高考生物一轮复习 用书 第三单元 第3讲能量之源 新人教版必修1

第3讲能量之源——光与光合作用知识点一捕获光能的色素和叶绿体结构议一议：(1)海洋中藻类有分层现象，与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系？(2)在温室内自然光照射基础上，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？知识点二光合作用的探索历程[连线]知识点三光合作用的过程及意义eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(总反应式：CO2＋H2O,（原料）\o(→,\s\up7(光能（动力）),\s\do5(叶绿体（场所）))（CH2O）＋O2,（产物）,\a\vs4\al(过程)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(光反应)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(条件：⑥,场所：叶绿体类囊体薄膜上,\a\vs4\al(物质,变化)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(水的光解：H2O光,Ｆ2[H]＋\f(1,2)O2↑,ATP的形成：ADP＋Pi\o(→,\s\up7(酶),\s\do5(光能))ATP)),能量变化：光能→⑦中活跃的化学能)),\a\vs4\al(暗反应)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(条件：⑧,场所：叶绿体基质,\a\vs4\al(物质变化)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(CO2的固定：CO2＋C5酶,Ｆ2C3,C3的还原：2C3（CH2O）＋C5＋H2O)),能量变化：⑨中活跃的化学能→（CH2O）中稳定的化学能))))))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(意义)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(（1）制造有机物,（2）\a\vs4\al(将光能转化为化学能，储存在有机物中)))\a\vs4\al(光合作用是最基本的,物质代谢和能量代谢),（3）维持大气中O2与CO2相对稳定,（4）促进生物进化：无氧呼吸生物\o(→,\s\up7(蓝藻光合),\s\do5(作用))有氧呼吸生物；水生生物,O2→O3,Ｆ陆生生活)),应用：提高农作物产量（措施如控制光照强弱和温度的高低，提高CO2浓度）))想一想：什么叫光合速率？它分为几种类型，关系如何？叶绿体的结构与功能1．叶绿素对红光(640～680nm)和蓝紫光(430～470nm)的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波长的光并非不吸收，只是吸收量少。2．叶绿体类囊体膜上分布着光合色素及光反应的酶系统(光反应场所)；叶绿体基质中含有大量与暗反应相关的酶(暗反应场所)。3．叶片呈绿色的原因：一是叶绿素是类胡萝卜素含量的三倍；二是色素不吸收绿光被反射回来。秋天叶片变黄是低温使叶绿素遭到破坏，呈现出类胡萝卜素的颜色，变红则是液泡中花青素的颜色。闪记：①色素的功能：转换光能的色素只有少数处于特殊状态的叶绿素a，吸收、传递光能，四种色素都可以。②光合作用过程一、二、三、四一个场所(叶绿体)两个阶段(光反应、暗反应)三种能量(光能→ATP中活跃化学能→(CH2O)中稳定化学能)四个物质变化：水光解、ATP形成、CO2固定、C3还原。学习笔记：自我校对：①红光和蓝紫光②蓝紫光③暗反应所需的酶④色素和光反应所需的酶⑤叶绿体是光合作用的场所连一连：①－A－b②－C－a③－E－e④－D－c⑤－B－d⑥光、色素、酶、ADP、Pi、NADP＋⑦ATP⑧酶、[H](NADPH)、ATP⑨ATP议一议：(1)不同波长的光穿透性不同，不同藻类吸收不同波长的光。(2)红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光谱，因此可以补充这两种光达到增产的目的。想一想：光合速率或称光合强度是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行光合作用的量(如释放多少氧，消耗多少CO2)。它分为表观光合速率和真正光合速率两种类型，在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，叫表观光合速率。真正光合速率是指植物在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量加上呼吸作用释放的CO2的量，即植物实际同化的CO2的量。表观光合速率小于真正光合速率。,光合作用发现史中的经典实验分析1．1771年普里斯特利实验eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(绿色植物＋点燃蜡烛\o(→,\s\up7(玻璃罩密封))蜡烛不易熄灭,绿色植物＋小鼠\o(→,\s\up7(玻璃罩密封))小鼠不易窒息死亡))植物更新空气缺点：缺乏对照组(记录时漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件，后来英格豪斯为其纠正)2．1864年萨克斯实验提前暗处理——消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\a\vs4\al\co1(实验组：一半曝光,对照组：一半遮光))\o(→,\s\up7(脱色处理),\s\do5(碘蒸气处理))\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(呈深蓝色,不变蓝色))\b\lc\(\a\vs4\al\co1(光下产生淀粉,（运用对照实验）))))3．