高考生物一轮复习 第11讲 能量之源——光与光合作用课件 新人教版必修1.ppt

必修 分子与细胞 第三章细胞的能量供应和利用 第11讲能量之源 光与光合作用 z整合核心考点 1 探究普利斯特利的实验设计和实验评价实验设计 实验评价 普利斯特利没有认识到在植物更新空气中的作用 而将空气的更新归因于植物的生长 光 2 根据下面萨克斯的实验设计 完善下列问题该实验的对照类型为 自变量为 因变量为颜色变化 有无淀粉生成 实验组是遮光处理组 对照组为 相互对照 光的有无 曝光处理组 3 根据恩格尔曼的实验设计 完善下列问题 1 选择水绵作为实验材料的原因是 水绵有带状 螺旋分布在细胞中 便于观察和分析 2 设置细光线和好氧菌的好处 能够准确判断出水绵细胞中产生 的部位 光束照射 受光 叶绿体 氧气 4 根据鲁宾和卡门实验的设计 完善下列问题鲁宾和卡门应用法追踪co2和h2o中的o元素在光合作用中的转移途径 o2 同位素标记 1 萨克斯实验的关键是黑暗中饥饿处理 其目的是什么 提示以使叶片中的营养物质消耗掉 增强了实验的说服力 为了使实验结果更明显 在用碘蒸气处理之前应用热酒精对叶片进行脱色处理 2 恩格尔曼实验中将临时装片放在黑暗和无空气的环境中其目的是什么 提示是为了排除环境中光线和o2的影响 2015 合肥高三质检 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 提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说 以下哪项科学实验能证明这一假说 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水的实验 解析据题意 能证明光合作用时能量转化的假说 萨克斯证明绿叶在光下可以产生淀粉 说明了光能转化为稳定的化学能 其他实验均不能证明 故c项正确 答案c 1 叶绿体的结构示意图2 叶绿体的功能 进行的场所 3 恩格尔曼的实验 好氧细菌只分布于被光束照射的部位 光合作用 叶绿体 巧学助记 叶绿体色素的种类和吸收光谱蓝绿a 黄绿b 吸收红 蓝 紫 叶子黄 胡萝卜橙 吸收蓝紫光 4 光合作用的过程 巧学助记 光合作用过程的 一 二 三 四 1 请写出光合作用的总反应式并标出各元素的去向 2 光反应类囊体膜内产生的o2进入同一细胞的线粒体内被利用经过了几层生物膜 提示5层3 在光照 温度等条件都适宜的情况下 突然停止co2的供应 光反应产生的o2量会保持不变吗 提示减少 暗反应抑制了光反应的正常进行 1 2015 安徽理综 如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图 下列叙述正确的是 a co2的固定实质上是将atp中的化学能转变为c3中的化学能b co2可直接被 h 还原 再经过一系列的变化形成糖类c 被还原的c3在有关酶的催化作用下 可再形成c5d 光照强度由强变弱时 短时间内c5含量会升高 解析本题考查光合作用过程 以暗反应阶段为切入点 考查暗反应过程 实质 以及与光反应阶段的联系 co2的固定实质上是co2与叶绿体基质中的c5结合生成c3 c3被 h 还原 再经一系列变化 生成有机物 糖类 释放出c5 其能量变化是atp中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能 综上分析 a b两项错误 c项正确 光照强度由强变弱时 光反应阶段生成的 h 和atp减少 故c3的还原减慢 生成的c5减少 所以短时间内c5含量会减少 d项错误 答案c 2 如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图 下列有关叙述 正确的是 a t1 t2 叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加 基质中水光解加快 o2释放增多b t2 t3 暗反应 碳反应 限制光合作用 若在t2时刻增加光照 光合速率将再提高c t3 t4 光照强度不变 光合速率的提高是由于光反应速率不变 暗反应增强的结果d t4后短暂时间内 叶绿体中adp和pi含量升高 c3化合物还原后的直接产物含量降低 解析水的光解在类囊体薄膜上进行 a项错误 t2 t3 限制光合作用的主要因素是co2浓度 暗反应阶段限制光合作用 若在t2时刻增加光照 光合速率不会提高 b项错误 t3 t4 光照充足且不变 光合速率提高是因为co2浓度提高 暗反应增强 此时 光反应也增强 c项错误 t4后 由于无光照 光反应停止 