高考生物大一轮复习 第12讲 能量之源——光与光合作用优选学案.doc

第12讲能量之源光与光合作用考纲要求考情分析命题趋势1.光合作用的基本过程()2影响光合作用速率的环境因素()3实验：叶绿体色素的提取和分离2017，全国卷，3t2017，北京卷，2t2017，全国卷，29t 2016，全国卷，2t2016，北京卷，5t,1t 2016，全国卷，30t2016，全国卷，29t 2016，浙江卷，30t2015，江苏卷，21t 2015，安徽卷，2t2015，北京卷，31t从近五年高考看，对光合作用与细胞呼吸的考查乃重中之重，多集中在总光合速率、净光合速率、呼吸速率的关系上，多以曲线图、坐标图或表格的形式结合光合作用和细胞呼吸的相关基础知识综合考查分值：216分 考点一绿叶中色素的提取和分离1课本p99与社会的联系：温室或大棚在种植蔬菜时补充_白_光。2色素提取和分离实验(1)实验原理：绿叶中的色素溶于_无水乙醇_，不溶于水，各种色素在_层析液_中的_溶解度_不同，_溶解度大_的随_层析液_在滤纸上扩散得快，反之则慢。(2)步骤：提取_色素_制备_滤纸条_画_滤液细线_分离_色素_观察结果。(3)结果：从上至下色素带的颜色及色素名称依次是_胡萝卜素(橙)_、_叶黄素(黄)_、_叶绿素a(蓝绿)_、_叶绿素b(黄绿)_。3色素的功能：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_。4叶绿体的结构双层膜_基质_：含有与暗反应有关的酶。_基粒_：由类囊体堆叠而成，分布有_色素_和与光反应有关的酶。1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢。()(2)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素，都主要吸收红光和蓝紫光。()(3)利用纸层析法可分离4种叶绿体色素。()(4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。()(5)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。()(6)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。()(7)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。()2(经典高考题)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是(b)a使用定性滤纸过滤研磨液b将干燥处理过的定性滤纸条用于层析c在画出一条滤液细线后紧接着重复画线23次d研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素解析过滤研磨液使用的是单层尼龙布；层析时使用的是干燥处理过的定性滤纸条；在画出一条滤液细线后，待滤液干燥后再重复画线12次；研磨叶片时，用无水乙醇或体积分数为95%的乙醇(加适量无水碳酸钠除去水分)溶解色素。3如图所示为某同学做“叶绿体中色素的提取和分离”实验的改进装置，下列叙述错误的是(d)a应向培养皿中倒入层析液b应将滤液滴在a处，而不能滴在b处c实验结果应得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形)d实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈橙黄色解析实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈黄绿色，然后向外依次是蓝绿色、黄色、橙黄色。 一考查实验选材、试剂的作用和实验操作例1 某班同学完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析不合理的是(c)a甲可能误用蒸馏水做提取液和层析液b乙可能是因为研磨时未加入sio2c丙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解析叶绿体中色素能溶解在有机溶剂中，几乎不溶于蒸馏水中，a项正确；sio2可使研磨充分，未加入sio2导致研磨不充分，获得的色素少，b项正确；在滤纸条上距离点样处近的叶绿素b含量比胡萝卜素多，c项错误；caco3可防止叶绿素被破坏，未加入caco3可导致叶绿素提取量减少，d项正确。绿叶中色素的提取和分离实验中异常实验现象原因分析(1)滤纸条上色素带颜色均较浅：未加二氧化硅，研磨不充分；加入无水乙醇的量过多；实验材料中色素含量较少。(2)滤纸条下面两条色素带较浅：未加碳酸钙或加入量过少，叶绿素被破坏；实验材料(如泛黄的叶片)中叶绿素的含量较少。(3)滤纸条上色素带重叠：滤液细线不直；滤液细线过粗。(4)滤纸条上看不见色素带：忘记画滤液细线；滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中。 二色素与叶片颜色正常绿色正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为31，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，叶片呈现红色例2 下列对提取光合色素进行纸层析分离实验中各种现象的解释，正确的是(c)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叶黄素排在滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最大解析未见色素带，其原因是操作失误；叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇、层析液中；由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色，所以，提取液呈绿色；胡萝卜素在层析液(而不是提取液)中扩散得最快，排在滤纸最前方。 