1880年恩格尔曼实验eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(水绵,好氧细菌))eq\o(→,\s\up7(黑暗、无空气),\s\do5(显微镜观察))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(极细光束照射叶绿体→好氧细菌集中在照光处,完全曝光→好氧细菌集中在带状叶绿体处))实验组：极细光束照射处的叶绿体对照组：黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体4．20世纪30年代鲁宾、卡门实验实验方法：同位素标记法提醒在光合作用的发现中，大多数科学家们利用了对照实验，使结果和结论更科学、准确。(1)萨克斯：自身对照，自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为颜色变化。(2)恩格尔曼：自身对照，自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧菌的分布。(3)鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(Heq\o\al(18,2)O与C18O2)，因变量为O2的放射性。(4)普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。本考点单独命题概率低，往往是借鉴经典实验的方法手段在综合题或探究题中体现。【典例1】►(·南昌市一模)德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)后，再把叶片的一部分遮光，其余部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是()。①本实验未设对照组②有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因③实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A．①～④全部B．只有②③④C．只有①②③D．只有②③解析该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照，①错误。该实验只能证明有淀粉的生成，但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉，④错误。答案D【思考与评价】恩格尔曼的实验设计巧妙之处在哪儿？提示主要表现在以下四个方面：①选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体呈螺旋状地分布在细胞中，便于观察、分析研究。②将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。③选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。④进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。,光合作用过程分析eq\a\vs4\al(\x(高考地位：5年16考)\b\lc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(（全国新课标卷、浙江卷、江苏卷……）))))1．识图领悟光合作用过程结合上图，列表分析如下：光反应与暗反应的比较过程光反应暗反应图解条件必须在光下有光、无光都可以场所叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质物质转化①水光解2H2Oeq\o(→,\s\up7(光))4[H]＋O2↑②ATP的合成ADP＋Pieq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5(能量))ATP能量转化光能→电能→活跃化学能，并储存在ATP中ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能关系①光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi；②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成2.动态分析：光照与CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP、C6H12O6合成量的影响当外界因素中光照强弱、CO2浓度骤然变化时，短时间内将直接影响光合作用过程中C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6生成量，进而影响叶肉细胞中这些物质的含量，它们的关系归纳如下：(1)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光照强→弱,CO2供应不变))eq\o(→,\s\up7(光反应减弱))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1([H]减少,ATP减少))eq\o(→,\s\up7(暗反应))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C3还原减弱,CO2固定仍正常进行))→eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C3含量上升,C5含量下降))→eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(（CH2O）合成量,减少))即：停止光照(强→弱)时，[H]↓，ATP↓，C3↑，C5↓，(CH2O)↓。(2)同理：突然增强光照时，[H]↑，ATP↑，C3↓，C5↑，(CH2O)↑。