版高考人教版通用生物核心讲练大一轮复习能量之源光与光合作用 Word版含答案.docx
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版高考人教版通用生物核心讲练大一轮复习能量之源光与光合作用Word版含答案
讲核心考点·全突破
考点一 光合作用的过程
1.光反应和暗反应的过程图解:
2.光反应与暗反应的区别与联系:
阶段
光反应
暗反应
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质
变化
①水的光解:
H2O
[H]+O2
②ATP的合成:
ADP+Pi
ATP
①CO2的固定:
CO2+C5
2C3
②C3的还原:
2C3
(CH2O)+C5
能量
转化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP,暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+
3.利用同位素标记法判断光合作用C、H、O的转移途径:
(1)H:
3H2O
[3H]
(C3H2O)。
(2)C:
14CO2
14C3
(14CH2O)。
(3)O:
O
18O2;C18O2
C3
(CH182O)。
4.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析:
(1)分析方法:
需要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的含量变化情况:
(2)结果:
变化条件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O)
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
【高考警示】
光合作用过程的三点提醒
(1)光反应阶段产生的[H]既可作还原剂,又可提供能量;ATP不仅用于暗反应阶段C3的还原,还用于叶绿体中蛋白质、核酸的合成。
(2)色素吸收光能不需要酶,但把光能转化为化学能需要酶。
光反应和暗反应过程均需要酶的催化。
(3)光反应在光照条件下才能进行;暗反应不需要光,但在光下可以进行。
若植物长期处于黑暗中,由于缺乏光反应产生的[H]和ATP,则暗反应不能进行。
【典例】(2019·江苏高考)叶绿体中催化CO2固定的酶R由叶绿体DNA编码的大亚基和细胞核DNA编码的小亚基共同组装而成,其合成过程及部分相关代谢途径如图所示。
请回答下列问题:
(1)合成酶R时,细胞核DNA编码小亚基的遗传信息___________到RNA上,RNA进入细胞质基质后指导多肽链合成;在叶绿体中,参与大亚基肽链合成的RNA中,种类最多的是___________。
(2)进行光合作用时,组装完成的酶R需ATP参与激活,光能转化为ATP中的化学能是在___________(填场所)上完成的。
活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3-Ⅰ),C3-Ⅰ还原为三碳糖(C3-Ⅱ),这一步骤需要________作为还原剂。
在叶绿体中C3-Ⅱ除了进一步合成淀粉外,还必须合成化合物X以维持卡尔文循环,X为_______________。
(3)作为光合作用的重要成分,X在叶绿体中的浓度受多种因素调控,下列环境条件和物质代谢过程,与X浓度相关的有___________(填序号)。
①外界环境的CO2浓度
②叶绿体接受的光照强度
③受磷酸根离子浓度调节的C3-Ⅱ输出速度
④酶R催化X与O2结合产生C2化合物的强度
(4)光合作用旺盛时,很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中,假如以大量可溶性糖的形式存在,则可能导致叶绿体___________。
【解析】
(1)据图分析可知,细胞核DNA编码小亚基的遗传信息转录到RNA上,再通过核糖体上的翻译形成小亚基。
叶绿体编码大亚基的DNA,经过转录和翻译,形成大亚基,在此过程中需要一种mRNA,多种tRNA,故需要RNA种类最多的是tRNA。
(2)ATP是在光合作用光反应阶段合成的,场所是在叶绿体的类囊体薄膜。
活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3-Ⅰ),C3-Ⅰ被还原为三碳糖(C3-Ⅱ),这一步骤需要[H]作为还原剂。
从图中分析,C3化合物还原的产物除了C3-Ⅱ还有C5,X为C5。
(3)外界环境的CO2浓度,直接影响CO2的固定,间接影响C3的还原,进而影响C5的浓度,故①符合题意;叶绿体接受的光照强度,直接影响光反应产生的[H]和ATP,间接影响C3的还原,进而影响C5的浓度,故②符合题意;磷酸根离子浓度直接影响C3-Ⅱ输出速度,进而影响C5的浓度,故③符合题意;酶R能催化X与O2结合产生C2化合物,这种结合的强度会影响X的浓度,故④符合题意。
(4)光合作用合成的糖类,假如以大量可溶性糖的形式存在,则可能导致叶绿体吸水涨破。
答案:
(1)转录 tRNA
(2)类囊体 [H] C5(五碳化合物) (3)①②③④ (4)吸水涨破
(1)结合上题图示分析突然停止CO2的供应,短时间内叶绿体中[H]含量会怎样变化?
提示:
突然停止供给CO2,暗反应受到抑制,[H]的消耗速率下降,但合成速率暂时不变,[H]含量增多。
(2)上题图中淀粉是该植物光合作用产生的有机物,此外还有其他有机物吗?
