高中生物总复习 第5章 细胞的能量供应和利用 第4讲 能量之源光与光合作用讲义 新人教版必修1.docx

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高中生物总复习第5章细胞的能量供应和利用第4讲能量之源光与光合作用讲义新人教版必修1

第4讲能量之源——光与光合作用

一、捕获光能的色素和结构

1.绿叶中色素的提取和分离

●实验原理：

绿叶中色素溶于有机溶剂而不溶于水，因此可用等有机溶剂“提取”绿叶中的色素。

不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使不同色素“分离”。

●实验流程

思考1：

有哪些实验因素可能造成色素提取液颜色过浅？

思考2：

为什么层析液面不能淹没滤纸条上的滤液细线？

●2种叶绿素主要吸收光，2种类胡萝卜素主要吸收光。

思考3：

叶片为什么呈现绿色？

秋天为什么又会变成黄色？

思考4：

温室栽培为什么不选红色薄膜覆盖而常选择无色？

例1.关于叶绿体色素的叙述，错．误．的是（）A.叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光

B.绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D.乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能

2.叶绿体的结构

例2.下列关于叶绿体的描述，错．误．的是（）A．基粒由类囊体堆叠而成B．叶绿体被膜由双层膜组成C．暗反应发生在类囊体膜上D．类囊体膜上具有叶绿素和酶

二、光合作用的探究历程

思考5：

人类是怎样认识到光合作用原理的？

例3.某植物叶片不同部位的

颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。

在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。

其中，没有出现蓝色的部位是（）

A．a、b和dB．a、c和e

C．c、d和eD．b、c和e

例4.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

三、光合作用的基本过程

例5.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，得到实验结果如右图。

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的不同

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a～c，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用

强度随光照强度升高而升高

正是上题中这个实验才让科学家认识到光合作用分为依赖光的反应（光反应）和不依赖光的反应（暗反应）。

●比较光反应和暗反应

思考6：

光合作用的实质是什么？

光、水、叶绿体分别起什么作用？

在利用CO2合成有

机物的过程中，它们可被替代吗？

例6.叶绿体是植物进行光合作用的场所。

下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（）

A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内

B.H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上

D.光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的

例7.右图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。

下列叙述正确的是（）

A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能

B.CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类C.被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5

D.光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高

例8.下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是（）A．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生

B．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变

C．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短

D．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳（暗）反应

例9.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+比值下降四、光合作用的影响因素

思考7：

哪些外界和内部因素会影响到植物光合速率的大小？

解释其影响。

例10.（16天津第2题）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

例11．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

例12.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浓度可出现的变化趋势是（）A．一直降低，直至为零

B．一直保持稳定，不变化

C．降低至一定水平时保持相对稳定

D．升高至一定水平时保持相对稳定

例13.某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。

实验开始时土壤水分充足，然后实验组停止浇水，对照组土壤水分条件保持适宜，实验结果如下图所示。

下列有关分析正确的有（多选）（）

A．叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势

B．叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降

C．实验2～4天，光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的D．实验2～4天，光合速率下降可能是由叶片内CO2浓度下降引起的

