步步高高考生物一轮总复习精品讲义 第10讲 光与光合作用 新人教版.docx

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步步高高考生物一轮总复习精品讲义第10讲光与光合作用新人教版

第10讲　光与光合作用

[考纲要求]　1.光合作用的基本过程（Ⅱ）。

2.影响光合作用速率的环境因素（Ⅱ）。

3.实验：

叶绿体色素的提取和分离。

考点一　光合作用的探究历程[重要程度：

★★☆☆☆]

请将科学家和其相关实验的结论连起来。

1．探究普利斯特利的实验设计和实验评价

实验设计：

密闭玻璃罩＋绿色植物＋

实验评价：

（1）本实验缺乏空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。

（2）普利斯特利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．根据下面萨克斯的实验设计，完善下列问题

黑暗中饥饿处理的绿叶

（1）该实验的对照类型为自身对照，自变量为光的有无，因变量为颜色变化（有无淀粉生成），实验组是遮光处理组，对照组为曝光处理组。

（2）该实验的关键是要进行饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强实验的说服力。

3．根据恩格尔曼的实验设计，完善下列问题

（1）选择水绵作为实验材料的原因是：

水绵有带状叶绿体，螺旋分布在细胞中，便于观察和分析。

（2）将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中光线和O2的影响。

（3）设置细光线和好氧菌的好处：

能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位。

4．根据鲁宾和卡门实验的设计，完善下列问题

H

O＋CO2

18O2

H2O＋C18O2

O2

（1）鲁宾和卡门应用同位素标记法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中的转移途径。

（2）该实验设置了对照，自变量是标记物质（H

O和C18O2），因变量是释放的O2有无放

射性。

1．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（　　）

A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液

B．光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液

C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液

D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液

答案　B

解析　水绵进行光合作用需要光照和CO2，NaHCO3可为水绵提供CO2。

选用没有空气的环境，是为了排除实验前环境中氧的影响，确保实验的准确性。

先选用极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是由光照引起的，氧是由叶绿体释放出来的。

2．下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。

一段时间后，以下相关比较不正确的是（　　）

A．Y2的质量大于Y3的质量

B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量

C．②中水的质量大于④中水的质量

D．试管①的质量大于试管②的质量

答案　C

解析　Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3；④中小球藻中含有（CH

O）的有机物，而①中小球藻含有（CH2O）的有机物，故④中小球藻质量大于①中的小球藻质量；④和②中的水都为H

O，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②。

故选C。

考点二　光合作用的过程[重要程度：

★★★★★]

叶绿体的结构与光合作用过程图解

1．写出光合作用的总反应式并标出各元素的去向

答案　

2．光反应与暗反应的区别与联系

项目

光反应

暗反应

条件

需色素、光、酶

不需色素和光，需要多种酶

场所

叶绿体的类囊体薄膜

叶绿体基质

物质转化

①水光解：

2H2O

4[H]＋O2

②ATP的合成：

ADP＋Pi＋光能酶ATP

能量转换

光能→电能→ATP中活跃的化

学能

ATP中活跃的化学能→（CH2O）

中稳定的化学能

关系

3．探究外界条件变化时C5、C3、[H]等物质含量的变化

条件

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

减少

增加

C5含量

减少

增加

增加

减少

[H]和ATP的含量

减少或没有

增加

增加

减少

（CH2O）的合成量

减少

增加

减少

增加

易错警示　与光合作用过程有关的试题陷阱

涉及光照和CO2对光合作用的影响问题时，学生常因缺少综合思维能力而出现错误。

其中C3、C5的含量变化是个易错点，分析时只有理清C3、C5的“来源”与“去路”（C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定），才能避开试题陷阱。

1．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

C．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

D．④中进行的反应使ATP进入糖类等有机物中

答案　D

解析　①和②分别表示叶绿体的外膜和内膜，为生物膜，具有选择透过性；③为基粒，其上分布着光反应所需的色素和酶；光反应的产物[H]和ATP进入④叶绿体基质中，为暗反应提供还原剂氢和能源物质ATP；ATP水解后将活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能，而非直接将ATP转移到有机物中。

