版新高考生物 第三单元 细胞的能量供应和利用 第9讲 能量之源光与光合作用学案 新人教版doc.docx

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第9讲　能量之源——光与光合作用

考点1　捕获光能的色素和结构

1．绿叶中色素的提取和分离实验

（1）实验原理

（2）实验步骤

2．叶绿体中色素的吸收光谱分析

由图可以看出：

3．叶绿体的结构与功能

（1）叶绿体的结构模式图

（2）叶绿体的功能

（必修1P99“与社会的联系”改编）温室或大棚种植蔬菜时，最好选择______________的玻璃、塑料薄膜，理由是____________________________________________________。

答案：

无色透明　有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光，其他颜色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用；而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行

【真题例证·体验】

（2019·高考江苏卷）如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。

下列叙述正确的是（　　）

A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素

B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液

C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作

D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b

解析：

选D。

研磨时加入CaCO3能防止叶绿素被破坏，A项错误；层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，层析分离时烧杯上要加盖，C项错误；对照图示结果分析可知，该种蓝藻中没有叶黄素和叶绿素b，D项正确。

【考法纵览·诊断】

（1）叶绿体中含氮的光合色素是叶绿素

[2019·全国卷Ⅲ，T29节选]（√）

（2）高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的类囊体膜上，该物质主要捕获可见光中的蓝紫光和红光

[2018·全国卷Ⅲ，T29节选]（√）

（3）类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成

[2017·全国卷Ⅲ，T3A]（×）

（4）叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的

[2017·全国卷Ⅲ，T3D]（√）

（5）用水作层析液观察花青苷的色素带

[2017·天津卷，T5B]（√）

（6）若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生

[2017·海南卷，T10C]（×）

（7）通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用

[2016·全国卷Ⅱ，T4C]（×）

（8）黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的

[2016·全国卷Ⅱ，T4D]（√）

（9）层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失

[2016·江苏卷，T17D]（×）

【长句应答·特训】

下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析回答下列问题：

（1）恩格尔曼实验在实验材料的选取上巧妙之处是_____________________________。

（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______________________。

（3）萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是________________________。

（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_______________。

（5）两实验设计中是如何形成对照的？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：

（1）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）排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰

（3）消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰

（4）防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰

（5）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

1．绿叶中色素提取与分离实验异常现象分析

2．影响叶绿素合成因素的分析

绿叶中色素的提取和分离

科学探究

1．（2020·广东六校一模）提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是（　　）

A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片

B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液

C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多

D．胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高

解析：

选C。

黄化叶片也可见叶黄素和胡萝卜素的色素带，未见色素带的原因可能是滤液细线没及层析液而溶解于层析液，A错误；色素能溶于层析液，B错误；一般情况下，叶绿素含量比类胡萝卜素多，故提取液常呈绿色，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，如胡萝卜素在层析液（而不是提取液）中扩散得最快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，如叶绿素b，D错误。

2．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示（“＋”表示使用，“－”表示未使用），其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为（　　）

试剂

甲

乙

丙

丁

无水乙醇

－

＋

＋

＋

水

＋

－

－

－

CaCO3

＋

＋

－

＋

SiO2

＋

＋

＋

－

A．①②③④　　　　　B．②④①③

C．④②③①D．③②①④

解析：

选B。

甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。

捕获光能色素的种类及功能

科学思维

3．（2020·河北冀州中学段考）下图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。

下列叙述错误的是（　　）

A．提取色素时，要加入SiO2和CaCO3，并进行充分研磨

B．色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同

C．实验结果①可说明叶绿素合成需要光照

D．实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多

解析：

选B。

提取色素时加入SiO2是为了研磨充分，而加入CaCO3是为了防止色素被破坏，A正确；色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，B错误；实验结果①色素带不同，可说明叶绿素合成需要光照，C正确；实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多，D正确。

4．（不定项）（2020·山东临沂模拟）为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小（目值越大，表示颗粒越细）对叶

绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。

下列有关叙述错误的是（　　）

二氧化硅

叶绿素种类　　　

颗粒大小（目）

0

20

50

100

200

叶绿素a（mg/g）

0.25

0.53

0.61

0.48

0.47

叶绿素b（mg/g）

0.16

0.08

0.09

0.11

0.12

A．提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂

B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益

C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多

D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均增大

解析：

选BD。

根据光合色素易溶于有机溶剂的原理，可用无水乙醇来提取，A正确；分析表格数据可知，加入二氧化硅会使叶绿素b的含量减少，不利于叶绿素b的提取，B错误；根据表格数据可知，分别使用颗粒大小为20、50、100、200目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量分别为0.61、0.70、0.59、0.59mg/g，故用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多，C正确；碳酸钙可保护叶绿素，防止叶绿素被有机酸分解，若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中叶绿素a、叶绿素b数据均减小，D错误。

考点2　光合作用的基本过程

1．光合作用的探究历程[连一连]

2．光合作用的概念

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。

3．光合作用的过程

（1）图解

（2）过程比较

[助学巧记]　光合作用过程的“一、二、三、四”

4．光合作用和化能合成作用的比较

（必修1P94和P103“相关信息”改编）完成下表，分析光合作用过程中[H]与细胞呼吸过程中[H]的区别。

光合作用过程中[H]

细胞呼吸过程中[H]

本质

还原型辅酶Ⅱ（NADPH）

还原型辅酶Ⅰ（NADH）

来源

________阶段

无氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第一、二阶段

去向

____________

有氧呼吸第________阶段生成________

答案：

光反应　三碳化合物的还原　三　水

【真题例证·体验】

（2019·高考全国卷Ⅰ）将一株质量为20g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40g，其增加的质量来自（　　）

A．水、矿质元素和空气　　B．光、矿质元素和水

C．水、矿质元素和土壤D．光、矿质元素和空气

解析：

选A。

该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加，干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2（空气）和H2O合成的有机物。

故选A。

【考法纵览·诊断】

（1）大气中的碳主要在叶绿体基质部位被固定，进入生物群落　　　　　　　　

[2018·天津卷，T8节选]（√）

（2）水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量

[2017·海南卷，T10D]（×）

（3）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绿光照射，则[H]下降

[2016·天津卷，T2C改编]（√）

（4）在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋白质参与的是Mg2＋吸收

[2015·四川卷，T1A改编]（×）

（5）CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能

[2015·安徽卷，T2A]（×）

（6）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NADPH/NADP＋比值下降

[2014·全国卷Ⅰ，T2D]（√）

（7）破坏叶绿体外膜后，O2不能产生

[2011·浙江卷，T1A]（×）

（8）离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应

[2011·浙江卷，T1D]（√）

【长句应答·特训】

下图为光合作用的过程图解，据图分析并回答下列问题：

（1）乙表示__________阶段，又称作__________循环。

（2）图中的物质a是_______，物质c是________。

（3）甲阶段的两项重要变化是__________________________________。

（4）乙阶段的两项重要过程是__________________________________。

（5）土壤中缺乏N，植物的光合作用就会受影响，请分析原因：

___________________。

（6）若将某种植物密闭在无O2，但其他条件适宜的小室中，光照培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增强，原因是_________________________________________________。

答案：

（1）暗反应　卡尔文

（2）[H]　CO2

（3）叶绿体中的色素吸收光能，将H2O分解成[H]和O2；同时形成ATP

（4）CO2的固定和C3的还原过程

（5）N是组成ATP、NADPH、酶以及类囊体薄膜等与光合作用有关的物质或结构的重要元素

（6）该植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增强

1．光合作用反应式及元素去向分析

2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析

（1）“过程法”分析各物质变化

下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件（如光照、CO2）突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：

（2）“模型法”表示C3和C5含量的变化

光合作用的过程

生命观念

1．（2020·江西上饶高三模拟）下图为绿色植物光合作用过程示意图（物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程），下列判断错误的是（　　）