h 和atp不再生成 c3的还原仍在进行 短暂时间内 叶绿体中adp和pi含量升高 而且光反应停止 还原的c3化合物的量减少 c3化合物还原后的直接产物的含量也降低 d项正确 答案d 环境因素骤变对物质含量动态变化的判断当外界条件改变时 光合作用中c3 c5 h atp的含量变化可以采用右图分析 1 图示 2 分析 特别提醒 c3 c5含量变化的两点注意 1 以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化 而非长时间 2 以上各物质变化中 c3和c5含量的变化是相反的 h 和atp的含量变化是一致的 3 暗反应有光无光都能进行 若光反应停止 暗反应可持续进行一段时间 但时间不长 故晚上一般认为只进行呼吸作用 光反应不进行 4 光反应快于暗反应 光照总时间相同时 光照和黑暗间隔处理比一直光照有机物积累得多 因为 h atp基本不积累 利用充分 但一直光照会造成 h atp的积累 利用不充分 如甲一直光照10分钟 乙光照5秒和黑暗5秒相间隔持续20分钟 则光合作用制造的有机物 甲 乙 暗反应时间长 5 光合作用光反应产生的atp只用于暗反应阶段 不能用于其他生命活动 其他生命活动所需atp只能来自细胞呼吸 1 探究光照强度对光合作用强度的影响 a点 光照强度为0 只进行 ab段 光合作用强度细胞呼吸强度 b点 光补偿点 光合作用强度与细胞呼吸强度时的光照强度 bc段 光合作用强度细胞呼吸强度 c点 光饱和点 光照强度达到c点后 光合作用强度不再随 增强而增强 细胞呼吸 小于 相等 大于 光照强度 2 探究co2浓度对光合作用强度的影响a点 co2补偿点 表示光合作用速率细胞呼吸速率时的co2浓度 a 点 表示进行光合作用所需co2的浓度 b和b 点 co2饱和点 两组都表示在一定范围内co2浓度达到该点后 光合作用强度不再随增加而增加 等于 最低 co2浓度 3 探究温度对光合作用强度的影响光合作用是在酶催化下进行的 温度直接影响 一般植物在10 35 下正常进行光合作用 其中ab段 10 35 随温度的升高而 b点 35 以上由于光合酶活性下降 光合作用开始下降 50 左右光合作用停止 酶的活性 逐渐加强 4 探究矿质元素对光合作用强度的影响在一定浓度范围内 增大必需矿质元素的供应 可光合作用速率 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去而导致植物光合作用速率下降 提高 1 在下面坐标中画出阴生植物的曲线图 用虚线表示 提示 2 在下面的四幅图中标出思考1中坐标曲线中的a点 ab段 b点和b点之后的o2和co2的转移方向 提示 3 光饱和点后 限制光合速率的内部因素主要有哪些 提示色素含量 酶的数量 c5的含量等 1 2015 兰州月考 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 下列分析错误的是 a 甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量b 乙图中d点与c点相比 相同时间内叶肉细胞中c3的生成量多c 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 丙图中 随着温度的升高 曲线走势将稳定不变 解析甲图表示光照强度对光合速率的影响 当光合速率达到最大值时 限制其不再增加的外部因素有co2浓度 温度等 内部因素有酶的数量 色素的种类和数量等 乙图中d点与c点相比 d点光照较强 生成的 h atp较多 所以暗反应中c3的还原过程加强 消耗的c3较多 从而使co2的固定加强 相同时间内d点比c点生成的c3总量多 丙图中 温度对光合速率的影响是通过影响酶的活性来实现的 其曲线走势应为抛物线型 而不是稳定不变 答案d 2 2015 课标全国理综卷 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135s 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 5s 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 5s 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 75ms 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135s 