高考生物大一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第10讲能量之源光与光合文档格式.docx
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三、光合作用的反应式及过程
1.反应式:
CO2+H2O
(CH2O)+O2。
2.过程
光反应为暗反应提供[H]和ATP;
暗反应为光反应提供ADP和Pi。
光合作用过程的“一、二、三、四”
四、影响光合作用的因素
1.光合作用强度
(1)含义:
植物在单位时间内通过光合作用制造有机物的量。
(2)指标:
一定时间内
2.影响光合作用强度的因素
(1)空气中CO2的浓度。
(2)土壤中水分的多少,温度的高低。
(3)光照的长短与强弱,光的成分。
3.光合作用与化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌等微生物
1.(必修1P100基础题T3改编)恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,该实验能得出的结论主要是( )
A.叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用,放出氧气
B.光合作用释放氧气的部位是叶绿体的类囊体
C.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
D.好氧细菌没有线粒体也能进行有氧呼吸
答案:
A
2.(必修1P106基础题T6改编)下图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图,关于甲物质和乙物质的相对分子质量的比较,正确的是( )
A.甲>乙 B.甲<乙
C.甲=乙D.无法确定
B
3.思维诊断
(1)判断下列有关叶绿体及色素的叙述
①(xx·
高考重庆卷T1C)叶绿体色素在层析液中的溶解度越高,在滤纸上扩散就越慢。
(×
)
②叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。
(√)
③利用纸层析法可分离4种叶绿体色素。
(2)判断下列有关光合作用和化能合成作用的叙述
南京市统考T11C)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。
②光反应产生的ATP可用于核糖体合成蛋白质。
③光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂。
④离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后,可完成暗反应。
⑤硝化细菌虽然不能进行光合作用,但是自养生物。
(3)判断下列有关影响光合作用的因素及应用的叙述
高考山东卷T4D)适宜条件下光合作用过程中C5/C3的比值,停止供应CO2后比停止前高。
②将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养,随培养时间的延长,玻璃容器内CO2浓度一直保持稳定,不变化。
③停止供水,植物光合速率下降,这是由于水是光合作用的原料,又是光合产物在植物体内运输的主要介质。
④无色透明塑料大棚比绿色塑料大棚光合作用效率低。
考点一 光合作用发现史中的经典实验分析[学生用书P69]
1.普利斯特利的实验
密闭玻璃罩+绿色植物+
(1)没有认识到光在植物更新空气中的作用,而将空气的更新归因于植物的生长。
(2)限于当时科学发展水平的限制,没有明确植物吸收和释放气体的成分。
2.萨克斯的实验
黑暗中饥饿处理的绿叶
(1)该实验设置了自身对照,自变量为光的有无,因变量是颜色变化(有无淀粉生成)。
(2)该实验的关键是饥饿处理,以使叶片中的营养物质消耗掉,增强了实验的说服力。
为了使实验结果更明显,在用碘蒸气处理之前应用热酒精对叶片进行脱色处理。
(3)本实验除证明光合作用的产物有淀粉外,还证明光是光合作用的必要条件。
3.恩格尔曼的实验
(1)结论:
叶绿体是光合作用的场所,光合作用过程中能产生氧气。
(2)该实验设置极细光束和黑暗、完全曝光和黑暗两组对照。
自变量为光照和黑暗,因变量为好氧菌聚集的部位。
4.鲁宾和卡门的实验
H
O+CO2―→植物―→18O2
H2O+C18O2―→植物―→O2
(1)该实验设置了对照,自变量是标记物质(H
O和C18O2),因变量是O2放射性的有无。
(2)鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪CO2和H2O中的C、H、O元素在光合作用中的转移途径。
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,以消耗细胞中原有的淀粉
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
[解析] 图示的两实验中,只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理,目的是消耗掉细胞中原有的淀粉。
恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所,萨克斯实验的目的是探究光合作用的产物,所以两实验均需要光的照射。
恩格尔曼的实验中,黑暗与极细光束、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。
恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物;
萨克斯的实验可证明淀粉是光合作用的产物,但不能证明氧气是光合作用的产物。
[答案] B
1.证明光合作用需要的原料(CO2、H2O)和条件(光)
(1)检测指标:
是否有淀粉生成。
(2)实验方法:
实验植物先遮光进行饥饿处理→再照光并给予相应条件处理后(施加变量)→经酒精脱色→碘液检验(能被碘液染成蓝色则说明有淀粉产生)。
如图所示为验证CO2是光合作用必需原料的实验过程。
2.证明光合作用的场所——叶绿体
进行饥饿处理的植物,经相应条件处理(是否有叶绿体)后,再经酒精脱色,能被碘液染成蓝色的则说明有淀粉产生。
1.(xx·
合肥高三质检)在光合作用的探究历程中,德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律,提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。
以下哪项科学实验能证明这一假说( )
A.英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验
B.恩格尔曼证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光的实验
C.萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D.鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验
解析:
选C。
萨克斯证明绿叶在光下可以产生淀粉,说明了光能转化为稳定的化学能,其他实验均无法证明光合作用时能量转化的假说,故C项正确。
2.用含18O的水浇灌植物,经光照后,18O可最先发现于下面哪种产物中( )
