版 第3单元 第4讲 光合作用.docx
《版 第3单元 第4讲 光合作用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《版 第3单元 第4讲 光合作用.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
版第3单元第4讲光合作用
第4讲__光合作用
[考纲导学] 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．叶绿体色素的提取与分离（实验）
知识梳理|夯实高考双基
回扣教材
一、捕获光能的色素和结构
1．叶绿体的结构示意图
2．叶绿体色素的种类和功能
色素的种类
功能
叶绿素
叶绿素a：
蓝绿色
主要吸收
蓝紫光和红光
叶绿素b：
黄绿色
类胡萝
卜素
叶黄素：
黄色
主要吸收蓝紫光
胡萝卜素：
橙黄色
二、光合作用的过程
1．光合作用的定义
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2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．总反应式
CO2＋H2O
（CH2O）＋O2或6CO2＋12H2O
C6H12O6＋6O2＋6H2O
3．过程
光反应为暗反应提供[H]、ATP；暗反应为光反应提供ADP、Pi。
[记忆技巧] 光合作用过程的“一、二、三、四”
三、光合作用原理的应用
1．光合作用强度
（1）概念：
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
（2）表示方法：
用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。
2．影响因素
（1）空气中CO2的浓度。
（2）土壤中水分的含量。
（3）光照的时间、强度以及光的成分。
（4）温度的高低。
3．应用
控制光照的强弱和温度的高低、适当增加作物环境中CO2的浓度来提高光合作用强度，增加农作物产量。
基础自测
1．判断
（1）用纸层析法分离色素的实验中，画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次。
（×）
（2）CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类。
（×）
（3）光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。
（×）
（4）叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。
（√）
（5）液泡中色素吸收的光能用于光合作用。
（×）
（6）离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH[H]和CO2后，可完成碳（暗）反应。
（√）
（7）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。
（×）
2．科学家与实验结论（连线）
①普利斯特利 a．只有在阳光下，植物
才更新空气②英格豪斯 b．植物可以更新空气③梅耶
c．光合作用的产物除
O2外，还有淀粉④萨克斯 d．光合作用释放的O2
来自于水⑤鲁宾和卡门 e．光合作用把光能转
换为化学能
【答案】 ① b ② a ③ e ④ c ⑤ d
3．根据图示写出各标号所代表的物质或过程名称
【答案】 ①基粒 ②光能 ③O2 ④[H] ⑤ATP
⑥叶绿体基质 ⑦CO2 ⑧C3 ⑨光 ⑩暗
网络记忆
重点突破|领悟高考方向
重点1 光合色素与光合作用原理
[考点精讲]
1．光合色素
（1）色素与吸收光谱
①连续光谱：
可见光→三棱镜→赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
②吸收光谱：
可见光→色素溶液→三棱镜→红光、蓝光、紫光区出现强暗带，绿光区几乎无变化（说明对绿光吸收非常少）。
（2）色素与光能转换
（3）影响叶绿素合成的因素
①光照：
光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
②温度：
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。
低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
③必需元素：
叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。
另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。
2．光合作用原理
（1）光合作用的总反应式及各元素去向
（2）光反应和暗反应之间的关系：
①光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。
②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成，光反应也会受到抑制。
（3）光照和CO2浓度变化对光合作用物质变化的影响：
变化条件
C3
C5
[H]和ATP
（CH2O）
模型分析
CO2
供应
不变
光照强→弱
增加
减少
减少
减少
光照弱→强
减少
增加
增加
增加
光照
不变
CO2
充足→不足
减少
增加
增加
减少
CO2不
足→充足
增加
减少
减少
增加
[命题视角]
视角1 光合色素
1．（2013·新课标全国卷Ⅱ）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