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 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 光照和黑暗交替频率 atp和还原型辅酶 解析本题考查了光合作用中光反应与暗反应的关系 及光照对光合作用的影响 同时考查了实验分析的有关内容 意在考查考生对光合作用有关知识的理解运用能力及对实验结果进行分析并得出相关结论的能力 1 c组与d组相比 c组的光照总时间为d组的一半 而光合产物接近d组的光合产物 说明c组在单位光照时间内合成有机物的量高于d组 从而也说明光合作用的有些过程不需要光照 这些过程属于暗反应 发生在叶绿体基质中 2 a b c三组中光照与黑暗交替频率依次增加 而三组的光合产物也依次增加 说明随着光照与黑暗交替频率的增加 光反应产生的还原型辅酶 和atp能被充分利用与及时再生 从而产生更多的有机物 1 表观光合作用速率与真正 总 光合作用速率 1 表观 净 光合作用速率与真正光合作用速率的表示方法 净光合速率 常用一定时间内o2释放量 co2吸收量或有机物积累量表示 真正 总 光合速率 常用一定时间内o2产生量 co2固定量或有机物产生量表示 2 表观光合作用速率与真正 总 光合作用速率的关系 绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率 a点 绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行 测得的数据为净光合速率 真正 总 光合速率 净光合速率 呼吸速率 例如 将同一菠菜叶片用打孔器打成叶圆片若干 分组进行如下实验 已知叶片实验前 在不同温度下分别暗处理1h 测其质量变化 立即再光照1h 光照强度相同 再测其质量变化 得到如下结果 请计算 光合作用最适温度和30 总光合速率各是多少 解答本题的关键是知道光照后的净光合作用量是从暗处理之后开始积累的 而题目已知的条件是光照后与暗处理前质量的变化 直接计算总光合速率时很容易错把净光合作用量当成总光合作用量 假设暗处理前 a点 叶圆片的质量为w 暗处理1h后的质量变化为m 即呼吸速率 再给1h光照叶圆片积累的总量是n 即净光合速率 则光照后与暗处理前的质量变化为x n m 所以净光合速率 n x m 总光合速率 x 2m 上表可以转换成 因此 光合作用的最适温度约为29 温度为30 时叶片总光合速率为3mg h 2 多因子变量对光合作用速率影响的分析方法 1 当在p点时 限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子 随其因子的不断加强 光合速率不断提高 2 当在q点时 横坐标所表示的因素 不再是影响光合速率的因子 要想提高光合速率 可采取适当提高图示中的其他因子的方法 实验原理 1 提取 绿叶中的色素溶于有机溶剂而不溶于水 可用无水乙醇提取色素 2 分离 各种色素在层析液中溶解度不同 的随层析液在滤纸上扩散得快 反之则慢 从而使各种色素相互分离 无水乙醇 溶解度高 实验步骤 3 实验成功的关键 1 叶片要新鲜 颜色要深绿 含有较多色素 2 研磨要迅速 充分 叶绿素不稳定 易被活细胞内的叶绿素酶水解 充分研磨使叶绿体完全破裂 提取较多的色素 3 滤液细线不仅要求细 直 而且要求含有较多的色素 所以要求待滤液干后再重复画1 2次 4 滤液细线不能触及层析液 否则色素溶解到层析液中 滤纸条上得不到色素带 1 色素提取液呈现淡绿色的原因可能有哪些 提示 1 叶片颜色太浅 2 绿叶不新鲜 3 研磨不充分 4 未加碳酸钙或加入量太少 5 加入无水乙醇量太多 6 研磨时间过长 部分叶绿素被破坏 2 为什么在制作滤纸条时 需将一端的两个角剪掉 提示由于液面的不同位置表面张力不同 纸条接近液面时 其边缘表面的张力较大 层析液沿滤纸边缘扩散过快 从而导致色素带分离不整齐的现象 故需将插入层析液的滤纸条一端剪去两个角 3 为什么滤液细线要重复画 且线要细 直 提示重复画线是为了增加色素的浓度 使分离出的色素带清晰分明 画线细 直是为了防止色素带之间出现重叠 1 2015 江苏卷 多选 为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响 某同学用乙醇提取叶绿体色素 用石油醚进行纸层析 下图为纸层析的结果 为色素条带 下列叙述正确的是 a 强光照导致了该植物叶绿素含量降低b 类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照c 色素 吸收光谱的吸收峰波长不同d 