A.生成的葡萄糖中
B.生成的淀粉中
C.合成的蛋白质中
D.周围空气中的O2
选D。
植物通过水的光解所释放O2进入空气,所以最先被发现18O。
考点二 以过程图为载体,考查光合作用的过程[学生用书P70]
1.光反应和暗反应比较
光反应
暗反应
图解
条件
必须在光下
有光、无光都可以
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化
(1)水光解:
2H2O
4[H]+O2↑
(2)ATP的合成:
ADP+Pi
ATP
能量转化
光能―→ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]、ATP,暗反应为光反应提供ADP和Pi,如图:
2.光合作用过程中元素转移途径分析
(1)光合作用总反应式及各元素去向
(2)光合作用过程中O元素的转移途径
O
18O2
C18O2
C3
(CH
O)+H
(3)光合作用过程中C元素的转移途径
14CO2
14C3
(14CH2O)
如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)。
请回答以下问题:
(1)图中a物质主要吸收________________,绿色植物能利用它将光能转换成________________。
(2)图中①表示水分的吸收,③表示________,c为________,该物质只能用于暗反应,不能用于其他生命活动。
(3)③和④进行的场所分别是________________________。
通过[H]和ATP将光反应和暗反应联系起来。
(4)当g突然停止供应,则细胞内e的含量会________;
当光照突然增强,细胞内e的含量会________。
[答案]
(1)红光和蓝紫光 ATP中活跃的化学能
(2)水的光解 ATP (3)叶绿体类囊体薄膜、叶绿体基质
(4)上升 上升
模型法分析C5、C3等物质含量的变化
当外界条件改变时,光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用如图分析:
(1)停止光照时:
ATP↓,ADP↑,C3↑,C5↓,分析如下:
(2)CO2供应停止时:
C5↑,C3↓,ATP↑,ADP↓,分析如下:
捕获光能的色素和叶绿体的结构
1.关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B.被叶绿素吸收的光可能用于光合作用
C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
叶绿素a和叶绿素b所含的化学元素相同,都由C、H、O、N、Mg组成,故A项正确。
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,叶绿素吸收的光能通过光合作用转变为储存在有机物中的化学能,故B项正确。
叶绿素a在红光区的吸收峰值约为663nm,叶绿素b在红光区的吸收峰值约为645nm,故C项正确。
绿叶中的色素对绿光的吸收极少,绝大多数绿光被反射出来,因此植物呈现绿色,故D项错误。
2.(xx·
河北石家庄二中模拟)图甲为叶绿体结构模式图,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.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.图乙所示的结构是产生[H]并消耗ATP的场所
D.叶绿体以图甲③的形式扩大膜的表面积
图乙所示结构含有光合色素,光合色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上,对应于图甲中的③,A项错误;
在叶绿体的基质(图甲④)中,也分布有与光合作用有关的酶,B项错误;
消耗ATP的场所是叶绿体的基质(图甲④),C项错误;
③是叶绿体的类囊体,叶绿体以图甲③的形式扩大膜的表面积,D项正确。
光合作用过程分析
3.(原创题)下图为叶绿体结构与功能示意图,A、B、C、D表示叶绿体的结构,①②③④⑤表示有关物质。
下列叙述不正确的是( )
A.参与光合作用的色素位于图中的A部位
B.CO2进入叶绿体后,通过固定形成⑤物质
C.若突然停止光照,C3的含量会升高
D.用14C标记CO2进行光合作用,可在④⑤中测到较高放射性
选B。
CO2通过固定形成④物质。
4.(xx·
北京东城期末)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照,结果如下表。
实验
组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
大量3磷酸甘油酸(三碳化合物)
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外,
还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析,下列叙述不正确的是( )
A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布
C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类
D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
CO2是光合作用暗反应阶段的原料,A正确;
每组照光后将小球藻进行处理使酶失活,其目的是终止相关的反应,这样测定的数据,才能准确反映光照时间内放射性物质的分布,B正确;
在光合作用的暗反应过程中,CO2先进行固定,生成三碳化合物,然后是三碳化合物被还原,从表中可以看出,放射性首先出现在3磷酸甘油酸中,C错误;
表中信息显示,光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等,D正确。
误区1 认为用光照射光合色素就能发生光反应
[点拨] 叶绿体中的色素具有吸收、传递、转化光能的作用,但发生光反应除色素、光照之外,还需ADP、Pi、H2O、NADP+、酶等。
误区2 认为光反应产生的ATP可用于其他生命活
动,线粒体产生的ATP可用于暗反应
[点拨] 光反应产生的ATP仅用于暗反应C3化合物的还原,线粒体产生的ATP用于除光合作用之外的其他生命活动。
误区3 认为白天植物只进行光合作用
[点拨] 植物在白天时同时进行光合作用和细胞呼吸。
条件骤变细胞内[H]、ATP、C3、C5
等物质的变化
5.(xx·
高考新课标全国卷Ⅰ)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,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A.O2的产生停止
B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP比值下降
D.NADPH/NADP+比值下降
正常生长的绿藻,照光培养一段时间,说明绿藻可以正常进行光合作用,用黑布遮光后,改变了绿藻光合作用的条件,此时光合作用的光反应停止,光反应的产物O2、ATP和[H](即NADPH)停止产生,所以A、C、D项所叙述现象会发生;
光照停止,暗反应中C3还原受影响,C5减少,CO2的固定减慢,B项所叙述现象不会发生。
6.
