三维设计届高考生物一轮精品讲义 33 能量之源光与光合作用 新人教版必修1.docx
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三维设计届高考生物一轮精品讲义33能量之源光与光合作用新人教版必修1
第三讲能量之源——光与光合作用
知识点一 捕获光能的色素和叶绿体的结构
1．填写叶绿体的结构示意图
2．填表比较叶绿体色素的种类和功能
色素
功能
叶绿素
叶绿素a：
蓝绿色
吸收红光和蓝紫光
叶绿素b：
黄绿色
类胡萝卜素
叶黄素：
黄色
吸收蓝紫光
胡萝卜素：
橙黄色
[巧学助记] 叶绿体色素的种类和吸收光谱
黄绿a、蓝绿b，吸收红、蓝、紫；
叶子黄、胡萝卜橙，吸收蓝紫光。
知识点二 光合作用的探索历程[动漫演示更形象 见课件光盘]
请将科学家和相关实验结论连起来
知识点三 光合作用与化能合成作用
1．填写光合作用过程图解[动漫演示更形象 见课件光盘]
[巧学助记] 光合作用过程的“一、二、三、四”
2．填表比较光合作用与化能合成作用
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
一、理解运用能力
1．判断下列有关叶绿体色素的正误。
（1）被叶绿素吸收的光可用于光合作用（2013·课标卷ⅡT2B）（√）
（2）叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同（2013·课标卷ⅡT2C）（√）
（3）植物呈现绿色是由于叶绿素能有效吸收绿光（2013·课标卷ⅡT2D）（×）
（4）利用纸层析法可分离4种叶绿体色素（2012·海南卷T9B）（√）
（5）叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光（2012·海南卷T9A）（√）
（6）液泡中色素吸收的光能用于光合作用（2011·海南卷T12D）（×）
2．判断下列有关光合作用叙述的正误。
（1）光反应为暗反应提供[H]和H2O（2010·海南卷T4A）（×）
（2）破坏叶绿体外膜后，O2不能产生（2011·浙江卷T1A）（×）
（3）离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳（暗）反应（2011·浙江卷T1D）（√）
（4）光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的（2008·江苏卷T5C）（×）
3．（2012·山东高考）夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如下图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．甲植株在a点开始进行光合作用
B．乙植株在e点有机物积累量最多
C．曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D．两曲线b～d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
答案：
D
二、在回顾教材图表中强化学科能力
上图为夏季晴朗的白天，植物光合作用强度曲线图，据图回答问题：
（1）在12时左右光合作用强度明显减弱的原因是什么？
答案：
光照过强→气孔关闭→CO2供应不足→光合作用下降。
（2）C点与B点相比，C3和C5
化合物含量发生怎样的变化？
答案：
C3含量相对下降，C5含量相对上升。
[理清脉络]
考点一|以过程图为载体，考查光合作用的过程
1．光反应与暗反应的比较
过程
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↑
②ATP的合成：
ADP＋Pi
ATP
能量转化
光能→电能→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ATP和Pi，如图：
2.反应式及元素去向分析
（1）反应式：
以生成C6H12O6为例。
（2）元素去向：
①氧元素：
②碳元素：
CO2→C3→（CH2O）
③氢元素：
H2O→[H]→（CH2O）
[典例1] （2014·绵阳二诊）下图为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，有关说法正确的是（ ）
A．过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光
B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程③只发生在线粒体中
C．过程①产生[H]，过程②消耗[H]，过程③既产生也消耗[H]
D．若过程②的速率大于过程③的速率，则甘蔗的干重就会增加
[思维流程]
[解析] 叶绿体中的叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错；图示过程③为呼吸作用，发生在线粒体和细胞质基质中，B错；图示过程①（光合作用光反应）产生[H]，图示过程②（光合作用暗反应）消耗[H]，图示过程③（细胞呼吸）既产生[H]，也消耗[H]，C正确；甘蔗干重增加的条件是整个植株的有机物合成量大于消耗量，而图示仅为一个细胞中能量代谢过程，D错。