画滤液线时 滤液在点样线上只能画一次 解析本题主要考查叶绿体色素的提取和分离的相关知识 图中色素 分别为胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 据图所示 强光照下叶绿素含量降低 类胡萝卜素含量增加 a项正确 强光照下类胡萝卜素含量上升是应激反应 有利于抵御强光照 这是适应环境的结果 b项正确 色素 分别是叶绿素a和叶绿素b 吸收光谱的吸收峰波长分别是425 465nm c项正确 提取叶绿体中的色素后 画滤液线时 滤液在点样线上多画几次 以利积累较多的色素 实验效果明显 d项错误 答案abc 2 2015 江苏淮安模拟 甲 乙 丙 丁四位同学 在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料 用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时 由于操作不同 而得到了以下四种不同的层析结果 下列分析错误的是 a 甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液b 乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多c 丙可能是正确操作得到的理想结果d 丁可能是因为研磨时未加入caco3 解析叶绿体中的色素属于有机物 易溶于酒精等有机溶剂 难溶于水 所以不能用蒸馏水作提取液和层析液 a正确 乙中每种色素都有 但含量很少 可能是无水乙醇过多 色素浓度太低导致的 b正确 丙中每种色素都有 但是胡萝卜素和叶黄素含量较多 叶绿素a和叶绿素b含量较少 这不应该是正确操作得到的理想结果 c错误 丁中叶绿素a和叶绿素b含量很少 可能是研磨时未加入caco3 破坏了叶绿素 因为与类胡萝卜素相比 叶绿素更易受到破坏 d正确 答案c t突破考疑考技 1 不同颜色温室大棚的光合效率 1 无色透明大棚日光中各色光均能透过 有色大棚主要透过同色光 其他光被其吸收 所以用无色透明的大棚光合效率最高 其次是红色光为光合作用的有效光 2 叶绿素对绿光吸收最少 因此绿色塑料大棚光合效率最低 2 元素的移动途径梳理不清co2中c进入c3但不进入c5 最后进入 ch2o c5中c不进入 ch2o 可用放射性同位素标记法证明 3 白天植物并不只进行光合作用 1 植物在白天时同时进行光合作用和细胞呼吸 co2的吸收量是指植物从外界环境中吸收的co2量 代表植物的净光合速率 植物实际光合速率应该包含植物呼吸产生的co2量和从外界环境中吸收的co2量 2 在黑暗中测得单位时间co2释放量即为呼吸速率 没有说明的情况下 白天也是一样的呼吸速率 4 温度改变对光合作用的影响温度改变时 不管是光反应还是暗反应均会受影响 但主要影响暗反应 因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多 思维诊断 1 考题诊断 1 2015 山东理综t4d 适宜条件下光合作用过程中c5 c3的比值 停止供应co2后比停止前高 2 2013 海南高考t2d 光合作用光反应阶段产生的 h 可在叶绿体基质中作为还原剂 3 2012 福建高考t1d 叶片黄化 叶绿体对红光的吸收增多 4 2012 北京高考t1b 细胞中不能合成atp的部位是叶绿体中进行光反应的膜结构 2 易错诊断 1 光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中 2 离体的叶绿体基质中添加atp h 和co2后 可完成暗反应过程 3 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 4 无色透明塑料大棚比绿色塑料大棚光合作用效率高 1 2015 福建理综 在光合作用中 rubp羧化酶能催化co2 c5 即rubp 2c3 为测定rubp羧化酶的活性 某学习小组从菠菜叶中提取该酶 用其催化c5与14co2的反应 并检测产物14c3的放射性强度 下列分析错误的是 a 菠菜叶肉细胞内rubp羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质b rubp羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行c 测定rubp羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法d 单位时间内14c3生成量越多说明rubp羧化酶活性越高 