(原创题)右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的变化情况,下列对这一环境因素的改变的分析,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
突然停止光照时,[H]和ATP减少,C3被消耗的量减少,故其含量增多,而C5的来源减少,故其含量降低。
突然增加CO2浓度时,合成C3的原料增加,导致C3含量增加。
增加光照强度时,[H]和ATP增多,C3因大量消耗而减少,C5的含量增加。
考点三 以曲线图为载体,考查影响光合作用的环境因素[学生用书P71]
1.光照强度
(1)原理:
影响光反应阶段ATP、[H]的产生。
(2)曲线
(3)分析:
P点的限制因素
(4)应用:
延长光合作用时间。
①大棚蔬菜生产时,可在夜间进行人工光照以延长光合作用时间。
②大田作物可采用轮作,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间。
2.CO2浓度
影响暗反应阶段C3的生成。
(4)应用
①种植大棚蔬菜时,多施有机肥、人工增施CO2。
②大田作物应多施有机肥和实施秸秆还田,或南北向种植以保证空气顺畅流通。
3.温度
通过影响酶的活性来影响光合速率。
P点对应的温度为进行光合作用的最适温度。
4.矿质元素
N、Mg是构成叶绿素的成分,P是辅酶NADPH的成分,K+有助于光合产物的运输。
(3)P~Q的形成原因:
施肥过多,植物吸水困难甚至失水,进而影响光合作用。
合理、适量施肥。
(原创题)科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响,得到实验结果如图。
据图回答下列问题:
(1)光照强度为a时,限制光合作用的环境因素主要是________,其直接影响是使光合作用产生的________和ATP过少,进一步限制了光合作用下一反应阶段中________过程的速率。
(2)光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ、曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因分别是________和________不同。
(3)根据上述已有条件,在光照强度为c时,____________(填“能”或“不能”)确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ哪种条件下人们获得的光合产物较多。
[解析]
(1)a点时光照强度较弱,植物的光合作用强度较低,因此该点的限制因素主要是光照强度,原因是光反应弱,产生的[H]和ATP少,限制暗反应中C3的还原。
(2)b点时,曲线Ⅰ和Ⅱ的自变量为温度,曲线Ⅱ和Ⅲ的自变量为CO2浓度。
(3)人们获得的光合产物应为有机物的积累量,因为在不同温度下植物的呼吸强度未知,因此无法判断光照强度为c时,哪种条件下获得的光合产物最多。
[答案]
(1)光照强度 [H] C3还原
(2)温度 CO2浓度 (3)不能
1.多因子变量对光合作用速率影响的分析方法
(1)当在P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随其不断加强,光合速率不断提高。
(2)当在Q点时,横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子,要想提高光合速率,可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
2.外界因素对光合作用影响的实质
影响因素
产生的影响
影响过程
光照强度
影响水的光解产生[H],影响ATP的形成
主要是光反应阶段
CO2浓度
影响C3的合成
主要是暗反应阶段
温度
影响光合作用酶的活性
分析单一因素对光合速率的影响
1.(考查光强强度、CO2浓度的影响)如图是水生植物黑藻在光照、CO2等因素影响下光合速率变化的示意图。
下列有关叙述正确的是( )
A.t1→t2,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,叶绿体基质中水光解加快、O2释放增多
B.t2→t3,暗反应限制光合作用。
若在t2时刻增加光照,光合速率将再提高
C.t3→t4,光照强度不变,光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强
D.t4后短暂时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,C3化合物还原后的直接产物含量降低
水的光解发生在叶绿体类囊体膜上,而不是叶绿体基质中,A项错误;
t2→t3,限制光合作用的是暗反应,要想提高光合速率,应提高CO2浓度,B项错误;
t3→t4,光合速率提高是因为暗反应增强,同时也促进了光反应的进行,光反应和暗反应是相互联系、相互依存的整体,C项错误;
t4后短暂时间内,细胞原有的ATP被消耗生成ADP和Pi,但是因无光,不能合成ATP,所以ADP和Pi含量升高,且C3化合物还原后的直接产物也因不断消耗而减少,D项正确。