三考查色素提取与分离原理的应用1提取：绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水，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，溶解度大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。例3 下图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是(a)a水稻在收获时节，叶片中色素含量是(甲乙)光合作用速率，图甲c、e点，图乙c、g点细胞呼吸速率光合作用速率，是光补偿点，cd段细胞呼吸速率光合作用速率，图甲中f点、图乙中h点表示光合作用停止。(2)图乙中de段：夏季正午温度很高，蒸腾作用很强，大量失水使气孔关闭，co2供应量减少，影响暗反应，导致光合作用强度明显减弱。fg段表示光照减弱，影响光反应，导致光合作用强度明显减弱。例3 如图所示，图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶片细胞内c3(三碳化合物)相对含量在一天内的变化，请据图分析：(1)图甲中a、b、c、d分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质，则a、b、c、d依次是_h2o、co2、c3、c5_。(2)在中发生的过程称为_光反应_，在中含有的参与此过程的物质是_色素和酶_。(3)中发生的反应与中发生反应的物质联系是_光反应为暗反应提供h和atp，暗反应为光反应提供adp和pi等_。(4)图乙中，从_b_点开始合成有机物，至_i_点有机物合成终止。(5)ab段c3含量较高，其主要原因是_无光不进行光反应，c3不能被还原_。(6)g点c3含量极少，其原因是_气孔关闭，叶肉细胞内co2含量低，co2的固定减弱_。(7)g点与f点相比，叶绿体中h含量较_高_(填“高”或“低”)。解析(1)根据光合作用的过程可知，图甲中a、b、c、d依次是h2o、co2、c3和c5。(2)是基粒，由许多类囊体组成，在其上发生光反应，其上含有参与光反应的色素和酶。(3)是叶绿体基质，发生暗反应。光反应为暗反应提供h和atp，暗反应为光反应提供adp和pi等。(4)图乙中从b点开始c3含量下降，至i点c3含量不再变化，说明光合作用从b点开始，到i点结束。(5)在b点前无光照，不能进行光反应，不能进行c3的还原，因此在ab段c3含量较高；b点之后，开始进行光合作用，c3含量相对下降，i点无光照，光合作用停止。(6)g点c3含量少的原因是植物气孔关闭，co2供应不足，c3合成减少。(7)g点与f点相比c3少，h消耗少，因此g点h含量高于f点。解答光合作用相关曲线的基本步骤明标即明确横坐标和纵坐标所表示的含义找点即找出曲线中的起点、止点、顶点、交点和转折点等关键点如光照强度或co2浓度对光合作用强度影响的曲线中，在光照强度为0时，曲线在纵坐标上对应的点表示细胞呼吸所释放的co2量或消耗的o2量；曲线在横坐标上的交点为光补偿点，即表示光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度析线即找出曲线上升、下降或波动等变化趋势，并找出变化的原因。如夏天一天中的光合作用曲线，往往会呈现“m”型变化，其“午休”效应出现的原因是缺水导致气孔关闭，使得co2供应不足找因在受多种因素影响时，找出曲线的限制因素，方法是对纵坐标或横坐标画垂线，或者只看某一条曲线的变化，从而将多因素转变为单一因素，进而确定限制因素例1 (2014山东卷)我省某经济植物光合作用的研究结果如下图。(1)图甲表示全光照和不同程度遮光对该植物叶片叶绿素含量的影响。叶绿素存在于叶绿体中的_上。需先用_(填溶剂名称)提取叶片中的色素，再测定叶绿素含量。用纸层析法进一步分离色素时，叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是_。据图分析，该植物可通过_以增强对弱光的适应能力。(2)图乙表示初夏某天在遮光50%条件下，温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度(气孔张开的程度)的日变化趋势。8：00到12：00光照强度增强而净光合速率降低，主要原因是_。18：00时，叶肉细胞内产生atp的细胞器有_。(3)实验过程中，若去除遮光物，短时间内叶肉细胞的叶绿体中c3化合物含量_。答题送检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分(1)答案中出现错字，把“囊”写成“嚢”；对叶绿体中色素的提取实验记忆不清2考生不注意括号中的特殊要求“填溶剂名称”，答成笼统答案“有机溶剂”1(2)忽略“细胞器”的要求，答案中出现“细胞膜”2(3)考生对光合作用过程不熟悉，无法通过分析得到准确答案2解析 (1)叶绿体中的叶绿素主要分布在类囊体薄膜上，绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂中，因此可以利用无水乙醇(或丙酮)作为提取液提取绿叶中的色素。叶绿素a比叶绿素b在层析液的溶解度大。由图甲可知，叶绿素含量随着遮光程度的增加而升高，说明植物可以通过增加叶绿素含量来增加对弱光的适应能力。(2)结合图乙可知，在8：00到12：00时气温和光照强度升高，气孔导度相对稳定。由于光照强度升高会促进光合作用，气孔导度稳定对光合速率的影响较小，因此只能考虑温度的升高对细胞呼吸的促进比对光合作用的促进作用更强，使光合速率与呼吸速率的差值减小，净光合速率降低。由图乙可知，18：00时净光合速率为0，可以判断此时光合速率等于呼吸速率，故叶肉细胞中的atp可来自线粒体和叶绿体两种细胞器。(3)若突然去除遮光物，则对植物来说，光照增强，进而促进光反应，光反应产生的atp和h增多，从而促进暗反应中的c3的还原过程，消耗的c3增多，而co2的固定正常，因此短时间内叶肉细胞的叶绿体中c3化合物含量会减少。规范答题 (除注明外，每空1分)(1)类囊体膜无水乙醇叶绿素a增加叶绿素含量(2分)(2)呼吸作用增强，光合速率与呼吸速率的差值减小(2分)线粒体、叶绿体(2分)(3)减少(2分)1下图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系，请据图回答下列问题：(1)图甲表示在光照弱的情况下，光合作用速率随_光照强度_的增加成正比增加。