专题4光合作用

1、专题4光合作用光合作用的场所和过程命题剖析考向扫描1以选择题形式考查叶绿体的结构、功能、光反应、暗反应、反应场所及物质、能量变化,考查学生的理解能力和分析问题能力2利用图表以非选择题的形式考查色素对不同光质的吸收及不同光质对光合作用的影响,考查学生综合运用知识解决问题和推理的能力3常以非选择题的形式考查光反应、暗反应过程,反应条件的改变对反应物、产物的影响;考查学生分析问题、解决问题的能力命题动向可能会结合叶绿体中色素的提取和分离考查色素的种类、吸收光谱,光合作用的过程中能量变化、物质变化,可能会以图表、曲线等形式进行考查。题型多以非选择题的形式出现1.(2011年江苏卷)某研究组获得了水稻的

2、叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是()A.光吸收差异显著,色素带缺第2条B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条C.光吸收差异显著,色素带缺第3条D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条解析:在色素提取和分离实验中,色素带在滤纸条上的分布从上至下依次为:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,而叶黄素缺失突变体中叶黄素缺失,色素带缺第2条,叶黄素主要吸收蓝紫色,红光的吸收不受影响,故选B。答案:B。2.(2011年浙江理综卷)下列有关叶绿体及光合作用的叙述,正确的是()A.破坏叶绿体外膜后,O2不能产生B.植物生长过程中,叶绿体内

3、各种色素的比例保持不变C.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短D.离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成暗反应解析:本题考查光合作用的过程及影响因素。O2是光反应的产物,光反应发生在叶绿体类囊体膜上,故破坏叶绿体外膜后不影响O2产生,A项错误。植物生长过程中,叶片颜色经历一系列变化,表明该过程中各种色素的含量和比例不断变化,B项错误。光照时间不影响光合速率,与夏季相比,冬季温度低、光照弱,因而光合速率低,C项错误。叶绿体基质是暗反应的场所,其中含有相关的酶系与五碳糖等,因此在补充CO2和光反应产物ATP、NADPH后可完成暗反应,D项正确。答案:D。3.

4、(2010年海南卷)下列关于叶绿体的描述,错误的是()A.基粒由类囊体堆叠而成B.叶绿体被膜由双层膜组成C.暗反应发生在类囊体膜上D.类囊体膜上具有叶绿素和酶解析:许多类囊体像圆盘一样叠在一起构成叶绿体的基粒,A对;叶绿体为双层膜结构,B对;光合作用的光反应在叶绿体的类囊体膜上进行,其上具有与光合作用相关的色素和酶,而光合作用的暗反应在叶绿体的基质中进行,C错D对。答案:C。4.(2010年海南卷)某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品,经测定得到下列吸收光谱图,其中属于叶绿素b的是()解析:叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光;胡萝卜素和叶黄素主要吸收的是蓝紫光。红光的波长范围是60

5、5700 nm,蓝光的波长范围是450480 nm,紫光的波长范围是400435 nm。A项中,吸收高峰450 nm和650 nm。450 nm介于450480 nm范围内,属蓝光;650 nm介于605700 nm范围内,属红光,A对。B项中,吸收高峰450 nm和480 nm。450 nm和480 nm介于450480 nm内,所以B中的吸收高峰只涉及蓝光,故B错。同理可推断C、D也不对。答案:A。5.(2010年天津理综卷)在叶肉细胞中,CO2的固定和产生场所分别是()叶绿体基质类囊体薄膜线粒体基质线粒体内膜A.B.C.D.解析:CO2的固定是指C5和CO2反应形成C3的过程,它发生在光

6、合作用的暗反应阶段,是在叶绿体基质中进行的,对;CO2生成发生在有氧呼吸的第二阶段,即丙酮酸在水的参与下分解成CO2和H并生成少量ATP的过程,此过程发生在线粒体基质中,对。答案:A。6.(2010年海南卷)光反应为暗反应提供的物质是()A.H和H2OB.H和ATPC.ATP和CO2D.H2O和CO2解析:光合作用的光反应包括水的光解和ATP的合成,光反应阶段所产生的H和ATP用于暗反应中C3的还原,B对。H2O、CO2不是光反应的产物,故A、C、D三项错误。答案:B。7.(2012年四川理综卷,30(),7分)科研人员获得一种叶绿素b完全缺失的水稻突变体,该突变体对强光照环境的适应能力更强。