(3)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光照不变,减少CO2供应))eq\o(→,\s\up7(暗反应))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(CO2固定减弱,C3还原仍正常进行))→eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(C3含量下降,C5含量上升))→eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1([H]相对增加,ATP相对增加))→eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(（CH2O）合成量相对,减少))即：停止(减少)CO2供应时，C3↓，C5↑，[H]↑，ATP↑，(CH2O)↓。(4)同理：突然增加CO2供应时，C3↑，C5↓，[H]↓，ATP↓，(CH2O)↑。★★★本考点历年是高考命题的重要内容，试题侧重考查考生对光合作用过程图解的理解与分析，如光反应与暗反应的场所、条件、物质变化、能量变化、相互关系以及在某种环境因素突然发生变化的情况下，细胞中C3和C5的含量变化情况等。【典例2】►(·新课标全国卷)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化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。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及同学们从曲线中获取有效信息的能力。当环境中二氧化碳浓度降低时，C5(物质B)和CO2结合生成C3(物质A)的速率减慢，而C3(物质A)的还原生成C5(物质B)不受影响，C5(物质B)的含量升高，C3(物质A)的含量降低。当达到新的平衡后，由于一分子的C5(物质B)和CO2结合可以生成两分子的C3(物质A)，最终物质A的浓度比物质B高。答案(1)C3化合物(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定。根据暗反应特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍当环境中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(3)高(4)低CO2浓度低时，暗反应强度减弱，所需要ATP和[H]少【训练1】►图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。据图回答下列问题。图1图2(1)图1中A表示的物质是________，它由________产生，其作用主要是____________。(2)图1中ATP形成所需的能量最终来自于________。若用放射性同位素标记14CO2，则14C(3)图2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：________________________________________________________________________。答案(1)[H]水在光下分解用于C3的还原(2)太阳光能(CH2O)(3)C3CO2与C5结合形成C3继续进行，而C3不能被还原(4)C5C5与CO2结合形成C3量不变，而C3不能被还原为C5,影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用eq\a\vs4\al(\x(高考地位：5年25考)\b\lc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(（全国课标卷、江苏、福建、安徽……）))))温馨提示：以下内容为难点，但高考时又为出题热点，望耐心复习，真正掌握。一、内部因素对光合作用速率的影响1．同一植物的不同生长发育阶段曲线分析：在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时、适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。2．同一叶片的不同生长发育时期曲线分析：随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，可降低其细胞呼吸消耗的有机物。二、单因子变量对光合作用的影响(外界因素)1．光照——光合作用的动力①光照时间越长，产生的光合产物越多。②光质，由于色素吸收可见光中的红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同波长的光对光合作用的影响不一样，建温室时，选用无色透明的玻璃(或塑料薄膜)做顶棚，能提高光能利用率。③光照强度：在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用速率。曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表示此时的呼吸强度。AB段表明光照强度加强，光合作用速率逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度＝细胞呼吸强度，B点对应的光照强度称为光补偿点。BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了。C点对应的光照强度称为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。提醒外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律：①呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移；呼吸速率减小，CO2(光)补偿点应左移。②呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降，CO2(光)补偿点右移；条件的改变使光合速率上升时，CO2(光)补偿点左移。2．光照面积曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。3．CO2浓度曲线分析：图1中A点表示光合作用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。两图中的B和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。应用：大田要“正其行，通其风”，多施有机肥；温室内可适当补充CO2，即适当提高CO2浓度可提高农作物产量。4．必需矿质元素曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。5．温度曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。三、多因子变量对光合作用速率影响的分析(外界因素)曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2，进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过提高光照强度、调节温度或增加CO2浓度等来充分提高光合速率，以达到增产的目的。提醒各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合作用。但各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。★★★★影响光合作用速率的环境因素是高考必考的内容。考查形式可以是选择题也可以是非选择题，选择题的考查侧重于对实验结果的分析，而非选择题的考查往往结合实验设计来进行。【典例3】►(·安徽卷)保水剂是一类高分子聚合物，可提高土壤持水能力及水肥利用率。某生物兴趣小组探究“保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响”，进行了以下实验：材料用具：相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干，保水剂，氮肥等。方法步骤：①选取长势一致的小麦幼苗若干，平均分为A、B、C三组，分别施用适量的保水剂[60(kg/hm2)]、氮肥[255(kg/hm2)]、保水剂[60(kg/hm2)]＋氮肥[(255(kg/hm2)]，置于相同的轻度干旱条件下培养，其他培养条件相同且适宜。②在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午，于10：00～11：00从每组选取相同数量的叶片，进行CO2吸收量及叶绿素含量的测定。结果(均值)如下表：组号CO2吸收量/(μmol·m－2·s－1)叶绿素含量/(mg·g－1)A10.663.07B13.043.02C15.913.05实验结论：适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度。(1)请指出上述方法步骤的缺陷并改正：步骤①________________；步骤②________________。(2)如不考虑方法步骤中的缺陷，从影响光合作用的内在因素分析，保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是________________。(3)实验测得的CO2吸收量________(大于、等于、小于)光合作用过程中CO2实际消耗量，理由是________________。光合作用强度可通过测定CO2吸收量，也可以通过测定________释放量计算。解析(1)考查实验能力。实验中要遵循对照原则和单一变量原则，所以步骤①应该增加正常生长，不做特殊处理的对照实验，步骤②要保证无关变量相同，所以取相同部位的叶片。(2)影响光合作用的内在因素有色素和酶。根据题目表格信息，叶绿素含量几乎没有差别，所以保水剂与氮肥影响了酶的数量和活性。(3)实验测得的CO2吸收量是光合作用过程中CO2消耗量与呼吸作用CO2释放量之差，实验测得的CO2吸收量小于光合作用过程中CO2实际消耗量。根据光合作用的化学反应式，光合作用强度可以是单位时间反应物CO2的消耗量或生成物O2的释放量。答案(1)缺少对照实验；应增加正常生长，不做特殊处理的D组无关变量控制不全；应在每组选取相同部位、相同数量的叶片(2)提高了光合作用有关酶的数量和活性(3)小于实验测得的CO2吸收量是光合作用过程中CO2消耗量与呼吸作用CO2释放量之差O2【训练2】►(·江苏卷)某种铁线莲的根茎可作中药，有重要经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果，相关叙述正确的是(双选)()。eq\f(遮光比例,%)eq\f(叶绿素,a/b)eq\f(叶绿素含量,（mg·g－1）)eq\f(净光合速率,（μmol·m－2·s－1）)eq\f(植株干重,g)04.82.18.07.5105.32.39.69.9305.22.48.99.2504.42.65.27.2704.12.92.74.8903.33.003.2A.适当的遮光处理，可提高其干重B．叶绿素含量与净光合速率呈正相关C．叶绿素eq\f(a,b)可作为其利用弱光能力的判断指标D．遮光90%时，铁线莲不进行光合作用解析本题考查同学们从表格中获取有效信息的能力。遮光10%时，植株的净光合速率和干重都最大，A正确；叶绿素含量为2.3～3.0变化时，净光合速率减弱，B错误；遮光10%～90%变化时，叶绿素eq\f(a,b)值降低，C正确；遮光90%时，铁线莲净光合为0，此时，光合速率等于呼吸速率，D错误。答案AC【训练3】►(·郑州质量预测)甲、乙两图分别表示光照强度和空气中CO2含量对某绿色植物光合作用的影响，丙图表示一天内某时间段蔬菜大棚内CO2浓度随时间的变化曲线。