[答案] C
环境因素骤变对物质含量动态变化的判断
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量变化可以采用下图分析：
（1）图示：
（2）分析：
条件
过程变化
C3
C5
[H]和ATP
模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变
①过程减弱
②③过程减弱
④过程正常进行
增加
减少
减少或没有
光照由弱到强，CO2供应不变
①过程增强
②③过程增强
④过程正常进行
减少
增加
增加
光照不变，CO2由充足到不足
④过程减弱
①②③过程正常
进行，随C3减少
②③减弱，①过
程正常
减少
增加
增加
光照不变，CO2由不足到充足
④过程增强
①②③正常进行，
随C3增加②③
增强，①过程正常
增加
减少
减少
[针对练习]
1．下面为光合作用的过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平（其他条件不变），则a、b在叶绿体中的含量变化将会是（ ）
A．a上升、b下降 B．a、b都上升
C．a、b都下降D．a下降、b上升
解析：
选B 图中a为[H]，b为ATP，c为二氧化碳，在光合作用的过程中突然将二氧化碳降低到极低水平，在其他条件不变的情况下，[H]和ATP的含量都会上升。
2．进行正常光合作用的叶片，如果叶绿体中[H]的含量相对稳定，在a点时突然停止供给CO2，能表示叶绿体中[H]含量变化的曲线是（ ）
解析：
选B 突然停止供给CO2，暗反应受到抑制，消耗光反应产生的[H]的量减少，[H]积累增多，一段时间后处于稳定状态。
考点二|以曲线图为载体，考查影响光合作用的环境因素
1．单因子变量对光合作用速率影响
（1）光照强度：
①曲线分析（如图）：
A点
AB段
B点
B点后
②应用：
阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。
间作套种农作物，可合理利用光能。
（2）CO2浓度：
①曲线分析：
图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的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和B′点都表示CO2饱和点。
②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，提高光合作用速率。
（3）温度：
①曲线分析：
温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
②应用：
冬季，温室栽培可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
2．多因子变量对光合作用速率的影响
（1）曲线分析：
P点：
限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：
横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
（2）应用：
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率，当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
[典例2] （2014·广元模拟）下图为在最适温度和光照强度下，测得甲、乙两种植物的光合速率随环境中CO2浓度的变化情况，相关说法不正确的是（ ）
A．植物乙比植物甲对CO2浓度更敏感
B．当CO2吸收量为c时，植物甲与植物乙合成有机物的量相等
C．d点时植物甲细胞内产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D．适当降低光照强度，b点将向右移动
[思维流程]
[解析] 由图可知，环境中CO2浓度升高到一定程度后植物乙的CO2吸收量降低幅度较大，植物甲的CO2吸收量基本保持不变，可见植物乙比植物甲对CO2浓度更敏感。
当CO2吸收量为c时，植物甲与植物乙的净光合速率相等，由于植物甲比植物乙的呼吸速率大，根据实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率可知，植物甲合成有机物的量比植物乙多。
d点时植物甲细胞既进行光合作用，又进行细胞呼吸，因此，产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体、叶绿体。
根据题意可知，图中曲线是在最适的光照强度条件下测得的，因此光照强度减弱，CO2吸收量降低，b点时光合作用强度与呼吸作用强度相等，降低光照强度后，需要环境中提供较高浓度的CO2才能使光合作用强度与呼吸作用强度相等，因此b点将右移。
[答案] B
1．混淆表观光合作用速率与真正光合作用速率
（1）表观（净）光合作用速率与真正光合作用速率的表示方法：
①净光合速率：
