第9讲　光合作用

1、第9讲光合作用,考点一捕获光能的色素、叶绿体结构及 光合作用的探究历程,1.叶绿体中色素的种类和颜色,2.叶绿体中色素的吸收光谱分析 由图可以看出, (1)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 。 (2)色素吸收光的范围:可见光的波长范围大约是390760 nm,一般叶绿体中的色素只吸收 可见光 ,对红外光和紫外光不吸收,3.叶绿体的结构与功能 (1)结构模式图,2)结构 (3)功能:进行光合作用的场所 (4)恩格尔曼的实验:好氧细菌主要分布于叶绿体被光束照射部位的周围,4.光合作用的探究历程(连线,1.液泡中色素吸收的光能用于光合作用。( ) 2.叶片黄化,

2、叶绿体对红光的吸收增多。( ) 3.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与。( ) 4.叶绿体是进行光合作用的唯一场所。( ) 5.光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。( ) 6.1864年德国科学家萨克斯的叶片曝光和遮光实验只能证明光合作用的产物有淀粉。(,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? (2)两实验均需要进行“黑暗”处理吗? (3)两实验如何设计对照实验,答案(1)选择水绵和好氧细菌作实验材料,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)图示的两实验中,只有

3、萨克斯的实验需进行“黑暗”处理,目的是消耗掉细胞中原有的淀粉。 (3)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,考向一考查捕获光能的色素分析 1.(2019云南昆明云师大附中高三月考)下列关于黑藻细胞中叶绿素的说法,不正确的是(C) A.可吸收640660 nm波长的光进行光合作用 B.可利用纸层析法分离叶绿素a和叶绿素b C.分布在叶绿体内膜和基粒上 D.土壤中缺少氮或镁时,会影响叶绿素的合成,答案C叶绿素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用,640660 nm波长的光为红光,故叶绿素可吸收640660 nm波长的光进行光

4、合作用,A正确;叶绿素a和叶绿素b在层析液中的溶解度不同,溶解度大的在滤纸条上扩散速度快,所以可利用纸层析法分离叶绿素a和叶绿素b,B正确;叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,叶绿体内膜上没有光合色素,C错误;叶绿素的组成元素有C、H、O、N、Mg,土壤中缺少氮或镁时,会影响叶绿素的合成,进而影响光合作用,D正确,题后悟道归纳 影响叶绿素合成的三大因素,考向二考查探究光合作用的相关实验分析 2.(2019甘肃武威五中月考)如图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,以下相关实验比较不正确的是(,A.Y2的质量大于Y3的质量 B.中小球藻

5、的质量大于中小球藻的质量 C.中水的质量大于中水的质量 D.试管的质量大于试管的质量,答案CY1和Y3是O2,Y2和Y4是18O2,因此Y2的质量大于Y3;中小球藻中含有(CO)的有机物,而中小球藻含有(CH2O)的有机物,故中小球藻质量 大于中的小球藻质量;和中的水都为O,且含量相同,因此质量相等; 在试管和中原有质量相等的情况下,中释放出的是18O2,而中释放出的是O2,故剩余质量大于,3.下图为恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵时,发现好氧细菌大量集中在如图所示区域,以下分析正确的是(D) A.水绵光合作用产生的氧气能进入细菌的线粒体与H结合生成H2O B.实验过程中装片需放置在没有空气的

6、黑暗环境中目的是隔绝二氧化碳 C.图中细菌分布的差异是由水绵不同区域有机物的含量不同造成的 D.图中细菌分布的差异是由在不同波长光下氧气的产量不同造成的,答案D细菌为原核生物,无线粒体,A错误;该实验中光照为自变量,氧气为无关变量,实验过程中,将临时装片放在黑暗、没有空气的环境中是为了设置自变量和排除无关变量的影响,从而确保实验能正常进行,B错误;照射水绵的光的光质不同(主要吸收红光和蓝紫光),光合作用强度不同,产生的氧气量也不同,造成好氧菌的分布也不同,C错误,D正确,题后悟道方法 恩格尔曼实验方法的巧妙之处 (1)巧选实验材料: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