请据图回答下列问题。(1)甲图中的B点与乙、丙图中的________点叶肉细胞所处的生理状态相同，此时细胞中能产生ATP的部位有________________；如果在缺镁的条件下，G点将向________方移动。(2)C点与B点相比较，叶绿体基质中C3的含量________(填“较多”、“较少”或“不变)。(3)甲图中A点所进行的生理反应表达式为________________________________________________________________________。(4)光合作用在遇到一定限制因素时，其速率将不再增加，图中限制E点的外界因素是________________________________________________________________________。(5)据研究发现，当土壤干旱时，植物根细胞会迅速合成某种化学物质X。有人推测根部合成的X运输到叶片，能调节气孔的开闭。他们做了如下实验：从该植株上剪取大小和生理状态一致的3片叶，分别将叶柄下部浸在不同浓度X的培养液中，以分析叶片中X物质浓度与气孔开放程度之间的关系。一段时间后，可以测得有关数据。以上方案有不完善的地方，请指出来并加以改正。①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。答案(1)D、G线粒体、叶绿体、细胞质基质右上(2)较少(3)C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq\o(→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量(4)温度、光照强度等(5)①样本量太小。应“取大小和生理状态一致的叶片若干，平均分为三组”②缺乏空白对照。应增加1组，将叶片的叶柄下部浸在不含X的培养液中——运用“五看法”对实验方案进行评价一看对照eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(有无对照实验,\a\vs4\al(如果有对照，看对,照设计是否合理)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(实验变量设置,是否有标记,是否遵循了单一变量原则,是否遵循了等量原则,是否排除了干扰因素))))二看器材eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(生物学材料选择是否得当,实验器材选择是否合理,药剂选择、使用、用量是否准确))三看条件eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(是否需要搅拌、加热等,实验所需的温度、光照等条件是否合理))四看步骤eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(步骤的顺序是否合理,步骤是否完整,具体操作有无违反生物学基本原理))五看结果eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(实验结果的验证目标是否准确,实验结果的验证方法是否得当))【训练4】►(·北京东城区)Wollny研究小组的实验：在某些因素的作用和影响下可以获得不同产量的春黑麦。实验结果如图所示，请据图回答下列问题。(1)据图所知，影响春黑麦产量的因素有________。(2)比较图中D、E、F三点，实验自变量是________。就图中所反映的因素来看，D点条件下限制春黑麦增产的主要因素是________，C点条件下限制春黑麦增产的主要因素是________。(3)图中的数据可以说明，若想通过施肥提高产量，土壤应达到一定的湿度，请分析说明原因：________________________________________________________________________。(4)除图中所示的因素外，若要进一步提高春黑麦的产量，还可以采取的措施是________。解析由图可知，随着光照强度、土壤湿度、施肥情况的增加，光合作用速率增强。D点是在弱光条件下光合作用的最大速率，其限制因素是光照强度。C点是在强光条件下光合作用的最小速率，限制其光合作用的主要因素是土壤湿度。矿质元素只有溶于水中才能被植物的根吸收和利用，只有土壤达到一定的湿度才能满足植物需要。除了上述因素外，CO2浓度、温度等条件都是影响光合作用的因素。答案(1)光照强度、土壤湿度、施肥情况(2)光照强度光照强度土壤湿度(3)生物体的一切生命活动都离不开水，故土壤应达到一定的湿度，才能保证生命活动的正常进行以及无机盐离子的充分溶解、吸收和利用(4)合理密植、增加CO2浓度、温度要适宜等(写出一项即可)绿叶中色素的提取和分离eq\a\vs4\al(\x(高考地位：5年6考)\b\lc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(（广东卷、江苏卷）))))1．实验原理(1)提取：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。(2)分离：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。提醒关键词及其与试剂的对应关系提取色素——无水乙醇；分离色素——层析液。2．