高考生物一轮复习《第4节 光合作用与能量转化》教案（两套）

第4节光合作用与能量转化第1课时捕获光能的色素和结构内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.理解实验“绿叶中色素的提取和分离”的原理和方法，掌握基本操作技能。2.掌握绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。水平一2.科学探究——实验思路及设计：科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。水平二知识点2：绿叶中色素的提取和分离知识梳理1.提取叶绿体中的色素(1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。若实验室缺少无水乙醇，可以用95%的乙醇，但需加入适量的无水Na2CO3以除去水分。(2)实验步骤：取材—称取5g新鲜的菠菜叶过滤—将研磨液过滤到试管中，及时用棉塞塞紧试管口2.分离绿叶中的色素方法：纸层析法(1)原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。(2)实验步骤：科学探究——绿叶中色素的提取和分离下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：1.提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？A、B、C各起什么作用？提示A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是无水乙醇，作用是溶解色素。2.色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？提示否则滤液细线会被层析液溶解，不能分离。3.下图是分离到的色素在滤纸条上的分布情况，那么：提取和分离色素的方法：提取方法：无水乙醇提取色素分离方法：纸层析法(1)含量最多和最少的色素分别是哪两种？提示叶绿素a和胡萝卜素。(2)在层析液中溶解度最高和最低的色素分别是哪两种？提示胡萝卜素和叶绿素b。(3)分子结构最相似的是哪两种色素？提示叶绿素a和叶绿素b。[典例1]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易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以甲可能是用蒸馏水作提取液和层析液的结果；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；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；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。答案C[变式训练]从植物叶片中提取光合色素并用纸层析法分离。结果如图。下列判断正确的是()A.该植物叶片主要吸收蓝紫光和红光B.该植物叶片中含量最多的色素是叶绿素bC.提取色素时要加入蒸馏水、二氧化硅、碳酸钙D.滤纸条最上方的色素带呈蓝绿色解析滤纸条上的4条色素带对应的色素自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。叶绿素a的含量最多，B错误；光合色素不溶于水，提取光合色素不可用水，而用无水乙醇等有机溶剂，C错误；滤纸条最上方的是胡萝卜素，呈橙黄色，D错误。答案A联想质疑★滤纸条边缘的溶液分子运动速度快，中间的溶液分子运动速度慢，为了跑出平齐的色素带，要剪去滤纸条两角。★滤液细线不能触及层析液收集到的滤液绿色过浅原因①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少③一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)④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏滤纸条色素带重叠原因①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带原因①忘记画滤液细线②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★北方的秋天，叶绿素受气温下降等因素的影响，逐渐分解、消失，而类胡萝卜素则比较稳定，所以秋天叶子变黄。用秋冬季节的叶片做色素提取、分离实验时，色素在滤纸条上的分布有何变化？提示：叶绿素a和叶绿素b对应条带变窄，甚至没有。知识点2：捕获光能的色素和结构知识梳理1.绿叶中色素的种类与光能吸收色素种类叶绿素(3/4)类胡萝卜(1/4)叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素颜色蓝绿色黄绿色橙黄色黄色光能吸收主要吸收蓝紫光和红光主要吸收蓝紫光分布叶绿体的类囊体的薄膜上2.叶绿体的结构和功能(1)形态：一般呈扁平的椭球形或球形。(2)结构：填写图中字母所代表的结构：a.外膜，b.内膜c.基质d.基粒。(3)功能：进行光合作用的场所。实验证据：恩格尔曼实验中，需氧细菌只聚集在叶绿体受光的部位。生命观念——捕获光能的色素和结构1.光合色素分布在叶绿体中，请结合下面材料探究叶绿体的结构和功能。(1)光合作用的色素分布在类囊体薄膜(基粒)，光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和基质中。(2)叶绿体扩展膜面积的方式是类囊体薄膜堆叠成基粒，其意义是分布有更多的酶和色素，有利于光合作用的进行。eq\a\vs4\al(体现了叶绿体结构与功能的相适应)2.下图为不同色素的吸收光谱，请据图回答下列问题：(1)说出色素1和色素2分别代表哪种色素？提示色素1代表叶绿素b，色素2代表叶绿素a。(2)分析叶片为什么呈现绿色？提示各种色素主要吸收蓝紫光和红光，而对绿光吸收最少，绿光被反射出去使叶片呈绿色。(3)大棚种植蔬菜时，应选择使用的塑料薄膜的颜色最好是无色透明的。3.德国科学家恩格尔曼用载有水绵和需氧细菌的临时装片为材料，进行了光合作用的实验探究，实验原理图如图所示，请思考：(1)甲、乙在处理方法上有何不同？结果有何不同？提示①处理方法不同，甲：将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。乙：将上述装片“完全暴露于光下”。②结果：甲：需氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。乙：需氧细菌分布于叶绿体所有受光部位。(2)本实验选择水绵及需氧细菌有何巧妙之处？提示选择水绵和需氧细菌：水绵叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气的部位。(3)实验中甲组设置方案有何巧妙之处？提示巧妙排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和除极细光束外其他光的干扰。(4)请分析本实验如何设置了对照组？提示本实验巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照部位和黑暗部位，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。[典例2]如图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是()A.①和②具有选择透过性功能B.③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶C.③和④中都有与光合作用有关的酶D.有叶绿体的细胞才能进行光合作用解析①②表示叶绿体的双层膜，它们是具有选择透过性的，③为叶绿体的基粒，其上含有进行光合作用的色素和酶，④基质也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关的酶。具有与光合作用有关的酶和光合色素而不具有叶绿体的蓝细菌也能进行光合作用。答案D[典例3]如图为水绵结构模式图，恩格尔曼进行实验时，把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细光束对水绵细胞的不同部位(如a处)做点状投射，发现水中的需氧细菌明显聚集在叶绿体被光照射处；若将装片完全暴露在光下，需氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。此实验证明了()A.氧气是由水分解来的B.叶绿体是光合作用的场所C.光合作用能产生淀粉D.光合作用需以二氧化碳作原料解析由题意可知，只有被光照射到的叶绿体部位才能产生氧气。答案B联想质疑★叶子中的色素对绿光吸收少，绿光被反射出来，故一般叶子呈绿色。