第五节 2015光合作用高三复习

第五节光合作用考点突破实验探究知识梳理题组演练知识梳理·温故串知

透析实验分析误差一、叶绿体及其色素1.叶绿体结构图2.光合色素的种类和吸收光谱色素种类吸收光谱叶绿素叶绿素a

、

1

1类胡萝卜素胡萝卜素蓝紫光叶黄素【思维激活1】

某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。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,其光吸收差异是否显著?色素带缺乏第几条?提示:叶黄素主要吸收蓝紫光,缺乏时对“红光”吸收并无显著影响,色素层析后叶黄素位于第二条带位置,故第二条带位置缺乏。叶绿素b红光蓝紫光二、光合作用的过程1.光合作用的场所是

,其中

中发生光反应,

中进行碳反应。3.光反应与碳反应叶绿体类囊体膜基质【思维激活2】

卡尔文循环中,需要几个CO2才能产生一个三碳糖离开循环而被利用?提示:需要3个CO2进入卡尔文循环,同时还产生5个三碳糖用于再生RuBP。三、环境因素影响光合作用影响光合速率的重要因素是

、

和空气中的

浓度。光强度温度二氧化碳建网络图考点突破·悟法提能核心归纳重点突破光合作用过程考点一问题引领:(1)光反应的场所在哪儿?(2)光合作用过程中能量是如何转化的?知识归纳1.光合作用过程(1)光合作用图解(2)光反应与碳反应比较见附表(3)光合作用反应式及元素去向2.条件骤变时几种物质量的变化分析(1)分析方法说明:(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RuBP含量的变化是相反的,NADPH和ATP含量变化是一致的。【例1】

美国生物化学家卡尔文和他的同事,在20世纪50年代应用同位素示踪技术,即14CO2培养小球藻,观察在小球藻光合作用中碳的转化和去向,从而首次揭示了自然界最基本的生命过程。以下说法错误的是(

)典例训练A.图中Ⅰ代表叶绿体基质,Ⅱ代表类囊体膜B.小球藻中出现的第一个被标记的化合物为PGAC.符号C6可代表葡萄糖,每产生1分子C6,需要2分子PGAL,完成6次循环D.碳反应的直接产物是PGAL,在叶绿体中作为合成淀粉、蛋白质的原料,少部分被运至叶绿体外转变成蔗糖【解题指导】

碳反应过程中,CO2首先与RuBP结合成六碳化合物,这个六碳化合物很不稳定,很快分解为2个分子的PGA(3磷酸甘油酸),所以在小球藻同位素示踪实验中,第一个被标记的化合物是PGA(3磷酸甘油酸)。每个PGA分子被ATP和NADPH还原为3磷酸丙糖,因此卡尔文循环的直接产物不是葡萄糖,而是三碳糖(PGAL)。每循环3次,固定3个CO2分子,生成6个PGAL,其中5个PGAL用来产生3个分子的RuBP,以保证碳循环正常进行,只有1个PGAL用来合成葡萄糖等其他糖类。所以,每产生1个分子的葡萄糖(即图中C6),需要2个分子的PGAL,即需要6次循环才能完成。碳反应的直接产物PGAL只有少部分在叶绿体内作为淀粉、蛋白质、脂质等的原料被利用,大部分是运出叶绿体并转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。答案:D【前连后挂】

教材中哪些实验应用了同位素示踪技术?【例2】

离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2的供应,下列关于一段时间内叶绿体中ATP与O2的相对含量变化的示意图中,正确的是(

)【解题指导】

离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时,突然中断CO2的供应使C3合成减少,一段时间内碳反应逐渐减弱,碳反应消耗的ATP也逐渐减少,故ATP相对含量逐渐增加;随着碳反应的减弱,光反应也逐渐减弱,所以叶绿体内氧气含量逐渐减少,B正确。答案:B误区1误认为进行光合作用的生物一定都有叶绿体。点拨:

进行光合作用的生物不一定都有叶绿体,但必须都有相关的色素和酶,如蓝细菌和光合细菌。误区2误认为整个光合作用过程都需要酶。点拨:

色素分子吸收光能不需要酶的参与,但其他光反应和碳反应过程都需要酶的催化。误区3误认为光合作用光反应产生的ATP可以用于所有生命活动。点拨:光合作用光反应产生的ATP只用于碳反应阶段,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。走出误区误区4误认为光反应被阻断,碳反应会阻断而碳反应被阻断时,光反应不会被阻断。点拨:光合作用的光反应与碳反应是相互联系的,而它们之间的联系纽带是ATP和NADPH。当光反应停止时(如植物在黑暗条件下),碳反应的ATP和NADPH的来源被阻断,碳反应会停止;而反过来,当碳反应停止时(如植物在气孔完全关闭或无二氧化碳),光反应也受到影响,因为光反应产生的ATP和NADPH没有被碳反应消耗,根据化学平衡的原理,相当于光反应的产物浓度升高,化学平衡会向反向进行,从而光反应就停止了。考点二光合作用和细胞呼吸问题引领:(1)光合作用与细胞呼吸在能量与物质方面有什么联系?(2)当植物向外界释放CO2时,一定不进行光合作用吗?知识归纳1.光合作用和需氧呼吸的区别与联系2.光合作用与细胞呼吸在不同光照条件下气体变化规律【例3】(2014·金华十校期末调研)利用同种玉米植株,探究不同条件下光合作用或细胞呼吸的变化情况,得到的结果如下各图。其中“M”点时光合作用速率与细胞呼吸速率不相等的图是(

)典例训练答案:A【例4】(2014·杭州质检)将一植物放在密闭的玻璃罩内,置于室外进行培养,假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。获得实验结果如下图。下列有关说法不正确的是(

)A.图乙中的C点对应图甲中的C点,此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的①B.图甲中的F点对应图乙中的H点,此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③C.到达图乙中的D点时,玻璃罩内CO2浓度最高,此时细胞内气体交换状态对应图丙中的③D.经过这一昼夜之后,植物体的有机物含量会增加【解题指导】

图乙中C、D分别表示光合作用即将开始、光合作用速率等于呼吸作用速率,分别对应图甲的B点和C点,细胞内的气体交换状态分别为图丙的①、③。到达图乙中D点时,玻璃罩内的CO2浓度最高。图甲中的F点是一天中第二次光合速率等于呼吸速率,对应图乙中的H点、图丙中的③。经过一昼夜后玻璃罩内的CO2浓度降低,说明植物体内的有机物含量增加。答案:A突破方法巧辨总光合速率与净光合速率及其内在关系的方法(1)表观(净)光合作用速率与真正(总)光合作用速率的表示方法项目表示方法表观(净)光合速率CO2吸收量或小室中CO2减少量或O2释放量或小室中O2增加量或C6H12O6积累量真正(总)光合速率CO2固定量或O2产生量或叶绿体CO2吸收量或叶绿体O2释放量或C6H12O6制造量呼吸速率(遮光条件下测得)CO2释放量或O2吸收量或线粒体CO2释放量或线粒体O2吸收量或C6H12O6消耗量(2)计算公式:真正(总)光合速率=表观(净)光合速率+呼吸速率。具体可表示为:真正(总)光合速率=从外界吸收CO2的速率+呼吸释放CO2的速率,或真正(总)光合速率=释放O2的速率+呼吸消耗O2的速率。考点三影响光合速率的环境因素分析及应用问题引领:(1)连续阴天时,如何提高大棚内作物的产量?(2)提高大田作物产量的措施有哪些?知识归纳1.单因子变量对光合作用的影响见附表2.多因子变量对光合速率影响的分析(1)图像(2)曲线分析①P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,光合速率不断提高。②到Q点时,横坐标所表示的因子,不再是限制光合速率的因素,要想提高光合速率,可适当提高图示其他因子强度。3.应用:提高农作物产量的具体措施及机理归纳见附表【例5】(2014·余杭月考)如图曲线Ⅰ表示黄豆在适宜温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合速率与光强度的关系。在y点时改变某条件,结果发生了如曲线Ⅱ的变化。下列分析合理的是(

)典例训练A.与y点相比较,x点时叶绿体中C3含量低B.在y点时,适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为ⅡC.x点时光合作用的制约因素主要是叶绿体中色素的含量D.z点时光合作用的制约因素可能是二氧化碳浓度【解题指导】

x点时,光强度较弱,光反应提供的NADPH和ATP较少,C3的浓度较y点时高,A项不正确;题目中提到已是在适宜温度下,如果再提高温度,会降低光合速率,B项不正确;制约x点的光合作用因素是光强度,C项不正确;在适宜温度下和同等光强度条件下,提高CO2浓度可提高光合作用速率,D项正确。答案:D【前连后挂】

处在食物链中的绿色植物光合作用发生变化对其他生物有什么影响?答案提示:若处在食物链中绿色植物光合作用减少,则会导致其他的生物数量减少,即出现连锁反应,因为第一营养级的生物是其他生物直接或间接的食物来源。【例6】

如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内。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【解题指导】

本题易错之处是不能正确分析图中各种曲线的含义及相互关系,特别是图中均涉及两个实验变量,需要考生根据单一变量原则进行分析。乙图中d点时的光照较c点强,光反应生成的ATP和NADPH较多,促进C3的还原,使RuBP生成量多,因此,RuBP与CO2结合生成C3的量也会增多,故B项正确。温度通过影响酶的活性影响代谢。在丙图中,随着温度的进一步升高,曲线上升到一定程度之后将下降。答案:D突破方法光合作用、细胞呼吸曲线中关键点移动方向的判断实验一:光合色素的提取与分离实验基础实验探究·积累技能