7、细菌可以确定释放氧气多的部位。 (2)妙法排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。 (3)巧妙设计对照实验:用极细的光束照射,叶绿体上可分为有光照和无光照的部位,相当于一组对照实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果,考点二光合作用的基本过程,1.光合作用的过程,1)根据上图分析光反应与暗反应的区别,2)根据下图分析光反应与暗反应的联系: 光反应为暗反应提供ATP和H。 暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。 (3)光合作用总反应式和反应物中H、O的去向,4)同位素标记元素转移途径 H:3H2O3H(C3H2O) C:14CO214C3(14CH2O)+14C5 O

8、,2.光合作用和化能合成作用的比较,1.光合作用过程中光能转化为有机物中的化学能。( ) 2.光反应必须在光照下进行,暗反应必须在暗处进行。( ) 3.H2O在光下分解为H和O2的过程发生在叶绿体基质中。( ) 4.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。( ) 5.适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加ATP、H和CO2后,不能完成暗反应过程。( ) 6.适宜条件下培养的叶绿体,突然将原来的白光改为绿光照射,则短时间内H含量会增多。(,下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中ag为物质,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?

9、 (2)图中、分别表示怎样的生理过程? (3)将b物质用18O标记,最终在图中哪种物质中检测到放射性? (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C3和C5化合物含量发生怎样的变化,答案(1)吸收、传递和转换光能。 (2)表示水分的吸收,表示水的光解。 (3)(CH2O)中能检测到放射性。 (4)C3含量增加,C5含量减少,1.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:CO2供应正常,光照停止时C3的含量变化,2)物质含量变化的比较,2.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 (1)光

10、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,考向一考查光合作用的过程,1.(2019江西名校高三5月联考)植物叶肉细胞的部分代谢过程如图所示。下列叙述正确的是(,A.

11、NADP+在光反应过程与电子和质子结合,形成还原型的NADPH B.叶肉细胞的光补偿点就是植物的光补偿点 C.类囊体膜上的类胡萝卜素能吸收红光和蓝紫光用于光合作用 D.图中H+通过主动运输从类囊体膜内运到膜外,答案A在光反应过程中,水光解产生的电子和质子与NADP+结合,形成还原型的NADPH,A正确;对于叶肉细胞来说,既可以进行光合作用,又可以进行呼吸作用,在叶肉细胞的光补偿点时,该细胞的光合速率=呼吸速率,而对于植物来说,只有部分细胞可以进行光合作用,所有细胞都可以进行呼吸作用,在该植物的光补偿点时,部分细胞的光合速率之和=所有细胞的呼吸速率之和,故植物的光补偿点大于叶肉细胞的光补偿点,B

12、错误;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,C错误;由图可知,H+从类囊体膜内运到膜外是顺浓度梯度,故为协助扩散,D错误,2.(2019山东潍坊、青州三模)如图表示某植物叶肉细胞内光合作用的生理过程,下列相关叙述正确的是(B) A.叶黄素缺失突变体与正常植株相比,若给予红光照射,则光吸收差异显著 B.过程为暗反应,在类囊体薄膜上产生的2和3只能用于暗反应还原C3 C.若降低周围环境中的CO2浓度,则释放O2的速率不变 D.若该细胞净光合速率大于0,推测该植物体能积累有机物从而使植株干重增加,答案B叶黄素主要吸收蓝紫光,因此给予红光照射,叶黄素缺失突变体与正常植株相比,光吸收差异不显著,A错误;图中表示光反

13、应,表示暗反应,2表示ATP,3表示H,过程产生的ATP和H只能用于过程,不能用于其他的生命活动,B正确;CO2供应减少,直接影响CO2的固定(C3的生成量减少),而短时间内不影响C3的还原(C3的消耗量不变),因此导致C3含量减少,时间延长以后,C3还原利用的ATP和H减少,进而导致光反应减弱,因此释放O2的速率减小,C错误;该细胞为叶肉细胞,若该叶肉细胞净光合速率大于0,只能推出该细胞此刻有有机物积累,不能推断出整个植株的有机物含量变化,D错误,题后悟道归纳 (1)光反应阶段产生的ATP仅用于暗反应阶段C3的还原。细胞呼吸产生的ATP可用于除暗反应以外的生命活动。 (2)在光照条件下,植物