★科学解释：类囊体薄膜堆叠成基粒，大大增加了受光面积。1.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。从这一实验你能得出什么结论？提示：叶绿体主要利用红光和蓝紫光进行光合作用，放出O2。2.叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所，该说法是否正确？进行光合作用的生物都有叶绿体吗？提示：不正确，叶绿体是绿色植物进行光合作用的唯一场所。进行光合作用的生物未必具有叶绿体(如蓝细菌)。课堂小结随堂检测1.关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是()A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C.通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的解析叶绿体中的色素能够溶解在包括无水乙醇在内的有机溶剂中，A正确；叶绿素分子中含有镁元素，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D正确。答案C2.如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素()A.叶绿素、类胡萝卜素 B.类胡萝卜素、叶绿素C.叶黄素、叶绿素a D.叶绿素a、叶绿素b解析据图分析，色素A吸收波峰为红光和蓝紫光，则色素A表示叶绿素；色素B吸收波峰只有蓝紫光，则色素B代表类胡萝卜素。答案A3.叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构的叙述，正确的是()A.在光学显微镜下，可以观察到叶绿体的类囊体B.叶绿体具有双层膜，即外膜和内膜，其中内膜上附着有与光合作用有关的酶C.叶绿体的形态和分布不会发生改变D.叶绿体的类囊体增大了膜面积，有利于光合作用的进行解析光学显微镜下可以观察到叶绿体，但不能观察到类囊体，A错误；叶绿体具有内外两层膜，光合作用有关的酶分布于叶绿体基质和类囊体膜上，B错误；叶绿体会随着细胞质的流动而变换位置，C错误；叶绿体的类囊体增大了膜面积，有利于光合作用的进行，D正确。答案D4.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，错误的是()A.二氧化硅有助于研磨得充分B.叶绿素a的色素带最宽，溶解度最高C.滤纸条插入时应注意滤液细线不能触及层析液D.用毛细吸管吸取少量滤液，画在滤纸条一端解析叶绿素a的色素含量最多，色素带最宽，但溶解度最高的是胡萝卜素，B错误。答案B5.在圆形滤纸的中央，滴上叶绿体中的色素滤液进行色素分离，可看到近似同心环状的四个色素圈，排在最外的一个呈()A.蓝绿色 B.黄绿色C.黄色 D.橙黄色解析因为呈橙黄色的胡萝卜素扩散的速度最快，因此排在最外一圈。答案D课时作业(时间：30分钟)知识点1绿叶中色素的提取和分离1.光合色素提取实验中，适宜的实验材料是()A.菠菜叶片 B.洋葱鳞茎C.马铃薯块茎 D.番薯块根解析菠菜叶片的叶肉细胞中含有大量的叶绿体，可以用于提取叶绿体色素；洋葱鳞茎、马铃薯块茎、番薯块根没有叶绿体，无法提取光合色素。答案A2.在做“叶绿体中色素的提取和分离”实验时，研磨绿叶不需要加入()A.无水乙醇 B.碳酸钙C.二氧化硅 D.层析液解析研磨叶片是为了提取叶绿素，无水乙醇可溶解色素，加二氧化硅可使研磨充分，加碳酸钙是为了防止研磨时叶绿素被破坏。而层析液是用于分离色素的，在提取时不需加入。答案D3.某兴趣小组选择了新鲜菠菜的“绿叶”、“嫩黄叶”，做绿叶中色素的提取和分离实验。色素层析结果如图，下面叙述正确的是()A.提取色素的原理是色素在层析液中溶解度不同B.如果以“绿叶”为实验材料，实验中没加碳酸钙也可能出现和“嫩黄叶”相似的结果C.如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间，则吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域D.甲为“嫩黄叶”，乙为新鲜菠菜的“绿叶”解析提取色素的原理是叶绿体中的色素不溶于水而溶于有机溶剂，分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同，A错误；研磨叶片时加CaCO3的作用是防止色素被破坏，如果以“绿叶”为实验材料，实验中没加碳酸钙也可能出现和“嫩黄叶”相似的结果，B正确；由于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，如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间，则吸收光谱最明显的差异出现在红光区域，C错误；新鲜菠菜所含叶绿素a和叶绿素b较多，叶绿素a带和叶绿素b带较宽，所以甲为新鲜菠菜的“绿叶”，乙为“嫩黄叶”，D错误。答案B4.秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而叶绿素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：用无水乙醇提取叶片中色素，用层析液进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，有关推断不合理的是()A.变窄的是叶黄素和叶绿素aB.低温叶绿素容易被破坏C.滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素不溶于无水乙醇D.叶绿素易溶于无水乙醇解析叶绿体中色素分离实验中色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此变窄的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b，A错误；秋天叶片变黄是因为低温破坏了叶绿素，B正确；如果花青素溶于有机溶剂，则滤纸条上会有花青素，所以滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素不溶于无水乙醇，C正确；提取色素的依据是相关色素易溶于有机溶剂—无水乙醇，D正确。答案A5.下列有关叶绿体中色素提取与分离实验及创新改进的说法中，不合理的是()A.设计一个对照实验，一组在研磨前加CaCO3，另一组不加，然后按规定步骤研磨并仔细观察现象，可探究CaCO3加与不加对实验的影响B.秋季使用黄色或红色叶片做实验材料可以证明叶片中不含叶绿素C.把滤液细线画的宽一点做层析可以探究滤液细线的宽度对实验的影响D.用不同量的绿叶作实验，试验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中滤液的量是否需要准确称量及滤液纯度对实验的影响解析探究CaCO3加与不加对实验的影响实验中，自变量为是否加CaCO3，因此一组在研磨前加CaCO3，另一组不加，然后按规定步骤研磨并仔细观察现象，A正确；植物细胞叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，而红色叶片的颜色是因为液泡中的花青素，与叶绿体中的色素无关，B错误；把滤液细线画的宽一点做层析，与正常宽度做对比，可以探究滤液细线的宽度对实验的影响，C正确；用不同量的绿叶作实验，试验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及滤液纯度对实验的影响，D正确。答案B6.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是()①加入的提取液太多②用无水乙醇代替丙酮③研磨时没有加入碳酸钙④研磨时没有加入二氧化硅⑤取的叶片叶脉过多，叶肉细胞过少⑥画滤液细线的次数少⑦使用放置数天的菠菜叶A.①③⑦ B.②④⑤C.①③④⑤⑥⑦ D.②③④⑤⑥解析在实验中，滤纸条上的色素带颜色较浅的原因可能是：滤液中色素含量少；在滤纸条上画滤液细线时，重复的次数太少；加入的提取液太多，使滤液中色素浓度降低。滤液中色素含量少的原因可能是：没有加入二氧化硅，导致研磨不充分；研磨时没有加入碳酸钙，使部分色素被破坏；选取的叶片中叶肉细胞少，色素含量低；叶片不新鲜，里面的色素被破坏。答案C知识点2捕获光能的色素和结构7.在叶绿体中色素的分离过程中，滤纸条上扩散速度最慢的色素及其主要吸收的光是()A.叶绿素a，蓝紫光B.叶绿素a，红光和蓝紫光C.叶绿素b，蓝紫光D.叶绿素b，红光和蓝紫光解析各色素随层析液在滤纸条上扩散速度不同，叶绿素b溶解度小，扩散速度慢；叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。答案D8.