实验程序提取色素eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(称量5g绿色叶片并剪碎加入少量,SiO2、CaCO3和10mL无水乙醇)\a\vs4\al(→研钵→),研磨→过滤→收集到试管内并塞紧管口))eq\a\vs4\al(制滤纸条)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①将干燥的滤纸剪成长与宽略小于试管长与直径的滤纸条，剪去一端两个角,②在距离剪角一端1cm处用铅笔画线))画滤液细线eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处均匀地画一条直的滤液细线,②干燥后，再重复画1～2次))eq\a\vs4\al(色素分离,（纸层析）)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①将适量的层析液倒入试管中（层析液高度不超过滤液细线）,②将滤纸条尖端朝下轻轻插入层析液,③用棉塞塞紧试管口))观察结果eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(滤纸条上出现四条宽度、,颜色不同的色素带))整理、洗手3．实验成功的关键(1)叶片要新鲜、颜色要深绿，含有较多色素。(2)研磨要迅速、充分。叶绿素不稳定，易被活细胞内的叶绿素酶水解。充分研磨使叶绿体完全破裂，提取较多的色素。(3)制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀，便于观察实验结果。(4)滤液细线不仅要求细、直，而且要求含有较多的色素，所以要求待滤液干后再画1～2次。(5)滤液细线不能触及层析液，否则色素溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带或色素较少。提醒(1)从色素带的宽度可推知色素含量的多少；(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度大小；(3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。本考点以往高考命题侧重于以选择题的形式考查实验的方法步骤以及对实验结果的分析。但今年的试题回避了惯常实验考查的形式，而是对选材、实验步骤分析、变量分析和推测实验结果的原因进行了考查，体现了高考试卷中设置问题新颖的特点。【典例】►(·广东卷)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。Ⅰ.提取叶绿素eq\x(绿色叶片)eq\o(→,\s\up7(X),\s\do5(碳酸钙))eq\x(提取液)→eq\x(过滤液)→eq\x(浓缩液)→eq\x(叶绿素粗产品)Ⅱ.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℃实验组号eq\f(叶绿素溶液,（mL）)调pH至eq\f(处理时间,（min）)溶液颜色①3.0Y10绿色②3.07.010绿色③3.06.010黄绿色④3.05.010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，请回答下列问题。(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)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于________食品，否则________________________________________________________________________。(4)小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素，请你提供监测方法并写出主要步骤。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析该题属于实验设计题，主要考查了教材中叶绿体色素的提取和分离的相关内容。(1)考查了叶绿素的性质；(2)考查了实验时所应该遵循的等量原则；(3)是利用表格中所给的信息，可以知道，叶绿素在pH较低时不稳定，会分解；(4)主要考查了教材中叶绿体色素分离的实验步骤。分别是：制备滤纸条，画滤液细线，层析及其注意事项，最后是记录和观察。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溶剂对人体的影响(2)8.0pH间设置应遵循等量原则和应考虑碱性pH对叶绿素稳定性的影响(3)酸性由于叶绿素被破坏造成食品失绿而影响品质(4)层析法。第一步：制备滤纸条；第二步：用毛细吸管吸取少量叶绿素提取液，画细线；第三步：将滤纸条放在层析液中层析，注意不要将提取液细线接触层析液；第四步：观察滤纸条上的色素带的条数和颜色【训练1】►(·江苏卷)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条解析胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，所以缺少叶黄素时对红光的吸收差异不显著；叶绿体中色素层析后色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以本题正确答案为B。答案B【训练2】►(改编题)下列是某实验小组在完成叶绿体中色素提取和分离实验时所遇到的有关问题，分析回答下列问题。(1)剪碎5g新鲜浓绿的菠菜叶片放在研钵中，加入SiO2后，经迅速研磨成糊状，发现糊状的研磨液呈现浅绿色，其原因是没有加入________________，使得________________。(2)甲同学在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条(已重复几次画线)插入层析液，几分钟后取出观察，发现滤纸条上无色素分带现象，而用同一滤液做实验的乙同学的滤纸条上却色素分带明显。甲同学实验失败的原因可能是_________________________________________。(3)若选用在缺Mg的营养液中长期培养的玉米叶片作实验材料，层析后滤纸条上只出现了两条色素带，其原因是__________________________________________________________________________。(4)实验结束几天后，甲、乙两同学发现部分预留叶片已变黄。甲同学认为这是由于叶片中叶绿素降解所造成的，乙同学则认为是类胡萝卜素含量增加所致。