【生物】2021届一轮复习人教版能量之源——光与光合作用教案（湖北专用）

【生物】2021届一轮复习人教版能量之源——光与光合作用教案（湖北专用）

第9讲　能量之源——光与光合作用 课程内容 核心素养——提考能 ‎1.说明光合作用及其对它的认识过程。‎ ‎2.研究影响光合速率的环境因素。‎ ‎3.提取和分离叶绿体色素。‎ 生命观念 通过分析讨论光合作用的过程，形成物质与能量观。‎ 科学思维 通过解读光合作用过程及影响因素的模型，形成利用科学的思维解决问题的习惯。‎ 科学探究 通过光合作用历程的探究及提取和分离叶绿体色素，掌握实验的原理、思路及操作技能。‎ 社会责任 通过探讨光合作用的实际应用，形成社会责任感。‎ 考点一　捕获光能的色素和结构(含绿叶中色素的提取和分离)‎ ‎1.绿叶中色素的提取和分离 ‎(1)实验原理 ‎(2)实验流程 ‎2.捕获光能的色素及色素的吸收光谱 由图可以看出：‎ ‎(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。‎ ‎(2)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。‎ ‎3.叶绿体的结构与功能 ‎(1)结构模式图 某科研小组研究不同浓度的镉对水生植物紫萍生理的影响，结果见下图。请回答下列问题。‎ ‎(1)由图可知，该实验的自变量是什么？　　　　，　　　　。‎ 提示　镉的浓度和处理时间 ‎(2)由图甲得出的结论是什么？‎ 提示　随着镉浓度的增大，叶绿素的含量逐渐降低，叶绿素a受影响的幅度更大。‎ ‎　围绕色素的提取与分离考查科学探究 ‎1.(2019·山东青岛模拟)下列与“绿叶中色素的提取和分离”实验有关的叙述，正确的是(　　)‎ A.提取绿叶中的色素时只能用无水乙醇溶解色素 B.研磨叶片后立即加入碳酸钙可防止色素被破坏 C.叶绿素b在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素 D.不同绿叶中的色素在滤纸条上的色素带顺序不同 解析　提取绿叶中的色素时，可以用无水乙醇、丙酮等有机溶剂，A错误；叶绿体色素的提取的实验中，加入碳酸钙的目的是保护叶绿体色素，防止色素被破坏，应该在研磨前加入，B错误；类胡萝卜素的溶解度大，扩散速度快，位于滤纸条的上面，而叶绿素b的溶解度小，扩散速度慢，位于滤纸条的下面，C正确；不同绿叶中的色素在滤纸条上的色素带顺序相同，从上到下都是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，D错误。‎ 答案　C ‎2.(2019·北京海淀模拟)下列有关叶绿体中色素提取与分离实验及创新改进的说法中，不合理的是(　　)‎ A.设计一个对照实验，一组在研磨前加CaCO3，另一组不加，然后按规定步骤研磨层析观察现象，可探究CaCO3加与不加对实验的影响 B.秋季使用黄色或红色叶片做实验材料可以证明叶片中不含叶绿素 C.把滤液细线画的宽一点做层析可以探究滤液细线的宽度对实验的影响 D.用不同量的绿叶作实验，实验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及绿叶纯度对实验的影响 解析　探究CaCO3加与不加对实验的影响实验中，自变量是否加CaCO3，因此一组在研磨前加CaCO3，另一组不加，然后按规定步骤研磨层析观察现象，A正确；植物细胞叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，而红色叶片的颜色是因为液泡中的花青素，与叶绿体中的色素无关，B错误；把滤液细线画的宽一点做层析，与正常宽度做对比，可以探究滤液细线的宽度对实验的影响，C正确；用不同量的绿叶作实验，实验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及绿叶纯度对实验的影响，D正确。‎ 答案　B ‎　围绕捕获光能的色素考查生命观念与科学思维 ‎3.(2017·全国卷Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　)‎ A.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 B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制 C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示 D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的 解析　类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以在蓝紫光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。‎ 答案　A ‎4.(2019·山东聊城模拟)将A、B、C、D四盆长势均匀的植物置于阳光下，A添加品红色光照，B添加绿色光照，C隔品红色滤光片，D隔绿色滤光片(如图所示)。经过一段时间后，各盆植物中长势最好的是(　　)‎ 解析　只有A选项除阳光外多添加了品红色光。‎ 答案　A 影响叶绿素合成的三大因素 考点二　光合作用的探究历程与光合作用的过程 ‎1.光合作用的探究历程(连线)‎ ‎2.光合作用的过程 ‎(1)具体过程 ‎(2)反应式(标出各种元素的来源和去向)‎ ‎①O：HOO C18O2C3(CHO)＋HO ‎②C：14CO214C3(14CH2O)‎ ‎③H：H2O→[H]→(CH2O)＋H2O ‎[巧学助记]　光合作用过程的“一、二、三、四”‎ ‎3.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等物质含量变化 如图1、2、3所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)请思考：‎ ‎(1)图1中a～e可构成哪些对照组？其验证的结论分别是什么？