提示:
光合作用产生的有机物主要是糖类(淀粉等),也可合成蛋白质、脂质等有机物。
(3)如何证明上题图中淀粉中的碳来源于CO2?
提示:
用14C标记CO2中的C,若淀粉中含有14C,则证明淀粉中的碳来源于CO2。
(2019·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。
植物生长过程中增重主要通过光合作用制造有机物,其主要过程是利用光能,将CO2和水合成储存能量的有机物,其中CO2来自空气。
另外,植物体内蛋白质、核酸等有机物的合成还需要矿质元素,故A项正确。
【加固训练】
1.(2019·新乡模拟)绿色植物在进行光合作用时以H2O为供氢体,而光合细菌以H2S为供氢体进行光合作用。
以下有关光合细菌的说法合理的是( )
A.没有成形的细胞核,拟核中分布着多条线状DNA
B.以H2S为供氢体进行光合作用时,无法产生O2
C.利用H2S作为原料,其光合作用的产物不可能是糖类
D.生存需要光照条件,体内的叶绿体是光合作用的场所
【解析】选B。
绿色植物以H2O为供氢体进行光合作用时能产生O2,而光合细菌以H2S为供氢体进行光合作用时无法产生O2,B合理。
细菌属于原核生物,其没有叶绿体,拟核中分布着一个大型环状DNA分子,以H2S作为原料时,其光合产物仍可能是糖类,A、C、D不合理。
2.下图为光合作用过程示意图,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在叶绿体中含量的变化将会是( )
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。
由图解分析,c是CO2,a和b分别是[H]、ATP,若在其他条件不变的情况下,将c降低至极低水平,CO2的固定减弱,C3还原减慢,消耗[H]和ATP减少,则a、b在叶绿体中含量将会都上升。
【方法技巧】细胞中C3和C5含量变化的判断技巧
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:
(1)CO2供应不变,光照条件突然发生变化,可以分为两种情况:
光照
C3含量变化
C5含量变化
减弱
Ⅰ过程减弱→[H]和ATP合成减少→Ⅲ过程减弱、Ⅱ过程暂时不变→C3消耗减少、合成暂时不变→C3含量增加
Ⅰ过程减弱→[H]和ATP合成减少→Ⅲ过程减弱、Ⅱ过程暂时不变→C5消耗暂时不变、合成减少→C5含量减少
增强
与上述分析相反,结果是C3含量减少,C5含量增加
(2)光照条件不变,CO2供应突然发生变化,可以分为两种情况:
CO2供应
C3含量变化
C5含量变化
减少
Ⅱ过程减弱、Ⅲ过程暂时不变→C3合成减少、消耗暂时不变→C3含量减少
Ⅱ过程减弱、Ⅲ过程暂时不变→C5消耗减少、合成暂时不变→C5含量增加
增加
与上述分析相反,结果是C3含量增加,C5含量减少
考点二 影响光合作用的因素及应用
1.单因子变量对光合作用的影响:
(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:
A点
光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,CO2释放量表示此时的细胞呼吸强度
AB段
光照强度加强,光合速率逐渐加强,但细胞呼吸强度大于光合作用强度
B点
光补偿点,此时光合作用强度=细胞呼吸强度,细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用
BC段
随着光照强度不断加强,光合作用强度不断加强,光合作用强度大于细胞呼吸强度
C'点
光饱和点,继续增加光照强度,光合作用强度不再增加
③应用。
a.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。
b.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:
影响暗反应阶段,制约C3的形成。
②曲线分析:
A点
光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点
A'点
进行光合作用所需CO2的最低浓度
B和B'点
CO2饱和点,继续增加CO2的浓度,光合速率不再增加
AB对应曲线段和
A'B'对应曲线段
在一定范围内,光合速率随CO2浓度增加而增大
③应用。
a.大田要“正其行,通其风”,多施有机肥。
b.温室内可适当补充CO2,即适当提高CO2浓度可提高农作物产量。
(3)温度。
①原理:
通过影响酶的活性来影响光合作用。
②曲线分析:
AB段
在B点之前,随着温度升高,光合速率增大
B点
酶的最适温度,光合速率最大
BC段
随着温度升高,酶的活性下降,光合速率减小,50℃左右光合速率几乎为零
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。
①原理:
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曲线分析:
a.图1表明在农业生产中,可根据作物的需水规律,合理灌溉。
b.图2曲线E处光合作用强度暂时降低,是因为温度高,蒸腾作用过强,部分气孔关闭,影响了CO2的供应。
(5)矿质元素。
在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合速率,但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高,植物吸水困难甚至失水而导致植物光合速率下降。
2.多因子变量对光合作用的影响:
(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,随该因子的不断加强,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,影响因子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,增加光合作用酶的活性,提高光合速率,也可同时充入适量的CO2,进一步提高光合速率。