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，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条解析水稻叶片中的叶黄素缺失，其对蓝紫光的吸收减小，但对红光的吸收无明显差异。色素层析条带从上至下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶黄素缺失则会导致色素层析条带从上至下缺失第2条。答案B9.下图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)，以下对该图的分析错误的是()A.图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光B.总吸收光谱是代表叶绿体四种色素对光能的吸收C.图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用D.总吸收光谱与光合作用的作用光谱基本一致，说明叶绿体色素吸收的光能都能参加光合作用解析图示中，叶绿素a的吸收值有两个波峰，主要集中于红光和蓝紫光区；总吸收光谱是指叶绿体色素总吸收值，叶绿体含四种光合色素；图示中，作用光谱的变化趋势与总吸收光谱非常相似，说明色素吸收的光均可用于光合作用。答案C10.将长势相同的三盆麦苗分别置于钟罩内，如下图所示，若干天后，与丙盆相比，甲、乙两盆麦苗的长势是()A.甲、乙、丙三盆麦苗长势相近B.乙与丙长势相近，甲比丙长势差C.甲与丙长势相近，乙比丙长势差D.甲、乙长势都比丙好解析只有绿光能透过绿色透明膜，光合色素对绿光吸收最少，光合作用最弱，甲装置中麦苗长势较差；只有蓝紫光能够透过蓝紫色透明膜，光合色素对蓝紫光吸收较多，植物进行的光合作用较强，因此乙装置中麦苗长势较好；太阳光能够透过无色透明膜，植物进行的光合作用最强。答案B11.叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是()A.叶绿体中的色素都分布在类囊体结构的膜上B.叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中D.光合作用的酶分布在外膜、内膜和基粒上解析类囊体是光反应的场所，叶绿体中的色素都分布在类囊体结构的膜上，A正确，B错误；光合作用分为光反应和暗反应阶段，光反应的场所是类囊体膜，暗反应的场所是叶绿体基质，因此与光反应有关的酶分布在类囊体膜上，与暗反应有关的酶分布在叶绿体基质中，C错误，D错误。答案A12.关于叶绿体中的类囊体的叙述正确的是()A.叶绿体中的一个个基粒就是一个个类囊体B.全部光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上C.组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系D.基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积答案D13.德国科学家恩格尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体)，研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一张载有需氧细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移往氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如图所示：(1)描述B情况下细菌的分布情况如何？，如此分布是因为光合作用释放。(2)该实验证实了光合作用的场所是，吸收光能的色素和催化反应的酶分别分布在_____________________________________________。(3)恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是什么？___________________________，在区域的细菌特别多。解析(1)白光的光质较为均匀，需氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。(2)通过螺旋状的叶绿体与需氧细菌的关系可以看出进行光合作用的场所是叶绿体，吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中。(3)在C实验中的自变量是光质，主要有红、绿、蓝三区，而在红光和蓝光区域的需氧细菌远远多于绿光区域。答案(1)细菌集中在叶绿体周围O2(2)叶绿体类囊体的薄膜上、类囊体上和叶绿体基质中(3)探究不同颜色的光对光合作用的影响红光和蓝光14.关于叶绿体中光合色素的提取和分离实验。(1)某同学在做“叶绿体中光合色素的提取和分离”的实验时，操作情况如下所述：①将2g新鲜完整的菠菜叶，放在研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨。②用毛细吸管吸取少量滤液，沿滤纸上的铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，并连续迅速地重复画一两次。③把画好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散。结果实验失败，请指出其错误所在：①___________________________________________________________，②___________________________________________________________，③___________________________________________________________。(2)某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别，选择了新鲜菠菜的“绿叶”、“嫩黄叶”，做叶绿体中光合色素的提取和分离实验。色素层析结果如图，请根据实验结果填写下表：组别滤纸条编号判断依据绿叶组嫩黄叶组答案(1)①不应用完整叶片而应剪碎②不应连续迅速重复画线，而应干后重复画线③不应摇晃，以免层析液没及滤液细线(2)组别滤纸条编号判断依据绿叶组A叶绿素a带和叶绿素b带较宽嫩黄叶组B叶绿素a带和叶绿素b带较窄15.光和叶绿体是光合作用的重要条件，淀粉是光合作用的主要生成物。要验证光合作用需要光和叶绿体。根据提供的实验材料和用具，补充完善实验步骤和实验结果，并分析回答有关问题：(1)材料用具：银边天竺葵(叶边缘呈白色，无叶绿体)，黑纸片，打孔器，白纸板，吸管，适宜浓度的酒精，碘液，回形针。(2)实验步骤：①第一步：_____________________________________________。②第二步：把黑纸片用回形针夹在绿色部位上，然后把植株放在阳光下照射4～6h。③第三步：剪下此叶片，用打孔器分别在A、B和C各取一个叶圆片。④第四步：把取下的叶圆片放入装有酒精溶液的试管中，热水浴加热、脱色，清水中漂洗。⑤第五步：_____________________________________________________(3)预期结果：A；B；C。(4)分析问题：①要证明光合作用需要光，需比较和，其中起对照作用的是。②要证明光合作用需要叶绿体，需比较和，其中起对照作用的是。解析此实验要证明光合作用需要的条件是光和叶绿体，需做对照实验，给予实验条件处理的是实验组，没有实验条件处理的是对照组，由于实验现象是检测淀粉的生成，所以事先给植物进行黑暗处理，以消耗掉原来的淀粉。答案(2)①将天竺葵放在黑暗处24h③用黑纸片遮光的绿色部分照光的绿色部位照光的白色部位⑤将三个叶圆片放在白纸板上，用吸管吸取碘液，分别滴在三个叶圆片上，观察现象(3)A.不变蓝B.变蓝C.不变蓝(4)①ABB②CBB第2课时光合作用的原理和应用内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.分析光合作用的过程，比较光反应和暗反应。2.分析影响光合作用的环境因素。3.举例说明光合作用原理的实践应用。1.科学思维——分析与综合：分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。水平二2.科学探究——根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。水平三3.社会责任——能够根据光合作用原理指导生产实践。水平三知识点1：光合作用的原理知识梳理1.光合作用概念(1)概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和水转化成储存能量的有机物，并且释放氧气的过程。(2)反应式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up12(光能),\s\do12(叶绿体))(CH2O)＋O2(3)光合作用可分为光反应和暗反应(也叫作碳反应)两个阶段2.