进行图1所示实验应事先对叶片作何处理，目的是什么？‎ ‎(2)图2所示实验运用了何种技术？可得出何种推论？‎ ‎(3)图3所示实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？该实验对环境有何特殊要求？其目的是什么？实验结果怎样可得出何种结论？‎ 提示　(1)图1中b和c部位都是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对照可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体；进行图1所示实验应事先将植株置于暗处作饥饿处理，以排除原有淀粉对实验结果的干扰。‎ ‎(2)图2所示实验运用了同位素标记技术，该对比实验说明光合作用产生的O2来源于H2O，而不是来自CO2。‎ ‎(3)图3实验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。该实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰，实验结果是好氧细菌分布于叶绿体被光束照射的部位，由此证明叶绿体是光合作用的场所。‎ 教材高考 ‎1.真题重组　判断正误 ‎(1)叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中(2017·全国卷Ⅲ，T2B)(　　)‎ ‎(2)叶绿体中可进行CO2的固定但不能合成ATP(2016·全国卷Ⅰ，T1D)(　　)‎ ‎(3)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原(2014·高考海南卷，T7C)(　　)‎ ‎(4)照光培养一段时间的绿藻，用黑布迅速将培养瓶罩上，绿藻细胞的叶绿体内CO2的固定加快(2014·全国Ⅰ，T2B)(　　)‎ 提示　(1)√‎ ‎(2)×　叶绿体可通过光反应产生ATP。‎ ‎(3)√‎ ‎(4)×　由于光反应下降，叶绿体内CO2的固定随之下降。‎ ‎2.深挖教材 ‎(1)教材P101“侧栏思考题”：说出有人认为植物也能使空气变污浊的原因。‎ 提示　持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的实验。无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就使空气变污浊了。‎ ‎(2)观察教材P94左上角和P103“相关信息”：光反应产生的[H]与细胞呼吸产生的[H]是否为同一类物质？‎ 提示　光反应产生的[H]为NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，细胞呼吸产生的[H]为NADH(还原型辅酶Ⅰ)。‎ ‎　围绕光合作用的探究历程考查科学思维与科学探究 ‎1.(2019·山东济南模拟)在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时发生能量转化的假说。以下科学实验能证明这一假说的是(　　)‎ A.英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验 B.恩格尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验 C.萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验 D.鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自于水的实验 解析　萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用的产物除氧气外还有淀粉，即光能转变成储存在淀粉等有机物中的化学能，因此该实验能证明“植物在进行光合作用时发生能量转化”的假说。‎ 答案　C ‎2.(2019·北京西城模拟)在光合作用的探究历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和[H]的产生过程，如由所示(e－为负电子)。下列分析正确的是(　　)‎ A.完成过程①需要叶绿体色素和酶的共同作用 B.过程②发生在类囊体膜上并存在能量的转换 C.NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应 D.自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中 解析　过程①是水在光下分解，需要叶绿体色素分子吸收的光能，但不需要酶的催化，A错误；过程②表示NADPH的形成，发生在类囊体膜上并将色素分子吸收的光能转变成活跃的化学能储存起来，B正确；NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原反应，C错误；自养生物蓝藻为原核生物，没有叶绿体，因此过程①②一定不是在叶绿体中进行的，D错误。‎ 答案　B ‎　围绕光合作用的过程考查科学思维 ‎3.(2018·高考北京卷，3)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中(　　) ‎ A.需要ATP提供能量 B.DCIP被氧化 C.不需要光合色素参与 D.会产生氧气 解析　光合作用中的光反应发生在类囊体薄膜上，光合色素吸收光能，一方面使水光解，释放出氧气和形成[H]，另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与Pi发生化学反应形成ATP，D项符合题意，A、C项不符合题意。结合题干信息，加入氧化还原指示剂DCIP后，DCIP会被[H]还原，B项不符合题意。‎ 答案　D ‎4.下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素a，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是(　　)‎ A.