当温度适宜时,要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
(3)影响光合作用多因子变量的分析方法。
①分解思想:
将多因子变量转化为多个单因子变量,如上图可以分解为光照强度影响光合作用,温度或CO2影响光合作用。
②联系观点:
找出多个因素影响的共同点,如上图中的P点,温度、光照强度和CO2浓度都比较低时,光合速率都比较低,说明此时光合作用较弱。
③综合分析:
各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用,而是综合作用。
但各种因子的作用并不是同等重要的,其中起主要作用的因子为关键因子,因此在分析相关问题时,应抓关键因子。
【典例】(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。
回答下列问题。
(1)经干旱处理后,该植物根细胞的吸水能力________________。
(2)与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会___________,出现这种变化的主要原因是___________________。
(3)有研究表明:
干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。
请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。
要求简要写出实验思路和预期结果。
【解题指南】
(1)关键信息:
干旱处理会导致植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。
(2)必备知识:
植物细胞中溶质浓度越大,细胞吸水能力越强;对照实验需要设置单一变量。
【解析】本题考查植物的吸水和失水、光合作用的影响因素及实验设计的相关知识。
(1)经干旱处理后,根细胞的溶质浓度增大,渗透压增大,对水分子吸引力增大,植物根细胞的吸水能力增强。
(2)根据题干条件可知,干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小,导致叶片细胞吸收CO2减少,暗反应减弱,因此光合速率会下降。
(3)分析题意可知,实验目的为验证干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的,所以实验应分为两部分:
①证明干旱条件下植物气孔开度变化不是由缺水引起的;②证明干旱条件下植物气孔开度减小是由ABA引起的。
该实验材料为ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株,自变量应分别为正常条件和缺水环境、植物体中ABA的有无,因变量均为气孔开度变化,据此设计实验。
①取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。
预期结果是干旱处理前后气孔开度不变,可说明缺水环境不影响ABA缺失突变体植株气孔开度变化,即干旱条件下植物气孔开度变化不是由缺水引起的。
②将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。
预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变,可说明干旱条件下植物气孔开度减小是由ABA引起的。
答案:
(1)增强
(2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。
预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。
预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。
(1)光下该植物产生ATP的细胞器有线粒体、叶绿体,若此时环境中的CO2浓度降低,该植物体内C3和C5含量变化分别是减少和增加。
(2)若将某植物长期置于适宜光照和温度条件下的一个密闭容器内,那么该植物不能(填“能”或“不能”)正常生长,原因是该植物在适宜光照和温度条件下,光合作用大于呼吸作用,使密闭容器内的CO2浓度持续降低,导致光合速率减慢或停止,因此该植物不能正常生长。
(2020·北京模拟)为探究影响光合作用强度的因素,将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养,实验结果如图所示。
下列叙述错误的是( )
A.此实验有两个自变量
B.D点比B点CO2吸收量高的主要原因是光照强度大
C.实验结果表明,在土壤含水量为40%~60%的条件下施肥效果明显
D.制约C点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
【解析】选A。
由题意可知,本实验探究的自变量有光照强度、是否施肥、土壤含水量三个,A错误;由图示曲线可知,与D点相比,B点的光照强度较弱,光合作用强度也较弱,因此D点比B点CO2吸收量高的主要原因是光照强度大,B正确;根据图示,同一光照条件下,当土壤含水量在40%~60%时,施肥与未施肥相比,CO2吸收量增加明显,C正确;C点土壤含水量较少,光合作用强度较低,因此制约C点光合作用强度的因素主要是土壤含水量,D正确。
【加固训练】
1.分别用相同光照强度的3种可见光照射同种植物的叶片,在不同CO2浓度下,测定各组叶片的CO2补偿点、CO2饱和点和最大净光合速率(各组呼吸速率相同且基本不变),所得数据如下表所示。
下列叙述错误的是( )
组
别
光的成分
μmol·
mol-1
CO2补偿
点μmol·
mol-1
CO2饱和
点μmol·
mol-1
最大净光合速
率μmol(CO2)
·m-2·s-1
甲