7、请回答:(1)提取水稻突变体的光合色素,应在研磨叶片时加入,以防止色素被破坏。用纸层析法分离该突变体叶片的光合色素,缺失的色素带应位于滤纸条的。(2)该突变体和野生型水稻的O2释放速率与光照强度的关系如图所示。当光照强度为n时,与野生型相比,突变体单位面积叶片中叶绿体的氧气产生速率。当光照强度为m时,测得突变体叶片气孔开放程度比野生型更大,据此推测,突变体固定CO2形成的速率更快,对光反应产生的消耗也更快,进而提高了光合放氧速率。(3)如果水稻出现叶绿素a完全缺失的突变,将无法进行光合作用,其原因是。解析:(1)在提取植物色素的实验中,研磨时加入CaCO3,能够起到保护色素免受破坏的作用。色素

8、分离后,滤纸条上的色素带从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。(2)当光照强度为0时,水稻突变体呼吸作用比野生型强,消耗的O2多,当光照强度为n时,二者O2的释放速率相等,考虑呼吸作用消耗,此时水稻突变体单位面积叶片光合作用产生氧气的速率较大;气孔开放程度大,进入叶肉细胞的CO2多,形成的C3化合物多,就会消耗更多的光反应产物(ATP和NADPH),提高了光合放氧速率。(3)叶绿素a的作用是吸收和转化光能(将光能转化为化学能),叶绿素a完全缺失,无法产生ATP和NADPH,光合作用无法进行。答案:(1)CaCO3最下端(2)较大C3NADPH、ATP(3)缺失叶绿素a不能完成光能

9、转换8.(2011年广东理综卷)中国的饮食讲究“色香味”,颜色会影响消费,小李同学拟研发“绿色”食用色素,他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。.提取叶绿素绿色叶片提取液过滤液浓缩液叶绿素粗产品.探究pH对叶绿素稳定性的影响取一些叶绿素粗产品,配成一定浓度的溶液,于室温(约25 )下进行实验,方法和结果如下表。实验组号叶绿素溶液(mL)调pH至处理时间(min)溶液颜色3.0Y10绿色3.07.010绿色3.06.010黄绿色3.05.010黄褐色注:叶绿素被破坏后变成黄褐色。根据所学知识和实验结果,请回答:(1)提取食用叶绿素的X应该为,原因是。(2)表中Y应该为,原因是。(3)若

10、用作食品色素,天然叶绿素色素不适用于的食品,否则。(4)小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素,请你提供检测方法并写出主要步骤。解析:本题考查绿叶中色素的提取与分离实验及其应用。(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂中,所以要用对人无害的有机溶剂。碳酸钙的作用是保护叶绿素免受破坏。(2)由组可知pH的梯度为1.0,因此组的pH应为8.0。(3)由实验结果可知,pH小于6.0时,叶绿素明显被破坏,因此天然叶绿素色素不适用于酸性食品。(4)利用纸层析法,根据滤纸条上除叶绿素条带外是否还有其他条带可判断叶绿素粗产品中是否含其他色素。答案:(1)对人无害的有机溶剂(食用酒精)叶绿素溶于有机溶剂和应考虑

11、溶剂对人体的影响(2)8.0以1.0为pH梯度进行实验,组间形成梯度(3)pH小于6.0叶绿素会被破坏(4)纸层析法;步骤:制备滤纸条并将其一端剪去两角,在距该端1 cm处用铅笔画一条细的横线。用毛细吸管吸取少量叶绿素粗产品,沿铅笔线均匀画一条细线。待干后,再画一两次。将滤纸条放置到加有层析液的培养皿中进行层析。观察色素带的条数。9.(2010年大纲全国理综卷节选)请回答下列问题:(1)氮、磷、镁3种元素中,构成生命活动所需直接能源物质的元素是,构成细胞膜的元素是。(2)缺镁时植物叶片发黄,其原因是。(3)在提取叶绿体色素的过程中,研磨叶片时通常需加少量二氧化硅、碳酸钙及适量丙酮。二氧化硅的作

12、用是;碳酸钙的作用是;丙酮的作用是。解析:本题主要考查组成细胞的元素及化合物、叶绿体中的色素的提取及功能。生物体生命活动的直接能源物质是ATP,其组成元素为C、H、O、N、P,构成细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质,组成元素包括C、H、O、N、P等,两者都不含Mg;Mg是叶绿素的组成元素,缺镁时,叶绿素不能合成,导致植物叶片发黄。答案:(1)氮、磷氮、磷(2)镁是叶绿素的组成成分,缺镁导致叶绿素合成受阻(其他合理答案也可)(3)有助于磨碎植物细胞防止研磨过程中叶绿体色素被破坏色素的提取溶剂(其他合理答案也可)10.(2010年江苏卷)不同生态环境对植物光合速率会产生影响。某课题组测定生长于A地(平