2．（2013·重庆卷，6）如图是水生植物黑藻在光照等环境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，基质中水光解加快、O2释放增多

B．t2→t3，暗反应（碳反应）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、暗反应增强的结果

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

答案　D

解析　水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体的薄膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3→t4，暗反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的转化，同时促进了光反应，C项错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D项正确。

3．如图是夏季晴朗的一天中，某绿色植物体内C3和C5两种化合物相对含量的变化曲线图，有人据图做出了如下分析和判断，其中正确的是（　　）

A．m表示C5，因为夜间叶绿体不能产生ATP和[H]，C5因缺少ATP不能与CO2结合而

积累

B．在5～9时，光合作用的最大限制因子是温度，11～15时最大的限制因子是光照和

CO2

C．16～20时两种物质含量变化的主要原因是环境因素的改变引起植物气孔开放和

ATP、[H]生成减少

D．环境因素的变化引起植物呼吸作用增强产生较多的CO2是16～20时两种物质含量变

化的主要原因

答案　C

解析　必须先读懂两条形态相似、变化相反曲线的意义，运用光合作用过程中物质、能量及影响因素等方面的规律审题，进行综合分析，才能正确做出选择。

题干提示两条曲线是关于光合作用过程中，两种化合物相对含量的变化，因此，紧扣C3和C5相互转化的条件和因果关系是解题的出发点。

早上有光照后，光反应产生的ATP和[H]增多，C3被还原而减少，C5则增多；傍晚光照减弱，光反应产生的ATP和[H]减少，C3增多，C5则减少，所以m表示C3，n表示C5。

CO2的固定不需要ATP，在5～9时，光合作用的最大限制因子是光照而不是温度，11～15时光合作用最大的限制因子不是光照，而是CO2。

模型法分析物质的量的变化

特别提醒　1以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时

间。

2以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量变化是一致的。

考点三　影响光合作用的因素[重要程度：

★★★☆☆]

1．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糖类的数量。

②指标：

一定时间内

（2）影响光合作用的环境因素有CO2浓度、水分、光照的长短与强弱及光的成分、温度的高低等。

2．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．探究单因子对光合作用速率的影响

（1）据图解读光照强度对光合作用强度的影响

A点：

光照强度为0，只进行细胞呼吸；

AB段：

光合作用强度小于细胞呼吸强度；

B点：

光补偿点（光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度）；

BC段：

光合作用强度大于细胞呼吸强度；

C点：

光饱和点（光照强度达到C点后，光合作用强度不再随光照强度增强而增强）。

（2）据图解读CO2浓度对光合作用强度的影响

A点：

CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；

A′点：

表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；

B和B′点：

CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加。

（3）据图解读温度对光合作用强度的影响

光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。

一般植物在10～35℃下正常进行光合作用，其中AB段（10～35℃）随温度的升高而逐渐加强，B点（35℃）以上由于光合酶活性下降，光合作用开始下降，50℃左右光合作用停止。

2．探究多种因子对光合作用的影响

P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。

当到Q点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图示中的其他因子。

1．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化合物含量低

B．在y点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ

C．x点时光合作用的制约因素主要是叶绿体中色素的含量

D．z点时光合作用的制约因素可能是二氧化碳浓度

答案　D

解析　x点时，光照强度较弱，光反应提供的[H]和ATP较少，C3化合物的浓度较y点时高，A项不正确；题目中提到已是在适宜温度下，如果再提高温度，会降低光合作用速率，B项不正确；制约x点的光合作用因素是光照强度，C项不正确；在适宜温度下和同等光照强度条件下，提高CO2浓度可大幅度提高光合作用速率，D项正确。