这种情况下，可以认为此时主要影响光合作用的_光反应_阶段。(2)从图甲可见，光照强度超过一定值后，光合作用速率不再增加，且有稳定发展的趋势，这种变化主要决定于_温度_，此时光合作用的_暗反应_阶段受到限制。(3)图乙中c点表示光照强度为b时，植物生长的_最适温度_，出现cd段的原因是_酶活性降低，光合作用速率降低_。(4)请在图甲中绘制50 时植物光合作用速率变化的曲线。(5)根据图甲，在图乙绘制光照强度为a时，不同温度下光合作用速率变化曲线。答案 (4)如图1(5)如图2解析(4)由图乙可以看出，在50 时的光合速率大于20 而小于30 ，可在图甲中相应画出。(5)由图甲可以看出，在光照强度为a时，光合速率与温度变化无关，可在图乙中相应画出。 考点四光合作用与细胞呼吸1光合作用与有氧呼吸的区别项目光合作用有氧呼吸物质变化无机物合成_有机物_有机物被分解成_无机物_能量变化光能_稳定的化学能_稳定的化学能_热能、atp中活跃的化学能_实质_合成有机物，储存能量_分解有机物、释放能量，供细胞利用场所主要是叶绿体_细胞质基质和线粒体_条件_只在光下进行_时刻都能进行2.光合作用与有氧呼吸的联系(1)物质方面c：co2_c6h12o6_c3h4o3_co2_o：h2o_o2_h2o_h：h2oh_c6h12o6_h_h2o_(2)能量方面光能_atp中活跃的化学能_c6h12o6中稳定的化学能3在不同的光照条件下，光合速率与呼吸速率的计算(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示_呼吸速率_。(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示_净光合速率_。(3)真光合速率净光合速率呼吸速率。用o2、co2或葡萄糖的量表示如下：光合作用产生的o2量实测的o2_释放量_细胞呼吸消耗的o2量。光合作用固定的co2量实测的co2_吸收量_细胞呼吸释放的co2量。光合作用产生的葡萄糖量葡萄糖的_积累量(增重部分)_细胞呼吸消耗的葡萄糖量。净光合速率和总光合速率的判定方法(1)若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，co2吸收值为0，则该曲线表示总(真)光合速率；若co2吸收值为负值，则该曲线表示净光合速率。(2)若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。(3)有机物积累量为净光合速率，制造量为总(真)光合速率。1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)在叶肉细胞中，co2的固定和产生场所分别是类囊体薄膜和线粒体内膜。()(2)co2的固定过程发生在叶绿体中，c6h12o6分解成co2的过程发生在线粒体中。()(3)光合作用过程中光能转变成化学能，细胞呼吸过程中化学能转变成热能和atp。()(4)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长。()(5)适宜光照下，植物吸收co2的总量等于固定的co2的总量。()2某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下细胞光合作用速率和细胞呼吸速率的关系，并绘制了a、b、c、d四幅图。其中图中a点不能表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等的是(a)解析a图中a点的含义是co2的吸收量等于释放量，表示净光合作用速率等于细胞呼吸速率，此时光合作用速率大于细胞呼吸速率。3将某种大小相同的绿色植物叶片在不同温度下分别暗处理1 h，测其重量变化，立即光照1 h，再测其重量变化。结果如下表：组别1234温度/25272931暗处理后重量变化/mg1231光照后与暗处理前重量变化/mg3331分析表中数据可判定(c)a光照的1 h时间内，第4组合成葡萄糖总量为2 mgb光照的1 h时间内，第1、2、3组释放的氧气量相等c光照的1 h时间内，四组光合作用强度均大于呼吸作用强度d呼吸作用酶的最适温度是29 解析根据题意，植物在整个过程中进行了2 h的呼吸作用，而光合作用则进行了1 h，因此，14组光合作用合成的有机物分别为5 mg、7 mg、9 mg、3 mg。 一光合作用和细胞呼吸的相关计算1“半叶法”测光合作用有机物的生产量例如：某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定，如图所示。“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(a)遮光，另一部分(b)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6 h后，在a、b的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为ma、mb，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度m，mmbma，单位是mg/(dm2h)，m表示b叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量。2“黑白瓶”中有关光合作用与细胞呼吸的计算方法“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。