A．绿色植物能利用a物质将光能转换成活跃的化学能储存在c中

B．e中不储存化学能，所以e只能充当还原剂

C．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解

D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将会上升

解析：

选B。

a为光合色素，能吸收、传递、转化光能到ATP中，A正确；e为水光解生成的[H]，也含有活跃的化学能，可参与暗反应中C3的还原，B错误；图中①表示根系从土壤中吸收水分，③表示水的光解生成[H]和O2，C正确；g为CO2，供应充足时，突然停止光照，光反应生成的[H]和ATP的量下降，C3的还原速率下降，另一方面，CO2固定生成C3正常进行，C3的含量因消耗下降而积累，D正确。

2．（2020·安徽合肥高三期中）下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中A～C表示相关物质。

下列有关分析错误的是（　　）

A．图中A为O2，可部分释放到空气中

B．图中B为NADPH，外界CO2浓度升高时，B的含量暂时升高

C．该过程消耗的NADP＋和C来自叶绿体基质

D．该过程将光能转化为化学能储存在B和ATP中

解析：

选B。

水的光解产物是O2和NADPH，若光合作用强度大于呼吸作用强度，O2会部分释放到空气中，A正确；图中B是在NADP＋、H＋和e－参与下形成的，为NADPH，当外界CO2浓度升高时，暗反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低，B错误；叶绿体基质中，暗反应消耗NADPH、ATP产生NADP＋、ADP，C正确；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP和NADPH中，D正确。

3．右图表示绿色植物进行光合作用的过程图解。

在该过程的卡尔文循环中，碳原子转移途径可表示为（　　）

A．A→叶绿素→BB．G→叶绿素→C

C．F→H→ED．A→D→E

解析：

选C。

分析图示信息可知，A为H2O，B为O2，C为ATP，D为[H]，E为葡萄糖，F为CO2，G为ADP和Pi，H为C3，I为C5。

CO2中的碳原子在光合作用的卡尔文循环中的转移途径是CO2→C3→葡萄糖，即F→H→E。

环境改变对光合作用中物质变化的影响

科学思维

4．（不定项）（2020·济宁阶段检测）光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。

下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，不正确的是（　　）

A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小

B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大

C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小

D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小

解析：

选ACD。

突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，A错误；突然中断CO2供应，导致C3含量减少，进而使ATP和[H]含量增多，所以暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，B正确；突然将红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和[H]含量减少，进而使C3含量增大、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和[H]含量增加，ATP/ADP的值增大，D错误。

5．（不定项）右图表示某植物叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。

下列分析正确的是（　　）

A．图中物质甲转变成乙不需要消耗光反应提供的ATP

B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度

C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累

D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低

解析：

选AD。

因为暗反应中1molC5＋1molCO2生成2molC3，所以在适宜条件下，叶肉细胞内C3是C5的2倍，因此图中甲是C5，乙是C3。

图中物质甲与CO2结合形成乙，该过程只需要酶的催化，不需要消耗ATP，A正确；植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度，那么C3含量增加，C5含量减少，与题图不符合，而如果改变的条件是降低CO2浓度，那么C3含量减少，C5含量增加，与题图符合，所以本题改变的条件是降低CO2浓度，B错误；CO2浓度降低，由于CO2供应量减少，C5消耗减少，而C3还原正常，所以C5（甲）含量会上升，C错误；低CO2浓度下的光饱和点也低，D正确。

考点3　影响光合作用的因素及应用

1．外部因素

（1）单因子变量对光合速率的影响

①光照强度

②CO2浓度

③温度

④水分和矿质元素

（2）多因子变量对光合速率的影响

2．内部因素

（1）植物自身的遗传特性（如植物品种不同）：

以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。

（2）植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶

【真题例证·体验】

（2017·高考天津卷）某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。

如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。

叙述错误的是（　　）

A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型

B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型

C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度

D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度

解析：

选D。

光照强度低于P时，突变型的光合作用强度（光反应和暗反应强度）低于野生型，A项正确；光照强度高于P时，突变型的光合作用强度（光反应和暗反应强度）高于野生型，B项正确；光照强度低于P时，限制突变型和野生型光合速率的主要环境因素为横坐标所表示的因素，即光照强度，C项正确；光照强度高于P时，突变型光合速率随光照强度的增大而增加，因此限制其光合速率的主要环境因素仍然为横坐标所表示的因素，即光照强度，D项错误。