2．如图表示叶片的光合作用强度与植物周围空气中二氧化碳含量的关系。

图示中，ce段是增大了光照强度后测得的曲线。

下列有关叙述中，正确的是（双选）（　　）

A．植物体鲜重增加量是光合作用强度的重要指标

B．出现bc段的限制因素主要是光照强度

C．叶绿体内的三碳化合物含量，c点时大于b点

D．在e点后再次增大光照强度，曲线有可能为eg

答案　BD

解析　植物鲜重的增加主要是水分，不能代表光合作用的强度。

在c点增加光照强度，光合作用强度增加，说明出现bc段的限制因素主要是光照强度。

bc段光合作用强度基本不变，c点和b点三碳化合物维持动态平衡。

在一定范围内光合速率随着光照强度的增加而加快。

但超过一定范围之后，光合速率的增加转慢；当达到某一光照强度时，光合速率就不再增加，这种现象称为光饱和现象。

在e点后再次增大光照强度，曲线有可能为eg。

3．在农业生产实践中，常采用多种措施提高农作物的产量。

下列各项叙述中，措施与直接目的不一致的是（　　）

A．给植物补充氮肥用途之一是因为ATP和[H]的组成元素中有N，可以提高光合作用

效率

B．将阴生植物和阳生植物套种，利于提高作物光合作用速率

C．营养生殖可加快作物繁殖速率，利于优良性状的保持

D．合理密植有利于增加植物周围的CO2浓度

答案　B

解析　ATP和[H]（NADPH）是光合作用的中间产物，其组成元素都是C、H、O、N、P，所以补充N元素可提高光合作用效率；阴生植物与阳生植物套种，可充分利用光能，但不能提高作物的光合作用速率；营养生殖属于无性繁殖，可保持作物的优良性状；合理密植使作物空气流通，增加作物周围的CO2浓度。

4．下图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系，请据图回答下列问题：

（1）图甲表示在光照弱的情况下，光合作用速率随________的增加成正比例增加，这种情况下，可以认为此时影响光合作用的过程是________阶段。

（2）从图甲可知，光照强度超过某一强度时，光合作用不再增强，且有稳定发展的趋势，这种变化主要决定于__________，此时光合作用的________阶段受到限制。

（3）图乙中出现CD段的原因是______________________________________________

__________________________。

（4）请在图甲中绘制50℃时植物光合作用速率变化的曲线。

（5）根据图甲，在图乙中绘制光照强度为A时，不同温度下光合作用速率变化的曲线。

答案　

（1）光照强度　光反应　

（2）温度　暗反应

（3）随着温度的升高，酶活性降低，光合作用速率降低

（4）如图甲所示

（5）如图乙所示

解析　

（1）光合作用速率受光照强度、温度和CO2浓度等因素影响，本题只研究了光照强度和温度对植物光合作用的影响，由图甲可以看出，光照弱时，光合作用速率随光照强度的增加而上升，此时外界条件主要影响光反应阶段，而与温度无关。

（2）当光照强度超过某一值时，温度又成了限制因素。

此时光合作用的暗反应阶段受到限制。

（3）超过最适温度时，随着温度升高，酶活性下降，光合作用速率下降。

（4）由图乙可以看出，在50℃时光合作用速率大于20℃而小于30℃时的速率，可在图甲中相应画出。

（5）由图甲看出，在光照强度为A时，光合作用速率与温度变化无关，可在图乙中相应画出。

考点四　光合作用与细胞呼吸的关系及有关计算[重要程度：

★★★★★]