光合作用物质转化探索(1)实验方法：同位素标记法(2)探究过程：3.光反应阶段(1)场所：叶绿体的类囊体薄膜上。(2)条件：必须在光下才能进行(3)(4)能量变化：光能转化为活跃化学能储存在ATP中4.暗反应阶段(1)场所：叶绿体基质。(2)物质变化：光合作用光反应消耗水，暗反应的C3还原过程产生水①CO2的固定1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。②三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP和NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等。③ATP被消耗重新形成ADP和Pi。(3)能量变化：活跃化学能转变成糖类等有机物中的稳定化学能。生命观念——光合作用的过程如图为光合作用过程，请分析回答：(1)光反应和暗反应都需要光吗？原料分别有哪些？提示光反应需要光，暗反应有光无光都可以；原料：光反应：H2O、ADP、Pi；暗反应：CO2以及光反应产生的ATP、[H]。(2)光反应和暗反应的酶分布在叶绿体的什么部位？提示光反应的酶分布于叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的酶分布在叶绿体的基质中。(3)光反应的产物有哪些？产物的去向用途如何？提示光反应的产物有ATP、[H]以及O2；ATP、[H]将进入叶绿体基质参与暗反应用于C3的还原；而O2则进入线粒体参与细胞呼吸，或以气体形式从植物表皮的气孔释放进入大气。(4)光合作用的光反应和暗反应是一个有机的整体，如何理解？提示光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。如果没有光反应，则不能为暗反应提供光反应的产物ATP和[H]，暗反应就不能进行；同样如果没有暗反应，光反应产生的ATP和[H]会大量积累，也会抑制光反应的进行。所以光反应和暗反应是一个有机的整体。(5)科学研究表明，光合作用的产物除了糖类(包括淀粉、葡萄糖等)和O2外，蛋白质和脂质也是光合作用的产物。我们用实验怎样证明这种观点呢？提示根据同位素标记法，以14C标记参加光合作用的CO2，测定其带放射性的产物中是否有蛋白质、脂质。[典例1]甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在细胞内的变化曲线。据图回答问题：(1)图中A表示的物质是，它是由产生的，其作用主要是。(2)图中ATP形成所需的能量最终来自于。若用同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是。光合作用产生的ATP只能用于暗反应，其他生命活动消耗的ATP来自细胞呼吸。(3)图中曲线a表示的化合物是，在无光照时，其含量迅速上升的原因是_________________________________________________________。(4)曲线b表示的化合物是，在无光照时，其含量下降的原因是______________________________________________________________________________________________________________________。解析分析甲图可以看出，过程②为C3的还原，它需要ATP和[H]，[H]是水在光下分解产生的。CO2首先被C5固定生成C3，然后被还原生成葡萄糖等有机物。根据图乙，黑暗条件下光反应停止，产生的[H]和ATP迅速减少，使C3的还原受阻，而此时CO2仍在不断地被C5固定成C3而使C3的含量迅速上升，可见a应是C3含量的变化曲线，那么b则是C5含量的变化曲线。答案(1)[H]水在光下分解用于C3的还原和提供能量(2)太阳光能(CH2O)(3)C3无光时，C3还原受阻，C3合成仍在进行(4)C5C5与CO2结合形成C3，且C3不能被还原为C5[变式训练1]下图是黑藻光合作用过程示意图(用字母代表物质)。请分析回答：(1)反应Ⅰ发生的场所是，其中产物B是。(2)在反应Ⅱ中C5不断被利用，但含量仍能保持稳定的原因是。光合作用合成的C3，大部分运至叶绿体外转变成蔗糖，还有一部分在叶绿体中转变成。(3)若要分析黑藻叶绿体的色素种类，制备色素提取液时需要加入可使研磨充分。将提取到的滤液收集到试管中，塞上橡皮塞，将试管置于适当的光照条件下2～3min后，试管内氧气的含量(填“增加”“减少”“不变”)(4)给黑藻提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O是由于_____________________________________________________________。答案(1)类囊体膜(或光合膜、叶绿体基粒)[H](2)C5可以再生淀粉、蛋白质和脂质(写出淀粉即可)(3)二氧化硅(SiO2)不变(4)C18O2经光合作用产生Heq\o\al(18,2)O，然后光合作用利用Heq\o\al(18,2)O产生含18O的氧气(用箭头表示也可)联想质疑★光合作用能够制造有机物，进行光合作用的生物有原核生物中的蓝细菌、光合细菌和真核生物中的绿色植物。巧记光合作用过程的“一、二、三、四”★在光照条件下，绿色植物才能进行光合作用，吸收CO2，放出O2；在无光照的时候，只进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO2。光合作用过程中元素的转移途径①光合作用过程中O元素的转移途径Heq\o\al(18,2)Oeq\o(→,\s\up7(光反应))eq\a\vs4\al(18O2)C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(CHeq\o\al(18,2)O)＋Heq\o\al(18,2)O②光合作用过程中C元素的转移途径14CO2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))eq\a\vs4\al(14C3)eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)③光合作用过程中H元素的转移途径：H2O→[H]→(CH2O)＋H2O知识点2：探究光照强度对光合作用的影响知识梳理1.光合作用强度的表示方法eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(单位时间内光合作用产生的有机物的量,单位时间内光合作用吸收CO2的量,单位时间内光合作用放出O2的量))2.探究光照强度对光合作用强度的影响自变量：光照强度(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片上浮的数量越多。(2)实验流程：打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出(直径＝0.6cm)避开大的叶脉↓抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2等)一般要重复2～3次↓小圆形叶片沉到水底：将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底↓遵循平行重复性原则强、中、弱三种光照处理：取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水，各放入10片小圆形叶片，用强、中、弱三种光照分别照射↓可利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量(3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量越多，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。科学思维——光照强度对光合作用的影响结合细胞呼吸，人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：1.图中A、B、C各点代表的生物学意义分别是什么？提示A点：光照强度为零，只进行细胞呼吸。B点：光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点。C点：是光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。2.OA段的含义是什么？其大小主要受哪种环境因素的影响？提示OA段代表呼吸作用强度。其大小主要受温度的影响。3.DE段的含义是什么？如果此时想增加光合作用强度，可以采取哪些措施？