例14.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，原因是（）

A．光反应强度升高，暗反应强度降低B．光反应强度降低，暗反应强度降低C．光反应强度不变，暗反应强度降低D．光反应强度降低，暗反应强度不变

思考8：

怎样测定一定温度、光照强度和CO2浓度等条件下植物光合作用进行的快慢（即光合作用强度或速率）？

测得的结果是真正或实际的光合速率吗？

为什么？

例15．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（）

A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的

有机物的量与30℃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呼

吸作用消耗的有机物的量相等

例16.将如图所示细胞置于密闭容器中培养。

在不同光照强度下，细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。

下列叙述错．误．的是（）

A.黑暗条件下①增大、④减小

B.光强低于光补偿点时，①、③增大

C.光强等于光补偿点时，②、③保持不变D.光强等于光饱和点时，②减小、④增大

例17.科研人员获得一种叶绿素b完全缺失的水稻突变体，该突变体对强光照环境的适应能力更强。

请回答：

（l）提取水稻突变体的光合色素，应在研磨叶片时加入，以防止色素被破坏。

用纸层析法分离该突变体叶片的光合色素，缺失的色素带应位于滤纸条的。

（2）该突变体和野生型水稻的O2释放速率与光照强度的关系如右图所示。

当光照强度为n时，与野生型相比，突变体单位面积叶片中叶绿体的氧气产生速率。

当光照强度为m时，测得突变体叶片气孔开放程度比野生型更大，据此推侧，突变体固定CO2形成的速率更快，对光反应产生的消耗也更快，进而提高了光合放氧速率。

（3）如果水稻出现叶绿素a完全缺失的突变，将无法

进行光合作用，其原因是。

例18.我省某经济植物光合作用的研究结果如图。

（1）图甲表示全光照和不同程度遮光对该植物叶片中叶绿素含量的影响。

叶绿素存在于叶绿体中的上。

需先用（填溶剂名称）提取叶片中的色素，再测定叶绿素含量。

用纸层析法进一步分离色素时，叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是。

据图分析，该植物可通过以增强对弱光的适应能力。

（2）图乙表示初夏某天在遮光50%条件下，温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度（气孔张开的程度）的日变化趋势。

8：

00到12：

00光照强度增强而净光合速率降低，主要原因是。

18:

00时叶肉细胞内产生ATP的细胞器有。

（3）实验过程中，若去除遮光物，短时间内叶肉细胞的叶绿体中C3化合物含量

。

例19.观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表。

请回答下列问题:

注：

括号内的百分数以强光照的数据作为参照

（1）CO2以方式进入叶绿体后，与结合而被固定，固定产物

的还原需要光反应提供的。

（2）在弱光下，柑橘通过和来吸收更多的光能，以适应弱光环境。

（3）与弱光相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数，单位时间内平均每片叶CO2吸收量。

对强光下生长的柑橘适度遮阴，持续观察叶色、叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改变的是，最后发生改变的是。