1．光合作用与有氧呼吸的区别

项目

光合作用

有氧呼吸

物质变化

无机物→有机物

有机物→无机物

能量变化

光能→化学能（储能）

稳定的化学能→活跃的化学能（放能）

实质

合成有机物，储存能量

分解有机物，释放能量，供细胞利用

场所

叶绿体

活细胞（主要在线粒体）

条件

只在光下进行

有光、无光都能进行

2．探究两者之间的联系

（1）物质方面

C：

CO2（CH2O）C3H4O3CO2

O：

H2OO2H2O

H：

H2O[H]（CH2O）[H]H2O

（2）能量方面

光能ATP中活跃的化学能（CH2O）中稳定的化学能

3．光合作用与细胞呼吸之间的气体变化

下列为叶肉细胞内线粒体与叶绿体之间的气体变化图示，据图判断生理过程。

图①：

表示黑暗中，只进行细胞呼吸；

图②：

表示细胞呼吸速率＞光合作用速率；

图③：

表示细胞呼吸速率＝光合作用速率；

图④：

表示细胞呼吸速率＜光合作用速率。

4．据图探究真正光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系

真正光合速率、净光合速率、呼吸速率三者之间的关系为：

真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。

特别提醒　三种速率的表示方法

项目

表示方法

净光合速率（又称表观光合速率）

O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量

真正光合速率（又称实际光合速率）

O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量

呼吸速率（黑暗中测量）

CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量

1．下图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2和[H]的变化，相关叙述正确的是（　　）

A．过程①发生在叶绿体类囊体的薄膜上，过程④发生在线粒体的内膜上

B．过程⑦发生在线粒体中

C．过程⑤⑥均需要[H]和ATP提供还原剂和能量

D．过程①③产生的[H]是相同的物质，过程⑧在线粒体中进行

答案　A

解析　过程①为水的光解，发生在叶绿体类囊体的薄膜上，过程④为[H]与O2反应生成水的过程，属于有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，A项正确；过程⑦为细胞呼吸的第一阶段，葡萄糖分解为丙酮酸的过程，发生在细胞质基质中，B项错误；过程⑤为暗反应阶段中CO2的固定，过程⑥为C3化合物的还原，C3化合物的还原需要[H]和ATP提供还原剂和能量，过程⑤不需要，C项错误；过程③为葡萄糖氧化分解产生[H]，与光合作用光反应过程产生的[H]不是同一种物质，D项错误。

2．白天用H

O浇花草，周围空气中CO2会出现18O，H

O中的18O进入CO2的途径是

（　　）

A．经光反应进入O2，再经有氧呼吸第二阶段进入CO2

B．经暗反应进入（CH2O），再经有氧呼吸第二阶段进入CO2

C．经暗反应进入（CH2O），再经有氧呼吸第一阶段进入CO2

D．直接经有氧呼吸第二阶段进入CO2

答案　D

解析　H2O既是光合作用的原料，又是光合作用的产物，在光合作用过程中，6CO2＋12H2O

C6H12O6＋6H2O＋6O2，其中，H2O中的氧经光反应阶段进入O2，O2可参与有氧呼吸第三阶段，生成H2O。

在细胞呼吸过程中，H2O参与有氧呼吸的第二阶段，H2O中的氧经过转化进入CO2中。

3．下图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体代谢简图。

以下相关叙述，错误的是

（　　）

A．若细胞①处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间放出的CO2量即为呼吸速率

B．细胞②没有与外界发生O2和CO2交换，可断定此时光合作用速率等于呼吸作用速率

C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和

D．对细胞④的分析可得出，此时的光照强度较弱且物质的量N1小于m2

答案　D

解析　黑暗中叶肉细胞只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用，所以A项正确；细胞②中线粒体释放的CO2正好用于叶绿体的光合作用，而叶绿体光合作用释放的O2正好用于线粒体的有氧呼吸，此时光合作用速率等于呼吸作用速率，B项正确；细胞③需要不断从外界吸收CO2，可见光合作用速率大于呼吸作用速率，细胞光合作用利用的CO2为线粒体呼吸释放CO2与从外界吸收CO2之和，C项正确；细胞④需要不断从外界吸收O2，可见其光合作用释放的O2不足以供给线粒体呼吸，所以N1等于m2，D项错误。

4．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。

下列分析正确的是（双选）（　　）

A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等

B．光照相同时间，在25℃条件下植物积累的有机物的量最多

C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少

D．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等

答案　AB

解析　该图纵坐标分别表示光照下二氧化碳的吸收量（即植物积累的有机物量）和黑暗中二氧化碳的释放量（即呼吸作用），因此，光合作用制造的有机物应该是两条曲线的数值之和。