提示DE段光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。可以通过调整温度和增加CO2浓度等措施增加光合作用强度。4.若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，这是在25℃测得的曲线，若温度升至30℃，曲线中A点，B点将如何变化？提示A点下移，B点右移。5.通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如下图所示。那么曲线中AB段(不包括A、B两点)中哪些过程是存在的(用如图字母表示)？提示c、d、e、f。[典例2]甲图表示某植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度的关系，乙图表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断，下列说法正确的是(注：不考虑无氧呼吸)()A.甲图中的纵坐标数值对应乙图中的m4B.甲图中C点时，乙图中有m1＝n1＝m4＝n4C.甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，其主要原因是m1值太低D.甲图中A、B、C、D、E任意一点，乙图中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0解析分析题图可知，乙图中上面的细胞器是线粒体，下面的细胞器是叶绿体。M代表CO2，N代表O2。甲图中的纵坐标数值为净光合作用量，故当光照强度小于C点对应的光照强度时，对应图乙中的m2，当光照强度大于C点对应的光照强度时，对应图乙中的m3，即从外界吸收的CO2量，A错误；甲图中C点既没有CO2的释放也没有CO2的吸收，因此m1＝n1＝m4＝n4，B正确；甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，说明光合作用强度不再随光照强度的增强而增加，其主要原因不是m1值太低，而是受外界CO2量的影响，也就是受m3的影响，C错误；甲图中A、B、C、D、E任意一点，乙图中都有m1＝n1>0，但由于D、E点细胞呼吸强度小于光合作用强度，应为m3＝n3>0，C点细胞呼吸强度等于光合作用强度，m3＝n3＝0，C、D、E点时都有m2＝n2＝0，D错误。答案B[变式训练2]植物的光合作用受光强度、CO2浓度等环境因素的影响(如图)。下列叙述错误的是()A.A点条件下NADPH的合成速率大于B点B.B点条件下C5的再生速率小于C点C.X一般大于大气中CO2浓度D.A点对应的光强度一般大于全日照解析A点光照强度大于B点，光反应强，NADPH的合成速率也较大，A正确；B点CO2浓度小于C点，碳反应较弱，C5的再生速率较小，B正确；CO2为X浓度条件下植物光合速率较大，因此X一般大于大气中CO2浓度，C正确；A点对应的光强度下，光合速率最大，为光饱和点，但全日照的光强度，根据题意无法判断，故选D。答案D联想质疑★叶绿体是光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。光照强度对光合作用强度的影响曲线①关键点：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，单位时间内释放的CO2量表示呼吸速率。B点细胞呼吸释放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等，此时的光照强度称为光补偿点。C点时已经达到了光饱和点，此时光照强度增加，光合作用强度不再增加。②关键线段：AB段光合作用的强度小于细胞呼吸的强度；BC段光合作用的强度大于细胞呼吸的强度。微观分析光合作用与细胞呼吸之间的气体变化知识点3：影响光合作用的因素及应用知识梳理一、影响光合作用的环境因素环境因素为影响光合作用的外因，影响光合作用的内因包括色素的种类和含量，酶的含量和活性等因素。1.光照强度光照强度低时，植物光合速率低。光照强度增强，光合速率变大；光照强度进一步提高，光合速率增加幅度减小；光照强度超过某一定值时，光合速率不再增加。2.CO2的浓度CO2是光合作用的原料之一。在一定范围内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而增加，达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率不再增加(如上图所示)。3.温度温度影响酶活性，因而对光合速率也有明显的影响。(1)不同植物光合作用的最适温度不同，一般在25～30℃。(2)低温下植物光合速率变低的原因主要是酶活性降低。(3)高温下光合速率变低的原因主要是高温使植物失水过多，影响气孔的开闭，减少了CO2进入细胞的量。4.水和矿质元素会直接或间接地影响植物光合速率。(1)水是光合作用的原料，能直接影响植物光合速率；(2)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响ATP的合成，缺少Mg会影响叶绿素的合成。土壤矿质元素过多，会引起细胞渗透失水，光合速率下降。二、光合作用原理的应用及化能合成作用1.光合作用原理的应用(1)大田：利用套种、合理密植等措施充分吸收阳光以达到目的。(2)大棚：适当延长光照时间，提高CO2浓度和温度以提高光合作用效率。(3)提供适宜浓度的矿质元素，如施用含N、P、K、Mn、Zn元素的肥料。2.化能合成作用(1)概念：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制作有机物的合成作用。(2)实例：硝化细菌能利用氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸，这两个过程中释放的化学能将二氧化碳和水合成为糖类，供自身利用。科学思维——影响光合作用的因素及应用科学家研究光照强度、CO2浓度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图，请据图分析：(1)结合光合作用的过程，解释曲线Ⅰ形成的原因。提示光照是光合作用光反应的条件，主要影响光反应。光照强度增加，[H]和ATP生成速率增大，光合作用速率增加，当达到饱和点后，光合作用速率不再增加。(2)光照强度为a时，曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明什么？此时曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异主要由引起。提示光照强度为a时，曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明此时温度不是限制因素，光照强度才是限制因素。CO2浓度(3)光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是什么？提示温度不同。【拓展应用】提高作物产量的四大途径途径措施或方法延长光照时间补充光照增大光合作用面积间作、合理密植提高光合作用效率提供适宜光照强度、提高CO2浓度(如通风)、合理施肥(供应适量必需矿质元素)提高净光合作用速率维持适当昼夜温差(白天适当升温，晚上适当降温)[典例3]下图甲表示植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。图乙表示植物在不同外界环境条件下，光合速率受CO2浓度影响的变化曲线。分析回答下列问题：(1)图甲中，当光照强度为K点时，叶绿体中ADP的移动方向是从移向。(2)图乙中，A点对应条件下，叶肉细胞中C3含量于B点；C点对应条件下，叶肉细胞中C5含量于B点；结合图甲信息，D点对应条件下，叶肉细胞中C5含量于C点。(3)根据图甲信息，图乙中的N线与K线应重合，而实际情况不是这样的。写出一个引起图乙中阴影显示的差距的主要外界因素。(4)综合上述分析，影响植物光合速率的因素包括_______________。解析(1)当光照强度为K点时，光反应消耗ADP，暗反应产生的ADP由叶绿体基质运往叶绿体类囊体薄膜。(2)由反应式“CO2＋C5→2C3”和“2C3eq\o(→,\s\up7([H]、ATP),\s\do5(酶))C5＋(CH2O)”可知：一定范围内CO2浓度增加可以使细胞中C3增加；一定范围内光照强度增强会导致细胞内C5增加。(3)图甲信息显示：只考虑光照的影响，光照强度由N增加到K时，光合速率几乎不变，故图乙的变化应是光照之外的其他因素引起的，比如温度等。(4)综合分析，影响光合作用的因素包括光照强度、CO2浓度、温度等。答案(1)叶绿体基质叶绿体类囊体薄膜(2)低高约等(3)温度(4)光照强度、CO2浓度、温度【一题多变】根据图中的曲线分析，在晴天，大田农作物光合作用的主要限制因素是什么？提示CO2浓度联想质疑★缺水时气孔关闭，影响CO2进入叶肉细胞，从光合产物积累的角度分析，植物缺水导致光合产物输出缓慢，使光合速率下降。