解析本题解题的切入点是 rubp羧化酶能催化co2 c5 2c3 实际考查光合作用暗反应中co2的固定过程 co2固定是光合作用暗反应中的过程 发生于叶绿体基质 a项正确 co2 c5 2c3在有光和无光的条件下都能进行 b项错误 用14c标记相应化合物测定rubp羧化酶活性的过程 运用了同位素标记法 c项正确 单位时间产物的生成量可表示酶活性的大小 d项正确 答案b 2 2015 重庆理综 将如图所示细胞置于密闭容器中培养 在不同光照强度下 细胞内外的co2和o2浓度在短时间内发生了相应变化 下列叙述错误的是 a 黑暗条件下 增大 减小b 光强低于光补偿点时 增大c 光强等于光补偿点时 保持不变d 光强等于光饱和点时 减小 增大 解析本题主要考查细胞呼吸和光合作用的原理 解题的切入点是 1 要明确黑暗条件下 细胞的生理变化是由细胞呼吸引起的 2 要明确光补偿点和饱和点的含义 在黑暗条件下 悬浮培养的水稻叶肉细胞只进行细胞呼吸 吸收利用o2 产生释放co2 因而胞外co2浓度增大 而胞外o2浓度却降低 a项正确 光补偿点是指光合作用强度等于细胞呼吸强度时的光照强度 光强低于光补偿点时 光合作用强度小于细胞呼吸强度 胞外co2浓度增大 胞内o2浓度却降低 b项错误 光强等于光补偿点时 光合作用强度等于细胞呼吸强度 胞内co2浓度和胞内o2浓度保持相对稳定 c项正确 光饱和点是指光合作用强度不再增加时的光照强度 光强达到光饱和点时 光合作用强度远大于细胞呼吸强度 胞外和胞内的co2浓度都减小 而胞内和胞外的o2浓度都增大 d项正确 对 光补偿点 和 光饱和点 两个概念的模糊不清是造成本题出错的主要原因 答案b 3 2015 江苏卷 为了研究2个新育品种p1 p2幼苗的光合作用特性 研究人员分别测定了新育品种与原种 对照 叶片的净光合速率 蛋白质含量和叶绿素含量 结果如图所示 请回答下列问题 1 图1的净光合速率是采用叶龄一致的叶片 在 相同的实验条件下 测得的单位时间 单位叶面积 的释放量 2 光合作用过程中 co2与c5结合生成 消耗的c5由 经过一系列反应再生 3 由图可知 p1的叶片光合作用能力最强 推断其主要原因有 一方面是其叶绿素含量较高 可以产生更多的 另一方面是其蛋白质含量较高 含有更多的 4 栽培以后 p2植株干重显著大于对照 但籽实的产量并不高 最可能的生理原因是 光照强度 co2浓度 o2 c3 c3 h 和atp 参与光合作用的酶 p2光合作用能力强 但向籽实运输的光合产物少 解析本题考查光合作用的过程及影响因素 意在考查考生的识图能力和运用所学知识分析 解决实际问题的能力 1 叶龄属于影响光合速率的内在因素 温度 co2浓度和光照强度等属于影响光合速率的环境因素 由图1可见自变量为温度 co2浓度和光照强度属于无关变量 应保持相同且适宜 可用单位时间 单位叶面积的o2释放量来代表净光合速率 2 在光合作用的暗反应阶段 co2与c5结合生成的c3被 h 还原 该还原过程同时再生成一定量的c5 3 图2显示 p1叶片中叶绿素含量较高 能吸收更多的光能生成更多的 h 和atp 同时p1叶片中蛋白质含量也较高 含有更多的参与光合作用的酶 这两方面导致p1叶片光合作用的能力较强 4 p2植株的干重 有机物 较大但籽实的产量并不高 可能的原因是p2植株的光合作用能力较强 但其向籽实运输的有机物量较少 4 2015 北京理综 研究者用仪器检测拟南芥叶片在光 暗转换条件下co2吸收量的变化 每2s记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现 1 在开始检测后的200s内 拟南芥叶肉细胞利用光能分解 同化co2 而在实验的整个过程中 叶片可通过 将储藏在有机物中稳定的化学能转化为 和热能 2 图中显示 拟南芥叶片在照光条件下co2吸收量在 mol m 2 s 1范围内 在300s时co2 达到2 2 mol m 2 s 1 由此得出 叶片的总 真正 光合速率大约是 molco2 m 2 s 1 本小题所填数值保留至小数点后一位 3 从图中还可以看出 在转入黑暗条件下100s以后 叶片的co2释放 并达到一个相对稳定的水平 这表明在光下叶片可能存在一个与黑暗中不同的呼吸过程 4 为证明叶片在光下呼吸产生的co2中的碳元素一部分来自叶绿体中的五碳化合物 可利用 技术进行研究 水 细胞呼吸 atp中的化学能 0 2 0 6 释放量 2 4 2 8 逐渐减少 14c同位素示踪 解析本题考查的光合作用的相关知识 并设计了光呼吸的背景 1 实验开始的前200s 拟南芥进行光合作用 利用光能分解水释放o2 同化