【考法纵览·诊断】

（1）干旱处理导致叶片气孔开度减小，与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会降低，出现这种变化的主要原因是气孔开度减小使供应给光合作用的CO2减少　　　　　

[2019·全国卷Ⅰ，T29节选改编]（√）

（2）已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，则甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率大于0

[2017·全国卷Ⅰ，T30节选]（√）

（3）当光照强度达到光饱和点时，要使光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高CO2浓度

[2016·全国卷Ⅰ，T30节选改编]（√）

（4）叶片的Pn（净光合速率）先后两次（注：

第一次是中午，第二次是下午）下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度

[2016·四川卷，T5D]（√）

（5）植物光合作用光饱和点可通过测定不同光照强度下的光合速率来确定。

在一定条件下，某植物在温度由25℃降为5℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度≥25℃

[2016·浙江卷，T30节选改编]（√）

（6）光强低于光补偿点时，胞外CO2浓度、胞内O2浓度增大

[2015·重庆卷，T4B]（×）

（7）在适宜温度下测得叶片光饱和点，若其他条件不变，进一步提高温度，则该叶片光饱和点的变化是降低

[2014·重庆卷，T9节选]（√）

【长句应答·特训】

西洋参为我国北方种植的名贵药材，喜散射光和漫射光。

为了探究生长条件对西洋参光合作用的影响，研究小组将西洋参的盆栽苗均分成甲、乙两组，甲组自然光照，乙组给予一定程度的遮光。

培养一段时间后，测定实验结果如图所示。

请回答下列问题：

（1）本实验的实验组是________，13：

00比9：

00光照强度大，但两组实验中13：

00的净光合速率都低于9：

00，主要原因是______________________________________

（2）11：

00时，乙组净光合速率高于甲组，主要原因是_________________________。

（3）实验时间段内乙组光合积累量小于甲组，研究小组据此得出结论：

西洋参不适合弱光条件下生长，请指出该实验设计的缺陷：

_____________________________________。

答案：

（1）乙组　温度升高，与光合速率相比呼吸速率增加得更快

（2）乙组遮阴，蒸腾作用减弱，光合午休现象不明显（CO2吸收量大）

（3）未设置其他遮阴度的实验组，不足以说明问题

1．光合作用强度高≠光能利用率高

（1）其他条件相同的情况下，光合作用强度越高，光能利用率越高。

（2）光能利用率除受光合作用强度的影响外，还受光合作用时间和光合作用面积的影响。

2．影响光合作用强度的因素

（1）外因：

包括光照强度、温度、CO2浓度等。

影响因素

产生的影响

影响过程

光照强度

影响水的光解产生[H]，影响ATP的形成

主要是光反应阶段

CO2浓度

影响C3的合成

主要是暗反应阶段

温度

影响光合作用酶的活性

（2）内因：

包括酶的活性和数量、色素的种类和数量、五碳化合物的含量等。

3．多因素对光合作用强度的影响

（1）不同因素的作用具有互补效应。

如当光照强度降低时，可通过增加CO2浓度补偿。

（2）不同条件下关键影响因素不同。

如其他条件适宜，CO2达到饱和点，此时限制因素最可能是五碳化合物的含量。

1．（2020·湖北孝感重点高中协作体联考）在0.03%的CO2浓度和适宜的恒定温度条件下，测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率，结果如图所示。

下列有关分析正确的是（　　）

A．当光照强度为1klx时，植物甲开始进行光合作用

B．当光照强度为3klx时，植物乙的总光合速率是0mg/（100cm2叶·h）

C．若在c点时突然停止CO2供应，短时间内植物甲的叶绿体中C3的含量会增加

D．d点时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2浓度

解析：

选D。

光照强度为1klx时，植物甲的光合作用强度等于呼吸作用强度，A错误；当光照强度为3klx时，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝0＋20＝20mg/（100cm2叶·h），B错误；c点时突然停止CO2供应，CO2固定受阻，C3的还原暂时不变，短时间内C3的含量会减少，C错误；d点时植物乙到达光饱和点，因此光照强度不再是限制因素，而题中又提出此过