★大棚中增加CO2浓度有助于提高作物光合作用效率。多因子对光合速率的影响(1)曲线分析：P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。Q点：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。大田中植物出现光合“午休”现象的原因是什么？提示：大田植物出现光合“午休”是因为中午气温过高，为降低蒸腾作用，气孔关闭，导致外界CO2无法进入叶片内部。课堂小结随堂检测1.下列属于光合作用光反应的是()A.2，4，6 B.2，3，6C.4，5，6 D.2，6解析光反应产生ATP和氧气。答案D2.下图为光合作用示意图，相关叙述错误的是()A.①表示O2，④表示CO2B.暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)C.C3的还原过程中，需要光反应提供的物质只有②D.(CH2O)可以转化为多糖、脂质解析据图分析，①表示O2，④表示CO2；暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)；C3的还原过程中，需要光反应提供的物质有②③；(CH2O)在植物细胞中可以转化为多糖、脂质等。答案C3.用一水生植物做如图所示的处理，不影响单位时间内产生气泡数的是()A.玻璃容器的容积 B.台灯与玻璃容器的距离C.溶于水中的CO2的量 D.水生植物的叶片数解析台灯与玻璃容器的距离决定了光照强度，溶于水中的二氧化碳是光合作用的原料，水生植物叶片数目决定了叶绿体数目。答案A4.我国青藏高原农区小麦产量高，新疆、甘肃产的瓜果特别甜，其主要原因是()A.昼夜温差大，太阳辐射强B.CO2浓度高C.雨量充沛D.气温偏低，水分蒸发少解析我国青藏高原、新疆、甘肃等地区海拔高，太阳辐射强，白天可以形成更多的糖类等光合产物；同时由于昼夜温差大，夜晚温度低，呼吸消耗的有机物较少，因此小麦产量高、瓜果特别甜。答案A5.如图曲线Ⅰ表示黄豆光合速率与光照强度的关系(适宜温度、CO2浓度为0.03%)。在Y点时改变某条件，曲线变为Ⅱ。下列分析合理的是()A.与Y点相比，X点叶绿体中的C3含量较低B.在Y点时，升高温度导致曲线由Ⅰ变为ⅡC.制约X点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量D.制约Z点光合作用的因素可能是CO2浓度解析X点的光照强度比Y点弱，所以X点的C3含量较Y点高，A错误；本来处于适宜温度下的Y点，升高温度会导致酶的活性降低，则所得到的曲线应在曲线Ⅰ的下方；X点光合作用的限制因素主要是光照强度；在大于光饱和点的光照强度处增加CO2浓度，可能会提高光合作用强度。答案D课时作业(时间：30分钟)知识点1光合作用过程1.如图是绿色植物细胞代谢的某一阶段的简图，下列说法错误的是()A.a过程是指CO2的固定B.b过程是指三碳化合物的还原C.c过程完全在线粒体内完成D.a、b、c三过程都需要酶参与解析图中的过程c是有氧呼吸，有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中完成，故C错误。答案C2.下列关于光合作用中光反应的叙述，错误的是()A.O2是光反应的产物之一B.有光和无光时都可以进行光反应C.光反应为暗反应提供[H]和ATPD.光反应在叶绿体的类囊体膜上进行解析光反应需要光照，暗反应不需要，所以无光条件下不能进行光反应。答案B3.下列关于光合作用的叙述，正确的是()A.绿色植物所有的细胞都能进行光合作用B.光合作用的产物既有有机物，也有无机物C.光合作用的光反应只在光下进行，暗反应只在黑暗中进行D.光合作用的暗反应需要酶，光反应不需要酶解析绿色植物含有叶绿体的细胞才能进行光合作用；光合作用的产物中糖类等是有机物，O2是无机物；光合作用的光反应需要光，只在白天进行，暗反应不需要光，有光无光都能进行；光合作用的光反应和暗反应都需要酶。答案B4.如图为叶绿体结构示意图，请据图回答：(1)捕获光能的色素分布于图中的[]上。(2)暗反应发生在图中[]中，它需要光反应提供。(3)科学家利用18O标记水中的氧，经光合作用后，18O将会出现在中。(4)CO2与C5结合生成C3的过程叫做。(5)如果突然停止CO2的供应，短时间内C3将会(填“增多”或“减少”)。解析(1)捕获光能的色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上。(2)碳反应发生在叶绿体基质中，它需要光反应提供的NADPH和ATP。(3)科学家利用18O标记水中的氧，经光合作用的光反应，水发生光解，产生氧气，所以18O将会出现在O2中。(4)暗反应中CO2与C5结合生成C3的过程叫做CO2的固定。(5)如果突然停止CO2的供应，二氧化碳的固定会减少，导致C3的生成减少，由于C3的还原不变，所以短时间内C3将会减少。答案(1)2类囊体薄膜(2)3叶绿体基质NADPH和ATP(3)O2(4)CO2的固定(5)减少5.用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性。能正确表示14C转移途径的是()A.14CO2→叶绿素→(14CH2O)B.14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)C.14CO2→14C5→(14CH2O)D.14CO2→14C3→(14CH2O)解析二氧化碳参加光合作用的暗反应，与C5固定生成C3，C3与光反应提供的[H]和ATP反应，生成(CH2O)，故D正确。答案D知识点2影响光合作用的因素及应用6.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，原因是()A.光反应强度升高，暗反应强度降低B.光反应强度降低，暗反应强度降低C.光反应强度不变，暗反应强度降低D.光反应强度降低，暗反应强度不变解析镁是叶绿素的组成成分，缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低，进而因[H]和ATP合成不足而使暗反应强度降低。答案B7.光照增强，光合作用增强，但在光照最强的夏季中午，由于气孔关闭，光合作用不但不能继续增强，反而下降，主要原因是()A.水分解产生的[H]的数量不足B.暗反应过程中三碳化合物产生量不足C.叶绿体利用光能合成的ATP的数量不足D.水分含量减少解析夏季中午光照强度过大，叶片气孔关闭，二氧化碳进入叶片受阻，导致光合作用的暗反应过程中三碳化合物产生量下降，使光合作用强度下降。答案B8.下列关于光照与光合速率之间的关系的叙述，正确的一项是()A.阴生植物的光合速率与光照强度成反比B.光照越强，光合速率越高C.适当地增强光照可以提高阴生植物光合速率D.阴生植物在光照条件下，光合速率为零解析阴生植物相对于阳生植物而言，达到最大光合速率所需的光照强度较低一些；阴生植物在弱光条件的光合速率随着光照强度增大而增加，当光照强度达到一定强度后光合速率不再增加。答案C9.温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽种农作物，以下哪种措施不能提高作物产量()A.增加室内CO2浓度B.增大室内昼夜温差C.增加光照强度D.采用绿色玻璃盖顶解析光合色素几乎不吸收绿光，绿光下光合强度低。答案D10.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C5微摩尔浓度的变化趋势如图。据此判断下列说法错误的是()A.图中物质A可表示C3B.图中物质B可表示C5C.若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，一段时间后，物质A的浓度将比物质B高D.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%时的高解析从暗反应图解可知，CO2浓度降低，C3化合物含量下降，C5化合物含量上升，A正确，B正确；若使植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，物质A三碳化合物和B五碳化合物浓度将达到稳定，光合作用处于动态平衡状态，C3浓度仍是C5的2倍，C正确；CO2浓度为0.003%时，由于CO2浓度低时，暗反应强度低，所需ATP和[H]少，所以该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的低，D错误。答案D11.图甲表示植物光合作用中的光反应，其中数字表示物质，a和b表示结构。图乙为“探究环境因素对光合作用的影响”的实验装置，广口瓶装有碳酸氢钠溶液以维持溶液中二氧化碳浓度。(说明：题中“[]”填数字或字母，“”填文字)请回答：(1)叶片中的光合色素存在于图甲中的[]。“光合色素的提取与分离”实验中，用液将光合色素在滤纸上分离，其中扩散最快的色素是。