③上分布有与光反应有关的色素和酶,这些色素对绿光吸收最少
C.③上所含色素均含Mg2+,故缺Mg2+时这些色素都无法合成
D.在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
解析 ①和②分别为叶绿体的外膜和内膜,膜结构均具有选择透过性,A项正确;
③为类囊体,其上分布有与光反应有关的色素和酶,这些色素对绿光吸收最少,所以叶片一般为绿色,B项正确;
叶绿素分子中含Mg2+,胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2+,C项错误;
在类囊体上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量,D项正确。
命题点二 探究光合作用的相关实验分析
3.人们对光合作用这一重要生命现象的发现及认识经历了漫长的过程,以下是光合作用探究历程中的几个经典实验,请结合所学知识回答下列问题:
实验一:
普利斯特莱的实验
密闭玻璃罩+绿色植物+蜡烛/小鼠→蜡烛不易熄灭/小鼠不易窒息死亡。
(1)本实验缺乏________组,应该如何改进?
__________________________________
________________________________________________________________________。
实验二:
萨克斯的实验
黑暗中饥饿处理的绿叶
(2)本实验的自变量为______________,因变量为_____________________________
______,实验组是________(填“曝光组”或“遮光组”)。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是________________________________________
________________________________________________________________________
实验三:
鲁宾和卡门的实验
(4)鲁宾和卡门应用了__________法追踪CO2和H2O中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)写出光合作用总反应式,并用18O标明水中氧的转移途径:
_______________________
答案
(1)对照(或空白对照) 将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内,作为空白对照
(2)光的有无
叶片颜色变化 遮光组 (3)使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉,排除对实验的干扰,增强实验的说服力 (4)同位素标记 (5)CO2+H
O
(CH2O)+18O2
解析
(1)在设计探究性实验时应遵循单一变量和对照性原则,而本实验缺乏对照(或空白对照)组,应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内,作为空白对照。
(2)分析实验可知,本实验的自变量为光的有无,因变量为叶片颜色变化。
本实验中曝光组为对照组,遮光组是实验组。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉,排除对实验结果的干扰,增强实验的说服力。
(4)鲁宾和卡门应用了同位素标记法追踪CO2和H2O中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)由于产生的氧气全部来自于水,在反应中用同位素(如18O)标明水中氧的转移途径,总反应式为CO2+H218O
(CH2O)+18O2。
考点二 光合作用的基本过程
1.过程
2.反应式
(1)产物为(CH2O):
CO2+H2O
(CH2O)+O2。
(2)产物为C6H12O6:
6CO2+12H2O
C6H12O6+6O2+6H2O。
3.光反应和暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶
ATP、[H]、CO2、多种酶
场所
类囊体膜
叶绿体基质
物质变化
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原
能量变化
光能转化为活跃的化学能
活跃的化学能转化为稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP,暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。
没有光反应,暗反应无法进行,没有暗反应,有机物无法合成
4.光合作用和化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
(1)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中( ×
(2)叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉( ×
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后,可完成暗反应过程( √ )
(4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和暗反应强度都降低( √ )
(5)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CO2的固定立即停止( ×
(6)光合作用和细胞呼吸均能产生[H],二者还原的物质不同( √ )
(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖( √ )
分析光合作用的过程图解
(1)图中的甲表示光反应阶段,发生在叶绿体的类囊体膜上。
(2)乙表示暗反应阶段,又称作卡尔文循环。
(3)图中的物质a是[H],物质c是CO2。
(4)图中的ATP不能(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器,用于其他生命活动。
1.光合作用C、H、O的转移途径
(1)H:
3H2O
[3H]
(C3H2O)。
(2)C:
14CO2
14C3
(14CH2O)。
(3)O:
H
18O2;
C18O2
C3
(CH
O)。
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)分析方法:
需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。
示例:
CO2供应正常,光照停止时C3的含量变化
(2)物质含量变化的比较
光照由强到弱,CO2供应不变
光照由弱到强,CO2供应不变
CO2供应由充足到不足,光照不变
CO2供应由不足到充足,光照不变
C3含量
增加
减少
C5含量
[H]和ATP
的含量
(CH2O)
的合成量
3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累,在光反应停止时,暗反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。
(2)一直光照条件下,会造成[H]、ATP的过度积累,利用不充分;
光照和黑暗间隔条件下,[H]、ATP基本不积累,能够被充分利用;
因此在光照时间相同的条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
例如:
若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用,甲一直光照10分钟,黑暗处理10分钟;
乙光照5秒,黑暗处理5秒,持续20分钟,则光合作用制造的有机物:
甲<乙。
命题点一 光合作用的过程分析
1.(2015·
福建,3)在光合作用中,RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)→2C3。