【答案】 D
视角2 光合作用的原理
2．如图表示高等植物体内光合作用和呼吸作用的部分代谢途径，下列有关叙述不正确的是（ ）
A．叶肉细胞中，只要线粒体消耗O2，光合作用就不缺少ATP和CO2
B．过程②需要ATP，过程①③④产生ATP
C．对于正常光合作用的叶片，如果突然降低光照强度，过程①②都会减弱
D．叶肉细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质中都含有与合成ATP有关的酶
【答案】 A
视角3 环境因素骤变时光合作用中各物质的含量变化分析
3．（2014·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
【答案】 B
重点2 影响光合作用的因素及应用
[典例导悟1]
（2015·全国卷Ⅰ）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。
【解析】
（1）C组的光合作用时间仅仅是D组的一半，但C组光合作用产物的相对含量与D组相差很少，可以判断C组单位光照时间内植物合成有机物的量高于D组。
C组和D组的结果对照说明黑暗处理时也进行光合作用，即光合作用过程中某些反应不需要光照，该反应指的是暗反应，进行暗反应的场所是叶绿体基质。
（2）比较A、B、C三组可以看出，三组的光照和黑暗交替频率不同，交替频率增加可使光照下产生的ATP和还原型辅酶Ⅱ及时利用和再生，从而提高光合作用中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和还原型辅酶Ⅱ
[考点精讲]
影响光合作用的因素及应用
影响
因素
曲线解读
实践应用
原理
光照
强度
A点：
只进行细胞呼吸；AB段：
随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强；B点（光补偿点）：
光合作用强度等于细胞呼吸强度；BC段：
随光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强；C点对应的光照强度为光饱和点
①温室大棚适当提高光照强度可以增加光合作用强度
②温室大棚采用无色透明玻璃
③若要降低光合作用，则用有色玻璃，如用红色玻璃，则透红光，吸收其他波长的光，光合能力比白光弱，但比其他单色光强
影响光反应阶段，制约ATP及NADPH（[H]）的产生，进而制约暗反应
CO2浓度
①表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大，但当CO2浓度增加到一定程度后，光合作用速率不再增加
②B点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点
①增施有机肥
②温室栽培农作物可以投放干冰；或与鸡舍相连
③大田生产“正其行，通其风”
影响暗反应阶段，制约C3的生成
温度
温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性来影响光合速率
光合作用的有关酶的适宜温度与呼吸酶不同
①适时播种
②温室栽培植物时，白天适当提高温度，可提高净光合速率，夜间适当降温，可降低呼吸消耗
通过影响酶活性进而影响光合作用（主要制约暗反应）
必需元
素供应
在一定浓度范围内，增加必需元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，导致植物渗透失水而萎蔫
合理施肥可促进叶片面积增大，促进叶绿素（Mg）合成，促进光合产物的运输和转化等，提高光合速率
可通过所构成的与光合作用相关的化合物对光合作用产生直接或间接影响，如K＋可影响光合产物的运输和积累
水分
缺水：
气孔关闭，影响CO2进入叶肉细胞；叶片淀粉水解减弱，糖类堆积，光合产物输出缓慢
合理浇灌
影响气孔开闭（CO2供应及产物运输）
[命题视角]
视角1 实验探究光照强度对光合速率的影响
4．（2016·全国甲卷）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。
试管编号
1
2
3
4
5
6
7
水草
无
有
有
有
有
有
有
距日光
灯的距
离（cm）
20
遮光*
100
80
60
40
20
50min后
试管中溶
液的颜色
浅
绿
色
X
浅
黄
色
黄
绿
色
浅
绿
色
浅
蓝
色
蓝
色
*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
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】
（1）1号试管中没有加水草，50min后1号试管的溶液颜色仍为浅绿色，说明无关变量不会引起溶液颜色的变化，2至7号试管的实验结果应是由水草的光合作用、呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量减少了，无关变量对实验结果有影响，则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的。
（2）2号试管进行了遮光，水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用产生CO2，而且与3号试管（光合作用强度小于呼吸作用强度）相比，2号试管溶液中的CO2含量更多，颜色应为黄色。
（3）5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下溶液中CO2含量没有变化，水草的光合作用强度与呼吸作用强度相等，吸收与释放的CO2量相等。