13、原)和B地(山区)银杏叶片不同时间的光合速率,结果如图。(1)植物中叶绿素通常和蛋白质结合成为结合型叶绿素。在某些环境因素影响下,部分结合型叶绿素与蛋白质分离,成为游离型叶绿素。A、B两地银杏叶片中叶绿素含量测定结果见下表:采样日期(月日)A地银杏叶绿素含量(mg/g)B地银杏叶绿素含量(mg/g)总量游离型结合型总量游离型结合型712.340.112.232.430.212.22812.300.122.182.360.292.07911.920.211.712.110.581.531011.580.291.291.750.810.941111.210.410.801.441.050.39请完

14、成总叶绿素含量与采样日期关系的二维曲线图。从表中数据分析,导致银杏叶片光合速率下降的主要原因是。(2)为提取银杏叶片中的叶绿素,研磨前在研钵中除加入剪碎的叶片外,还应加入。经快速研磨、过滤,将滤液收集到试管中,塞上橡皮塞;将试管置于适当的光照下23 min后,试管内的氧含量。(3)a、b是7月1日和10月1日B地银杏叶绿体亚显微结构典型照片,推测(填字母)是10月1日的叶绿体照片,理由是。解析:(1)根据表中数据(A、B两地银杏叶绿素含量)和时间绘制二维曲线图;随着时间的变化,光合速率下降,由表中数据知是结合型叶绿素含量降低所致。(2)提取叶片中的叶绿素,研磨前应将叶片剪碎,再加入酒精(或丙酮

15、)、碳酸钙(防止色素被破坏)、二氧化硅(研磨得充分);叶绿体中进行水光解的场所是类囊体薄膜,色素提取出来后,已失去了进行水光解的条件(如无酶),所以光照后并不会使O2含量增加。(3)由图可知,a图的叶绿体中的类囊体膜已很不规则,显然是遭到了破坏,而10月1日的光合速率明显低于7月1日,所以a图是10月1日的叶绿体照片。答案:(1)结合型叶绿素含量降低(2)酒精(丙酮)、碳酸钙、石英砂(二氧化硅)基本不变(3)a10月1日的光合速率低,a中叶绿体类囊体膜结构遭破坏影响光合作用的因素命题剖析考向扫描1通过图表、曲线以选择题形式考查影响光合作用的因素,如CO2浓度、光照强度等。考查学生的理解能力、获

16、取信息的能力2结合实验的设计与分析以非选择题的形式考查内部因素、外界因素对光合作用的影响,考查学生的综合运用能力命题动向考查影响光合作用的环境因素是历年高考命题的重点和热点,也是未来考试的热点,其中光照强度、温度、CO2浓度对光合作用速率的影响反复考查,曲线、图表与实际生产生活相结合等都是常见题干情景,本部分的题目常以选择题、实验分析、设计类题等形式考查1.(2012年山东理综卷,2,5分)夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是()A.甲植株在a点开始进行光合作用B.乙植株在e点有机物积累量最多C.曲线bc段和de段下降的原因相同D.两曲线b

17、d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭解析:本题考查光合作用的有关知识、分析图像的能力。A错误,根据图可知甲植株在a点和18点稍微往后一点光合作用速率与呼吸作用速率相等,乙植株在6点和18点时相等。故应在a点之前进行光合作用;B错误,积累有机物最多的点是18点,因为18点以后光合作用强度K2K3D.密闭光照培养蓝藻,测定种群密度及代谢产物即可判断其是否为兼性厌氧生物解析:本题考查的是植物代谢的知识。由题意知,该实验中d1浓度下光合速率(净光合速率+呼吸速率)大于d3浓度下的光合速率,产生的H一定多,故A项正确。d2浓度下的呼吸作用大于d3浓度下的呼吸作用,故B项错。从净光合速率看,d2d1=d

18、3,所以种群不同条件下环境容纳量应该是K2K1=K3,C项错。判断是否是兼性厌氧生物,应该在有氧和无氧两种条件下检测代谢产物,而不是避光,D项错。答案:A。该题提醒学生在复习过程中,一定注意坐标图的分析和运用。2.(2011年大纲全国理综卷)为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响,将某植物在黑暗中放置一段时间,耗尽叶片中的淀粉,然后取生理状态一致的叶片,平均分成8组,实验处理如下表所示,一段时间后,检测叶片中有无淀粉,结果如下表。编号组1组2组3组4组5组6组7组8处理葡萄糖溶液浸泡,溶液中通入空气葡萄糖溶液浸泡,溶液中通入CO2和N2蒸馏水浸泡,水中通入空气蒸馏水浸泡,水中通入CO2和N2光照