常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②真正光合速率：
常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
（2）表观光合作用速率与真正光合作用速率的关系：
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率（A点）。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
2．补偿点和饱和点并不是固定不变的
植物的光（CO2）补偿点和光（CO2）饱和点受外界环境影响，当外界环境变化时，光（CO2）补偿点和饱和点都会发生相应变化，规律如下：
（1）若呼吸速率增加，CO2（光）补偿点应右移，反之应左移。
（2）若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，CO2（光）补偿点应右移，反之应左移。
（3）阴生植物与阳生植物相比，CO2（光）补偿点和饱和点都相应向左移动。
[针对练习]
高考命题常从以下角度设置陷阱
高考命题常以曲线图形式考查光合作用速率与呼吸作用速率之间的关系。
在题干信息中，常以“CO2吸收量”、“有机物的制造量”或“有机物的积累量”等来表示光合作用速率。
在解答时，应根据具体情况判断图中的光合作用速率表示的是真正光合速率还是表观光合速率。
3．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细胞呼吸的影响，结果如下图所示。
相关分析正确的是（ ）
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20℃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细胞呼吸消耗的有机物的量相等
解析：
选A 光下CO2的消耗量应为CO2吸收量与呼吸CO2释放量之和，35℃时消耗量为3.00＋3.50＝6.50，30℃时为3.50＋3.00＝6.50。
图中可见光下25℃时CO2吸收量最大，故25℃时植物积累的有机物的量最多。
25℃时，光合作用CO2的消耗量应为3.75＋2.25＝6.00，而30℃、35℃时都为6.50。
图中两曲线的交点应表示光合作用积累的与呼吸作用消耗的有机物的量相等。
表观光合速率测定方法的图示和解读
（1）NaHCO3溶液作用：
玻璃瓶中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。
（2）植物光合速率指标：
植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。
单位时间内水滴右移的体积即是表观光合速率。
（3）条件：
整个装置必须在光下。
[针对练习]
4．下图甲为测定光合作用速率的装置，在密封的试管内放一新鲜叶片和CO2缓冲液，试管内气体体积的变化可根据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得。
在不同强度的光照条件下，测得的气体体积变化如图乙所示。
（1）标记实验开始时毛细刻度管中红色液滴所在位置。
实验时，试管内变化的气体是____________。
（2）若此时图甲植物光照强度为15klx，则1h光合作用产生的气体量为________mL。
若此时植物叶片的呼吸熵（CO2/O2）为0.8（呼吸时产生的CO2和消耗的O2的比值），那么植物光合作用除自身呼吸提供的CO2外，还需从外界吸收________mLCO2。
（3）为了防止无关因子对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，对照组实验装置与实验组实验装置的区别是__________________。
如果对照组在相同光照条件下，毛细刻度管中的红色液滴较实验组向右移了5mL，其原因是________________________________。
解析：
本题考查细胞呼吸和光合作用的实验探究，明确“红色液滴移动”的实质是正确解题的关键。
由于图甲中存在CO2缓冲液，所以在不同光照强度下，液滴位置改变的本质是O2的消耗和释放。
光合作用产生O2的气体量应包括积累量和叶片消耗量（15klx时为150＋50＝200mL），若呼吸熵为0.8，则植物自身呼吸作用产生的CO2为0.8×50＝40（mL），植物光合作用产生的O2量等于消耗的CO2量，故植物还需从外界吸收160mLCO2；设置对照时可将新鲜叶片改为经消毒的死叶片；除叶片本身会影响实验外，环境因素也可能影响实验结果。
答案：
（1）O2
（2）200 160 （3）新鲜叶片改为经消毒的死叶片 环境因素（如温度变化等）对实验的影响
图表信息获取能力|解读密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线
[典型图表][课件展示更丰富 见配套光盘]
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[信息解读]
（1）图1中各点含义及形成原因分析：
a点：
凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
b点：
有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：
光合作用小于呼吸作用。
c点：
上午7时左右，光合作用等于呼吸作用。
ce段：
光合作用大于呼吸作用。
d点：
温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点：
下午6时左右，光合作用等于呼吸作用。
ef段：
光合作用小于呼吸作用。
fg段：
没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
（2）图2中各点含义及形成原因分析：
AB段：
无光照，植物只进行呼吸作用。
BC段：
温度降低，呼吸作用减弱。
CD段：
4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度＜呼吸作用强度。
D点：
随光照增强，光合作用强度＝呼吸作用强度。
DH段：
光照继续增强，光合作用强度＞呼吸作用强度。
其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：
随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度＝呼吸作用强度。
HI段：
光照继续减弱，光合作用强度＜呼吸作用强度，直至光合作用完全停止。
[强化训练]
夏季某晴朗的一天对一密闭蔬菜大棚中的某种气体的含量进行24小时的检测，结果如下图1。
下图2是叶肉细胞内两种细胞器间的气体关系图解。
请回答下列问题：
（1）图1中所测
气体为________；该大棚内的蔬菜经过一昼夜后是否积累有机物？
________。
原因是______________________________________________________________
__________________________。
（2）与它们各自的前一阶段相比，EC段和DB段叶肉细胞内的C3含量的变化趋势分别是________、________，图1中CD段变化的原因可能是____________________________
________________________________________________________________________。
（3）处于图1中的B点时，图2中应该进行的气体转移途径有________；而处于图1中的DB段，图2中应该进行的气体转移途径有________。
解析：
（1）密闭大棚内气体含量发生变化的主要是O2和CO2，图中E、B两点气体变化量为0，说明E、B两点的光合速率等于呼吸速率。
7点之前呼吸速率大于光合速率，O2含量下降、CO
2含量上升，故图1所测气体为O2。
F点的O2含量高于A点，表明一昼夜内O2的净积累量大于0，即有机物有积累。
（2）EC段，光照强度逐渐增强，光反应产生的[H]和ATP增多，C3被还原的量就会增多，故而C3含量的变化趋势为减少；DB段，光照强度逐渐降低，光反应产生的[H]和ATP减少，C3被还原的量就会减少，故而C3含量的变化趋势为增加；CD段，光照强度过强，使气温偏高，气孔关闭，CO2供应不足，暗反应减弱，限制了光反应的进行。
（3）B点的光合速率等于呼吸速率，但一般植物只有绿色部分进行光合作用，在整体光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞内肯定是光合速率大于呼吸速率；DB段光合速率大于呼吸速率，对于叶肉细胞来说，叶绿体消耗CO2和产生O2的速率均大于线粒体产生CO2和消耗O2的速率，则图2中应该进行的气体转移途径有A、C、D、E。
答案：
（1）O2 是 F点的O2含量高于A点（一天内光合作用产生的O2量多于呼吸作用消耗的O2量）
（2）减少 增加 光照过强，使温度过高，气孔关闭，CO2供应不足，暗反应减弱，限制了光反应的进行 （3）A、C、D、E A、C、D、E
[课堂对点练]
题组一 光合作用的原理和过程
1．叶绿体中的类囊体有两种：
基粒类囊体和基质类囊体（如下图），基质类囊体能将单个基粒类囊体连接起来。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔内
B．H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质类囊体上
C．CO2的固定过程发生在基粒类囊体上
D．在类囊体上含有与光反应有关的酶和色素
解析：
选D 叶绿体中的色素分布于类囊体膜上；H2O的光解在两种类囊体上都能发生，因为其上含有与光反应有关的酶；CO2固定发生在叶绿体基质中。
2．（原创题）光合作用过程包括光反应和暗反应，下图表示光反应与暗反应的关系，据图判断下列叙述不正确的是（ ）
A．光反应为暗反应提供ATP和NADPH（[H]）
B．停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C．ATP的移动方向是由类囊体到基质
D．植物在暗处可大量合成（CH2O）
解析：