透析实验分析误差【实验原理】(1)利用色素溶于有机溶剂而不溶于水的性质,可以用95%乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。(2)利用各种色素在层析液中溶解度不同,随层析液在滤纸上扩散速度不同的原理可以使各种色素相互分离,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。SiO2

CaCO3

1cm透析实验1.色素提取过程中,加入二氧化硅和碳酸钙的作用分别是什么?透析:加入二氧化硅能增加摩擦力,破坏细胞结构,使研磨更充分。碳酸钙能防止研磨过程中色素被破坏。2.提取光合色素时,为什么最好选择新鲜的绿色叶片?透析:新鲜的绿色叶片中含色素较多,实验效果较好。3.研磨时为什么要充分、迅速?透析:一是为了使叶绿体完全破裂,从而能提取出较多的色素;二是叶绿素极不稳定,易被细胞中的酸性物质破坏。4.为什么盛放滤液的小试管管口要加软木塞?透析:防止乙醇挥发和色素氧化。5.在滤纸条一端剪去两角的目的是什么?透析:防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而形成弧形色素带。6.为什么滤纸预先要干燥处理(保持干燥)?透析:

使层析液在滤纸上扩散速度快。7.画滤液细线时,为什么一定要细且直?透析:这样可以防止色素带重叠,使色素分子均匀分布在一条直线上,做到扩散起点一致。8.为什么滤液细线干燥后要再画一次,共画3～4次?透析:增加滤液细线中色素的浓度,使分离的色素带更清晰分明。9.滤纸上画的滤液细线为什么要高于层析液液面?透析:如果滤液细线浸没在层析液中,会使滤液细线中的色素溶解在层析液中,无法在滤纸上扩散开来。误差分析误差1:分离色素时色素带颜色过浅。原因分析:(1)叶片颜色太浅;(2)叶片放置时间太久;(3)未加石英砂,研磨不充分;(4)未加CaCO3粉末;(5)加入提取液量太多(正确做法:分多次每次加入少量95%的乙醇提取色素);(6)滤液细线接触到层析液,使滤液细线中的色素溶解在层析液中。误差2:滤纸条色素带重叠。原因分析:画滤液细线时,没有画得细且直;滤纸条上的滤液细线接触到层析液。误差3:滤纸条上只有两条色素带。原因分析:使用的叶片已经衰老发黄了,所以只有类胡萝卜素的两条色素带。命题设计(2014·浙江杭州二中第二次月考)如图表示叶绿体色素提取与分离实验中纸层析的结果,据图判断用作实验材料的叶片颜色为(

)BA.红色 B.黄色 C.绿色 D.紫色解析:由图示可知从左到右四条色素带对应的色素名称是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。由其相对浓度可知胡萝卜素和叶黄素的含量高,叶绿素含量低,可判断实验叶片为黄色。实验二:探究环境因素对光合作用的影响实验基础【实验原理】(1)光合速率光合速率是指一定量的植物在单位时间内进行多少光合作用,表示光合速率的指标有

、

、有机物积累量。(2)影响光合速率的主要环境因素:

、

和

。O2释放量CO2吸收量光强度温度CO2浓度【实验思路】(1)探究光强度对光合速率影响的实验设计①组装如图装置三套,编号为甲、乙、丙。②分别向三支试管内加入等量的

和5%的NaHCO3溶液。③记录有色液滴的

。④取三只100W灯泡,分别置于距甲、乙、丙10cm、20cm、50cm处,一段时间后,记录

。(2)探究温度对光合速率影响的实验设计①组装如(1)中装置三套,编号为甲、乙、丙。②分别向三支试管内加入等量的小球藻和

溶液。③将三支试管分别置于装有不同温度(15℃,25℃,35℃)水的烧杯中水浴保温。④记录有色液滴的

。⑤将三套装置给予

,一段时间后,记录液滴位置。小球藻起始位置液滴位置5%NaHCO3起始位置相同的光照(3)探究CO2浓度对光合速率影响的实验设计①组装如(1)中装置三套,编号为甲、乙、丙。②分别向三支试管内加入等量的

和不同浓度(1%,5%,10%)的NaHCO3溶液。③记录有色液滴的

。④给予三套装置相同的光照,一段时间后,记录液滴位置。小球藻起始位置透析实验1.为什么在探究一种环境因素对光合作用影响时,要保持其他因素相同且适宜?透析:设计实验时要遵循对照原则、单一变量原则等,这样得出的结论才具有严密性和科学性。2.探究光强度对光合速率的影响,除了用小球藻作为实验对象,还可以用什么材料?透析:

探究光强度对光合速率的影响,也可用打孔器打出绿叶的小圆形叶片,用注射器抽尽叶片内空气,使其沉底,给予不同光照后,比较叶片浮起的数量。3.为什么探究温度对光合速率影响的实验中使用5%NaHCO3溶液,是不是NaHCO3浓度越大越好?透析:若NaHCO3溶液浓度太大,会使植物细胞失水而发生质壁分离甚至死亡。误差分析误差1:探究光强度对光合速率影响的实验中,在50cm处观察到液滴几乎不动。原因分析:

①只有当光强度达到一定值时,植物才能进行光合作用,光合作用并非有光就能进行。②可能在此光强度下光合作用等于细胞呼吸,释放O2等于吸收O2,瓶内气压不变。误差2:探究光强度对光合速率影响的实验中,还可能存在温度的不同对实验结果的影响。原因分析:因为用100W灯泡作为光源,会产生热量,会改变装置内的温度,且距离越近,影响越大。改进措施:可以在光源与试管之间加装一个盛水的透明装置,既能透光,又能隔热和吸热。命题设计某生物兴趣小组利用下列材料用具设计实验,探究光照强度对光合作用的影响。请帮助完成下列实验方案。材料用具:打孔器、注射器、40W台灯、烧杯、菠菜叶片等。实验步骤:①取生长旺盛的菠菜叶片,用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片。②将小圆形叶片置于注射器内,并让注射器吸入清水,待排出注射器内残留的空气后,用手堵住注射器前端的小孔并缓慢拉动活塞,使小圆形叶片内的气体逸出。③将内部气体逸出的小圆形叶片放入

处盛有清水的烧杯中待用。

④取3只小烧杯,编号甲、乙、丙,分别倒入20mL富含

的清水。

⑤分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片,然后分别

。

⑥观察并记录。请回答:(1)设置步骤②使小圆形叶片内的气体逸出的目的是

。

(2)在实验步骤的横线上填空:③

,④

,

⑤

。

(3)此实验属于定

(填“性”或“量”)实验。因变量是

。

(4)设计一张用于记录实验结果的表格。解析:从试题实验设计分析,本实验的实验目的是探究光照强度对光合作用的影响。实验原理是光照强度影响植物的光合作用,光合作用释放氧气。光合作用的强弱可通过氧气的释放量来表示。在本实验中,自变量是光照强度,可通过调节台灯的亮度或台灯与装置之间的距离控制。因变量是氧气的释放量,通过上浮的叶片数量表示。无关变量是叶片数量、照光时间等。制作表格时注意行和列的含义。答案:(1)排除叶片内原有气体对实验的干扰(2)黑暗CO2(或NaHCO3)对3个实验装置进行强、中、弱三种光照处理(或将3个实验装置分别放在距台灯不同距离的三个地方或调节台灯的亮度)(3)性光合作用产生的氧气量(或光合作用的强度)(写出氧气量即可,写上浮的叶片数量不对)(4)要求横向写出“光照强度”和“小圆形叶片浮起的数量”,纵向有甲、乙、丙编号,需填的空格数有6格。(注:小烧杯可不写,横向和纵向内容可以调换)小烧杯光照强度小圆形叶片浮起的数量甲乙丙题组演练·科学高效

题组集训对点落实题组一光合作用过程及影响因素1.(2014·杭州外国语学校高三期中)

Kalvin等人研究光合作用时进行了以下实验:在某种绿藻培养液中通入14CO2,再给予不同的光照时间后从培养液中提取并分析放射性物质。预测实验结果是(

)A.光照时间越长,固定产生的三碳糖越多B.在一定时间内光照时间越长,产生的放射性物质的种类越多C.无论光照时间长短,放射性物质都会分布在叶绿体的类囊体膜上D.只要给予光照,放射性就会出现在NADPH中B解析:由于往绿藻培养液中通入14CO2的量一定,在一定的时间里随着光照时间的延长,14CO2先用于固定形成三碳糖,再合成有机物,因此,产生的放射性物质的种类会越来越多,B正确。但是随着光照时间的延长,14CO2被大量利用而不足时,固定产生的三碳糖将减少,A错误。在叶绿体的类囊体膜上进行的是光反应,水的光解不会出现放射性物质,NADPH中也不会出现,C、D错误。2.(2014·温州第一次联考)绿色植物是主要的能量转换者,因为它们均含有叶绿体(图甲)这一能完成能量转换的细胞器,图乙是图甲中的色素分离结果,图丙是在图甲④结构中进行的生化反应,①～④分别代表图甲中叶绿体的结构。下列相关分析中,正确的是(

)A.图甲中①和③的成分和结构相似,色素分布于②和④中B.图乙中色素带由1到4分别是叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素、叶黄素C.环境条件相对稳定的条件下,图甲④中的C3含量多于RuBPD.如果突然降低CO2的浓度,