14、既进行光反应,又进行暗反应;如果植物长期处于黑暗环境中,光反应和暗反应都会停止。在暗反应停止时,ATP和H积累,光反应也要停止,考向二考查环境条件变化对光合作用中物质变化的影响 3.智能温室内的绿色植物,在其他条件不变的情况下,突然停止光照,此时下列物质的变化是(B) A.叶绿体内ADP/ATP减小 B.叶绿体内NADP+/NADPH增大 C.叶绿体内C3/C5减小 D.胞间CO2浓度/外界CO2浓度减小,答案B在其他条件不变的情况下,突然停止光照,光反应停止,ATP和H(NADPH)的产生停止,而ADP和NADP+的含量升高,故叶绿体内ADP/ATP增大,NADP+/NADPH增大,A错误,

15、B正确;由于ATP和H(NADPH)的含量降低,C3被还原成糖类和C5的速率减慢,CO2的固定速率不变,故C3的含量升高、C5的含量减少、胞间CO2浓度逐渐升高,C、D错误,4.如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素的改变而变化情况,下列对这一环境因素改变的分析正确的是(D) A.突然停止光照B.突然增加CO2浓度 C.降低环境温度D.增加光照强度,答案D突然停止光照,光反应产生的H和ATP减少,被还原的C3减少,生成的C5减少,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的相对含量将增加、C5的相对含量将减少,A错误;突然增大CO2浓度,CO2被C5固定形成C3

16、的量增加、消耗的C5量增加、C3还原速率不变,植物细胞内C3相对含量增加、C5相对含量减少,B错误;降低环境温度,CO2固定速率和C3还原速率均下降,C5的相对含量不会大幅度地增多,C错误;增加光照强度,光反应产生的H和ATP增多,被还原的C3增多,生成的C5增多,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增多,D正确,题后悟道归纳 利用模型法分析光合作用中物质的量的变化,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。 (2)以上各物质变化中,C3和C5含量的变化是相反的,H和ATP含量变化是一致的。 (3)具体分析时只有理清C3、C5的“来源”

17、与“去路”(C3产生于CO2的固定,消耗于C3的还原;C5产生于C3的还原,消耗于CO2的固定),才能避开试题陷阱,考点三影响光合作用的因素及应用,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)光照强度,2)CO2浓度,3)温度,4)必需矿质元素(N、P、Mg、K等,1.生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率未随之增加,主要限制因素是光反应。( ) 2.延长光照时间能提高光合作用强度。( ) 3.植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。( ) 4.停止供水,植物光合速率下

18、降,这是由于水是光合作用的原料,又是光合产物在植物体内运输的主要介质。( ) 5.夏季晴天,植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。(,据图分析多因素对光合作用的影响,1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是、。 (2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子 (填“是”或“不是”)影响光合速率的主要因素,此时的限制因素分别是、。 (3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥的益处包括,答案(1)光照强度光照强度温度 (2)不是温度CO2浓度光照强度 (3)增加土壤肥力、增加大棚内的温度和CO2浓度,考向考查影响光合作用的环境因素,1.用14CO2“饲喂”叶肉细胞,让叶肉细胞在光下进

19、行光合作用。一段时间后,关闭光源,将叶肉细胞置于黑暗环境中,含放射性的三碳化合物浓度的变化情况如图所示,下列相关叙述正确的是(,A.Oa段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降 B.叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质,暗反应全过程都消耗ATP和H C.ab段三碳化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽 D.b点后叶肉细胞内没有有机物的合成,答案A题图显示,Oa段叶肉细胞中含放射性的C3浓度上升,说明消耗的五碳化合物(C5)增多,C5浓度有所下降,A正确;暗反应的场所是叶绿体基质,暗反应的过程包括CO2的固定和C3的还原,其中C3的还原需要消耗ATP和H,B错误;ab段三碳化合物浓度不变的原因不

20、是14CO2消耗殆尽,而是CO2被C5固定形成C3的过程与C3的还原过程保持相对稳定,C错误;b点后,在黑暗条件下,光反应不能进行,但之前还剩余部分H和ATP,因此短时间内暗反应仍可进行,仍有部分有机物合成,D错误,2.(2019福建师大附中期末)下列各图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况,除各图中所示的因素外,其他环境因素均控制在最适范围。下列分析错误的是(D) A.甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中色素的数量 B.乙图中d点比c点在相同时间内叶肉细胞中生成C5的速率快 C.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,答案D丙图中,

