届一轮复习人教版 第9讲光与光合作用 学案.docx
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届一轮复习人教版第9讲光与光合作用学案
第9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 捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程
1.捕获光能的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出:
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光,而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
2.叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构
↓决定
(3)功能:
进行光合作用的场所。
拓展延伸 影响叶绿素合成的三大因素
3.光合作用的探究历程(连线)
(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光( × )
(2)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素( √ )
(3)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同( √ )
(4)叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多( × )
(5)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中( × )
(6)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积( × )
下面是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图,请分析:
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处?
提示 选择水绵和好氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么?
提示 排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么?
提示 消耗掉细胞中原有的淀粉,防止对实验结果造成干扰。
(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理,目的是什么?
提示 防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(5)两实验设计中是如何形成对照的?
提示 恩格尔曼的实验中,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 捕获光能的色素分析
1.(2017·海南,10)将叶绿体悬浮液置于阳光下,一段时间后发现有氧气放出。
下列相关说法正确的是( )
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下,则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下,则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
答案 A
解析 光合作用的场所是叶绿体,离体的叶绿体在自然光下通过光反应能将水分解产生氧气,A项正确;叶绿体中的色素既能吸收红光,也能吸收蓝紫光,B、C项错误;水在叶绿体中分解产生氧气不需要ATP提供能量,D项错误。
2.将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上,可获得该吸收光谱(图中的数字表示光的波长,单位为nm,暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。
则该色素是( )
A.类胡萝卜素B.叶黄素
C.胡萝卜素D.叶绿素a
答案 D
解析 叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素。
其中,叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素,主要吸收蓝紫光。
从图中可以看出,该色素主要吸收红光和蓝紫光,所以该色素为叶绿素。
命题点二 探究光合作用的相关实验分析
3.(2017·西安调研)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,曾提出了植物在进行光合作用时发生能量转化的假说。
以下科学实验能证明这一假说的是( )
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橙光和蓝紫光的实验
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于水的实验
答案 C
解析 萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用的产物除氧气外还有淀粉,即光能转变成储存在淀粉等有机物中的化学能,因此该实验能证明“植物在进行光合作用时发生能量转化”的假说。
4.下面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,以下与实验相关的比较不正确的是( )
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的质量,A项正确;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中小球藻的质量大于①中小球藻的质量,B项正确;④和②中的水都为H
O,且含量相同,因此质量相等,C项错误;在试管①和②中原来质量相等的情况下,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,D项正确。
考点二 光合作用的基本过程
1.概念:
指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
2.过程
3.反应式
(1)产物为(CH2O):
CO2+H2O
(CH2O)+O2。
(2)产物为C6H12O6:
6CO2+12H2O
C6H12O6+6O2+6H2O。
4.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
类囊体薄膜
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
5.光合作用和化能合成作用的比较
项目
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薄膜上。
(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
O
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
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
增加
增加
减少
(CH2O)
的合成量
减少
增加
减少
增加
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
答案 B
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
H
O
C18O2
(CH
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.在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是( )
A.C3和C5都迅速减少
B.C3和C5都迅速增加
C.C3迅速增加,C5迅速减少
D.C3迅速减少,C5迅速增加
答案 C
解析 由题意知,在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后,光反应停止,[H]和ATP下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2的固定则继续进行,但由于缺少[H]和ATP,C3不能被还原而积累,使C3迅速增加;C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质,当CO2+C5→C3后,C3又不能被还原再形成C5时,C5将迅速减少。
所以,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,此时叶绿体中C3迅速增加,C5迅速减少。
4.(2018·临川第二中学调研)下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,叶绿体类囊体薄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。
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化合物生成糖类等有机物及C5化合物,C5化合物继续与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
(1)原理:
CO2影响暗反应阶段,制约C3的形成。
(2)曲线分析
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。
(3)应用:
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
(1)原理:
温度通过影响酶的活性影响光合作用,主要制约暗反应。
(2)曲线
(3)应用:
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
(3)应用:
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.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
答案 C
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
答案 D
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.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响,得到的实验结果如图所示。
请据图判断下列叙述不正确的是( )
A.光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B.光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C.光照强度为a~b,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D.光照强度为b~c,曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
答案 D
解析 曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同,因此光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同,A项正确;曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同,因此光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同,B项正确;由曲线图可知,光照强度为a~b,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高,C项正确;光照强度为b~c,曲线Ⅰ光合作用强度随光照强度升高而升高,但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化,D项错误。
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组和第2组对比,二者的自变量为电场强度,第2组的净光合作用强度大于第1组,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强度。
(3)分析曲线可知,同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组,因此为了最大限度地增加作物产量,可增加电场强度和提高CO2浓度。
解答受多因素影响的光合作用曲线题时,找出曲线的限制因素是关键。
具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化,将多因素转变为单一因素,从而确定限制因素。
当曲线上标有条件时,说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。
若题干中描述了曲线的获得前提,如最适温度下测得,则应该考虑温度以外的影响因素。
考点四 绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理
2.实验步骤
3.实验结果
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