35℃时光合作用制造的有机物的量为（3.5＋3）mg/h,30℃时光合作用制造的有机物的量为（3.5＋3）mg/h，故光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等；制造有机物的量最多的应该不是25℃而是30～35℃，积累量最多的才是25℃；光合作用制造的有机物与呼吸作用消耗的有机物的量相等的点应该是光照下植物不吸收二氧化碳的点，而不是图中二者曲线的交点。

5．下图表示某绿色植物的叶肉细胞在其他条件不变且比较适宜时，分别在光照强度为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生量的变化。

下列叙述正确的是（　　）

A．光照强度为a时，叶肉细胞产生ATP的场所有叶绿体、线粒体、细胞质基质

B．光照强度为b时，光合作用速率等于呼吸作用速率

C．该植物其他条件不变，一昼夜中保持15h光照强度为c，其余时间黑暗，该植物能

正常生长

D．光照强度为d时，细胞要从周围吸收2个单位的二氧化碳

答案　D

解析　光照强度为a时，只有CO2的释放，没有O2产生，所以植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，此时叶肉细胞产生ATP的场所有线粒体和细胞质基质；光照强度为b时，CO2的释放量是线粒体产生的CO2经细胞内叶绿体光合作用吸收后的剩余部分，O2的产生量是叶绿体真正光合作用所产生的O2，由于CO2的释放量＞0，说明此时呼吸速率大于光合速率；光照强度为c时，没有CO2释放，且O2产生量等于a时CO2的释放量，可判断此时光合速率＝呼吸速率，所以该植物其他条件不变一昼夜中保持15h光照强度为c，其余时间黑暗，一昼夜的有机物积累量＜0，该植物不能正常生长；光照强度为d时，真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，所以净光合速率＝O2产生量－呼吸速率＝8－6＝2，所以细胞要从周围吸收2个单位的CO2。

6．将生长状况相同的轮藻叶片分成4等份，在不同的温度下先暗处理1h，再光照1h（光照强度相同），测其质量变化，得到如下的数据。

以下说法错误的是（双选）（　　）

组别

1

2

3

4

温度（℃）

27

28

29

30

暗处理后的质量变化（mg）

－1

－2

－3

－1

光照后和暗处理前的质量变化（mg）

＋3

＋3

＋3

＋1

A.轮藻细胞内呼吸酶最适温度约为30℃

B．第三组轮藻光合作用产生的氧气量最多

C．第四组轮藻2h合成的有机物总量为2mg

D．四个组中的轮藻光合作用强度都大于呼吸作用强度

答案　AC

解析　暗处理后质量变化代表1h呼吸消耗有机物量，光处理后和暗处理前的质量变化值加2h的呼吸消耗有机物的量等于光处理1h合成的有机物总量，故轮藻细胞内呼吸酶的最适温度约为29℃；第三组轮藻合成有机物总量最多，光合产氧量也最大；第四组轮藻2h合成有机物总量为3mg；四个组中的轮藻的光合作用强度都大于呼吸作用强度。

　光照强度、二氧化碳浓度与光合速率的关系曲线

解读　

（1）解答有关光合作用的坐标曲线时，要注意对“四点三趋势”（起点、折点、

交点和终点以及升、平、降三种变化趋势）的生物学意义的分析，命题者常从这些特

征性的地方作为命题的切入点。

（2）光合总产量和净产量的常用判断方法：

若CO2的吸收量出现负值，则纵坐标为光

合净产量；光下植物对CO2吸收量、O2的释放量和有机物的积累量都表示为净产量；

生理过程中，光合作用对CO2吸收量、O2的释放量和葡萄糖的生成量表示总量。

实验八　绿叶中色素的提取与分离[重要程度：

★★★★☆]）

1．实验原理

提取：

绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中而不溶于水，可用无水乙醇提取

↓色素

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．实验流程

提取色素

制备