根据所学知识，设计实验来判断哪个同学的观点正确。实验过程：①从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄叶片和绿色鲜嫩的叶片，分别编号为A、B两组。②________________________________________________________________________。实验结论：①与B组相比，若A组滤纸条只有上面两条色素带或上面两条色素带较B组的窄，则________的观点是正确的。②________________，则________的观点是正确的。解析(1)在色素的提取过程中，研磨时要加入碳酸钙，防止叶绿素在研磨过程中被破坏，加入无水乙醇，让色素溶解并提取出来。(2)乙同学滤纸条上无色素带，说明滤液细线中的色素溶解到层析液中，即层析液触及滤液细线。(3)Mg是合成叶绿素的必需元素，无Mg不能合成叶绿素a和叶绿素b。(4)通过设计对照实验来探究发黄的叶片中某些色素是否因降解而减少，某些色素是否含量增加。对照组选取正常未发黄的叶片，实验组选取已变黄的叶片，通过提取分离这两种叶片中的色素，比较各种色素的含量，得出结论。答案(1)碳酸钙和无水乙醇叶绿素分子受到破坏、色素没有被提取出来(2)层析液触及滤液细线(3)缺Mg植物不能合成叶绿素(4)实验过程：②在相同条件下，进行绿叶中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片色素的组成和含量实验结论：①甲同学②与B组相比，若A组滤纸条上面的两条色素较宽乙同学,光合作用过程的考查1．判断正误(1)(·安徽，1－A)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内()。(2)(·安徽，1－B)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中()。(3)(·天津，1改编)在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质()。(4)(·浙江，4－C)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP()。(5)(·全国Ⅱ，1－D)叶肉细胞在光照下进行光合作用，不进行呼吸作用()。(6)(·浙江，4－D)夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量()。答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√2．(·广东卷)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。图1正常和长期干旱条件下蝴蝶兰CO2吸收速率的日变化图2正常和长期干旱条件下蝴蝶兰的干重增加量(1)依图1分析，长期干旱条件下的蝴蝶兰在0～4时________(填“有”或“无”)ATP和[H]的合成，原因是________________；此时段________(填“有”或“无”)光合作用的暗反应发生，原因是________________；10～16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________________。解析该题考查光合作用、植物组织培养和细胞分化的相关内容。根据题目和图示的信息可知蝴蝶兰在0～4时，没光照，不能进行光反应，但是，细胞可以进行呼吸作用，所以有ATP和[H]的合成。10～16时无明显CO2吸收的原因是由于温度过高，植物为了防止过度失水，而关闭气孔。从图2可知，栽培蝴蝶兰应避免干旱。由于蝴蝶兰属阴生植物，因此栽培时需遮光。蝴蝶兰的种苗可利用植物组织培养大规模生产，细胞分化的根本原因是基因选择性表达。答案(1)有呼吸作用合成无叶绿体在无光时不能合成ATP和[H]气孔关闭(2)长期干旱遮阴(3)全能性基因选择性表达,影响光合作用的因素及实践应用3.(·新课标全国卷)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本题考查叶绿素的组成和光合作用过程。镁是叶绿素的组成成分；在缺镁的营养液中，由于叶绿素不能正常合成而导致叶片中叶绿素含量下降，光合作用光反应强度降低，光反应产物ATP和[H]减少，暗反应也减弱。答案B4．(·福建卷)下图是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率(单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)的变化曲线，下列叙述错误的是()。A．在9：30～11：00之间，花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓B．在11：00～12：30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多C．在17：00时，玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同D．在18：30时，玉米既能进行光反应，也能进行暗反应解析在9：30～11：00之间，光照较强，光反应强，花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓；分析图解可知，在11：00～12：30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的少，B错误；在17：00时，玉米和花生的净光合速率相同，单位叶面积释放O2速率相同；在18：30时，玉米净光合速率为零，说明光合作用与呼吸作用相等，此时既能进行光反应，也能进行暗反应。答案B5．(·四川卷)有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究，结果如下表(净光合速率以CO2的吸收速率表示，其他条件适宜且相对恒定