选D 光合作用必须在光照条件下进行，在暗处不能进行光合作用。
3．科学家提取植物细胞中的叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用的过程（如下表。
表中“＋”表示有或添加，“－”表示无或不添加）。
下列条件下能产生葡萄糖的是（ ）
选项
场所
光照
CO2
ATP
[H]
C5
A
基质
－
＋
－
＋
＋
B
基粒
＋
＋
－
－
＋
C
基质和基粒
－
＋
－
－
－
D
基质和基粒
＋
＋
－
－
＋
解析：
选D 葡萄糖通过光合作用中的暗反应产生，其场所为叶绿体基质，需要的条件有[H]、ATP、CO2、C5、酶等，A项无ATP，B项无基质，缺乏暗反应的酶，C项无光照，不能进行光反应，即不能为暗反应提供[H]和ATP。
题组二 影响光合作用的因素
4．（2013·重庆高考）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（碳反应）增强
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原后的直接产物含量降低
解析：
选D 光合作用中水的光解发生在叶绿体类囊体膜上而不是叶绿体
基质中；图示t2→t3，限制光合作用的主要因素是CO2浓度而不是光照强度，在t2时刻增加光照，光合速率不再提高；在t3时刻补充CO2，光照强度不变，暗反应增强，消耗光反应产物[H]和ATP增加，一定程度增强了光反应速率；将充足光照下的植物置于暗处，短时间内叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原后的直接产物含量降低。
5．（原创题）某研究小组在水肥充足条件下，观测了玉米光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示。
据图判断下列有关叙述正确的是（ ）
A．光合作用消耗ATP最快的时刻是15：
00
B．根吸水能力最强的时刻是12：
00
C．直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗
D．影响光合速率的环境因素主要CO2浓度
解析：
选C 由甲图可知，光合作用消耗ATP最快的时刻是12：
00；由乙图可知，根吸水能力最强的时刻是15：
00；该图中影响光合作用的主要环境因素是光照强度。
6．（2013·北京高考）为研究棉花去棉铃（果实）后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量。
结果如下图。
（1）光合作用碳（暗）反应利用光反应产生的ATP和________，在________中将CO2转化为三碳糖，进而形成淀粉和蔗糖。
（2）由图1可知，随着去除棉铃百分率的提高，叶片光合速率________。
本实验中对照组（空白对照组）植株的CO2固定速率相对值是________。
（3）由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中________增加。
已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，________降低，进而在叶片中积累。
（4）综合上述结果可推测，叶片中光合产物的积累会________光合作用。
（5）一种验证上述推测的方法为：
去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测________叶片的光合产物含量和光合速率。
与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是________________________________，则支持上述推测。
解析：
（1）光反应为暗（碳）反应提供了[H]和ATP，暗（碳）反应的场所是叶绿体基质。
（2）根据图1可以看出叶片光合作用速率随去除棉铃的百分率的增大而下降。
图1中去除棉铃的百分率为“0”是空白对照组，植株的CO2固定速率相对值是28。
（3）由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中的蔗糖和淀粉的含量增加，说明光合产物的输出量下降，导致光合产物在叶片中积累。
（4）根据题图可以看出随着去除棉铃的百分率的增加，叶片光合作用速率下降，而光合产物在叶片中积累，说明叶片中光合产物的积累会抑制光合作用。
（5）与只去除棉铃植株的叶片相比，如果检测到未遮光的叶片中光合产物下降且光合速率上升，则说明叶片光合产物的积累会抑制光合作用。
答案：
（1）[H]/（NADPH） 叶绿体基质
（2）逐渐下降 28 （3）淀粉和蔗糖含量 输出量 （4）抑制 （5）未遮光的 光合产物含量下降，光合速率上升
[课下提能练]
一、选择题
1．炎热夏季中午，植物会因失水过多关闭气孔，此时叶肉细胞（ ）
A．三碳化合物含量上升
B．光反应产物不能满足暗反应的需求
C．有机物积累速率明显下降
D．叶绿体基质中ADP含量增加
解析：
选C 炎热夏季中午，失水过多
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