【答案】
（1）不同光强下水草的光合作用和呼吸作用 不可靠的
（2）黄色 水草不进行光合作用，只进行呼吸作用，溶液中CO2浓度高于3号管 （3）光合作用强度等于呼吸作用强度，吸收与释放的CO2量相等
视角2 影响光合作用的因素的分析
5．植物的光合作用受温度（T）和光照强度（L）的影响。
如图表示植物在3种不同的光照强度下消耗CO2的情况。
分析在－5～0℃和20～30℃温度范围内，光合作用的限制因素分别是（ ）
A．L、T B．T和L都不是
C．T、LD．T、T
【答案】 C
重点3 光合作用与呼吸作用的关系
[考点精讲]
1．光合作用与呼吸作用关系
（1）光合作用和细胞呼吸关系图解
（2）光合作用与呼吸作用的比较
类型
内容
项目
光合作用
有氧呼吸
场所
主要是叶绿体
活细胞（主要在线粒体中）
条件
光、色素、酶
酶、有光无光均可进行
物质变化
无机物（CO2＋H2O）
有机物
有机物
无机物（CO2＋H2O）＋ATP
能量变化
光能―→化学能（储能）
化学能―→ATP＋热能（放能）
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量
联系
①光合作用为细胞呼吸提供物质和能量基础，细胞呼吸为光合作用提供原料
②进化：
无氧呼吸
有氧呼吸
③共同维持自然界的碳循环
[名师点睛]
（1）光合作用只有植物的绿色细胞和光合细菌能进行，但细胞呼吸则是所有活细胞都能进行的。
（2）光合作用光反应产生的ATP只供暗反应利用，而细胞呼吸产生的ATP可供各项生命活动利用。
（3）生命活动的能量供应过程：
光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能→生命活动。
2．净光合速率、真正光合速率与呼吸速率的关系
（1）关系式
绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸，在光下测定植物的光合速率时，实际测得的数值应为光合速率与呼吸速率的差值，表达式为：
真正（或实际或总）光合速率＝测得（净）光合速率＋呼吸速率
各速率的含义：
项目
表示方法
净光合速率（又叫表观光合速率）
CO2吸收量、O2释放量、C6H12O6积累量
真正光合速率（实际或总光合速率）
CO2固定值、O2产生量、C6H12O6制造量
呼吸速率（遮光条件下测得）
CO2释放量、O2吸收量、C6H12O6消耗量
（2）关系模型与分析
①模型
②各点（段）光合作用和呼吸作用分析
曲线对
应点
细胞生理活动
ATP产生场所
细胞或植物体外观表现
图示
A点
只进行细胞呼吸，不进行光合作用
只在细胞质基质和线粒体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段
（不含
A、B点）
呼吸量>光合量
细胞质基
质、线粒
体、叶绿体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点
光合量＝呼吸量
与外界不发生气体交换
B点之后
光合量>呼吸量
从外界吸收CO2，向外界释放O2，此时植物可更新空气
3.光合速率的测定
（1）装置
甲 乙
（2）装置中溶液的作用：
在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中细胞呼吸产生的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
（3）测定原理：
①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离为细胞呼吸的O2吸收速率，可代表呼吸速率；②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离为植物的O2释放速率，可代表净光合速率；③真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（4）测定方法
①将植物（甲装置）置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物（乙装置）置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真光合速率。
（5）物理误差的校正：
为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的相同植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
[命题视角]
视角1 植物光合作用与呼吸作用的关系分析
6．如图为某植物细胞部分结构示意图，据图分析，下列四项叙述中，正确的是（ ）
A．a、b箭头表示的是O2进出细胞的过程
B．e、f箭头表示的是CO2进出细胞的过程
C．以C18O2作原料进行光合作用，在较强光照下，测得含18O的呼吸作用产物的主要去向是图中的d
D．以H
O作原料进行光合作用，在较强呼吸作用下，测得含18O的光合作用产物的主要去向是图中的b
【答案】 C
视角2 净光合速率与真正光合速率的计算
7．将某绿色植物放在特定的实验装置中，研究温度对光合作用和呼吸作用的影响（其他实验条件都是理想的），实验以CO2的吸收量与释放量为指标。
实验结果如下表所示：
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2/（mg·h－1）
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗中释放CO2/（mg·h－1）
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