例20.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。

例21.某课题小组研究红光和蓝光对花生幼苗光合作用的影响，实验结果如图所示。

（注：

气孔导度越大，气孔开放程度越高）

（1）与15d幼苗相比，30d幼苗的叶片净光合速率。

与对照组相比，光处理组的叶肉细胞对CO2的利用率高，据图分析，其原因是

。

（2）叶肉细胞间隙CO2至少需要跨层磷脂双分子层才能到达CO2固定的部位。

（3）某同学测定30d幼苗的叶片叶绿素含量，获得红光处理组的3个重复实验数据分别为2.1mg·g-1、3.9mg·g-1、4.1mg·g-1。

为提高该组数据的可信度，合理的处理方法是。

例22.为研究浮游藻类的光合作用，将一种绿藻培养至指数生长期，并以此为材料，测定了藻细胞在不同条件下的净光合速率（Pn）。

图1为光合放氧测定装置的示意图；图2是不同NaHCO3浓度（pH8.5，25℃）条件下测得的Pn曲线图。

请回答下列问题：

（1）通过变换图1中光源，可研究、对光合作用的影响。

（2）在测定不同光照对Pn的影响时，如不精确控制温度，则测得的光照与Pn的关系

（填“呈正相关”、“呈负相关”或“难以确定”）。

（3）由于弱碱性的藻培养液中游离CO2浓度很低，藻光合作用主要通过胞内碳酸酐酶

323

（CA）分解水中的HCO-获得CO。

图2中达到最大Pn值的最低NaHCO浓度为；在更高NaHCO3浓度下，Pn不再增加的主要原因有、

。

-2--

（4）培养基中的HCO3与CO3

2-2-

之间的离子平衡与pH有关,碱性条件下pH越高，HCO3越少，

CO3

越多，而CO3

几乎不能被该藻利用。

在测定不同pH（7.0～10.0）对光合作用的影响时，

导致Pn发生变化的因素有、。

例23.BTB是一种酸碱指示剂。

BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。

某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：

用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7支试管中。

其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。

各试管的实验处理和结果见下表。

*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100cm的地方。

若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：

（1）本实验中，50min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果

是由引起的；若1号试管的

溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是（填“可靠的”或“不可靠的”）。

（2）表中X代表的颜色应为（填“浅绿色”、“黄色”或“蓝色”），

判断依据是。

（3）5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草

。

例24．（15年全国Ⅰ卷第29题）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。

第4讲能量之源——光与光合作用

思考1：

有哪些实验因素可能造成色素提取液颜色过浅？

答：

叶片本身色素少，如老叶（材料原因）、研磨不充分、色素被破坏（方法原因）等，

都可能造成色素提取液颜色过浅。

思考2：

为什么层析液面不能淹没滤纸条上的滤液细线？

答：

防止色素溶解到层析液中，导致结果色带颜色不明显。

思考3：

叶片为什么呈现绿色？

秋天为什么又会变成黄色？

答：

叶片中叶绿素含量多，吸收绿光少，反射绿光多，故呈现绿色。

秋天叶绿素含量减少，因此类胡萝卜素的黄色显现出来。

思考4：

温室栽培为什么不选红色薄膜覆盖而常选择无色？

答：

红色薄膜透过的光线比无色薄膜少。

例1.D。

乙醇提取的叶绿体色素能吸收光能。

例2.C。

暗反应发生在叶绿体基质。

思考5：

人类是怎样认识到光合作用原理的？

答：

参考课本“光合作用的探究历程”等资料。

例3.B。

在黑暗中放置48h后，原有淀粉消耗完。

没有出现蓝色的部位是实验期间不能进行光合作用制造淀粉的。

a黄白色无叶绿体、c、e用锡箔纸遮蔽，无光，均不能进行光合作用。

b、d绿色又照光，能进行光合作用产生淀粉，用碘染色会出现蓝色。

本题考查光合作用的条件和场所，以及实验分析问题的能力。

-

例4.B。

叶绿体放氧需要光照和二氧化碳。

证实叶绿体放氧，需排除空气中的氧。

在无空气条件下，临时装片中有NaHCO3稀溶液，可以满足叶绿体放氧对二氧化碳的需要。

关于NaHCO3稀溶液提供二氧化碳的原理，后面的例22（3）题有介绍：

“由于弱碱性的藻培养液中游离CO2浓度很低，藻光合作用主要通过胞内碳酸酐酶（CA）分解水中的HCO3获得CO2。

”

例5.D。

光照强度为a～c，曲线Ⅲ光合作用强度不随光照强度升高而升高。

正是题中这个实验才让科学家认识到光合作用分为依赖光的反应（光反应）和不依赖光的反应（暗反应）。

思考6：

光合作用的实质是什么？

光、水、叶绿体分别起什么作用？

在利用CO2合成有机物的过程中，它们可被替代吗？

答：

光合作用的实质是细胞利用光能，将简单的无机物二氧化碳和水转化成贮存能量的有机物。

在此过程中，光供能，水供氢，叶绿体提供光合作用所需要的色素和酶等条件。

在某些光合细菌利用CO2合成有机物的过程中，水可被硫化氢替代作为供氢体。

硝化细菌可以利用化学能替代光能作为CO2合成有机物的动力。

蓝藻没有叶绿体，但也可以将CO2合成有机物。

例6.D。

叶绿体中的色素主要分布在类囊体膜。

H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在类囊体膜。

CO2的固定过程发生在叶绿体基质。

例7.C。

CO2的固定实质是1个CO2和1个C5生成2个C3的过程，不消耗ATP中的化学能。

CO2被固定成C3后才可被[H]还原。

被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5。

光照强度由强变弱时，[H]和ATP减少，短时间内C5含量会随之降低。

提醒：

如果借本题中的图分析光合作用的实质，将非常方便。

例8.D。

O2是在类囊体膜产生的，与叶绿体外膜无关。

植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例会改变，如叶片衰老时，叶绿素比例减少。

与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照强度减弱，光照时间缩短只会影响光合总量，不会影响光合速率（强度）。

光反应意义就在于为暗反应提供ATP和NADPH，故离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳（暗）反应，如例7中的图所示。