红光
83.1
1281.3
26.1
乙
黄光
91.8
1174.9
20.4
丙
蓝光
99.2
1334.6
33.4
(CO2补偿点指叶片光合速率与呼吸速率相等时的外界环境中CO2浓度;CO2饱和点指叶片的光合速率达到最大时的最低CO2浓度。
)
A.叶绿体中吸收蓝紫光的色素有叶绿素和类胡萝卜素
B.CO2浓度为83.1μmol·mol-1时,甲组实验中,植物叶绿体释放O2的量与线粒体消耗O2的量相等
C.CO2浓度为1174.9μmol·mol-1时,影响甲、丙两组植物光合作用的主要因素不同
D.由表格分析,三种光中,黄光不宜作为大棚栽培的补充光源
【解析】选C。
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,A正确;在甲组实验中,当CO2浓度为83.1μmol·mol-1时,植物处于CO2补偿点状态,即植物叶绿体释放O2的量与线粒体消耗O2的量相等,B正确;甲、丙两组植物的CO2饱和点均大于1174.9μmol·mol-1,所以当CO2浓度为
1174.9μmol·mol-1时,影响甲、丙两组植物光合作用的主要因素都是CO2浓度,C错误;据题表可知利用黄光实验,在相同的光照强度下,其最大净光合速率较甲(红光)、丙(蓝光)两组小,所以三种光中,黄光不宜作为大棚栽培的补充光源,D正确。
2.(2019·大同模拟)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____________________。
【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。
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
考点三 光合作用和细胞呼吸的关系
1.光合作用与细胞呼吸的过程图解:
2.光合作用与细胞呼吸的联系:
(1)过程联系:
(2)物质联系:
①C:
CO2
(CH2O)
C3H4O3
CO2
②O:
H2O
O2
H2O
③H:
H2O
[H]
(CH2O)
[H]
H2O
(3)能量联系:
3.光合作用与细胞呼吸过程中O2和CO2变化:
【高考警示】
光合作用与细胞呼吸的两个认识误区
(1)误以为白天植物只进行光合作用。
细胞呼吸无论是在有光还是无光条件下,都会一直进行,即使在进行光合作用时,细胞呼吸也没有停止。
(2)误以为光合作用与细胞呼吸是两个独立的过程。
光合作用积累的有机物被细胞呼吸利用,储存的能量通过细胞呼吸释放出来;细胞呼吸产生的CO2等物质可以被光合作用利用。
【典例】(2017·全国卷Ⅱ)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题:
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是_______________、________、________、_______,[H]代表的物质主要是_______。
(2)B代表一种反应过程,C代表细胞质基质,D代表线粒体,则ATP合成发生在A过程,还发生在_______(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是______________。
【解析】
(1)据题图分析可知,①为水光解的产物之一,应为O2;②为NADPH还原C3后的产物,应为NADP+;③为ATP的水解产物,应为ADP和Pi;④为CO2固定的反应物,应为C5;[H]所表示的物质为还原型辅酶Ⅰ,即NADH。
(2)题图中A过程为光反应,B过程为暗反应,ATP合成发生在A过程;在细胞质基质中进行有氧呼吸第一阶段,线粒体内进行有氧呼吸第二、三阶段,这三个阶段都有ATP的合成。
(3)在无氧条件下,植物细胞进行无氧呼吸,第一阶段葡萄糖分解为丙酮酸,第二阶段丙酮酸分解为酒精和CO2。
答案:
(1)O2 NADP+ ADP+Pi C5 NADH(或答:
还原型辅酶Ⅰ)
(2)C和D (3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
(1)上题图中若A代表一种反应过程,则A是光反应,需要的条件有光能、色素、酶等。
(2)结合上题示意图分析,在人体内C中的丙酮酸不能(填“能”或“不能”)转化成酒精,原因是人体内缺乏丙酮酸转化成酒精的酶。
25℃条件下,将绿藻置于密闭玻璃容器中,每2h测一次CO2浓度,结果如图(假设细胞呼吸强度恒定)。
请据图回答下列问题:
(1)图中8~10h,细胞中能产生ATP的场所有____。
(2)图中所示实验中有2h是没有光照的,这个时间区间是_______h,实验12h,此时绿藻干重与实验前相比_____。
(3)图示实验过程中4~6h平均光照强度_________(填“小于”“等于”或“大于”)8~10h平均光照强度,判断依据是____ ____。
【解析】密闭玻璃容器中CO2浓度的变化,反映的是其内的绿藻光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量的差值,即表示的是净光合作用速率,据此分析柱形图中CO2浓度的变化并结合题意作答。
(1)图中8~10小时,呼吸作用(细胞呼吸)和光合作用都能进行,因此能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。
(2)没有光照,绿藻的光合作用不能进行,但能进行呼吸作用,因此密闭玻璃容器中的CO2浓度会逐渐增加,据此可推知:
在实验进行到2~4h没有光照。
实验12h时,密闭玻璃容器中CO2浓度与实验开始时(0h)的基本相同,此时绿藻干重与实验前比较基本不变。
(3)4~6h内密闭玻璃容器中CO2浓度保持恒定,说明此时间段内细胞呼吸与光合作用速率相等,同理8~10h时间段内细胞呼吸与光合作用速率也相等,但由于4~6h内密闭玻璃容器中CO2浓度较大,进而推知:
4~6h平均光照强度