2.(考查温度的影响)如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作用速率和呼吸作用速率曲线,下列叙述错误的是( )
A.光合作用中温度主要影响暗反应阶段
B.光合作用、呼吸作用都受到温度的影响,其中与呼吸作用有关的酶的适宜温度更高
C.温度在30℃左右时真光合作用速率最大
D.若温度保持25℃,长时间每天交替进行12h光照、12h黑暗,该植物不能正常生长
光合作用光反应阶段水的光解不需要酶,ATP的合成需要酶,暗反应过程中CO2的固定及C3的还原需要酶的催化,温度对光反应阶段的影响较小,对暗反应阶段的影响较大;
据图分析,呼吸作用相关的酶在40℃时活性最高,光合作用相关的酶在30℃时活性最高;
真光合作用速率=呼吸速率+净光合作用速率,由图可知,温度在30℃左右时真光合作用速率达到最大;
25℃条件下净光合速率为4,呼吸速率为2.5,交替进行12h光照、12h黑暗,植物每天积累的光合产物为12×
(4-2.5)=18,植物可以正常生长。
3.(考查水分的影响)(xx·
北京海淀期中)下图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图,图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。
若光照强度的日变化相同,则据图判断不正确的是( )
A.在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象
B.曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关
C.导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D.适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度
图中曲线Ⅰ为降雨第2天的桑叶光合速率日变化,此曲线表示在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象,A正确;
图中曲线Ⅱ双峰形成是由于中午日照过强,导致气孔关闭,CO2进入减少,光合速率下降,B正确;
导致曲线Ⅲ日变化的主要因素应是光照强度,C错误;
桑叶的“午休”是由于中午光照过强,保卫细胞失水,气孔关闭引起的,故适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度,D正确。
分析多因素对光合速率的影响
4.如图曲线Ⅰ表示黄豆在适宜温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。
在y点时改变某条件,结果发生了如曲线Ⅱ的变化。
下列分析合理的是( )
A.与y点相比较,x点时叶绿体中C3含量低
B.在y点时,适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C.制约x点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D.制约z点光合作用的因素可能是CO2浓度
在相同CO2浓度条件下,光照强度越强,产生的[H]和ATP越多,消耗的C3越多,因此,与y点相比,x点时叶绿体中C3含量高。
曲线Ⅰ表示在最适温度条件下的实验结果,若再升高温度,光合作用速率反而降低。
x点时光合作用速率低的原因主要是光照强度较低,而不是叶绿素的含量低。
z点以后再增强光照强度,光合作用速率不再增加,证明限制因素不是光照强度,CO2浓度仅为0.03%,制约z点的因素有可能是CO2浓度。
北京海淀区模拟)研究者探究不同光强条件下,两种不同浓度CO2对某种蓝藻生长的影响,结果如下图所示。
下列关于实验的叙述,不正确的是( )
A.“●”和“▲”分别表示高浓度和低浓度CO2下的测量结果
B.若相同条件下测量O2释放量,可得到相似的实验结果
C.低光强时,不同的CO2浓度对干重增加的影响不显著
D.高浓度CO2时,不同的光强对干重增加的影响不显著
由图可知在相同光照强度下,“●”的光合作用强度比“▲”高,CO2浓度也是限制光合作用的一个重要因素,同等光照强度,在一定范围内CO2浓度越高,光合作用强度越大,所以“●”和“▲”应分别表示高浓度和低浓度CO2下的测量结果,A正确;
净光合作用强度也可以用氧气的释放量来表示,B正确;
低光强下,由图可知不同的CO2浓度对干重增加的影响不显著,高浓度CO2条件下,不同的光强对干重增加的影响显著,C正确、D错误。
考点四 绿叶中色素的提取和分离[学生用书P73]
1.实验原理
(1)提取:
绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水,可用无水乙醇提取色素。
(2)分离:
各种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,从而使各种色素相互分离。
2.实验步骤
提取色素:
称取
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