例1 某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于6对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10 mg/l，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，将它们分别置于六种不同的光照条件下，24 h后，实测获得6对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下，以下说法正确的是(b)光照强度(klx)0(黑暗)abcde白瓶溶氧量(mg/l)31016243030黑瓶溶氧量(mg/l)333333若只考虑光照强度，该深度湖水中所有生物在晚上8 h内呼吸消耗o2的量为7/3 mg光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡当该水层中的溶氧量达到30 mg/l时，光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素若将e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，瓶中光合生物细胞的c3含量会增加，c5含量会减少abcd解析黑瓶中溶解氧的含量降低为3 mg/l的原因是黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生氧，其中的生物呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的o2量为原初溶氧量24小时后氧含量，即1037 mg/(l24 h)，故该深度湖水中生物在晚上8 h内呼吸消耗o2的量为7/3 mg/l，而所有生物氧气消耗量需乘以体积，错误；光照强度为a klx时，白瓶中溶氧量不变，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的呼吸作用消耗，当光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡，正确；由表中数据可知，当该水层中的溶氧量达到30 mg/l时，白瓶中含氧量不再增加，所以此时光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素，正确；若将 e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，光照减弱，光反应产生的h和atp减少，c3的还原减慢，二氧化碳的固定继续进行，所以瓶中光合生物细胞的c3含量会增加，c5含量会减少，正确。 二光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动co2(或光)补偿点和饱和点的移动方向(如下图)一般有左移、右移之分，其中co2(或光)补偿点b是曲线与横轴的交点，co2(或光)饱和点c则是最大光合速率对应的co2浓度(或光照强度)，位于横轴上。1呼吸速率增加，其他条件不变时，co2(或光)补偿点b应右移，反之左移。2呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，co2(或光)补偿点b应右移，反之左移。3阴生植物与阳生植物相比，co2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。4曲线上其他点(补偿点之外的点)的移动方向：(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，曲线上的a点下移、其他点向左下方移动，反之a点上移、其他点向右上方移动。(2)呼吸速率不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的a点不动，其他点向左下方移动，反之向右上方移动。例2 已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 和30 ，如图表示30 时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 (原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、c的移动方向分别是(c)a下移、右移、上移b下移、左移、下移c上移、左移、上移d上移、右移、上移解析图中a、b、c三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和光饱和点。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 和30 ”可知，当温度从30 降到25 时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的co2增多，c点上移；b点表示光合作用强度细胞呼吸强度，在25 时细胞呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使两者仍然相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。 三光合速率与呼吸速率的常用测定方法1利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时，naoh溶液可吸收容器中的co2；在测净光合速率时，nahco3溶液可提供co2，保证了容器内co2浓度的恒定。(2)测定原理甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于naoh溶液吸收了细胞呼吸产生的co2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的o2吸收速率，可代表呼吸速率。乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于nahco3溶液保证了容器内co2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的o2释放速率，可代表净光合速率。真正光合速率净光合速率呼吸速率。(3)测定方法将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。将同一植物(乙装置)置于光下相同时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。根据呼吸速率和净