2

例9.B。

黑布将培养瓶罩上，光反应中断，O2、ATP和NADPH的产生停止，ATP/ADP和NADPH/NADP+比值均下降，CO的固定减慢。

思考7：

哪些外界和内部因素会影响到植物光合速率的大小？

解释其影响。

答：

光反应需要光。

温度影响酶活性。

CO2是暗反应的原料。

水分不仅是光合作用的原

料，而且水分不足还会影响气孔开闭，从而间接影响暗反应。

矿质元素N是光合膜、酶和色素等多种直接影响光合速率的结构和物质的组成元素，P是ATP和NADPH的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素。

所以，光（强度、波长）、温（度）、气（CO2）、水、肥（矿质元素）等外界环境因素会影响植物的光合速率。

影响光合速率的内部因素有光合色素和酶等。

例10.C。

改用光照强度与白光相同的红光照射，吸收的光能增多，[H]

和ATP产量增加，还原的C3上升。

改用光照强度与白光相同的绿光照射，吸收的光能减少，[H]产量下降，再生出的C5下降。

考查光的波长对光合作用的影响。

+

例11．D。

水光解在类囊体膜上。

t3时充CO2后光合速率提高，说明t2→t3，暗反应（碳反应）限制光合作用。

t1时开始，光照已经充足恒定，故若在t2时刻增加光照，光合速率不再提高。

t3→t4，光合速率的提高是由于光反应速率和暗反应都增强的结果。

t3时充CO2后，暗反应率先提速，产生的ADP、Pi和NADP增多，使充足的光照（虽然强度不变）得以充分地利用，从而光反应速率也随之提高。

t4后黑暗，[H]和ATP合成骤降，一方面叶绿体中ADP和Pi得不到利用而含量升高，另一方面C3化合物还原减少，其直接产物含量降低。

本题考查光照强度、二氧化碳对光合作用过程的影响。

例12.C。

一株生长正常的绿色植物，光合作用应强于呼吸作用。

将其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浓度会因消耗大于产生而持续下降，直至光合速率等于呼吸速率时保持相对稳定。

本题考查二氧化碳浓度对光合作用的影响。

例13.ABD。

叶片光合速率下降和叶绿素含量下降分别开始于实验第2天和第4天。

实验2～4天，光合速率下降时，叶片叶绿素含量还没有下降。

但停止浇水可能引起叶片气孔关闭（保持水分），导致叶片内CO2浓度下降，从而引起光合速

率下降。

本题考查水对光合作用的间接影响（干旱导致气孔关闭，影响二氧化碳吸收），同时涉及了叶绿素这个内因。

例14.B。

缺镁，叶绿素合成不足，直接降低光反应强度，随之暗反应强度会因光反应合成[H]和ATP不足而降低。

本题考查矿质元素对光合作用过程的影响。

思考8：

怎样测定一定温度、光照强度和CO2浓度等条件下植物光合作用进行的快慢（即光合作用强度或速率）？

测得的结果是真正或实际的光合速率吗？

为什么？

答：

测定一定温度、光照强度和CO2浓度等条件下植物光合作用进行快慢（即光合作用强度或速率）的方法多种多样，课本案例只是测定光照强度对光合作用影响的一个例子。

如果以环境中CO2浓度、O2浓度或叶片干重的变化为测量指标，测得的结果并非真正或实际的光合速率，而是光合速率与呼吸速率之差，又称表观光合速率，或称净光合速率。

例15．A。

虚线光照下CO2吸收量，对应光合作用积累有机物的量，代表净光合速率。

实线CO2释放量代表呼吸速率。

光合作用制造有机物的量=光合作用积累有机物的量+呼吸作用消耗有机物的量。

光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量,对应CO2消耗量=CO2吸收量+CO2释放量=3.5+3.0=6.5mg/h）,30℃光合作用制造的有机物的量,对应CO2消耗量=CO2吸收量+CO2释放量=3.0+3.5=6.5mg/h，二者相等。

光照相同时间，在25℃条件下植物积累的有机物的量（虚线所示）最多。

25℃时，光合作用制造的有机物的量约为3.75+2.25=6.0mg/h，而30℃光合作用制造的有机物的量为3.0+3.5=6.5mg/h，所以温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量并没有开始减少。

温度高于25℃时，开始减少的是光合作用积累的有机物的量。

两曲线的交点表示光合作用积累的（而非制造的）与呼吸作用消耗的有机物的量相等。

本题温度对光合作用和呼吸作用的影响