高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应与利用第9讲光合作用课件

高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应与利用第9讲光合作用课件

细胞的能量供应与利用 第三单元 第 9 讲　光合作用 等级考 (2017 级 ) 课标要求 内容标准 活动要求 说明叶绿体从太阳光中捕获能量，并将其转化为细胞可利用的化学能储存在有机物中。 提取和分离叶绿体色素。 1 ． 叶绿体中色素的种类和颜色 考点一　捕获光能的色素和结构 色素的种类 色素的颜色 叶绿素 叶绿素 a ______ 色 叶绿素 b ______ 色 类胡萝卜素 ________ 黄色 __________ 橙黄色 蓝绿 　 黄绿 　 叶黄素 　 胡萝卜素 　 2 ． 叶绿体中色素的吸收光谱分析 (1) 色素的功能：叶绿素主要吸收 ______________ ，类胡萝卜素主要吸收 ________ 。 (2) 色素吸收光的范围：可见光的波长范围大约是 390 ～ 760 nm ，叶绿体中的色素只吸收 ________ ，对红外光和紫外光等不吸收。 红光和蓝紫光 　 蓝紫光 　 可见光 　 3 ． 叶绿体的结构与功能 (1) 结构 (2) 功能：进行 __________ 的场所。 类囊体　 光合色素和与光反应有关　 暗反应　 光合作用 　 [ 归纳整合 ] 1 ． 叶片颜色变化的原因分析 正常 绿色 正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为 3 ∶ 1 ，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色 叶色 变黄 寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄 叶色 变红 秋天降温时，植物体为了适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色 2 ． 影响叶绿素合成的三大因素 [ 思维探究 ] 1 ．说出叶绿体结构和功能相适应的特点。 提示： 叶绿体内有许多基粒和类囊体，增大了膜面积；膜上分布着许多光合色素和酶，有利于光能的吸收和光合作用相关反应的顺利进行。 2 ．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。对实验数据分析时发现 MDA( 膜脂分解最重要的产物之一 ) 的含量与镉浓度呈正相关。请回答下列问题。 (1) 由图可知，该实验的自变量为 ____________________________ ，由图甲得出的结论是 ______________________________________________________________ 。 (2) 由 MDA 含量与镉浓度的关系可推测：镉可能是通过破坏 ________________( 结构 ) 影响 ________ 反应阶段，降低光合速率；同时也可能通过破坏 ________________ 影响呼吸作用第三阶段的进行。 提示： (1) 镉的浓度和处理时间　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　 (2) 类囊体薄膜 ( 或基粒 ) 　光　线粒体内膜 [ 教材深挖 ] 1 ．在夜晚测定细胞呼吸速率时，照明灯常使用绿光灯，你知道其中的道理吗？ 提示： 绿叶中的色素吸收绿光最少，可排除光照对细胞呼吸的影响。 2 ． ( 教材必修 1P 100 “ 资料分析 ” ( 资料 1) 与 “ 练习 3 ” ) 恩格尔曼的 2 个实验结论有什么不同？ 提示： 从资料 1 中的结论是：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。练习 3 的结论是：叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用，放出氧气。 命题点一　捕获光能的色素分析 1 ． (2017 · 全国卷 Ⅲ ， T3) 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 O 2 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 CO 2 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 O 2 是由叶绿素参与光合作用引起的 A 　 解析　 A 错：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能。 B 对：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 对：题干中给出 “ 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 O 2 的释放 ) 来绘制的 ” ，光合作用吸收 CO 2 、释放 O 2 ， O 2 的释放意味着的 CO 2 的吸收。 D 对： 640 ～ 660 nm 波长光正好是叶绿素的吸收区，故叶片在 640 ～ 660 nm 波长光下释放 O 2 是由叶绿素参与光合作用引起的。 2 ．下列关于光合色素的叙述中，正确的是 ( 　　 ) A ．构成叶绿素的镁可由植物的根从土壤中吸收 B ．光合色素分布于叶绿体内膜和细胞质基质中 C ．光合色素只吸收红光和蓝紫光用于水的光解 D ．植物叶片黄化，叶绿体对红光的吸收会增加 A 　 解析　 构成叶绿素的镁属于矿质元素，根是植物吸收水分和矿质元素的主要器官，构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收， A 项正确；光合色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上， B 项错误；光合色素主要吸收红光和蓝紫光，但对其他色光也能少量吸收，其中对绿光吸收最少， C 项错误；叶片黄化说明叶绿素少或无，导致类胡萝卜素的颜色显现。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，剩下的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此叶片黄化，叶绿体对红光的吸收会下降或无法吸收， D 项错误。 命题点二　叶绿体结构与功能的判断 3 ． (2017 · 海南卷， T10) 将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是 ( 　　 ) A ．