(2)图甲中，水中的氢转移到[]物质中，该物质在卡尔文循环中的作用是。(3)某研究小组利用图乙装置探究不同波长的光对黑藻光合作用的影响。光合作用速率常用图甲中[]的相对释放量表示，其释放量可依据图乙中估算。解析(1)甲图中①是O2，②为NADPH，③为NADP＋，④为ATP，⑤为ADP。a为类囊体腔，b为类囊体薄膜。光合色素在b上。(2)在光反应中水中的氢生成NADPH，在卡尔文循环中供氢又供能。(3)光合作用速率可用反应物的消耗量和生成物的生成量表示，量筒中液体的体积就是生成氧气的体积。答案(1)b类囊体薄膜层析胡萝卜素(2)②NADPH提供氢和能量(3)①氧气量筒中收集的液体体积12.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℃时光合速率与光照强度的关系。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、D的移动方向分别是()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、D三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用速率。据题意，由于光合作用酶和细胞呼吸酶的最适温度不同，当温度由30℃降到25℃时，细胞呼吸强度降低，A点上移；光合作用速率增大，D点上移。B点表示光合作用速率＝细胞呼吸速率，在25℃时细胞呼吸作用速率降低，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸速率相等，需降低光照强度以使光合作用速率减弱，即B点左移。答案C13.某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题：(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为。CO2浓度在a～b之间时，曲线表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是。(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量(填“大于”、“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑这一因素的影响，并采取相应措施。解析(1)由图可知，当CO2浓度为a时，高光强下对应的净光合速率为0。CO2浓度在a～b之间时，三条曲线均呈上升趋势。(2)由图可知，CO2浓度大于c时，B、C两条曲线均不再上升，说明CO2浓度已不是限制净光合速率的因素。CO2浓度相同时，净光合速率：高光强＞中光强＞低光强，故此时的限制因素是光强。(3)净光合速率为0时，植物光合作用强度与呼吸作用强度相等；低于0时，则呼吸作用强度大于光合作用强度。(4)题图曲线反映了光强和CO2浓度对植物真正光合作用速率的影响，故温室中提高该种植物的产量，应考虑提高CO2浓度和增强光强。答案(1)0A、B和C(2)光强(3)大于(4)光强14.下图为叶绿体的结构和功能示意图，请回答：(1)光合作用中光反应产生的可以被暗反应所利用；在光照条件下，ATP的移动方向是(用图中字母和箭头表示)。(2)若暗反应被抑制，可能的外部影响因素是、。(3)在电子显微镜下观察，可见到叶绿体基质中含量最多的物质是颗粒(光合产物)。(4)暗反应通过来影响光反应，从而影响光合作用速率。解析(1)光合作用光反应为暗反应提供了[H]和ATP，用于三碳化合物的还原。光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜(A)。暗反应的场所是叶绿体基质(B)，所以光照下ATP从A移向B。(2)暗反应主要受外界环境中二氧化碳浓度和温度的影响。(3)光合作用的产物葡萄糖最终以淀粉的形式储存起来，且淀粉颗粒在电子显微镜下是可以观察到的，所以电子显微镜下叶绿体基质中含量最多的物质是淀粉。(4)暗反应消耗ATP和NADPH产生ADP、Pi以及NADP＋，而ADP、Pi以及NADP＋为光反应过程中ATP、NADPH合成的原料。答案(1)[H]和ATPA→B(2)二氧化碳供应不足温度过高或过低(3)淀粉(4)提供ADP、Pi以及NADP＋15.用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验。请分析回答下列问题：(1)实验A中离体的叶绿体能合成糖类，碳酸氢钠溶液所起的作用是。若要使该实验中没有糖类产生，烧杯中液体应改为。(2)若要使实验B中离体的叶绿体内糖类合成速度明显加快，在光照和CO2条件不变且适宜的情况下，可考虑采用的方法。(3)若要使实验C中离体的叶绿体产生糖类，锥形瓶内至少应加入和。(4)科学家鲁宾和卡门利用小球藻作实验材料，用18O分别标记H2O和CO2，最终证明光合作用释放的O2来自H2O；科学家卡尔文用14C标记CO2供小球藻进行光合作用，探明了卡尔文循环途径。以上科学家在实验中共同使用了技术。解析(1)植物体合成糖类是叶绿体进行了光合作用的结果，而光合作用需要CO2，碳酸氢钠溶液的作用是提供CO2；如果将碳酸氢钠溶液换成氢氧化钠溶液，因为氢氧化钠溶液可以吸收玻璃罩中的CO2，所以光合作用不能进行，没有糖类生成。(2)影响光合作用的因素有光照强度、CO2浓度、温度、矿质离子和水等，其中适当提高温度可以增强酶的活性，因为实验B的装置中只有离体的叶绿体，不用考虑细胞呼吸消耗，且实验B装置所处温度较低(10℃)，所以适当提高温度可以使糖类合成速度明显加快。矿质离子虽然可以影响光合作用，但因实验材料是离体的叶绿体，没有完整的细胞结构，或实验B中本来就不缺乏矿质离子，所以添加矿质离子后不会明显改变光合速率；题图实验中实验材料置于水中，光合作用利用的水很少，所以加水也不会明显提高光合速率。(3)实验C中离体的叶绿体置于黑暗处，不能进行光反应，也就不能为暗反应提供ATP和[H]，所以其暗反应不能进行，如果要使实验C中产生糖类，则锥形瓶中至少应加入ATP和[H]。(4)研究光合作用过程中物质变化、元素转移的情况时可以用同位素标记法进行示踪。答案(1)提供CO2氢氧化钠溶液(碱液)(2)适当提高温度(3)ATP[H](4)同位素示踪素养进阶(三)光合作用、呼吸作用的影响因素分析1.环境因素对光合速率的影响(1)光照强度对光合速率的影响①曲线分析：A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。AB段：光照强度增大，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减小(有一部分用于光合作用)，此段细胞呼吸强度大于光合作用强度。B点：光补偿点，即光合作用强度＝细胞呼吸强度(细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用)。BC段：随着光照强度不断加强，光合作用不断加强，到C点不再加强，称C点对应的光照强度为光饱和点。②应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如图中虚线表示。间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、冬季温室栽培等都与光补偿点、光饱和点有关。(2)CO2浓度对光合速率的影响①图1和图2都表示在一定范围内，光合速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合速率不再增加，此CO2浓度称为CO2饱和点。②图1中A点表示光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。③图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。2.多因素对光合作用的影响曲线分析P点时，限制光合作用速率的因素应为横坐标所表示的因素，随其不断加强，光合作用速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合作用速率的因素，要想提高光合作用速率，可采取适当提高图示中其他因素的措施。对点训练1如图为某植物在适宜的条件下，CO2吸收速率与光照强度的关系图像。下列分析不正确的是()A.若温度降低，则A点上移B.B点时细胞呼吸消耗的O2量等于光合作用产生的O2量C.若CO2浓度升高，则C点左移D.在C点时该植物每小时光合作用利用CO2总量为44mg解析图示为在适宜条件下测定的CO2吸收速率，若温度降低，则呼吸速率会降低，A点上移；B点是光补偿点，此时光合作用速率和细胞呼吸速率相等，即细胞呼吸消耗的O2量等于光合作用产生的O2量；若CO2浓度升高，则光合作用强度增加，达到最大光合作用强度所需的最小的光照强度增加，即光饱和点右移；C点时净光合速率为36(mg·h－1)，细胞呼吸速率为8(mg·h－1)，所以实际光合速率用CO2消耗速率表示为44(mg·h－1)。