为测定RuBP羧化酶的活性,某学习小组从菠菜叶中提取该酶,用其催化C5与14CO2的反应,并检测产物14C3的放射性强度。
下列分析错误的是( )
A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
答案 B
解析 RuBP羧化酶催化上述反应即为二氧化碳的固定,属于暗反应,其场所是叶绿体基质,A项正确;
暗反应不需要光,有光和无光条件下都可进行,B项错误;
实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度,采用同位素标记法,C项正确;
单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率,酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性,D项正确。
2.下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a~g为物质,①~⑥为反应过程,物质转换用实线表示,能量传递用虚线表示)。
下列有关叙述错误的是( )
A.图中①表示水分的吸收,③表示水的光解
B.c为ATP,f为[H]
C.将b物质用18O标记,最终在(CH2O)中能检测到放射性
D.图中a物质主要吸收红光和蓝紫光,绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
解析 图中a~g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP+、CO2,①~⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成,A项正确,B项错误;
18O2
C18O2
O),C项正确;
光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用,D项正确。
命题点二 分析条件骤变对叶绿体中物质含量的影响
3.(2016·
天津,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
解析 叶绿体中的色素对红光的吸收率高,光反应快,对绿光的吸收率很低,光反应慢,A错误、C正确;
光反应快,C3被还原的量多,剩余的少,B错误;
绿光照射时,光反应速率降低,C5下降,D错误。
4.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改变的变化情况,下列对这一环境因素改变的分析正确的是( )
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
答案 D
解析 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的相对含量将减少、C5的相对含量将增加,D正确。
命题点三 连续光照和间隔光照条件下的有机物的合成量分析
5.(2015·
全国Ⅰ,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135s,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67.5s;
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7.5s;
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3.75ms(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135s;
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________。
(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。
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
(2)光照和黑暗交替频率 ATP和[H]
解析
(1)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%,说明C组黑暗条件下进行了部分光合作用,暗反应消耗了ATP和[H],为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP+等,所以单位光照时间内,C组合成有机物的量高于D组。
光合产物的生成场所为叶绿体基质。
(2)A、B、C三组实验中光照时间之和均为67.5s,但是处理方法不同,结果也不一样,并且是单位时间内光照和黑暗交替频率越高,光合作用产物相对量越高,可知光照时产生的ATP和[H]在光照时没有用完,可以在黑暗中继续利用,还原C3生成糖类等有机物及C5,C5继续与CO2结合,因此提高了光合作用中CO2的同化量。
考点三 影响光合作用的因素及应用
1.光照强度
(1)原理:
光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
光照强度增加,光反应速度加快,产生的[H]和ATP增多,使暗反应中还原过程加快,从而使光合作用产物增加。
(2)曲线分析
①A点:
光照强度为0,此时只进行细胞呼吸。
②AB段:
随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强,CO2释放量逐渐减少。
③B点:
为光补偿点,细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度等于细胞呼吸强度。
④BC段:
表明随着光照强度不断增强,光合作用强度不断增强,到C点后不再增强了。
⑤D点:
为光饱和点,限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是光合色素含量、酶的数量和最大活性,外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(3)应用:
①温室生产中,适当增强光照强度,以提高光合速率,使作物增产;
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种农作物,可合理利用光能。
2.CO2浓度
CO2影响暗反应阶段,制约C3的形成。
图1中A点表示CO2补偿点,即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度,图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
在农业生产上可以通过“正其行,通其风”,增施农家肥等增大CO2浓度,提高光合速率。
3.温度
温度通过影响酶的活性影响光合作用,主要制约暗反应。
AB段
在B点之前,随着温度升高,光合速率增大
B点
酶的最适温度,光合速率最大
BC段
随着温度升高,酶的活性下降,光合速率减小,50℃左右光合速率几乎为零
温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合速率;
晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物有机物的积累。
4.水分和矿质元素
(1)原理
①水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。
另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体内。
②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产生直接或间接的影响。
如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。
(2)曲线(如图)
农业生产中,可根据作物的生长规律,合理灌溉和施肥。
据图分析多因素对光合作用的影响
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么?