离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气 B ．若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生 C ．若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生 D ．水在叶绿体中分解产生氧气需要 ATP 提供能量 A 　 解析　 光合作用的场所是叶绿体，离体的叶绿体在自然光下通过光反应能将水分解产生氧气， A 项正确；叶绿体中的色素既能吸收红光，也能吸收蓝紫光， B 、 C 项错误；水在叶绿体中分解产生氧气不需要 ATP 提供能量， D 项错误。 4 ．将叶绿体从叶肉细胞中分离出来，破坏其外膜，仍可以进行光合作用。以下分析正确的是 ( 　　 ) A ． 光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体的内膜和基质中 B ．叶绿体内膜具有选择透过性，外膜是全透的，起保护作用 C ．光合作用必须在叶绿体中才能进行 D ．叶绿素被破坏，则不能进行光合作用 D 　 解析　 光合作用所需的酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上和基质中，色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上， A 错误；叶绿体的内膜和外膜均具有选择透过性， B 错误；真核细胞的光合作用是在叶绿体中进行的， C 错误；叶绿素被破坏，光反应不能进行，整个光合作用也不能进行， D 正确。 1 ． 实验原理 考点二 ( 实验 ) 　绿叶中色素的提取和分离 2 ． 实验流程 [ 归纳提炼 ] 1 ． 色素提取与分离的四点提醒 (1) 应选取新鲜绿色的叶片，色素含量高，不能选用发黄的叶片。 (2) 迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多，充分研磨是为了充分破坏叶绿体，使色素充分释放。 (3) 无水乙醇只能用于提取色素，而不能用于色素的分离。 (4) 可以选择溶解性较好的有机溶剂如汽油或丙酮代替提取液或层析液。 2 ． 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析 (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使用放置数天的绿叶，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：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、直、匀的要求，使色素扩散不一致造成的。 (3) 滤纸条看不到色素带：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。 (4) 滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为 “ 黄叶 ” 。 命题点一　实验基础 1 ． (2016 · 江苏卷， T17) 下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是 ( 　　 ) A ．应该在研磨叶片后立即加入 CaCO 3 ，防止酸破坏叶绿素 B ．即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出 4 种光合作用色素 C ．为获得 10 mL 提取液，研磨时一次性加入 10 mL 乙醇研磨效果最好 D ．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 B 　 解析　 在提取绿叶中的色素时，应先加入少量的 CaCO 3 ，再进行研磨，防止研磨过程中酸破坏叶绿素， A 选项错误；即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出 4 种光合作用色素，只是滤液中色素的含量不多，分离后 4 条色素带颜色较浅， B 选项正确；若要获得总量 10 mL 的提取液，在研磨时应分次加入 10 mL 乙醇， C 选项错误；层析完毕后应迅速记录结果，这是因为叶绿素在光下容易分解，导致色素条带很快消失，而不是随溶剂挥发消失， D 选项错误。 2 ． (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带顺序不同 C 　 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。 命题点二　实验拓展 3 ． (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 CaCO 3 ，另一组不加，然后按规定步骤研磨成细观察现象，可探究 CaCO 3 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 B 　 解析　 探究 CaCO 3 加与不加对实验的影响实验中，自变量是否加 CaCO 3 ，因此一组在研磨前加 CaCO 3 ，另一组不加，然后按规定步骤研磨成细观察现象， 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。 4 ．植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷，会导致植株矮小，叶色暗绿。依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素，试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。实验所需主要用具、试剂：烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的培养液、无水乙醇、 SiO 2 、 CaCO 3 、层析液等。 实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。 实验假设： ______________________________________________ 。 实验步骤： 第一步：取两个烧杯编号为 A 、 B ，各放入同样数量、 _____________________ _________ 的黄瓜幼苗。 缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿 　 同一品种且长势相近、 　 苗龄相同 第二步： A 烧杯中加入完全培养液， B 烧杯中加入等量 __________________ ，置于相同且适宜的条件下培养，培养到两组黄瓜幼苗叶片出现颜色差异为止。 第三步：分别从 A 、 B 两组中选取 ____________ ，用 ____________ 提取叶片色素，用 _______ 法分离色素，观察比较 _______________________________________ __________________ 。 实验结果预测： (1)A 、 B 两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致，说明缺磷导致的叶色暗绿，不是由于类胡萝卜素缺乏所致。 (2)_________________________________________________________________________________________________________________________ 。 仅缺磷的培养液 　 等量叶片 　 无水乙醇 　 纸层析 　 A 、 B 两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽 　 度和颜色的深浅 A 组比 B 组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深 ( 或 B 组缺少类胡萝卜素色素带 ) ，说明缺磷导致的叶色暗绿，是由于类胡萝卜素缺乏所致 解析 　 根据题中的实验目的，可确定该实验的假设为：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗，实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液中和缺磷的完全培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验，最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。 1 ． 光合作用的探究历程 ( 连线 ) 考点三　光合作用的探究历程与光合作用的过程 2 ． 光合作用的过程 (1) 具体过程 光、色素、酶 　 叶绿体类囊体薄膜 　 光能→ ATP 中活跃的化学能 　 酶 　 叶绿体基质 　 C 3 　 ATP 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 　 (2) 反应式 ( 标出各种元素的来源和去向 ) _________________________________________________________ [ 归纳整合 ] 1 ． 光反应和暗反应的比较 项目 光反应 暗反应 条件 光、色素、酶 ATP 、 [H] 、 CO 2 、多种酶 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 物质 变化 水的光解、 ATP 的合成 CO 2 的固定、 C 3 的还原 能量 变化 光能转化为活跃的化学能 活跃的化学能转化为稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供 [H] 和 ATP ，暗反应为光反应提供 NADP ＋ 、 ADP 和 Pi 。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成 2 ． 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 (1) 分析方法：需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。 示例： CO 2 供应正常，光照停止时 C 3 的含量变化 (2) 物质含量变化的比较 条件 光照由强 到弱， CO 2 供应不变 光照由弱 到强， CO 2 供应不变 CO 2 供应由充足到不足，光照不变 CO 2 供应由不足到充足，光照不变 C 3 含量 增加 减少 减少 增加 C 5 含量 减少 增加 增加 减少 [H] 和 ATP 的含量 减少 增加 增加 减少 (CH 2 O) 的合成量 减少 增加 减少 增加 3 ． 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 (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。 [ 思维探究 ] 1 ． ( 科学探究 ) 下面是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析： (1) 恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？ 提示： 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) 恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？ 提示： 排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。 (3) 萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？ 提示： 防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。 (4) 两实验设计中是如何形成对照的？ 提示： 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。 2 ．下图为绿色植物光合作用过程示意图 ( 图中 a ～ g 为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示 ) 。思考相关问题： (1)a 物质的功能是什么？ 提示： 主要吸收红光和蓝紫光，利用它将光能转换成活跃的化学能。 (2) 图中①、③分别表示怎样的生理过程？ 提示： ①水分的吸收，③表示水的光解。 (3) 将 b 物质用 18 O 标记，最终在图中哪种物质中检测到放射性？ 提示： (CH 2 O) 中能检测到放射性。 (4) 在其他条件适宜的情况下，突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中 C 3 和 C 5 化合物含量发生怎样的变化？ 提示： C 3 迅速增加， C 5 迅速减少。 [ 教材深挖 ] 1 ． ( 教材必修 1P 101 “ 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 ． ( 观察教材必修 1P 94 左上角和 P 103 “ 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) 。 命题点一　光合作用历程的科学探究 1 ．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 C 　 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。 2 ．下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下与实验相关的比较不正确的是 ( 　　 ) A ． Y 2 的质量大于 Y 3 的质量 B ．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量 C ．②中水的质量大于④中水的质量 D ．试管①的质量大于试管②的质量 C 　 命题点二　光合作用过程的分析 3 ． (2018 · 北京卷， T3) 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 D 　 解析　 A 错：光反应阶段产生 ATP ，提供给暗反应利用。 B 错：某些指示剂在氧化态或还原态时呈现不同颜色。光反应过程中，可产生还原型辅酶 Ⅱ ， DCIP 由蓝色变为无色，说明其在还原型辅酶 Ⅱ 的作用下由氧化态变为还原态。 C 错：光反应阶段需要光合色素的参与。 D 对：光反应阶段，水光解产生氧气。 4 ． (2016 · 天津卷， T2) 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 C 3 上升 C ．绿光， [H] 下降 D ．绿光， C 5 上升 C 　 解析　 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光吸收最少，因此当突然改用光照强度与白光相同的红光照射时，光反应增强， ATP 、 [H] 、 C 5 含量上升， ADP 、 C 3 含量减少；当突然改用光照强度与白光相同的绿光照射时，光反应减弱， ATP 、 [H] 、 C 5 含量减少， ADP 、 C 3 含量增多。 5 ． (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 C 3 的反应 D ．自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中 B 　 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 C 3 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。 6 ． (2015 · 全国卷 Ⅰ ， T29) 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 CO 2 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 CO 2 的同化量。 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　 光照 　 基质 　 光照和黑暗交替频率 　 ATP 和 [H]( 或者 ATP 和还原型辅酶 II) 　 的 94% 解析 　 (1) 光合作用的过程依据是否必需有光的参与可以划分为光反应和暗反应，光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，其物质变化包括水的光解和 ATP 的合成，生成 [H] 和 ATP ，用于叶绿体基质中暗反应。 C 组光照时间为 67.5 s ， D 组光照时间为 135 s ，即 C 组只用了 D 组一半的光照时间，但光合产物的相对含量却是 D 组的 94% ，由此可推知 C 组合成的有机物量高于 D 组合成的有机物量。 (2) 本题探究不同光照处理下对植物光合作用的影响。在其他条件和处理相同的情况下， A 、 B 、 C 三组实验的自变量是光照与黑暗交替的频率，因变量是光合产物的相对含量。由 A 、 B 、 C 三组实验结果可看出，随着光照与黑暗交替频率的增加，光合作用产物相对含量增加。 C 组光照与黑暗交替频率较高，光反应所生成的 [H] 和 ATP 能够及时的利用和再生。 模型法分析物质的量的变化 1 ． 光合作用强度 考点四　影响光合作用的因素与应用 2 ． 影响光合作用强度的因素 水分　 CO 2 　 温度　 强弱　 [ 归纳整合 ] 影响光合作用因素的模型构建与解读 1 ． 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。 2 ． 外部因素 (1) 单因子变量对光合作用影响的曲线分析 ①光照强度 ② CO 2 浓度 ③ 温度 ④ 必需矿质元素 (N 、 P 、 Mg 、 K 等 ) (2) 多因子对光合速率的影响 ① 曲线分析： OP 段：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。 PQ 段：曲线变化受横坐标所表示的因子与坐标曲线中另一因子的共同控制，如 A 图受光照强度与温度的共同影响。 Q 点之后的线段：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。 ② 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加 CO 2 浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和 CO 2 浓度以提高光合速率。 [ 思维探究 ] 研究者研究了不同强度紫外线对芦苇光合作用的影响。设置了自然光照组 (CK) 、紫外线强度增强 25% 组 (R1) 、紫外线强度增强 50% 组 (R2) 三组，每组处理 3 个重复，连续处理 60 天。获得的总叶绿素含量变化数据如图所示。 (1) 据图描述不同强度紫外线对总叶绿素含量的影响。 提示： 辐射处理期间，总叶绿素含量先升高后降低，不同处理间变化趋势相同。 (2) 研究数据同时表明，紫外线辐射处理期间，净光合速率 CK>R1>R2 。用显微镜观察三组细胞结构发现： CK 组：大量叶绿体紧贴细胞边缘，呈长椭圆形，膜结构完整，内部结构清晰，基粒排列整齐而致密。 