答案C对点训练2下图为在最适温度和光照强度下，测得甲、乙两种植物的光合速率随环境中CO2浓度的变化情况，相关说法不正确的是()A.植物乙比植物甲对CO2浓度更敏感B.当CO2吸收量为C时，植物甲与植物乙合成有机物的量相等C.D点时植物甲细胞内产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体、叶绿体D.适当降低光照强度，B点将向右移动解析由题图可知，环境中CO2浓度升高到一定程度后植物乙的CO2吸收量降低幅度较大，植物甲的CO2吸收量基本保持不变，可见植物乙比植物甲对CO2浓度更敏感；当CO2吸收量为C时，植物甲与植物乙的净光合速率相等，由于植物甲比植物乙的呼吸速率大，根据实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率可知，植物甲合成有机物的量比植物乙多；D点时植物甲细胞既进行光合作用，又进行细胞呼吸，因此，产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体、叶绿体；根据题意可知，图中曲线是在最适的光照强度条件下测得的，因此光照强度减弱，CO2吸收量降低，B点时光合作用强度与细胞呼吸强度相等，降低光照强度后，需要环境中提供较高浓度的CO2才能使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，因此B点将右移。答案B3.光合作用和细胞呼吸中各速率的关系(1)呼吸速率、净光合速率和真正光合速率的描述方式项目表示方式净光合速率(又称表观光合速率)单位时间内O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量真正光合速率(又称实际光合速率)单位时间内O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量呼吸速率(黑暗中测量)单位时间内CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量(2)呼吸速率、净光合速率和真正光合速率的关系图解a.各点代表的生物学意义①A：光照强度为零，只进行细胞呼吸；②B：光合作用强度等于细胞呼吸强度，为光补偿点；③C点对应的光照强度：是光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。b.各线段代表的生物学意义①OA段：细胞呼吸强度；②AB段：随光照增强，光合作用增强，但仍比细胞呼吸弱；③BC段：光合作用强度继续随光照强度的增强而增加，而且光合作用大于细胞呼吸；④CE段：光合作用达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。对点训练3植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和温度为25℃条件下，测定某植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率。下列有关说法不正确的是()A.在A点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只有线粒体B.该植物叶片的呼吸速率是5mgCO2/(100cm2叶·小时)C.在一昼夜中，将该植物叶片置于C点所示光照强度条件下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45mgD.已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25℃和30℃。若将温度提高到30℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中B点将右移，C点将下移解析由题图可知，在A点所示条件下，该植物只进行细胞呼吸，不进行光合作用，所以在A点该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位有细胞质基质和线粒体；将该植物叶片置于C点所示光照强度条件下11小时，每100cm2叶片CO2的净吸收量为10×11＝110(mg)，其余时间置于黑暗中，每100cm2叶片CO2的释放量为5×13＝65(mg)，故每100cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为110－65＝45(mg)；若将温度升高到30℃，则细胞呼吸强度会增大，光合作用强度会减小，故B点将右移，C点将下移。答案A对点训练4将某株植物置于CO2浓度适宜、水分充足、光照强度合适的环境中，测定其在不同温度下的光合作用强度和细胞呼吸强度，得到如图所示的结果。下列叙述错误的是()A.若每天的日照时间相同，则该植物在15℃的环境中积累有机物的速率最大B.若每天的日照时间少于12h，与5℃相比，该植物在25℃环境中生长更快C.若每天的日照时间为12h，则该植物在35℃的环境中无法生存D.由图可知，在一定范围内，温度对该植物的细胞呼吸几乎没有影响解析由图可知，在15℃时光合作用与细胞呼吸强度差值最大，故有机物积累速率最大，A正确；假设光照时间为a，在5℃时一昼夜有机物积累量可表示为4a－24，在25℃时一昼夜有机物积累量可表示为6a－48，当a＝12时，4a－24＝6a－48，当a<12时，(4a－24)>(6a－48)，即每天日照时间少于12h，在5℃时该植物生长更快，B错误；在35℃时，有机物积累量可表示为5×12－3×24＝－12，故该植物无法生存，C正确；由图可知，在5～15℃范围内，细胞呼吸强度几乎没有变化，D正确。答案B光合速率与呼吸速率的测定装置(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①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。②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。③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。对点训练5某兴趣小组用如图装置探究光照强度对黑藻光合速率的影响。(1)用多套图示装置进行实验时，控制自变量的方法是________________________________________________________________________。(2)黑藻培养液中加入适量NaHCO3目的是________________________________________________________________________________。光源用荧光灯比白炽灯更好，这是因为______________________。(3)预期实验结果：_______________________________________。答案(1)控制荧光灯与烧杯之间的距离(2)为黑藻光合作用提供充足CO2荧光灯释放的热量少，避免温度对实验结果的影响(3)随着光照强度的增强(荧光灯与装置距离缩小)，气泡产生速率加快(氧气装满试管需要的时间越短，或相同时间内收集的氧气越多)对点训练6某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。(1)先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：①甲、乙两装置的D中都放入，装置乙作为对照。②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行处理，放在温度等相同且适宜的环境中。③30min后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：①甲、乙两装置的D中放入___________________________________。②把甲、乙装置放在_________________________________________。③30min后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。(3)实验进行30min后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：实验30min后红墨水滴移动情况测定植物呼吸作用强度甲装置(填“左”或“右”)移1.5cm乙装置右移0.5cm测定植物净光合作用强度甲装置(填“左”或“右”)移4.5cm乙装置右移0.5cm(4)假设红墨水滴每移动1cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1g，那么该植物的呼吸速率是g/h；白天光照15h，一昼夜葡萄糖的积累量是g(不考虑昼夜温差的影响