2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-3 光合作用

2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-3 光合作用

‎2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题3-3 光合作用 ‎【考情分析】‎ ‎1.光合作用的基本过程(Ⅱ) ‎ ‎2.实验：叶绿体色素的提取和分离 ‎3.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)‎ ‎【核心素养分析】‎ ‎1.生命观念：叶绿体的结构与功能相适应；物质和能量观：通过光合作用合成有机物，储存能量。‎ ‎2.科学思维：比较光反应和暗反应，掌握光合作用的过程。通过曲线图分析光照强度、温度、CO2浓度等对光合作用的影响。‎ ‎3.科学探究：分析色素的提取与分离的结果，探究环境因素对光合作用的影响。‎ ‎4.社会责任：光合作用的原理在生产中的应用。‎ ‎【重点知识梳理】‎ 一、捕获光能的色素和结构 ‎1．叶绿体 ‎(1)结构示意图 ‎(2)结构 ‎ (3)功能：叶绿体是进行光合作用的场所 ‎ (4)恩格尔曼的实验：好氧细菌集中分布于叶绿体被光束照射的部位 ‎2．叶绿体中色素的提取和分离 ‎(1)实验原理 ‎ (2)分离结果 ‎【特别提醒】‎ ‎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 二、光合作用的过程 ‎1．光合作用的探究历程 ‎2．光合作用过程 ‎【方法技巧】光合作用过程的“一、二、三、四”‎ ‎3．光合作用和化能合成作用的比较 ‎【知识拓展】‎ ‎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 三　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 ‎【典型题分析】‎ 高频考点一 绿叶中色素的提取和分离 例1．（2020·浙江卷）将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是（ ）‎ A. 测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率 B. 若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大 C. 若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似 D. 若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A-B段对应的关系相似 ‎【答案】A ‎【解析】叶绿体是光合作用的场所，需要保证完整的结构，才能正常进行光合作用；外界浓度过高，导致叶绿体失水，降低光合速率；光合产物积累过多，也会导致光合速率下降 。测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏， 导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少， C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花 瓣，在叶片积累，光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似，D错误。故选A。‎ ‎【举一反三】(2020·广东六校联考)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 ‎【答案】C ‎【解析】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。‎ ‎【变式探究】(2020·河北冀州中学模拟)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 ‎【答案】B ‎【解析】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。‎ 高频考点二 捕获光能色素的种类及功能 例2.（2019·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 ‎【答案】D ‎【解析】绿色植物的叶绿体中含有四种色素，纸层析后，形成的色素带从上到下依次是：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b黄绿色。由图可知，菠菜含有四种色素，蓝藻（原核生物）只含有叶绿素a和胡萝卜素。研磨时加入碳酸钙是为了保护叶绿素，A错误；层析液 可以由石油醚、丙酮和苯混合而成，也可以用92号汽油代替，B错误；层析时，为了防止层析液挥发，需要用培养皿盖住小烧杯，C错误；由图可知，蓝藻只有两条色素带，不含有叶绿色b，D正确，故选D。‎ ‎【变式探究】(2020·山西运城模拟)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．④②③① D．③②①④‎ ‎【答案】B ‎【解析】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。‎ ‎【变式探究】(2020·河南新乡质检)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，则表中数据均减小 ‎【答案】B ‎【解析】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、0.59 mg/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正确。‎ 高频考点三 光合作用的过程 例3．（2020·天津卷）研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是（ ）‎ A. 产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B. 该反应体系不断消耗的物质仅是CO2‎ C. 类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D. 与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素 ‎【答案】A ‎【解析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成；光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。乙醇酸是在光合作用暗反应产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。故选A。‎ ‎【举一反三】(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 ‎【答案】B ‎【解析】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。‎ ‎【变式探究】(2020·安徽合肥高三模拟)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 ‎【答案】B ‎【解析】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。‎ 高频考点四 环境改变对光合作用中物质变化的影响 例4．(2020·福建厦门一中模拟)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，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 ‎【答案】B ‎【解析】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。‎ ‎【变式探究】(2020·河北衡水中学调研)下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 ‎【答案】D ‎【解析】因为暗反应中1 mol C5＋1 mol CO2生成2 mol C3，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错误；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。‎ 高频考点五　影响光合作用的因素及应用 例5.(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 ‎【答案】D ‎【解析】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。‎ ‎【变式探究】(2020·湖北武汉二中模拟)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1 klx时，植物甲开始进行光合作用 B．当光照强度为3 klx时，植物乙的总光合速率是0 mg/(100 cm2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 ‎【答案】D ‎【解析】光照强度为1 klx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3 klx时，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝0＋20＝20 mg/(100 cm2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，而题中又提出此过程处于“适宜的恒定温度条件”，因此此时限制植物乙的光合速率增大的主要因素是CO2浓度，D正确。‎ ‎【举一反三】(2020·辽宁沈阳东北育才学校模拟)下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析不正确的是(　　)‎ A．甲图中a点的内在限制因素可能是叶绿体中酶的数量或色素的数量不足 B．乙图中d点与c点相比，相同时间内叶肉细胞中C3与C5的生成量都多 C．丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变 D．图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度 ‎【答案】C ‎【解析】甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量或色素的数量不足，A正确；乙图中d点与c 点相比，光照强度增加，光反应增强，光合速率增强，因此相同时间内叶肉细胞中C3与C5的生成量都多，B正确；丙图中，温度影响酶的活性，随着温度的升高而超过最适温度时，曲线走势将下降，C错误；图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度，D正确。‎