R1 组：叶绿体数目减少，明显肿胀变形，叶绿体膜完整性有轻微破坏，基粒松散。 R2 组：叶绿体数目很少，肿胀加剧，呈梭形；叶绿体膜边缘模糊部分破损缺失；基粒膨胀松散，排列稀疏紊乱，类囊体模糊不清。根据实验中获取的数据和资料，结合光合作用过程阐述高强度紫外线辐射影响芦苇光合作用的机制。 提示： 与 CK 相比， R1 、 R2 均下降，其中 R2 下降幅度更高。辐射增强会使叶绿体数量减少，使叶绿体膜、叶绿体基粒和类囊体结构受到破坏，进而导致吸收太阳光能的色素系统受到破坏，叶绿体吸收光能减少， ( 影响光合过程中的电子传递 ) 使得 ATP 和 NADPH 生成减少，进而影响暗反应中三碳化合物的还原，光合速率降低。 命题点一　影响光合作用的因素分析 1 ． (2019 · 山东烟台模拟 ) 如图所示为研究光照强度和 CO 2 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 C 5 浓度降低 C ． 在一定范围内增加光照和 CO 2 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 B 　 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 C 3 ，暗反应增强， A 正确；曲线中 b 点转向 d 点时， CO 2 浓度降低， CO 2 与 C 5 固定生成 C 3 的反应减弱，因此叶绿体中 C 5 浓度升高， B 错误；在一定范围内增加光照和 CO 2 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。 2 ． (2016 · 全国卷 Ⅰ ， T30) 为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间 (T) 后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度 ( 即单位时间、单位叶面积吸收 CO 2 的量 ) ，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题： (1) 据图判断，光照强度低于 a 时，影响甲组植物光合作用的限制因子是 __________________ 。 (2)b 光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高 __________( 填 “ CO 2 浓度 ” 或 “ O 2 浓度 ” ) 。 (3) 播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养 T 时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是 ______________________________________________ ______________________________________ 。 光照强度 　 CO 2 浓度 　 乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照　 引起的，而非遗传物质的改变造成的 　 解析 　 (1) 根据图中曲线，光照强度低于 a 时，甲组植物光合作用强度随着光照强度增强而升高，则光照强度低于 a 时，影响光合作用的限制因子为光照强度。 (2)b 光照强度下，光照强度再增强光合作用强度不再升高，则此时影响光合作用的限制因子可能是 CO 2 浓度、温度等，所以考虑的措施是提高 CO 2 浓度。 (3) 播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养，再次测定得到的曲线和甲组相同，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的。 影响光合作用主要因素的判断 光合速率主要受光照强度和环境 CO 2 浓度的影响。当实验自变量为光照强度时，在光饱和点以前，影响光合速率的主要环境因素是光照强度；当光照强度大于光饱和点时，影响光合速率的主要环境因素是 CO 2 浓度。当实验自变量为 CO 2 浓度时， CO 2 浓度小于 CO 2 饱和点时，影响光合速率的主要环境因素为 CO 2 浓度；当 CO 2 浓度高于 CO 2 饱和点时，影响光合速率的主要环境因素是光照强度。 命题点二　影响光合作用因素的实验分析与探究 3 ． (2016 · 全国卷 Ⅲ ， T29) 为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对 A 品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的 A 品种小麦植株分为 5 组， 1 组在田间生长作为对照组，另 4 组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和 CO 2 浓度等条件与对照组相同。于中午 12 ： 30 测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示： 对照组 实验组一 实验组二 实验组三 实验组四 实验 处理 温度 / ℃ 36 36 36 31 25 相对湿度 /% 17 27 52 52 52 实验 结果 光合速率 /mg CO 2 · dm － 2 · h － 1 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7 回答下列问题： (1) 根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是 __________________ ，其依据是 ____________________________________________ _____________________________ ；并可推测， ________( 填 “ 增加 ” 或 “ 降低 ” ) 麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用 “ 午休 ” 的程度。 (2) 在实验组中，若适当提高第 ________ 组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是 ______________________________________________________________ 。 (3) 小麦叶片气孔开放时， CO 2 进入叶肉细胞的过程 ________( 填 “ 需要 ” 或 “ 不需要 ” ) 载体蛋白， ________( 填 “ 需要 ” 或 “ 不需要 ” ) 消耗 ATP 。 湿度 ( 或相对湿度 ) 　 在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率　 增加 　 四 　 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 ( 其他合理答案也可 ) 　 不需要 　 不需要 　 变化较大 ( 其他合理答案也可 ) 　 解析 　 (1) 根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下，随温度的变化，光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用 “ 午休 ” 的程度。 (2) 与实验组四相比，实验组三的温度高 6 ℃ ，光合速率有所提高，说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。 (3)CO 2 进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，不需要消耗 ATP 。 4 ．某小麦突变品系具有高产的特性，为了弄清高产的原因，研究小组在适宜温度条件下，分别探究了光照强度和 CO 2 浓度对突变小麦和正常小麦光合作用的影响，实验结果如下图所示： (1)____________ 主要通过影响光合作用的光反应阶段来影响光合作用速率，此阶段为暗反应的进行提供了 __________ 和 ________ 。 (2) 由图可知，突变小麦的产量较高的主要原因是 _____________________________________ 。 光照强度 　 [H] 　 ATP 　 突变小麦利用低浓度 CO 2 的能力强 　 (3) 图 1 中光照强度较大时，两品系小麦的光合作用速率均下降，有人认为原因可能是强光会使部分叶绿素分解。请设计实验进行探究。 ( 简要说明实验思路 ) 对两组数量相等、长势相同的叶片分别进行强光和正常光处理，一段时间后，分别对两组叶片中的色素进行提取和分离，比较各色素带的颜色和宽度。 解析 　 (1) 光合作用分为光反应与暗反应两个阶段，其中光照强度主要通过影响光合作用的光反应阶段来影响光合作用速率，暗反应阶段是在叶绿体的基质中进行的，由于该阶段有光无光都可以进行，所以又称为暗反应阶段，在这一阶段中，叶绿体利用光反应阶段生成 [H] 和 ATP ，在叶绿体基质中将二氧化碳还原成糖类等有机物。 (2) 据图可知，光照强度对突变型小麦与正常小麦的影响差异不大，而在低浓度的 CO 2 的环境中，突变型小麦更具有优势，因此突变小麦的产量较高的主要原因是突变小麦利用低浓度 CO 2 的能力强。 (3) 图 1 中光照强度较大时，两品系小麦的光合作用速率均下降，有人认为原因可能是强光会使部分叶绿素分解，用实验来探究强光会使部分叶绿素分解的实验思路是：对两组数量相等、长势相同的叶片分别进行强光和正常光处理，一段时间后，分别对两组叶片中的色素进行提取和分离，比较各色素带的颜色和宽度。 实验思路的确定 (1) 实验思路关注的是自变量的确定、因变量的确定以及预期结果与假设的关系。 (2) 实验思路的答题套路：自变量＋因变量＋预期结果。 1 ．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光 ( 　　 ) 2 ．叶绿素 a 和叶绿素 b 都含有镁元素 ( 　　 ) 3 ．叶绿素 a 和叶绿素 b 在红光区的吸收峰值不同 ( 　　 ) 4 ．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多 ( 　　 ) 5 ．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中 ( 　　 ) 6 ．叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积 ( 　　 ) 课堂小结 · 内化体系 × 　 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ √ 　 √ 　 × 　 × 　 × 　 7 ． H 2 O 在光下分解为 [H] 和 O 2 的过程发生在叶绿体基质中 ( 　　 ) 8 ．离体的叶绿体基质中添加 ATP 、 [H] 和 CO 2 后，可完成暗反应过程 ( 　　 ) 9 ．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的原因是光反应强度和暗反应强度都降低 ( 　　 ) 10 ．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，其叶绿体内 CO 2 的固定立即停止 ( 　　 ) × 　 √ 　 √ 　 × 　 1 ．叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 2 ．植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。 3 ．不同颜色温室大棚的光合效率比较：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高；叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低；不同颜色的温室大棚光合效率不同，单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ 4 ．进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体，如蓝藻、光合细菌等。 5 ．植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。 6 ．光合作用中光反应产生的 [H] 是还原型辅酶 Ⅱ(NADPH) ，细胞呼吸产生的 [H] 是还原型辅酶 Ⅰ(NADH) ，二者不相同。 7 ．光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。 8 ． C 3 和 C 5 并不是只含有 3 个或 5 个碳原子，还有 H 、 O 等原子，如丙酮酸 (C 3 H 4 O 3 ) 就是一种三碳化合物。 9 ．暗反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。 10 ．叶绿体产生的 ATP 只能用于自身的物质合成，不能用于细胞中其他部位的生命活动。