乙侧的H＋完全来自甲侧 B.生物膜M是叶绿体类囊体薄膜，属于叶绿体内膜 C.CF0和CF1与催化ATP的合成、转运H＋有关，很可能是蛋白质 D.该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中的CO2的固定 解析　据图分析，乙侧的水的光解过程也可以产生H＋，A错误；叶绿素a存在叶绿体的类囊体薄膜上，即膜M为(叶绿体)类囊体(薄)膜，不属于叶绿体内膜，B错误；CF0和CF1在图中所示生理过程中的作用是催化ATP的合成、转运H＋，因此CF0和CF1很可能是蛋白质，C正确；该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中的三碳化合物的还原，D错误。‎ 答案　C ‎　围绕光合作用的过程考查科学探究 ‎5.(2015·全国卷Ⅰ，29)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135 s，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67.5 s；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7.5 s；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3.75 ms(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135 s；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)根据题意可知，由于C组只用了D组光照时间的一半，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，所以单位时间内，C组植物合成有机物的量高于D组合成有机物的量。(2)‎ 对比A、B、C三组实验，在总光照时间相同的情况下，随着光照和黑暗交替频率的增加，光合作用产物的相对含量也增加。究其根本原因是光照与黑暗的交替频率越高，光下产生的还原型辅酶Ⅱ和ATP越能及时利用并及时再生，从而提高了光合作用中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 考点三　影响光合作用的因素与应用分析 ‎1.光合作用强度 ‎2.影响光合作用强度的因素 影响光合作用因素的模型构建与解读 ‎(1)内部因素 a.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。‎ b.植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。‎ ‎(2)外部因素 ‎①单因子变量对光合作用影响的曲线分析 a.光照强度 b.CO2浓度 c.温度 d.必需矿质元素(N、P、Mg、K等)‎ ‎②多因子对光合速率的影响 ‎　围绕影响光合作用的因素与应用考查科学思维的能力 ‎1.(2019·山东烟台模拟)如图所示为研究光照强度和CO2‎ 浓度对某植物光合作用速率的影响。下列有关叙述中错误的是(　　)‎ A.曲线中A点转向B点时，光反应增强，暗反应增强 B.曲线中B点转向D点时，叶绿体中C5浓度降低 C.在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合效率 D.曲线中C点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量 解析　曲线中A点转向B点时，光照强度增强，光反应产生的[H]和ATP增加，促进暗反应还原C3，暗反应增强，A正确；曲线中B点转向D点时，CO2浓度降低，CO2与C5固定生成C3的反应减弱，因此叶绿体中C5浓度升高，B错误；在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合效率，C正确；曲线中C点产生的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，D正确。‎ 答案　B ‎2.(2018·全国卷Ⅰ，30)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：‎ ‎(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是　　　　。‎ ‎(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是　　　　，判断的依据是____________________________________。‎ ‎(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是　　　　。‎ ‎(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的　　　　(填“O2”或“CO2”)不足。‎ 解析　(1)由题图可知，乙的光饱和点及光补偿点都比甲低，因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a 时，甲种植物光合作用强度高于乙种植物，因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知，甲种植物的光饱和点较高，对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低，所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高，蒸腾作用强气孔部分关闭，因此进入叶肉细胞的CO2不足，叶片的光合速率明显下降。‎ 答案　(1)甲　(2)甲　光照强度降低导致甲种植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲种植物净光合速率下降幅度比乙大 ‎(3)乙　(4)CO2‎ ‎　围绕影响光合作用的因素与应用考查科学探究的能力 ‎3.