提示 P点之前,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因素吗?
此时的限制因素分别是什么?
提示 Q点之后横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因素,此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处?
提示 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素,增加了土壤的肥力,另外还释放出热量和CO2,增加了大棚内的温度和CO2浓度,有利于光合作用的进行。
命题点一 单因素对光合作用的影响分析
1.(2019·
周口模拟)阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”,下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化,据此下列分析正确的是( )
A.光斑照射前,光合作用无法进行
B.光斑照射后,光反应和暗反应迅速同步增加
C.光斑照射后,暗反应对光反应有限制作用
D.光斑移开后,光反应和暗反应迅速同步减弱
解析 光斑照射前,有氧气释放,说明植物细胞在进行光合作用,A项错误;
光斑照射后,光反应迅速增加,而暗反应没有立即增加,二者不同步,B项错误;
光斑照射后,O2释放曲线变化趋势是光反应先增加然后降低,说明暗反应对光反应有限制作用,原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和[H],C项正确;
移开光斑后,光反应迅速减弱,而暗反应过一段时间后才减弱,二者不同步,D项错误。
2.(2014·
四川,6)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作),测得两种植物的光合速率如图所示(注:
光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。
据图分析,下列叙述正确的是( )
A.与单作相比,间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
B.与单作相比,间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大
C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率
D.大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作
解析 当光照强度为0时,植物只进行细胞呼吸,由坐标图中数据可知,桑树间作时的呼吸强度比单作时的大,大豆间作时的呼吸强度比单作时的小;
A项错误;
由坐标图中数据可知,与单作相比,间作时桑树光合作用的光饱和点增大,大豆光合作用的光饱和点减小,B项错误;
由坐标图中数据可知,在较低光照强度范围内,大豆间作时的光合速率比单作时增强,在较高光照强度范围内,大豆间作时的光合速率比单作时减弱,C项错误;
由坐标图中数据可知,单作时大豆开始积累有机物时的最低光照强度大于间作时的,D项正确。
命题点二 多因素对光合作用的影响分析
3.(2018·
江苏,18)下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
解析 随着CO2浓度的增大,净光合速率先增大后趋于稳定,但由于净光合速率最大时对应着一个温度,即最适温度,低于或高于此温度,净光合速率都将下降,所以无法确定在CO2浓度足够大时,较高温度下的净光合速率高于较低温度,A错误;
植物进行光合作用存在最适温度,高于最适温度后,净光合速率减小,所以随着温度升高,净光合速率应先升高后降低,B错误;
由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在相应光波长时,植物的净光合速率存在峰值,不应呈现先升高后趋于稳定的状态,且光波长一定时,较高温度下的净光合速率不一定较高,C错误;
随着光照强度的增加,净光合速率先增大后趋于稳定,在光照强度足够时,较高的CO2浓度下净光合速率较大,D正确。
4.电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。
在温室中同时增补电场和增施CO2,蔬菜产量可提高70%左右,这就是著名的“电场产量倍增效应”。
科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验,绘制如下曲线。
据图回答下列问题:
(1)第1组实验的作用是______________________________________________。
在饱和光照强度下,该实验的自变量是____________________________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较,说明________________________________________。
(3)根据实验曲线可知,在相同光照强度下,为了最大限度地增加作物产量,可以采取的措施是______________________________________________。
答案
(1)对照 电场强度和CO2浓度
(2)强电场可以提高植物的光合作用强度 (3)增补电场和增施CO2
解析
(1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度,属于对照组,起对照作用。
饱和光照强度下,实验的自变量是电场强度和CO2浓度。
(2)第1组实验和第2组实验对比,二者的自变量为电场强度,第2组实验的净光合作用强度大于第1组实验,而二者的细胞呼吸强度相等,因此说明强电场可以提高植物的光合作用
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