19、黑暗光照黑暗光照黑暗光照黑暗检测结果有淀粉有淀粉有淀粉无淀粉有淀粉无淀粉有淀粉无淀粉回答问题:(1)光照条件下,组5叶片通过作用产生淀粉;叶肉细胞释放出的氧气来自于的光解。(2)在黑暗条件下,叶片能进行有氧呼吸的组别是。(3)组2叶片中合成淀粉的原料是,直接能源物质是,后者是通过产生的。与组2相比,组4叶片无淀粉的原因是。(4)如果组7的蒸馏水中只通入N2,预期实验结果是叶片中(有、无)淀粉。解析:(1)在光照条件下组5叶片合成淀粉是通过光合作用,叶肉细胞释放的氧气来自于水的光解:2H2O4H+O2。(2)在黑暗条件下,叶片进行有氧呼吸必须有O2,有O2的组是组2和组6。(3)组2叶片中合成淀

20、粉的原料是葡萄糖,直接能源物质是ATP,ATP主要是叶片的有氧呼吸产生的。与组2相比,组4叶片缺少O2导致有氧呼吸不能进行,ATP的合成量少,不能够利用葡萄糖合成淀粉。(4)如果只通入N2,即使有光照也只能进行光反应,没有CO2暗反应无法完成,所以叶片中无淀粉生成。答案:(1)光合H2O(2)组2和组6(3)葡萄糖ATP有氧呼吸组4叶片不能进行有氧呼吸,淀粉的合成缺少ATP(4)无3.(2011年广东理综卷)观赏植物蝴蝶兰可通过改变CO2吸收方式以适应环境变化。长期干旱条件下,蝴蝶兰在夜间吸收CO2并贮存在细胞中。(1)依图1分析,长期干旱条件下的蝴蝶兰在04时(填“有”或“无”)ATP和H的

21、合成,原因是;此时段(填“有”或“无”)光合作用的暗反应发生,原因是;1016时无明显CO2吸收的直接原因是。(2)从图2可知,栽培蝴蝶兰应避免,以利于其较快生长,此外,由于蝴蝶兰属阴生植物,栽培时还需适当。(3)蝴蝶兰的种苗可利用植物细胞的,通过植物组织培养技术大规模生产,此过程中细胞分化的根本原因是。解析:本题以坐标图为载体,考查光合作用和细胞呼吸的基本原理以及获取信息能力。(1)图1中04时为夜间,但能进行细胞呼吸产生H和ATP。暗反应必须利用光反应提供的H和ATP,此时段无光不能进行光反应,故暗反应不能进行。1016时无明显CO2吸收的直接原因是干旱状态下蝴蝶兰为降低蒸腾作用,气孔关闭

22、,而气孔也是CO2进入叶片的通道。(2)据图2可知,干旱不利于蝴蝶兰生长。阴生植物适于生活在弱光照条件下,故应适当遮光。(3)植物细胞具有全能性,可通过组织培养大规模生产蝴蝶兰种苗。细胞分化的实质是基因选择性表达。答案:(1)有此时段细胞进行呼吸作用,有氧呼吸第一、二阶段均有H产生,第一、二、三阶段均有ATP生成无此时段没有光反应,而暗反应必须要由光反应提供H和ATP,故不存在暗反应气孔关闭(2)干旱遮光(3)全能性基因选择性表达(2011年全国新课标,理科综合29,9分)在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和

23、C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。回答问题:(1)图中物质A是(C3化合物、C5化合物)。 (2)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是。将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是。 (3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的(低、高)。 (4)CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的(高、低),其原因是。 解析:本题考查光合作用过程中C3和C5化合物的变化及影响光合速率的相关因素。(1)当CO2浓度由1%突然降为0.003%时,

24、C3化合物还原生成C5化合物继续进行,但是CO2固定速率减慢,使得C5化合物含量上升,因此物质B为C5化合物,同样可分析,C3化合物生成C5化合物的过程继续进行,但CO2固定生成C3化合物的过程减弱,故C3化合物含量下降,因此物质A应为C3化合物。答案:(1)C3化合物(1分)【赋分细则】(1)写成C3、C3化合物或三碳化合物均给1分,只写“三碳”的不给分。解析: (2)在CO2浓度为1%的环境中物质B的浓度(C5化合物)比A的低,原因是CO2浓度相对高,CO2固定与C3化合物的还原达到动态平衡,根据暗反应中CO2固定和C3化合物还原的反应式:CO2+C52C3; 2C3(CH2O)+C5可知

25、C3化合物分子数比C5化合物分子数多。将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,影响了CO2的固定,C5化合物的消耗减少而其合成速率不变,因此C5化合物浓度升高。答案:(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定,即C3和C5化合物的含量稳定。(1分)根据暗反应的特点,此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍(1分)当CO2浓度突然降低时,C5化合物的合成速率不变,消耗速率却减慢,导致C5化合物积累(2分)【赋分细则】(2)第1空:答案为:在暗反应稳定状态下或体现“稳定”含义给1分;CO2+C52C3 或体现C3 C5 =21 再给1分。答案为:暗反应速率在该环境中已达到稳定,即C3 、C5的含量稳定,根据暗反应过