(2018·4月浙江选考)在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中，选用某植物A、B两个品种，在正常光照和弱光照下进行实验，部分实验内容和结果见下表。‎ 品种 光照处理 叶绿素a含量 ‎(mg/cm2)‎ 叶绿素b含量 ‎(mg/cm2)‎ 类胡萝卜素含量(mg/cm2)‎ 光合作用速率(μ mol CO2‎ ‎/m2·s)‎ A 正常光照 ‎1.81‎ ‎0.42‎ ‎1.02‎ ‎4.59‎ A 弱光照 ‎0.99‎ ‎0.25‎ ‎0.46‎ ‎2.60‎ B 正常光照 ‎1.39‎ ‎0.27‎ ‎0.78‎ ‎3.97‎ B 弱光照 ‎3.80‎ ‎3.04‎ ‎0.62‎ ‎2.97‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)据表推知，经弱光照处理，品种A的叶绿素总含量和类胡萝卜素总含量较正常光照　　　　，导致其卡尔文循环中再生出　　　　的量改变，从而影响光合作用速率。‎ ‎(2)表中的光合色素位于叶绿体的　　　　膜中。分别提取经两种光照处理的品种B的光合色素，再用滤纸进行层析分离，与正常光照相比，弱光照处理的滤纸条上，自上而下的第4条色素带变　　　　，这有利于品种B利用可见光中较短波长的　　　　光。‎ ‎(3)实验结果表明，经弱光处理，该植物可通过改变光合色素的含量及其　　　　来适应弱光环境。品种　　　　的耐荫性较高。‎ 解析　本题考查光合作用的过程、影响光合速率的环境因素以及光合色素的作用。据表可知，品种A在弱光下，光合色素的含量都下降；而品种B的叶绿素a和叶绿素b的含量显著升高，更有利对光中较短波长蓝紫光的吸收，同时在弱光照下，品种B的光合速率要大于品种A，故品种B更耐荫。‎ 答案　(1)下降　RuBP　(2)类囊体　宽　蓝紫　(3)比例　B 澄清易错易混·强化科学思维 ‎[易错易混]‎ 易错点1　塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择分辨不清 点拨　为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种色的光均可被作物吸收(尽管黄绿色吸收量较小)，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄、绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)角度讲，用红灯泡、蓝紫灯泡效率最高。‎ 易错点2　对光合作用的条件与场所分辨不清 点拨　(1)绿色植物中参与光合作用的色素只存在于叶绿体类囊体薄膜上，液泡中的色素不参与光合作用。‎ ‎(2)绿色植物中参与光合作用的酶存在于叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中。‎ ‎(3)不要认为暗反应不需要光。光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应和暗反应。前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物[H]和ATP，因此在无光条件下不可以长期进行。‎ ‎(4)叶绿体并不是进行光合作用的必要场所：进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，如蓝藻、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。‎ 易错点3　对光反应与暗反应的相互制约分辨不清 点拨　光反应为暗反应提供[H]和ATP，故光反应停止时，暗反应无法进行，然而光反应也需暗反应为之提供ADP、Pi和NADP＋等，故暗反应停止(如撤掉CO2供应)时，光反应也将受制约，从而导致O2产生速率下降。‎ 易错点4　对连续光照和间隔光照下有机物合成量的多少区分不清 点拨　(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。‎ ‎(2)一直光照条件下，会造成[H]、ATP的过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下， [H]、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙。‎ ‎[规范答题]‎ ‎(全国高考重组)回答下列问题：‎ ‎(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的　　　　上，该物质主要捕获可见光中的　　　　。由此，在大棚生产中为保证作物的最大光合速率常选用(如遇阴雨天)，　　　　色塑料或玻璃作棚顶，室内补光时则宜选用　　　　(填“红灯泡”“蓝紫灯泡”或“白炽灯”)。‎ ‎(2)为研究补光措施与效率，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，每组处理的总时间均为135秒，请分析：‎ ‎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______________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎②A、B、C三组处理相比，随着　　　　　　的增加，使光下产生的ATP和　　　　　　(填“NADH”或“NADPH”)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。‎ 答卷采样 错因分析 忽略大棚“补光效率”与照光“成本”的关系 正确答案：蓝紫灯泡 误认为C组掺杂黑暗处理导致合成有机物大量减少 正确答案：高于　C组光照时间比D组光照时间短一半，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%‎ 混淆光合作用与细胞呼吸中“[H]”‎ 正确答案：NADPH