21、随着温度的升高,曲线走势有可能下降,因为超过最适温度,酶的活性降低,D错误,题后悟道方法 影响光合作用主要因素的判断 光合速率主要受光照强度、环境CO2浓度和温度的影响。当实验自变量为光照强度时,在光照强度达到光饱和点以前,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CO2浓度、温度。当实验自变量为CO2浓度时,CO2浓度小于CO2饱和点时,影响光合速率的主要环境因素为CO2浓度;当CO2浓度高于CO2饱和点时,影响光合速率的主要环境因素是光照强度、温度,实验绿叶中色素的提取与分离,1.实验原理,2.实验步骤,3.实验结果,4.绿叶中色素提取和分

22、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 未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。 使用放置数天的绿叶,滤液色素(叶绿素)太少,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)。 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,滤液线不能达到细、齐、直的要求,使色素扩散不一致。 (3)滤纸条看不到色素带:忘记画滤液细线;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,1.(2019山东青岛模拟)下列与“绿叶中色素的提取和分

23、离”实验有关的叙述,正确的是(C) 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,答案C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,位于滤纸条的上端,而叶绿素b的溶解度小,扩散速度慢,位于滤纸条的下端,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

24、,2.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)(丙+丁) B.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发 C.四种色素都能溶解在层析液中,乙色素的溶解度最大 D.四种色素中,丙和丁主要吸收红光,答案A依柱形图中扩散距离可推知,甲为叶绿素b,乙为叶绿素a,丙为叶黄素,丁为胡萝卜素。在水稻收获时节,叶片变黄,类胡萝卜素的含量大于叶绿素的含量;在提取色素时,加入碳酸钙的目的是防止研磨过程中叶绿素遭到破坏;丁色素在层析液中的溶解度最大,扩散距离最远,乙色素的含量最多;叶绿素(甲+乙)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素(丙+丁)主要

25、吸收蓝紫光,素养引领情境命题,1.(2019课标全国,3,6分)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中,一段时间后植株达到40 g,其增加的质量来自(A) A.水、矿质元素和空气B.光、矿质元素和水 C.水、矿质元素和土壤D.光、矿质元素和空气,答案A该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加,干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物,2.(2019海南单科)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是(B) A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能 B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a C.光反应中,将光能转变为化学能

26、需要有ADP的参与 D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,答案B光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,但需要利用光反应阶段形成的H和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确,3.(2018课标全国,29,9分)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。 (2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率

27、、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知:当叶面积系数小于a时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均。当叶面积系数超过b时,群体干物质积累速率降低,其原因是,3)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度(填“高”或“低”,答案(1)类囊体膜蓝紫光和红光(2)增加群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,故群体干物质积累速率降低(3)低,解析(1)高等植物光合作用过程中捕获光能的物质是叶绿体色素,这些色素分布在类囊体膜上,主要吸收可见光中的蓝紫光和红光。(2)由图可知,当叶面积系数小于a时,随着叶面积系数增加,群体光合速率

28、与干物质积累速率均增加。群体干物质积累速率等于群体光合速率与群体呼吸速率之差,当叶面积系数超过b时,群体呼吸速率升高,群体光合速率不变,导致群体干物质积累速率降低。(3)通常,阴生植物利用弱光能力强,且阴生植物呼吸作用强度低,所以阴生植物光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等时所需要的光照强度比阳生植物低,4.仙人掌生长在高温、干旱的环境中,形成了一定的适应性特征。如图表示仙人掌在24小时内,光合作用和气孔导度(气孔张开程度)的变化。据图分析,下列描述正确的是(,A.白天进行光合作用,夜间进行呼吸作用 B.白天蒸腾作用强,散失的水分多于夜间 C.白天可以进行光反应,但几乎不能从外界吸收CO2 D.夜间同化二氧化碳,所以暗反应只在夜间进行,答案C活的仙人掌始终进行呼吸作用,A选