下面对该表格分析中正确的是（ ）
A．昼夜不停地光照，在35℃时该植物不能生长
B．昼夜不停地光照，在20℃时该植物生长得最快
C．每天光照12h,20℃时该植物积累的有机物最多
D．每天光照12h,30℃时积累的有机物是10℃时的2倍
【答案】 C
重点4 绿叶中色素的提取与分离（实验）
[典例导悟2]
（2015·江苏高考改编）为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，右图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。
下列叙述不正确的是（ ）
A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
【解析】 根据“绿叶中色素的提取和分离实验”的实验结果可知，图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ色素条带分别代表胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
由题图可知，正常光照与强光照相比，正常光照下叶绿素含量高，强光照下叶绿素含量低，A项正确。
强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照，B项正确。
叶绿素a的吸收光谱的吸收峰波长约为430nm和660nm，叶绿素b的吸收光谱的吸收峰波长约为460nm和640nm，C项正确。
画滤液线时，首先画出一条细线，待滤液干后，再重复画一两次，目的是增加滤液线中的色素含量，以便层析后获得更清晰的色素条带。
【答案】 D
[考点精讲]
[实验原理]
（1）提取：
各种色素能溶解在有机溶剂（无水乙醇等）中形成溶液，使色素从生物组织中分离出来。
（2）分离：
各种色素都能溶解在层析液中，但在层析液中的溶解度不同。
溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，因而不同色素可以在滤纸上通过扩散分开，形成不同的色素带。
[实验流程]
步骤
方法
作用/原因
提取绿叶
中的色素
①二氧化硅：
有助于研磨充分
②碳酸钙：
防止研磨中色素被破坏
③无水乙醇：
为了溶解、提取色素
过滤：
将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的小漏斗中过滤，滤液收集到试管中，及时用棉塞塞紧试管口
①单层尼龙布：
过滤叶脉及二氧化硅等
②试管口塞紧：
防止乙醇挥发
制备滤
纸条
①干燥滤纸：
透性好、吸收滤液多
②剪去两角：
使层析液同步到达铅笔线处，保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐
画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细而直的滤液细线，待干后再重复画一两次
①画线细而直：
防止色素带重叠而影响分离效果
②画两三次：
是为积累更多的色素，使分离后的色素带明显
分离绿叶
中的色素
加层析液→插入
滤纸条→加盖
①层析液不能没及滤液细线，以防止色素溶解于层析液中而无法分离
②烧杯加盖是为了防止层析液中成分挥发
观察与
分析
[实验点拨]
实验异常现象分析
（1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析：
①未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素（叶绿素）太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低（正确做法：
分次加入少量无水乙醇提取色素）。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（2）滤纸条色素带重叠：
滤纸条上的滤液细线短时间接触到层析液，或滤液细线过粗，或滤纸条未干燥。
（3）滤纸条看不见色素带：
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
[实验演练]
1．利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置（如下图所示），当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确位置应为
（ ）
【答案】 B
2．为研究城市环境污染和某植物生命活动的关系，研究者测定了不同污染程度下该植物叶片光合色素的含量，获得的数据处理成下面的柱状图。
请分析回答下列问题：
不同环境条件下叶片光合色素含量
（1）提取叶片中光合色素时常使用________（试剂）研磨法来获取色素，为使________，还可加入少许二氧化硅。
（2）纸层析法是分离叶片光合色素的简便方法。
若研究者用该方法能否获得上述实验数据？
为什么？
______________________________________________
______________________________________________________________。
（3）据图可知，污染程度的加剧使________（色素类型）的含量减少。
（4）污染加剧导致叶片中光合色素含量的变化会直接影响光合作用的________阶段，使其产生的________减少，进而导致叶片中制造有机物的量________。
（5）请用化学反应式来概括光合作用的过程：
__________________________
_____________________
升级会员 